康 敏，聶園軍，張晨陽，王 媛

（1.山西農業(yè)大學農業(yè)經濟管理學院 太原 030006； 2.山西農業(yè)大學生態(tài)環(huán)境產業(yè)技術研究院 太原 030031；3.山西農業(yè)大學資源環(huán)境學院 山西太谷 030800）

黃瓜種植范圍廣，宜生食宜熟食，是我國居民的常年食用蔬菜。農戶為了獲得高產，盲目過量施用化肥，引起菜地土壤板結，影響黃瓜的產量和品質，并可能引發(fā)環(huán)境污染[1]。2017 年以來，農業(yè)農村部全面開展“果菜茶有機肥替代”試點工作，2022 年在《到2025 年化肥減量化行動方案》中提出進一步強化蔬菜種植中減氮、控磷、穩(wěn)鉀，增施有機肥。

干物質積累是作物產量形成的物質基礎，施肥影響土壤養(yǎng)分積累、作物養(yǎng)分吸收和干物質積累分配，從而影響產量[2-3]。無機肥所含速效養(yǎng)分能有效提高作物產量；有機肥的增產機制與無機肥有所不同，有機肥在改善土壤理化性質、優(yōu)化土壤水氣條件、提高土壤微生物活性、提高作物抗病能力方面有著不可替代的作用，可促進作物優(yōu)質高產[4-5]。有機肥類型不同，產量效應也不同，尤彩霞[6]的試驗表明，不同類型的有機肥均能提高黃瓜產量15.56%以上，其中牛糞配施化肥的增產效果更加顯著；李子雙等[7]研究表明，生物有機肥配施無機肥優(yōu)于純有機肥與無機肥配施，生物有機肥在微生物分解下，養(yǎng)分釋放能更好地滿足黃瓜生長的需要，增產率達到64.08%。另外，張洋等[8]通過有機肥配施等量無機肥的試驗發(fā)現(xiàn)，隨著有機肥施用量的增加，黃瓜產量表現(xiàn)出增長趨勢，但增產效果不大，與單施化肥相比，有機肥施用量達到3750 kg·hm-2時增產率最高，但也僅為3.80%；王明文等[9]在有機肥替代化肥的試驗中發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，施用有機肥3075 kg·hm-2時，黃瓜產量提高8.7%，施用有機肥6150 kg·hm-2時，增產率最高，為23.6%，而100%施用有機肥（30 750 kg·hm-2）反而減產22.5%。

綜上可以看出，不同類型、不同用量的有機肥對黃瓜的增產作用不同，相同類型或相同用量的有機肥在不同試驗中的增產效果也不同。雖然很多學者通過田間試驗分析了有機肥對黃瓜產量的影響，積累了大量的試驗數(shù)據，但田間試驗往往強調單一變量對照，隨機因素的影響較大，研究結論存在一定局限性。有機肥增產效果還可能受種植環(huán)境、施肥管理等因素的影響[10-13]，具體原因有待進一步研究。

整合分析（Meta-analysis）匯總多個同類試驗，不僅能擴大研究樣本量，提高檢驗效能，尤其當多個研究結論出現(xiàn)不一致或者沒有統(tǒng)計學意義時，Meta 分析結果更加接近真實統(tǒng)計[14-15]。因此，筆者收集整理近18 年（2004 年7 月至2022 年7 月）公開發(fā)表的試驗數(shù)據，利用Meta 分析方法研究國內有機肥對黃瓜產量的影響，并進一步討論有機肥類型、施肥管理、環(huán)境因素對黃瓜產量的影響程度，旨在為黃瓜高產穩(wěn)產以及有機肥合理施用提供科學依據。

1 研究方法

1.1 數(shù)據來源

以黃瓜、產量、有機肥為關鍵詞在中國知網、百度文庫、Sci-hub、NCBI 搜集截止到2023 年1 月之前公開發(fā)表的相關研究資料。數(shù)據篩選條件如下：（1）試驗地點位于中國地區(qū)；（2）按照Meta 分析原則，文中必須有“不施肥”與“單施有機肥”或者“單施化肥”與“有機無機配施”的對比試驗處理；（3）文中必須說明各試驗處理的重復數(shù)以及黃瓜產量均值；（4）對于信息不全的文獻，通過聯(lián)系作者或者查閱資料補全信息；（5）相同試驗結論如出現(xiàn)在不同文獻中，不重復統(tǒng)計，保證數(shù)據的相互獨立性。最終，獲得41 篇文獻、樣本量為116 的獨立試驗數(shù)據庫。

1.2 數(shù)據庫建立

1.2.1 文獻信息 提取作者姓名、作者單位、論文題目、發(fā)表時間、發(fā)表刊物等文獻信息作為發(fā)表偏倚性分析的參考。

1.2.2 指標數(shù)據 筆者分析的指標是黃瓜產量，是指各試驗處理累計采收的黃瓜總產量的均值。提取對照組（CK）和處理組（T）的黃瓜產量值，以及相應的標準差、處理重復次數(shù)（n），并把產量、標準差的單位統(tǒng)一換算為kg·hm-2。文獻中的數(shù)值型數(shù)據直接摘錄，圖表數(shù)據用Getdata 軟件提取。

如果文獻中用標準誤表示離散程度，根據公式（1）轉換為標準差；當文獻中無法獲得標準差或標準誤時，用產量的5%作為標準差，采用這種方法計算標準差的樣本量不超過總樣本的10%。

1.2.3 亞組分析因子 Meta 分析的基礎假設是研究對象及影響因素具有相似性，但實際試驗過程中可能會存在異質性干擾[16]。在黃瓜生產中，有機肥類型、施肥管理、環(huán)境因素可能是形成有機肥產量效應差異的來源。因此，按照一定特征對這些因素進行分組分析，即通過亞組分析（Sub‐group-analysis）比較各亞組的效應值差異，從而探索異質性來源。

參照NY/T 525—2021《有機肥料》[17]以及有機肥養(yǎng)分特征[18-19]對有機肥類型進行分組；施肥管理的分組，主要根據黃瓜需肥特點[20-21]，設定有機肥施用量、施氮折純量（N）、施磷折純量（P2O5）、施鉀折純量（K2O）以及施肥次數(shù)的分組；環(huán)境因素主要選擇土壤特性、種植環(huán)境、種植區(qū)域3 個因子，其中，結合菜地土壤肥力特征[22-25]確定土壤全氮含量、土壤pH 的區(qū)間。具體的亞組因子及分組見表1。

表1 亞組因子及分組Table 1 Subgroup factors and grouping

1.3 數(shù)據分析

利用Meta 分析可以定量分析在不同條件下施用有機肥對黃瓜產量的影響程度，這一影響程度可以用效應值衡量。筆者采用Metawin 2.1 軟件進行數(shù)據整合分析。

1.3.1 計算各試驗的效應值及其權重 選用響應比（Response Ratios，RRi）的自然對數(shù)（lnRRi）作為第i組試驗的效應值[26]。響應比是指處理試驗產量Ti與對照試驗產量CKi的比值；其中，“單施有機肥”的對照是“不施肥”，“有機無機配施”的對照是“單施化肥”。權重（Wi）是第i組試驗在總體結果中的占比，通過方差（Vi）計算。具體公式[27]如下：

式中，RRi，lnRRi分別是第i組試驗的響應比和效應值；Ti、sTi、nTi分別為第i組處理試驗的產量均值、標準差、重復數(shù)；CKi、sCKi、nCKi分別為第i組對照試驗的產量均值、標準差、重復數(shù)。

1.3.2 發(fā)表偏倚性及異質性檢驗 通過正態(tài)分布檢驗、I2檢驗，分析研究樣本的發(fā)表偏倚性和異質性[28]。如果效應值（lnRRi）服從正態(tài)分布，說明樣本不存在明顯的偏倚。如果I2＜50%且p≥0.1，說明不存在異質性；如果I2≥50% 且p＜0.1，說明存在異質性。統(tǒng)計量I2計算公式如下：

其中，Q為異質性檢驗的統(tǒng)計量，df為自由度。筆者運用SPSS 26.0 軟件進行正態(tài)分布檢驗，效應值呈現(xiàn)正態(tài)分布（見圖1），說明納入研究的樣本不存在明顯的偏倚性，符合Meta 分析的要求。Metawin 2.1 軟件I2檢驗結果p=0.000、I2=55.9%，表明研究存在異質性，也進一步說明亞組分析的必要性。

圖1 施用有機肥后黃瓜產量效應值的分布Fig.1 Distribution of cucumber yield response to fertilizer application

1.3.3 計算綜合效應值及置信區(qū)間 綜合效應值（lnRR++）是整體樣本或亞組樣本的平均效應值[29]。因存在異質性，筆者采用隨機效應模型（Random Ef‐fect Model，REM）計算綜合效應值及其95%置信區(qū)間（95% Confidence Interval，95%CI），計算公式如下：

若lnRR++大于0，且其置信區(qū)間全部落在大于0的區(qū)間，說明有機肥對黃瓜有顯著增產作用；否則，若置信區(qū)間包含0，說明無顯著增產作用。同理，若lnRR++小于0，且置信區(qū)間全部落在小于0 的區(qū)間，說明有機肥對黃瓜有顯著減產作用；否則，認為減產效應不顯著。

為了更加直觀地了解有機肥對黃瓜產量的影響，將對數(shù)形式的綜合效應值變換為產量變化率R，轉換公式為：R=（EXP lnRR++-1）×100%。

2 結果與分析

2.1 有機肥產量效應的整體分析

通過計算整體樣本的綜合效應值及其置信區(qū)間（表2），可以看出，施用有機肥能顯著提高黃瓜產量，平均增產率為15.5%，95%置信區(qū)間為（10.7%～18.1%）。

表2 黃瓜產量的整體平均效應值Table 2 The average effect value of cucumber yield

2.2 有機肥產量效應的亞組分析

亞組分析將數(shù)據分為更小的單元，分別計算有機肥類型、施肥管理、環(huán)境因素的亞組綜合效應值及其置信區(qū)間，進而判斷亞組因子對有機肥產量效應的影響。

2.2.1 有機肥類型對黃瓜產量的影響 如圖2 所示，不同類型有機肥對黃瓜產量的影響具有顯著差異性（p=0.049）。其中，沼肥增產率最高，為35.9%，顯著高于生物有機肥（18.9%）、商品有機肥（17.3%）、農家肥（10.3%）的增產率，而有機無機復合肥與單施化肥相比無顯著增產效果；數(shù)據庫中蚯蚓肥樣本量較少（5 個），增產率的變異較大。

圖2 不同類型有機肥對黃瓜的增產效果Fig.2 Yield enhancement effect of different types organic fertilizer on cucumber

2.2.2 施肥管理對黃瓜產量的影響 除磷肥外（p＞0.05），有機肥、氮肥、鉀肥施用量對有機肥的產量效應均具有顯著影響（分別為：p=0.004、p=0.003、p=0.022）。如圖3 所示，有機肥施用量小于2 t·hm-2時，增產效果不顯著；有機肥施用量大于5 t·hm-2后，黃瓜增產率隨著有機肥投入量增加而提高。當有機肥施用量大于30 t·hm-2后，增產率達到40.8%。同樣，當施氮折純量大于150 kg·hm-2后，黃瓜產量對有機肥的響應表現(xiàn)出顯著增產性，并隨著氮投入量的增加黃瓜增產率不斷提高，施氮量大于400 kg·hm-2時，增產率達到31.4%。施鉀折純量表現(xiàn)出與施氮折純量相似的產量效應，當鉀肥投入量大于400 kg·hm-2時，增產率為33.4%。

圖3 不同施肥量下有機肥的產量效應Fig.3 Yield effect of manure with different application rates

施肥次數(shù)對黃瓜增產率的影響顯著（p=0.002）。僅基施有機肥的增產率為18.6%；施肥2～4 次的增產率最高，為19.7%；而施肥5 次以上的數(shù)據量較少（n=11），增產效果不顯著（圖4）。

圖4 不同施肥次數(shù)下有機肥的產量效應Fig.4 Yield effect of manure with different fertilization times

2.2.3 環(huán)境因素對黃瓜產量的影響 在不同種植地區(qū)施用有機肥后，黃瓜的平均增產率為17.0%（p=0.023）。如圖5 所示，除華南地區(qū)外，西北、華北、華東施用有機肥都顯著提升了黃瓜產量。華北增產率最高，為26.6%，西北、華東增產率分別為21.1%、14.2%。該結果表明，有機肥對黃瓜的增產效果存在區(qū)域差異性。

圖5 不同種植地區(qū)有機肥的產量效應Fig.5 Yield effect of manure in different planting areas

不同種植環(huán)境下，施用有機肥均顯著提升了黃瓜的產量（p=0.009）。如圖6 所示，日光溫室對黃瓜的增產率（17.3%）顯著高于塑料大棚（增產率14.3%）和大田（增產率12.7%）?？梢钥闯?，兩種設施黃瓜的增產率也有差異，日光溫室增產率顯著高出塑料大棚3.0 個百分點。

圖6 不同種植環(huán)境下有機肥的增產效應Fig.6 Yield effect of manure under different planting environments

如圖7 所示，土壤pH、土壤全氮對有機肥的產量效應均表現(xiàn)出顯著性影響（分別為：p=0.014、p=0.005）。在酸性土壤條件下（pH 低于6.5），施用有機肥對黃瓜沒有顯著增產效果；在中性土壤條件下（pH 6.5～7.5），施用有機肥的增產率最高，達到26.6%；而在堿性土壤中（pH＞7.5）黃瓜增產率有所降低，為17.8%。土壤全氮含量大于1.5 g·kg-1時，有機肥施用表現(xiàn)出顯著增產性，增產率為24.3%。

圖7 不同土壤特性下有機肥的產量效應Fig.7 Yield effect of manure under different soil characteristics

3 討論與結論

有機肥不僅含有植物易于吸收利用的小分子有機化合物和無機態(tài)養(yǎng)分，還可以通過改善土壤性狀、增加土壤離子交換位點以提高土壤養(yǎng)分供應能力[30-31]，促進作物增產。但不同類型的有機肥增產效果不同，本研究結果表明，沼肥增產效果優(yōu)于普通有機肥。沼肥不僅營養(yǎng)元素全面，還有抑制有害菌蟲繁殖、降低病害發(fā)生率的功效[32]，尤其是對設施黃瓜因土傳病害、連作障礙帶來的減產問題有較好的調控效果[33]。

黃瓜屬于多茬采收作物，充足持續(xù)的養(yǎng)分供應才能保證生物量的積累[34]，黃瓜整個生育期需鉀量最多，氮次之，需磷最少，每形成1 kg 黃瓜需要吸收N、P2O5、K2O 的質量比為1∶0.46∶1.16[35]。其中，磷主要影響黃瓜抗逆抗病性[36]，這可能是筆者發(fā)現(xiàn)在不同施磷量條件下，有機肥對黃瓜增產效果不顯著的原因。此外，本試驗結果表明，只有當有機肥、氮素、鉀素的投入量達到一定水平后，有機肥才表現(xiàn)出增產效果，并且黃瓜產量隨著投入量的增加而提高。當有機肥投入量大于30 t·hm-2且N、K2O 投入量大于400 kg·hm-2時，黃瓜增產率在31.4%以 上，與關天霞等[37]施用雞糞30 t·hm-2且N 390 kg·hm-2、K2O 408 kg·hm-2以 上 時，黃 瓜 增 產26.4%～50.1% 的結論基本一致。但王明文等[9]在施用N 444 kg·hm-2、K2O 480 kg·hm-2的基礎上僅配施有機肥6.15 t·hm-2，黃瓜就可以達到最高增產率（23.6%），其原因可能是該試驗中的商品有機肥有機質含量較高（≥45%）；但也有研究認為，有機肥的產量效應與土壤肥力水平有關，在中等肥力的土壤條件下，僅基施有機肥22.5 t·hm-2，黃瓜增產率就可達到23.2%[38]，追施氮肥反而會降低黃瓜產量。徐明崗[39]通過30 多年長期試驗發(fā)現(xiàn)，當土壤有機質含量達到30 g·kg-1時，再增施化肥對作物沒有顯著增產效果。本試驗結果也表明，土壤全氮含量達到一定水平時（1.5 g·kg-1），施用有機肥才有顯著增產效果，而SOM 與土壤全氮具有顯著相關性[40]。另外，施肥次數(shù)影響肥料養(yǎng)分釋放，在黃瓜生長后期每隔14 d 追施化肥1 次，單瓜質量有顯著提高[41]，一般黃瓜盛果期為30～60 d，追肥2～4 次增產效果較優(yōu)，與本研究結論基本一致。

環(huán)境與基因型的交互作用影響作物產量形成。黃瓜喜溫喜光，不耐寒和高溫，適宜生長的溫度為18～32 ℃、土壤濕度為85%～90%、土壤pH 為5.5～7.6、晝夜溫差為10～20 ℃，低溫寡照、36 ℃以上的高溫脅迫均會造成大量落花落果，影響產量[42-46]。因此，筆者發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)的增產率高于西北、華東、華南地區(qū)，原因可能是華北地區(qū)屬于溫室一級適宜氣候環(huán)境[47]，在保證養(yǎng)分供應條件下更易獲得高產；日光溫室對黃瓜的有機肥增產效應優(yōu)于塑料大棚和大田，可能也是因為日光溫室的空氣溫度濕度、土壤溫度濕度以及晝夜溫差更適合黃瓜生長[48]。另外，目前有機肥在不同設施種植環(huán)境下（塑料大棚與日光溫室）產量效應差異的比較研究較少，筆者的研究定量地給出了兩者的增產率。

綜上所述，施用有機肥可以顯著提升黃瓜產量，不同有機肥類型、施肥管理措施、環(huán)境因素均能顯著影響有機肥對黃瓜的產量效應。施用有機肥不能僅僅關注施用量，還要綜合考慮有機肥養(yǎng)分特征、與無機肥的配施方式、種植環(huán)境以及土壤特性等因素。