施肥水平對生姜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

邵海南，劉雲(yún)祥，咸文榮*

(1.省部共建三江源生態(tài)和高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室,青海大學，青海 西寧 810016； 2.青海大學農(nóng)林科學院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西寧作物有害生物科學觀測實驗站，青海省農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理重點實驗室，青海 西寧 810016)

生姜(ZingierofficinaleRoscoe.)原產(chǎn)于東南亞，是姜科姜屬植物的根莖。在中國、韓國、澳大利亞等國家被廣泛用作草藥和香料[1]。生姜生長周期長，生物量大，根系發(fā)育不全，喜肥沃土壤。為了滿足生姜的生物需求，生產(chǎn)者必須在土壤中使用大量的肥料[2-4]。氮、磷、鉀是影響生姜生長發(fā)育關(guān)鍵的三大必需元素。合理的施肥可以刺激土壤中微生物的活性，提高土壤肥力，最終實現(xiàn)生姜豐產(chǎn)。但過高或過低的施肥量，可能會導致生姜品質(zhì)下降，產(chǎn)量降低，最終影響經(jīng)濟效益[5-6]。生姜對環(huán)境適應性強，年產(chǎn)量高，耐儲藏。近年來，在青海省西寧、大通、湟中、樂都等多地栽培面積不斷擴大，每公頃產(chǎn)值約30余萬元，種植生姜已經(jīng)成為青海多地農(nóng)民致富的重要方式[7]。然而，青海地區(qū)生姜產(chǎn)量不高，如何改善土壤肥力以提高生姜品質(zhì)，成為高原地區(qū)生姜產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。通過施肥來提高青海地區(qū)生姜產(chǎn)量和品質(zhì)的研究仍處于探索階段。因此，本研究以青海大量種植的山農(nóng)1號綿姜為對象，明晰不同氮、磷、鉀施肥配方對高原地區(qū)貧瘠土壤中生姜的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并基于隸屬函數(shù)法對不同配比施肥效果進行綜合評價。此外，對氮、磷、鉀肥進行三元二次方程的擬合與求解，篩選出最優(yōu)氮、磷、鉀肥施用量，以期為生姜的科學施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選擇在樂都區(qū)高廟鎮(zhèn)長里村溫室中進行。該溫室地前茬種植作物為辣椒。試驗地土壤為栗鈣土，pH 8.32，有機質(zhì)含量13.31 g/kg，土壤陽離子交換量(CEC)23.42 cmol/kg，全氮0.85 g/kg，堿解氮68.17 mg/kg，速效磷10.08 mg/kg，速效鉀85.33 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試肥料為尿素(N≥46%)由四川天華股份有限公司生產(chǎn)；有效過磷酸鈣(P205≥12%)由安寧拓展磷化工有限公司生產(chǎn)；硫酸鉀(K2O≥45%)由美國生產(chǎn)；生物有機肥(沃泥爾，有機質(zhì)≥45%，N+P205+K2O≥6%)由山東廣大肥業(yè)科技有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗設計

本試驗采用正交設計方案L9(34)(表1至表3)，設置3個因素為尿素(N≥46%)、過磷酸鈣(P205≥12%)、硫酸鉀(K2O≥50%)。于2019年3月12號各處理施用全年施肥量的30%；5月10號各處理施入剩余的尿素；8月14號各處理施用全年施肥量的40%的過磷酸鈣和硫酸鉀；9月10號各處理施用全年施肥量的30%的過磷酸鈣和硫酸鉀，其中有機肥以基肥的形式一次施入。試驗小區(qū)面積為7 m×0.7 m×2 m=9.8 m3(每小區(qū)2壟生姜)，小區(qū)隨機區(qū)組排列，3次重復,共30個小區(qū)，60壟。對照組不施化肥。

表3 施肥種類及肥料全年施肥量

1.4 測定項目與方法

生姜收獲時測定株高、莖粗、分枝數(shù)、葉長、葉寬、根莖鮮重、小區(qū)產(chǎn)量，收獲時每個處理每壟隨機選取10株生姜，將采集的生姜樣品帶回實驗室內(nèi)切成小塊后混合均勻，抽取3份樣品，每份500～1 000 g裝袋標記，試驗當天送到西北高原生物研究所測試中心。測定姜塊的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素C、姜辣素、總糖、干物質(zhì)含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

生姜品質(zhì)是多個相關(guān)指標綜合反映的結(jié)果，采用隸屬函數(shù)法系統(tǒng)評價施肥處理對生姜品質(zhì)的影響差異，對各處理生姜蛋白質(zhì)、脂肪、維生素C、姜辣素、總糖等含量指標用公式(1)進行轉(zhuǎn)換。將轉(zhuǎn)化后的各指標隸屬度值累加求得品質(zhì)綜合值，綜合值越大，表示生姜品質(zhì)越好。

X=X(u)×(Xmax-Xmin)+Xmin

(1)

式中:Xmin、Xmax、X(u)分別為各指標的最小值、最大值和平均值。

(2)

(3)

式中:Y0和Y分別為不施肥處理生姜產(chǎn)量和施肥處理生姜產(chǎn)量。

試驗數(shù)據(jù)采用WPS excel 和SPSS 20.0進行處理與分析，繪制表格，采用單因素方差分析(ANOVA)和最小顯著極差法(SSR)對不同施肥處理生姜各指標間進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥水平對生姜產(chǎn)量的影響

各施肥處理對生姜株高、莖粗、分枝數(shù)有顯著的增產(chǎn)作用(表4)，其中以處理5的促進作用最為顯著，其株高為80.06 cm，莖粗為14.89 cm，分枝數(shù)為14個，增產(chǎn)率高達201.1%。不同施肥處理之間存在著顯著差異，處理5顯著高于其他處理組，處理4、6顯著高于處理9、10，說明施肥量過多或者過少對生姜的產(chǎn)量促進作用均不顯著。在本試驗中，各施肥處理肥料貢獻率不盡相同：處理4、5、6顯著高于處理7、9、10，該結(jié)果表明隨著施肥量增加，肥料貢獻率呈現(xiàn)增加的趨勢，但隨著施肥量進一步增加，肥料貢獻率反而呈下降趨勢。這說明適宜肥料配比能最大程度提高肥料貢獻率，使生姜的生產(chǎn)能力更強。

表4 不同施肥處理對收獲期生姜主要生物學性狀的影響

2.2 不同施肥處理對生姜品質(zhì)的影響

由表5可知，氮、磷和鉀肥配施對生姜品質(zhì)各指標有顯著影響。施肥處理后的生姜水分含量明顯低于CK，說明施肥處理增加了生姜中干物質(zhì)含量。施肥處理后的蛋白質(zhì)含量明顯高于CK，上升幅度達10.2%～49.0%，處理5顯著高于處理2、3、7、9、10，說明生姜中蛋白含量對不同施肥處理響應不同。與對照相比，施肥處理對生姜脂肪含量并沒有顯著影響。各處理的維生素C、姜辣素和總糖均顯著高于未施肥處理，增幅分別達23.8%～60%、34.0%～87.2%、38.9%～84.8%。其中以處理5提升程度最大，表明施肥處理總體上均能提高生姜維生素C、姜辣素和總糖含量?？傮w表現(xiàn)為中、低水平施肥處理有利于生姜中營養(yǎng)物質(zhì)的積累，而高水平的施肥處理反而不利于其營養(yǎng)物質(zhì)的積累。

表5 不同氮、磷、鉀施肥處理對生姜品質(zhì)的影響

生姜品質(zhì)是多個相關(guān)指標的綜合反映。為了評價施肥處理對生姜品質(zhì)的影響，采用隸屬函數(shù)法，對不同施肥處理后的生姜蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、脂肪含量、姜辣素含量、總糖含量進行轉(zhuǎn)換。累加轉(zhuǎn)化后各指標隸屬度值求得品質(zhì)綜合值，并對不同施肥樣品的品質(zhì)綜合值進行顯著性檢驗。試驗結(jié)果表明，處理5、6品質(zhì)綜合值顯著高于其他處理。說明中等水平施肥效果最好，但隨著施肥量提高，品質(zhì)綜合值反而有所下降。說明適量施用氮磷鉀肥能有效提升生姜綜合品質(zhì)，但施肥過量反而不會繼續(xù)提升生姜品質(zhì)。

2.3 施肥對生姜產(chǎn)量的綜合評定

將生姜產(chǎn)量Y0、氮(X1)、磷(X2)、鉀(X3)肥用量進行回歸擬合，得到方程：Y0=943.65+110.87X1+25.29X2-50.92X3-1.25X1X1-0.093X2X2+0.428X3X3-0.69X1X2+1.17X1X3+0.45X2X3，對方程進行F檢驗，達到顯著水平(R2=0.783，F(xiàn)=6.787，P<0.05)。因此，回歸方程可以反映施肥處理對生姜產(chǎn)量影響的實際情況。對上面的三元二次方程采用矩陣方程模型求解，結(jié)果表明，生姜產(chǎn)量最高時的氮、磷、鉀肥(尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀)施入量分別為670.20、583.65、785.10 kg/hm2。

3 討論與結(jié)論

通常采用土壤養(yǎng)分含量來衡量土壤肥力[8]，而田間施肥可以改良土壤養(yǎng)分供應狀況，農(nóng)作物產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分休戚相關(guān)[9]。前人研究表明，田間適量施肥有利于提升作物產(chǎn)量，同時也存在著施肥處理對產(chǎn)量無影響甚至下降的情況，這可能與作物種類、施肥方式、施肥量、氣候等條件有關(guān)[10]。氮、磷、鉀是促進植物生長發(fā)育所必需的元素，合理的氮磷鉀配施能顯著促進植株生長，從而增加產(chǎn)量。這與宇萬太等[11]、張西平等[12]及張立聯(lián)等[13]的研究結(jié)果相似。施用氮磷鉀肥可以防止土壤退化，提高土壤肥力。土壤的基礎肥力越高，作物的生產(chǎn)潛力越大。青海地區(qū)土壤有機質(zhì)含量偏低，施肥是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的重要技術(shù)措施。本研究中，不施肥對照反映了土壤的基礎肥力，與不施肥處理的結(jié)果相比，施肥后的生姜增產(chǎn)率最高可達201.1%，進一步說明應當把鞏固和提高土壤基礎肥力放在首要位置。同時，良好的土壤肥力是獲得生姜高產(chǎn)的必要條件。但隨著氮磷鉀肥用量的增多，產(chǎn)量反而呈下降趨勢，說明過量施肥可能會制約氮磷鉀肥的有效性，導致施肥報酬減少。因此，施肥在滿足生姜產(chǎn)量的前提下還需要進行合理的配比，避免資源浪費與土壤污染。

有研究表明，合理施肥能顯著提高蔬菜中糖分、氨基酸、維生素C和蛋白質(zhì)等物質(zhì)的含量，從而改良蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)[14-15]。以生姜為試驗材料的報道較為普遍，其相關(guān)研究表明，合理使用氮磷鉀肥或與有機肥配比，能明顯提高生姜可溶性糖、維生素C和蛋白質(zhì)的含量，改善生姜的營養(yǎng)品質(zhì)[8，16-17]。而姜辣素作為生姜的重要成分之一，是生姜辣味物質(zhì)的總稱，對生姜的藥用功效起著重要作用[18]。本試驗結(jié)果也表明，中等施肥水平有利于生姜姜辣素等營養(yǎng)物質(zhì)積累，提高生姜風味。但施肥量超過一定量時，會導致營養(yǎng)物質(zhì)含量降低，可能與氮元素過量施入時需要更多的碳鏈參與氮素代謝轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)，導致蛋白質(zhì)和總糖含量下降。鉀元素在植物光合作用中起著關(guān)鍵的作用，但供給過量的鉀會使植物體內(nèi)生物合成和能量代謝受阻，從而導致營養(yǎng)物質(zhì)含量下降。當合理配施氮磷鉀時才能最大程度提高目標作物中不同品質(zhì)指標的含量。施肥可以通過改變土壤養(yǎng)分含量進而促進生姜生長，影響生姜品質(zhì)，而本試驗指標僅包含了氮、磷、鉀的含量，施肥還可能造成土壤中微量元素(如B、Fe、Cu、Zn)含量的變化。Bronson等[19]研究結(jié)果表明，土壤微量元素對目標產(chǎn)物品質(zhì)的改變起到不可忽視的作用。土壤中各元素之間的協(xié)調(diào)作用是否對生姜的產(chǎn)量及本試驗結(jié)果有影響，有待進一步研究。生姜對任何一種營養(yǎng)元素的吸收利用，也會受到其他營養(yǎng)元素的制約或者促進。

本研究結(jié)果表明了施肥能顯著提升生姜的株高和分枝數(shù)，當施入氮、磷、鉀肥(尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀)的量為670.20、583.65、785.10 kg/hm2時，其產(chǎn)量最高。施肥提高了生姜中蛋白質(zhì)、維生素、姜辣素及總糖的含量，與高、低水平施肥量相比，中等水平的施肥明顯提高了生姜的產(chǎn)量與品質(zhì)。