西瓜是一种重要的经济作物。随着社会经济的发展,人们对于西瓜的品质要求也越来越高。西瓜种植以有机肥和复混肥的施用为主,并且农户普遍认为有机肥的施用会对西瓜的品质提高产生重要作用。施用有机肥可以改善土壤肥力状况,提高生物活性,提升土壤的营养供应容量^{[1, 2]},并且适宜的有机无机肥配施能够促进作物对养分的吸收,提高其产量和品质^{[3, 4, 5, 6]}。目前,国内外关于有机肥的研究主要集中在对土壤性状和作物产量品质的影响等方面,对作物各时期氮、钾营养变化的研究较少。本文以西瓜为试验材料,通过3种不同有机肥与无机肥的配施,研究其对西瓜的氮、钾营养以及产量和品质的影响,以期为西瓜的科学施肥提供理论依据。

试验区位于江苏省南京市江宁区横溪镇横岗村(31°43′N,118°45′E),地处丘陵地区,属亚热带季风气候,年平均气温15.4 ℃,降水量1 106 mm,无霜期223 d,日照时间2 100 h。试验区种植西瓜为嫁接苗,砧木为葫芦,接穗为‘西瓜8424’品种。供试土壤为粉质黏壤土,0~30 cm土层基本养分:全氮含量0.76 g · kg^-1,碱解氮含量93.90 mg · kg^-1,速效磷含量6.94 mg · kg^-1,速效钾含量196.52 mg · kg^-1,有机质含量21.48 g · kg^-1,pH值为5.37。

试验于2012年春季进行,试验地东西长42 m,南北宽32 m,总面积1 344 m²。设置3个处理:1)豆粕有机肥(SMC),为豆粕和花生麸、猪粪按照质量比为1 ∶ 3加入辅料发酵制成;2)猪粪秸秆有机肥(PSC),为水稻秸秆、菜籽饼、猪粪按照质量比为1 ∶ 1 ∶ 3加入辅料发酵制成;3)羊粪(SM),为当地农户习惯施肥。3种有机肥的主要养分含量见表 1。每个试验处理均设3个小区,每个小区72 m²,栽种西瓜24株。

2012年3月采用沟施法施入底肥,SMC、PSC、SM处理有机肥施用量分别为15、10和15 t · hm^-2。根据有机肥中氮、磷、钾含量的不同,分2次用无机肥(尿素,含N 46%;硫酸钾,含K₂O 50%;过磷酸钙,含P₂O₅ 12%)将养分分别补齐至360、412和615 kg · hm^-2。2012年4月西瓜幼果期进行第1次追肥,5月西瓜膨大期进行第2次追肥,追肥量见表 2。追肥均采用穴施方法,距根部约20 cm处挖穴,穴深约10 cm,覆土。

2012年4月5日移栽西瓜幼苗于试验地,同时采集苗期(3片真叶,40 d苗龄)样品,并分别于西瓜伸蔓期(约移栽后20 d)、幼果期(西瓜长到鹌鹑蛋大小,约移栽后35 d)、膨大期(西瓜长到拳头大小,约移栽后50 d)、成熟期(西瓜第一茬采收时)采集整个西瓜植株,每个小区采取1株。西瓜长到鸡蛋大小时疏果定瓜,膨大期和成熟期采集的西瓜植株结果数相同。将西瓜植株带回室内,称量鲜样质量,用剪刀分为根、茎、叶、果4部分后用四分法留取部分样装入档案袋,其中,西瓜膨大期果实样分为瓜皮和瓜瓤,成熟期果实样分为瓜皮、瓜瓤和瓜籽,之后经105 ℃杀青30 min后70 ℃烘干至恒质量,用磨样机磨细后放入封口袋内用于养分测定。每株成熟期西瓜纵向切取部分瓜瓤样品混合打成匀浆后用于品质测定。

植株元素指标:全氮采用H₂SO₄-H₂O₂消煮法,用AA3连续流动分析仪测定;全磷采用钼锑抗比色法测定;全钾采用火焰分光光度法^[7]测定。

果实品质指标:果实维生素C含量采用2,6-二氯靛酚滴定法,可溶性糖含量采用蒽酮比色法^[8],可滴定酸含量采用酸碱滴定法,并根据测定结果计算糖酸比。

在西瓜成熟期内收获小区西瓜称量质量,整个成熟期内不同批次收获西瓜质量之和即为产量;西瓜植株生物量为西瓜各部分干物质量之和;氮、磷、钾吸收量为西瓜各部位生物量乘以各部位氮、磷、钾含量之和。

应用Microsoft Excel 2007和SPSS 16.0软件进行数据分析,采用Duncan′s法进行多重比较。

从图 1可知:苗期和伸蔓期植株生物量没有显著差异,幼果期SM处理植株生物量显著高于SMC和PSC处理,西瓜植株开始快速生长。膨大期SMC、PSC和SM处理的西瓜植株生物量分别为227.8、368.6和418.5 g,SM处理与SMC和PSC处理相比分别增加了83.7%和13.5%,差异显著(P<0.05)。成熟期SMC处理西瓜植株生物量最小,为525.7 g,而PSC和SM处理分别为795.7和983.2 g,分别比SMC处理增加了51.4%和87.0%,且SM处理显著高于SMC处理。从西瓜植株生物量状况分析,SM处理西瓜植株的生长最旺盛,而SMC处理西瓜植株生长情况要差于PSC和SM处理。

图 1 3种有机无机肥配施对西瓜植株生物量的影响 Fig. 1 Effects of three organic and inorganic fertilizers combined application on biomass of watermelon 1)P1:苗期Seedling period;P2:伸蔓期Stretch tendril period;P3:幼果期Young fruit period;P4:膨大期Expanding period;P5:成熟期Mature period. The same as follows. 2)图柱不同小写字母表示同一时期不同处理间在0.05水平差异显著。Different small letters above the bars mean significant difference in different treatments at 0.05 level in the same period.

图选项

由表 3可知:SM处理的产量最高,与SMC和PSC处理相比分别增加了19.1%和9.4%。SM处理的维生素C含量最高,SMC处理其次,较PSC处理分别增加了59.4%和35.6%(P<0.05)。SMC处理可溶性糖含量显著高于PSC处理,与PSC处理相比提高了25.2%,较SM处理提高了11.2%(P>0.05);SMC和PSC处理可滴定酸含量显著低于SM处理,分别降低了30.3%和36.8%。SMC和PSC处理糖酸比均在100以上,显著高于SM处理。

从图 2-A中可知:3个处理根中钾含量前期均表现为苗期到伸蔓期急剧下降,伸蔓期后回升的趋势;PSC处理根中钾含量在幼果期达到最高,幼果期后持续下降;SMC处理幼果期根中钾含量继续上升,膨大期达到顶点后开始下降;SM处理根中钾含量变化趋势同PSC处理相似,幼果期达到最高后下降,在幼果期和膨大期分别与PSC和SMC处理差异显著,成熟期时3个处理根中钾含量为同等水平。

	图 2 3种有机无机肥配施对西瓜根、茎、叶中钾含量的影响 Fig. 2 Effects of three organic and inorganic fertilizers combined application on potassium content in root,stem and leaf of watermelon 图中不同小写字母表示同一时期不同处理间在0.05水平差异显著。Different small letters mean significant difference in different treatments at 0.05 level in the same period. The same as follows.
图选项

SMC处理茎中钾含量从苗期到膨大期持续增加,膨大期后开始下降;PSC处理茎中钾含量从苗期到幼果期逐渐上升,在幼果期达到最高,并显著高于SMC和SM处理,幼果期后钾含量持续下降,成熟期茎中钾含量与PSC处理处于相同水平;SM处理茎中钾含量在苗期到伸蔓期时有小幅上升,伸蔓期到膨大期变化不大,从膨大期开始急剧下降,到成熟期钾含量显著低于SMC和PSC处理(图 2-B)。

3个处理叶中钾含量变化分别表现为:SM处理从苗期到幼果期逐渐上升,在幼果期达到最高后开始下降;PSC处理前期变化不大,从幼果期到膨大期钾含量明显增加,随后从膨大期开始急剧下降;SMC处理在膨大期以前叶片钾含量变化不明显,从膨大期开始钾含量急剧下降;成熟期3个处理叶中钾含量水平相当(图 2-C)。

由表 4可知:幼果期时各个处理果实中钾含量无显著差异;膨大期时SMC和PSC处理瓜瓤中钾含量显著高于SM处理,较SM处理分别提高了14.0%和22.3%,瓜皮中钾含量无显著差异;成熟期时各个处理的瓜瓤和瓜皮中钾含量均无显著差异,瓜籽中SM处理钾含量显著高于SMC和PSC处理。

从图 3-A中可知:根中氮含量整体表现为苗期最高,从苗期到成熟期一直处于下降趋势,其中SM处理在伸蔓期、幼果期和膨大期时根中氮含量均高于其他处理,且在伸蔓期和幼果期与SMC和PSC处理差异显著,在膨大期时显著高于PSC处理,成熟期各处理根中氮含量无明显差异。茎中氮含量整体表现为从苗期到伸蔓期急剧上升,之后开始逐渐下降直至成熟期达到最低。SM处理茎中氮含量在伸蔓期和幼果期均高于其他处理,SMC处理在膨大期时茎中氮含量略微增加,显著高于PSC处理,成熟期时其茎中氮含量显著高于其他处理(图 3-B)。3个处理叶中氮含量整体表现为从苗期到膨大期逐渐增加,之后迅速下降的趋势,其中SMC处理叶中氮含量在成熟期时显著高于PSC和SM处理(图 3-C)。

	图 3 3种有机无机肥配施对西瓜根、茎、叶中氮含量的影响 Fig. 3 Effects of three organic and inorganic fertilizers combined application on nitrogen content in root,stem and leaf of watermelon
图选项

由表 5可知:幼果期时各处理果实中氮含量无显著差异;膨大期时PSC处理的瓜瓤和瓜皮中氮含量均显著低于其他处理,SMC处理瓜瓤中氮含量显著低于SM处理;成熟期时PSC处理西瓜果实中氮含量明显低于SM和SMC处理,瓜瓤、瓜皮和瓜籽中氮含量均与SM处理差异显著,SMC处理瓜瓤和瓜皮中氮含量也显著低于SM处理。

从图 4可知:不同生育期西瓜对氮、磷、钾的吸收规律均表现为在伸蔓期前西瓜氮、磷、钾吸收量变化较小,从伸蔓期开始氮、磷、钾吸收量开始小幅度的增加,至幼果期氮、磷、钾吸收量开始大幅度增加,并一直持续到成熟期,其中钾吸收量上升幅度最大。氮吸收量从幼果期到膨大期增加幅度较大,从膨大期开始幅度变小趋于平缓。磷吸收量虽然持续上升,但吸收量很小,最高为2.50 g,远低于钾吸收量和氮吸收量。西瓜全生育期对氮、钾的吸收量远大于磷,且对钾的吸收量要略大于氮。

	图 4 3种有机无机肥配施对西瓜氮、磷、钾吸收的影响 Fig. 4 Effects of three organic and inorganic fertilizers combined application on nitrogen, phosphorus and potassium uptake of watermelon
图选项

西瓜不同生育期对氮、磷、钾的吸收量与对应时期西瓜的生物量呈正相关关系^[9],3个处理氮、磷、钾吸收量从幼果期开始均表现为SM处理最高,SMC处理最低,这与图 1中西瓜植株生物量的变化趋势一致。SM处理氮吸收量在不同生育期始终较其他处理高,在成熟期显著高于其他处理,SMC和PSC处理成熟期氮吸收量一致(图 4-A)。SM处理磷吸收量在幼果期显著高于SMC和PSC处理,在成熟期显著高于SMC处理,与PSC处理差异不显著(图 4-B)。SM和PSC处理钾吸收量变化一致,在膨大期和成熟期显著高于SMC处理(图 4-C)。

氮和钾是西瓜整个生育期中需求量较大的2种元素,对西瓜植株正常的生长发育,糖分向果实转运以及果实中的糖代谢起着重要的作用。大量研究^{[10, 11, 12]}表明:西瓜在整个生育期吸收钾最多,氮次之;西瓜苗期对氮、钾的吸收很少,随着植株的生长对氮的吸收稳定增多,开花结果期后对钾的吸收逐渐增多。本试验中施用羊粪提高了西瓜对氮的吸收量,植株中的氮在膨大期到成熟期阶段从根、茎、叶大量的转移到果实中,使得西瓜果实中氮素累积,可滴定酸含量增加^{[13, 14, 15]}。因此施用羊粪在提高产量的同时提高了西瓜可滴定酸含量,并且在这个氮营养范围内,对西瓜可溶性糖含量没有显著影响^[16]。大量研究^{[10, 16, 17, 18]}表明,西瓜果实中维生素C含量与氮素吸收量有密切的关系,在一定范围内,西瓜中维生素C含量随施氮量的增加而提高,超过一定范围后维生素C含量则会随着施氮量的增加而下降。本试验中,施用羊粪的西瓜维生素C含量显著提高,而且果实中氮含量也较高。

豆粕有机肥中的氮含量在3种有机肥中最低,影响了植株的生长。虽然在幼果期和膨大期追施尿素后西瓜根、茎、叶中氮含量显著增加,但西瓜的生物量和产量仍然低于施用其他有机肥的西瓜产量。豆粕有机肥的钾含量最高,施用豆粕有机肥,西瓜的可溶性糖含量高与植株的钾吸收有关,根、茎中的钾含量在幼果期到膨大期持续增加,膨大期时达到最高,而同时期其他处理根、茎中的钾含量已经开始下降或停止增加,说明豆粕有机肥能够提供充足的钾并促进西瓜植株对钾的吸收,从而提高果实的可溶性糖含量^{[19, 20]}。猪粪秸秆有机肥中的氮含量在3种有机肥中最高,但西瓜的氮吸收量低,显著低于羊粪处理,说明猪粪秸秆有机肥对于促进西瓜植株氮吸收的效果较弱,并且膨大期和成熟期西瓜果实中的氮含量低于其他处理,导致猪粪秸秆有机肥处理的果实维生素C含量和可滴定酸含量下降,而且由于氮素过低对糖代谢相关酶的活性有抑制作用^[21],影响了可溶性糖的合成,导致果实中可溶性糖含量降低。

不同有机无机肥配施会影响西瓜氮、钾养分的吸收转运,从而对西瓜产量和品质产生影响。本试验中施用羊粪能够提高西瓜产量,但会导致品质下降;施用豆粕有机肥能够提升西瓜品质,但限制了产量的提高。有机肥的种类繁多,不同种类的有机肥对西瓜产量品质的促进作用与其氮、钾含量及其对氮、钾的吸收密切相关,在实际生产中应从氮、钾营养平衡的角度选择有机肥,以保证西瓜的养分平衡和高产优质。