有机肥替代氮肥对黄瓜产量、品质及土壤质量的影响

王明文，张 洋，胥婷婷，许显虹，张 荣

(青海大学农林科学院，青海 西宁 810016)

黄瓜是青海省蔬菜的主栽品种，种植非常普遍，黄瓜的生产在农民增收和农业增效方面起到了重要作用[1]，但实际生产中施肥过量问题较为突出，导致产量降低、品质下降，严重影响了黄瓜安全高效绿色优质化生产。将有机肥和化肥合理配施，不仅可以避免黄瓜遭受过量施肥的危害，还可以增强黄瓜植株对土壤中氮、磷、钾等养分的吸收利用，促进黄瓜的生长发育[2]。关于化肥配施有机肥对作物生长和品质的影响，相关结果表明施用有机肥能促进花椰菜、黄瓜等作物的生长，改善品质[3-4]。近年来，关于因子分析、主成分分析被用于土壤质量的综合评价的论述较多，但对于青海省蔬菜土壤质量的研究较少[5-7]。

本项目组在前期调研青海东部地区黄瓜种植区时发现，过量施用化肥引起土壤理化性状变差，土壤酸化、板结、盐渍化等现象，严重破坏了土壤的可持续生产能力[8-11]。针对青海东部地区黄瓜种植地长期单一施用化肥所造成的土壤理化性状变差、土壤肥力下降等现状，本文采用有机肥替代部分化肥的田间试验，研究有机肥替代部分化肥对黄瓜生长、品质、产量和土壤的影响，并采用因子分析法探寻最佳替代比例，旨在为青海东部地区黄瓜土壤改良和合理培肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验地位于青海省海东市互助县沙塘川镇下山城村，海拔2 913 m，属于温带大陆性气候，年平均气温为6.7 ℃，降水集中在6、7、8、9四个月，降水量约占全年降水量的73%。该试验点为河滩地，土层厚度为60 cm，底层为砂石。供试土壤为栗钙土，土壤pH 8.13、全氮1.21 g/kg、全磷2.56 g/kg、全钾24.9 g/kg、碱解氮122 mg/kg、速效磷83.8 mg/kg、速效钾195 mg/kg、有机质13.94 g/kg。

1.2 供试材料 供试黄瓜品种为“津绿30”。肥料品种为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、硫酸钾(K2O 50%)；由青海恩泽农业开发有限公司提供的“沃土绿丰”牌有机肥(N 1.8%，P2O51%，K2O 2.2%，有机质≥45%)。

1.3 试验设计 试验采用随机区组设计，设7个处理。T1：目标产量(75 000 kg/hm2)施肥量,N 555 kg/hm2，P2O5570 kg/hm2，K2O 480 kg/hm2；T2：有机肥替代化肥10%；T3：有机肥替代化肥20%；T4：有机肥替代化肥30%；T5：有机肥替代化肥50%；T6：有机肥替代化肥100%；T7：习惯施肥，N 810 kg/hm2，P2O5960 kg/hm2，K2O 270 kg/hm2，每处理设3次重复。每垄面积9 m2，各处理小区面积72 m2(8垄)。50%的N、K和70%的P养分作为基肥施入，50%的N、K和30%的P养分作为追肥分4次施入，其余生产管理措施一致。具体施肥方案见表1。

表1 试验处理及施肥量

1.4 测定指标 从黄瓜初瓜期开始至拉秧测定各处理产量，初瓜期每隔2～3 d采收一次，盛瓜期每天或隔日采收，记录各次采收产量，统计总产量。

成熟期每小区随机取3个黄瓜果实，用于可溶性糖、Vc、粗蛋白含量[12]测定。

利用常规分析方法[13]测定土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷和全钾。

1.5 数据处理 用Microsoft Excel 2010软件处理数据和作图，用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

图中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图1 不同处理对黄瓜产量的影响Fig.1 Effects of different treatments on the yield of cucumber

2.1 不同处理对黄瓜产量的影响 由图1可以看出，T3处理下黄瓜产量显著高于其他处理。T3处理下，黄瓜产量达到最高，为117 904 kg/hm2；T7处理下，黄瓜产量最低，为73 904 kg/hm2。T3处理下，黄瓜产量较T1处理增产22 563 kg/hm2，增产率为23.67%；较T2处理增产14 249 kg/hm2，增产率为13.75%；较T4处理增产19 309 kg/hm2，增产率为19.58%；较T5处理增产14 373 kg/hm2，增产率为13.88%；较T6处理增产12 223 kg/hm2，增产率为11.57%；较T7处理增产44 000 kg/hm2，增产率为59.54%。

2.2 不同处理对黄瓜品质的影响 由表2可以看出，有机肥替代不同氮肥对黄瓜品质性状的影响较大。在T3处理下，黄瓜可溶性糖含量、Vc含量和粗蛋白含量均高于其他处理；在T7处理下，Vc含量和粗蛋白含量均低于其他处理。通过显著性差异检验可知，T3处理下黄瓜可溶性糖含量与T6处理和T4处理存在显著性差异，且可溶性糖含量最高，达到了2.22%，较T7处理增加了0.31%，增加率为16.23%；T3处理下黄瓜Vc含量显著高于其他处理，Vc含量最高，达到了166.8 mg/kg，较T7处理增加了55.2 mg/kg，增加率为49.46%；T3处理下黄瓜粗蛋白含量显著高于其他处理，粗蛋白含量最高，达到了1.17%，较T7处理增加了0.36%，增加率为44.44%。

表2 不同处理对黄瓜品质的影响

2.3 不同处理对土壤养分的影响 由表3可以看出，T2、T3、T4和T7处理土壤全氮含量较定植前提高，T1、T5和T6处理土壤全氮含量较定植前降低。T4处理土壤全氮含量增加得最多，为1.54 g/kg；T6处理土壤全氮含量较定植前降低最多，为0.94 g/kg。T1、T2、T3和T4处理土壤全磷含量较定植前提高，T4处理土壤全磷含量增加得最多，为3.08 g/kg；T5、T6和T7处理土壤全磷含量较定植前降低，T7处理降幅最大，较播种前降低0.35 g/kg。各处理下土壤全钾含量均较定植前降低，T1处理土壤全钾含量降低得最多，为19.11g/kg。各处理下土壤碱解氮含量较定植前提高，T4处理土壤碱解氮含量增加得最多，为173 mg/kg。各处理下土壤速效磷含量较定植前提高，T7处理土壤速效磷含量增加得最多，为121.4 mg/kg。各处理下土壤速效钾含量较定植前提高，T6处理土壤速效钾含量增加得最多，为402 mg/kg。T2、T3、T4、T5和T6处理下土壤有机质含量较定植前提高，T6处理土壤有机质含量增加得最多，为19.26 g/kg；T1和T7处理土壤有机质含量较定植前降低，T7处理下土壤有机质含量较定植前降低得最多，降低了3.66 g/kg。各处理下pH较定植前均降低，T7和T4处理下pH降低得最多，降幅为7.50%～5.54%。

表3 不同处理对土壤养分的影响

综上所述，相较于定植前，各处理的土壤养分除全钾外，其他养分基本上表现出一定程度的提高；与T7处理相比较，有机肥替代化肥的处理在全磷和有机质上表现出增加的趋势，说明施用有机肥可以在一定程度上提高土壤养分。

2.4 不同处理对土壤质量影响的综合评价 将不同处理下土壤理化性状(全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质、pH)依次作为自变量，对其进行主成分分析，共计得出8个主成分，前4个主成分的累计贡献率为95.807%，基本代表了8个性状信息(表4)。

表4 主成分分析矩阵

将特征值≥1和因子载荷≥0.6选为一组。第一主成分的贡献率为43.076%，各个指标的因子载荷绝对值由大到小排列依次为pH(-0.934)、碱解氮(0.924)、速效磷(0.865)、全氮(0.761)。其中，碱解氮、速效磷和全氮对土壤质量起着正向作用，pH对土壤质量起着负向作用。

第二主成分的贡献率为22.573%，各个指标的因子载荷绝对值由大到小排列依次为全磷(0.906)、速效钾(-0.724)。全磷对土壤质量起着依次减小的正向作用，速效钾对土壤质量起着负向作用。

第三主成分的贡献率为16.166%，只有一个指标为全钾(0.886)，对土壤质量起着正向作用。

第四主成分的贡献率为13.991%，只有一个指标为有机质(0.782)，对土壤质量起着正向作用。

综合评价方法应用SPSS软件将各性状指标转化为标准值，计算4个主成分与原8项性状指标的标准化数据的线性组合，即各主成分(Fi)的表达式(此处zxi为性状xi的标准化数据)：

F1=0.221zx1+0.092zx2-0.087zx3+0.268zx4+0.251zx5+0.087zx6-0.097zx7-0.271zx8

F2=0.175zx1+0.502zx2-0.051zx3+0.174zx4-0.200zx5-0.401zx6+0.136zx7+0.138zx8

F3=0.384zx1+0.044zx2+0.685zx3-0.111zx4+0.113zx5+0.154zx6+0.323zx7+0.036zx8

F4=-0.233zx1+0.213zx2-0.296zx3+0.071zx4-0.021zx5+0.455zx6+0.689zx7-0.074zx8

以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重，计算主成分综合模型为F综合=0.430 76F1+0.225 73F2+0.161 66F3+0.139 91F4，根据4个主成分的线性组合以及综合得分公式求得8个处理的主成分得分和综合得分。

综合得分越高，表明该处理下该地区的土壤质量越好。从表5中可以看出，除T5处理外，其余处理土壤质量较定植前都有一定的提高。在7个不同施肥处理中，T4处理下的综合因子得分最高，说明该处理为当地最适宜黄瓜种植的施肥方式，T2处理综合因子得分次之，T3处理综合因子得分处于第三位，剩余的高低排名依次为T1处理、T7处理、T6处理、T5处理。从土壤质量上综合比较来说，T4处理是该地区黄瓜种植的最佳施肥处理。

表5 不同处理下土壤养分主要性状主成分因子得分及综合得分

3 讨论与结论

黄瓜生物量大，开花结果期长，属于多次采收作物，因此需要长效肥料持续供应养分。有机肥与化肥搭配施用，才能充分发挥肥料缓效与速效相结合的优点[14-15]，有利于提高黄瓜的产量与品质。在本试验中，与习惯施肥处理相比，有机肥替代氮肥的5个处理显著增加了黄瓜的产量，这与巩子毓等[16]和张霞等[17]施用有机肥提高设施黄瓜产量和品质的研究结果一致。在黄瓜品质方面，有机肥替代氮肥的处理较习惯施肥处理整体上都有所提高，这与文献[18-20]研究结果相符。喻华等[21]研究有机肥料与化肥配施在黄瓜上减氮增效效应试验得出了相同的结论，有机肥替代部分化肥显著增加黄瓜产量和黄瓜Vc含量。但在可溶性糖方面，T4和T5处理比习惯施肥处理降低，可能原因是试验地长期种植蔬菜，土壤肥力较大，大量元素和微量元素在土壤中富集，在此基础上继续大量施肥，可能在可溶性糖的代谢合成的某些中间途径存在一定的抑制作用，进而导致可溶性糖含量降低。T3处理下的可溶性糖含量、Vc含量和粗蛋白含量均高于其他处理，T3处理在Vc含量和粗蛋白含量上都与T7处理存在显著性差异，但在可溶性糖含量上没有显著性差异。这说明增加有机肥的施用量、降低氮肥的用量，能有效提高黄瓜的品质。

采用因子分析法对土壤养分进行评价得出，有机肥替代氮肥的T2、T3和T4处理的综合得分都高于习惯施肥处理T7，这说明有机肥替代氮肥在一定程度上可以改善土壤质量，增加土壤的可持续生产能力，这与曲成闯等[22]和谢志坚等[23]研究有机肥替代化肥对土壤培肥地力的结果一致。土壤质量较定植前都有所提高，但有机肥替代氮肥的T5和T6处理的综合得分都低于习惯施肥处理T7，可能原因是有机肥施用量过多，适量的有机肥替代化肥比例可以提高土壤质量，而过量的有机肥施用量会起到相反的作用[24]。

综合来看，T3处理(有机肥替代氮肥20%)即化肥施用量N 444 kg/hm2、P2O5570 kg/hm2、K2O 480 kg/hm2，同时配施有机肥6 150 kg/hm2效果较好。可增加黄瓜产量，提高黄瓜中可溶性糖、Vc和粗蛋白含量，改善产品品质，同时提高土壤养分，培肥地力，促进土壤可持续健康发展。