生物肥料基肥對(duì)生姜生長及姜黃素、姜辣素成分含量的影響

王春勇，李 賀，王耐紅，閆 穎，金曉蕾，關(guān)怡卉，孫 遜

（1.唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 河北唐山 063000；2.唐山園林科學(xué)研究所 河北唐山 063000；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院 呼和浩特 010000）

生姜（Zingiber officinaleRoscoe）又名百辣云、勾裝指、因地辛等，起源于熱帶、亞熱帶雨林地區(qū)，是姜科姜屬多年生草本植物，具有較高的藥用、食用價(jià)值，在我國擁有著悠久的種植歷史[1]。近些年由于化肥的施用量過大，造成姜瘟病發(fā)病率升高，導(dǎo)致了生姜產(chǎn)量的降低，嚴(yán)重制約了生姜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響，在化肥和有機(jī)肥混合使用時(shí)能夠有效降低姜瘟病的發(fā)生，同時(shí)提高生姜產(chǎn)量[2]。前人研究結(jié)果表明，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用生物菌肥作為輔助肥料，由于其含有大量有益活菌物，不僅可以提高生姜產(chǎn)量，更能夠改善土壤肥力和農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)[3-4]。加入生物菌肥并減施化肥已應(yīng)用于辣椒[5]、黃瓜[6]、花生[7]等作物，前人研究發(fā)現(xiàn)加入生物菌肥對(duì)上述作物的葉面積、掛果數(shù)、根長等或品質(zhì)的提高有顯著促進(jìn)作用。筆者對(duì)生姜基肥中添加生物菌肥配合有機(jī)肥進(jìn)行化肥減量研究，分析基肥以生物菌肥作為輔助肥料配比不同用量化肥、有機(jī)肥的各處理對(duì)農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分含量、姜黃（辣）素成分含量、凈光合速率（Pn）、葉綠素值等指標(biāo)的影響，為冀東地區(qū)生姜種植中實(shí)現(xiàn)化肥減施增效提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)時(shí)間為2021 年3 月至2022 年10 月，試驗(yàn)地位于河北省唐山市豐潤區(qū)新軍屯大張各莊村，屬暖溫帶大陸性半濕潤氣候，四季分明，年平均氣溫10.8 ℃，年降水量710 mm，無霜期230 d 左右，壤土，全氮含量（w，后同）1.25 g·kg-1、有效磷含量0.09 g·kg-1，速效鉀含量0.20 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量14.79 g·kg-1，pH 8.57[8]。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為山東緬姜，產(chǎn)量5.00～7.50 t·667 m-2，具有姜塊肥大、抗病性好、穩(wěn)產(chǎn)、富含多種維生素、胡蘿卜素、蛋白質(zhì)等特性。生物菌肥（枯草芽孢桿菌有效活菌數(shù)≥50 億·g-1）由萊蕪農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院植保所李世東研究員提供。化肥使用撒可富高濃度硫酸鉀型通用肥（N、P2O5、K2O 質(zhì)量比為17∶17∶17，總養(yǎng)分含量≥51.0%），由河北省秦皇島市的中國-阿拉伯化肥有限公司生產(chǎn)。有機(jī)肥（w含氮量≤1.5%，w有機(jī)質(zhì)≥45%）由湖北省新洋豐農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分情況和當(dāng)年平均產(chǎn)量6.0 t·667 m-2，氮肥較磷肥、鉀肥對(duì)姜辣（黃）素影響大[9]，確定各處理全生育期單位面積施氮總量50 kg·667 m-2，基肥施氮總量占全生育期的30%[10-12]的方式。為使姜種更好地利用生物菌肥，采用拌種施用[13]的方式，試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)處理（表1），每個(gè)處理3次重復(fù)，共12 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積15.0 m2，隨機(jī)區(qū)組。追肥使用化肥，苗期、發(fā)棵期、根莖膨大期（簡稱膨大期）各追肥1 次，占比分別為總施氮量的20%、40%、10%。2021 年和2022 年均為3 月中下旬播種，株距0.2 m，行距0.6 m，設(shè)置保護(hù)行，適時(shí)中耕、培土，除所用基肥不同外，其他田間管理均一致。

表1 不同處理肥料配比及用量

1.4 調(diào)查指標(biāo)和檢測方法

1.4.1 根莖和產(chǎn)量指標(biāo)測定 2021 年和2022 年收獲當(dāng)天，每小區(qū)選取5 株長勢相對(duì)一致植株，用卷尺測量根莖縱徑、根莖橫徑、須根長，記錄須根數(shù)，用天平稱取單株鮮質(zhì)量和根莖質(zhì)量，計(jì)算各處理均值。測定各處理產(chǎn)量，計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量均值，然后折算667 m2鮮產(chǎn)量。

收獲后的生姜置于16 ℃姜窖經(jīng)過40 d 貯藏測得各處理最終的產(chǎn)量，然后計(jì)算小區(qū)最終產(chǎn)量均值，折算667 m2最終產(chǎn)量。失重率[14]為單位面積鮮產(chǎn)量與最終產(chǎn)量的差值所占鮮產(chǎn)量百分比，公式如下：

1.4.2 農(nóng)藝性狀測定 2022 年在4 月下旬至6 月下旬，每4～7 d 調(diào)查各小區(qū)出苗率、各處理單株平均葉片數(shù)、進(jìn)入發(fā)棵期所需時(shí)間。各處理出苗率、發(fā)棵率達(dá)75%記為該處理進(jìn)入苗期、發(fā)棵期；距收獲前5 d（此后簡稱收獲期）每小區(qū)選取5 株長勢相對(duì)一致植株，記錄分枝數(shù)，用卷尺測量株高、株幅。游標(biāo)卡尺測量地上部10 cm 處莖粗。使用葉面積儀（YMJ-B 托普云農(nóng)）測量第3 片新葉葉面積。

1.4.3 生理指標(biāo)測定 2022 年分別在膨大期和收獲期，每小區(qū)選取5 株長勢相對(duì)一致植株，使用葉綠素儀（FK-YL04 山東方科儀器）、光合儀（SY-1020托普云農(nóng)）分別測定第3 片新葉葉綠素值（SPAD）及凈光合速率（Pn）。

1.4.4 土壤理化指標(biāo) 2022 年收獲后，立即在各小區(qū)壟上取10～20 cm 深的土壤，采取五點(diǎn)取樣法取樣，晾干，混合均勻，送唐山市食品藥品綜合檢驗(yàn)檢測中心，檢測全氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量。

1.4.5 品質(zhì)測定 2022 年收獲后，選取無損傷、大小均勻的根莖進(jìn)行混合取樣，每處理稱取1 kg 生姜樣品送中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所測定姜辣（黃）素各成分含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析軟件

采用Excel 2017 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；采用DPS 9.05 軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析和逐步回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基肥配比對(duì)生姜生長的影響

2.1.1 不同基肥配比對(duì)出苗及發(fā)棵期的影響 由表2 可以看出，出苗率在距離播種期（3 月18 日）的40～47 d 迅速提高，經(jīng)60 d 左右（5 月中旬），出苗率達(dá)到最高，出苗結(jié)束；處理1、2 的33 d 出苗率均顯著高于處理3、CK；處理1、2、3 的40 d 出苗率均顯著高于CK，處理2、3 間存在顯著性差異；處理1、2、3 的47 d 出苗率均顯著高于CK，且處理1 顯著高于處理3；處理1、2 的54 d 出苗率均顯著高于CK；處理1、2 最終出苗率分別為97.7%、100.0%，處理1、2、3 均顯著高于CK；處理1、2、3 進(jìn)入苗期均早于CK，處理1 較CK、處理3、2 分別早11、7、5 d；處理1、2 進(jìn)入發(fā)棵期均早于處理3、CK。由此可見，基肥中添加生物菌肥的處理1、2 提前4～5 d 進(jìn)入發(fā)棵期，處理1 進(jìn)入苗期較其他3 個(gè)處理早5～11 d。

表2 不同處理出苗率隨時(shí)間變化情況及進(jìn)入苗期、發(fā)棵期日期

2.1.2 不同基肥配比對(duì)苗期葉片數(shù)的影響 由表3可以看出，不同處理隨葉片數(shù)增加所需時(shí)間呈逐漸減少的趨勢；0～16 片葉所需時(shí)間最短為處理2（53 d），處理1（54 d）次之，最長為處理3 和CK（57 d）。

表3 不同處理葉片數(shù)增加所需時(shí)間對(duì)比d

2.2 不同基肥配比對(duì)收獲期農(nóng)藝性狀、根莖指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

2.2.1 不同基肥配比對(duì)農(nóng)藝性狀的影響 如表4所示，各處理間株高沒有顯著性差異；處理1、2、3株幅均顯著大于CK，且處理1 顯著大于2、3；處理1、2、3 分枝數(shù)均顯著大于CK；處理1 主莖粗顯著高于處理3；處理1、2、3 葉面積均顯著大于CK。

表4 不同處理收獲期農(nóng)藝性狀比較

2.2.2 不同基肥配比對(duì)根莖指標(biāo)和單株鮮質(zhì)量的影響 由表5 可知，處理1、2、3 的根莖縱徑較CK分別增加22.23%、8.45%、8.27%；處理1、2 和3 的根莖橫徑較CK 分別增加24.27%、11.72%、29.71%；處理1、2、3 單株鮮質(zhì)量較CK 分別增加60.75%、45.32%、29.44%；處理1、2 根莖質(zhì)量較CK 分別增加18.55%、15.32%、處理3 根莖質(zhì)量較CK 降低15.32%；處 理1、2、3 須 根 長 較CK 分 別 增 加23.12%、46.62%、11.47%，須根數(shù)較CK 分別增加55.56%、13.33%、33.30%。

表5 不同處理收獲期根莖指標(biāo)比較

2.2.3 不同基肥配比對(duì)產(chǎn)量和失重率的影響 由表6 可知，2021—2022 年各處理鮮產(chǎn)量、最終產(chǎn)量均值由高到低依次分別為處理1（6.68、5.21 t·667 m-2）＞處理2（6.41、4.62 t·667 m-2）＞處理3（5.88、4.00 t·667 m-2）＞CK（5.25、3.57 t·667 m-2），較CK 增加的鮮產(chǎn)量、最終產(chǎn)量為處理1（27.09%、45.94%）＞處理2（21.86%、29.41%）＞處理3（11.97%、12.04%）；處理1 失 重 率 均 值 最 低（22.14%），其余依次為處理2（28.10%）＜處理3（31.96%）＜CK（33.06%）。

表6 不同處理產(chǎn)量和失重率比較

2.2.4 線性回歸分析 分別以最終產(chǎn)量為因變量Y1，以鮮產(chǎn)量為因變量Y2，以收獲期農(nóng)藝性狀、根莖指標(biāo)、失重率等（株高X1，株幅X2，分枝數(shù)X3，主莖粗X4，葉面積X5，根莖縱徑X6，根莖橫徑X7，單株鮮質(zhì)量X8、根莖質(zhì)量X9、須根長X10、須根數(shù)X11、失重率X12）為自變量，剔除與產(chǎn)量相關(guān)性不顯著的指標(biāo)，得到逐步線性回歸方程：Y1=4.78+0.63X8-0.08X12 ，剩余通徑系數(shù)為0.063 29；Y2=2.92+1.27X8-0.04X11，剩余通徑系數(shù)0.03。表明單株鮮質(zhì)量X8、失重率X12 是影響最終產(chǎn)量的主要性狀，單株鮮質(zhì)量X8、須根數(shù)X11 是影響鮮產(chǎn)量的主要性狀。

2.2.5 相關(guān)性分析 通過對(duì)收獲期農(nóng)藝性狀、根莖指標(biāo)、單株鮮質(zhì)量、失重率等與鮮產(chǎn)量、最終產(chǎn)量相關(guān)性分析可知（表7），鮮產(chǎn)量與株幅、根莖縱徑呈顯著正相關(guān)，與單株鮮質(zhì)量、最終產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與失重率呈顯著負(fù)相關(guān)；最終產(chǎn)量與根莖縱徑、單株鮮質(zhì)量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與鮮產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與失重率呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表7 最終產(chǎn)量、鮮產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀及根莖指標(biāo)的相關(guān)性分析

2.3 不同基肥配比對(duì)根莖膨大期和收獲期光合速率（Pn）、葉綠素值（SPAD）的影響

由表8 可知，各處理根莖膨大期至收獲期凈光合速率（Pn）呈降低趨勢，葉綠素值（SPAD）呈升高的趨勢；膨大期處理1、2、3 凈光合速率均顯著大于CK，收獲期處理1、2 顯著大于CK、處理3；膨大期處理2 葉綠素值顯著大于CK，收獲期4 個(gè)處理間差異不顯著。

表8 膨大期和收獲期凈光合速率（Pn）、葉綠素值（SPAD）比較

2.4 不同基肥配比對(duì)收獲期各處理土壤養(yǎng)分含量的影響

由表9 可知，收獲期處理1 全氮含量顯著高于CK；處理1、2、3 有效磷含量均顯著高于CK；處理1速效鉀含量顯著高于CK；4 個(gè)處理有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。

表9 土壤養(yǎng)分指標(biāo)分析

2.5 不同基肥配比對(duì)收獲期根莖姜黃素和姜辣素含量的影響

由表10 可知，不同處理收獲期姜黃素和姜辣素各成分含量表現(xiàn)為，基肥中加入生物菌肥的處理1、2 6-姜酚、8-姜酚含量顯著高于處理3、CK，其中處理1姜黃素、去甲氧基姜黃素含量顯著高于其他3 個(gè)處理。

表10 姜黃素和姜辣素含量分析

3 討論與結(jié)論

在作物種植中需要根據(jù)種植地土壤供肥能力來確定生物菌肥與化肥、有機(jī)肥的配比[14-15]。生物菌肥對(duì)生姜產(chǎn)量、分枝數(shù)、葉面積有促進(jìn)作用[3，16]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，加入了生物菌肥作為基肥的處理1、2 較CK 增產(chǎn)27.09%、21.86%，這2 個(gè)處理收獲期葉面積顯著大于CK，處理1、2 收獲期分枝數(shù)顯著大于CK。添加生物菌肥對(duì)玉米[17]、白菜[18]出苗率有顯著促進(jìn)作用，對(duì)黃瓜[19]葉片數(shù)增加有顯著促進(jìn)作用。筆者研究發(fā)現(xiàn)，施用生物菌肥配合有機(jī)肥替代化肥的處理1 較其他3 個(gè)處理提前進(jìn)入苗期5～11 d，添加生物菌肥的處理1、2 葉片數(shù)0～16 較不添加生物菌肥的處理提前3～4 d。前人研究表明，生物菌肥對(duì)株高的影響不明顯[20-21]，與筆者試驗(yàn)得出4個(gè)處理間株高差異不顯著結(jié)論一致，同時(shí)筆者在本研究中發(fā)現(xiàn)生姜鮮產(chǎn)量與株幅、根莖縱徑呈顯著性正相關(guān)，與單株鮮質(zhì)量、最終產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與失重率呈顯著負(fù)相關(guān)，最終產(chǎn)量與根莖縱徑、單株鮮質(zhì)量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與鮮產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與失重率呈極顯著負(fù)相關(guān)，失重率越低越有利于生姜的貯藏[22]。前人研究發(fā)現(xiàn)，生姜生產(chǎn)中可以利用生物菌肥中的有益微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)生姜根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，同時(shí)通過生姜有機(jī)肥替代化肥，可以有效減少化肥使用量，降低土壤養(yǎng)分流失，緩解過量使用化肥造成的污染問題，從而實(shí)現(xiàn)生姜品質(zhì)的提高[23-26]。土壤中N、P、K 含量的增加可促進(jìn)生姜凈光合速率的提高[27-29]，種植中適量加入生物菌肥可提高土壤保肥能力[30]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，加入生物菌肥作為基肥的處理1、2 在膨大期、收獲期凈光合速率（Pn）顯著高于CK。土壤養(yǎng)分含量分析表明，處理1 的土壤全氮、有效磷、速效鉀含量顯著高于對(duì)照（CK）。姜黃素和姜辣素成分含量檢測結(jié)果表明，處理1 的姜黃素、去甲氧基姜黃素成分含量顯著高于其他3 個(gè)處理，這與邵海南等[31]、趙明等[32]的結(jié)論一致。今后有待進(jìn)一步研究其他種類生物菌肥作為輔助肥料施用于生姜基肥，以實(shí)現(xiàn)化肥減量及肥料的合理配比。

綜上所述，生姜種植中基肥加入生物菌肥配合有機(jī)肥替代化肥的處理1 的失重率最低（22.14%），在產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤養(yǎng)分含量、凈光合速率等指標(biāo)優(yōu)于僅施用化肥的對(duì)照，較對(duì)照化肥用量減少30.00%，鮮產(chǎn)量提高27.09%。