不同生物有机肥用量对韭菜产量、品质及养分利用的影响

2019-12-26唐超男张迎春颉建明

中国土壤与肥料 2019年6期

王成，吕剑，李静，张婧，唐超男，张迎春，颉建明

（甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070）

合理施肥是提高作物产量和经济效益，改善品质的重要措施之一［1］，而农业生产中普遍存在单施化肥造成养分单一、供肥不平衡及施用未经腐熟的有机肥等问题，盲目施肥已成为农户追求高效益的重要手段［2］。合理施肥在农业生产中尤为重要，而生物有机肥和化肥配施是提高作物产量和品质，增加土壤肥力，维持和提高土壤养分的有效途径，对农业生产科学合理施肥和可持续发展具有重要意义［3］。

生物有机肥集生物肥和有机肥的优点于一体，将生物、有机、无机相结合形成养分互动互补的作用，克服了化肥养分单一，供肥不平衡的问题，既能够调控作物生长、改善产品品质，又可增加土壤肥力、减少化肥用量［4-5］。已有研究表明，使用生物有机肥和平衡施肥，具有较好的土壤改良效果［6-7］，能够明显改善植物的性状和品质［8］。周莉华等［9］研究表明，生物有机肥能够促进小麦生长和改善土壤理化性质。韩晓玲等［10］和王冰清等［11］研究中发现，化肥配施有机肥可以提高番茄、黄瓜和甘蓝的产量和营养品质。李杰等［12］研究表明，与单施化肥相比，配施生物有机肥能够明显改善花椰菜的品质、提高肥料利用率和光合效率。以往关于生物有机肥的研究大多关注在作物生长和土壤生物学特性上，而生物有机肥与化肥配施对蔬菜生长、生理特性及养分利用的影响报道较少。韭菜（A．tuberosum Rottl．ex Spreng.）作为一种多年生宿根蔬菜，在我国栽培历史悠久，是我国北方冬春季重要设施蔬菜之一，人们对其研究多集中在连作障碍、韭蛆防治等方面，关于化肥配施生物有机肥对韭菜生长和养分利用效果的研究鲜有报道。本研究通过设置常规施肥、常规施肥配施不同量的生物有机肥在设施韭菜上的田间肥效试验，旨在探讨合理配施生物有机肥对韭菜产量、品质及养分利用的影响，以期为生物有机肥在当地韭菜栽培上的应用提供理论及技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在甘肃省武山县清池韭菜核心示范区进行。武山县属温带大陆半湿润季风气候，年均气温10℃，平均日照2199h，≥10℃作物生长期176d，无霜期180d，年降水量450mm，年蒸发量1644mm。试验区土壤为砂质土壤，地势平坦，肥力中等均匀，耕层土壤（0～20cm）碱解氮55.6mg/kg，有效磷75.4mg/kg，速效钾131.6mg/kg，有机质16.4g/kg，pH6.8，EC2.5mS/cm。

1.2 供试材料

试验韭菜品种为“马蔺韭-大青根”，该品种是利用高寒气候条件下杂交而成的抗寒、高产、抗病的杂交一代品种，叶片宽厚肥大，分蘖能力强且生长快，在我国北方广泛种植。

试验供试生物有机肥由有机物料、矿物质、微生物等原料加工而成的有机、无机、微生物复合型的绿色高能肥料，有效菌为枯草芽孢杆菌、施氏假单胞菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢菌，有效菌落数0.2 亿/g，氮磷钾含量为5%，有机质含量为40%，腐植酸含量为25%，水分含量为30%，pH6.8。供试普通化肥：尿素（N46%）、过磷酸钙（P2O512%）及硫酸钾（K2O50%）。

1.3 田间试验设计

试验采用随机区组设计，设5 个处理：不施肥（CK），常规施肥（T1），2400kg/hm2生物有机肥+常规施肥（T2），3600kg/hm2生物有机肥+常规施肥（T3），4800kg/hm2生物有机肥+常规施肥（T4），3 次重复，小区面积为25m2。各处理常规施肥均按照当地农户韭菜种植普通化肥传统习惯施肥量施肥，即各施肥处理所需化肥用量相同。肥料用量见表1。

表1 试验各处理肥料配比及施肥量（kg/hm2）

定植前（6月20日）各处理撒施干鸡粪9750kg/hm2，并翻入土壤。定植时（6月25日），将韭苗起出，剪去须根先端，留2～3cm 以促进新根发育，行距20cm、穴距10cm，每穴栽苗3 株。各处理常规施肥养根期每次追施25%的化肥，分别于7月10日、7月27日、8 月15日、9月4日追肥，共4次。所有处理于8月20日撒施油渣2475kg/hm2，于11月25日一次性施入越冬生产期所需化肥和生物有机肥，11月30日扣棚。分别于2018年1月17日、2月7日收割两刀韭菜。试验各处理其他田间管理措施均一致。

1.4 测定指标及测定方法

韭菜收割时全小区计产，以总产值减去肥料成本计算净收益。收割第二刀时每小区随机选取9 穴韭菜用于测定营养品质：2，6-二氯酚靛酚钠染色法测定维生素C 含量；蒽酮比色法测定可溶性糖含量；硝基水杨酸法测定硝酸盐含量［13］；考马斯亮蓝G-250 溶液法测定可溶性蛋白含量［14］。

收割时每小区随机选取9 穴韭菜，分根、茎、叶称鲜重，105℃下杀青30min，70℃下烘干至恒重，用于测定韭菜养分含量：称重法测定植株干物质量；采用凯氏定氮法测定植株全氮含量；钒钼黄比色法测定植株全磷含量；火焰光度法测定植株全钾含量［15］。

按王宜伦等［16］的公式计算氮（磷、钾）肥利用率：

氮（磷，钾）肥利用率［REN（P，K），%］=［施肥区植物地上部分吸氮（磷、钾）量-不施肥区植物地上部分吸氮（磷、钾）量］/氮（磷、钾）肥投入量×100

1.5 数据处理

试验数据处理使用Excel2010，统计分析采用SPSS20.0，显著性水平为P＜0.05，用Origin9.0 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同生物有机肥用量对韭菜产量的影响

随着生物有机肥用量的增加韭菜产量不断提高（表2）。T2、T3 和T4 处理产量均显著高于T1，分别增产13.2%、19.2%和19.9%。不同生物有机肥用量之间，与T2 相比，T3、T4 处理产量显著提高，分别增产5.3%、5.9%，但T3 和T4 处理之间产量无显著差异。相对于T1，T2、T3 和T4 均有显著的增产效果，增产效果为T4＞T3＞T2＞ T1。

表2 不同生物有机肥用量对韭菜产量的影响

2.2 不同生物有机肥用量对韭菜经济效益的影响

各追肥处理净收益依次为T3＞T2＞T4＞T1。与T1 相比，T2、T3 和T4 均显著提高了韭菜净收益，分别增加收益7373.4、9471.1 和7297.9 元/hm2，净收益分别提高10.2%、13.1%和10.1%，但各生物有机肥处理之间净收益无显著差异。相对于T1，配施生物有机肥均可以提高韭菜产量和产值，但肥料成本相应大幅度增大，由净收益可以看出，T3处理取得了较高的净收益增长。

表3 不同生物有机肥用量对韭菜经济效益的影响（元/hm2）

2.3 不同生物有机肥用量对韭菜营养品质的影响

不同生物有机肥用量对韭菜营养品质的影响见图1。与T1 相比，T3 和T4 处理均显著提高了韭菜可溶性糖含量，分别提高25.0%和28.0%，与T2 的可溶性糖含量差异不显著；各追肥处理之间韭菜可溶性蛋白含量无显著差异；T3、T4 处理均显著提高了韭菜维生素C的含量，分别提高7.5%、22.0%，T2 对韭菜维生素C含量无显著影响；T2、T3、T4 处理均显著降低了叶片硝酸盐含量，分别降低2.7%、19.4%、25.9%。相对于T1，韭菜可溶性糖和维生素C 含量随着生物有机肥用量的增加而增加，叶片硝酸盐含量随着生物有机肥用量的增加而降低，施用生物有机肥对韭菜可溶性蛋白含量无显著影响。

2.4 不同生物有机肥用量对韭菜干物质积累量及分配率的影响

图1 不同生物有机肥用量对韭菜营养品质的影响

表4 不同生物有机肥用量对韭菜干物质积累量及分配率的影响

不同生物有机肥用量对韭菜干物质积累和分配率的影响见表4。T3、T4 处理均显著提高了韭菜干物质积累总量，分别提高5.1%、13.5%。与T1相比，T3、T4 显著提高了韭菜根部干物质积累量，分别提高4.0%、17.0%，T2 根部干物质积累量显著下降；各生物有机肥处理叶片干物质积累量高于T1，茎部积累量低于T1，但均无显著差异。干物质分配方面，与T1 相比，各生物有机肥处理的韭菜根部和叶片干物质分配率均无显著差异，T2 和T3 茎部干物质分配率无显著差异，T4 的茎部干物质分配率显著降低。随着生物有机肥用量的增加，T2、T3、T4 的茎部和叶片干物质分配率逐渐降低，根部干物质分配率逐渐增加。增施一定量的生物有机肥可以提高韭菜根部和叶片干物质的积累量，为多年生韭菜进入越冬生产期提供足够的养分供应，保证韭菜产量。

2.5 不同生物有机肥用量对韭菜不同器官氮素吸收、分配以及氮肥利用率的影响

施用生物有机肥可以大幅度提高韭菜氮肥利用率，氮肥利用率随着生物有机肥用量的增加而提高（表5）。与T1 相比，T2、T3、T4 氮肥利用率均显著提高，分别提高27.2%、35.8%、44.0%。各生物有机肥处理之间氮肥利用率逐渐提高，但无显著性差异。

与T1 相比，T2、T3、T4 处理的叶片和茎部氮素吸收量均显著增加，分别增加41.0%、32.6%、37.7%和17.3%、12.3%、20.3%；T2、T3 对根部吸氮量无显著影响，T4 处理的根部吸氮量显著提高。

T2、T3、T4 处理的叶片氮素分配率均高于T1，对茎部氮素分配率均无显著影响，根部氮素分配率均有所降低。施用生物有机肥有利于促进氮素向叶片的输送，增加氮素在叶片中的积累和分配，随着生物有机肥用量的增加叶片和茎部的氮素分配率逐渐降低，根部氮素分配率逐渐增加。从不同器官氮素分配率来看，各处理均以根部分配率最高，叶片次之，茎部分配率最低。

表5 不同生物有机肥用量对韭菜不同器官氮素吸收、分配以及利用率的影响

2.6 不同生物有机肥用量对韭菜不同器官磷素吸收、分配以及利用率的影响

施用生物有机肥可以大幅度提高韭菜磷肥利用率，磷肥利用率随着生物有机肥用量的增加而提高（表6）。与T1 相比，T2、T3、T4 磷肥利用率均显著提高，分别提高18.4%、18.7%、29.7%。T2、T3之间磷肥利用率无显著性差异。

与T1 相比，T2、T3、T4 处理的叶片和茎部磷素吸收量均显著增加，分别增加6.0%、11.4%、15.0%和22.4%、9.8%、22.6%；T2 和T3 对根部吸磷量无显著影响，T4 处理的根部吸磷量显著提高。

与T1 相比，T2、T3、T4 处理的叶片和茎部磷素分配率均有所提高，根部磷素分配率均有所降低。施用生物有机肥有利于促进磷素向叶片的输送，增加磷素在叶片中的积累和分配。从不同器官磷素分配率来看，各处理均以根部分配率最高，叶片次之，茎部分配率最低。

表6 不同生物有机肥用量对韭菜不同器官磷素吸收、分配以及利用率的影响

2.7 不同生物有机肥用量对韭菜不同器官钾素吸收、分配以及利用率的影响

施用生物有机肥可以大幅度提高韭菜钾肥利用率（表7）。与T1 相比，T2、T3、T4 钾肥利用率均显著提高，分别提高26.9%、15.4%、25.9%。与T3 相比，T2 和T4 钾肥利用率均显著提高。T2 和T4 处理之间钾肥利用率无显著性差异。

表7 不同生物有机肥用量对韭菜不同器官钾素吸收、分配以及利用率的影响

与T1 相比，T2、T3、T4 处理的叶片钾素吸收量均显著增加，分别增加19.7%、16.3%、22.5%；T2 和T4 茎部吸钾量显著提高，T3 和T4 根部吸钾量显著提高。

与T1 相比，T2、T3 处理的叶片和茎部钾素分配率均显著提高，根部钾素分配率均显著降低。施用生物有机肥有利于促进钾素向叶片的输送，增加钾素在叶片中的积累和分配。从不同器官钾素分配率来看，各处理均以根部分配率最高，叶片次之，茎部分配率最低。

3 讨论

3.1 不同生物有机肥用量对韭菜干物质积累及产量的影响

化肥配施生物有机肥具有养分组成完全、肥效好等特性，能够增加土壤有机质、全氮含量及其他营养元素，改善土壤性状，是作物优质、稳产的有效途径［17］。本研究表明，与常规施肥相比，3600、4800kg/hm2生物有机肥处理显著增加了根部干物质积累量；所有配施生物有机肥的处理均增加了韭菜叶片干物质积累量，说明化肥配施一定量的生物有机肥有利于增加根部和叶片干物质的积累，且韭菜干物质积累量在一定范围内随着生物有机肥用量的增加而增加，从而提高了韭菜产量。王延军等［18］研究结果表明，生物有机肥的施用可以显著提高有机水稻和有机番茄的产量。本研究结果表明，配施不同量生物有机肥均不同程度的提高了韭菜产量，在一定用量范围内，产量随着生物有机肥用量的增加而增加，这与林志锋等［19］在豆角和苦瓜上施用生物有机肥的研究结果相似。本研究结果中，配施生物有机肥后，韭菜产量增加13.2%～19.9%，经济收益增加10.1%～13.1%；4800kg/hm2生物有机肥处理产量最高，3600kg/hm2生物有机肥处理经济收益最高，表明化肥配施一定量的生物有机肥能够增加韭菜产量和经济收益，过多的生物有机肥虽然获得了高产，但却增加了成本，降低了经济收益。

3.2 不同生物有机肥用量对韭菜营养品质的影响

生物有机肥营养物质释放缓慢，氮素养分以NH4+或氨基酸形式供植物吸收利用，不用消耗大量能量和光合产物，直接参与植物细胞物质的合成，增加营养物质的积累，促进植物生长，提高产品质量，减少硝酸盐等有害物质的污染［20］。前人研究表明，施用有机肥可明显改善作物品质［21-22］。本研究表明，与单施化肥相比，配施2400kg/hm2生物有机肥处理的韭菜可溶性糖和维生素C 含量虽有所提高，但无显著差异，这可能是因为配施 2400kg/hm2生物有机肥用量过少，不足以改善和缓解因长期施用大量化肥和连作后导致的土壤微生物生态失衡和土传病害［23］等问题。各追肥处理可溶性蛋白含量均无显著性差异，这与巩子毓等［24］在黄瓜上施用生物有机肥的研究结果相反，表明生物有机肥对韭菜可溶性蛋白含量无显著影响。配施 3600、4800kg/hm2生物有机肥处理均明显提高了韭菜可溶性糖含量和维生素C 含量，且显著降低了韭菜叶片硝酸盐含量；随着生物有机肥用量的增多可溶性糖和维生素C 含量逐渐增加，叶片硝酸盐含量逐渐降低，这与朱代强［25］的研究结果相一致。研究还发现韭菜叶片维生素C 含量与硝酸盐含量变化趋势相反，这主要是因为维生素C 可以阻止硝酸盐还原为亚硝酸盐并抑制胺与亚硝酸盐的结合［26］。

3.3 不同生物有机肥用量对韭菜养分利用的影响

生物有机肥具有速效、长效、抗病、改良土壤和抗板结作用，其中添加的微生物还可以不断将土壤中难以被作物吸收的无效养分分解转化为易吸收的形态，提高养分供应能力［27-28］。汤宏等［29］在辣椒上的研究发现，有机肥和无机肥配合施用下相对于单施化肥均能够提高氮、磷、钾的吸收量和利用率。本研究表明，配施生物有机肥处理的氮、磷、钾肥的利用率均显著高于常规施肥，且以配施 4800kg/hm2生物有机肥处理的氮、磷肥利用率最高，同时其韭菜叶片吸氮、磷、钾量相对较高，这与彭华伟等［30］研究结果相似。这可能是由于生物有机肥含有的多种微生物与作物根际土壤环境的相互作用，在一定阶段内通过微生物的活化作用调节养分水溶态、吸附态和结合态的比例，增加了土壤氮、磷、钾的供应，并有效减少地表径流造成氮、磷、钾养分的损失；同时未被植株吸收利用的化肥，被生物有机肥中的有益菌吸收消化，转化为有机质后，再供作物利用减少化肥的流失，进而提高了肥料利用率［31］。配施生物有机肥后，根部氮素积累量和分配率随着生物有机肥用量的增加而增加，配施生物有机肥有利于促进氮、磷、钾素向叶片的输送，增加氮、磷、钾素在叶片中的积累和分配，这和郑少玲等［32］的研究结果相似。这主要是因为生物有机肥中添加的固氮微生物，通过其固氮酶的作用，将空气中的N2还原为能够被作物吸收利用的NH+4；同时，添加的溶磷微生物和硅酸盐细菌，施入土壤后经与其它土壤微生物协同作用，分解土壤中的原次生矿物，并将这些矿物所固定的磷、钾等养分释放出来，把无效态磷、钾转化成可供作物吸收利用的有效态养分，提高土壤供肥能力，从而提高作物对养分的吸收利用［33］。