有機肥替代化肥減量配施對甘藍養(yǎng)分利用及產量的影響

馬 貴，楊彩玲，買自珍，張倩男，宋永紅，于奴哈，楊 騫

（1.寧夏師范學院化學化工學院 寧夏固原 756000；2.寧夏農林科學院固原分院 寧夏固原 756000；3.寧夏西吉縣農業(yè)技術推廣服務中心 寧夏西吉 756200；4.寧夏涇源縣農業(yè)農村局 寧夏涇源 756400；5.寧夏涇源縣農業(yè)技術推廣服務中心 寧夏涇源 756400）

長期施用化肥會造成農田土壤板結、肥力低下、農田生態(tài)系統(tǒng)功能衰減、作物品質低劣等不良現(xiàn)象[1]。蔬菜種植是一種集約化農業(yè)生產方式，常以連續(xù)種植為主，種植模式單一[2]。由于長期增施化肥，蔬菜種植地土壤酸化、板結和微生物活性降低等問題日益嚴重，蔬菜產量不高，品質下降[3]。因此，開展蔬菜種植化肥“減量”、有機肥替代部分化肥配施技術研究十分必要[4]。

有機肥替代部分化肥是實現(xiàn)化肥減量增效的主要途徑[5]。許多研究表明，有機肥替代部分化肥在改善土壤肥力、提高蔬菜產量和品質等方面效果顯著[6]。王圣澤等[7]通過化肥與有機肥配施，提高了青花菜的品質和青花菜對鉀肥的吸收利用率。張迎春等[8]研究發(fā)現(xiàn)，生物有機肥部分替代化肥施用，可使萵筍株高、莖長及莖粗不同程度增加。耿川雄等[2]在蔬菜種植過程中發(fā)現(xiàn)，采用有機肥替代30%的化肥配施，能使大白菜和甘藍達到最佳的商品特性，實現(xiàn)了“減肥提質”的雙優(yōu)目標。李菊等[9]研究發(fā)現(xiàn)，化肥減量30%并配施適量的生物有機肥能提高松花菜養(yǎng)分的吸收積累量并促進其合理分配，其中磷肥利用率從當?shù)爻Ｒ?guī)施肥時的3.7%增加到25.9%～26.0%，鉀肥利用率從43.5%增加到72.9%～73.4%，松花菜經(jīng)濟產量顯著提高9.50%～18.8%。甘藍屬十字花科蕓薹屬植物，因其富含20 多種營養(yǎng)元素，是世界上公認的保健蔬菜之一。目前，對甘藍的相關研究大多注重肥料類型及其施肥量等方面[10]，而以氮肥為基礎的有機肥替代部分化肥配施對土壤酶活性及甘藍各器官營養(yǎng)元素吸收、分配影響方面的研究報道不多。

固原市地處寧夏南部山區(qū)，屬于典型的冷涼氣候區(qū)。甘藍因生育期短、適應能力強，已成為寧南山區(qū)主要種植蔬菜品種之一。近年來，由于長期盲目施用化肥和超量施藥，使得該區(qū)甘藍品質不佳，種植效益提升緩慢。氮素是影響蔬菜品質和產量的主要因子，施用氮肥是提高蔬菜產量的主要途徑。為實現(xiàn)寧南冷涼山區(qū)甘藍標準化生產，提升甘藍生產經(jīng)濟效益，助推該區(qū)鄉(xiāng)村振興，筆者通過大田試驗，分析了以氮肥為基礎的不同有機肥替代化肥配施處理對土壤理化性狀、酶活性、甘藍各器官中養(yǎng)分（氮、磷、鉀）吸收特性和甘藍產量的影響，以期找到適宜的有機/無機肥配施比，為實現(xiàn)甘藍生產“減肥提質”提供科學合理的生產方案。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2021 年在寧夏回族自治區(qū)固原市涇源縣興盛鄉(xiāng)上金村進行，該區(qū)位于六盤山東麓腹地，海拔1740 m，屬溫帶半濕潤區(qū)，森林草原類型氣候，具有“春寒、夏涼、秋短、冬長”的氣候特點，2016—2021 年年均降水量為890.8 mm，1991—2021 年年平均氣溫為6.62 ℃，屬寧南山區(qū)氣候冷涼區(qū)，具備冷涼蔬菜生產的氣候條件。試驗地為旱地（基本理化性狀及酶活性見表1），前茬作物為玉米。

表1 供試土壤的基本理化性狀及土壤酶活性

1.2 材料

供試甘藍品種為抗病夏盛，由廣東金皓進出口貿易有限公司提供，中熟，直立株型，近圓葉球，生育期65 d。試驗栽培株距33 cm，行距60 cm，密度為50 500 株·hm-2，覆蓋白色地膜（膜幅寬80 cm）。2021 年3 月20 日育苗，5 月24 日定植（5 葉1 心），8 月21 日采收。有機肥含量為充分發(fā)酵腐熟牛糞堆肥，其中全氮含量（w，下同）0.98%、全磷含量1.06%、全鉀含量0.91%、有機質含量22.50%、速效鉀含量6116 mg·kg-1、速效磷含量1654 mg·kg-1；化肥為氮肥（尿素，N 含量46%）、磷肥（過磷酸鈣，P2O5含量46%）和鉀肥（硫酸鉀，K2O 含量52%）。

1.3 試驗設計

試驗設5 個處理，即不施肥（CK）；單施化肥（CF）；有機肥氮30%+化肥氮70%（OF1）；有機肥氮50%+化肥氮50%（OF2）；有機肥氮70%+化肥氮30%（OF3）。隨機區(qū)組排列，3 次重復，小區(qū)面積24 m2（長5 m、寬4.8 m）。除CK 外，其余4 個處理中的氮、磷、鉀用量均為N（600 kg·hm-2）、P2O5（180 kg·hm-2）、K2O（270 kg·hm-2），若牛糞帶入的氮、磷、鉀養(yǎng)分不足時，用化學肥料補足。各處理有機肥和化肥使用量如表2 所示，有機肥、80%氮磷鉀肥以基肥方式撒施（機械旋耕12～15 cm），20%氮磷鉀肥于甘藍蓮座期一次性追施。其他田間管理措施與當?shù)爻Ｒ?guī)一致。

表2 各處理有機肥與化肥用量

1.4 測定項目與方法

1.4.1 植株氮、磷、鉀含量的測定 甘藍收獲期，測定甘藍葉球、外葉片、葉柄、莖及根中的氮、磷、鉀含量。采用對角線五點選樣法，在每個小區(qū)選取5 株甘藍，分別剪取葉球、外葉片、葉柄、莖和根，并稱量鮮質量，在105 ℃殺青30 min，75 ℃下烘至恒質量，測定干質量。分別稱取甘藍各器官干質量200 g，粉碎，過篩，用硫酸-過氧化氫消煮后，制備待測液，分別采用凱氏定氮法、釩鉬酸銨比色法及火焰光度計法測定全氮、全磷、全鉀的含量[11]，以上測定均3次重復。

1.4.2 土壤養(yǎng)分及土壤酶活性的測定 甘藍收獲期，采用S 型取樣法采集小區(qū)耕層土樣（0～20 cm）3份，測定土壤銨態(tài)氮（擴散吸收法）、硝態(tài)氮（二磺酸酚比色法）、速效磷（鉬銻抗比色法）、速效鉀（火焰光度計法）及有機質含量（高溫外加熱-重鉻酸鉀容量法）；測定土壤蔗糖酶活性（3，5-二硝基水楊酸比色法）、過氧化氫酶活性（高錳酸鉀滴定法）、脲酶活性（苯酚鈉-次氯酸鈉比色法）和磷酸酶活性（磷酸苯二鈉比色法）[12]。

1.4.3 相關指標計算 分別根據(jù)式1～4 計算甘藍器官中氮、磷、鉀累積量，氮、磷、鉀素吸收效率，氮、磷、鉀肥利用效率和氮磷鉀肥農學效率[13]。

式1～4 中，AN/P/K代表甘藍器官中氮/磷/鉀累積量（kg·hm-2）；Wd為甘藍各器官干物質量（kg）；CN/P/K為甘藍各器官氮、磷、鉀含量（%）；AEN/P/K、UEN/P/K、AGEN/P/K分別表示氮、磷、鉀肥吸收效率、利用效率和農學效率（kg·kg-1）；FAN/P/K表示施肥處理下甘藍各器官氮、磷、鉀吸收量（kg·hm-2）；FN/P/K表示各施肥處理氮、磷、鉀施用量（kg·hm-2）；FY表示各施肥處理下甘藍葉球產量（kg·hm-2）；FfY表示不施肥處理甘藍葉球產量（kg·hm-2）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 16.0 進行統(tǒng)計分析并進行單因素方差分析（ANOVA）、多重比較（Duncan 法）和Pearson 相關性分析。表和圖中的數(shù)據(jù)均為3 次重復的平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 不同處理下土壤營養(yǎng)元素及酶活性的變化

由表3 可知，在各配施處理下，土壤速效鉀含量均顯著大于CF，且在OF1 達到最高，較CF 增加18.57%。土壤有效磷含量在OF2 和OF3 處理下均顯著低于CF，但在OF1 處理下較CF 顯著增加37.85%。土壤硝態(tài)氮含量的變化趨勢與銨態(tài)氮相同，均在OF1 處理下達到最高，土壤硝態(tài)氮含量較CF 顯著增加5.92%，土壤銨態(tài)氮含量較CF 增加2.50%，但與CF 無顯著差異。不同處理下的土壤有機質含量大小依次為OF1＞OF2＞OF3＞CK＞CF。

表3 不同處理對土壤養(yǎng)分含量的影響

由圖1 可以看出，與CK 相比，施肥處理均有效提高了土壤酶活性。土壤蔗糖酶活性在OF1 處理下達到最高，為13.91 mg·g-1·24 h-1，較CF 顯著提高2.88%。有機肥配施處理下，OF1、OF2、OF3 土壤中堿性磷酸酶活性分別較CF 增加56.25%、25.00%和2.08%。OF1 處理下土壤中脲酶和過氧化氫酶活性均達到最大，分別較CF 增加8.33%和5.69%。以上結果表明，與單施化肥相比，合理配施有機肥處理能有效提高土壤養(yǎng)分、有機質含量和土壤酶活性，OF1 處理下效果最好。

圖1 不同處理對土壤酶活性的影響

2.2 不同處理下甘藍各器官對氮、磷、鉀的吸收

由圖2 可知，甘藍葉球氮含量在不同處理下的大小順序為OF1＞CF＞OF2＞OF3＞CK。與CF 相比，各配施有機肥處理下的外葉片和葉柄中氮含量均顯著降低，而莖和根中的氮含量均顯著提高，且分別在OF2 和OF1 處理下達到最高，分別較CF 增加83.51%和70.27%。甘藍外葉片和葉柄氮素積累量最大值均出現(xiàn)在CF 處理。葉球、莖和根氮素積累量最大值分別出現(xiàn)在OF1、OF2 和OF1 處理。OF1和OF2 處理下，葉球中氮素分配率分別比CF 高0.62 和3.83 個百分點。而甘藍葉柄、莖及根中氮分配率的最大值分別出現(xiàn)在CF、OF2 和OF1 處理。

圖2 不同處理下甘藍各器官氮吸收

由圖3 可知，葉球中磷含量在OF1、OF2 和OF3 處理下為0.456%、0.443%和0.387%，分別較CF 顯著提高25.59%、21.92%和6.42%。外葉片中磷含量在不同處理下的大小順序為OF2＞OF1＞CF＞OF3＞CK，葉柄中磷含量的大小順序為OF2＞OF1＞OF3＞CF＞CK。甘藍莖和根的磷含量均在OF3 處理下達到最高，分別較CF 顯著增加5.10%和20.75%。配施處理下甘藍葉球、外葉片及葉柄磷素積累量較CF 變化不顯著?？傮w上看，配施處理下甘藍莖和根中磷素積累量低于CF（OF2 除外）。甘藍葉球磷素分配率在各配施處理下均高于CF。

圖3 不同處理下甘藍各器官磷吸收

由圖4 可以看出，與CF 相比，甘藍葉球、外葉片、葉柄和莖中鉀素含量均在OF1 處理后達到最高，分別為2.84、1.78、3.41、3.19 g·100 g-1，較CF 分別增加22.38%、47.99%、17.00%和26.08%。OF1 處理下，甘藍葉球鉀素積累量最大，達189.87 kg·hm-2，顯著高于其他處理。外葉片鉀素積累量在OF1 處理下最大，OF3 次之，分別較CF 顯著提高31.85%和25.46%。葉柄及莖中鉀素積累量均在OF2 處理時達到最大值，分別為39.82、17.05 kg·hm-2，均與CF差異不顯著。所有處理下，鉀素在甘藍葉球中分配率均為最大，為51.29%～62.51%，外葉片次之，為15.49%～22.67%。

圖4 不同處理下甘藍各器官鉀吸收

以上結果表明，相比CK 和CF，OF1 處理能提高甘藍功能葉球中養(yǎng)分含量、積累量和分配率（磷素積累量除外）。

2.3 不同處理下甘藍氮、磷、鉀素的利用率

各處理下甘藍各器官氮、磷、鉀素輸入和輸出平衡情況及利用率如表4、表5 所示。與CF 相比，所有配施處理下甘藍葉球、外葉片和葉柄的氮素輸出均產生顯著變化。各處理下甘藍植株氮素輸出大小順序為CF＞OF3＞OF2＞OF1＞CK，而氮素盈余大小順序為OF1＞OF2＞OF3＞CF＞CK。甘藍氮素吸收效率在OF1 處理時最大，CF 時最小。氮素利用效率在配施處理下均大于CF，且在OF1 處理后達到最高。氮素農學效率在OF1 處理下最大，OF2 和OF3 處理時均小于CF。

表4 不同處理下甘藍各器官氮、磷、鉀素收支平衡

表5 不同處理下甘藍對氮、磷、鉀的利用率

與CF 相比，配施處理下甘藍葉球、外葉片、葉柄及根中磷素輸出均未發(fā)生顯著變化。甘藍磷素盈余在各處理下的大小順序為OF1＞OF3＞CF＞OF2＞CK。甘藍磷素吸收效率在OF1 處理時最大，CF 次之，OF2 時最小。甘藍磷素利用效率在OF1處理下較CF 顯著提高11.12%；磷素農學效率在OF1處理時最大，OF3 次之，CF 最小，且變化顯著。

各配施處理下，甘藍葉球鉀素輸出較CF 降低7.89%（OF1）～26.71%（OF2），根的鉀素輸出最大值出現(xiàn)在CF 處理后，外葉片、葉柄、莖的鉀素輸出最大值均出現(xiàn)在配施處理后OF1、OF2、OF2。甘藍鉀素盈余在所有處理下均小于0，且在CK 時負盈余最高，CF次之。鉀素吸收效率OF1 處理時最高，OF2 最低。鉀素利用效率在OF1 處理后達到最大，較CF 增加4.86%。甘藍鉀素農學效率在各施肥處理下的大小順序為OF1＞OF3＞OF2＞CF，且變化顯著?？梢姡袡C肥/化肥配施能提高甘藍對肥料的利用效率。

2.4 不同施肥處理下的甘藍產量

由圖5 可知，各配施處理下OF1、OF2、OF3 的甘藍產量分別為97 482.6、80 212.6、83 316.1 kg·hm-2，均顯著高于CK（61 766.5 kg·hm-2）。OF1 處理下的甘藍產量較CF 顯著提高0.93%，而OF2 和OF3 處理下的甘藍產量均顯著低于CF，但顯著高于CK（61 766.5 kg·hm-2）。

圖5 不同施肥處理下的甘藍產量

為了分析不同處理下土壤養(yǎng)分和甘藍功能葉中氮磷鉀含量等對甘藍產量的影響，對甘藍產量和土壤養(yǎng)分等指標進行了相關性分析。由表6 可知，土壤有效磷、銨態(tài)氮、葉球鉀含量、葉球鉀積累量、葉球氮含量、葉球氮積累量、葉球磷含量、葉球磷積累量均與產量呈顯著或極顯著正相關。由此可知，配施處理能調節(jié)土壤有效磷和銨態(tài)氮含量、促進甘藍葉球養(yǎng)分吸收和積累，進而提高甘藍產量。

表6 甘藍產量 與養(yǎng)分指標之 間的相關關系

3 討論與結論

有機肥/化肥配施能提高土壤中有機質含量以及全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分含量，減少土壤養(yǎng)分損失，提高作物對土壤養(yǎng)分的利用率[14]。在本研究中，與CF 相比，不同有機肥/化肥配施處理下土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性呈不同的變化趨勢，其中OF1 處理不僅顯著提高了土壤養(yǎng)分含量，而且顯著提高了土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶和脲酶的活性，這說明有機肥替代化肥減量配施對土壤養(yǎng)分含量和酶活性的影響與其配施比例密切相關，這與王凱等[15]的研究結果相似，主要是因為適當比例的有機肥替代化肥，能較大程度維持土壤養(yǎng)分平衡，改善微生物群落結構，增強土壤酶活性，促進土壤養(yǎng)分利用和固定[16-18]。

本研究結果表明，葉球氮素積累量最大值出現(xiàn)在OF1 處理后，OF1 和OF2 處理下，葉球中氮素分配率分別比CF 高0.62%和3.83%，這說明有機肥/化肥配施（OF1 和OF2）提高了甘藍功能葉球中氮的吸收量和分配率，進而促進了甘藍體內氮素的轉移，這和前人研究結果相似[19-21]。Yuan 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)赝度肓枯^高時（300 kg·hm-2），有機肥/化肥配施下的蕓薹含氮量比單施化肥時高，而當?shù)赝度肓枯^低時（中劑量和低劑量），單施化肥處理反而最高，本試驗中的氮素投入量為600 kg·hm-2，但OF2 和OF3 處理下的甘藍功能器官（葉球、外葉片、葉柄）中的氮含量反而低于單施化肥，這可能是因為冷涼區(qū)雨熱同期時，肥力較高的土壤反而不利于有機肥的分解和養(yǎng)分的釋放，氮素投入量過高不利于作物對養(yǎng)分的吸收，導致土壤中無機態(tài)氮大量累積或淋溶損失[23]，最終降低了甘藍對氮素的吸收。此外，有機肥對土壤氮素具有固持作用，進而能調節(jié)土壤供氮水平[24]，筆者的研究試驗周期較短，有機肥施入使得土壤中部分氮素沒有及時釋放，也是甘藍體內氮含量減少的原因之一。

與氮元素相比，磷素的土壤移動性較差，因此被植物吸收的難度較大[25]。在筆者的研究中，甘藍葉球中磷含量和分配率在各配施處理下均高于CF，但葉球磷素積累量較CF 變化不顯著，這說明有機肥/化肥配施能提高甘藍各器官的磷含量，有效增加磷在葉球中分配比，這是因為有機肥不僅含有可溶性磷素，其分解后產生的有機酸能促進土壤微生物生長和磷素轉運，還可通過溶解、絡合、陰離子代換等作用釋放磷素，進而促進作物對磷的吸收[26-27]。

與CF 相比，甘藍葉球、外葉片、葉柄和莖中鉀素含量均在OF1 處理后達到最高，甘藍葉球和外葉片鉀素積累量均在OF1 處理后最大，葉柄及莖中鉀素積累量均在OF2 處理時達到最大，這說明，與CF相比，OF1 處理有效提高了甘藍各器官鉀含量（根除外），提高了鉀素在葉球及外葉片中分配比，同時增加了葉球和外葉片的鉀素積累量，這可能是因為添加有機肥可以提高土壤有效磷含量，改善土壤理化性質與微生物群落結構，強化微生物對作物根系刺激作用，增加作物根系長度、根表面積和根密度，進而使得作物能夠吸收更多的磷素，最終提高植株磷含量[28]。

本研究結果表明，與CK 相比，有機肥配施提高了甘藍地上部對氮、磷、鉀的利用效率，這與前人研究結果一致[29-31]，主要是因為有機肥施入土壤后能改善土壤結構，提高土壤通透性，促進了甘藍對養(yǎng)分的吸收和利用[32]。此外，本試驗各處理下的鉀素盈余均為負值，說明本地甘藍土壤鉀庫處于虧缺狀態(tài)，后期研究將在保持較高鉀肥利用率和甘藍產量的同時，更多關注土壤對鉀素固持作用，以期為甘藍種植地鉀素的可持續(xù)管理提供科學依據(jù)。

另外，OF1 處理下的甘藍產量較CF 高0.93%，而OF2 和OF3 處理下甘藍產量均低于CF，但高于CK（61 766.5 kg·hm-2），這主要是因為適當?shù)呐＜S有機肥施配，一方面能滿足當季作物對養(yǎng)分的需求，另一方面能提升土壤肥力，改善土壤結構，增強土壤微生物活性，促進甘藍對養(yǎng)分吸收，進而提高甘藍產量，這與王凱等[15]、林治安等[33]的研究結果相似。同時，相關性分析結果表明，配施處理能調節(jié)土壤有效磷和銨態(tài)氮含量、促進甘藍葉球養(yǎng)分吸收和積累，進而提高甘藍產量。而OF1 處理下土壤有效磷、銨態(tài)氮含量和甘藍葉球養(yǎng)分吸收和積累等的指標均為最高（葉球磷素積累量除外），故有機肥氮30%+化肥氮70%（OF1）為固原冷涼區(qū)最佳配施方式。

有機肥/化肥配施能有效提高土壤養(yǎng)分、有機質含量和土壤酶活性，增加甘藍功能葉球中養(yǎng)分含量和積累量，同時提高甘藍地上部對氮、磷、鉀的利用效率，進而實現(xiàn)冷涼區(qū)甘藍的增產。其中，有機肥氮30%+化肥氮70%（OF1）能顯著增加土壤養(yǎng)分含量，促進甘藍對養(yǎng)分吸收，增產效果最顯著，是一種適于當?shù)厣a需要、提高甘藍產量的最佳施肥方式。研究結果可為當?shù)貙崿F(xiàn)甘藍生產“減肥提質”提供參考。