养分供应浓度对温室黄瓜生长、产量及矿质元素含量的影响

来源:用户上传      作者:梁新书 廉晓娟 杨军 王正祥 王艳

　　摘 要： 设施土壤养分富集且不平衡，不合理的施用配方肥会影响作物生长发育进而导致产量降低。以黄瓜为研究对象，采用土壤盆栽的方式系统研究了黄瓜配方肥（N、P2O5、K2O质量比为1∶0.3∶1.5，原料为尿素、硝酸钾及磷酸二氢钾）在7种不同供肥质量浓度（0、0.5、1、2、4、6及8 g·L-1）下对黄瓜生长、产量及矿质元素含量的影响。试验结果表明，当供肥浓度为0时，土壤供应养分能力不足，容易造成黄瓜植株缺氮现象明显，植株生长及产量明显受抑制;当供肥浓度范围在0.5～2 g·L-1时，能保证黄瓜植株正常生长的前提下持续增产，当供肥浓度达到2 g·L-1时，黄瓜产量最高，但此时土壤中全盐、碱解氮及速效钾含量有明显增加趋势，说明土壤已出现一定的养分累积;当供肥浓度范围在4～8 g·L-1时，由于养分浓度高，黄瓜植株遭受盐胁迫抑制，植株生长受阻，黄瓜新生叶片的镁含量下降，出现叶脉间失绿现象，产量显著下降，并且土壤中盐分及养分累积严重，不利于黄瓜可持续种植。综上所述，黄瓜结果期合适的配方肥供应浓度为1 g·L-1。
　　关键词：黄瓜;供肥浓度;产量;养分吸收
　　Abstract： Soil nutrients are enriched and unbalanced in the facility cultivation， and the unreasonable application of formula fertilizers will affect the growth and development of vegetables， leading to decreasing yield. Pot experiments was carried out for studying the effects of seven different concentrations （0， 0.5， 1， 2， 4， 6 and 8 g·L-1） of formula fertilizer （N∶P2O5∶K2O=1∶0.3∶1.5， the raw materials were urea， potassium nitrate and potassium dihydrogen phosphate） on growth， yield and mineral element content of cucumber. The results showed that the contents of soil nutrients were insufficient， which was likely to cause obvious nitrogen deficiency in the cucumber leaf， the plant growth and yield were obviously inhibited， when the concentration of fertilizer was 0. The yield were continuously increased on the premise of normal plant growth of cucumber， when the concentration of fertilizer was range from 0.5-2 g·L-1. When the concentration of fertilizer was 2 g·L-1， the yield of cucumber was the highest， but the contents of whole salt， alkali nitrogen and available potassium were increased significantly in soil， indicating that the soil nutrients were partly accumulated. When the fertilizer concentration ranged from 4-8 g·L-1， the plant of cucumber was stressed by high nutrient concentration and the growth of the plants was inhibited. Under high nutrient concentration， the Mg content of cucumber leaf was decreased and the chlorosis phenomenon between veins was appeared， leading to significantly decreasing of the yield. In addition， the accumulation of salt and nutrient were serious， which was not conducive to sustainable cultivation of cucumber. In summary， the suitable supplication concentration of formula fertilizer for cucumber was 1 g·L-1.
　　中国设施蔬菜近几十年取得了迅猛的发展，但在设施蔬菜生产实践中，种植者为了获得更高的产量，往往会采取过量施肥以保证蔬菜作物养分的充足[1]。有研究表明，长期采用此施肥措施会造成蔬菜作物很低的肥料利用率，例如，在设施蔬菜生产中肥料的N、P和K三种元素的利用率分别为24%、8%和46%[2-3]。如此低的肥料利用率将会引起土壤的酸化、养分的累积及次生盐渍化等问题[4-5]，影响蔬菜的生长产量与品质，不利于土壤的可持续利用。
　　针对蔬菜的合理施肥，国内外相关研究主要侧重于蔬菜需肥规律、施肥的环境效应及配方施肥等方面的研究[6-9]。基于上述蔬菜需肥规律的研究，蔬菜专用配方肥已在生产中广泛应用。但是，目前温室土壤的养分普遍偏高且不平衡，虽然测土配方施肥工作可以解决特定区域土壤的配方施肥问题，但由于此工作的繁琐和实效性差，种植者的积极性严重下降，所以，现阶段种植者普遍在养分盈余且比例不平衡的土壤上使用蔬菜商品配方肥[10]。但在设施蔬菜生产体系中，由于蔬菜喜水喜肥，對肥料的需求量极大，过量施用配方肥尤为突出，生产中的黄瓜往往会产生生理障碍，植株缺素症状经常发生[11]。生产中的多数人认为此现象的发生与缺乏中微量元素有关，有研究表明，大量元素肥料的不合理使用也会造成植株中微量元素的缺乏[12-17]。目前，关于蔬菜配方肥对植株生长的影响尚缺乏系统研究，因此，笔者以黄瓜为试材，在合适的氮磷钾比例前提下研究供肥浓度对黄瓜生产、产量及矿质元素积累的影响，对于黄瓜种植体系的可持续发展提供数据支撑。 　　1 材料与方法
　　1.1 试验设计
　　盆栽试验花盆规格：上底面圆直径33 cm，下底面圆直径20 cm，高27 cm。盆栽土壤为温室内过2 mm筛的风干土，装土前每盆底部铺一层3 cm厚的珍珠岩以便多余水分通过，每盆装土10.0 kg。供试土壤基本理化性质如下：碱解氮含量（w，后同）212.3 mg·kg-1，速效磷含量414.2 mg·kg-1，速效钾含量1 307.1 mg·kg-1，全盐含量2.82 g·kg-1，pH值8.01。
　　试验于2017年9—12月在天津市汉沽区永丰农庄日光温室中进行，供试黄瓜品种为‘德瑞特721’，是天津德瑞特种业有限公司选育的杂交一代品种。该品种耐低温弱光能力强，抗枯萎病能力强，中抗霜霉病和白粉病。2叶1心的黄瓜幼苗于9月6日定植，定植后至根瓜坐住期间只灌清水，由于黄瓜结果期需肥量大，养分吸收量可占整个生育期吸收量的80%以上[9]，是肥料供应的主要时期，因此，笔者选择进入结果期后开始施肥处理，在相同优化灌水量下，共设计7个供肥质量浓度处理，分别为0、0.5、1、2、4、6、8 g·L-1，氮磷钾养分比例一致（N、P2O5、K2O质量比为1∶0.3∶1.5）。每个处理12株。试验过程中除水肥管理不同外，其余田间管理均与当地农民常规管理一致，不同处理整个生育期水肥供应情况见表1。
　　1.2 测定项目与方法
　　1.2.1 测定土壤的理化性质 在黄瓜整个生育期分别在处理后0、14、35、70 d共取4次土样，分析土壤pH 值、全盐、碱解氮、速效磷及速效钾含量。pH值采用电位法测定，土水质量比为1∶2.5，全盐含量采用重量法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗显色法测定，速效钾采用醋酸铵-火焰光度计法测定[18]。
　　1.2.2 测定植株生长指标 每个处理选取5株代表性植株分别在处理后0、14、35、70 d测定黄瓜的生长指标。用米尺测量株高;用游标卡尺测量茎粗;记录叶片数;选取黄瓜最大叶片，测量其长度和宽度;最大叶面积根据黄瓜最大叶片的长度和宽度进行乘积计算可得。
　　1.2.3 黄瓜植株矿质元素含量测定 在处理14 d后，当观察到不同处理叶片出现差异时，每个处理选取3个具有代表性的植株，分上部和下部叶片进行取样分析，上部叶片为从上向下数第4片叶片，下部叶片为从上向下数第10片叶片。全氮含量采用水杨酸还原锌法结合凯式定氮法进行测定[18]。样品用浓硝酸消解后使用ICP-AES仪器（ICP6300，Britain）分析测定P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu及Zn 8种元素含量[19]。
　　1.2.4 经济产量 分别统计每个处理下12株黄瓜的总产量，求平均值，折算成单株产量。
　　1.3 数据处理与分析
　　数据处理采用Excel 2010以及SPSS 17.0，不同处理方差分析采用Tukey检验在P <0.05水平上进行多重比较;供肥浓度处理与叶片各元素含量的相关性采用Pearson相关系数进行分析（P<0.05）。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同供肥浓度处理下土壤理化指标动态变化
　　从图1来看，土壤pH值随着供肥浓度的增加而显著降低，全盐、碱解氮、速效磷及速效钾含量显著增加。从碱解氮、速效磷及速效钾的指标数据看，随着氮磷钾配方肥浓度的增加，土壤中速效钾含量的增加幅度最大。与处理前土壤理化指标相比，当供肥浓度为0时，土壤中全盐、碱解氮、速效磷及速效钾含量都有下降的趋势;当供肥浓度为4～8 g·L-1时，土壤中全盐、碱解氮、速效磷及速效钾含量都显著增高，表现出土壤盐分及养分累积现象;当供肥浓度为0.5～2 g·L-1时，土壤中全盐、碱解氮、速效磷及速效钾含量基本能够持平，但当供肥浓度为2 g·L-1时，土壤中全盐、碱解氮及速效钾含量有明显增加趋势，说明土壤已出现养分积累现象。
　　2.2 不同施肥浓度处理下黄瓜植株生长动态变化
　　从图2来看，处理间在株高、叶片数及叶面积3个指标上表现出显著差异，在茎粗指标上没有明显差异。从株高、叶片数及叶面积3个指标数据看，3个指标的数据表现趋势基本一致。与不施肥处理相比，随着供肥浓度增加，黄瓜的株高、叶片数及叶面积3个指标会相应提高，但当供肥浓度达到一定值时，肥料浓度增加会导致株高、叶片数及叶面积3个指标持续降低。总体来看，当供肥浓度为0时，植株生长明显受抑制;当供肥浓度范围在0.5～2 g·L-1时，黄瓜株高、叶片数及叶面积指标数值最高且差异不显著;当供肥浓度范围在4～8 g·L-1时，黄瓜株高、叶片数及叶面积指标数值显著下降，说明植株生长受阻。
　　2.3 不同施肥浓度处理下黄瓜叶片养分含量变化
　　试验处理14 d后，通过观察植株上部和下部叶片表现（图3）可以看出，不同供肥浓度处理显著影响了新生叶片的生长发育。随着供肥浓度的增加，上部叶片的颜色由浅绿色逐渐加深变成深绿色，当供肥浓度达到2 g·L-1以上时，上部叶片颜色逐渐变浅，叶脉间失绿现象逐渐加重。通过进一步叶片养分含量测定分析（表2）可以得出，随着供肥浓度的增加，上部叶片与下部叶片的大多数养分含量变化趋势相对一致，随着供肥浓度增加，叶片N含量增加，Mg含量下降，P、K、Fe、Mn、Cu、Zn含量先增加后降低，Ca含量无明显规律。相关性分析（表3）结果显示，上部叶片和下部叶片均得出供肥浓度与叶片含N量呈显著正相关，与叶片含Mg量呈显著负相关。由此可以得出，当供肥浓度较低时，新生叶片颜色较浅主要是黄瓜叶片缺N引起的，当供肥浓度过高时，新生叶片叶脉间失绿主要是叶片缺Mg导致的。说明当施肥浓度控制在2 g·L-1以下时，植株能维持正常的养分吸收。
　　2.4 不同施肥浓度处理下黄瓜产量动态变化
　　从图4可以看出，处理刚开始时，处理间产量无明显差异，当处理20 d后，供肥浓度为8 g·L-1处理的产量增速开始下降，说明植株最早出现生长抑制的现象。当处理30 d后，相比低肥浓度处理，供肥浓度为4 g·L-1和6 g·L-1的处理开始出现产量增速下降，说明此时两处理的植株也受到了生长抑制现象。当处理35 d后，相比低肥浓度处理，供肥浓度为2 g·L-1的处理产量明显增加，说明从此刻开始，低肥浓度处理下的植株有养分供应不足的初期表现。当处理45 d后，相比于供肥浓度1 g·L-1的处理，供肥浓度为0和0.5 g·L-1兩处理产量进一步降低，说明两处理下植株缺肥现象进一步严重，特别是供肥浓度为0的处理，产量已基本不增加，说明黄瓜植株已严重缺肥。从单位时间黄瓜增产量来看，在整个黄瓜结果期供肥浓度为1 g·L-1和2 g·L-1两处理都表现出较高的持续采果能力，说明两处理的植株生长状况都比较正常。最终得出，随着供肥浓度增加，黄瓜的产量会相应提高，但当供肥浓度达到一定值时，肥料浓度增加会导致产量持续降低。单从产量数据来看，当供肥浓度达到2 g·L-1时，黄瓜产量最高。 　　3 討论与结论
　　目前设施黄瓜配方肥已在生产中广泛应用，但不合理的施用配方肥也经常会引起植株生长发育产生障碍，因此，如何系统研究科学合理地使用配方肥十分必要[20-21]。设施菜田土壤养分盈余且不平衡问题突出，次生盐渍化现象严重，过量施肥是主要原因。种植者施肥一旦过量，土壤盐分浓度增高，往往会对作物产生盐胁迫。
　　作物在盐胁迫下，一方面较高的土壤溶液浓度往往会导致根际渗透压加大引起渗透胁迫影响植株水分代谢，另一方面离子间相互作用影响植株对养分的吸收、转运与利用，最终系统地影响植株地上部各项生理代谢，加速植株衰老与死亡。已有研究表明，黄瓜在盐胁迫下生长受到明显抑制，并且随着盐浓度增高对植株的抑制作用越大，甚至死亡[22]。许多研究结果都证明，Ca（NO3）2大量积累已经成为我国设施土壤次生盐渍化的主要盐类[23-24]。但过量的Ca（NO3）2也会导致黄瓜受到严重的胁迫并出现代谢紊乱，从而导致黄瓜产量降低[25]。本试验中，不同供肥浓度对黄瓜生长及土壤理化性质的影响结果与前人的结果比较一致，随着供肥浓度增加，黄瓜的株高、叶片数、叶面积及产量会相应提高，但当供肥浓度达到一定值时，肥料浓度增加会导致生长受抑制，产量持续降低，且土壤养分及盐分持续累积。具体来看，当供肥浓度为0时，土壤供应养分能力不足，植株生长及产量明显受抑制;当供肥浓度范围在0.5～2 g·L-1时，黄瓜能保在证植株正常生长的前提下持续增产，当供肥浓度达到2 g·L-1时，黄瓜产量最高，但土壤中全盐、碱解氮及速效钾含量有明显增加趋势，说明土壤已表现一定的养分积累;当供肥浓度范围在4～8 g·L-1时，植株受胁迫严重，产量显著下降，并且土壤中盐分及养分严重累积，不利于黄瓜可持续种植。
　　设施蔬菜生产中土壤养分盈余现象严重，过量施肥条件下作物不同营养元素之间会相互影响破坏植株体内离子动态平衡，造成作物营养失衡，进而危害植株生长发育。有研究指出，N供应增加会导致黄瓜植株中Mg、Fe和Mn的含量降低，Cu的含量增加，Zn的含量先增加后下降[17];P供应过量会导致黄瓜叶片P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu及 Zn含量降低[16];K供应增加会导致黄瓜叶片K含量增加，Mn含量降低，适当K供应可以促进黄瓜植株Ca、Mg、Fe、Cu及 Zn元素的吸收，K过量则会抑制它们吸收[15]。本试验中，随着供肥浓度的增加，叶片N含量增加，Mg含量下降，P、K、Fe、Mn、Cu、Zn含量先增加后降低，Ca含量无明显规律。通过相关性分析结果显示，上部叶片和下部叶片均显示出供肥浓度与叶片含N量呈显著正相关，与叶片含Mg量呈显著负相关。供肥浓度增加，黄瓜叶片Mg含量降低这一变化，主要是由于施肥过多会导致土壤中氮磷钾养分增加，土壤中富含大量的NO3-和 K+会对植物吸收Mg产生明显的拮抗作用，从而导致植物出现缺Mg失绿症状[26]。与前人的研究结果相比，过量施肥与植株养分吸收失衡的研究结果不完全一致。这是由于前人的研究结果多数集中在水培作物上且重点研究单一养分过量。本试验中氮磷钾3种元素同时过量施用更贴近设施黄瓜生产体系，此结果可为生产实践中的合理施肥提供有益参考。
　　本研究结果得出，随着供肥浓度的增加，黄瓜的生长及产量会相应提高，但当供肥浓度达到一定值时，供肥浓度增加会导致土壤养分及盐分积累严重，黄瓜新生叶片产生矿质元素吸收障碍，植株生长受抑制并且产量持续降低，不利于黄瓜种植体系的可持续性。
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