中国典型区域西瓜施肥现状及氮肥优化研究

发布时间：2020-03-25 03:43

【摘要】：中国西瓜种植面积和产量居世界第一位,在国际上具有举足轻重的地位。当前中国西瓜产业区域化发展进程加快,但缺少对典型西瓜种植区田间生产现状的研究,肥料、农药等农资不合理使用不仅影响西瓜产量和品质,还会带来面源污染、温室气体排放等一系列环境问题,进而加剧生态恶化。因此,亟需定量典型西瓜种植区肥料等农资投入状况,评价其资源环境代价并在此基础上针对关键因素进行优化研究。为此,本研究通过农户问卷调查,采用生命周期评价的方法研究了中国三大西瓜栽培区:华北栽培区(NC)、西北栽培区(NW)和西南栽培区(SW)肥料等农资投入和产出现状,比较了不同栽培区的优势及生产过程土地资源利用(LO)、水资源耗竭(WD)、能源耗竭(ED)、全球变暖潜力(GHG)、环境酸化(AP)和富营养化(EP)共6个方面的资源环境代价,探讨西瓜栽培过程中农资减施增效的潜力和途径。在此基础上,针对单位养分消耗最大的西南栽培区开展田间试验,进一步优化当地氮肥施用,探讨长季节设施、传统设施和露天栽培三种栽培模式下不同氮肥用量(长季节设施氮肥用量0、112.5、169、225、281、338、450 kg/hm~2;传统设施和露天栽培均为0、113、150、188、225 kg/hm~2)和有机氮替代比例(0、15%、30%和45%)对生长发育、养分吸收、果实品质以及氮肥利用率的影响,为西南地区不同栽培模式下西瓜高产优质的氮肥管理及有机肥替氮比例提供技术支撑。主要的研究结果如下:(1)农户调研表明,三大西瓜栽培区氮肥投入量分别为558 kg/hm~2、154 kg/hm~2和208kg/hm~2,均高于目前的专家推荐用量。三大西瓜栽培区的西瓜单产水平差异大,华北栽培区平均为56.8 t/hm~2,是西北和西南栽培区的1.7和2.7倍。与其他粮食、水果相比,西瓜种植对环境的影响更低,但不同区域的资源环境代价具有显著差异。与西北和西南栽培区相比,华北栽培区单位面积资源环境消耗最高而单位产量的资源环境消耗最低,6种资源环境影响的综合指数为0.104,资源环境代价最小。施用化肥和有机肥是全球变暖潜力、环境酸化和富营养化最主要的贡献来源,仅田间氮肥施用的贡献率就高达85%以上,其次是磷肥和钾肥。象限法分析表明通过调控产量和氮肥效率,三大产区的资源环境综合指数存在50%左右的优化空间。其中,西南栽培区产量低、单位产量的资源环境代价最大,更需要进一步优化。(2)西南地区长季节大田试验研究结果表明,适量施用氮肥可以提高单果重,促进西瓜座果,进而提高产量。施氮量对果皮厚度、可溶性固形物、可滴定酸、固形物差值、硝酸盐含量、蔗糖和葡萄糖含量、番茄红素等品质指标均有不同程度的影响。综合产量和多种品质分析,氮肥用量在225 kg/hm~2时西瓜产量与果实品质最佳,综合得分比不施氮处理提高77.3%。氮素用量显著影响长季节设施西瓜干物质和氮素积累。在苗期和伸蔓期,低氮处理长势良好,座果后中氮处理生长状况优于低氮和高氮处理。优化施氮处理(225 kg/hm~2)的氮肥农学效率最高,达到80 kg/kg N,此时氮肥生理利用率、氮素表观回收率分别为735 kg/kg和8.9%。施氮肥后西瓜土壤养分含量变化主要表现在0-20cm土层,~(15)N残留量高达0.49 kg/hm~2,是20-40cm和40-60cm土层的4.1倍和2.8倍。~(15)N标记的氮肥仅有4.25%被西瓜吸收,当季损失率高达88.9%。从养分需求角度而言,西瓜养分吸收量从高到低依次为钾氮磷钙镁,优化施肥条件下每生产1000 kg西瓜果实需要吸收1.26 kg氮、0.29 kg磷、3.49 kg钾、0.56 kg钙和0.19 kg镁。(3)设施和露天栽培西瓜氮肥用量试验结果表明,函数拟合的设施栽培和露天栽培的西瓜最大产量为28.1 t/hm~2和26.0 t/hm~2,对应的的氮肥用量分别为205和152 kg/hm~2,比不施氮处理增产74.5%和43.8%。综合产量和品质而言,设施和露天栽培最佳氮肥用量分别为150kg/hm~2和188 kg/hm~2。随供氮水平的增加,氮肥偏生产力、农学效率、氮吸收利用率均呈现下降的趋势,果实收获指数和氮收获指数则呈现先增加后下降的趋势。设施和露天栽培条件下,主要养分需求依次为钾氮磷钙镁,单位产量的养分需求量与长季节栽培无显著差异。(4)有机替代试验表明,设施栽培和露天栽培在有机肥替代30%化学氮肥的条件下产量最高,分别达到29.8和28.9 t/hm~2,比纯化肥处理增产10.0%和4.7%。同时,有机氮替代部分化肥氮有利于降低果皮厚度、促进果实的糖分和酸的转化与积累,增强口感(TSS/TA),而且功能物质番茄红素更高,并降低硝酸盐含量。西南地区设施和露天西瓜总氮用量在150 kg/hm~2以内时,有机氮替代比率分别为30%和45%时西瓜产量与品质最优。有机氮替代比例越高,设施和露天西瓜收获后土壤有机质含量越高,且有机氮替代无机氮处理土壤pH值、碱解氮、有效磷和速效钾含量均高于纯化肥处理。综上所述,中国西瓜三大栽培区养分投入多,产量差异大,资源环境代价的区域性强,尤其是西南栽培区产量低且单位产量的资源环境代价大,其中氮肥施用的贡献率最高,有待进一步优化。田间试验初步证明,西南栽培区通过氮素调控和有机肥替代部分氮肥能协调实现西瓜高产、优质和环境友好,有助于实现西瓜产业的提质增效和绿色发展。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S651;S147.2

【参考文献】