有機(jī)肥部分替代化肥對生菜生長及土壤環(huán)境的影響

謝育利， 王吉平， 蘇天明，李紅光， 譚伯壽， 楊文軍

1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南寧 530007；2.廣西貴港市港南區(qū)木格鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，廣西 貴港 537135；3.廣西貴港天潮農(nóng)業(yè)科技有限公司，廣西 貴港 537135；4.廣西函農(nóng)生物質(zhì)科技有限公司，廣西 貴港 537118

生菜別名葉用萵苣、包生菜、千金菜等，是一年生草本植物.它富含胡蘿卜素和硫胺素等營養(yǎng)物質(zhì)，風(fēng)味多樣，深受人們的喜愛[1].生菜作為常用蔬菜，在我國種植面積廣泛[2].廣西是重要的蔬菜種植省份[3]，自2010年以來大批生菜種植專業(yè)戶在廣西形成.從2012年起，廣西生菜開始銷往北方市場，并成為“南菜北運(yùn)”的重要蔬菜種類[4].近年來，隨著蔬菜需求量上升，蔬菜的增產(chǎn)需求也在上升.為了提高產(chǎn)量，大多數(shù)農(nóng)民選擇增施化肥[2]，而化肥的長期施用會(huì)導(dǎo)致土壤出現(xiàn)酸化、板結(jié)等問題，同時(shí)還會(huì)降低土壤微生物數(shù)量及活性[5].因此，目前亟待研究的重要課題是探索合適的施肥方式以既保證蔬菜質(zhì)量，又能提高蔬菜產(chǎn)量，同時(shí)降低施肥對土壤的污染，實(shí)現(xiàn)土壤改良.

研究表明，有機(jī)肥配合或者部分替代化肥能提高作物的產(chǎn)量、品質(zhì)以及改善土壤的理化性質(zhì)[6-9].張迎春等[10]研究發(fā)現(xiàn)生物有機(jī)肥部分替代化肥不僅能提高萵筍養(yǎng)分積累量和肥料利用率，還能顯著提高土壤養(yǎng)分，調(diào)節(jié)土壤微生物結(jié)構(gòu)；葛立傲等[11]研究發(fā)現(xiàn)底肥施用微生物有機(jī)肥，化肥減量10%和20%相較于常規(guī)施肥均能明顯降低結(jié)球生菜的死亡率，同時(shí)可提高結(jié)球生菜單球質(zhì)量19.5%～95.1%；羅佳等[1]研究發(fā)現(xiàn)常規(guī)化肥配施20%有機(jī)肥可顯著提高生菜產(chǎn)量，配施40%有機(jī)肥可提高維生素C含量、可溶性蛋白含量及可溶性糖含量；徐大兵等[12]研究發(fā)現(xiàn)生菜種植中有機(jī)肥氮替代25%～50%化肥氮時(shí)能獲得較好的產(chǎn)量和質(zhì)量，并減少硝態(tài)氮環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；賀麗群等[13]研究發(fā)現(xiàn)，與不施用有機(jī)肥對比，同時(shí)施用有機(jī)肥和生物炭的處理施肥效果最好，生菜植株的生物量可增長4.27倍，同時(shí)顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀等含量，顯著增強(qiáng)與土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)的酶活性.但當(dāng)前針對不同有機(jī)肥部分替代化肥對生菜生長、品質(zhì)及土壤酶和土壤微生物的影響研究報(bào)道較少[12，14-15]，且有機(jī)肥效果受到氣候、地域及作物類型影響較大，具有較強(qiáng)的區(qū)域性[16-18].

本研究應(yīng)用小區(qū)試驗(yàn)方法，研究在不同有機(jī)肥部分替代化肥條件下生菜生長、品質(zhì)及土壤酶和土壤微生物的變化特征，探討適用于廣西生菜種植的最佳施肥方式，以期為廣西生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的提高以及土壤的改良提供科學(xué)理論參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)在廣西壯族自治區(qū)貴港市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所(23.11°N，109.54°E)進(jìn)行，試驗(yàn)開始前采集0～20 cm耕層土壤檢測其基本理化性質(zhì).檢測得知本試驗(yàn)大棚土壤理化性質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)為：pH=7.3、全磷1.08 g/kg、全鉀4.24 g/kg、有效磷14.1 mg/kg、速效鉀139 mg/kg、有機(jī)質(zhì)22.7 g/kg、水解性氮95.9 mg/kg、全氮1.49 g/kg.

1.2 試驗(yàn)材料

選擇當(dāng)?shù)刂髟匀~菜品種“意大利甜脆生菜”作為供試材料，種子購于麗隆蔬菜良種繁育基地.肥料包括YARA復(fù)合肥(21-6-13)(雅冉國際有限公司生產(chǎn))、氨基酸生物有機(jī)肥(廣西紅鷹肥業(yè)有限公司提供)、雞糞(含花生枯腐殖酸，南寧桂裕鑫農(nóng)業(yè)科技有限公司提供)和炭基肥(廣西函農(nóng)生物質(zhì)科技有限公司提供)，各肥料的養(yǎng)分狀況見表1.

表1 試驗(yàn)肥料養(yǎng)分狀況表

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置4個(gè)施肥處理：單施化肥(T1)、處理減量20%化肥+氨基酸生物有機(jī)肥(T2)、處理減量20%化肥+雞糞(含花生枯腐殖酸)(T3)、處理減量20%化肥+炭基肥(T4).每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)小區(qū)，小區(qū)面積20.16 m2(8.4 m×2.4 m)，株行距為20 cm×20 cm.試驗(yàn)小區(qū)布置于廣西壯族自治區(qū)貴港市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所種植基地(23.11°N，109.54°E)，于2020年3月下旬育苗，4月中旬移栽，5月下旬采收.

根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r確定各處理施肥量，T1處理：化肥施用120 kg/hm2，即YARA復(fù)合肥(21-6-13)571.5 kg/hm2；T2處理：減量20%化肥+氨基酸生物有機(jī)肥，即YARA復(fù)合肥(21-6-13)457.2 kg/hm2，氨基酸生物有機(jī)肥15 t/hm2；T3處理：減量20%化肥+雞糞(含花生枯腐殖酸)，即YARA復(fù)合肥(21-6-13)457.5 kg/hm2，雞糞(含花生枯腐殖酸)15 t/hm2；T4處理：減量20%化肥+碳基肥，即YARA復(fù)合肥(21-6-13)457.5 kg/hm2，碳基肥15 t/hm2.化肥按照3∶3∶4的比例分3次施用，有機(jī)肥作為基肥一次性施用.

1.3.2 樣品采集

生菜成熟后進(jìn)行稱質(zhì)量測產(chǎn)，同時(shí)每個(gè)小區(qū)選取10株長勢均勻的生菜，收集地上部分用作品質(zhì)分析，并采集每個(gè)小區(qū)土壤進(jìn)行土壤酶和土壤微生物分析.

1.3.3 農(nóng)藝性狀測量

生菜成熟后，在各小區(qū)分別選取5株長勢均勻的生菜，用卷尺測量其株高、冠幅、葉片長及葉片寬.再將長勢均勻的10株生菜沿地面剪斷裝袋，帶回實(shí)驗(yàn)室清洗后選取5株清數(shù)葉片數(shù)，將其平均數(shù)作為單株葉片數(shù)，測量5株的平均質(zhì)量作為蔬菜單株鮮質(zhì)量.

1.3.4 產(chǎn)量測算

生菜成熟后分別將每個(gè)小區(qū)所有生菜沿地面剪斷收集并稱質(zhì)量，各施肥處理的產(chǎn)量分別為各自重復(fù)小區(qū)產(chǎn)量的均值.

1.3.5 生菜品質(zhì)分析

每個(gè)小區(qū)選擇長勢均勻的成熟生菜10株，沿地面剪斷裝袋冷藏備用.磷含量用對二苯酚-亞硫酸鈉還原法測定(GB 5009.87-2016)，使用儀器為可見分光光度計(jì)(721N)；鉀含量用火焰原子吸收法測定(GB 5009.91-2017)，使用儀器為原子吸收分光光度計(jì)(240FS-AA)；維生素C含量用2，6-二氯靛酚滴定法測定(GB 5009.86-2016)，使用儀器為滴定管(25 mL)；可溶性糖含量用銅還原碘量法測定(NY/T 1278-2007)，使用儀器為滴定管(25 mL)；氮含量用凱氏定氮法測定(GB 5009.5-2016)，使用儀器為滴定管(25 mL)；粗纖維含量用重量法測定(GB/T 5009.10-2003)，使用儀器為電子天平(FR224CN)、箱式電阻爐(SX-4-10)，樣品檢測指標(biāo)各設(shè)置2個(gè)檢測重復(fù)數(shù).

1.3.6 土壤酶活性分析與土壤微生物檢測

采用梅花布點(diǎn)法在每個(gè)小區(qū)采集0～10 cm耕層土樣約1 kg，裝袋后帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干備用.采用靛酚藍(lán)比色法測定脲酶活性，容重法測定過氧化氫酶活性，對硝基酚磷酸鈉法測定酸性磷酸酶活性[19]，平板計(jì)數(shù)法測定土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量[20]，樣品檢測指標(biāo)各設(shè)置2個(gè)檢測重復(fù)數(shù).

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用隸屬函數(shù)法[21]對本試驗(yàn)中生菜各測定指標(biāo)進(jìn)行模糊評(píng)價(jià).隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

若指標(biāo)與評(píng)價(jià)效果為負(fù)相關(guān)，則對隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，公式為：

R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

(1)式和(2)式中：R為參與綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)，Xi為各處理指標(biāo)測定值，Xmax和Xmin分別為所有測定數(shù)據(jù)中的最大值和最小值.分別計(jì)算各指標(biāo)隸屬函數(shù)值后，再進(jìn)行累加計(jì)算平均值，采用平均隸屬函數(shù)值(平均隸屬度)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，平均值越大則說明綜合效果越好.

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和計(jì)算，用SPSS 16.0進(jìn)行單因素方差分析及皮爾遜相關(guān)分析，用Sigmaplot 10.0進(jìn)行繪圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)肥部分替代化肥對生菜農(nóng)藝性狀的影響

用不同有機(jī)肥部分替代化肥時(shí)，生菜的農(nóng)藝性狀存在一定差異(表2).各處理生菜農(nóng)藝性狀整體表現(xiàn)為有機(jī)肥部分替代化肥處理(T2-T4)高于單施化肥處理(T1)，農(nóng)藝性狀可提高5.93%～45.52%.其中T3處理株高(25.17±1.16)cm，為最高，較T1提高5.93%，其余農(nóng)藝性狀(冠幅、葉片長、葉片寬、單株葉片數(shù)及單株地上鮮質(zhì)量)均表現(xiàn)為T2處理效果最好，較T1處理提高了9.44%～45.52%，且葉片長、葉片寬及單株地上鮮質(zhì)量與T1處理的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05).可見有機(jī)肥部分替代化肥可有效促進(jìn)生菜生長，且以T2處理的促進(jìn)效果最好.

表2 不同有機(jī)肥部分替代化肥時(shí)生菜農(nóng)藝性狀差異

2.2 不同有機(jī)肥部分替代化肥對生菜產(chǎn)量的影響

不同有機(jī)肥部分替代化肥對生菜的增產(chǎn)效果不一(圖1).T2-T4處理較單施化肥的處理(T1)生菜產(chǎn)量提高率分別為20.62%，1.69%和15.42%，其中T2和T4處理的產(chǎn)量顯著高于T1處理，且T2處理的增產(chǎn)率最高.由此可見，有機(jī)肥部分替代化肥能有效實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，且T2處理的增產(chǎn)效果最好.

柱狀上小寫字母不同表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05).

2.3 不同有機(jī)肥部分替代化肥對生菜品質(zhì)的影響

不同有機(jī)肥部分替代化肥對生菜的品質(zhì)存在顯著影響(表3).氮含量從高到低排序依次為：T2，T1，T4，T3，最大值(1.93 g/kg)比最小值(1.20 g/kg)顯著高出60.83%；磷含量從高到低排序依次為：T2，T4，T1，T3，最大值(168.67 mg/kg)比最小值(155.67 mg/kg)顯著高出8.35%；鉀含量從高到低排序依次為：T4，T3，T2，T1，最大值(1.90 g/kg)比最小值(1.62 g/kg)顯著高出17.28%；粗纖維含量從高到低排序依次為：T1，T3，T4，T2，最大值(0.47%)比最小值(0.41%)顯著高出14.63%；可溶性糖含量從高到低排序依次為：T2，T3，T4，T1，最大值(0.41%)比最小值(0.35%)顯著高出17.14%；維生素C含量從高到低排序依次為：T2，T3，T4，T1，最高值(67.30 mg/kg)比最低值(52.83 mg/kg)高27.39%.本試驗(yàn)中T2處理粗纖維含量最低，可見T2處理的生菜口感最佳.此外，除鉀元素外，其余營養(yǎng)成分均為T2處理含量最高，因此，T2處理對促進(jìn)生菜營養(yǎng)物質(zhì)的積累效果最好，對生菜品質(zhì)的提高效果最佳.

表3 生菜品質(zhì)測定結(jié)果

2.4 不同有機(jī)肥部分替代化肥對土壤酶的影響

不同有機(jī)肥部分替代化肥對土壤酶存在顯著影響.本試驗(yàn)中對土壤酶活性提升效果最好的是T2處理(圖2)，其脲酶活性(2.20 mg/g)比T1處理(1.32 mg/g)顯著提高66.67%，酸性磷酸酶活性為415.33 μg/(g·h)，比T1處理的330.00 μg/(g·h)顯著提高25.86%，過氧化氫酶活性(20 min)為3.16 μmol/min，比T1處理的2.76 mg/g顯著提高活性14.49%.

柱狀上小寫字母不同表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05).

2.5 不同有機(jī)肥部分替代化肥對土壤微生物的影響

本試驗(yàn)中不同有機(jī)肥部分替代化肥(T2-T4處理)較單施化肥(T1處理)可有效增加土壤微生物數(shù)量，且以T4處理效果最好(圖3).T4處理的細(xì)菌數(shù)量(2.65×106CFU/g)比T1處理(1.16×106CFU/g)顯著高出128.45%；真菌數(shù)量(5.22×104CFU/g)比T1處理(1.90×104CFU/g)顯著高出173.29%；放線菌數(shù)量(8.75×105CFU/g)比T1處理(8.38×105CFU/g)顯著高出4.42%.

柱狀上小寫字母不同表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05).

2.6 生菜產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤酶及土壤微生物的相關(guān)性分析

皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果表明部分指標(biāo)之間存在顯著相關(guān)性(表4).其中產(chǎn)量與脲酶、酸性磷酸酶及過氧化氫酶活性之間存在顯著的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)分別為0.965，0.964和0.990.脲酶與酸性磷酸酶、過氧化氫酶活性之間也存在顯著相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)均為0.981.此外，維生素C與可溶性糖、細(xì)菌含量與真菌含量之間也存在顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.955和0.997.

表4 生菜產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤酶及土壤微生物之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

2.7 不同有機(jī)肥部分替代化肥肥效的模糊綜合評(píng)價(jià)

本試驗(yàn)主要從生菜產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)及土壤酶和土壤微生物等方面綜合考慮施肥效果，選取了產(chǎn)量、生菜氮含量、磷含量、鉀含量及土壤酶和土壤微生物等13項(xiàng)指標(biāo)(表5)進(jìn)行肥效模糊綜合評(píng)價(jià).由表5可知，不同有機(jī)肥部分替代化肥肥效平均隸屬度從大到小排序?yàn)椋篢2，T4，T3，T1，其平均隸屬度分別為：0.771，0.642，0.275和0.201.由此可見，有機(jī)肥部分替代化肥(T2-T4)的施肥效果均優(yōu)于單施化肥(T1)，且以T2處理綜合施肥效果最好.

表5 不同有機(jī)肥部分替代化肥處理下生菜產(chǎn)量品質(zhì)指標(biāo)及土壤指標(biāo)隸屬度

3 討論

3.1 不同有機(jī)肥部分替代化肥對生菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

隨著生活水平的提高，人們對蔬菜的需求量有所增長，同時(shí)對蔬菜的品質(zhì)也有更高要求，因此蔬菜的增產(chǎn)提質(zhì)非常重要.在本試驗(yàn)中，不同有機(jī)肥部分替代化肥的處理(T2-T4)產(chǎn)量均高于單施化肥的處理(T1)，其中T2處理、T4處理的產(chǎn)量較T1處理分別顯著提高了20.62%和15.42%，以T2處理的增產(chǎn)效果最好(圖1).可見有機(jī)肥部分替代化肥可有效提高作物產(chǎn)量，此結(jié)果與張建軍等[22]對冬小麥的研究、井永蘋等[23]對小麥和玉米的研究及武星魁等[24]對葉菜的研究結(jié)果一致.本試驗(yàn)中，T2處理對生菜生長的促進(jìn)效果最好，其冠幅(33.28±1.22)cm、葉片長(19.70±0.26)cm、葉片寬(14.39±0.52)cm、單株葉片數(shù)(19.0±0.98)片及單株地上鮮質(zhì)量(145.39±16.46)g在各處理中均表現(xiàn)為最優(yōu).由此推測氨基酸生物有機(jī)肥可通過促進(jìn)生菜葉片數(shù)的增加、冠幅及葉片大小的增長而實(shí)現(xiàn)有效增產(chǎn).而產(chǎn)量與土壤酶的相關(guān)性分析結(jié)果顯示兩者之間存在顯著正相關(guān)(表4)，因此氨基酸生物有機(jī)肥增產(chǎn)原因可能是氨基酸生物有機(jī)肥的施用可提高與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化相關(guān)的土壤酶活性，促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收，進(jìn)而促進(jìn)作物生長[25].此外，生菜的品質(zhì)檢測結(jié)果顯示，T2處理下生菜的氮、磷、可溶性糖及維生素C含量均為最高，粗纖維含量則最低.可見氨基酸生物有機(jī)肥部分替代化肥后生菜不僅產(chǎn)量最高，而且口感最好，營養(yǎng)價(jià)值也最佳.這可能是因?yàn)榘被嵘镉袡C(jī)肥的營養(yǎng)成分可以直接參與植物細(xì)胞物質(zhì)合成，無需消耗植物本身的能量及光合產(chǎn)物[25-26].因此，生菜種植采用氨基酸生物有機(jī)肥部分替代化肥的施肥方式可有效增產(chǎn)提質(zhì).

3.2 不同有機(jī)肥部分替代化肥對土壤酶和土壤微生物的影響

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的組分之一，在土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中具有重要作用[27]，其活力可作為土壤肥力的指標(biāo)[28].呂娜娜等[25]研究發(fā)現(xiàn)與不施肥對照相比，施用氨基酸有機(jī)肥能顯著提高土壤脲酶、過氧化氫酶及磷酸酶活性.在本試驗(yàn)中，不同有機(jī)肥部分替代化肥的處理(T2-T4)，其脲酶及酸性磷酸酶活性均高于單施化肥的處理(T1)，過氧化氫酶的活性均大于T1處理(圖3)，其中T2處理的土壤酶活性最高.由此表明有機(jī)肥部分替代化肥同樣可以有效提高土壤氮、磷的活化能力，進(jìn)而提升土壤肥力，且以氨基酸有機(jī)肥部分替代化肥(T2處理)的提升效果最好.

土壤微生物也是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分[29]，通過微生物旺盛的代謝活動(dòng)可明顯改善土壤物理結(jié)構(gòu)及提高土壤肥力[30].在本試驗(yàn)中，T2和T4處理的細(xì)菌及真菌數(shù)量均高于T1處理，放線菌數(shù)量T4處理高于T1處理，可見有機(jī)肥部分替代化肥的施肥方式能有效增加土壤微生物數(shù)量，提升土壤肥力.趙亞麗等[31]和張向前等[32]研究發(fā)現(xiàn)土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性存在顯著正相關(guān)，但在本試驗(yàn)中相關(guān)分析顯示土壤酶與土壤微生物之間沒有相關(guān)性，其原因有待進(jìn)一步研究.

4 結(jié)論

1)有機(jī)肥部分替代化肥能有效提高生菜產(chǎn)量及品質(zhì)，其中氨基酸生物有機(jī)肥部分替代化肥對生菜增產(chǎn)提質(zhì)效果最優(yōu)，相較于單一施用化肥可顯著增產(chǎn)20.62%，生菜可溶性糖含量及維生素C含量可顯著提高17.14%和27.39%.

2)有機(jī)肥部分替代化肥能有效地提升土壤肥力，相較于單一施用化肥能顯著增加土壤微生物含量，同時(shí)提高土壤酶活性.其中氨基酸生物有機(jī)肥部分替代化肥對土壤改良效果較好，且模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示其綜合肥效果最好.

3)從生菜增產(chǎn)、提升營養(yǎng)價(jià)值及土壤改良等方面綜合考慮，建議生菜種植采用氨基酸生物有機(jī)肥部分替代化肥的施肥方式.