增效肥料对设施栽培小白菜生长及土壤酶活性的影响

卢维宏 张乃明 张丽 包立 孟令宇 韩政 秦太峰

摘要：【目的】分析施用增效肥料對设施栽培小白菜生长特性、抗逆生理及土壤酶活性的影响，为增效肥料在设施蔬菜上的推广应用提供参考依据。【方法】设脲酶抑制剂、生化黄腐酸、海藻酸及复合增效剂4个增效肥料试验处理（T1～T4），分别以不施肥（CK0）和不含增效剂的普通化肥（CK1）为对照，在设施栽培条件下，通过盆栽试验，研究不同增效肥料基施后对小白菜可溶性蛋白、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、总超氧化物歧化酶（T-SOD）、丙二醛（MDA）含量等抗逆生理指标及土壤有机碳含量和酶活性影响的差异，同时观测各处理小白菜的农艺性状和生物量。【结果】与CK1相比，施用增效肥料后小白菜各项农艺性状、产量和生物量指标均得到改善，以生化黄腐酸增效肥料整体效果最佳，其株高、叶片SPAD值、叶长、叶宽、有效叶片数和产量分别提高15.0%、4.0%、18.1%、15.9%、9.8%和63.8%，根长、根鲜重和根干重分别增加23.3%、324.0%和5.9%，生物量提高51.5%，且叶长、产量、根长、根鲜重和生物量方面均达显著差异水平（P<0.05，下同）。与CK1相比，脲酶抑制剂、生化黄腐酸、海藻酸及复合增效剂4种增效肥料处理小白菜的可溶性蛋白含量分别提高47.2%、49.1%、48.2%和51.5%，脲酶抑制剂、生化黄腐酸及复合增效剂分别提高小白菜POD活性7.8%、2.8%和3.1%，脲酶抑制剂、海藻酸及复合增效剂分别降低MDA含量2.2%、19.1%和36.6%，均达显著差异水平。与CK1相比，脲酶抑制剂和海藻酸两种增效肥料对土壤脲酶起抑制作用，抑制率分别达14.3%和2.8%，其余增效肥料均对土壤酶活性（除复合增效剂处理抑制CAT活性6.2%）和有机碳含量（除脲酶抑制剂处理下降10.2%外）产生一定的促进效果，其中生化黄腐酸增效肥料效果最稳定，土壤脲酶、蔗糖酶、CAT活性及土壤有机碳含量分别提高10.0%、93.7%、12.5%和7.4%，且均达显著差异水平。【结论】增效肥料可改善设施栽培小白菜的部分抗性生理指标，提高其对逆境的耐受力和土壤有机碳及矿化速度，实现小白菜农艺性状、生物量和产量的提升。

关键词： 增效肥料;小白菜;抗性生理指标;土壤酶活;土壤有机碳

中图分类号： S634.306.1                               文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2019）09-2022-07

Abstract：【Objective】To study the effects of different synergistic fertilizers on the growth characteristics， stress resistance physiology of pakchoi and soil enzyme activity in greenhouse cultivation， and provide references for the promotion of synergistic fertilizer application on facility vegetables. 【Method】Four experimental groups with urease inhibitor， biochemical fulvic acid， alginic acid and synergist compounds（T1-T4） were conducted， respectively， with CK0 without fertilization and CK1 with the ordinary fertilizer as control. Potted culture experiments were conducted to study the soluble protein， peroxidase（POD）， catalase（CAT）， total superoxide dismutase（T-SOD） and malondialdehyde（MDA） contents of pakchoi after application of different synergistic fertilizers. At the same time，the different effects on soil organic carbon content， representative enzyme activity were observed， and agronomic traits and biomass of pakchoi were also analyzed. 【Result】Compared with CK1， the agronomic traits， yield and biomass indicators of pakchoi were improved after applying the synergistic fertilizer. The overall effect of biochemical fulvic acid-enhancing fertilizer was the best， and plant height， leaf SPAD value， leaf length， leaf width， effective leaf number and yield increased by 15.0%， 4.0%， 18.1%， 15.9%， 9.8% and 63.8%， respectively. Root length， root fresh weight and root dry weight increased by 23.3%， 324.0% and 5.9%， respectively. And the biomass increased by 51.5%;five indexes（including leaf length， yield， root length， fresh weight and biomass） reached significant differences（P<0.05， the same below）. Compared with CK1， the four kinds of synergistic fertilizers（urease inhibitor， biochemical fulvic acid， alginic acid and synergist compounds） increased the soluble protein content of  pakchoi by 47.2%， 49.1%， 48.2% and 51.5%， respectively， and the POD activity was increased respectively by 7.8%， 2.8% and 3.1% under urease inhibitor， biochemical fulvic acid and synergist compounds treatments. The MDA content decreased by 2.2%， 19.1% and 36.6%， respectively under urease inhibitor， alginic acid and  synergist compounds treatments， and all reached significant differences.Compared with CK1， except urease inhibitors and alginate synergistic fertilizer played an inhibitory effect on soil urease， and inhibition rate reached 14.3%， 2.8% respectively， the rest synergistic fertili-zers（except compound synergist treatment decreased the CAT activity by 6.2%） and organic carbon（except urease inhibitor treatment decreased by 10.2%） played a promoting effect on soil enzyme activity. The effect of biochemical fulvic acid synergistic fertilizer was the most stable， which increased soil urease content， sucrase content， CAT activity and soil organic carbon content by 10.0%， 93.7%， 12.5% and 7.4% respectively， and reached significant differences. 【Conclusion】Four kinds of synergistic fertilizers can improve the stress resistance indexes of pakchoi， increase its stress tolerance， soil organic carbon content and mineralization speed， and also improve agronomic traits， biomass and yield of pakchoi.

Key words： synergistic fertilizers; pakchoi; physiological index of resistance; soil enzyme activities; soil organic carbon

0 引言

【研究意义】化肥在粮食增产中发挥了极其重要的作用（张福锁，2008;赵雪雁等，2019），据联合国粮农组织报道，化肥对全球粮食产量贡献率达50%～60%（曾希柏等，2002），对我国粮食产量贡献率也曾高达56.8%（王祖力和肖海峰，2008）。但过量施用化肥也造成了极大的面源污染和耕地质量退化，对生态环境造成了威胁（郝小雨，2012;黄绍文等，2017）。我国目前单位面积农田的化肥投入量约为世界平均水平的3.9倍，远远高于欧美等发达国家（Nathaniel et al.，2012），而蔬菜的施肥量更为偏高，设施和露地蔬菜的化肥用量分别是粮食作物的5.2和2.5倍（Huang and Jin，2008），但设施蔬菜的氮、磷、钾养分利用率分别仅为24%、8%和46%（蔡祖聪，2019）。脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸和海藻酸等作为化肥增效剂具有提升化肥利用率的作用（徐星凯等，2000;张运红等，2018;Liu et al.，2019），可实现降低化肥施用量和减缓农业面源污染。因此，探讨化肥增效剂在设施栽培中对作物和土壤的作用效应显得非常重要，对缓解设施土壤质量退化和实现设施农业可持续健康发展具有重要意义。【前人研究进展】大量研究表明，肥料增效剂的合理使用可提升化肥利用率，减少化肥施用量，如徐星凯等（2000）在北方春小麦上采用尿素配施脲酶抑制剂和硝化抑制剂可显著降低NO[-3]-N和NO[-2]-N的富集，促进肥料氮的固持—矿化周转，提高氮的利用率;在南方水稻上的研究进一步显示，硝化抑制剂对氨氧化细菌具有明显的抑制效果，推测这可能是缓解硝化反应和提高氮素利用率的主要途径（张文学等，2019;Chen et al.，2019）。王连祥和张学杰（2017）研究发现叶面喷施聚天门冬氨酸能提高黄瓜的维生素C和可溶性糖含量，降低硝酸盐浓度，冲施则增加了土壤的碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量;而聚天门冬氨酸增效尿素对玉米的农艺指标、秃尖情况、氮肥利用率也均有明显的改善效果（唐会会等，2019）。氨基酸（许猛等，2018a）、海藻酸（张运红等，2018）、腐植酸（Liu et al.，2019;Tavares et al.，2019）等作为肥料增效剂在前人的研究中也取得了类似的提高化肥利用率的结论，说明配施肥料增效劑对实现化肥的减量增效具有重要作用。【本研究切入点】目前增效肥料的研究主要侧重于减少养分流失、提高养分利用率、实现作物增产等方面（许猛等，2018b;Lam et al.，2019），而关于其对作物抗逆性和土壤效应方面的研究相对不足。目前我国农业面源污染和耕地土壤质量退化等问题凸显，尤其对于高产出高投入的长期连作设施栽培，土壤酸化、盐渍化和重金属累积问题等已成为制约农业可持续发展的瓶颈。因此，探索增效肥料（含肥料增效剂）对作物的抗逆效应及对土壤的作用效应显得尤为重要。【拟解决的关键问题】选用脲酶抑制剂、生化黄腐酸和海藻酸3种肥料增效剂，在设施栽培条件下研究增效剂配施化肥对小白菜的农艺性状、抗逆生理指标和土壤代表酶活性影响的差异，以期为增效肥料的应用和推广提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试作物为不结球小白菜（Brassica chinensis L.），品种名早熟2号。供试土壤为红壤，取自云南省昆明市盘龙区云南农业大学校内大田（东经102°44′42″、北纬25°7′55″）耕层土壤，为第四纪黏土沉积物母质发育，质地黏重，土壤自然风干后，除去石块及植物残体等杂物，全部粉碎过2 mm筛，混匀后储存备用。供试增效剂分别为脲酶抑制剂、生化黄腐酸和海藻酸，均由贵州西洋肥业有限公司生产。供试土壤pH 7.4，基础养分为碱解氮21.5 mg/kg、速效磷10.6 mg/kg、速效钾24.0 mg/kg、有机质18.0 mg/kg。

1. 2 试验方法

试验以土培盆栽的方式进行，共设6个处理，分别采用脲酶抑制剂、生化黄腐酸、海藻酸与基施复合肥（N-P2O5-K2O 15-15-15）配施。CK0：不施肥;CK1：基施复合肥750 kg/ha;T1：基施复合肥750 kg/ha+0.7%脲酶抑制剂;T2：基施复合肥750 kg/ha+3.0%生化黄腐酸;T3：基施复合肥750 kg/ha+0.3%海藻酸;T4：基施复合肥750 kg/ha+复合增效剂（0.7%脲酶抑制剂+3.0%生化黄腐酸+0.3%海藻酸）。每处理4次重复。增效剂的百分比（%）=增效剂干重/基肥重量×100。试验采用白色塑料盆，上内直径为20.0 cm，上外直径为24.0 cm，高15.5 cm，盆底有孔，排水通气良好。具体操作步骤为：每盆称取风干粉碎过2 mm筛土壤样品2.5 kg，采用“下实上虚”的方式装于盆中，称取基肥基施复合肥0.8 g/kg干土;脲酶抑制剂、生化黄腐酸、海藻酸分别与粉碎后的基肥混合均匀后施入不同处理土壤;选用大小均匀且饱满的小白菜种子，用清水浸泡在恒温培养箱25 ℃下培养24 h，每盆播种20粒，均匀分散，待发芽后间苗培养，每盆定植3株长势一致的幼苗继续培养。

试验在云南农业大学云南省土壤培肥与污染修复工程实验室专用玻璃温室大棚进行，于2019年4月25日播种，4月30日间苗定植，5月25日收获，期间定时定量浇水，基本控制为70%的田间持水量。收获时把小白菜地上部分齐土剪下，剪取最上部新叶1片单独4 ℃保持备用，其余部分带回实验室备用。收获后，取0～10 cm土壤样品两份，均去除根系后，一份4 ℃鲜土保存备用，一份风干磨碎分别过筛备用;之后用清水冲洗土壤至根系干净后带回实验室备用。

1. 3 测定项目及方法

测定收获植株的株高、叶片数、最上部完全展开叶片的叶长和叶宽、叶绿素（SPAD值）、地上部分鲜重、根长、根系鲜重等农艺性状;然后在105 ℃下杀青，75 ℃下烘干至恒重后称干重。叶片的可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定（王学奎，2015），过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和总超氧化物歧化酶（T-SOD）活性及和丙二醛（MDA）含量均采用南京建成生物工程研究所研制的试剂盒及其方法进行检测。

土壤基本理化性质参照《土壤农化分析》（鲍士旦，2000）测定。使用pH计测定土壤pH，即称取10.0 g风干土，加入25.0 mL蒸馏水，置于恒温振荡器中25 ℃、180 r/min条件下振荡30 min，取出静置1.0 h后取上清液测定;碱解扩散法测定土壤碱解氮;NH4OAc浸提，火焰光度法测定土壤速效钾;NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定土壤速效磷。土壤脲酶、蔗糖酶分别采用靛酚蓝比色法、3，5-二硝基水杨酸比色法测定;土壤CAT活性采用紫外分光光度法测定（杨兰芳等，2011），其活性以每20 min内每克土壤分解的过氧化氢的微摩尔数来表示。

1. 4 统计分析

试验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0进行整理、单因素方差分析和差异显著性比较，所有数据均为4次观测值的平均值。

2 结果与分析

2. 1 不同增效肥料对小白菜生长的影响

2. 1. 1 对小白菜农艺性状指标的影响 如表1所示，施用增效肥料的小白菜农艺性状指标整体上优于未使用增效肥料处理，尤其是在株高、叶长、叶宽和产量指标上。与CK0相比，施用增效肥料处理能促进小白菜的长势，除叶片SPAD值和平均叶片数两项指标外，其余指标均达显著差异水平（P<0.05，下同）。与CK1相比，配施2.5%生化黄腐酸的T2处理整体效果表现最好，6项农艺指标均最优，株高、叶绿素、叶长、叶宽、叶片数和单株重分别提高15.0%、4.0%、18.1%、15.9%、9.8%和63.8%，株高、叶长和产量3项指标达到显著差异水平;其次为施用复合增效剂的T4处理，除叶绿素指标略微升高外，其余指标（株高、叶长、叶宽、平均叶片数和产量）分别比CK1提高9.1%～60.7%，且株高、叶长和产量3项指标达显著差异水平。因此，对比脲酶抑制剂、生化黄腐酸、海藻酸3种改良剂及其复配后对小白菜生长的影响效果，以单独配施生化黄腐酸的效果最好。

2. 1. 2 对小白菜根系指标的影响 如表2所示，与CK1相比，以配施复合增效剂肥料的T4处理整体效果最好，小白菜的根长、根鲜重和根干重分别提高13.6%、595.6%和47.5%，且根鲜重和根干重均达显著差异水平;其次为配施3.0%生化黄腐酸增效肥料的T2处理，上述3项根系指标分别提高23.3%、324.0%和5.9%，且根长和根鲜重达显著差异水平。说明设施栽培条件下，在红壤土上施用增效肥料对小白菜的根系具有明显促进作用，对比不同配施增效肥料的效果，以复合增效剂及单独施用生化黃腐酸的增效肥料对小白菜根系的作用效果较明显。

2. 1. 3 对小白菜生物量的影响 经过30 d的培养，施用不同增效肥料对小白菜生物量（即地上部干物质重量）的累积效果具有明显差异。从图1可看出，以同时配施复合增效剂的T4处理效果最好，其生物量较未施用增效剂肥料的CK1增加68.7%，其次为配施0.3%海藻酸的T3处理，比CK1提高60.6%;配施3.0%生化黄腐酸的T2处理则提高51.5%，配施0.7%脲酶抑制剂的T1处理提高22.8%。说明脲酶抑制剂、生化黄腐酸、海藻酸及三者复配后对小白菜的生物量累积均有明显改善作用，后三者与CK0和CK1相比均已达显著差异水平，且以复合增效剂的效果最佳。

2. 2 不同增效肥料对小白菜生理指标的影响

由表3可看出，施用不同增效肥料后，对设施栽培条件下红壤小白菜植株的可溶性蛋白、3种抗氧化酶的活性及MDA含量的影响以T4处理的整体效果较佳，与CK1相比，可溶性蛋白含量增加51.5%，POD活性增加3.1%，MDA含量降低36.6%，差异均达显著水平，但对于CAT和T-SOD活性则起到了一定的负调控作用。与CK1相比，单独配施脲酶抑制剂、生化黄腐酸和海藻酸的处理可显著提高可溶性蛋白含量，分别增加47.2%、49.1%和48.2%;单独配施脲酶抑制剂和生化黄腐酸对POD活性分别显著提高7.8%和2.8%;单独施用脲酶抑制剂和海藻酸分别显著降低MDA含量2.2%和19.1%;而单独施用3种增效剂均对CAT和T-SOD两种酶的活性无促进作用。

2. 3 不同增效肥料对土壤酶活性及有机碳的影响

如表4所示，配施3种增效肥料后，对土壤脲酶、蔗糖酶和CAT活性呈现不同程度的影响效果。单独施用生化黄腐酸的T2处理整体效果最好，与CK1相比土壤脲酶、蔗糖酶和CAT活性分别提高10.0%、93.7%和12.5%;其次为配施复合增效剂的T4处理，土壤脲酶和蔗糖酶活性分别提高9.7%和73.4%，而CAT活性基本不受影响;单独施用脲酶抑制剂的T1处理对土壤脲酶有显著抑制效果，达14.3%，同时显著提高蔗糖酶活性110.5%，但对CAT活性影响不显著;单独施用海藻酸的T3处理可显著提高土壤蔗糖酶活性而对土壤脲酶和CAT活性影响不显著，其中，对土壤脲酶起抑制作用，抑制率为2.8%。不同增效肥料对土壤有机碳的影响中，以配施3.0%生化黄腐酸的T2处理效果最佳，较CK1显著提高5.3%。

3 讨论

3. 1 施用增效肥料对小白菜生长的影响

本研究结果表明，设施栽培条件下，分别施用含有脲酶抑制剂、生化黄腐酸、海藻酸及复合增效剂的肥料，小白菜各项农艺指标均得到不同程度的改善，前人研究也取得类似的结果（吕波等，2018;田发祥等，2018）。其中，施用生化黄腐酸增效肥料的小白菜整体效果最佳，可能与生化黄腐酸的结构中含有小分子基团（如黄腐酸、氨基酸、有机质和核酸等）有关，小分子基团能及时补充小白菜在设施条件下快速生长而出现的相对碳饥饿（李瑞波，2001;张宏伟等，2003），继而促进植株根系和地上部分的生长;而复合增效剂的整体效果稍差于生化黄腐酸和海藻酸两种增效剂单独施用的效果，可能与脲酶抑制剂和海藻酸的类脲酶抑制功能及生化黄腐酸的脲酶促进功能相悖有关。MDA含量是作物逆境胁迫条件下细胞内氧自由基产消失衡后对细胞膜系统伤害的重要标志（张迪等，2018）。增效肥料施用后对小白菜抗逆指标的分析结果表明，施用脲酶抑制剂、海藻酸及复合增效剂的增效肥料均可降低小白菜叶片中的MDA含量，与CK1相比分别降低2.2%、19.1%和36.6%，表明合理使用增效肥料具有缓解设施栽培中出现的高温、干旱或土壤退化等逆境胁迫作用，提高作物的耐受能力。同时，增效肥料处理也可提高小白菜叶片中抗逆渗透性物质可溶性蛋白含量和POD活性（除T3处理外），与吴洪生等（2008）、舒正悦等（2018）研究结果一致。

3. 2 施用增效肥料对土壤酶活性的影响

土壤酶直接参与土壤中养分转化、释放及固定等多个生物学过程，是土壤生态系统代谢中的重要动力源，同时能反映土壤微生物活性的高低，是评价土壤肥力的重要参数之一（闫湘等，2008）。脲酶作为水解酶能促进土壤中尿素转化成植物氮素营养主要来源的NH[+4]-N，脲酶活性用来表征土壤氮素情况（张俊丽等，2012）。本研究中施用脲酶抑制剂增效肥料对土壤脲酶活性的抑制率达14.3%，其原因是脲酶抑制剂本身通过抑制土壤脲酶活性继而延缓土壤酰胺态氮转化为铵态氮的速率来提高氮肥利用率，正因为如此脲酶抑制剂可作为缓释增效肥料（王趁义等，2019）;生化黄腐酸与复合增效剂均可促进土壤脲酶活性，而脲酶活性的提高也是小白菜农艺性状及产量得以改善的重要原因;与施用普通肥料相比，海藻酸对土壤脲酶活性亦表现出抑制效果，可推断海藻酸具有类脲酶抑制剂的功能。蔗糖酶由植物根系分泌产生，主要参与土壤有机质矿化分解，是表征土壤生物化学活性的重要酶，试验中4种增效肥料均提高了土壤蔗糖酶活性，以生化黄腐酸增效肥料效果最优，这正与该处理土壤有机碳提升效果最佳具有密切关系。针对施用脲酶抑制剂后对土壤蔗糖酶和有机碳的作用上存在的偏差，与聂云鑫等（2019）研究表明施用脲酶硝化双抑制剂可同时提高土壤蔗糖酶活性（24.6%～61.5%）和有机碳（1.98%～26.06%）相结合分析，可能与脲酶抑制剂本身的结构有一定关系，配合硝化抑制剂的协同作用对土壤蔗糖酶和有机碳提升效果更好。

4 结论

增效肥料可改善设施栽培小白菜的部分抗性生理指标，提高其对逆境的耐受力和土壤有机碳及矿化速度，实现小白菜农艺性状、生物量和产量的提升。因此，增效肥料对设施蔬菜种植中实现减肥增效和改良土壤具有一定应用价值。

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（責任编辑 邓慧灵）