有机肥替代化肥对大葱产量、品质和土壤氮淋失的影响

闫佳会，侯 璐，姚 强，侯生英，郭青云

(青海大学 农林科学院，农业部西宁作物有害生物科学观测实验站，青海省农业有害生物综合治理重点实验室，西宁 810016)

科学合理使用化肥是蔬菜优质高产的重要物质基础，农业生产中应使化肥的正面效应发挥到最大，负面效应减弱到最小。蔬菜作为一种见效快，收益高的经济作物，滥用化肥直接导致蔬菜品质、化肥利用率和投入产出比下降，使土壤次生盐渍化、养分富集、有机质含量减少、重金属超标、硝酸盐含量激增等，成为中国蔬菜产业可持续发展的又一瓶颈[1-5]。

动物和植物是有机肥的主要来源，包括植物必须的氮、磷、钾等在内的丰富营养元素，不仅能为蔬菜提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤的理化性质和生物活性，起到改良土壤保水保肥的作用，同时还能促进蔬菜生长、改善品质、提高蔬菜产量[6-8]。实现化肥零增长目标的重要途径之一是在农业生产中大面积推行有机肥部分替代化肥。

大葱(AlliumfistulosumL.)属百合科(Liliaceae)葱属(AlliumL.)蔬菜，因其独特的口感和风味深受民众喜爱。在中国，大葱拥有悠久的栽培历史，栽培面积常年稳定在100万hm2，在中国蔬菜生产中占有非常重要的地位[9]。大葱适应性广泛，使得其已成为青海省新兴的蔬菜品种，种植面积逐年扩大，青海省作为中国重要的水源地及重要的生态敏感区，土壤肥力低，存在农户为追求经济效益而盲目追施化肥现象。盲目大量的施用化肥，不仅破坏土壤结构[10-12]，也使得该区域内的生态条件更为脆弱。因此，在该区域内探讨不同梯度化肥减量增施有机肥对大葱产量和品质的影响，为改善当地土壤环境，提高大葱品质提供技术参考和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年2月—11月在青海省湟中县拦隆口镇靖祥合作社(36°77′N，101°48′E)进行。该区域位于青海省东部，为西北黄土高原和青藏高原过渡地带，属于青藏高原冷凉半干旱地区，平均海拔2 357.6 m，年平均气温5.1 ℃，年平均降水量509.8 mm，且降雨主要集中在6月—8月，年均无霜期170 d。土壤类型为栗钙土，基本理化性质为：pH 8.22，碱解氮质量分数144.0 mg·kg-1，速效钾质量分数136.0 mg·kg-1，速效磷质量分数28.8 mg·kg-1，土壤有机质质量分数28.5 g·kg-1，全盐质量分数1.28 g·kg-1。

1.2 试验设计

供试大葱品种为‘幕田一本’，耐寒性好，依据大葱定植时间，于2019-02-09在温室进行播种，种子掺细沙后撒种，覆土1 cm，4月23日定植。全膜覆盖后采用插葱定植，葱苗入土深度为25～30 cm，株行距为12 cm×12 cm，667 m2定植 59 000株。

有机肥氮替代化肥氮试验，以全施化肥(100%)(常规施肥)(100CF)处理为对照(CK)，设有机肥20%、40%、60%、80%和100%5个比例替代处理。小区面积30 m2(3 m×10 m)，每小区用高垄分隔，垄高20 cm，每处理4次重复，随机区组排列。氮肥为尿素[w(N)=46%]，磷肥为过磷酸钙[w(P2O5)= 12%]，钾肥为硫酸钾[w(K2O)=50%]，有机肥为市售商品有机肥 (N∶P2O5∶K2O=2.6∶2.2∶0.7，有机质≥45%)，有尿素使用量的，一半作为底肥施入，一半作为追肥施入，磷钾肥均作为底肥施入，各处理氮肥用量一致，均为273 kg·hm-2。替代化肥试验所用肥料均购自于湟中县拦隆口镇农资经销站，氮、磷、钾肥和有机肥具体用量见表1。

表1 田间试验各处理肥料用量Table 1 Fertilizer rate for treatments

1.3 样品采集

土壤样品采集。大葱收获期结束后，按“S”形每小区多样点采集0～20 cm及20～40 cm耕层土壤，四分法留样1 kg，0.5 kg样品保存于 4 ℃冰箱，用于硝态氮和铵态氮的测定，0.5 kg土样风干后用于其他理化性质分析。

植物样品采集。在大葱收获期采集样品，详细记录大葱单株质量、茎粗、株高、假茎长、叶片数[13]，每个小区分别称量计产，选取1.5 kg大葱测定品质。

1.4 测定项目及方法

土壤理化性质：采用鲍士旦[14]的方法，有机质采用重铬酸钾-硫酸外加热法；土壤pH采用水土比2.5∶1的玻璃电极法测定；速效磷采用Olsen-P法，钼锑抗比色测定；速效钾采用醋酸铵浸提法，火焰光度测定；碱解氮采用碱解扩散法；硝态氮和铵态氮采用氯化钾浸提，流动分析仪 测定。

大葱品质指标：硝酸盐采用水杨酸-硫酸法测定，可溶性糖采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝法测定，丙酮酸采用2，4-二硝基苯肼比色法，还原性维生素C采用二甲苯萃取比色法测定，有机酸采用NaOH滴定法。

1.5 数据处理

采用SPSS 20.0和Microsoft Excel 2007对试验数据进行统计分析，采用邓肯新复极差法(DMRT)法对试验数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 有机肥不同比例替代化肥对大葱外观形态及产量的影响

由表2可知，有机肥氮替代化肥氮对大葱产量和外观形态指标均有显著影响。在各处理中，以80CF20OF处理的株高和假茎最大，20CF80OF处理的茎粗最大，40CF60OF处理的单株质量和产量最大。

表2 有机肥不同比例替代化肥大葱产量和外观形态Table 2 Yield and appearance shape of Allium fistulosum L. under substitution of chemical fertilizer with organic fertilizer by different ratios

100CF、80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF四个处理在株高、假茎长和产量方面差异均不显著，但以上4个处理的株高、假茎长和产量均显著高于20CF80OF、100OF；4个有机肥替代处理和全施化肥处理在茎粗和叶片数2个指标上无显著性差异；100OF处理的单株质量显著低于100CF、80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF处理。在有机肥替代比例为0～60%时，随着有机肥增施比例的提高，大葱产量逐渐提高，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF处理相比100CF分别增加3.39%、 4.48%、5.32%，20CF80OF、100OF处理分别降低11.57%、 16.47%。

以上分析可知，有机肥部分替代化肥对大葱产量和外观形态的影响有一定的差异，有机肥替代比例超过80%，显著降低株高、假茎长和产量。

2.2 有机肥不同比例替代化肥对大葱硝酸盐及营养品质的影响

由表3可知，随着有机肥替代比例逐渐提高,大葱中硝酸盐含量逐渐降低，与100CF相比， 80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF、100OF处理硝酸盐含量分别降低2.03%、 4.71%、8.29%、16.57%和31.91%；100OF处理显著低于其他4个处理。丙酮酸作为葱属植物主要风味物质和重要功能成分有机硫化物的分解产物，含量高低直接决定大葱营养价值[15]。由表3可知，有机肥替代化肥对大葱丙酮酸含量和有机酸含量影响均不显著。增施有机肥能显著增加大葱维生素C含量，与100CF相比，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF、100OF处理维生素C含量分别增加17.92%、39.40%、 45.08%、57.56%、64.06%；不同施肥处理对游离氨基酸和可溶性蛋白的影响较小。与100CF处理相比，20CF80OF和100OF处理的可溶性蛋白含量分别显著增加74.77%、78.38%。有机肥部分替代化肥对大葱品质及硝酸盐的影响有一定的差异，增施有机肥能显著降低硝酸盐含量，增加维生素C含量，以100OF处理硝酸盐含量最低，维生素C含量最高。

表3 有机肥不同比例替代化肥处理后的大葱品质Table 3 Quality of Allium fistulosum L. under sustitution of chemical fertilizer with organic fertilizer by different ratios

2.3 有机肥不同比例替代化肥对大葱土壤硝态氮和铵态氮的影响

由表4可知，与100CF相比，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF和100OF处理0～20 cm土壤中的铵态氮含量分别降低 22.87%、60.62%、65.68%、73.79%、76.17%，有机肥替代比例超过40%，铵态氮的含量显著降低。但20～40 cm土层铵态氮含量基本保持不变。结果表明土壤中铵态氮主要在0～20 cm耕层中积累，对20～40 cm土层影响较小。

与100CF相比，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF和100OF处理0～20 cm土壤中的硝态氮含量分别降低10.84%、 42.53%、55.06%、72.27%、80.48%，与铵态氮结果相似，有机肥替代比例超过40%，硝态氮含量显著降低。20～40 cm土层中，硝态氮含量与0～20 cm土壤变化趋势一致。

以上分析表明，土壤中硝态氮的富集明显高于铵态氮的富集，且在0～20 cm耕层内，施用有机肥均能不同程度降低土壤中硝态氮和铵态氮的含量， 20～40 cm耕层，有机肥替代化肥能显著降低硝态氮的含量，对铵态氮的影响不显著。

表4 有机肥不同比例替代化肥土壤无机氮量Table 4 Inorganic nitrogen content in soil under substitute of chemical fertilizer with organic fertilizer by different ratios

3 讨论与结论

大葱产量的关键取决于土壤地力水平，应该依据土壤基础养分供应能力和大葱需肥规律决定施肥量。孙冬梅[16]研究表明，每生产1 000 kg大葱，需要吸收的氮、磷、钾分别为：2.7～3.0 kg、 0.5～1.2 kg、3.3～4.0 kg。青海省氮肥、磷肥、钾肥的利用率分别为33.0%、35.2%、37.8%[17]，在此条件下，本研究中各处理的养分量均能满足大葱目标产量需求，且100%有机肥替代处理中各磷、钾含量高于其他处理。

中国露地蔬菜中各养分含量均大幅度超出推荐量，N、P2O5、K2O分别超出2.7倍、5.9倍和1.5倍[1]。与化肥中的各养分相比，有机肥的养分均具有缓效性。按照一定比例配施有机肥与化肥，不仅能够减少化肥使用，缓解土壤酸化对氮、磷养分高效利用的制约，还能降低蔬菜中硝酸盐含量，提高蔬菜品质[18-20]。大量研究表明，露地蔬菜养分用量中有机肥养分量占总养分量的适宜比例一般为40%～50%[21-23]。本研究中，大葱有机肥替代的合适比例为40%和60%，大葱产量相比全施化肥处理分别增加3.39%、4.48%。李杰等[24]研究表明增施有机肥能够提高花椰菜和番茄的产量，但最适替代比例为20%～30%。

蔬菜品质的优劣是多种因素共同作用的结果，施肥方式为主要影响因素，有机肥不仅包含植物生长必需的大量元素，还含有多种中微量元素，例如锌、硫、硼、铁、镁、钙等。丰富的矿质营养对于大葱假茎的形成和发育具有重要的影响。施硫量与大葱辛辣程度成显著正相关，丙酮酸含量随硫水平的升高而显著增加[25-27]。本研究中大葱丙酮酸的含量为0.032 2～0.032 4 μg·mL-1时，各处理间无显著性差异，这可能与未增施硫肥有关。已有多项研究证实增施有机肥可降低蔬菜中硝酸盐的含量，提高维生素C和可溶性蛋白含量[24-25,28]，本研究结果与前人研究结果基本一致，有机肥部分替代化肥对大葱品质及硝酸盐的影响有一定的差异，增施有机肥能显著降低硝酸盐含量，增加维生素C含量，以100%施用有机肥硝酸盐含量最低，维生素C含量最高；与100CF相比，20CF80OF和100OF处理的可溶性蛋白含量分别增加74.77%和78.38%。

有机肥替代是降低土壤硝态氮淋失风险的有效措施[29-31]。徐大兵等[18]研究表明，2 a种植5季叶类蔬菜，采用有机氮替代化肥氮技术，100%有机氮处理0～20 cm和20～40 cm 土壤中硝态氮的流失风险均显著降低。本试验也得到与前人类似的研究结果，土壤中铵态氮和硝态氮的含量随着有机肥替代比例增加逐渐降低，与100CF相比，有机肥替代处理0～20 cm土壤铵态氮和硝态氮减少22.87%～76.17%和10.84%～ 80.48%，而20～40 cm土壤铵态氮和硝态氮减少4.83%～54.18%和29.13%～75.45%。

综上可见，有机肥替代比例在40%～60%时，并未降低大葱产量，且较常规施肥显著提高维生素C、可溶性蛋白含量，降低蔬菜中硝酸盐含量及土壤中硝态氮淋失风险。40CF60OF处理大葱产量、品质最佳，土壤硝态氮淋失风险最低。