兩種有機肥對云南元謀紫甘藍光合特性及其產(chǎn)量和品質的影響

李小英，陳麗美，李俊龍，史亮濤

(1. 西南林業(yè)大學生態(tài)與環(huán)境學院，云南 昆明 650224；2. 云南省農(nóng)業(yè)科學院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 元謀 651300)

長期以來，元謀壩區(qū)是云南省重要的蔬菜產(chǎn)地，因其冬季光熱條件充足而成為云南冬早蔬菜主產(chǎn)區(qū)之一，且元謀縣被列為無公害產(chǎn)品生產(chǎn)基地示范縣，2017年外銷冬早蔬菜8.3×105t，收入達22.83億元[1]，蔬菜種植業(yè)成為當?shù)夭豢商娲母幻癞a(chǎn)業(yè)。然而長期大量施用化肥導致土壤板結、土壤肥力低[2]，加之土壤類型為粘粒較多的燥紅土，一遇暴雨極易造成土壤養(yǎng)分流失，降低無機肥料的利用效率，不利于作物生長[3]。元謀干熱河谷壩區(qū)也因此列入國家重點研發(fā)項目“西南干旱河谷區(qū)生態(tài)綜合治理和生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術研發(fā)”的試驗區(qū)域。

有機肥也稱“農(nóng)家肥料”，其所含營養(yǎng)元素較多，經(jīng)微生物分解能持續(xù)為作物提供養(yǎng)分[4]，改善土壤性狀，提高土壤肥力[5]。有機肥是實現(xiàn)綠色蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好途徑，有研究顯示，施用有機肥可改善果實品質[6]，提高產(chǎn)量[7]，同時提高土壤養(yǎng)分含量[8]，對作物的生長具有積極作用[9]。目前有機肥的施用成為生產(chǎn)有機蔬菜的必然之路，有機肥來源廣、種類多、肥效較長[10-11]，且當?shù)卮蠖噢r(nóng)戶圈養(yǎng)山羊，產(chǎn)生的羊糞經(jīng)發(fā)酵后便可成為較好的有機肥，因羊糞氮磷鉀含量高，可提高土壤養(yǎng)分的有效性[12]，促進土壤團粒形成，使土壤變得疏松，提高土壤通透性，利于植物根系對土壤養(yǎng)分的吸收[13]。有研究表明，有機肥代替商品化肥的施用使葡萄著色期和成熟期提前，縮短葡萄膨大期，且單株結果數(shù)增加[14]，這將有利于葡萄增產(chǎn)，進而增加農(nóng)民收入。氨基酸有機肥含有易于植物吸收的小分子蛋白質，能為植物提供更全面的營養(yǎng)，刺激和調(diào)節(jié)植物生長繁殖，同時具有提高植物抗逆性和品質的功能[15]。楊勝明等[16]研究表明，氨基酸肥替代無機化肥對水稻生長無明顯不良影響，同時還能提高水稻千穗重和總產(chǎn)量，提高經(jīng)濟效益，保護生態(tài)環(huán)境。王子寧[17]研究發(fā)現(xiàn)，施用氨基酸有機肥可減少番茄中硝酸鹽和亞硝酸鹽積累，提高番茄果實中可溶性糖、有機酸、可溶性蛋白和維生素C含量。由此可見，氨基酸有機肥的施用能促進植株生長發(fā)育，提高產(chǎn)量及品質，改善土壤狀況，對作物生長具有明顯效果[18]。

元謀壩區(qū)冬季蔬菜中紫甘藍(Brassicaoleraceavar.Capitataf.rubra)的種植面積較大，因其種植周期較短、易管理、產(chǎn)量較高等特點，成為當?shù)剞r(nóng)民冬早蔬菜種植的首選。紫甘藍屬于喜肥蔬菜，吸肥量大，需氮磷鉀比例為3∶1∶4，在中性或微酸性土壤中生長良好[19]。然而針對元謀壩區(qū)土壤板結、紫甘藍產(chǎn)量降低等問題， 在有機肥施用量、類型及針對土壤方面尚需進一步研究，因此，本文探討兩種不同有機肥施用量對紫甘藍光合特性及產(chǎn)量和品質的影響，旨在為當?shù)刈细仕{種植的合理化施肥、優(yōu)質生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地在云南省楚雄彝族自治州元謀縣南城街150號熱區(qū)生態(tài)研究所大田試驗基地(101°52.6′E，25°41.5′N)進行，平均海拔1 169 m，年平均氣溫21.9℃，極端氣溫可達42℃，年平均降量613.8 mm，壩區(qū)幾乎全年無霜，屬南亞熱帶干熱季風氣候，試驗地土壤為典型燥紅土，燥紅土是在氣候干熱、酷熱期長、降水量少、蒸發(fā)量大、旱季長的稀樹植被條件下形成的，淋溶作用較弱，屬于半淋溶土，其基本理化性質見表1。

表1 土壤理化性質

1.2 試驗材料

供試紫甘藍品種‘普羅米悠’，生長期約為100～120 d，由云南省農(nóng)業(yè)科學研究院熱區(qū)生態(tài)研究所提供。羊糞有機肥(OF)為當?shù)剞r(nóng)戶圈養(yǎng)山羊產(chǎn)生的羊糞經(jīng)發(fā)酵而產(chǎn)生的堆肥，具體制作方法是將圈中羊糞進行收集并晾曬2 d，再將其堆成圓錐狀，噴水至表面淋失并覆薄膜發(fā)酵3個月。固態(tài)氨基酸有機肥(AAF)購于江蘇漢菱肥業(yè)有限公司，為在氨基酸母液中加入中微量元素后反應生成氨基酸螯合態(tài)中微量元素，再配以氨基酸原粉、有益菌等成分而制造生產(chǎn)的有機肥。羊糞有機肥和氨基酸有機肥基本性質見表2。

表2 有機肥主要理化性質

1.3 試驗設計

試驗設計共7個處理，根據(jù)前期土壤氮磷養(yǎng)分淋溶試驗結果以及當?shù)剞r(nóng)民對紫甘藍常規(guī)有機肥施肥量(8～12 t·hm-2)，將兩種有機肥用量各設為3個梯度，分別為5、10、20 t·hm-2，同時以不施肥為對照(CK)，每個處理3次重復，每個小區(qū)面積為20 m2(4 m×5 m)，并隨機排列。2019年7月用旋耕機將土壤翻勻晾曬，同時用鐵板將地塊分為獨立的小區(qū)，月末按照試驗設計將OF和AAF作為基肥一次性施入小區(qū)，將土壤與肥料混合均勻(約30 cm)。2019年9月5日將長勢均一的紫甘藍(株高為6.5～7.5 cm)移栽至每個小區(qū)，株行距分別為30 cm和20 cm，每個小區(qū)栽植320株并覆膜，幼苗移栽后保持充分灌水(灌溉方式采用地表滴灌)，后期平均3 d灌水一次，并在定植后第一次追肥(每個小區(qū)追施尿素300 g，磷酸二氫鉀140 g)，蓮座期后澆水次數(shù)逐漸減少，并進行第二次追肥(與第一次追肥相同)，其他管理方式按當?shù)亓晳T進行。

1.4 測定項目與方法

光合特性：紫甘藍栽植后，定期觀測紫甘藍生長狀況，于每個月月底選擇晴朗天氣在11∶00—16∶00 間采用光合儀Li-6400XT(美國LI-COR)測定紫甘藍中位葉(上數(shù)5～6片展開葉)不同生長時期葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度(幼苗期、蓮座期、結球期、成熟期)。

品質測定：紫甘藍葉球比較緊實后，于2019年12月末采收，先稱重記錄紫甘藍產(chǎn)量，并在每個小區(qū)選取長勢基本一致的10個紫甘藍，去掉外葉帶回實驗室放冰箱用于后期紫甘藍品質的測定：可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，維生素C含量采用2，6-二氯酚靛比色法，還原糖含量采用3,5-二硝基酚水楊酸比色法測定，花青素含量采用1% HCl浸提比色法測定[20]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進行整理，用Origin 2017進行作圖，并采用SPSS 21.0進行單因素和多重比較，用Tukey法比較處理間的差異顯著性(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同處理對紫甘藍光合特性的影響

2.1.1 凈光合速率 圖1顯示，兩種有機肥不同用量處理下對紫甘藍生長幼苗期、蓮座期、結球期和成熟期的凈光合速率均具有顯著影響(P<0.05)，且

注：不同字母表示同一時期不同處理間差異顯著(P<0.05), 下同。

紫甘藍凈光合速率從幼苗期到結球期基本表現(xiàn)為增強的趨勢，成熟期減小。在同一時期，有機肥施用后紫甘藍凈光合速率均強于CK處理。在幼苗期和蓮座期，紫甘藍凈光合速率隨有機肥用量的增加而逐漸增大；結球期則表現(xiàn)為施用20 t·hm-2的有機肥時紫甘藍凈光合速率最大，OF20處理較OF5和OF10處理分別提高28.74%和30.23%，AAF20處理較AAF5和AAF10處理分別提高3.85%和13.07%；成熟期施用羊糞肥與結球期變化規(guī)律類似，而在氨基酸肥施用下則表現(xiàn)為隨施用量的增加有降低趨勢?？傮w來看，紫甘藍凈光合速率不同時期表現(xiàn)為結球期>成熟期>蓮座期>幼苗期，紫甘藍結球期的光合速率影響著紫甘藍的產(chǎn)量，雖然20 t·hm-2的羊糞肥處理下紫甘藍結球期凈光合速率最高，但氨基酸肥的施用能維持紫甘藍凈光合速率處于一個較高而穩(wěn)定的狀態(tài)，為27.03～30.57 μmol·m-2·s-1。

2.1.2 蒸騰速率 由圖2可知，不同處理對紫甘藍各時期蒸騰速率影響不同，各處理間均有顯著差異(P<0.05)。除CK和OF20處理外，紫甘藍蓮座期蒸騰速率均高于其他時期，且氨基酸肥施用5 t·hm-2和10 t·hm-2時蒸騰速率高于其他處理，AAF5和AAF10處理較CK對紫甘藍蓮座期蒸騰速率分別提高了61.82%和73.84%。兩種有機肥在相同用量條件下，氨基酸肥施用后紫甘藍蒸騰速率相對羊糞肥更高。在紫甘藍蓮座期，高量有機肥的施用(20 t·hm-2)反而使紫甘藍蒸騰速率減弱，紫甘藍蒸騰速率隨羊糞肥量的增加而降低，OF5和AAF10分別為紫甘藍蒸騰速率的最高值；在紫甘藍結球期和成熟期，其蒸騰速率逐漸減弱，10 t·hm-2的氨基酸有機肥施用下蒸騰速率最高。

圖2 不同處理對紫甘藍蒸騰速率的影響

2.1.3 氣孔導度 從圖3可以看出，不同處理在紫甘藍生長不同時期對其氣孔導度的影響具有顯著差異(P<0.05)，AAF10處理下紫甘藍在幼苗期、蓮座期和結球期氣孔導度最大。在紫甘藍生長的幼苗期，高量有機肥的施用反而降低了氣孔導度，在AAF10處理下紫甘藍氣孔導度最大，OF10處理次之，兩個處理分別較CK處理的氣孔導度增加了37.76%和20.88%。在紫甘藍生長的蓮座期，OF5處理和AAF10處理下紫甘藍氣孔導度分別達最大值，較CK處理增大了38.94%和33.47%，其他處理間無顯著差異(P>0.05)。除OF5處理外，紫甘藍生長的結球期氣孔導度均高于其他時期；高量羊糞肥施用或氨基酸肥施用條件下紫甘藍氣孔導度均顯著高于其他處理，說明更利于紫甘藍結球。在紫甘藍生長的成熟期，各處理間氣孔導度較為接近。

圖3 不同處理對紫甘藍氣孔導度的影響

2.1.4 胞間CO2濃度 有機肥施用對紫甘藍各時期胞間CO2濃度有顯著影響(P<0.05)，且對紫甘藍幼苗期生長的影響較大(圖4)。在紫甘藍生長的幼苗期，在同一有機肥條件下，施用氨基酸肥處理間無顯著差異，但胞間CO2濃度均高于其他處理；施用10 t·hm-2的羊糞肥處理高于其他處理，OF10處理較OF5和OF20處理的紫甘藍胞間CO2濃度分別提高了7.16%和13.36%。在紫甘藍生長的蓮座期，高量羊糞肥(20 t·hm-2)和低量氨基酸肥(5 t·hm-2)的施用會降低胞間CO2濃度，其他處理間無顯著差異。在紫甘藍生長的結球期和成熟期，氨基酸肥施用處理下的胞間CO2濃度相對高于羊糞肥處理，但處理間差異不大。

圖4 不同處理對紫甘藍胞間CO2濃度的影響

2.2 不同處理對紫甘藍產(chǎn)量的影響

紫甘藍產(chǎn)量是直接獲得經(jīng)濟效益的來源，考慮到紫甘藍可食部分為內(nèi)葉，故產(chǎn)量按可食部分記錄。從圖5可以看出，不同羊糞肥用量處理下紫甘藍產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05), 高量羊糞肥的施用并不能達到明顯增產(chǎn)的效果，而高量氨基酸肥的施用可以顯著提高紫甘藍產(chǎn)量，AAF20處理較OF20處理對紫甘藍產(chǎn)量提高了48.46%。與CK相比，施用有機肥可提高紫甘藍產(chǎn)量13.39%～72.32%；施用氨基酸肥后，AAF10和AAF20處理下紫甘藍產(chǎn)量顯著提高，但20 t·hm-2的氨基酸肥施用量較10 t·hm-2的增產(chǎn)效果不大，僅增產(chǎn)4.32%。

注：不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05) 。下同。

2.3 不同處理對紫甘藍品質的影響

2.3.1 可溶性蛋白含量 有機蔬菜的價值不僅體現(xiàn)在產(chǎn)量上也體現(xiàn)在品質上。如圖6所示，兩種有機肥不同用量對紫甘藍可溶性蛋白含量均具有顯著差異(P<0.05)，AAF10處理下最高，比CK高9.48%。紫甘藍中可溶性蛋白含量為17.05～21.02 mg·g-1，施用5 t·hm-2OF和10 t·hm-2AFF有機肥更利于增加紫甘藍中可溶性蛋白含量，施用高量OF和AFF有機肥(20 t·hm-2)反而降低了紫甘藍中可溶性蛋白含量，OF20和AFF20分別比CK降低了7.11%和10.65%。

圖6 不同處理對紫甘藍可溶性蛋白含量的影響

2.3.2 維生素C含量 紫甘藍中維生素C含量在不同處理間均差異顯著(P<0.05)，且高量有機肥(20 t·hm-2)的施用反而降低紫甘藍中維生素C含量，且均高于CK。施用有機肥后，紫甘藍中維生素C含量為11.74～14.99 mg·100g-1，AAF10處理下最高，較CK提高了36.61%。施用同種有機肥時，紫甘藍中維生素C含量變化規(guī)律與可溶性蛋白含量變化類似，高量有機肥的施用降低了紫甘藍中維生素C的含量。其中，OF10和OF20處理較OF5處理對紫甘藍維生素C含量分別降低了1.52%和18.64%，AAF5和AAF20處理較AAF10處理對紫甘藍維生素C含量分別降低了2.86%和15.71%。

2.3.3 還原糖含量 由圖8可以看出，有機肥的施用較CK提高了紫甘藍中還原糖含量，但處理間無顯著差異(P>0.05)。紫甘藍中還原糖含量變化范圍為88.86～97.38 mg·g-1，AAF20處理下紫甘藍還原糖含量最高。單施羊糞肥條件下，OF5、OF10和OF20處理較CK對紫甘藍還原糖含量分別提高了5.49%、4.82%和8.24%；單施氨基酸肥條件下，AAF5、AAF10和AAF20處理較CK處理紫甘藍還原糖含量分別提高了6.17%、8.43%和9.59%。

圖7 不同處理對紫甘藍維生素C含量的影響

圖8 不同處理對紫甘藍還原糖含量的影響

2.3.4 花青素含量 由圖9可知，不同處理下紫甘藍中花青素含量間有顯著差異(P<0.05)，AAF10處理下最高，為146.96 mg·100g-1，與CK相比，施用有機肥可提高紫甘藍中花青素含量。單施羊糞肥時，紫甘藍中花青素含量隨有機肥用量的增加而增加，OF5、OF10和OF20處理較CK的紫甘藍花青素含量分別提高了4.47%、16.12%和18.83%；單施氨基酸肥時，紫甘藍中花青素含量在AAF5、AAF10和AAF20處理間差異不大，但較CK分別增加了33.71%、34.04%和33.71%。

圖9 不同處理對紫甘藍花青素含量的影響

2.4 經(jīng)濟效益分析

由表3可以看出，AAF10處理下紫甘藍純收入最高，為44 875元·hm-2，與CK相比，純收入增加41.90%；OF5處理紫甘藍純收入次之，為40 800元·hm-2，而隨著有機肥用量的增加，肥料投入成本逐漸增大，尤其是氨基酸肥投入成本較高，紫甘藍種植收益反而降低，氨基酸肥用量為20 t·hm-2時出現(xiàn)了負效益。有機肥的施用均不同程度地提高了紫甘藍產(chǎn)量，與CK相比，單施羊糞肥均提高了紫甘藍純收入，增幅為15.81%～29.01%，但隨著有機肥施用量的增加純收入?yún)s逐漸減少；單施氨基酸肥條件下，低量(5 t·hm-2)和高量(20 t·hm-2)有機肥的施用較CK均降低了紫甘藍純收入，施用10 t·hm-2的有機肥純收入較高，且較OF5處理純收入增加9.99%。從經(jīng)濟效益分析來看，施用10 t·hm-2的氨基酸肥對當?shù)刈细仕{提高經(jīng)濟效益最好。

表3 不同處理下紫甘藍生產(chǎn)成本和產(chǎn)出

3 討 論

本研究顯示，有機肥的施用均不同程度地提高了紫甘藍各時期凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度，施用有機肥對紫甘藍結球期凈光合速率和氣孔導度提升效果更佳，這可能是因為有機肥的施用可改善土壤環(huán)境，從而提高土壤持水能力[21]，進而為紫甘藍提供有利的呼吸條件，促進紫甘藍結球期光合作用，此時期紫甘藍生長更旺盛；另一方面，有機肥中含有大量作物生長所需的氮、磷、鉀等大量元素，同時還含有鐵、鎂、鋅等微量元素[22]，在作物生長過程中不斷供應所需養(yǎng)分，增強了光合作用，并有效促進紫甘藍的生長。有機肥能為植物的生長提供大量有益物質[23]和促生長因子[24]，有益于紫甘藍從土壤中吸收有益營養(yǎng)成分，從而增加強葉片的光合能力。本研究中，高量有機肥(20 t·hm-2)的施用對紫甘藍光合特性的增強作用反而降低，施用10 t·hm-2的氨基酸有機肥效果明顯較好，蒸騰速率和氣孔導度明顯較高，這說明在適量有機肥用量條件下紫甘藍對于土壤養(yǎng)分和水分的吸收利用較均衡[6]，有利于改善紫甘藍體內(nèi)生理代謝[25]，同時紫甘藍蒸騰速率和氣孔導度均增大，使體內(nèi)CO2擴散阻力下降，更有利于紫甘藍體內(nèi)的氣體交換，進而導致光合作用強度增大。

紫甘藍適宜生長在肥力水平較高且疏松的土壤中，為喜肥和耐肥作物，氮、磷、鉀元素是紫甘藍生長過程中必不可少的元素[26]，本研究施入的有機肥營養(yǎng)元素豐富(表2)，經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的有機肥還保留原本的疏松結構，因此不同用量有機肥的施用對調(diào)節(jié)作物養(yǎng)分的平衡吸收及改善土壤結構效果不同。本研究中，有機肥的施用可以提高紫甘藍產(chǎn)量，但過量的施用并不能達到增產(chǎn)的效果，反而降低經(jīng)濟收入，這可能是因為過量有機肥的施用同時伴隨著土壤中致病微生物數(shù)量的增加[27]，土壤養(yǎng)分過盛也易流失，不能完全被紫甘藍吸收，反而不利于紫甘藍的營養(yǎng)生長，降低紫甘藍可溶性蛋白、維生素C含量。同時高量有機肥(20 t·hm-2)的施用降低了紫甘藍花青素和還原糖含量，尤其氨基酸肥的施用更明顯，這可能是因為高量有機肥的施用易改變土壤酸堿環(huán)境，這必然會引起作物品質的改變，而施用10 t·hm-2的氨基酸肥可促進紫甘藍對營養(yǎng)成分的吸收利用，增強紫甘藍代謝能力[28]，對于提高紫甘藍產(chǎn)量和品質可謂較好的選擇。劉松忠等[29]也有類似的研究發(fā)現(xiàn)，有機肥的施用促進了當年黃金梨可溶性固形物、總糖含量和果糖含量，提高有機肥的利用效率。王道兵等[30]的研究表明有機肥代替化肥的施用可提高西蘭花產(chǎn)量和品質，增加農(nóng)民經(jīng)濟收入。雖然氨基酸肥的施用使成本增加，但在10 t·hm-2和20 t·hm-2氨基酸肥用量下紫甘藍產(chǎn)量顯著提升，且10 t·hm-2氨基酸肥施用量處理下紫甘藍中可溶性蛋白、維生素C和花青素含量最高，說明紫甘藍產(chǎn)、投和收益比相吻合，投入較高，產(chǎn)出和收益也高，本研究中施用10 t·hm-2的氨基酸有機肥比施用20 t·hm-2羊糞有機肥處理投入更高，而產(chǎn)量提高了42.31%，即施用氨基酸有機肥純收入更高。10 t·hm-2的氨基酸有機肥施用可以達到提質提產(chǎn)的目的，同時也可增加農(nóng)民經(jīng)濟收入，但其長期效應還有待進一步探究，應綜合考慮紫甘藍不同生長時期養(yǎng)分需求特征，因地制宜，合理施肥才能達到紫甘藍提質增產(chǎn)的效果。

4 結 論

施用20 t·hm-2的羊糞有機肥或10 t·hm-2的氨基酸有機肥可增強紫甘藍的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度，進而提高紫甘藍的光合作用，而高量氨基酸肥的投入反而會降低紫甘藍的光合特性。兩種有機肥的施用同時也提高了紫甘藍可溶性蛋白、維生素C和花青素含量，其中在AAF10(10 t·hm-2的氨基酸有機肥)處理下紫甘藍中可溶性蛋白、維生素C和花青素含量最高，而不同用量有機肥施用對紫甘藍中還原糖含量無顯著影響。雖然20 t·hm-2的氨基酸有機肥施用量下紫甘藍產(chǎn)量最高，但其純收入出現(xiàn)負效應，說明應綜合考慮紫甘藍的產(chǎn)投比，才能提高紫甘藍產(chǎn)量，并增加收益。從紫甘藍經(jīng)濟效益角度來看，施用10 t·hm-2的氨基酸有機肥可作為該試驗區(qū)最佳施肥量的參考。