【毕业学位论文】（Word原稿）设施黄瓜养分需求规律与肥料施用研究植物营养硕士论文

密级 论文编号 中国农业科学院 硕士学位论文 设施黄瓜养分需求规律与肥料施用研究 o ( ) 摘 要 利用室内分析、模拟试验、盆栽试验、设施内小区试验相结合的方法，系统地研究了设施内土壤养分、盐分、酸度状况，设施黄瓜生长发育特性、氮磷钾养分吸收特性，黄瓜生长发育与氮磷钾施用的关系，施肥与土壤有效养分的关系，为设施黄瓜合理施肥提供理论依据，主要研究结果如下： 1. 与露地栽培比较，设施内土壤有机质、碱解氮 、速效磷、速效钾都有较大幅度提高；设施内土壤盐分是露地栽培土壤的 累最多的是 +离子；设施内土壤 20 2. 黄瓜果实和植株的干物质积累、黄瓜生长过程中氮、磷、钾的积累都呈“ S”形曲线；在同一时期果实和植株中氮、磷、钾含量皆随施肥量的增加而提高，增加的速度是植株大于果实；黄瓜对氮、磷、钾的吸收比例是苗期和盛瓜期磷、钾高，苗期至盛瓜初期和生长后期需氮比例高。 3. 黄瓜产量开始随氮、磷施用量的增加而提高 , 达到某一数值时产量反而下降 , 符合二次曲线 方程。在试验条件下黄瓜产量与施钾量相关性不大，有待于进一步研究。 4. 黄瓜苗期生长与施氮量关系不大，其叶长、叶宽、株高、茎粗没有显著差别 , 缺氮表现自开花期开始，表现为叶片小，叶色黄，主茎细，植株矮小。但氮素过多也引起了新生叶片出现边缘干枯、舒展性差；黄瓜幼苗对磷素反应敏感，株高、叶长、叶宽、茎粗与施磷量呈二次曲线关系；在试验条件下施钾量对黄瓜株高、茎粗和叶片大小的影响比氮、磷小。 5. 在试验条件下黄瓜产量与叶片叶绿素含量呈二次曲线关系，山东省农科院褐土方程为Y=6692r =n =8), 临邑潮土为 Y=r =n =8)。说明黄瓜叶片叶绿素含量并不是越多越好。 6. 土壤碱解氮增加量与施氮量之间、土壤速效磷增加量与磷肥施用量、土壤有效钾增加量与施钾量之间都呈直线关系。 关键词： 设施，黄瓜，营养需求，施肥 he of to of pH of s of of of to of in as in my as 1. of , in to in of in as in of + pH of to of 2. S of s of of N, P in of as in in P of to of of 3. of of , as up to we s s to be 4. no on of of t of at on of by to on of . 5. of on in =6692r =n =8) =r =n =8), So it of t in is 6. in in of 目 录 第一章 绪 论 . 1 . 1 设施蔬菜施肥研究现状 . 1 施蔬菜施肥现状 . 1 施蔬菜土壤养分状况 . 2 施蔬菜土壤出现 的问题 . 3 内外设施蔬菜平衡施肥研究方法 . 5 施黄瓜平衡施肥研究 . 6 究思路 . 7 第二章 设施蔬菜土壤化学性状的研究 . 8 料与方法 . 8 . 8 验方法 . 8 果与讨论 . 8 壤养分 . 8 . 9 . 11 . 11 第三章 黄瓜氮、磷、钾需求规 律 . 12 料与方法 . 12 试材料 . 12 验方法 . 12 、钾的测定 . 12 果与讨论 . 12 . 12 、钾的积累与分配 . 13 、磷、钾吸收速率 . 14 、钾吸收比例 . 15 结 . 15 第四章 黄瓜生长发育与施肥量的关系 . 17 . 17 . 17 验方法 . 17 株样品分析方法 . 17 果与讨论 . 18 、钾施用的关系 . 18 瓜植株生长与氮、磷、钾施用的关系 . 21 瓜叶片叶绿 素与氮肥施用的关系 . 24 、钾施用的关系 . 26 小 结 . 27 第五章 化肥施用与土壤有 效养分的关系 . 29 料与方法 . 29 验材料 . 29 验方法 . 29 果与讨论 . 30 土壤碱解氮增加量与施氮量的关系 . 30 . 31 . 32 小 结 . 33 第六章 结论与讨论 . 34 参考文献 . 36 作者简历 . 42 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 第一章 绪 论 究的目的意义 设施蔬菜栽培在发达国家实行规模化经营，属于资金和技术密集型产业，走的是“高投入、高产出”的技术路线，其主流生产设施为大型现代化温室。我国的设施蔬菜生产状况与 日本相似（ 2005） ，以农户分散经营为主，规模化、产业化水平较低。其主流设施为简易塑料大棚和日光温室。由于国情不同，决定了我国设施蔬菜栽培的现状和未来具有自身特色。 从 20世纪 80年代中期开始，特别是 90年代以来，随着我国农业结构调整步伐的加快，蔬菜产业获得了快速发展：据农业部统计， 2003年全国蔬菜和瓜类播种面积 量 t，其中蔬菜播种面积 37万 量达 t，人均 415大于西欧占有量（张真和， 2005， ， 2002）。另据 国蔬菜和瓜类的收获面积及产量均居世界第一位， 2003年分别为 t，占世界的 比位居第二的印度高出 倍。设施蔬菜发展尤为迅速。 2002 2003年度，全国各类设施蔬菜面积达 250万约比 1980年增长 350倍。其中塑料大中棚 106万 塑料小拱棚 85万 光温室 50万加温温室和连栋大棚 1万 人均拥有设施面积 设施蔬菜的人均占有量已达 80 1980年增长约 400倍。 我国蔬菜产业生产快速发展，在种植业结构优化调整和农业增效、农民增收、增加社会就业等方面，发挥了不可替代的作用。面对农业发展新阶段，蔬菜产业应尽快实现产业升级，扩大出口和社会稳定作出更大贡献。但是，蔬菜栽培特别是设施蔬菜栽培的研究工作落后于生产，盲目施肥，凭经验施肥现象普遍存在，随着栽培时间的延长，设施土壤出现了多种问题，因此平衡施肥研究意义重大。黄瓜是设施栽培蔬菜的代表性作物，以此为研究对象，为设施蔬菜合理施肥提供依据。 内外设施蔬菜施肥研究现状 施 蔬菜施肥现状 设施蔬菜栽培比较重视施用有机肥，其品种以鸡粪为主，作基肥施用，不同田块有机肥施用量差异很大。据 1994 年对北京市郊菜地的施肥情况进行的调查，一般在 右，最高的达 37.5 t/新平 ,1996)。有的地方以饼肥作基肥，施用量最高达到 24375kg/均为14048淑英， 1998）。 与一般农田相比，设施蔬菜有机肥施用普遍，施肥量较大。山东省农科院土肥所近 10 年来一直跟踪山东寿光设施蔬菜的施肥情况，在设施蔬菜栽培特别是日光温室栽培的初期，有机 肥的使用主要是鸡粪，一般菜田施 45 75m3/产蔬菜如黄瓜施120 150 m3/在有些菜农施商品有机肥，施用量 3000 6000kg/ 设施蔬菜化肥施用量我国各地有一定差距， 菜农在施肥量、施肥方法和施肥时间上都表现为可变性和随意性。肥料用量和投入随家庭经济状况的好坏而定，随农产品价格的升跌而变化。家中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 庭经济较好的菜农肥料投入较大，化肥也使用价格较高的，如尿素；而经济条件较差的菜农投入不足，施用化肥也选价廉的，如碳铵。如遇农产品价格上扬，菜农投肥较多；农产品价格下跌，菜农投肥就很少 。调查中发现，菜农的施肥用量相差 220倍（徐福利， 2004） 。 北京地区 9种蔬菜 23个点每季作物的平均施氮量为 磷量 615kg/钾量 393kg/新平 ,1996)。 1996 2000年调查，在露地白菜栽培中有 78%的农田施用的总氮量为 300 900 kg/括有机和无机），而在保护地中栽培的番茄则大于 1000 kg/经常是作物吸收的 5倍，而钾在 50%的保护地中是亏缺的（ 2004） 。 山东寿光市部分保护地蔬菜施肥量的调查数字显示， 在不计算有机肥的情况下，平均每公顷施纯 N 27880至有一农户 (胡营乡钓鱼台村种植茄子 )万 磷酸钙 250酸二铵 250素 250151515复合肥 100酸钾 20壳粉 50不计算有机肥的情况下，施用纯 N 175655李俊良， 2002）。绵阳市郊区几种蔬菜的施肥现状表明 ,番茄、黄瓜、菜豆 3种蔬菜的施氮量都较高，分别达到 钾用量相对不足 ,仅为 纯华， 2000）。 设施蔬菜施肥不仅在数量上有较大的盲目性，各养分的配比也不尽合理，蔬菜对氮、磷、钾的一般吸收比例为 N 淑英， 1998）， 李纯华的研究也表明，番茄对氮、磷、钾的吸收比例为 N 瓜 1 0 56 1 38，菜豆 1 0 28李纯华 ， 2000）。而施肥比例却为 1 新平 ,1996)和 1（刘淑英，1998） 。 施蔬菜土壤养分状况 随着城市的迅速发展，城郊老的菜园地逐渐被占用，以及蔬菜面积的不断扩大，设施蔬菜栽培大多数是在粮田上发展起来的。粮田改菜田后，土壤养分发生了很大变化 （黄锦法， 2003） ，土壤有机质增加，氮磷钾养分大量积聚，即土壤 富营养化 。山东省日光温室的研究也表明， 0 20层有机质、碱解氮、速效磷、速效钾温室内分别是粮田的 （何 启伟， 2002）。对寿光市的研究， 土壤有效磷含量设施比露地土壤高出 6 倍多，土壤有效磷有明显的积累效应。土壤有效钾的平均含量比露地土壤高出 2 56 倍，也具有积累效应（刘兆辉，2001）。 水田、旱坡地改种蔬菜后，土壤耕层 (0 20机 C、全 N、 P、有效 P、缓效 K 和有效 K 等养分含量均有增加趋势，其中旱坡地改制的土壤养分含量的增幅更大一些。水田和旱坡地改种蔬菜后土壤剖面 0 70层中有较多的 累 （李辉信， 2004） 。 设施蔬菜栽培模式属于密植栽培，产量高，需肥量大，是高投入、高 产出、高度集约化栽培模式。实际生产中蔬菜的高产出是以大量投入为前提的，由此导致了养分在土壤中的累积。在这些养分中，以磷最为严重，一季黄瓜或西瓜 000上，辣椒、番茄、西葫芦也均在 2000上。在假设氮损失占投入量 40的前提下，几种主要蔬菜土壤中仍要累积 上，钾 (累积与氮相近 （马文奇， 2000）。 全国各地的设施土壤养分调查证明了这种积累。山东省：刘兆辉和何启伟对山东省日光温室中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 调查结果，土壤硝态氮平均含量超过 190壤有效 磷含量 壤有效钾的平均含量 兆辉， 2001）。 0 20效磷平均 效钾平均 启伟， 2002）。 河北省：菜地土壤碱解氮为 48.0 平均为 01为 平均为 土壤速效钾为 85.0 平均为 建玲， 2004） 。 山西省：菜田土壤有机质平均含量为 壤全 均含量为 解 均含量为 壤速效 效 49.0 季珍， 2003）。辽宁： 土壤有机质 19 922 1g/效 5223mg/效 5 4一 167mg/效 73227mg 千明， 1997）。 设施蔬菜土壤各养分有很大的 空间变异 性（ 姚丽贤 ， 2004） ， 土壤养分 的 富集主要在 0 10杨邵聪， 2005 ）， 有机质、全 N、全 P、碱解 N、速效 中不存在缺乏现象 ， 大棚土、菜园土的 20 4040 60 赵平 ， 2004）。 设施蔬菜土壤养分的变化趋势与设施蔬菜地使用年限有关。栽培蔬菜年限越长，土壤有机质、全 N、碱解 N、全 P、有效 含量越高（史春余， 2003；肖千明， 1997；崔正忠， 2001；王辉， 2005； 姜勇， 2002）， 5年左右的大棚土壤含量最高，之后逐渐降低 。 施蔬菜土壤 出现的问题 壤次生 盐渍化 土壤次生盐渍化是保护地生产中普遍存在的问题，因为其特殊的环境条件和管理方法很容易造成盐分积累。耕层土壤可溶性盐分过多会造成作物病害严重、产量减少和品质变劣，最终影响生产效益。如果盐分含量超过安全范围，经过多年培育的优质的保护地土壤就会逐渐失去生产能力。早在 2O 世纪 60代， 日本在温室蔬菜栽培中就普遍发生了土壤盐分浓度过高问题。我国保护地蔬菜生产起步较晚，所以土壤次生盐渍化问题发生的也晚。张振武 (1983 年 )较早地报道了沈阳郊区保护地土壤的盐分障碍问题（蔡志 远， 2005）。他调查发现， 5 年棚龄的大棚土壤浸出液的电导率为 经超过黄瓜的生育障碍临界点 (以后类似的报道越来越多，相关的研究也越来越深入。特别是进入 20 世纪 9O 年代，先后有很多地方报道设施蔬菜土壤盐渍化现象，问题日趋明显。 浙江嘉兴的研究表明，蔬菜地土壤盐分平均为 36%的样品超过 H. 2004）。 山东招远市土壤测定结果，设施土壤可溶性盐含量都 0 34，已超过蔬菜土壤严重障碍指标 0 25 （王玉民， 2005，冬暖式大棚）。 设施土 壤次生 盐渍化原因很多，一是施肥量过大。 在设施栽培中，肥料投入量过大，一般是露地施肥量的 35 倍，有的高达 10 倍 （周晓芬， 2004）。 氮肥的施用数量高的惊人，平均每公顷施氮肥 3000 4500严荣， 2004；王吉田， 2005），其结果导致了大量的养分残留在土壤中。二是 长期缺少自然降水淋洗，剩余盐类不被淋溶而集积在土表造成耕层盐积，日累月积，土壤中的盐浓度就越来越高 （朱国鹏， 2002； 刘玉芝， 1996；何传龙， 2003； 李海云， 2001） 。原因之三是 土壤母质和地下水含盐量高。设施蔬菜栽培是一种封闭的栽培 方式，这不仅使内部气温中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 高于露地，而且由于降雨对土壤的自然淋溶作用消失，导致土壤水分向上运动较露地强烈，从而形成了水分沿毛细管向上运行，其中大部分甚至全部会通过蒸腾和蒸发而逸散。按照“盐随水来”的规律，盐分必然向表土积聚，加之设施内温度比露地高，水分蒸发强烈，土壤的矿化作用明显加剧，更易于土壤表层盐分浓度的升高 （王亮， 2005；李海云， 2001，孔令强， 2004） 。 设施土壤 次生盐渍化 导致土壤溶液浓度过高，渗透势增加，降低了土壤 植物根系 植物叶片的水势梯度，使土壤的渗透压高于植物细胞，阻碍植物对水分 的吸收，降低叶片细胞膨压，引起气孔关闭，导致蒸腾作用、光合作用降低，使作物生长发育受阻，降低作物体内干物质生产，严重时，植物根细胞会因大量失水而枯死，即出现 烧根 现象 （李海云， 2001；朱国鹏， 2002）。 壤硝酸盐含量增加，危害环境 上海市调查显示，大棚蔬菜地土壤硝态氮含量 均 mg/g；露地蔬菜地范围为 333 51 mg/均 统自留地 mg/g，平均 稻土 均值 棚蔬菜地土壤表层硝态氮为水田的 70 倍左右（姚春霞， 2005）。河北省定州市和永年县蔬菜大棚土壤 1m 土层内积累硝态氮含量变幅为 6 种植西红柿和黄瓜 5 年以上土壤积累的硝态氮均超过了 1000 大田作物冬小麦土壤积累量的 5 倍多（张国印，2004）。蔬菜土壤中累积大量的硝态氮，容易引起蔬菜污染，影响人类的食品安全。同时硝态氮不被土壤吸附，深层下迁趋势 明显，可达 80下，随棚龄延长硝酸盐下迁损失增加，这会引起非常大的环境风险（党菊香， 2004，马朝红， 2000）。在 欧洲，蔬菜主要种植区土壤 60层硝态氮总量超过 200kg/求蔬菜减少肥料用量（ C. A. 2002） 。利用有机肥代替部分化肥和对无土栽培营养液进行规范化管理都可明显减少氮对环境的潜在威胁（ 2005， 1995）。 壤生物区系恶化 研究结果表明，设施土壤中细菌、真菌和放线菌的总量大于露地（李 东坡， 2004），其中氨化细菌、硝化细菌尤其是反硝化细菌增加更为突出，这是因为设施土壤中亚硝化和硝化细菌数量大，活动强，从而为反硝化细菌提供了大量的作用底物 硝酸。而且随着种植年限的延长，硝酸细菌数量降低，而亚硝酸细菌数量增加，土壤亚硝酸盐积累增多（何文寿 2004）。真菌中腐霉菌数量增加，木霉菌数量降低，种植 1年的大棚优势真菌为腐生型真菌，它们是土壤中纤维素、木质素的分解菌； 5年后，土壤中的优势真菌转为寄生型（王绪奎，陈光亚 2001）。随设施蔬菜种植年限的增加，土壤有害真菌的种类和数量明显增加（张学军 2003），土壤微生物区系由细菌型向真菌型发展。 生物多样性指数是描述生物类型数和均匀度的一个指标，它在一定程度上可反映生物群落中物种的丰富程度 及其各类型间的分布比例，微生物多样性指数表现为露地高于大棚，且设施年限越长，该指数就越小，露地下该指数分别是 1年、 2年和 3年设施土壤的 珊 ， 2005）。设施土壤 微生物区系失衡，有害微生物增加，土传病害加重 。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 壤酸化 山东寿光设施土壤研究表明，建棚前土壤 种植 7年后 ， 土壤 兆辉， 2001）， 嘉兴市保护地土壤样品测定的结果也显示，在 1981年至 1997年栽培 16年后土壤 繁荣， 2005）。由 稻麦轮作改为蔬菜种植 5 20年后，有 61%的土壤样品现在的稻麦轮作土壤低 2004）。 设施土壤酸化的原因主要是大量施用酸性肥料和氮肥，使得土壤中硫酸根离子、氯离子、硝酸根等酸性离子随着栽培年限的增加而严重积累。其结果蔬菜土传病害加重，如瓜类枯萎病、茄果类青枯病等防治困难；土壤板结，物理性状变差，蔬菜植株抗逆力降低， 不利于稳产高产（王祥兆， 2005）。 内外设施蔬菜平衡施肥研究方法 过田间试验进行平衡施肥 肥料的增产效果和利用率一直是施肥研究的两个重要指标。北京郊区设施蔬菜番茄研究表明，在土壤 有机质 氮 (N)效磷 (P)234mg/效钾 (K)343mg/4个氮素 (N)处理 ： 0、 225、 450、 900 kg/氮素施用处理为 225kg/着施氮量的继续增加，番茄产量反而有所下降（白优爱， 2004）。 地力不 同 氮磷钾肥效也不同 ，在高（ 有机质、全氮、碱解氮、有效磷、有效钾分别为 22.3 g/0.9 mg/123 mg/167 mg/16 mg/、中（ 有机质、全氮、碱解氮、有效磷、有效钾分别为 14.9 g/mg/96 mg/02 mg/166 mg/、低（ 有机质、全氮、碱解氮、有效磷、有效钾分别为 12.2 g/mg/5 mg/68 mg/156 mg/三种肥力水平下， 施 N 3个试验点均获得最高产量，增产幅度为 但随施氮量增加，产量降低。土壤有效 102167磷肥基本无效，且随磷肥用量增加，产量有降低的趋势；土壤有效磷含量较低 (68磷肥增产幅度在 间。钾肥在 3个试验点均有增产效果，增产幅度为 吴建繁， 2000）。利用差减法计算田间试验的肥料养分利用率，各施肥处理肥料养分的利用率均很低，其中肥料 N、 0，肥料 25之间（李俊良， 2001）。 在设施蔬菜栽 培中，平衡施肥应综合多种因素，如表层和下层土壤的养分、灌溉水、 蔬菜的需肥数量、比例和需肥动态、 前茬作物施肥情况等 确定肥料用量和施肥方式 （ S， 2004； 2004， 汪建飞， 2004，刘长庆， 2002， A. K. 2004， G. 001）。 算机在设施蔬菜施肥中的应用 设施蔬菜栽培是处在部分因素可以由人为控制的条件下的栽培制度，这既有利于蔬菜生产，同时也引发了一些问题， 为了提高设施蔬菜栽培水平，运用专家系统的理论和方法 ，结合多媒体技术，集中蔬菜栽培中的重要问题，如病虫害诊断、病害预测、蔬菜栽培模式的管理、平衡施肥等是非常必要的（ V， 2002），一方面使植株均衡生长、增加干物质积累，提高抗病中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 能力，提高产量，也可促进 蔬菜的可持续发展和环境保护 。 在德国，经过 12年的试验，推出了一个叫做 系统，它是基于土壤样品速测的推荐施肥系统，蔬菜种植者使用后可节约肥料 50%（ ， 1996）。陈清等引进了德国的 N显降低了土壤渗滤液和菠菜可食部分的硝酸盐浓度（ 陈清， 2002）。目前国内外，已建立了多种专家系统应用于生产。国内有“ 保护地蔬菜栽培专家系统” （邓林义， 2003），它包括诊断系统、预测系统和咨询系统；计算机技术在保护地番茄生产中的应用 （ 赵文华， 2000），其原理是根据番茄生长过程中，体内各种营养元素之间的比例关系，将番茄分为三个时期，即：苗期、第一穗果膨大期、第二穗果膨大期，取植株样本，烘干后测定总 N、 P、 K、 过测得样品的含量与高产模型比较，经计算机处后得出各种营养元素丰缺状况，确定各种营养元素施用量；黄瓜温室栽培管理专家系统 （陈青云， 2001）， 该系统是一个针对温室黄瓜栽培管理、病虫害识别与防治的计算机辅助决策系统。 在国外有利用计算机模型根据气象资料来预测和计算蔬菜营养需求和肥料利用率（ A， 2003）；通过测定 30菜收获时所吸收的氮及施用氮肥之间的平衡建立计算机模型进行推荐施肥，（ ， 1997）；根据当地气候条件，利用蔬菜全生育期的生长模型和氮的吸收模型，建立肥料决策支持系统，即 N 专家系统（ ， 1996）；建立不同土壤类型和轮作制度的推荐施肥系统（ ， 1996）；蔬菜栽培的综合决策支持系统，包括灌溉、营养管理、病虫害防治和营养失调等（ H. C. 001）。这些系统的应用在大多数情况下都取得了好的效果。 施黄瓜平衡施肥研究 黄瓜是设施栽培的主要蔬菜之一，它的产量和营养需求可谓是蔬菜之最，其研究重点当属对营养元素的吸收。 在土壤栽培时，设施黄瓜每生产 1000瓜果实大约吸收 N N 为 1 继雄， 2001）。 李纯华的研究结果与之相近， N 为 1 纯华， 2000）。 黄瓜的干物质积累和氮、磷、钾、钙和镁的吸收，不同生长时期有所不同，在黄瓜移栽后的初期吸收氮、钾较多后期逐渐减少，磷、钙、镁在黄瓜的整个生育期吸收数量变化不大（ M D， 2004； 2002）。黄瓜 50 70%的氮钾肥应该作追肥，其它的肥料应作基肥（ T， 2005）。 氮是黄瓜的重要营养元素，研究表明，黄瓜果实长度和直径不受营养液氮浓度的影响，叶子含氮量随氮浓度的增加而增加，果实硬度随氮浓度的增加而降低（ C， 2005）。在中国气候条件下， 黄瓜生物学性状、养分吸收、叶绿素含量及瓜条品质等方面国产营养液均优于荷兰营养液，平均增产 27（周艺敏， 2002）。 在营养液栽培中，溶液中氮的浓度不应高于 200 ，钾应在 200 300 之间（ ; ， 1999）。随着氮浓度的增加， 1996）。应研