徐強，王衛(wèi)超，許詠梅，邵華偉，楊金鈺，喬曉燕，呂彩霞

(1.鄯善縣魯克沁鎮(zhèn)農技推廣站，新疆鄯善 838200；2.新疆農業(yè)科學院土壤肥料與農業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

化肥減施-有機肥替代措施提高新疆甜瓜產量和含糖量研究

徐強1，王衛(wèi)超2，許詠梅2，邵華偉2，楊金鈺2，喬曉燕2，呂彩霞2

(1.鄯善縣魯克沁鎮(zhèn)農技推廣站，新疆鄯善 838200；2.新疆農業(yè)科學院土壤肥料與農業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

【目的】研究甜瓜合理的化肥減施量和有機肥替代量，對甜瓜產量和品質的效應，為新疆甜瓜高產優(yōu)質、產業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。【方法】選擇新疆鄯善魯克沁甜瓜主產區(qū)，采用三因素三水平正交試驗設計，以有機肥種類、有機肥施用量、化肥施用量為考察因素，有機肥種類為固體有機肥、液體滴灌有機肥和小麥秸稈；有機肥施用量分別設置為每種有機肥的低、中、高施用量；化肥施用量為常規(guī)施肥量、減施化肥15%和30%。化學氮肥為尿素，磷肥為磷酸一銨。測試甜瓜產量、波美度值(含糖量)，研究化肥減施-有機肥替代對甜瓜產量和品質的效應。【結果】有機肥的種類是影響甜瓜產量和含糖量的主要因素，其次為有機肥的施用量，而化肥施用量影響最小。甜瓜減施30%化肥仍能獲得最高產量和含糖量?！窘Y論】新疆鄯善地區(qū)甜瓜施肥策略可采用減施化肥-有機肥替代技術，最佳組合為有機肥可采用小麥秸稈或有機肥，施用量為450 kg/667 m2，化肥用量較常規(guī)施肥可減少30%。

甜瓜正交試驗；化肥減施；有機肥替代；產量；含糖量

0 引 言

【研究意義】甜瓜作為新疆特色經濟作物，其產量和品質的高低直接影響著農民的收入水平，研究區(qū)域為新疆甜瓜的主產區(qū)，通過對該區(qū)甜瓜生產過程中肥料投入結構改變對甜瓜產量及含糖量的變化評價，為新疆甜瓜生產建立環(huán)境友好的施肥模式及農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供依據。【前人研究進展】《中國統(tǒng)計年鑒(2016)》統(tǒng)計數據顯示，2015年我國化肥施用量為6 022.6×104t，較1978年增長6.8倍，且以每年2.8%的速度增長，化肥消費量已占世界化肥總用量的 1/3。2015年我國農作物播種總面積為166 374×103hm2，化肥施用強度約合362.0 kg/hm2，是1978年(58.9 kg/hm2)的6.1倍，化肥施用強度已超出國際安全標準(225 kg/hm2)60.89%[1,2]。而我國糧食總產量較化肥施用量增長緩慢，2015年我國糧食總產量為62 143.9×104t，是1978年(30 476.5×104t)的2.0倍，化肥的利用效率大幅下降。不合理施用化肥造成資源的浪費的同時，也增加了環(huán)境污染的風險和土壤理化生功能的下降[3]。我國農田化肥過量使用潛在的壓力和面臨的環(huán)境風險是其他國家無法相比的[4]。長期依賴增施化肥滿足作物對礦質元素的需求加劇了農業(yè)面源污染[5]，增加了土壤次生鹽堿化、土壤酸化[6-8]、水體富營養(yǎng)化[9]的風險以及土壤重金屬積累等一系列的環(huán)境問題，同時也無法滿足人們對特色農產品品質日益增長的追求[5,10]。【本研究切入點】 通過優(yōu)化施肥措施來提高肥料利用率和緩減由于不合理施肥造成的環(huán)境問題被認為是有效的方法之一[11]。施用有機肥不僅可以改良土壤結構，提高作物品質、促進農作物增產，同時與壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量存在顯著的相關性[12,13]。當前針對新疆甜瓜化肥減施-有機肥替代研究相對較少，尤其是在化肥減施比例和因地制宜的有機肥種類選擇方面的結果更為缺乏，以新疆鄯善甜瓜品質產量變化為切入點，研究化肥減施比例和有機肥種類組合試驗，篩選最佳化肥減施-有機肥替代模式。【擬解決的關鍵問題】明確化肥減施、有機肥種類、增施有機肥對甜瓜產量和品質的影響，建立農業(yè)減施化肥的長效機制，探索適合新疆甜瓜生產的高產優(yōu)質的施肥模式，為新疆甜瓜優(yōu)質高產栽培技術的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究設在新疆鄯善縣魯克沁鎮(zhèn)進行( N 42°47.4863′，E 489°42.5683′)進行。魯克沁鎮(zhèn)位于吐魯番盆地東沿，火焰山南麓，海拔100～500 m，地勢低下閉塞，增溫迅速，散熱不易。春季升溫快；夏季高溫炎熱，長達60 d；秋季短，降溫迅速；冬季寒冷期短，風小雪稀。該區(qū)熱量極為豐富，日照充足，平均降雨量21 mm，蒸發(fā)量2 984，干燥度142，屬極端干旱區(qū)，具有種植甜瓜悠久歷史，是新疆甜瓜主產區(qū)。

供試品種為西州密17號，供試肥料為化肥、液體有機肥，固體有機肥和小麥秸稈，化肥(尿素)和液體有機肥采用滴灌隨水追施，固體有機肥和小麥秸稈作為基肥。

1.2 方 法

采用正交試驗設計。試驗因素為有機肥種類A、有機肥施用量B、化肥施用量C，分別對試驗因素A、B、C各取三個水平。表1，表2

表1 試驗因素水平

Table 1 Test factor level

水平Level因素 Factor有機肥種類Typesofmanure(A)有機肥施用量Amountofmanure(B)化肥施用量Amountofchemicalfertilizer(C)1固體有機肥低常規(guī)：2液體滴灌有機肥中常規(guī)減量15%3小麥秸稈高常規(guī)減量30%

表2 施用量設置

Table 2 Application amount of fertilizer

類別Type低Lowlever(kg/667m2)中Middlelevel(kg/667m2)高Highlevel(kg/667m2)固體有機肥Solid100200300液體滴灌有機肥Liquid203040小麥秸稈Wheatstraw150300450化肥量Chemicalfertilizer常規(guī)量：基肥磷酸二銨50kg、硫酸鉀15kg；追肥：尿素40kg化肥減量15%：基肥磷酸二銨42 5kg、硫酸鉀12 8kg；追肥34kg化肥減量30%：基肥磷酸二銨35kg、硫酸鉀10 5kg；追肥28kg二銨35kg/667m2

根據試驗的因素(3)、水平(3)，不考慮交互作用，故采用L9(34)正交表，正交表表頭設計見表3。

按照以上選取得正交表及表頭設計，確定試驗方案并進行試驗。表4

表3 表頭設計

Table 3 Table headers

列號ColumnNo．1234因素FactorABC空

表4 正交試驗

Table 4 Orthogonal experiment and data

處理Treatment因素 Factor有機肥種類Typesoforganicfertilizer(A)有機肥施用量Amountoforganicfertilizerapplication(B)化肥施用量Amountofchemicalfertilizerapplication(kg/667m2)(C)空列Emptycolumn(D)甜瓜產量Yield(kg/667m2)1固體有機肥(1)低(1)105(1)12581 42固體有機肥(1)中(2)89 25(2)22749 33固體有機肥(1)高(3)73 5(3)32956 64滴灌有機肥(2)低(1)89 25(2)32701 55滴灌有機肥(2)中(2)73 5(3)12586 06滴灌有機肥(2)高(3)105(1)22773 27小麥秸稈(3)低(1)73 5(3)23135 28小麥秸稈(3)中(2)105(1)32827 79小麥秸稈(3)高(3)89 25(2)13042 3

1.3 數據處理

采用Excel和SPSS17.0 進行數據的處理與分析。

2 結果與分析

2.1化肥減施及有機肥替代對甜瓜產量及含糖量的影響

研究表明，化肥減施及有機肥替代對甜瓜的產量影響差異顯著，處理7最高，且與處理3、處理8和處理9之間無顯著性差異；處理1最低，處理5次之，兩者之間無顯著性差異，且與處理2、處理4和處理8和之間差異不顯著。圖1

研究表明，甜瓜含糖量處理7最高，處理2最低，且各處理之間均無顯著性差異。對于正交試驗各處理的甜瓜產量和含糖量數據進行分析比較可以看出，各處理之間甜瓜含糖量差異均不顯著，產量之間存在顯著性的差異，因此，應對甜瓜產量及含糖量數據進一步分析，以求得最佳水平組合及分析影響甜瓜品質的主要因素。圖2

圖1 化肥減施及有機肥替代下甜瓜產量變化

Fig.1 Effect of chemical fertilizer reduction and organic fertilizer supplement on the yield of muskmelon

圖2 化肥減施及有機肥替代下甜瓜含糖量變化

Fig.2 Effect of chemical fertilizer reduction and organic fertilizer supplement on sugar content of muskmelon

2.2直觀分析確定各因素對甜瓜產量影響的主次因素及最佳水平組合

利用正交試驗的極差分析法研究各因素對甜瓜產量的顯著性，來確定影響甜瓜產量的主次因素，并確定各因素對甜瓜產量相對有利的水平。

利用極差分析法對甜瓜產量數據分析。

(1)計算各因素各水平的甜瓜產量之和和平均產量。Ij表示第j列(因素)的第一個水平所對應甜瓜產量之和；IIj表示第j列的第二個水平所對應甜瓜產量之和；IIIj表示第j列(因素)的第三個水平所對應甜瓜產量之和。表5

(2)分析對甜瓜產量影響的主次因素。Rj表示第j列(因素)中Ij平均值、IIj平均值和IIIj平均值中最大值與最小值之間的差值；一個因素的極差越大，該因素對試驗指標(甜瓜產量)的影響越大。R1 >R2 >R3；說明因素A(有機肥種類)是主要因素，其次是因素B(有機肥施用量)，因素C(化肥施用量)對產量構成的影響最小。

(3)最佳水平組合的選擇。根據正交表的綜合可比性，比較每個因素在三個水平下的Ij平均值、IIj平均值和IIIj平均值的大小，選擇三個水平所對應的最大值(用*標識)，可得到最佳水平組合A3B3C3。

利用正交試驗的極差分析法計算各因素各水平的甜瓜含糖量之和和平均含糖量。研究表明，各因素不同水平之間的極差值表現為極差值R2=R3 >R1，說明B因素(有機肥施用量)和因素C(化肥使用量)對于甜瓜含糖量的影響相同，是影響甜瓜含糖量的主要因素；因素A(有機肥種類)對甜瓜含糖量的影響較小。根據正交表的綜合可比性，比較每個因素在三個水平下的Ij平均值、IIj平均值和IIIj平均值的大小，得到最佳水平組合A3B1C3和A3B3C3。表6

表5 極差分析法下甜瓜產量變化

Table 5 Analysis of muskmelon yield data by range analysis

處理Treatment因素 Factor有機肥種類Typesofmaure(A)有機肥施用量Amountofmanure(B)化肥施用量Amountofchemicalfertilizer(kg/667m2)(C)甜瓜產量Yield(kg/667m2)1固體有機肥(1)低(1)105(1)2581 42固體有機肥(1)中(2)89 25(2)2749 33固體有機肥(1)高(3)73 5(3)2956 64滴灌有機肥(2)低(1)89 25(2)2701 55滴灌有機肥(2)中(2)73 5(3)2586 06滴灌有機肥(2)高(3)105(1)2773 27小麥秸稈(3)低(1)73 5(3)3135 28小麥秸稈(3)中(2)105(1)2827 79小麥秸稈(3)高(3)89 25(2)3042 3Ij8287 38418 18182 3IIj8060 78163 08493 1IIIj9005 28772 18677 8Ij均值2762 42806 02727 4IIj均值2686 92721 02831 0IIIj均值3001 7?2924 0?2892 6?Rj314 8203 0165 2

表6 極差分析法下甜瓜含糖量變化

Table 6 Analysis of sugar content of muskmelon by range analysis

處理Treatment因素 Factor有機肥種類Typesoforganicfertilizer(A)有機肥施用量Amountofmanure(B)化肥施用量Amountofchemicalfertilizer(kg/667m2)(C)含糖量Sugarcontent(%)1固體有機肥(1)低(1)105(1)12 42固體有機肥(1)中(2)89 25(2)12 33固體有機肥(1)高(3)73 5(3)12 64滴灌有機肥(2)低(1)89 25(2)12 45滴灌有機肥(2)中(2)73 5(3)12 36滴灌有機肥(2)高(3)105(1)12 57小麥秸稈(3)低(1)73 5(3)12 78小麥秸稈(3)中(2)105(1)12 49小麥秸稈(3)高(3)89 25(2)12 4Ij37 3037 5037 30IIj37 2037 0037 10IIIj37 5037 5037 60Ij均值12 4312 50?12 43IIj均值12 4012 3312 37IIIj均值12 50?12 50?12 53?Rj0 100 170 17

2.3各因素對甜瓜產量及含糖量的主次因素及最佳組合水平

研究表明，因素A(有機肥種類)的Sig為0.001(小于0.005)，表明因素A為顯著因素；因素B(有機肥使用量)的Sig為0.353，因素C(化肥使用量)的Sig為0.449，說明因素B和因素C為不顯著因素，且因素B對甜瓜產量的影響大于因素C。對甜瓜產量構成影響結構表現為各因素、水平的最佳水平組合為A3B3C3，這與極差分析法得到的結果一致。表7，表8

表7 主體間效應的檢驗(因變量:甜瓜產量)

Table 7 Test of inter subjectivity effect (dependent variable: Muskmelon Yield)

源SourceI型平方和Sumofsquare(I)df均方MeansquareFSig．模型Model7 169E+0771 024E+07601 4570 002有機肥種類ATypeofmanure7 158E+0732 386E+071401 3600 001有機肥施用量BApplicationamountofmanure62377 202231188 6011 8320 353化肥施用量CApplicationamountofchemicalfertilizer41803 442220901 7211 2280 449誤差Error34053 869217026 934總計7 172E+079

注：a.R2=1.000(調整R2=0.998)

Note： a.R2=1.000(AdjustmentR2=0.998)

表8 不同因素的均值及置信區(qū)間(因變量:甜瓜產量)

Table 8 Means and confidence interval of different factors (dependent variable: Muskmelon Yield)

水平Level有機肥種類(A)Typeofmanure有機肥施用量(B)Amountofmanure化肥施用量(C)Amountofchemicalfertilizer均值Mean95%置信區(qū)間95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit均值Mean95%置信區(qū)間95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit均值Mean95%置信區(qū)間95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit12762 432438 293086 582806 032481 893130 182727 432403 293051 5822686 902362 753011 052721 002396 853045 152831 032506 893155 1833001 732677 593325 882924 032599 893248 182892 602568 453216 75

研究表明，因素A(有機肥種類)的Sig為0.000(小于0.001)，表明因素A為極顯著因素；因素B(有機肥使用量)的Sig為0.342，因素C(化肥使用量)的Sig為0.406，說明因素B和因素C為不顯著因素，且因素B對甜瓜產量的影響大于因素C。對甜瓜產量構成影響結構表現為各因素、水平的最佳水平組合為A3B1C3和A3B3C3，這與極差分析法得到的結果一致。表9，表10

表9 主體間效應的檢驗(因變量:甜瓜含糖量)

Table 9 Test of inter subjectivity effect (dependent variable: Sugar Content of Muskmelon)

源SourceI型平方和Sumofsquare(I)df均方MeansquareFSig 模型Model1393 891a7199 12713785 7360 000有機肥種類ATypeofmanure1393 7933464 59832164 4620 000有機肥施用量BApplicationamountofmanure0 05620 0281 9230 342化肥施用量CApplicationamountofchemicalfertilizer0 04220 0211 4620 406誤差Error0 02920 014總計1393 9209

表10 不同因素的均值及置信區(qū)間(因變量:甜瓜含糖量)

Table 10 Means and confidence interval of different factors (dependent variable: Sugar Content of Muskmelon)

水平Level有機肥種類(A)Typeofmanure有機肥施用量(B)Amountofmanure化肥施用量(C)Amountofchemicalfertilizer均值Mean95%置信區(qū)間95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit均值Mean95%置信區(qū)間95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit均值Mean95%置信區(qū)間95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit112 4312 1412 7312 5012 2012 8012 4312 1412 73212 4012 1012 7012 3312 0412 6312 3712 0712 67312 5012 2012 8012 5012 2012 8012 5312 2412 83

3 討 論

有機肥種類是影響甜瓜產量的主要因素，且各因素的最佳組合水平為有機肥種類為小麥秸稈，有機肥施用量為450 kg/667 m2，化肥用量減少為30%時，可使甜瓜產量達到相對最高；分析甜瓜含糖量數據表明，有機肥種類是影響甜瓜含糖量的主要因素，各因素的最佳水平組合為有機肥種類為小麥秸稈，有機肥施用量為150或450 kg/667 m2，化肥用量減少為30%時，可使甜瓜含糖量達到相對最高。而研究中采用極差法和方差分析的方法對甜瓜含糖量數據的分析結果在主要因素篩選上表現并不一致，說明這兩種分析方法對數據的分析存在差異，方差分析的方法較極差更加全面，考慮到了試驗誤差對甜瓜產量及含糖量的影響，對試驗指標的分析更精確。

化肥利用率偏低是是我國農業(yè)生產中普遍存在的問題，隨著化肥的使用量呈顯著增加的趨勢；不僅造成了農業(yè)化肥使用量超標，引起土壤質量下降，還嚴重影響了農作物的品質，同時帶來了嚴重的土壤環(huán)境問題和資源的浪費[14-16]?；试谵r業(yè)生產中的作用明顯，適當的施用化肥可以促進作物增產，過量施用時不僅不能促進作物增產，甚至會造成作物的減產[17]。研究通過對正交試驗9個處理的甜瓜產量和含糖量數據進行顯著性比較發(fā)現，不同處理之間的甜瓜產量存在顯著性的差異，含糖量數據之間差異均不顯著，且產量相對較高的處理分別是處理7(有機肥種類為小麥秸稈，有機肥施用量為150 kg/667 m2，化肥用量減少為30%)、處理9(有機肥種類為小麥秸稈，有機肥施用量為450 kg/667 m2，化肥用量減少為15%)和處理3(有機肥種類為固體有機肥，有機肥施用量為300 kg/667 m2，化肥用量減少為30%)，說明化肥減量施用同時配合使用有機肥可以增加甜瓜產量。張緒成等[18]研究也表明氮肥減施同時增施有機肥可以提高馬鈴薯產量及化肥偏生產力。

此外，研究中對甜瓜產量和含糖量數據方差分析結果表明，影響甜瓜產量和含糖量的主要因素為有機肥的種類，其次為有機肥的施用量，而化肥的施用量對甜瓜的產量及含糖量的影響最小，說明化肥減量施用對甜瓜產量及含糖量的差異不顯著，合理配施有機肥可以減少化肥施用量而不影響甜瓜的生長。王冰清等[19]研究也表明化肥減量施肥對黃瓜、苦瓜和甘藍產量沒有明顯影響，還降低了蔬菜中硝酸鹽的含量，提高了蔬菜的品質。于濤等[20]通過對芹菜的化肥減施試驗研究表明化肥減量10%和20%對芹菜地上部分生物量無顯著影響，但化肥減量30%，芹菜產量顯著降低。在施肥量相同的條件下，無機化肥配合有機肥施用比全部施用化肥能更好地提高芹菜生物量。

4 結 論

研究通過正交試驗的設計方法研究化肥減施及有機肥替代對魯克沁鎮(zhèn)甜瓜產量構成的影響，結果表明有機肥種類是影響甜瓜產量和含糖量的主要因素，其次為有機肥的施用量，化肥的施用量對甜瓜產量及含糖量的影響最小，且有機肥施用量對甜瓜產量及含糖量的影響表現為有機肥施用量高>有機肥施用量低>有機肥施用量中，化肥減施量為30%時甜瓜產量及含糖量最高，各因素的最佳組合水平為有機肥種類為小麥秸稈，有機肥施用量為450 kg/667 m2，化肥用量減少為30%時，可使甜瓜產量和含糖量達到最高，是較優(yōu)的施肥組合。

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ChemicalFertilizerReductionandOrganicFertilizerSupplementtoImprovetheYieldandSugarContentofMuskmeloninXinjiang

XU Qiang1，WANG Wei-chao2，XU Yong-mei2， SHAO Hua-wei2，YANG Jin-yu2， QIAO Xiao-yan2, Lü Cai-xia2

(1.AgriculturalTechnologyExtensionStationofRukqinTown,ShanshanXinjiang838200,China; 2.ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

【Objective】 The aim of this study was to explore the reasonable amount of chemical fertilizer application and the substitution of organic fertilizer for the muskmelon in Xinjiang, to provide reference for the high yield and good quality of muskmelon and the sustainable development of the muskmelon industry.【Method】Lukqin muskmelon production area in Shanshan, Xinjiang was selected and the three factors and three levels orthogonal design was adopted. Types of organic fertilizer, the amount of organic fertilizer and chemical fertilizer were taken as the factors to be investigated. The types of organic fertilizer were solid organic fertilizer, liquid drip irrigation organic fertilizer and wheat straw. The application amount of organic fertilizer was set to low, middle and high dosage of each organic fertilizer. Chemical fertilizer application amount is conventional fertilizer, 15% and 30% reduced amounts (in relation to the conventional amount). The chemical nitrogen fertilizer was urea, and the phosphate fertilizer was monoammonium phosphate. The data of yield and sugar content were measured and analyzed to determine the effects of different chemical fertilizer reduction and organic fertilizer substitution on the yield and quality of Muskmelon.【Result】Types of organic fertilizer were the main factors affecting muskmelon yield and sugar content, followed by the organic fertilizer, chemical fertilizer with minimal impact. Reducing 30% chemical fertilizer could still obtain high muskmelon yield and sugar content.【Conclusion】The fertilization strategy of muskmelon in Shanshan area of Xinjiang can be replaced by reducing chemical fertilizer amount and organic fertilizer replacement technology. The best combination is organic manure, which means wheat straw or other organic ones can be used, the amount of application is 450 kg/667 m2, and the amount of chemical fertilizer can be reduced by 30% compared with conventional fertilizer.

orthogonal experiment; chemical fertilizer reduction; organic fertilizer substitution; yield; sugar content

XU Yong-mei(1973-), female, native place: Chaozhou, Guangdong. PHD, Professor, research field: Agricultural resources effective utility. (E-mail) xym1973@163.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.08.010

2017-05-08

農業(yè)部公益性行業(yè)(農業(yè))專項“北方一熟區(qū)耕地培肥與合理輪作制”(201503120)

徐強(1981 -)，男，山西朔州人，農藝師，研究方向為特色農產品種植技術，(E-mail)5810425@qq.com

許詠梅(1973 -)，女，廣東潮州人，研究員，博士，研究方向為農業(yè)資源高效利用，(E-mail)xym1973@163.com

S147.2；S652.1

：A

：1001-4330(2017)08-1450-10

Supported by: the Special Research Funding (Agriculture) for the Public Welfare Research Institutes of Ministry of Agriculture, P. R. China "Cultivated Land Fertilization and Rational Rotation System in Mature Areas in the North of China" (201503120)