生物有机肥部分替代化肥对韭菜生长生理及肥料利用率的影响

何东霞，颉建明，何志学，王 成，牛天航，吕 剑，郁继华

(甘肃农业大学 园艺学院，兰州 730070)

随着人民生活水平的不断提高，蔬菜已逐步成为农民创收的主要农业产品，对促进农村经济发展起到极其重要的作用[1-2]。其中，保护地栽培更是因其规模化、产业化、周年生产的特点得到了充分的发展[3]。但在蔬菜产业快速发展的过程中，化肥的过度施用所造成的品质下降、资源浪费、环境污染等问题严重影响蔬菜产业的可持续发展[4-6]。据统计，化肥施用量增长的主要原因之一是单位面积化肥施用量的增加，因此，消减单位面积化肥施用量成为实现中国化肥“减量化”的重要途径[7]。

基于高产、高效、环境友好的现代农业发展角度，生物有机肥配施减量化肥已被广泛应用[8]。其中，生物有机肥是以畜禽粪便等农业废弃物经发酵、腐熟而成的一类兼具增肥和活菌的新型有机肥料，其所含的有机、无机营养成分可直接供给作物养分，有益微生物在其代谢过程中产生的活性物质可促进土壤养分转化、改善根际微域环境，是促进作物高产、提高土壤肥力的有效途径[9-10]。研究表明，有机-无机肥料的配施是促进作物高产、提高养分利用效率，达到减肥增效的有效措施[9, 11]。从改善土壤环境和增加产业效益角度来看，生物有机肥配施化肥将成为中国肥料施用的主要发展方向[12]。近年来，研究者多在茄科作物[8,13]、水稻[14]、小麦[15]等作物上进行了试验，寻找适宜的有机无机配施方案以确保作物高产优质，但对于作为中国特色蔬菜的韭菜尚未涉足。

韭菜(AlliumtuberosumRottl.ex Spreng)属典型的葱属植物，在中国蔬菜供应产业中占有极其重要的地位，是反季节保护地栽培的主要作物之一。在其传统栽培模式下，一味追求高产所导致肥料的不合理施用现象尤为突出。因此，本试验以不施肥和常规施肥为对照，设置生物有机肥部分替代化肥，以揭示其对韭菜产量、品质及肥料利用率的影响，旨在探寻韭菜种植模式中合理的施肥制度以保障作物高产优产，增加农民效益。

1 材料与方法

1.1 材 料

选用‘久星21号’韭菜(河南省平顶山市农业科学研究所选育)为试材，于2018-05-20定植。供试肥料为尿素[w(N)=46%]，过磷酸钙 [w(P2O5)=12%]，硫酸钾[w(K2SO4)=51%]，生物有机肥由甘肃绿能瑞奇生物技术有限公司提供，其中每克有效活菌数为2×107CFU/g，氮磷钾含量5%，有机质含量40%；试验地土壤(0～20 cm)基本理化性质为：全氮1.79 g/kg，碱解氮 49.12 mg/kg，速效磷 37.99 mg/kg，速效钾 195.67 mg/kg，有机质14.51 g/kg，电导率 261.67 μS/cm，pH 7.89。

1.2 试验设计

试验于甘肃省天水市武山县清池村多层塑料覆盖大棚韭菜越冬生产种植基地进行，试验棚面积为397.5 m2，韭苗剪根(留根2～3 cm)去梢(留6～7 cm)，以行距20 cm、株距10 cm定植。试验共设6个处理，包括两个对照处理，即不施肥(CK)及常规施用化肥(CF)；另有4个化肥与生物有机肥配施处理：化肥减施20%配施生物有机肥3 000 kg/hm2(T1)、化肥减施20% 配施生物有机肥6 000 kg/hm2(T2)、化肥减施30% 配施生物有机肥3 000 kg/hm2(T3)和化肥减施30% 配施生物有机肥6 000 kg/hm2(T4)。每处理重复3次，采用随机区组设计排列小区，小区面积为 15 m2。常规施肥量为当地施肥量，化肥减施20%、30%为常规施肥总量的基础上依据平衡施肥分别减施，即T1、T2处理中化肥施用量为常规施肥总量减施20%(N减施22.4%，P2O5减施 62.7%，K2O增施144.7%)，T3、T4处理中化肥施用量为常规施肥总量减施30%(N减施 31.8%，P2O5减施67.3%，K2O增施113.6%)。定植前(2018-05-05)一次性施入鸡粪4 200 kg/hm2后深翻土壤；分别于韭菜养根期和生产期两个时期进行施肥，养根期施肥以该时期施肥总量的30%、30%、40%分别于5月15日、6月28日、8月27日撒施施入，生产期所需肥料于扣棚(11月19日)前两日一次性施入，各处理田间管理措施一致。具体施肥量如表1所示。

表1 试验各处理施肥量Table 1 Amount of fertilizer application of each treatment kg/hm2

1.3 测定项目及方法

韭菜生产期分别于2019年1月29日、2月22日、3月30日进行采收，采收时各小区分别测产、并随机选取9穴韭菜，带回实验室用于测定养分指标，并于第一次采收时测定生长指标及品质指标。

1.3.1 生长指标 使用直尺测定韭菜株高(茎基部至生长点的距离)，并记录分蘖数；取适量鲜根，采用红四氮唑法(TTC法)测定根系活力[16]。

1.3.2 营养品质 维生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚钠染色法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250溶液法测定；硝酸盐含量采用水杨酸法测定[17]；粗纤维含量采用燃烧称重法测定[18]。

1.3.3 植株养分含量 分别测定根、茎、叶的鲜质量后置于烘箱杀青、烘干至恒量，测定各部分干质量；采用H2SO4-H2O2法消煮后，分别采用凯氏定氮法测定全氮，钼锑抗比色法测定全磷，火焰光度法测定全钾[19]。

1.3.4 土壤养分含量 取根际土壤置于通风处自然风干、过筛，采用碱解扩散法测定碱解氮；采用NaHCO3浸提—钼蓝比色法测定速效磷；采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾；采用重铬酸钾容量法测定有机质(SOM)；使用电导率仪、pH仪分别测定土壤电导率和pH[20]。

养分利用率[21]与表观平衡[22]计算公式如下：

氮(磷、钾)肥利用率=[施肥区地上部作物氮(磷、钾)积累量—不施肥区地上部作物氮(磷、钾)积累量]/氮(磷、钾)肥投入量×100%

养分表观平衡系数=投入土壤中的养分/地上部带出土壤中的养分

养分实际平衡率=(投入养分-支出养分)/支出养分×100%。

1.4 数据分析

采用Excel 2016进行数据统计分析和作图，用SPSS 22.0进行单因素方差分析，并采用Duncan’s进行多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥部分替代化肥对韭菜生长的 影响

2.1.1 对韭菜株高和分蘖数的影响 由图1可以看出，生物有机肥部分替代化肥显著影响韭菜株高和分蘖数(P<0.05)。与CF处理相比，T2处理韭菜株高提高最为显著，提高10.89%，在T1、T3、T4处理下分别提高4.50%、1.33%、 5.78%。同一化肥减施水平下，韭菜株高随着生物有机肥施用量的增加而增高，T2较T1处理提高6.11%，T4较T3处理提高4.38%。韭菜分蘖数的变化趋势和株高相似，T2处理分蘖数显著高于CF处理，T3处理较CF处理分蘖数降低，T1、T4处理的分蘖数与CF处理无显著差异。说明生物有机肥部分替代化肥对韭菜生长有明显的促进作用，且在T2处理下最显著。

不同小写字母表示在0.05 水平差异显著。下同

2.1.2 对韭菜根系活力的影响 各施肥处理下韭菜根系活力的变化如图2所示，生物有机肥部分替代化肥的各处理对韭菜根系活力影响显著。其中T2处理效果最佳，较CF提高25.76%，T1、T3、T4处理较CF处理根系活力均有提高。且在同一化肥减施水平下，根系活力随生物有机肥的增加而提高，T2较T1处理提高14.72%， T4较T3处理提高7.61%。

2.2 生物有机肥部分替代化肥对韭菜营养品质的影响

从表2可以看出，各处理下韭菜维生素C含量为0.57～ 0.85 mg/g，以T2处理最高。与CF处理相比，T1、T2、T3、T4处理分别提高22.95%、39.34%、19.67%、29.51%。同一化肥减施水平下，T2较T1处理维生素C含量提高13.33%，T4较T3处理维生素C含量提高 8.23%；同一生物有机肥配施水平下，T3、T4较T1、T2处理维生素C含量差异不显著。表明生物有机肥部分替代化肥有利于提高韭菜维生素C含量，且T2处理对维生素C含量提高的最为显著，且在化肥施用量一定时，生物有机肥的增施促进韭菜维生素C的合成。

图2 生物有机肥部分替代化肥韭菜根系活力Fig.2 Root activity of Chinese chives under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

韭菜中可溶性糖和可溶性蛋白含量在各处理下分别为2.20%～3.01%、1.49～1.98 mg/g，且均以T2处理最高，较CF处理，T2处理下可溶性糖提高33.19%、可溶性蛋白提高22.98%；T1、T3、T4处理可溶性糖含量分别提高23.45%、 12.39%、27.43%，可溶性蛋白分别提高 13.04%、7.45%、10.56%。在同一化肥减施水平下，T2较T1处理可溶性糖提高7.89%、可溶性蛋白提高8.79%；T4较T3处理可溶性糖提高13.39%、可溶性蛋白提高2.89%；同一生物有机肥配施水平下，T3较T1处理可溶性糖降低 8.96%、可溶性蛋白降低4.95%，T4较T2处理可溶性糖降低4.32%、可溶性蛋白降低10.10%。

硝酸盐含量和粗纤维是评价叶菜类蔬菜的重要品质指标。由表2可以看出，生物有机肥部分替代化肥处理下硝酸盐、粗纤维含量降低。其中T4处理下硝酸盐含量最低，较CF处理降低 27.26%，T1、T2、T3较CF处理硝酸盐含量分别降低16.06%、14.84%、23.98%。T1、T2、T3、T4较CF处理粗纤维分别降低18.52%、 14.81%、13.56%、8.7%，在相同生物有机肥配施水平下，T3较T1处理粗纤维含量增加6.09%、T4较T1处理增加7.22%；在同一化肥减施水平下，T2较T1处理粗纤维含量增加4.55%、T4较T3处理增加5.66%。

表2 生物有机肥部分替代化肥韭菜营养品质Table 2 Nutritional quality under treatment of partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

2.3 生物有机肥部分替代化肥对韭菜产量的影响

如表3所示，各处理总产量大小依次为： T2>T4>T1>T3>CF>CK。CF较CK处理增产31.47%；T1、T2、T3、T4较CF处理分别增产 7.30%、10.57%、4.71%、7.88%，在相同化肥减施水平下，T2较T1处理增产率提高44.79%，T4较T3处理增产率提高67.30%。结果表明生物有机肥部分替代化肥显著提高韭菜产量，且在化肥施用量一致的情况下，增施生物有机肥可促进韭菜高产。

表3 生物有机肥部分替代化肥韭菜产量Table 3 Chinese chives yield under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

2.4 生物有机肥部分替代化肥对韭菜养分利用及分配率的影响

2.4.1 对韭菜不同器官氮素积累、分配率及氮肥利用率的影响 如表4所示，不同施肥处理下，氮肥利用率在T2处理下最高，为20.09%。T1、T2、T3、T4处理较CF处理氮肥利用率分别提高93.27%、141.47%、61.30%、97.12%。表明生物有机肥部分替代化肥利于提高氮肥利用率。各器官的氮素积累量以T2处理最高，与CF处理相比，根、茎、叶氮素积累量分别提高72.17%、 46.99%、49.00%；同一化肥减施水平下，T2较T1处理根、茎、叶氮素积累量分别增加24.52%、 21.14%、13.85%，T4较T3处理根、茎、 叶氮素积累量依次增加18.16%、3.72%、10.46%。同一生物有机肥施用水平下，T3较T1处理根、叶氮素积累量分别降低15.51%、26.62%，茎氮素积累量增加3.04%；T4较T2处理根、茎、叶氮素积累量分别降低19.85%、11.74%、28.49%。各器官氮素分配率以功能叶最高，根系次之，茎 最小。

表4 生物有机肥部分替代化肥韭菜不同器官氮素积累、分配率及氮肥利用率Table 4 Nitrogen accumulation, distribution rate and nitrogen utilization efficiency in different organs of Chinese chives under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

2.4.2 对韭菜不同器官磷素积累、分配及磷肥利用率的影响 表5表明，各施肥处理下磷肥利用率以T2处理最高，为15.10%。与CF处理相比，T1、T2、T3、T4处理磷肥利用率分别提高 345.96%、429.82%、312.63%、356.14%，在同一化肥减施水平下，T2较T1处理磷肥利用率提高18.80%，T4较T3处理磷肥利用率提高 10.54%。

表5 生物有机肥部分替代化肥韭菜不同器官磷素积累、分配率及磷肥利用率Table 5 Phosphorus accumulation, distribution rate and phosphorus utilization efficiency in different organs of Chinese chives under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

不同施肥处理下各器官磷素积累量存在显著差异(表5)。与CF处理相比，根、茎、叶磷素积累量在T2处理下分别增加54 .53%、64.12%、 47.60%；同一化肥减施水平下，T2较T1处理根、茎、叶磷素积累量分别增加15.01%、 26.99%、5.00%，T4较T3处理根、茎、叶磷素积累量分别增加24.49%、24.60%、24.26%。同一生物有机肥减施水平下，T3较T1处理磷素积累量分别降低21.69%、11.20%、35.36%，T4较T2处理磷素积累量分别降低15.21%、12.94%、 23.51%。从各器官磷素分配率来看，功能叶上磷素分配率最高，其次为根，茎最低。

2.4.3 对韭菜不同器官钾素积累、分配率及钾肥利用率的影响 如表6所示，不同施肥处理下钾肥利用率存在显著差异。在CF、T1、T2、T3、T4处理下钾肥利用率分别为20.27%、12.47%、 15.97%、11.64%、14.92%。较CF处理，各配施处理下钾肥利用率降低。

表6 生物有机肥部分替代化肥韭菜不同器官钾素积累、分配率及钾肥利用率Table 6 Potassium accumulation, distribution rate and potassium utilization efficiencyin different organs of Chinese chives under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

不同施肥处理下根、茎、叶钾素积累量以T2处理最高，较CF处理分别提高57.96%、 56.18%、42.63%。同一化肥减施水平下，T2较T1处理根、茎、叶磷素积累量分别增加22.76%、 30.36%、12.05%，T4较T3处理根、茎、叶磷素积累量分别增加26.95%、19.47%、13.27%。在同一生物有机肥施用水平下，T3较T1处理根、叶钾素积累量分别降低10.73%、22.38%，茎钾素积累量增加9.55%；T4较T2处理根、叶钾素积累量分别降低7.73%、21.56%，茎钾素积累量增加0.47%。各器官钾素分配以功能叶最高，根系次之，茎最少。

2.4.4 对土壤氮、磷、钾平衡的影响 施肥对土壤—韭菜养分平衡体系产生一定的影响，如表7所示，土壤氮、磷、钾在各施肥处理下均处于盈余状态，在CK处理下均处于亏缺状态。其中，CF处理下，氮素、磷素实际平衡率分别达253.89%、 831.12%，表明土壤中氮素和磷素处于盈余状态，特别是磷素表现为大量盈余状态，而钾素实际平衡率为22.48%，土壤中钾素盈余较低；较CF处理，各配施施肥处理下氮素、磷素平衡系数和实际平衡率降低，其中磷素平衡系数在T1处理下降低83.78%，钾素平衡系数和实际平衡率大幅提高，T3处理下钾素平衡系数增高73.77%；化肥减施30%时较减施20%更有利于土壤养分的盈余，表明化肥的施用是影响土壤养分盈余的重要因子。

表7 生物有机肥部分替代化肥土壤氮、磷、钾平衡Table 7 N, P, K balance in soil under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

3 讨 论

生物有机肥部分替代化肥经大量研究证明是可行的，合理的配施制度对作物的生长、产量、品质产生积极影响[23-24]。本研究发现，生物有机肥部分替代化肥对韭菜的生长有显著影响。在一定化肥减施水平下，T1、T2处理显著提高了韭菜株高和分蘖数，且随生物有机肥的增加作用效果越显著；T3、T4处理韭菜的株高和分蘖数较T2处理有所下降，这与张雪艳等[25]在对黄瓜的研究结果相似。在一定生物有机肥水平下随化肥减施量的增加，根系活力有所降低。说明减施化肥并配施适量生物有机肥能够促进作物生长，提高根系活力，但过量减施不利于作物生长。

研究表明，有机肥的施用对蔬菜品质具有一定的影响。Verma等[26]在研究生物有机肥和化肥对甘蓝生长的影响中发现，生物有机肥对甘蓝的产量、粗纤维、维生素C、总糖等营养品质和物理性状均有显著影响。徐大兵等[27]在有机氮肥替代减施化肥对辣椒养分吸收及品质影响中指出：有机氮配施减量化肥时辣椒的品质、产量均优于单施化肥，且能降低辣椒的硝酸盐含量。本试验发现，与CF处理相比，生物有机肥部分替代化肥处理显著增加韭菜维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白的含量，降低硝酸盐、粗纤维含量；在一定生物有机肥配施水平下，T3、T4较T1、T2处理维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量有所降低，同时随化肥减施量的增加硝酸盐含量增加、粗纤维含量有所降低；在同一化肥减施水平下，随着生物有机肥施入量的增加粗纤维含量增加。这一结论与程晓彬等[23]在减量氮肥对小白菜生长的影响中的研究结果相符。同时，韭菜产量受不同施肥处理的影响较大，配施处理产量显著高于CF处理，且在T2处理产量达最高，这一结论和Brunetti等[28]在有机无机配施对番茄的影响中的结论相符。结果表明生物有机肥部分替代化肥能够在提高作物产量的同时改善其营养品质，且随着化肥施用量的减少，硝酸盐含量降低。

营养元素的积累和分配是作物生长的决定因素，不同的施肥模式对养分的积累和分配有较大的影响[12,29]。长期以来，传统种植模式中通常以大量施肥为手段以期达到促进作物吸收养分，从而获得高产的目的。研究证明，合理减少化肥施用量对作物产量有促进作用[30]。汤宏等[31]在辣椒和郑少玲等[32]在芥蓝的研究中指出：施用生物有机肥可大幅度提高作物地上部的氮磷钾积累量。本试验中，生物有机肥部分替代化肥显著增加了韭菜根、茎、叶养分积累量，同一化肥施用水平下，增施生物有机肥有利于养分积累。同一生物有机肥施用水平下，化肥减施20%时更有利于氮素、磷素积累，尤其促进根系对氮的吸收；化肥减施20%时，利于茎对钾素的吸收，化肥减施30%时，利于根对钾素的吸收，依据根、茎、叶对钾素的吸收，发现化肥减施20%时更利于各器官对钾素的吸收；综合各器官对养分的吸收，化肥减施30%时养分积累效果较化肥减施20%时有所降低，这是由于化肥减施30%与配施的生物有机肥的协同效应有所降低，即生物有机肥与化肥配施对作物生长发育的促进作用减弱，作物根系分泌物随之减少，土壤养分转化速率降低，土壤速效养分的积累随之减少，不利于作物养分大量积累[33-35]。

本试验研究发现，生物有机肥部分替代化肥增加氮、磷肥利用率，降低钾肥利用率；与CF处理相比，T2处理下氮、磷肥利用率显著增加，T3处理下氮、磷肥利用率降低，T1和T4处理之间无显著差异，结果表明适量生物有机肥配施合理化肥有利于提高作物氮、磷肥的利用率。这一结果与蒲瑶瑶等[36]在有机肥部分替代化肥对西瓜养分利用的研究相似，即生物有机肥部分替代化肥较单施化肥提高氮、磷肥的利用率。有研究表明，由于过量施用化肥所导致中国农田养分平衡现状表现出氮素、磷素处于大量盈余状态[37]。同样在本研究中CF处理下氮素、磷素大量盈余，在一定生物有机肥施用水平下，氮、磷肥减量有效降低土壤养分盈余，避免养分大量流失对环境造成污染，同时钾肥的增施使得土壤钾素盈余增加、土壤供钾强度增强。因此合理施用化肥是维持土壤养分平衡的关键。

4 结 论

与常规施用化肥(CF)相比，生物有机肥部分替代化肥显著促进韭菜生长、提高韭菜产量；改善其营养品质，同时增加氮磷肥利用率，促进土壤养分平衡。综合来看，T2处理(化肥减施20%配施生物有机肥6 000 kg/hm2)为最优处理，较CF处理，韭菜产量、维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量显著增加，硝酸盐含量明显降低，同时氮磷肥料利用率分别提高20.09%、15.10%。因此，生物有机肥部分替代化肥是促进韭菜高产优质、实现肥料高效利用、达到减肥增效的有效途径。