諸海燾,蔡樹美,李建勇,張德閃,付子軾,徐四新

(1 上海市農業(yè)科學院生態(tài)環(huán)境保護研究所,上海市設施園藝技術重點實驗室,農業(yè)部上海農業(yè)環(huán)境與耕地保育科學觀測實驗站,上海201403;2 上海市農業(yè)技術推廣服務中心,上海201103)

滴灌施肥技術在中國又稱為微灌施肥技術[1],是借助壓力系統(tǒng)將可溶性固體或液體肥料,按土壤養(yǎng)分含量和蔬菜作物需肥規(guī)律的特點,配兌成肥液與灌溉水一起相融后,利用可控管道系統(tǒng)供水、供肥,將水分、養(yǎng)分均勻、定時、定量按比例直接提供給作物[2],該技術在節(jié)水、提高肥料利用率、增加作物產量和品質、節(jié)省勞動力、改善土壤環(huán)境等方面具有顯著優(yōu)勢[3-4]。

原農業(yè)部2015年提出,力爭到2020年主要農作物化肥用量實現(xiàn)零增長,肥料利用率達到40%以上,灌溉施肥技術作為既能提高肥料利用率、又可節(jié)水省工的技術受到學者的廣泛關注。由于我國是一個缺水農業(yè)大國,很多學者對通過灌溉施肥技術提高灌溉水利用效率做了大量研究,鄒曉霞[5]總結了14 篇與微灌有關的文獻,結果顯示微灌的節(jié)水幅度為35%—70%,平均節(jié)水率為52.7%,節(jié)水效果顯著。劉蘭育等[6]在新疆棉花上的研究表明,膜下滴灌可提高灌溉水的利用效率,與溝灌相比可節(jié)水53.96%。而在灌溉施肥技術對提高肥料利用率方面,文獻報道多集中在糧食、棉花、果樹等作物上,張國橋等[7]研究了水肥一體化對玉米磷利用效率的影響,張大鵬等[8]研究了滴灌施肥對蘋果氮素吸收與利用的影響,但在設施蔬菜方面的研究不多。本研究通過設置全營養(yǎng)滴灌施肥、滴灌施肥無氮區(qū)、滴灌施肥無磷區(qū)、滴灌施肥無鉀區(qū)、常規(guī)溝灌沖施區(qū)(對照)等不同施肥方式,調查各處理地上部莖、葉、瓜累積生物量及氮磷鉀養(yǎng)分含量,明確灌溉施肥技術對提高設施黃瓜肥料氮、磷、鉀養(yǎng)分利用率的效果,為化肥的合理減施提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于上海市農業(yè)科學院莊行試驗站新建大棚(8 m ×40 m),土壤基礎肥力為:有機質15.67 g∕kg,全氮1.23 g∕kg,堿解氮105.3 mg∕kg,有效磷28.39 mg∕kg,速效鉀160 mg∕kg;設置5個處理,3次重復,隨機區(qū)組排列。試驗小區(qū)長13 m,寬1.6 m,面積21 m2。黃瓜幼苗長到3—4 片真葉時定植。2016年8月21日起壟做畦,8月22日施基肥、覆膜。黃瓜品種為‘碧玉’,播種日期8月25日,9月9日移栽,壟寬1.1—1.2 m,每棚5 壟,一壟雙行定植。每壟鋪滴灌帶2 條,每條滴灌帶進水口上裝獨立閉合開關,方便不同處理間單獨灌溉施肥。

1.2 試驗設計

試驗設5個處理,分別為:等氮磷鉀常規(guī)沖施對照(TCNPK),無氮等磷鉀滴灌施肥處理(TFPK),無磷等氮鉀滴灌施肥處理(TFNK),無鉀等氮磷滴灌施肥處理(TFNP)和氮磷鉀滴灌施肥處理(TFNPK)。試驗棚的東端放4個滴灌施肥處理,最西端放常規(guī)沖施處理,滴灌區(qū)與沖施區(qū)用土工膜隔離,土工膜入土深度30 cm,肥料用量和運籌見表1,全生育期施基肥1 次,追肥6 次。滴灌施肥區(qū)采用膜下滴灌,施肥用TF2502 比例式注肥泵按小區(qū)滴灌施肥,常規(guī)施肥開溝撒施后澆水沖施,每次灌水量0.3 m3∕壟,各處理其他病蟲害防治和農藝措施等保持一致。

表1 黃瓜試驗方案Table 1 Experimental design of cucumber fertilization

1.3 記錄項目

每小區(qū)定點選取20 株,編號并掛吊牌,收集被掛牌植株整個生育期的整枝及落葉,記錄其質量。自黃瓜開始采收起,每次采摘時記錄黃瓜果實質量并留取樣品供檢測。結束期測單株總生物量并留莖葉樣品。將每次采集的地上部樣品稱鮮重后,于105 ℃干燥箱殺青30 min,然后在65 ℃干燥箱烘干至恒重,稱干重。

1.4 檢測指標

將黃瓜地上部分莖、葉烘干后粉碎待測,黃瓜樣品直接鮮樣測定。樣品通過H2SO4-H2O2消化后,用半微量凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰光度法測定植株全N、P、K 含量,并按公式計算肥料氮磷鉀當季利用效率。

氮肥利用率=(施氮區(qū)蔬菜地上部分吸氮量-等磷鉀的無氮區(qū)蔬菜地上部分吸氮量)∕施氮量×100%;

磷肥利用率=(施磷區(qū)蔬菜地上部分吸磷量-等氮鉀的無磷區(qū)蔬菜地上部分吸磷量)∕施磷量×100%;

鉀肥利用率=(施鉀區(qū)蔬菜地上部分吸鉀量-等氮磷的無鉀區(qū)蔬菜地上部分吸鉀量)∕施鉀量×100%。

維生素C 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定,可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[9]。

1.5 數(shù)據(jù)計算

采用Excel 2010 和SPSS 17.0 軟件進行統(tǒng)計分析,采用LSD 法進行差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對黃瓜產量和品質的影響

從表2 可知,等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)黃瓜產量最高,每667 m2的產量為4921.8 kg,比等氮磷鉀沖施對照提高6.90%,差異達顯著水平。3個缺素處理均表現(xiàn)減產,其中無氮處理減產幅度最大,比等氮磷鉀沖施對照(CK)減產20.38%,無磷施肥區(qū)減產幅度其次,比CK 減產14.96%,差異均達顯著水平。無鉀施肥區(qū)黃瓜減產幅度最小,僅比等氮磷鉀沖施對照減產0.96%,無顯著差異。黃瓜單果質量與產量趨勢表現(xiàn)一致,無氮施肥區(qū)單果質量最低,等氮磷鉀滴灌區(qū)最高,平均單果質量為89.3 g。

表2 不同施肥處理對黃瓜產量和品質的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on yield and quality of cucumber

不同處理間黃瓜維生素C 含量結果表明,與等氮磷鉀沖施對照比較,無氮區(qū)和無鉀區(qū)維生素C 含量分別降低了4.89%和9.32%,其中無鉀區(qū)差異達顯著水平,無磷區(qū)和等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)黃瓜維生素C比常規(guī)對照增加了3.97%和2.86%,但差異均未達顯著水平。可溶性糖指標3個缺素區(qū)處理均低于等氮磷鉀沖施對照,而等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)比對照增加了0.11個百分點,但差異未達顯著水平,說明科學合理氮磷鉀配比和灌溉施肥方式,可以提高黃瓜果實的維生素C 和可溶性糖含量,從而提升黃瓜的口感和食用品質。

2.2 不同施肥處理對黃瓜地上部各器官氮磷鉀吸收量影響

表3 不同施肥處理黃瓜地上部器官吸氮量及吸收比例Table 3 Nitrogen absorption and and absorption ratio of cucumber organs of different fertilization treatments

通過對全生育期地上部各器官樣品的生物量進行統(tǒng)計,分別測定各器官樣品的氮、磷、鉀含量,可以計算出黃瓜不同部位氮(表3)、磷(表4)、鉀(表5)的累積吸收量和不同部位吸收比例。結果表明:不同器官間比較,黃瓜果實中的氮、磷、鉀吸收量占比最高,果實中氮、磷、鉀吸收量分別占到整株吸收量的70.71%—73.66%、76.28%—78.82%和66.96%—69.43%。各處理黃瓜莖中氮、磷、鉀吸收量分別占到整株吸收量的7.55%—9.25%、5.63%—6.71%、14.70%—16.67%,各處理黃瓜葉片中氮、磷、鉀吸收量分別占到整株吸收量的12.18%—15.58%、7.36%—10.65%、8.21%—9.15%,打杈落葉中氮、磷、鉀吸收量分別占整株吸收量的4.28%—6.61%、5.90%—7.09%、5.94%—7.87%。

表4 不同施肥處理黃瓜地上部器官吸磷量及吸收比例Table 4 Phosphorus absorption and absorption ratio of cucumber organs of different fertilization treatments

表5 不同施肥處理黃瓜地上部器官吸鉀量及吸收比例Table 5 Potassium absorption and absorption ratio of cucumber organs of different fertilization treatments

不同器官間氮、磷、鉀三要素吸收量比較,各器官吸氮量占整株吸收比例從高到低順序為:果實＞葉片＞莖＞打杈落葉(表3),各器官吸磷量占整株吸收比例從高到低順序為:果實＞葉片＞打杈落葉＞莖(表4),各器官吸鉀量占整枝吸收比例從高到低順序為:果實＞莖＞葉片＞打杈落葉(表5)。

不同施肥處理間比較,各器官中氮、磷、鉀整株累積吸收量表現(xiàn)基本一致,等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)養(yǎng)分吸收量最高,其次為等氮磷鉀沖施對照區(qū),缺素區(qū)最低。其中,整株吸氮量等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)和等氮磷鉀沖施對照區(qū)顯著高于其他3個缺素區(qū),滴灌施肥和常規(guī)沖施間無顯著差異;整株吸磷量和吸鉀量等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)顯著高于等氮磷鉀沖施區(qū)和其他3個缺素區(qū)。

2.3 不同施肥處理對黃瓜養(yǎng)分吸收量和肥料利用率的影響

從表6 數(shù)據(jù)可知,等氮磷鉀沖施對照區(qū)每667 m2氮、磷、鉀的吸收量分別為8.62 kg、4.43 kg、10.59 kg,三要素累積吸收量為23.64 kg,等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)氮磷鉀三要素累積吸收量為26.72 kg,比對照區(qū)提高了13.03%,氮、磷、鉀單元素吸收量分別比常規(guī)沖施對照提高了10.44%、14.45%和14.54%。經差減法計算,沖施對照區(qū)氮、磷、鉀當季利用率分別為23.16%、11.67%和10.7%,而滴灌施肥區(qū)氮磷鉀利用率分別達到了30.67%、22.33%和26.1%,較沖施對照區(qū)分別提高了7.51、10.66 和15.40個百分點,表明采用滴灌施肥技術可有效提高肥料利用率,減少肥料的流失浪費。

表6 不同施肥處理的化肥氮磷鉀利用率Table 6 Nitrogen,phosphorus and potassium use percent of different fertilization treatments

2.4 不同施肥處理對黃瓜生產效益分析

由表7 可見,黃瓜滴灌施肥技術平均每667 m2可節(jié)水95 t,節(jié)約51.4%;水溶肥肥料成本每667 m2增加112 元(人民幣,下同);灌溉施肥省工55.6%,全生產過程省工5 工,綜合效益較常規(guī)沖施每667 m2增加1283.9 元,其中節(jié)約成本330.5 元。

表7 黃瓜滴灌施肥技術應用效益分析Table 7 Analysis of Economic benefit of Drip fertilization in cucumber

3 討論與結論

3.1 滴灌施肥可提高黃瓜產量,等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)每667 m2黃瓜產量為4921.8 kg,比等氮磷鉀沖施對照提高6.90%,差異達顯著水平。3個缺素處理均表現(xiàn)減產,其中缺氮對黃瓜產量影響最大,缺磷其次,缺鉀影響最小,說明缺少氮磷鉀任一元素均會降低黃瓜產量。等氮磷鉀滴灌施肥區(qū)黃瓜維生素C 和可溶性糖含量均高于等氮磷鉀沖施對照,其中維生素C 含量提高了2.86%,可溶性糖含量提高了0.11個百分點,有效提升了黃瓜口感和食用品質。缺少任一元素均會降低黃瓜維生素C 和可溶性糖的含量,其中缺鉀區(qū)維生素C 含量最低,且差異達顯著水平,這與張恩平等[10]鉀肥處理對維生素C 含量影響顯著的研究結果一致,表明鉀元素對改善黃瓜品質有重要影響。

3.2 不同器官間氮、磷、鉀三要素吸收量比較,各器官吸氮量占整株吸收比例為:果實＞葉片＞莖＞打杈落葉,各器官吸磷量占整株吸收比例為:果實＞葉片＞打杈落葉＞莖,各器官吸鉀量占整枝吸收比例為:果實＞莖＞葉片＞打杈落葉。三要素中氮和鉀的吸收比例順序較為相似,都是果實中養(yǎng)分吸收量最高,整枝落葉中吸收量最低,區(qū)別在于吸氮量葉片＞莖,而吸鉀量莖＞葉片,這應該是與器官中氮、鉀含量有關。

3.3 滴灌施肥可顯著提高肥料利用率,氮、磷、鉀利用率分別為30.67%、22.33%、26.1%,滴灌施肥的氮、磷、鉀利用率較常規(guī)沖施對照分別提高了7.51、10.66 和15.4個百分點,其中鉀素的利用率偏低,可能是因為試驗土壤供鉀相對較充足,不施鉀肥對黃瓜產量影響較小。

3.4 從經濟效益分析,雖然水溶肥價格比普通肥料每667 m2增加了112 元,但滴灌施肥可減少施肥用工和用水成本,而且還可提高黃瓜產值,綜合效益較常規(guī)沖施每667 m2增加1283.9 元,經濟效益顯著。