不同追肥量對生姜產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和根區(qū)土壤的影響

柴志偉，閆 妍，孫敏濤，王 君，李衍素，于賢昌，賀超興

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

生姜（Rosc.）為姜科多年生草本植物，既是常用的調(diào)味品，又是一種可以用作多種藥物制作原材料的經(jīng)典藥材，亦是我國用于出口創(chuàng)匯的特色蔬菜。生姜是生長期長、設(shè)施及水肥投入大、產(chǎn)量效益高的蔬菜作物，在其產(chǎn)量形成過程中對氮、磷、鉀肥需求量均較大，每形成1 000 kg姜塊產(chǎn)量約需純N 6.34 kg、PO0.57 kg、KO 9.27 kg。生姜的產(chǎn)量和品質(zhì)受到氣候條件、品種、施肥、栽培管理措施等多種因素影響，其中施肥影響最大。在生姜生產(chǎn)中，追施化肥成為農(nóng)民實現(xiàn)高產(chǎn)而普遍采取的手段。過量施肥不僅會導(dǎo)致肥料利用率降低，還會使生姜外觀形狀及風(fēng)味品質(zhì)下降，加重土壤次生鹽漬化、養(yǎng)分失衡等，并造成水體富營養(yǎng)化、土壤酸化等農(nóng)業(yè)面源污染問題，嚴(yán)重制約生姜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品——昌邑大姜全部實行保護(hù)地栽培，通過推廣前期拱棚栽培、中期水肥一體化管理、病蟲害綠色防控、增施生物有機(jī)肥等綠色生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)了綠色生產(chǎn)，但也存在不合理施肥問題；因此，針對生姜栽培過程中存在的過量施肥等問題，以山東昌邑生姜主產(chǎn)區(qū)的施肥方案為對照，研究比較不同施肥量對生姜植株生長和產(chǎn)量的影響，分析不同施肥處理的養(yǎng)分吸收情況及其對生姜根區(qū)土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的影響，以期為生姜栽培的精準(zhǔn)施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地點

試驗在北京市昌平區(qū)南口鎮(zhèn)馬坊村的中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院南口中試基地農(nóng)場的大田進(jìn)行，該地區(qū)屬暖溫帶氣候，土壤為砂壤土，土壤理化性質(zhì)為：pH值8.68，有機(jī)質(zhì)27.82 g/kg，全氮2.56 g/kg，全磷1.73 g/kg，全鉀23.55 g/kg，堿解氮831 mg/kg，有效磷236.7 mg/kg，速效鉀511 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試生姜品種為緬姜，由唐山旭通農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)專業(yè)合作社提供?；蕿槭仪f市希星肥業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的精制有機(jī)肥，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2012，肥料登記證號：冀農(nóng)肥（2009）準(zhǔn)字5129號，技術(shù)指標(biāo)為：有機(jī)質(zhì)≥45%，氮＋磷＋鉀≥5%，微量元素≥10%，黃腐酸≥10%，腐植酸≥8%，氨基酸≥10%，有效活性菌≥0.2億個/g，每667 m基施精制有機(jī)肥1 000 kg。追肥為北京福特森農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的全水溶性肥料，包括N-PO-KO為20-20-20和16-8-34兩種配方肥，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)NY 1107—2011，登記證號：農(nóng)肥（2013）臨字7489號。

1.3 試驗方法

生姜姜種于4月8日播種，播種蓋土后澆定植水，然后搭建拱高0.5 m的塑料小拱棚，以保溫保濕；5月上旬在小拱棚上搭遮陽網(wǎng)遮光降溫，6月下旬撤去小拱棚膜，8月20日去除遮陽網(wǎng)，11月3日采收測產(chǎn)。

處理采用東西向排列，南北向做畦，畦長7.0 m、寬0.7 m，生姜單行栽培，行距0.7 cm，株距0.25 m，每個處理重復(fù)5次。設(shè)置4個肥料用量水平，以常規(guī)追肥（667 m追肥N 17.4 kg、PO10.2 kg、KO 33.6 kg）為對照（100%），其余處理按常規(guī)追肥量進(jìn)行增減，分別為：T—120%，較常規(guī)追肥增施20%；T—100%，常規(guī)追肥，作為對照（CK）；T—80%，較常規(guī)追肥減施20%；T—60%，較常規(guī)追肥減施40%。各處理在生姜不同發(fā)育期的追肥量見表1，具體如下：在6—7月生姜三叉期追施水溶肥（20-20-20），追肥采用少量多次的原則，每隔1周追肥1次，共追肥5次；在8月生姜旺盛期和9月生姜膨大期追施水溶肥（16-8-34），2個時期分別追肥2次，每次間隔2周；追肥均采用滴灌隨水沖施。

表1 各處理主要生長發(fā)育期的667 m2追肥量安排 kg

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 生姜姜塊與植株莖葉的生物量及其氮、磷、鉀含量測定

生姜采收時調(diào)查植株生長數(shù)據(jù)，每處理隨機(jī)選擇5株，統(tǒng)計株高、分枝數(shù)、地上部莖葉鮮質(zhì)量和地下部姜塊鮮質(zhì)量，并計算出生姜鮮質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)，生姜鮮質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)＝地下部姜塊鮮質(zhì)量/（地上部莖葉鮮質(zhì)量＋地下部姜塊鮮質(zhì)量）。每株隨機(jī)選取部分莖葉和姜塊稱量并記錄鮮質(zhì)量，再在烘箱中105 ℃殺青30 min后，于85 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，計算地上部和地下部干物質(zhì)含量，并計算干物質(zhì)經(jīng)濟(jì)系數(shù)（地下部干質(zhì)量/總干質(zhì)量）。生姜地上部和地下部氮、磷、鉀的含量按照NY/T 2017—2011的標(biāo)準(zhǔn)測定。

1.4.2 生姜根區(qū)土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性測定

生姜采收后，在每個處理中間3壟采集地表0～20 cm的土壤樣品，每壟采集5點，混合均勻后自然風(fēng)干，再粉碎過篩，用于土壤理化性質(zhì)和酶活性的測定。

土壤pH值測定采用土∶水＝1.0∶2.5（質(zhì)量∶體積）法，將10 g自然通風(fēng)陰干的土壤樣品與25 mL去離子水混合，然后用pH計來測定土壤的pH值；通過重鉻酸鹽氧化-外部加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；分別采用半微量凱氏定氮法及堿水解擴(kuò)散法測定全氮及堿解氮含量；通過氫氧化鈉熔融鉬比色法和鉬反相比色法測定全磷和有效磷含量；用火焰光度計法和乙酸銨萃取/火焰光度計法測定土壤全鉀和速效鉀含量。

土壤蔗糖酶的測定使用3,5-二硝基水楊酸比色法；土壤脲酶的測定使用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；土壤硝酸還原酶的測定采用試劑盒；土壤過氧化氫酶的測定使用高錳酸鉀滴定法；土壤堿性磷酸酶的測定使用磷酸苯二鈉比色法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，利用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，并運(yùn)用Duncan檢驗法對顯著性差異（＜0.05）進(jìn)行多重比較。圖表中數(shù)據(jù)均為平均值±SD（標(biāo)準(zhǔn)差）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同追肥量對生姜植株生長及產(chǎn)量的影響

由表2可知，除地上部莖葉鮮質(zhì)量外，其他5個指標(biāo)均以T處理最高，說明較常規(guī)追肥減施20%對植株生長有一定的促進(jìn)作用，且有利于增產(chǎn)；T處理除分枝數(shù)外，其他指標(biāo)均較CK低，且株高表現(xiàn)出了顯著差異，說明較常規(guī)追肥減施40%不利于植株生長和增產(chǎn)；而T處理的株高、分枝數(shù)、地上部莖葉鮮質(zhì)量均高于CK，而其他3個指標(biāo)均低于CK，說明較常規(guī)追肥增施20%對植株生長有一定的促進(jìn)作用，但不有利于增產(chǎn)。綜合來看，過量追肥不利于增產(chǎn)，適量減施追肥量卻有利于增產(chǎn)增效。

表2 不同處理生姜植株生長及產(chǎn)量情況

2.2 不同追肥量對生姜植株、姜塊干物質(zhì)含量及其營養(yǎng)元素含量的影響

由表3結(jié)果可知，生姜地上部莖葉的干物質(zhì)含量為10.18%～12.79%，地下部姜塊的干物質(zhì)含量為7.28%～8.22%，生姜地下部姜塊干物質(zhì)含量在各處理間雖然無顯著差異，但地上部莖葉干物質(zhì)含量明顯要高于姜塊干物質(zhì)含量，以較常規(guī)追肥減施20%的T處理的地下部姜塊干物質(zhì)含量最高，但其干質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)低于鮮質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)，因為地下部姜塊干物質(zhì)含量低于地上部莖葉干物質(zhì)含量。干質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)、單株干質(zhì)量、地下部姜塊干物質(zhì)含量均以T處理最高，說明較常規(guī)追肥減施20%有利于物質(zhì)積累。

表3 不同處理生姜的地上、地下部干物質(zhì)含量比較

由表4可知，不同施肥處理的生姜地上部植株和地下部姜塊的N元素含量雖有差異，但差異均不顯著，生姜地上部的N含量高于地下部，地上部植株N含量以T最高，地下部則以T最高。生姜P元素含量除T為地上部分高于地下部分外，其他處理均表現(xiàn)為地上部含量低于地下部含量，可見不同追肥量影響到了營養(yǎng)元素的運(yùn)移，適量追肥提高了磷元素的運(yùn)輸，影響到植株同化物的分配。對生姜的鉀含量分析可見，地上部植株以追肥量最多的T處理的植株鉀含量最高，顯著高于其他處理，且高于地下部的鉀含量；地下部姜塊鉀含量以T最高，T顯著高于T，但與T差異不顯著。

表4 生姜不同部位各處理的N、P、K含量分析

2.3 不同追肥量對生姜根區(qū)土壤pH值和養(yǎng)分含量的影響

由表5可知，處理T的土壤pH值最低，而T和T的土壤pH值均顯著高于對照T和T。對土壤有機(jī)質(zhì)含量的分析可見，追肥量高的T處理有機(jī)質(zhì)含量也最高，而追肥量最低的T處理有機(jī)質(zhì)含量也最低，二者差異達(dá)顯著水平，表明生姜根區(qū)既可以利用化肥，亦可利用有機(jī)肥；另外，T與T、T差異不顯著。追肥增施的處理T會抑制微生物生長，減少有機(jī)質(zhì)分解利用，因而其土壤有機(jī)質(zhì)增高，而追肥減施更有利于根區(qū)微生物活動，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的降解利用，因此T處理的有機(jī)質(zhì)含量最低，可見較常規(guī)追肥增施20%可促進(jìn)根區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)積累，提高地力。對土壤全氮、全磷、全鉀的含量分析與有機(jī)質(zhì)有類似趨勢，其含量水平與追肥量密切相關(guān)，以較常規(guī)追肥增施20%的T處理的土壤中氮、磷、鉀含量最高，且較常規(guī)追肥增施20%提高了土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量。綜合來看，除pH值外，其他7個指標(biāo)均表現(xiàn)為T與CK無顯著差異，而減施化肥會減少土壤營養(yǎng)元素含量和有機(jī)質(zhì)含量，可適當(dāng)增施有機(jī)肥改善根區(qū)環(huán)境。

表5 生姜根區(qū)土壤pH值和養(yǎng)分元素含量分析

2.4 不同追肥量對生姜根區(qū)土壤酶活性的影響

由表6可知，在蔗糖酶活性方面，以T處理最高，顯著高于T和T處理，表明減少追肥量有利于其活性提高；而土壤脲酶活性表現(xiàn)則相反，表現(xiàn)為T處理顯著高于其他處理，且T與CK無顯著差異，說明增加追肥量有利于其活性提高。土壤硝酸還原酶活性表現(xiàn)為T和T顯著高于T和T處理。土壤中的堿性磷酸酶和過氧化氫酶可以反映土壤微生物活動的強(qiáng)度，各處理間沒有表現(xiàn)出顯著差異，表明其受追肥量影響較小。

表6 不同施肥處理對相關(guān)土壤酶活性的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

在本試驗中，較常規(guī)追肥減施20%有利于植株生長和增產(chǎn)，而較常規(guī)追肥增施20%有利于植株生長，但無增產(chǎn)效果。而有研究表明，在減施化肥時，增加生物炭肥料、農(nóng)家肥等有機(jī)肥料，不僅不會影響生姜產(chǎn)量而且還能改善品質(zhì)。

王紹輝等研究表明，不同遮陽處理的萊蕪片姜經(jīng)濟(jì)系數(shù)在0.52～0.58，其最高產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)系數(shù)為0.55，而本研究中采收期生姜的鮮質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)高達(dá)0.651，明顯較高的可能原因除了品種不同外，本試驗栽培期較長，營養(yǎng)轉(zhuǎn)移地下儲存器官較多；此外，栽培后期的生姜采收前遭遇了霜降天氣，低溫使生姜莖葉部分失水干枯和營養(yǎng)物質(zhì)向根莖轉(zhuǎn)移運(yùn)輸，從而使姜塊部分生物量增加。對生姜的植株和姜塊干物質(zhì)含量測定結(jié)果表明，采收期生姜地上的干物質(zhì)含量在10.18%～12.79%，而姜塊的干物質(zhì)含量僅在7.28%～8.22%。

氮（N）、磷（P）和鉀（K）是蔬菜吸收最多的大量營養(yǎng)元素和主要化肥元素，在植物代謝的許多方面起著至關(guān)重要的作用，其中鉀元素是植物體內(nèi)的一種可移動元素，是鉀離子通道和輔酶因子的組成成分，在根系吸收鉀、氣孔運(yùn)動、光合作用和調(diào)控光合產(chǎn)物分配等過程中發(fā)揮著重要作用，且在促進(jìn)植物產(chǎn)品器官的膨大上作用顯著，而生姜對鉀元素最為敏感。本研究測定的生姜植株N、P、K比例為7.37∶1.00∶13.69，姜塊N、P、K含量比例為3.59∶1.00∶7.61。由此可見，生姜植株營養(yǎng)元素吸收量順序為K＞N＞P，其中N和K元素在生姜莖葉中含量較高，P元素在姜塊中含量較高，與前人研究結(jié)果相一致。

早期研究曾發(fā)現(xiàn)，施化肥會降低土壤pH值，造成土壤酸化，這一現(xiàn)象本研究中也有發(fā)現(xiàn)，對生姜增施化肥，土壤pH值則下降。土壤酶介導(dǎo)了土壤有機(jī)質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化和礦化，在土壤分解和養(yǎng)分循環(huán)中起著關(guān)鍵作用，是反映土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)的良好指標(biāo)。本研究中，施肥量越多，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，土壤中參與有機(jī)質(zhì)分解的蔗糖酶活性越低；反之亦然，表明施用化肥滿足了植物生長需要的同時，會抑制土壤中微生物對有機(jī)質(zhì)的分解作用。

此外，采收期的土壤全氮和堿解氮含量均低于生姜種植前，且追肥量較高的處理中參與氮素循環(huán)的土壤脲酶和硝酸還原酶活性相對較高，表明過量投入的氮肥并沒有被植物吸收利用或在土壤中累積，很可能是通過淋溶和反硝化作用減少了，而在較常規(guī)追肥增施20%的條件下，土壤中的全磷、全鉀、有效磷和速效鉀的含量相比于種植前的含量有所上升。生姜植株對磷元素的吸收量較低，且各處理的土壤堿性磷酸酶活性沒有顯著差異。生姜植株各部位鉀含量隨施肥量的增大而增加，表明生姜對鉀肥需求量較大，但120%的過量施肥處理，因投入的鉀肥過多，超出了生姜生長的需求，導(dǎo)致其在土壤中累積。

3.2 結(jié)論

本研究表明，在生姜生產(chǎn)中，較常規(guī)追肥減施20%有利于植株生長和增產(chǎn)。生姜對鉀肥吸收量大，適當(dāng)增施鉀肥，有助于生姜植株的鉀元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。過量施肥會導(dǎo)致土壤pH值下降和土壤蔗糖酶活性降低，抑制土壤有機(jī)質(zhì)的分解。過量施氮肥既沒有被植物吸收，也沒有在土壤中累積，很可能通過淋溶和反硝化作用而流失，但過量施用的磷、鉀肥則會在土壤中富集。