生物有機肥部分代替化肥對結(jié)球甘藍(lán)養(yǎng)分吸收分配、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

劉彥均，李菊，高天科，呂劍，馮致，肖雪梅，2，郁繼華，2

（1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室，甘肅 蘭州 730070）

結(jié)球甘藍(lán)（Brassica oleraceavar.capitataL.）為十字花科蕓薹屬蔬菜作物，富含多種維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和抗癌物質(zhì)，是甘肅高原夏菜種植地區(qū)主栽作物之一［1］。如今在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)者為了提高作物產(chǎn)量大量施用化肥，導(dǎo)致土壤理化性狀變差，受到硝酸鹽和亞硝酸鹽類的污染，并隨著地表徑流污染地下水，最終導(dǎo)致人類和動物體內(nèi)硝酸鹽積累，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康［2］。有研究表明，生物有機肥營養(yǎng)全面豐富且肥效長久，合理施用可提高土壤中的生物活性和多樣性，改善土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)，進而改善土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性狀，提高土壤肥力，抑制了病害的發(fā)生［3-5］；另一方面能夠為作物提供漸進、持續(xù)、全面的養(yǎng)分供應(yīng)，不僅可以增加作物產(chǎn)量，而且還能夠改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)［6］。喬德波［7］研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效磷和硝態(tài)氮的含量隨著有機肥施用年限的增加而增加。張玉平［8］的研究表明，化肥減量配施有機肥提高了土壤中真菌、放線菌和可培養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量，增加了土壤中N、P、K養(yǎng)分和有機質(zhì)含量，并有利于改善春玉米和小白菜的光合特性，提高功能葉中NR、SPS的活性，確保穩(wěn)產(chǎn)并提高品質(zhì)。王瑤［9］的研究表明，300～600 kg/667 m2的生物有機肥替代20%化肥的配施處理較單施化肥可有效促進辣椒的生長，顯著提高了辣椒中VC的含量和光合能力。李杰等［10］的研究表明，化肥減量配施有機肥明顯降低了花椰菜花球中的硝酸鹽含量，提高了VC 和可溶性糖的含量。王慶玲等［11］研究了化肥減量配飾生物有機肥能夠促進蒜苗植株的形態(tài)建成、提高根系活力、以及提高硝酸還原酶的活性。

以往的研究多關(guān)注于化肥減量配施生物有機肥對作物品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，對養(yǎng)分吸收分配規(guī)律的報道較少，而在高原夏菜結(jié)球甘藍(lán)中的研究更是屈指可數(shù)。本試驗選擇甘肅高原夏菜主產(chǎn)區(qū)，以結(jié)球甘藍(lán)為研究對象，研究單施化肥、化肥減量及配施不同量的生物有機肥對甘藍(lán)養(yǎng)分吸收分配、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以探明生物肥替代化肥的適宜替代量和甘藍(lán)不同器官各養(yǎng)分的吸收分配規(guī)律，旨在為該區(qū)域蔬菜合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗于2019 年3～9 月在榆中縣高原夏菜種植基地進行。試驗點位于榆中縣清水驛鄉(xiāng)稠泥村，地理位置處于N 35°53′26″、E 104°10′45″，屬于溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)。平均海拔1 790 m，年平均氣溫6.57 ℃，年均濕度為65%，無霜期150 d，年均蒸發(fā)量為1 343.10 mm，年均降水量300～400 mm。試驗田地勢平坦，肥力中等均勻，土壤類型為黃綿土，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.17、0.39、12.25 g/kg，堿解氮含量為 59.50 mg/kg，速效磷含量為101.64 mg/kg，速效鉀含量為99.54 mg/kg，pH 值為8.11。

供試材料：結(jié)球甘藍(lán)，品種為金鼎綠球。

供試肥料：尿素（含N 46.4%），過磷酸鈣（含P2O516%），硫酸鉀（含K2O 52%），生物有機肥由甘肅綠能瑞奇生物技術(shù)有限公司制造，每克有效活菌數(shù)在0.20×108億個以上，N+P2O5+K2O≥5%，有機質(zhì)含量 50%以上，腐植酸含量25%以上。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共5個處理，CK1：不施肥；CK2：100%化肥（當(dāng)?shù)厥┓柿浚?；T1：化肥減施30%+3 000 kg/hm2生 物 有 機 肥；T2：化 肥 減 施30%+6 000 kg/hm2生 物 有 機 肥；T3：化 肥 減 施30%+12 000 kg/hm2生物有機肥。每個處理3個小區(qū)，每個小區(qū)面積為30.1 m2。結(jié)球甘藍(lán)在當(dāng)?shù)貙嵭? a兩茬的栽培制度，春茬于4月下旬定植，6月下旬采收；秋茬于7 月上旬定植，9 月上旬采收。采用平畦覆膜栽培，株距30 cm，行距 50 cm。

各處理的具體施肥量如表1所示。春茬的磷肥（過磷酸鈣）、鉀肥（硫酸鉀）和生物有機肥作為底肥一次性施入，氮肥（尿素）總量的30%作為底肥，剩余70%做追肥，分別于蓮座期和結(jié)球初期各追施1次。秋茬的氮、磷、鉀肥分別于蓮座期、結(jié)球前期和結(jié)球中期3次追施。

表1 不同處理的施肥量Table 1 The amount of fertilizer applied in different treatments （kg·hm-2）

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1 產(chǎn)量 待結(jié)球甘藍(lán)葉球達(dá)到采收標(biāo)準(zhǔn)后，除去有邊際效應(yīng)的植株，每一小區(qū)中選取1.5 m×5 m=7.5 m2面積的植株，測定甘藍(lán)生物產(chǎn)量與經(jīng)濟產(chǎn)量。計算出小區(qū)產(chǎn)量，并折算成公頃產(chǎn)量。利用下式計算經(jīng)濟系數(shù)：

1.3.2 品質(zhì) 葉球成熟期每小區(qū)隨機選取長勢均勻的結(jié)球甘藍(lán)3株，采用四分法對葉球進行取樣，用于葉球品質(zhì)的測定。硝酸鹽含量采用水楊酸法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，VC 含量采用2，6-二氯酚靛酚比色法測定［12］。

1.3.3 植株養(yǎng)分 將結(jié)球甘藍(lán)的根、莖、外葉、葉球分開，分別稱量鮮質(zhì)量，裝入信封袋中于烘箱內(nèi)105 ℃殺青15 min后，80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱量干質(zhì)量，然后進行研磨過篩（20目）裝袋，用于氮磷鉀的測定。采用H2SO4-H2O2消煮法進行植株氮磷鉀元素的前處理，全氮含量測定采用凱氏定氮法，全磷含量測定采用鉬銻抗比色法，全鉀含量測定采用火焰光度計法［13-15］。

1.3.4 肥料利用率 土壤氮磷鉀養(yǎng)分利用率采用下式進行計算：

氮（磷、鉀）肥利用率（%）=（施肥區(qū)作物吸收氮（磷、鉀）養(yǎng)分量-缺素區(qū)作物吸收氮（磷、鉀）養(yǎng)分量）/（氮（磷、鉀）肥料施用量×肥料中氮（磷、鉀）養(yǎng)分含量）×100%

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，用SPSS 16.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，并運用Duncan’s 新復(fù)極差法進行多重比較（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物肥部分替代化肥對結(jié)球甘藍(lán)產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

由表2可知，在春茬試驗中，與常規(guī)施用化肥相比，T2，T3可顯著提高甘藍(lán)的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量。T2處理達(dá)到最高，相比CK2分別提高了8.49%和11.10%。但在秋茬試驗中，化肥減量30%配施生物有機肥對生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量無顯著影響，但T3處理較CK2增加了4.70%和0.9%。

表2 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on yield of cabbage

通過表3 可以看出，T2處理結(jié)球甘藍(lán)在春秋兩茬中的經(jīng)濟效益最大，較CK2增加了3 583.1元/hm2。T3處理的總產(chǎn)值最大，但由于投入的肥料成本高，其經(jīng)濟效益比CK2下降了3 845.9元/hm2。

表3 不同處理對結(jié)球甘藍(lán)經(jīng)濟效益的影響Table 3 Effects of different treatments on economic benefits of cabbage （元·hm-2）

2.2 生物肥部分替代化肥對結(jié)球甘藍(lán)品質(zhì)的影響

由表4～5可以看出，無論春茬還是秋茬試驗，化肥減量30%并配施一定量的有機肥均降低了甘藍(lán)葉球中硝酸鹽的含量。在春茬試驗中，與CK2相比，T1、T2、T3分別降低了甘藍(lán)中硝酸鹽的含量14.00%、17.40%和18.90%，并且隨著生物有機肥施用量的增加，硝酸鹽的含量逐漸降低；秋茬試驗中，T1、T2、T3處理下甘藍(lán)的硝酸鹽含量分別比對照減少11.00%、21.00%和21.80%，各處理的硝酸鹽含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)（≤3 000 mg/kg）?？扇苄蕴呛吭诖呵飪刹缭囼炛芯訲3處理的最高，較CK2分別增加了2.20%、15.80%春茬中，葉球可溶性蛋白的含量在T2處理下最高，較CK2增加了51.20%；而秋茬中T3含量最高，較CK2顯著增加了26.30%。在春秋兩茬試驗中，VC 的含量隨著有機肥施用量的增加表現(xiàn)出顯著的增長，春茬試驗中T2含量最高，秋茬中T3含量最高，較CK2分別提高了17.20%和4.40%。

表4 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)品質(zhì)的影響（春茬）Table 4 The effect of different fertilization on the quality of cabbage （spring stubble）

表5 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)品質(zhì)的影響（秋茬）Table 5 The effect of different fertilization on the quality of cabbage （autumn stubble）

2.3 生物肥部分替代化肥對結(jié)球甘藍(lán)氮素吸收、分配及氮肥利用率的影響

由表6可以看出，春茬試驗中，化肥減量配施生物有機肥較單施化肥，顯著促進了甘藍(lán)對氮的吸收，提高了氮肥的利用率。氮的總吸收量和氮肥利用率均在T3處理時達(dá)到最高，分別比CK2提高了22.80%和12.40%。甘藍(lán)不同器官對氮的吸收量在不同施肥處理下的變化趨勢各異。T3處理顯著促進了外葉和葉球?qū)Φ奈眨种屏烁颓o對氮的吸收。常規(guī)施肥處理下氮在外葉、葉球、根和莖的分配比例大小順序均為葉球>外葉>根>莖，化肥減量配施生物肥后氮的分配比例發(fā)生了改變，T1、T2為葉球>外葉>莖>根，說明生物有機肥可促進氮由地下部向地上部的轉(zhuǎn)移和向產(chǎn)品器官的分配。

表6 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)不同器官氮素的吸收、分配及氮肥利用率的影響（春茬）Table 6 The effect of different fertilization treatments on the absorption，distribution and utilization of nitrogen in different organs of cabbage （spring stubble）

由表7可知，在秋茬中，氮肥利用率的變化規(guī)律與春茬相似，T3處理最高，相比CK2提高了6.43%，但總吸收量的變化差異不顯著。施用生物有機肥抑制了外葉、根和莖對氮的吸收，促進了葉球?qū)Φ奈铡?/p>

表7 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)不同器官氮素的吸收、分配及氮肥利用率的影響（秋茬）Table 7 The effect of different fertilization treatments on the absorption，distribution and utilization of nitrogen in different organs of cabbage （autumn stubble）

2.4 生物肥部分替代化肥對結(jié)球甘藍(lán)磷吸收、分配及磷肥利用率的影響

通過表8可以觀察到，生物有機肥部分替代化肥相比單施化肥顯著提高了春茬甘藍(lán)對磷素的吸收量和磷肥利用率，均在T3處理達(dá)到最高值，相比CK2分別提高了29.20%、1.91%。單施化肥和配施生物有機肥的甘藍(lán)各個器官對磷素的吸收比例分配順序為葉球>外葉>根>莖。配施生物有機肥顯著促進了葉球?qū)α姿氐奈?，且隨著施用量的增加促進效果越 明 顯，T1、T2、T3處 理 相 比CK2分 別 提 高 了18.60%、20.70%、31.10%，還提高了葉球?qū)α姿氐姆峙渎?。根對磷素的分配率在T1、T2、T3都有所下降。

表8 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)不同器官磷的吸收、分配及肥料利用率的影響（春茬）Table 8 The effects of different fertilization treatments on phosphorus absorption，distribution and fertilizer use efficiency in different organs of cabbage （spring stubble）

由表9可以看出，在秋茬試驗中，配施生物有機肥對甘藍(lán)磷肥的吸收量無顯著影響，與春茬對比，秋茬中甘藍(lán)的各個器官分配磷素的比例順序為葉球>外葉>莖>根，且施用有機肥增加了葉球?qū)α姿氐姆峙渎剩訲1最高，較CK2提高了13.96%。

表9 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)不同器官磷素吸收、分配及肥料利用率的影響（秋茬）Table 9 The effects of different fertilization treatments on phosphorus absorption，distribution and fertilizer use efficiency in different organs of cabbage （autumn stubble）

2.5 生物肥部分替代化肥對結(jié)球甘藍(lán)鉀素吸收、分配及鉀肥利用率的影響

由表10可以看出，化肥減量配施生物有機肥相比單施化肥顯著促進了甘藍(lán)對鉀肥吸收，并提高了鉀肥利用率。春茬中T1、T2、T3較CK2鉀素吸收總量分別增加了9.00%、27.60%、28.10%；鉀肥利用率分別提高了9.48%、25.00%、25.50%。單施化肥處理下，不同器官甘藍(lán)鉀素的分配比例大小為葉球>外葉>根>莖，配施生物有機肥后分配順序變?yōu)槿~球>外葉>莖>根。與CK2相比，T1、T2、T3處理的甘藍(lán)外葉、葉球和莖的鉀素吸收量顯著提高，其中葉球鉀素吸收量分別提高13.00%、26.20% 和31.30%，根的吸收量顯著降低。T1、T3均提高了葉球?qū)︹浰氐姆峙渎剩^CK2分別提高了2.13%、1.06%。

由表10可以看出，秋茬甘藍(lán)對鉀素的吸收和鉀肥利用率在化肥減量配施生物有機肥后表現(xiàn)出與春茬相似的變化。T1、T2、T3處理的鉀肥利用率分別較CK2提高了0.94%、4.11%和15.24%；T3處理的鉀素吸收總量顯著增加了10.10%。T1處理葉球?qū)︹浰氐姆峙渎剩啾菴K2提高了2.87%。

表10 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)不同器官鉀的吸收、分配及肥料利用率的影響（春茬）Table 10 The effects of different fertilization treatments on potassium absorption，distribution and fertilizer use efficiency in different organs of cabbage （spring stubble）

3 討論

西北高寒區(qū)處于北緯40°左右，海拔高度1 500～3 000 m，年降雨量200 mm 左右，年平均氣溫在0～14 ℃之間。結(jié)球甘藍(lán)屬于喜冷涼作物，適宜生長于此地［16］?，F(xiàn)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)多施用化肥來提高產(chǎn)量，但由于過度施用化肥導(dǎo)致地下水污染，作物品質(zhì)中硝酸鹽含量累積、品質(zhì)逐漸劣化、肥料利用率降低。因此，適當(dāng)減少化肥的施用并尋求適宜的替代措施，已成為當(dāng)下改善品質(zhì)、提高養(yǎng)分吸收利用率所要解決的主要問題。

據(jù)黃媛媛等［17］的研究發(fā)現(xiàn)，化肥減量30%配施有機肥4 500 kg/hm2時，冬小麥的增產(chǎn)作用最為明顯，表明生物有機肥能夠提高作物的產(chǎn)量。楊莉莉等［18］的研究表明，有機肥替代50%氮肥顯著提高了蘋果的產(chǎn)量。Emmanuel［19］對白菜的研究中，得出施用6 t/hm2禽糞有機肥處理，對白菜的生長、產(chǎn)量效果最好。Zhang 對生菜的研究表明，化肥減量50%配施有機肥后生菜的產(chǎn)量相比于不施肥、單施有機肥和單施化肥處理產(chǎn)量分別增加了60.67%、37.12%和14.84%，并提高了生菜的品質(zhì)。本試驗中化肥減量30%配施生物有機肥均提高了結(jié)球甘藍(lán)的經(jīng)濟產(chǎn)量，春茬以化肥減量30%+6000 kg/hm2有機肥處理最為明顯，秋茬以化肥減量30%+12 000 kg/hm2有機肥處理的經(jīng)濟產(chǎn)量最高。楊世梅等［20］在番茄的栽培中發(fā)現(xiàn)，化肥配施生物有機肥相比單施化肥處理，均提高了可溶性糖、可溶性蛋白以及VC的含量，實現(xiàn)了番茄的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。與本試驗所表現(xiàn)的規(guī)律相同，化肥減量配施有機肥可顯著提高結(jié)球甘藍(lán)葉球中可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C的含量。其中春茬以化肥減量30%+6 000 kg/hm2有機肥處理較優(yōu)；秋茬以化肥減量30%+12 000 kg/hm2較優(yōu)。同時葉球內(nèi)的硝酸鹽含量隨著有機肥施用量的增加而顯著降低，提高了食用安全性。這個結(jié)論在前人的試驗［21］中也都有驗證，表明有機肥具有改善作物品質(zhì)的功能。同時土壤硝酸鹽含量的降低，可減輕土壤次生鹽漬化，一定程度緩解連作障礙［22］。

化學(xué)肥料是水溶性的，植物可以立即汲取養(yǎng)分。雖然這提供了一個快速的養(yǎng)分，但是不會改善土壤質(zhì)地、土壤肥效，甚至?xí)廴就寥拉h(huán)境，破壞土壤微生物結(jié)構(gòu)。而有機肥可以刺激土壤微生物繁殖，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤有機質(zhì)含量。雖然有機肥氮、磷、鉀的來源比化學(xué)肥料相對較低，但是可以保持土壤肥力更持久一些［23］。據(jù)李小萌［24］的研究來看，隨著生物有機肥施用量的增加，黃瓜氮素積累量呈上升的趨勢。在石鑫蕊等［25］對水稻的研究中表明，中氮有機肥替代20%處理水稻增產(chǎn)3.80%，氮肥利用率增加了8.10%。本試驗中得出化肥減量配施生物有機肥促進了結(jié)球甘藍(lán)對氮、磷、鉀的吸收，提高了氮、磷、鉀肥的利用率。而磷肥的利用率整體偏低可能是當(dāng)?shù)刂厥┝追蕦?dǎo)致土壤磷素積累過多導(dǎo)致的，在以后的施肥方案中建議減少磷肥的施用。單施化肥結(jié)球甘藍(lán)各個器官對氮、磷、鉀素的吸收順序為葉球>外葉>根>莖，配施生物有機肥后，結(jié)球甘藍(lán)各個器官對氮素的吸收分配順序變?yōu)闉槿~球>外葉>莖>根；葉球與外葉的分配率平均相差6.50%。對磷素的吸收，結(jié)球甘藍(lán)各個器官的吸收順序為葉球>外葉>根>莖，葉球的分配率遠(yuǎn)高于其他器官的分配率。對鉀素的分配規(guī)律表現(xiàn)為葉球>外葉>莖>根，且葉球的分配率遠(yuǎn)高于其他器官。配施生物有機肥相比單施化肥，抑制了根、莖對氮、磷、鉀的吸收而促進了葉球?qū)Φ?、磷、鉀的吸收和分配率。表明施用有機肥可以促進結(jié)球甘藍(lán)地上部分和產(chǎn)品器官對養(yǎng)分的吸收。

表11 不同施肥處理對結(jié)球甘藍(lán)不同器官鉀的吸收、分配及肥料利用率的影響（秋茬）Table 11 The effects of different fertilization treatments on potassium absorption，distribution and fertilizer use efficiency in different organs of cabbage （autumn stubble）

4 結(jié)論

化肥減量30%配施3 000～12 000 kg/hm2的生物有機肥均可增加結(jié)球甘藍(lán)的產(chǎn)量，改善品質(zhì)，且促進結(jié)球甘藍(lán)對氮、磷、鉀的吸收，提高肥料利用率。其中以配施6 000 kg/hm2生物有機肥為結(jié)球甘藍(lán)生產(chǎn)的最佳施肥配比，其增加了經(jīng)濟效益，達(dá)到了減肥增效的效果，可用于結(jié)球甘藍(lán)的安全、可持續(xù)生產(chǎn)。