薛亮，馬忠明，杜少平，馮守疆，冉生斌

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氮素用量對膜下滴灌甜瓜產(chǎn)量以及氮素平衡、 硝態(tài)氮累積的影響

薛亮1，馬忠明2，杜少平2，馮守疆1，冉生斌2

（1甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070；2甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，蘭州 730070）

【目的】針對灌區(qū)膜下滴灌甜瓜栽培施氮不合理的問題，通過系統(tǒng)分析膜下滴灌條件下不同施氮量對甜瓜產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮累積及氮素吸收和平衡的影響，為河西灌區(qū)膜下滴灌甜瓜合理施用氮肥提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭囼灢捎媚は碌喂嗍┓誓Ｊ?，設(shè)置5個施氮水平：0（N0）、60（N60）、120（N120）、180（N180）、240 kg·hm-2（N240），在苗期、伸蔓期、膨大期和成熟期測定土壤剖面硝態(tài)氮含量，并結(jié)合成熟期產(chǎn)量和氮素吸收量，分析不同氮素用量對甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)以及氮素平衡和土壤中硝態(tài)氮分布、累積的影響?！窘Y(jié)果】在施氮量為180 kg·hm-2時甜瓜商品瓜產(chǎn)量達(dá)到較高值，果實吸氮量和氮收獲指數(shù)達(dá)到最大，甜瓜氮素吸收利用效率、氮素農(nóng)學(xué)效率和氮素生理利用率變幅分別為39.59%—40.22%、56.61—61.44 kg·kg-1和142.98 —152.76 kg·kg-1；不同深度土壤NO3--N隨施氮量的增加而增加，但同一處理中土層越深NO3--N含量越低；收獲后NO3--N主要累積在0—40 cm土層，占試驗監(jiān)測土壤范圍（0—100 cm）的46.74%—51.84%；施氮量與甜瓜吸氮量、硝態(tài)氮殘留量和氮素表觀損失量呈顯著正相關(guān)，甜瓜吸收量占氮輸出量的41.27%—41.36%，氮素殘留量占42.62%—43.41%，表觀損失占15.32%—16.02%?！窘Y(jié)論】在河西沙漠綠洲灌區(qū)甜瓜膜下滴灌種植中，氮素施入量以180 kg·hm-2為宜，有利于甜瓜氮素吸收利用能力保持在較高水平，降低氮素?fù)p失，達(dá)到氮素收支動態(tài)平衡以及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)目的。

甜瓜；滴灌；氮素吸收；硝態(tài)氮累積；氮素利用率；氮素平衡

0 引言

【研究意義】氮素是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，合理施氮是作物取得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵措施。我國農(nóng)田尤其是經(jīng)濟作物生產(chǎn)中氮素的過量施用現(xiàn)象相當(dāng)普遍，如何合理施用氮肥從而提高利用率并達(dá)到氮素平衡，是諸多學(xué)者關(guān)注的課題[1-2]。膜下滴灌是提高作物水肥效率的技術(shù)之一，近年來在露地甜瓜生產(chǎn)中的應(yīng)用面積逐步擴大[3]。與傳統(tǒng)栽培模式相比，滴灌施肥提高了氮素吸收利用效率，減少了氮素投入量，對提升甜瓜品質(zhì)和降低環(huán)境潛在風(fēng)險有積極影響。研究滴灌條件下甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)以及氮素淋失、氮素平衡對施氮量的響應(yīng)，不僅是甜瓜膜下滴灌施肥技術(shù)的有效延伸，也為制定露地甜瓜膜下滴灌優(yōu)質(zhì)高效的氮肥施用制度提供有效的理論支撐?！厩叭搜芯窟M展】有關(guān)滴灌施肥的研究已有大量報道，與常規(guī)灌溉方式相比，滴灌在增加產(chǎn)量和提升肥料利用率等方面均有巨大潛力，但肥料的投入量須在一個合理閾值內(nèi)[4-7]。杜少平等[8-9]研究了甜瓜在砂田溫室栽培中的施氮效應(yīng)，確定的優(yōu)化施氮區(qū)間為170—227 kg·hm-2，較溝灌甜瓜增產(chǎn)14.35%，氮素利用率提高4.85%；而露地砂田甜瓜滴灌栽培中，由于種植規(guī)格的不同，適宜的施氮量為44.7—57.2 kg·hm-2[10]。胡國智等[11-13]的研究也明確了新疆灌區(qū)甜瓜膜下滴灌的最佳施氮量為225kg·hm-2，施肥量比溝灌模式降低了24.22%。同時，滴灌施肥能夠顯著降低氮素在土壤中的流失。黃麗華等[14]的試驗監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥管理方式相比，滴灌西瓜在增產(chǎn)9.85%的基礎(chǔ)上單位產(chǎn)量氮肥消耗量降低8.1 g·kg-1，總氮流失量減少49.7%，削減率達(dá)到65.8%。滴灌模式下氮素淋失的影響因素主要有土壤性質(zhì)、滴頭流量、灌水頻率以及溶液濃度等，其中某一個因素不受控制都會導(dǎo)致硝態(tài)氮向土壤深層下移[15-18]。THOMPSON等[19]的研究認(rèn)為土壤性質(zhì)是影響硝態(tài)氮運移的主要原因，在某些土壤中含水量較高時施氮量超過180 kg·hm-2就會引起硝態(tài)氮流失到0.9 m土層以下，但在土壤水分張力較高的土壤中施氮量可以提高到317 kg·hm-2不會引起硝態(tài)氮滲漏。但更多的學(xué)者認(rèn)為氮素施入量是影響硝態(tài)氮淋失的主要因素。邢英英等[20]認(rèn)為在滴灌施肥條件下灌水量對硝態(tài)氮淋失的影響顯著，而施氮量的影響是極顯著。張學(xué)軍等[21]研究了滴灌施肥中傳統(tǒng)施氮和減氮的處理對寧夏引黃灌區(qū)溫棚兩年蔬菜的硝態(tài)氮淋洗狀況的影響，認(rèn)為減氮是降低土壤硝態(tài)氮淋失的可行方案。JOHNSON等[22]認(rèn)為，只有當(dāng)硝態(tài)氮的供應(yīng)超過植物的需求時，才會發(fā)生氮的損失。井濤等[23]的研究證明馬鈴薯在高壟覆膜滴灌條件下施氮量超過270 kg·hm-2后，馬鈴薯吸氮量不再增加，而土壤剖面硝態(tài)氮積累量則繼續(xù)增加。可見，盡管滴灌是一項控制氮素淋失的有效技術(shù)措施，但根據(jù)不同作物制定科學(xué)的氮素管理方案才能在獲得高產(chǎn)的同時提高氮素利用率并降低氮素流失的風(fēng)險[24]?！颈狙芯壳腥朦c】以往的研究證明在不同的區(qū)域和種植規(guī)格下，滴灌施肥技術(shù)能夠穩(wěn)定甜瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，達(dá)到顯著節(jié)水節(jié)肥的目的，并明確了產(chǎn)量和氮素投入量的關(guān)系，而對膜下滴灌模式下露地甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)和植株氮素吸收利用以及土壤氮素平衡的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過灌區(qū)露地甜瓜膜下滴灌施肥試驗，分析不同施氮量對甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用率的影響，探索土壤硝態(tài)氮運移和累積變化規(guī)律，以期為確立本區(qū)域甜瓜膜下滴灌合理的氮素管理制度提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地與材料

本試驗于2016年、2017年在甘肅省民勤縣進行，試驗地處于騰格里和巴丹吉林沙漠交匯的石羊河下游綠洲地帶，地理位置位于北緯38°32′02″，東經(jīng)103°02′25″，海拔高度1 385 m，2016年生育期降水量為54.41 mm，2017年為45.70 mm（甜瓜生育期日均氣溫、降水量來自民勤縣氣象局，見圖1）。

試驗以“銀帝3號”為材料，2016年5月15日移栽，8月11日收獲，2017年5月10日移栽，8月3日收獲。兩年間試驗在相鄰地塊進行，前茬作物均為春玉米。試驗地為砂壤土，土壤理化性狀見表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置5個施氮水平（kg·hm-2）：0（N0）、60（N60）、120（N120）、180（N180）、240（N240），各處理隨機排列，3次重復(fù)。小區(qū)長15 m，寬2 m，種植密度20 010株/hm2。種植采用膜下滴灌方式，膜寬140 cm，膜下鋪設(shè)兩行滴灌帶，帶間距70 cm，滴頭間距50 cm，瓜苗移栽至兩條滴灌帶內(nèi)側(cè)垂直距離滴頭10 cm處。灌水采用滴灌方式，滴灌帶內(nèi)徑16 mm，灌溉壓力設(shè)定為0.3MPa，用變頻泵控制，滴頭流量1.75 L·h-1；甜瓜生育期灌水量為260 mm，灌水13次，覆膜并鋪設(shè)滴灌帶后灌水一次保證底墑，待地墑適宜時移栽并立即灌水保苗，之后每7 d灌水一次直至成熟前一周停止灌水，灌水量定為每次20 mm。灌水施肥以小區(qū)為單元通過流量計和比例施肥器控制，吸肥濃度設(shè)定為2%。試驗氮肥用尿素（N 46%），磷肥用過磷酸鈣（P2O518%），施用量135 kg·hm-2，鉀肥用硫酸鉀（K2O 50%），施用量75 kg·hm2，其中30%氮肥和磷、鉀肥以基肥施入，基肥條施在滴灌帶下部，施肥深度15 cm，剩余氮肥隨灌水施入，分別在苗期、伸蔓期、結(jié)果期、膨大中期追施剩余的15%、15%、20%、20%。

圖1 甜瓜生育期降水量和氣溫

表1 試驗地土壤基本理化性狀

1.3 測定項目與方法

播種前和苗期、伸蔓期、膨大期和收獲后每小區(qū)選擇3個采樣點，采樣點在滴頭正下方，用土鉆每20 cm為一層，采集0—100 cm深度土樣。采集后同一小區(qū)同一深度土樣混合待測。稱取土壤鮮樣5 g，加入2 mol·L-1的KCl溶液25 mL浸提，振蕩30 min，過濾后用流動分析儀測定土壤硝態(tài)氮含量。

土壤有機質(zhì)用外加熱法，土壤全氮用半微量凱氏法，速效磷用0.15 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法，速效鉀用NH4OAc浸提-火焰光度法，土壤容重用環(huán)刀法，土壤pH用酸度計法測定[25]。

在甜瓜收獲期每小區(qū)隨即選取11株植株，分為莖、葉、果實，然后放入105℃烘箱中殺青30 min，再降至80℃烘至恒重。待烘干粉碎后過5 mm篩，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后用凱氏法測定全氮含量。

可溶性固形物含量用折光儀（PAL-1）測定。

1.4 計算方法

商品率（%）=（甜瓜收獲果數(shù)-破損、畸形、未成熟果數(shù)）/甜瓜收獲果數(shù)×100；

硝態(tài)氮累積量：I=h×C×B×10-1

式中，I為硝態(tài)氮累積量（kg·hm-2），h為土層厚度（cm），C為硝態(tài)氮含量（mg·kg-1），B為該土層的平均容重（g·cm-3）；

氮表觀礦化量（kg·hm-2）=不施氮區(qū)地上部分吸氮量+收獲后土壤殘留礦質(zhì)氮量-播前土壤起始礦質(zhì)氮量；

氮素表觀損失量（kg·hm-2）=（施氮量+播前土壤起始礦質(zhì)氮量+氮素表觀礦化量）-（施氮區(qū)地上部分吸氮量+收獲后土壤殘留礦質(zhì)氮量）；

表觀氮素平衡=氮素輸入-氮素輸出

式中，氮素輸入=播前土壤起始礦質(zhì)氮量+施氮量；氮素輸出=作物攜出量+收獲后土壤殘留礦質(zhì)氮量；

氮素土壤剖面損失量（kg·hm-2）=播前土壤起始礦質(zhì)氮量-收獲后土壤殘留礦質(zhì)氮量；

氮收獲指數(shù)（NHI，%）=（果實吸氮量/植株吸氮量）×100；

氮素吸收利用率（NRE，%）=（施氮區(qū)地上部分吸氮量-不施氮區(qū)地上部分吸氮量）/施氮量×100；

氮素農(nóng)學(xué)效率（NAE，kg·kg-1）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量）／施氮量；

氮素生理利用率（NPE，kg·kg-1）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量）／（施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量）。

試驗采用Excel 2010和SAS 6.12數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析，采用PROC ANOVA 過程作方差分析，用SigmaPlot 10.0軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同處理對甜瓜產(chǎn)量、干物質(zhì)累積和品質(zhì)的影響

由表2可知，兩年間甜瓜產(chǎn)量和氮素吸收量的變化趨勢相似，不同施氮量下產(chǎn)量和可溶性固形物含量差異達(dá)到極顯著水平。甜瓜單瓜重隨著施氮量的增加而提高，施氮后單瓜重提高了5.85%—23.94%。2016年和2017年的數(shù)據(jù)均顯示在施氮量為180 kg·hm-2時單瓜重達(dá)到較高值，繼續(xù)增施氮肥至240 kg·hm-2時單瓜重提高了0.87%（2016）和0.88%（2017），二者差異不顯著。商品瓜產(chǎn)量與單瓜重和商品率有緊密聯(lián)系，充分施氮能夠保證甜瓜發(fā)育完全并減少畸形瓜，施氮量越高，甜瓜商品率越高。本試驗中商品率在施氮后保持在80%以上，并隨著施氮量的提高而上升。最高商品瓜產(chǎn)量在N240處理中獲得，達(dá)到40 138 kg·hm-2（2016）和39 138 kg·hm-2（2017），但N240與N180間商品瓜產(chǎn)量接近，方差分析顯示無差異，表明施氮量在180 kg·hm-2時繼續(xù)增加氮素投入對于提高產(chǎn)量未能顯示足夠的潛力。施氮后甜瓜的總生物量迅速增加（表2），相對于N0處理兩年間分別提高了8.68%—31.98%（2016）和10.31%—31.90%（2017），表明施氮能夠顯著促進甜瓜生長，且施氮量越高，植株生物量越大；在施氮量達(dá)到較高水平時（N180、N240）甜瓜生物量繼續(xù)增加，而同時產(chǎn)量增加不明顯，因而總生物量的增加主要是因為莖、葉生物量持續(xù)提高所致。由表2還可以看出，甜瓜可溶性固形物含量在施氮后顯著提高，兩年間分別提高了0.59—2.42個百分點（2016）和1.25—3.03個百分點（2017）；2016、2017年最高值分別在處理N240和N180中獲得，但N240和N180間差異不大，且2017年處理N240有所降低，顯示施氮量超過kg·hm-2后，繼續(xù)增施氮肥可能會導(dǎo)致甜瓜可溶性固形物含量增速降低甚至出現(xiàn)負(fù)增長的現(xiàn)象。

2.2 不同處理對甜瓜氮吸收和氮素利用率的影響

由表3可見，甜瓜地上部吸氮量受到施氮量的顯著影響，隨著施氮量增加持續(xù)上升，但施氮量超過180 kg·hm-2時，N180、N240處理間無顯著差異。施氮處理的氮收獲指數(shù)（NHI）明顯高于不施氮處理，提高了4.05—8.66個百分點，表明施氮提高了氮素向果實的轉(zhuǎn)移效率；總體上NHI隨施氮量增加的升高，但N240處理的NHI有所降低，可能是在施氮量較高時植株的莖、葉中氮素含量也很高，同時較高的施氮量延后了作物成熟，導(dǎo)致氮素的轉(zhuǎn)移延后使NHI降低。甜瓜的氮素吸收利用率（NRE）隨著氮素的增加顯著降低，表明在較低施氮量情況下，氮素被甜瓜植株充分吸收的機會較大，氮肥施入量大時供應(yīng)的養(yǎng)分超出甜瓜吸收能力，造成吸收利用率低?？紤]到甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)（表2）和氮素吸收量，N180處理具有實際意義，其NRE達(dá)到40.22%（2016）和39.59%（2017），在本區(qū)域這一水平明顯高于常規(guī)灌水模式[26]，表明在甜瓜膜下滴灌栽培模式下N180處理在節(jié)水的前提下表現(xiàn)出了提高氮素利用效率的潛力。同時可見，整體上甜瓜氮肥農(nóng)學(xué)效率（NAE）隨著施氮量的增加而持續(xù)降低，而氮素生理利用率（NPE）顯示出先上升后又略微下降態(tài)勢。NPE在處理N180中達(dá)到最高值且與N240間差異不顯著，表明在本試驗中，甜瓜施氮量達(dá)到180 kg·hm-2時，由施氮增加的吸氮量轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量的效率或已達(dá)到最高值，繼續(xù)增加施氮量，植株的吸氮量并未顯著上升，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率的下降。

表2 不同處理對甜瓜產(chǎn)量、干物質(zhì)累積和品質(zhì)的影響

同一列中不同施氮處理數(shù)值后的不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平

Values followed by different letters in the same column are significant among different treatments at 5% level between N rates

表3 不同處理對氮素吸收利用的影響

NRE: Nitrogen recovery efficiency; NAE: Nitrogen agronomic efficiency; NPE: Nitrogen physiological efficiency

同一列數(shù)值之后的不同小寫字母表示處理間在＜0.05水平差異顯著 Value followed by different small letters within each column are significant between different treatments at＜0.05 level

2.3 不同施氮量對土壤硝態(tài)氮遷移和累積的影響

分析甜瓜關(guān)鍵期不同施氮水平下NO3--N在土壤剖面中分布（圖2）可見，NO3--N在土壤中的分布隨著生育進程的推進處理間差異越來越明顯，而且這種變化在0—60cm土層比較清晰；NO3--N含量在土壤表層（0—20 cm）最高，隨著土層深度的增加NO3--N含量逐漸下降，同一土壤深度不同施氮量處理間NO3--N含量差異在收獲期最明顯；在同一土層，NO3--N含量的大小依次為N240＞N180＞N120＞N60＞N0，這一趨勢在20cm最為明顯，越往土壤深層差異越?。皇┑吭叫?，NO3--N在土壤中的穩(wěn)定時間越短，施氮量超過180kg·hm-2時，從移栽到膨大階段整個監(jiān)測剖面深度NO3--N含量均在上升。

圖2 不同施氮水平下土壤剖面NO3--N含量分布

圖3顯示甜瓜收獲后土壤中NO3--N的累積狀況，總體而言，0—100 cm NO3--N的累積量總量年際間無差異（2016年為560.83 kg·hm-2，2017年為562.07 kg·hm-2）。NO3--N主要在0—40 cm土層累積，累積量分別占0—100 cm土層累積總量的49.86%（2016）和48.74%（2017）。施氮量對NO3--N的累積有顯著影響，在同一土層，隨著施氮量的增加，NO3--N累積量逐漸增加。在0—20 cm土層，除N0、N60和N60、N120處理間未達(dá)到差異顯著外，其他處理間均差異顯著（＜0.05）；20—40 cm土層不同施氮處理間NO3--N累積量在＜0.05水平下存在顯著差異。綜合0—40 cm土層同一施氮量下NO3--N累積的增量可知，2016年收獲期N240、N180、N120和N60處理較N0處理增加了136.40%、97.10%、53.12%和36.99%，2017年增加了107.63%、77.95%、37.60%和25.09%；而在40—60 cm、60—80 cm以及80—100 cm土層，不同施氮處理間的NO3--N累積量差異逐漸減小。表明施氮量對NO3--N累積的范圍主要在40 cm土層以上，對40 cm以下土層NO3--N累積的影響有限。

2.4 不同處理對土壤氮素平衡的影響

考慮到在試驗區(qū)無機氮主要以NO3--N形式存在，因而在計算氮素平衡過程中以NO3--N含量為準(zhǔn)。甜瓜生育期氮素平衡結(jié)果（表4）顯示，施氮量、播前NO3--N累積量和生育期內(nèi)的氮素礦化量是氮素輸入量的組成部分，而施氮量是氮素總輸入量的主要來源，氮素總輸入量隨施氮量的增加而線性增加，土壤本身的氮素供給能力也占較大比例，本試驗中氮素礦化量和起始NO3--N累積量總量為114.82 kg·hm-2（2016）和109.91 kg·hm-2（2017），均超過當(dāng)年不施氮處理作物吸氮量。

圖3 施氮量對收獲后土壤NO3--N累積的影響

氮輸出項包括甜瓜吸收量（地上部）、土壤NO3--N殘留量和表觀損失量，綜合各處理平均值，作物吸收量占氮輸出量的41.36%（2016）、41.27%（2017），氮素殘留量占42.62%（2014）、43.41%（2015），表觀損失占16.02%（2016）、15.32%（2017），NO3--N殘留量占有較大比例，它也是氮素盈余的主要來源。作物吸氮量、土壤NO3--N殘留量和表觀損失量均隨著施氮量的增加而增加，并分別與施氮量呈線性關(guān)系（2作物吸氮量=0.8893、2土壤NO3--N殘留量=0.9899、2表觀損失量=0.9361）。分析表明，NO3--N殘留量和表觀損失量在整個施氮區(qū)間內(nèi)均持續(xù)增加，最大值均在處理N240時出現(xiàn)，且與N180間差異達(dá)到極顯著水平。同時，施氮后作物攜出量、NO3--N殘留量所占氮素輸出量的比例逐漸減小，表觀損失量所占比例持續(xù)增加，綜合分析兩年的平均值可知，處理N240較N0作物攜出量減少了10.51%，NO3--N殘留量減少了13.75%，而表觀損失量增加了24.25%，表明施氮量達(dá)到一定水平后，施用量超出了作物吸收范圍，且溢出了氮盈余區(qū)間。溢出部分氮素對下季作物不具有使用價值，可能以淋溶形式損失，施氮越多，損失量越大。

對兩年的數(shù)據(jù)做平均值分析，將甜瓜氮素吸收量（1）、土壤NO3--N殘留量（2）和氮素表觀損失量（3）分別與施氮量（）進行回歸分析，分別得到如下方程：1=0.311+61.857（2=0.906*）、2=0.345+61.081（2=0.995**）、3=0.344-10.575（2=0.892*），表示在施氮量增加1 kg時，作物攜出量增加0.31 kg·hm-2，礦質(zhì)氮殘留量增加0.35 kg·hm-2，氮素表觀損失量增加0.34 kg·hm-2。

施氮量、播前NO3--N含量與氮素礦化量之和（169.91—354.82 kg·hm-2）已超出了甜瓜地上部氮素最大吸收量（126.44 kg·hm-2），土壤本身供氮量高達(dá)114.82 kg·hm-2（2016）和109.91 kg·hm-2（2017）。因此，為了減少氮素的表觀殘留和損失量，考慮到土壤自身氮素供應(yīng)能力，同時考慮到產(chǎn)量的穩(wěn)定，施氮量應(yīng)盡可能的控制。

表4 不同處理對0—100 cm土壤剖面氮素平衡的影響

3 討論

3.1 氮素用量與膜下滴灌甜瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)

西北地區(qū)水資源緊張程度非常突出，甜瓜是喜水作物，滴灌施肥與甜瓜種植相結(jié)合，是契合區(qū)域特征與作物生長要求的栽培措施[27]。將氮素調(diào)控作為核心，以膜下滴灌為載體，是從源頭調(diào)控水肥資源降成本的生產(chǎn)方式，也是達(dá)到作物-土壤系統(tǒng)氮素平衡和高效施肥的研究方向[28-30]。本試驗在河西沙漠綠洲灌區(qū)開展，得出在施氮量為180 kg·hm-2時甜瓜商品產(chǎn)量和可溶性固形物含量達(dá)到較高水平，與N240處理相比差異不顯著，相對于傳統(tǒng)溝灌方式減氮30%以上[31]。在施氮量達(dá)到240 kg·hm-2時植株生物量持續(xù)增加但氮素收獲指數(shù)有所降低，說明氮素向果實的轉(zhuǎn)移并未提高，也印證了生物量的增量主要來源于莖葉部分，而非果實的生長量。表明在甜瓜膜下滴灌栽培模式中施氮量達(dá)到180 kg·hm-2時，其氮素供應(yīng)量能夠滿足這一品種在該區(qū)域果實單重、結(jié)果數(shù)以及光合效率等生理生長效應(yīng)需求的養(yǎng)分條件，并促進了養(yǎng)分吸收，進而提高產(chǎn)量[32-34]。繼續(xù)施氮可能會降低根際土壤微生物氮含量，從而抑制后期植株吸收養(yǎng)分的效率[35]，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，這與其他作物上進行的研究結(jié)果相同[20,23]。因此在保證甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上對高施氮量進行調(diào)整是本區(qū)域甜瓜生產(chǎn)的一個可行措施。

3.2 氮素用量與膜下滴灌甜瓜的氮素吸收利用

氮素施入量的調(diào)整勢必會反應(yīng)到氮素吸收利用率的變化中，甜瓜氮素吸收利用效率（NRE）、氮素農(nóng)學(xué)效率（NAE）均以N60處理最高，且隨著施氮量的增加而降低，氮素生理利用率（NPE）在處理N180中達(dá)到最高值且與N240間差異不顯著。表明在本試驗中，甜瓜施氮量達(dá)到180 kg·hm-2時，由施氮增加的吸氮量轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量的效率或已達(dá)到最高值，繼續(xù)增加施氮量，植株的吸氮量并未顯著上升，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率的下降。這可能與施氮量以及施氮時期與作物需肥時期不吻合有關(guān)，施氮量過高或者在需氮量較少的時期施氮，除作物吸收之外，會有部分氮素遺留到土壤中，作物后期若再次施氮必然會減少這部分氮的吸收比例[36]，總體上就會導(dǎo)致氮素吸收效率降低。通過化肥施入的氮在超出作物吸收范圍或需求量時，往往會以硝態(tài)氮形態(tài)殘留在土壤中，被淋洗或通過硝化—反硝化途徑損失，流失的氮量與作物灌水量和施氮量呈顯著的正相關(guān)[22,37-38]。本區(qū)域甜瓜種植中傳統(tǒng)的灌水施肥模式下硝態(tài)氮主要殘留在80—100 cm的土層，而優(yōu)化的灌水施氮量能夠?qū)⑾鯌B(tài)氮最大限度的持留在80 cm以上土層[29]。滴灌施肥對于降低NO3--N淋失的作用早已得到了肯定[14-15]，本試驗結(jié)果顯示，甜瓜收獲后硝態(tài)氮主要留存在0—40 cm的土層中，占監(jiān)測范圍總硝態(tài)氮累積量的46.74%—51.84%，說明滴灌施肥能夠?qū)⒋罅康南鯌B(tài)氮留存在作物可繼續(xù)吸收利用的范圍內(nèi)，降低氮素?fù)p失和環(huán)境污染的風(fēng)險。

但即便滴灌施肥方式減少了硝態(tài)氮往土壤深層的淋洗，過多的施氮量仍然會導(dǎo)致作物-土壤系統(tǒng)中氮素盈余增加，超出作物吸收部分的氮素會以氮素表觀損失和無機氮殘留形式損失，且與施氮量有顯著正相關(guān)[39]。本試驗結(jié)果表明，不施氮處理中，土壤氮素供應(yīng)量為114.82 kg·hm-2或109.91 kg·hm-2時，達(dá)到土壤氮素總平衡；而施氮后作物攜出量、NO3--N殘留量所占氮素輸出量的比例逐漸減小，表觀損失量所占比例持續(xù)增加，在施氮量低于180 kg·hm-2情況下，作物吸氮量＞土壤殘留量＞氮肥表觀損失量，表明施氮量增加能促進作物氮素吸收，但施氮量超過180 kg·hm-2后，甜瓜吸氮量不再增加，土壤殘留量＞作物吸氮量＞氮肥表觀損失量。這與其他作物上的研究結(jié)果類似[40]，表明過量施氮是造成氮素利用率低下，損失量增加和環(huán)境污染風(fēng)險劇增的主要原因，合理施肥是保證土壤氮素平衡的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，適宜的氮素施用量能夠提高甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)、氮素吸收利用率，并能降低土壤中氮素?fù)p失量。施氮量為180 kg·hm-2時甜瓜商品瓜產(chǎn)量達(dá)到較高值，果實吸氮量和氮收獲指數(shù)達(dá)到最大，由施氮增加的吸氮量轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量的效率達(dá)到最高值；施氮量超過180kg·hm-2后，土壤中NO3--N含量大幅上升；施氮量與甜瓜吸氮量、硝態(tài)氮殘留量和氮素表觀損失量呈顯著正相關(guān)，甜瓜吸收量占氮輸出量的41.27%—41.36%，氮素殘留量占42.62%—43.41%，表觀損失占15.32%—16.02%；施氮量增加1 kg時，作物攜出量增加0.31 kg·hm-2，礦質(zhì)氮殘留量增加0.35 kg·hm-2，氮素表觀損失量增加0.34 kg·hm-2。綜合考慮提高甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素吸收利用效率以及維持土壤平衡等因素，在河西綠洲灌區(qū)膜下滴灌條件下，甜瓜種植中減量施氮至180 kg·hm-2，能夠滿足甜瓜對氮素需求，保證甜瓜獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，提高氮素利用率，同時降低了氮素淋失對環(huán)境污染的風(fēng)險。

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（責(zé)任編輯 李云霞）

Effects of Application of Nitrogen on Melon Yield, Nitrogen Balance and Soil Nitrogen Accumulation Under Plastic Mulching with Drip Irrigation

XUE Liang1, MA ZhongMing2, DU ShaoPing2, FENG ShouJiang1, RAN ShengBin2

(1Institute of Soil, Fertilizer and Water-saving Agriculture, Gansu Academy of Agricultural Science, Lanzhou730070;2Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070)

【Objective】The study was aimed at dealing with the problems of fertilization on muskmelon production in field, and the effects of fertilizer on muskmelon yields, soil nitrate accumulation, nitrogen balance of soil nitrogen and nitrogen use efficiency under plastic mulching with drip irrigation were investigated. The purpose of this study was to provide theoretical basis for rational amount of applied nitrogen in muskmelon of fertigation system in Hexi irrigating region.【Method】The field experiment was carried out under plastic mulching with drip irrigation in muskmelon using the split plot design from 2016 to 2017.There was five nitrogen levels, including 0 (N0), 60(N60), 120 (N120), 180(N180), and 240 kg·hm-2(N240), in sub plots to investigate the influence of different fertilizing amount of nitrogen on nutrient absorption and yield of muskmelon. The soil nitrate nitrogen distribution and accumulation were measured at the seeding, vining, fruit-set and mature stages. Furthermore, we also measured the yield of muskmelon at maturity.【Result】The results showed that the yield of the N180treatment was higher than other treatments but it was showed no significant difference compared to N240. Nitrogen absorption of melon fruits and nitrogen harvest index were highest under N180treatment. And the higher nitrogen recover efficiency, nitrogen agronomic efficiency and nitrogen physiological efficiency were observed under the treatment of N180for two years, the ranges about 39.59%-40.22%, 56.61-61.44 kg·kg-1and 142.98-152.76 kg·kg-1, respectively. And the highest soil NO3--N content were observed at 0-40 cm soil layers of each treatment at the harvest stage of melon. Meanwhile, the soil NO3--N contents were reduced with the increasing of depth in 0-100 cm soil profiles, and soil NO3--N accumulates increased with increasing of the application amount of chemical fertilizer nitrogen. And soil NO3--N accumulation of each treatment (0-40 cm) accounted for 46.74%-51.84% of total accumulation (0-100 cm).Melon nitrogen uptakes, soil NO3--N accumulation and nitrogen apparent loss were positively correlated with the nitrogen application rates. Melon nitrogen uptakes, soil NO3--N accumulation and nitrogen apparent loss accounted for 41.27%-41.36%，42.62%-43.41% and 15.32%-16.02% of the total nitrogen input, respectively.【Conclusion】The best nitrogen application rate was 180 kg·hm-2under plastic cover with drip irrigation in melon production of Hexi corridor oasis irrigation area.

muskmelon; drip irrigation; nitrogen accumulation; nitrate accumulation; nitrogen use efficiency; nitrogen balance

2018-07-30；

2018-11-13

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-25-20）、甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新專項計劃（2017GAAS25、2017GAAS72）

薛亮，E-mail：xuel_3521@163.com。 通信作者馬忠明，E-mail：mazhming@163.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.04.010