化肥减量配施生物有机肥对蒜苗生理特性、产量及品质的影响

王庆玲，朱代强，王成，牛天航，毛震宇，颉建明

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070)

大蒜(AlliumsativumL.)属于百合科一年生或二年生草本植物，鳞茎中含较多维生素、蛋白质、糖类等营养物质，特殊成分的大蒜素有助于消化，可增进食欲、抑菌杀菌、防癌抗癌，是一种具有营养保健和独特药理功能的蔬菜[1].蒜苗作为特定时期的大蒜青苗，食用部分主要是鲜嫩的叶片与叶鞘，同样有极高的营养与药用价值.

肥料是保障蔬菜生产和安全的基础，关系到农业和环境的可持续发展，但生产中菜农为了追求高产而过量施用化肥现象较为普遍，导致蔬菜品质下降[2]，尤其是硝酸盐含量加剧[3]，同时也造成土壤板结、养分失衡等诸多问题，对人类健康和农业生产带来了严重危害[4].生物有机肥是一类以有机物为主体，依靠微生物的生产代谢活动为植物提供养分和必需物质的肥料.已有研究表明，生物有机肥不仅可提供植物生长所必需的养分，还具有改善土壤团粒结构、增强作物养分吸收能力、调节根区微生物数量、增强植物抗逆性[5-7]的功能，从而提高作物产量和品质[8].2015年，农业部明确提出到2020年中国农业要实现“化肥农药零增长”，而生物有机肥的应用符合“绿色环保，节约资源”的要求，因此大力发展生物有机肥部分替代化肥对于我国农业部实现化肥施用量的零增长具有十分重要的意义.目前，化肥减量配施生物有机肥的研究多集中在茄果类[9]、瓜类[10]、白菜类[11]等蔬菜上，而葱蒜类蔬菜上的研究相对较少.本文通过大田试验，研究化肥减量配施生物有机肥对蒜苗生理特性、产量及品质的影响，以期为蒜苗田间生产提供科学合理的施肥方案.

1 材料与方法

1.1 试验点概况

本试验点位于甘肃省天水市武山县洛门镇王家庄村，N 34°43′41″，E 105°1′46″，气压856.4 hPa，海拔1 415.3 m，属于干旱半干旱地区，年平均气温6～14 ℃，年平均降水量450～700 mm(7～10月份降水量占年降水总量60%以上)，年蒸发量1 000～2 000 mm，无霜期120～220 d.

1.2 试验材料

供试作物为陇南市成县生产的“紫皮大蒜”；供试土壤理化性状：pH 6.53，EC485.00 us/cm，有机质15.993 g/kg，碱解氮84.0 mg/kg，有效磷74.0 mg/kg，速效钾334.7 mg/kg；供试生物有机肥由甘肃绿能瑞奇生物技术有限公司生产，N+P2O5+K2O≥5%，有效活菌数在0.2亿/g，有机质含量≥50%，腐植酸含量≥25%；供试肥料为磷酸二铵(N∶P2O5∶K2O=18∶46∶0，总养分≥64%)、“鄂中”高钾型复合肥(N∶P2O5∶K2O=18∶5∶22，总养分≥45%)、“金沂蒙”高塔型复合肥(N∶P2O5∶K2O=17∶17∶17总养分≥51%).生物有机肥作基肥一次性施入，化肥分3次追施.

1.3 试验设计

本试验采用秋延后塑料大棚栽培，蒜苗于2017年7月21日开沟点播，浅灌后3 d后将种植地块做成高40 cm的畦，畦距50 cm，开沟点播蒜种，株、行距平均为5 cm，点播蒜种深度为3 cm，田间管理同当地大田.采用二因素试验设计，设化肥减施10%(F1)、减施20%(F2)2个水平，配施生物有机肥200 kg/667 m2(B1)、400 kg/667m2(B2)2个水平，不施肥(CK)、常规施肥(CF)2个对照，共6个处理，3次重复，随机排列，共计18个小区，小区面积22 m2.其中化肥减施10%和20%均是在常规施肥总量的基础上减施，具体施肥量见表1.

表1 试验各处理施肥量

1.4 测定指标及方法

蒜苗于2017年12月7日开始采收，以下各项指标均于蒜苗采收时期测定.

1.4.1 形态指标的测定 各处理随机选出15株蒜苗，使用卷尺对株高(鳞茎盘至叶片最顶端的长度)、假茎长(鳞茎盘到其叶片和叶鞘分界最为明显的部分)、叶宽(叶片最宽处的宽度)进行测量，用游标卡尺测量假茎粗(假茎底端的最粗处直径).

1.4.2 生理指标的测定 根系活力：采用红四氮唑(TTC)法测定[12]；硝酸还原酶(NR)活性：采用磺胺比色法测定[13]；叶片的色素指标：采用丙酮比色法[14]测定；光合参数(净光合速率Pn、气孔导度Gs、蒸腾速率Tr、胞间CO2浓度Ci)采用CIRAS-2光合仪于早晨 8∶30～10∶00测定，测定部位为上数第4片叶中间，每处理随机测5株，3次重复.

1.4.3 产量品质指标的测定 蒜苗达到商品标准后采收，用MP200B电子天平按照试验小区称量蒜苗的鲜质量.硝酸盐、可溶性蛋白、大蒜素、维生素C的含量分别采用紫外吸收法[15]、考马斯亮蓝G-250溶液法[14]、苯腙比色法[16]、2，6-二氯酚靛酚钠染色法[17]测定.

1.5 数据处理

采用Excel 2016软件对试验数据进行处理，统计分析采用SPSS 22.0软件Duncan新复极差法对试验数据进行统计分析.

2 结果与分析

2.1 化肥减量配施生物有机肥对蒜苗形态指标的影响

由表2可知，与CK相比，各施肥处理的蒜苗形态指标均呈增加趋势.化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗株高、假茎粗、假茎长、叶宽均高于CF，以F2B2最高，依次较CF高10.5%、24.4%、18.7%、26.9%.当化肥减量相同时，蒜苗植株的形态指标随生物有机肥用量的增加呈升高趋势，但差异不显著.当生物有机肥用量相同时，蒜苗植株的形态指标随化肥用量的减少呈升高趋势，其中F1B1与F2B1的形态指标差异均不显著，F2B2的假茎长较F1B2显著增高15.6%，株高、叶宽、假茎粗差异不显著.

表2 不同处理对蒜苗形态指标的影响

2.2 化肥减量配施生物有机肥对蒜苗生理指标的影响

2.2.1 对根系活力和硝酸还原酶活性的影响 由表3可知，与CK相比，各施肥处理的蒜苗根系活力呈下降趋势，硝酸还原酶活性呈增加趋势.化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗根系活力、硝酸还原酶活性均高于CF，以F2B2最大，依次较CF显著增大116.9%、215.8%.当化肥减量相同时，随着生物有机肥用量的增加，蒜苗根系活力、硝酸还原酶活性均呈增加趋势，其中F2B2较F2B1显著增强，依次增加74.5%、57.9%.当生物有机肥用量相同时，化肥减量20%处理的根系活力、硝酸还原酶活性均高于化肥减量10%的处理.

表3 不同处理对蒜苗根系活力和硝酸还原酶活性的影响

2.2.2 对叶片色素含量的影响 由表4可知，与CK相比，各施肥处理的蒜苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素的含量均呈增加趋势.化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗叶片色素含量以F1B2最高，依次为0.716、0.223、0.939、0.172 mg/g，与CF无明显差异.当化肥减量相同时，蒜苗叶片色素含量随生物有机肥用量的增加呈上升趋势，差异不显著；当生物有机肥用量相同时，化肥减量10%处理的蒜苗叶片的光合色素含量高于减量20%的处理，但无明显差异.

表4 不同处理对蒜苗叶片色素含量的影响

2.2.3 对光合特性的影响 由表5可知，与CK相比，各施肥处理的蒜苗叶片的光合参数均显著增加.化肥减量配施生物有机肥处理中，F1B2的胞间CO2浓度最低，较CF降低3.2%，差异不显著；F1B2的蒸腾速率、气孔导度、净光合速率均为最大，较CF依次提高29.4%、87.2%、22.7%，其中气孔导度显著提高.当化肥减量相同时，随着生物有机肥用量的增加，蒜苗叶片的胞间CO2浓度呈下降趋势，蒸腾速率、气孔导度、净光合速率均呈增加趋势.当生物有机肥用量相同时，化肥减量10%处理的叶片胞间CO2浓度低于化肥减量20%的处理，其他光合参数均高于化肥减量20%的处理，以F1B2处理更有利于光合作用.

2.3 化肥减量配施生物有机肥对蒜苗产量及品质的影响

2.3.1 对产量及投入产出比的影响 由表6可知，与CK相比，各施肥处理的蒜苗产量显著增加.化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗产量较CF增加，其中F2B2处理的蒜苗产量最大，较CF显著增加16.3%.当化肥减量相同时，蒜苗产量均随着生物有机肥用量的增加呈上升趋势.当生物有机肥用量相同时，F2B1处理的产量显著高于F1B1，F1B2与F2B2无显著差异.

表5 不同处理对蒜苗叶片光合特性的影响

当季蒜苗平均价格2.6元/kg计算得出，各施肥处理的蒜苗产值均显著高于CK，化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗产值均显著高于CF，F2B2最高，较CF增加 16.5%，产值变化趋势与产量相同.本试验地块投入成本(蒜籽费+肥料费+农药费+人工费+水费+棚膜费)为CK：4 833.0元/667 m2、CF：5 583.1元/667 m2、F1B1：5 906.0元/667 m2、F1B2：6 306.0元/667 m2、F2B1：5 833.1元/667 m2、F2B2：6 233.1元/667m2，经计算，各处理蒜苗的纯收入和投入产出以F2B1最高，F2B2次之，二者无明显差异.

表6 不同处理的蒜苗产量及投入产出比

2.3.2 对营养品质的影响 由表7可知，与CK相比，CF处理的蒜苗维生素C含量降低，可溶性蛋白含量、大蒜素含量、硝酸盐含量均升高，化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗营养品质指标的含量均显著高于CK.化肥减量配施生物有机肥处理的维生素C含量、可溶性蛋白含量均显著高于CF，以F1B2最高，分别较CF高69.9%、40.9%；硝酸盐含量均显著低于CF；大蒜素含量表现为CF>F1B1>F1B2，其中F1B1与F1B2差异不显著；当化肥减量相同时，随着生物有机肥用量的增加，各处理的维生素C、可溶性蛋白质含量均呈增加趋势，大蒜素含量、硝酸盐含量均呈下降趋势，但无显著差异.当生物有机肥用量相同时，化肥减量10%的维生素C、可溶性蛋白、大蒜素含量高于化肥减量20%的处理，硝酸盐含量也高于化肥减量20%的处理.

3 讨论

3.1 化肥减量配施生物有机肥对蒜苗形态指标的影响

有研究表明[18]，追施化肥虽可促进作物植株生长，但施肥过多则会导致C、N比例失调，导致生殖生长和营养生长失调.适量的化肥配施生物有机肥不仅可平衡植株的C、N比，促进养分吸收利用，也可调节根区微生物数量、增强植物抗逆性，更有利于植株生长[19].本试验结果表明，各施肥处理的蒜苗的株高、假茎粗、叶宽、假茎长均高于CK，化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗形态指标均显著高于常规施肥(CF)，化肥减量20%配施生物有机肥处理的蒜苗形态指标高于化肥减量10%的处理，以化肥减量20%配施400 kg/667 m2的生物有机肥(F2B2)的处理最高.这与高怡安等[20]研究的化肥减量10%、减量20%和减量30%分别配施等量生物有机肥可增加马铃薯株高、分枝数、茎粗的结果相似.

表7 不同处理对蒜苗品质的影响

3.2 化肥减量配施生物有机肥对蒜苗生理指标的影响

本试验发现，化肥减量配施生物有机肥处理可提高蒜苗根系活力和硝酸还原酶活性(NR)，均以化肥减量20%配施 400 kg/667 m2的生物有机肥(F2B2)的处理最高.各施肥处理的根系活力较CK均不同程度地降低，化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗根系活力高于常规施肥(CF).引起这一结果的原因可能是CF、F1B1、F1B2、F2B1化肥施用过量导致根系受到盐胁迫，抑制了蒜苗根系的正常生长，而F2B2在F2B1的基础上增施200 kg/667 m2生物有机肥，改善了根系环境并提高了植物的免疫力，从而显著提高了根系活力.还发现，与常规施肥相比，化肥减量配施生物有机肥可提高蒜苗叶片的硝酸还原酶活性.这与李占等[21]关于冬小麦-夏玉米施肥配比的研究结果相似.

有研究表明，植株叶片中叶绿素含量越高，光合速率越强[22]，提高叶片中的氮素含量可有效地改善作物的光合效率[23].本试验发现，与CK相比，各施肥处理的蒜苗叶片色素含量增加，尤其是叶绿素总含量.与常规施肥(CF)相比，化肥减量配施生物有机肥的处理对蒜苗叶绿素总量无明显影响，化肥减量10%处理的叶绿素含量略高于化肥减量20%的处理.光合参数的变化同叶绿素含量的变化趋势基本相同，均以化肥减量10%配施400 kg/667 m2的生物有机肥(F1B2)的处理最高.这与孔祥波等[24]研究的生物有机肥配施化肥对生姜叶片色素含量增多和净光合速率加快具有促进作用的结果略有不同.原因可能是由于作物种类、氮素水平以及作物对光照的喜好不同，有待进一步研究.

3.3 化肥减量配施生物有机肥对蒜苗产量及品质的影响

本试验发现，与CK相比，各施肥处理的蒜苗产量显著增加.化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗产量较常规施肥(CF)显著增加，其中化肥减量20%配施400 kg/667 m2生物有机肥(F2B2)处理的蒜苗产量最高.这可能与生物有机肥中某些有益菌的生命活动和分泌物有关，缓解了因大量施用化肥造成的土壤板结、盐渍化，养分流失，使蒜苗生长发育过程中有足够的能源物质，从而提高产量.当季蒜苗的产值、纯收入的变化趋势同产量相似，均以F2B2最高.各处理的投入产出比以F2B1(1∶2.88)最大，F2B2(1∶2.74)次之，两者相差不大.

何志学等[25]研究发现，适量的施用氮肥能促进根系对氮素的吸收，同时可提高辣椒中的维生素C和可溶性蛋白的含量，降低硝酸盐含量.有研究表明，蔬菜中硝酸盐含量的增加主要原因是氮肥的过量施入[26].本试验结果表明，化肥减量配施生物有机肥处理的蒜苗营养品质指标的含量均显著高于CK，化肥减量配施生物有机肥处理的维生素C含量、可溶性蛋白含量显著高于CF，硝酸盐含量显著低于CF，大蒜素含量无明显差异，营养品质以化肥减量10%配施400 kg/667 m2生物有机肥(F1B2)的处理最佳.当化肥减量相同时，随着生物有机肥用量的增加，各处理的维生素C、可溶性蛋白质含量呈增加趋势，大蒜素含量、硝酸盐含量呈下降趋势，但无显著差异.说明增施生物肥可有效调节植株营养生长和生殖生长，合理的氮素水平可促进蒜苗的维生素C、可溶性蛋白的形成；蒜苗植株内的硝酸盐含量随着化肥施用量的减少而降低，提高了蒜苗的食用安全性，这与李杰等[27]的研究结果相似.研究还发现减量化肥配施生物有机肥会使蒜苗中的大蒜素含量降低.大蒜素的合成需有硫参加，硫同化过程中重要产物是半肤氨酸，氮作为氨基酸的必须元素，促进了大蒜素的合成.随着施氮量的提高，大蒜素的含量呈上升趋势，低氮不利于大蒜素的累积，这与刘红耀等[28]在大蒜上的研究结果一致.

4 结论

F1B2和F2B2处理均有利于蒜苗植株的生长.F2B2促进蒜苗植株形态建成、提高根系活力以及硝酸还原酶活性，有利于植株的前期生长；而F1B2提高光合色素含量，加快光合速率，有利于植株的后期生长.从产量、营养品质及投入产出比多方面进行分析，化肥减量20%配施400 kg/667 m2的生物有机肥(F2B2)为蒜苗生长的最佳施肥配比，在增产提质的前提下，实现了农业生产化肥施用的“零增长”.