化肥减施下生物有机肥对甜菜生长发育及产质量的影响

张强，郭晓霞，田露，翟泰宇，黄春燕，樊福义，李智，张鹏，苏文斌

（1.乌兰察布市农牧业科学研究院，内蒙古集宁 012000；2.内蒙古自治区农牧业科学院特色作物研究所，呼和浩特 010031；3.包头市城乡统筹一体化促进中心，内蒙古包头 014000）

0 引言

甜菜是我国重要的糖料作物，在我国主要有东北、华北及西北三大产区[1]，其中华北地区已成为我国甜菜种植面积最大的区域，2018 年和2019 年的菜种植面积分别达到了14.07 万hm2和13.67 万hm2[2]，内蒙古是华北甜菜的主要产区，其2018年和2019年的种植面积达到了12.67万hm2和13.07万hm2[3]。随着甜菜在内蒙古地区种植面积的不断扩大，甜菜生产中的施肥问题也不断突显，由于甜菜生长中需肥量较大，施肥是保证甜菜高产高糖的必要条件，种植户为了获得较高的单产，逐年增加化肥施用量，化肥的大量施用又造成了甜菜含糖率降低、品质下降，同时易造成土壤板结、土壤肥力及其物理性质下降、环境污染等问题[4]，因此寻求内蒙古地区甜菜生产高效施肥方式将成为解决甜菜化肥施用过量问题的直接途径。

生物有机肥是指特定功能微生物与腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料，可以被认为是具有生物活性的有机肥，其具有增强土壤肥力、改善土壤结构[5]、增强作物抗逆性[6]、提高作物产量和改善作物品质[7]等作用，研究表明施用生物有机肥及有机无机肥合理配施能够有效降低作物生产中化肥施用量，提高肥料利用效率[8-9]，提高作物对养分的吸收和利用率[10-12]。因此，化肥减施下，有机肥替代部分化肥对维持土壤肥力，改善作物产量、品质具有重要意义。近年来生物有机肥替代化肥已广泛被应用于农业生产，其在不同作物、不同生态区域的应用已成为研究热点，国内外有机肥替代化肥对土壤性质、作物生长发育、作物产量品质以及肥料利用率的影响研究较多。但最佳有机肥替代化肥比例在不同地区、不同作物上的研究结果并不一致[13-15]，截至当前生物有机肥在茄科作物[16]、水稻[17]等作物的研究应用上较多，在甜菜上有微生物菌剂改善甜菜产质量及抗病性的报道[18-20]，未见将生物有机肥作为底肥替代部分化肥在甜菜栽培中的研究报道。本研究旨在化肥减施下设置生物有机肥不同用量，探讨其作为底肥施用后对甜菜生长发育及产质量水平的影响，为内蒙古地区甜菜稳产稳糖提供一种新的施肥策略，指导该区域甜菜生产。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用甜菜品种为‘IM1162’。试验用甜菜专用化肥总养分≥40%，N∶P∶K=12∶18∶15。试验用生物有机肥为生物菌剂与有机肥按照配比（1∶250）进行复配而成，生物菌剂主要是由芽孢杆菌、木酶菌属复合而成，其有效活菌含量为≥5.0亿个/g，有机肥为腐熟羊粪，其有机质含量≥40%，N+P2O5+K2O≥9%。

1.2 试验地概况

试验地位于内蒙古乌兰察布市察右前旗平地泉镇（40.9232°N，113.1196°E），属中温带大陆性季风气候，多寒干燥，风多雨少，昼夜温差大，年均气温为4.5 ℃，最高气温为39.7 ℃，最低气温−34.4 ℃；年降水量376.1 mm，且多集中在7—8月上旬；年均无霜期131 d；土壤类型为栗钙土，其土壤有机质含量18.21 g/kg、全氮含量0.71 g/kg、土壤全磷含量0.46 g/kg、全钾含量16.31 g/kg、碱解氮含量111.07 mg/kg、速效磷含量9.23 mg/kg、速效钾含量153.01 mg/kg，pH8.4。

1.3 试验设计

试验设置6 个处理，以常规施肥（900 kg/hm2甜菜专用化肥）为对照（L0）、设置5 个化肥减量配施生物有机肥处理，其中甜菜专用化肥施用量均为450 kg/hm2，配施不同用量生物有机肥，其用量分别为L1（1 500 kg/hm2）、L2（3 000 kg/hm2）、L3（4 500 kg/hm2）、L4（6 000 kg/hm2）、L5（7 500 kg/hm2）。采用随机区组设计，重复3次，24个小区，小区面积10 m×6 m=60 m2。甜菜采用纸筒育苗移栽栽培模式，种植行距50 cm，株距25 cm，理论株数80 000 株/hm2。甜菜专用化肥和生物有机肥均以基肥的形式一次性施入大田，灌溉采用滴灌的方式，田间管理方式与大田生产一致。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 株高、叶面积指数、植株干重和根冠比测定

在甜菜苗期、叶丛快速增长期、块根及糖分增长期、糖分积累期、收获期进行测定。每个小区取样3 个点，每个点分别取3株甜菜，用卷尺测量最长叶片的高度，为植株株高；叶面积指数的测定采用圆孔取样称重法，具体方法为：以叶片基部第一个侧脉发出点作为叶片和叶柄的分界处,选每个样本有代表性的大、中、小叶片各10片，用直径4 cm的环刀在叶片尖端中脉三分之一处钻孔取样，称鲜重计算得到叶面积指数；将甜菜植株分为茎叶、根2 个部分，在105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至恒重，称重测定干重；根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.4.2 含糖率、产量和产糖量

甜菜收获时，每个小区随机取15 株块根，采用日本产Atago Refractometer PAL-1数字手持折射仪测定块根锤度，折算其含糖率，含糖率=PAL-1测定的锤度×80%；每个小区选取10 m2测定块根产量，计算产糖量。

1.5 数据分析

采用Excel 2016进行数据计算、处理和作图，采用SPASS 25.0软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥对甜菜株高的影响

由表1 可知，随着生育时期的推进，各处理甜菜株高整体呈现先增加后在收获期降低的趋势，在糖分积累期各处理株高达到最大值；除叶丛快速生长期处理L5 株高低于处理L2、L3，其余各生育时期甜菜株高表现为L4>L5>L3>L2>L1>L0，可见减施化肥配施生物有机肥的5个处理均能不同程度地促进甜菜生长，增加株高。与L0相比，L1、L2、L3、L4和L5在全生育期株高增加幅度分别为0.74%～4.42%、2.22%～8.17%、6.83%～20.75%、13.19%～24.28%和5.96%～17.95%，分析不同生育时期各处理显著性差异可知，与L0 相比，苗期仅有L4可显著（P<0.05）增加甜菜株高，其余4 个时期处理L3、L4 和L5 可以显著（P<0.05）增加甜菜株高，且除苗期外，L4在其余4个时期与L3和L5 之间差异显著（P<0.05），L3和L5之间除叶丛快速增长期外，其余时期均不显著（P<0.05）。综上所述，减施化肥配施生物有机肥以L4（6 000 kg/hm2）表现较优。

表1 生物有机肥对甜菜株高的影响（cm）Table 1 Effects of bio-organic fertilizer on plant height of sugarbeet (cm)

2.2 生物有机肥对甜菜叶面积指数的影响

由图1 可知，随着生育时期的推进，各处理甜菜叶面积指数呈现先升高后降低的趋势，在块根及糖分增长期各处理叶面积指数均达到最大值。除苗期外，各处理各生育时期甜菜叶面积指数表现为处理L4>L5>L3>L2>L1>L0，苗期表现为L5>L4>L3>L2>L1>L0，可见减施化肥下配施生物有机肥的5个处理均能不同程度地促进甜菜生长，提高叶面积指数，与L0 相比，L1、L2、L3、L4 和L5 在全生育时期叶面积指数提高幅度分别为3.28%～25.80%、12.30%～37.10%、13.11%～42.76%、32.29%～63.25%和28.33%～56.18%。同时，各处理在块根及糖分增长期达到最大值后，叶面积指数下降，各处理下降幅度表现为L4>L3>L2>L5>L0>L1。可见化肥减量后配合适宜生物有机肥施用，能够较好保持地上部和地下部“源—库”平衡，促进“源”向“库”转化，减施化肥配施生物有机肥以L4（6 000 kg/hm2）表现较优。

图1 生物有机肥对甜菜叶面积指数的影响Fig.1 Effects of bio-organic fertilizer on leaf area index of sugar beet

2.3 生物有机肥对甜菜干物质积累量的影响

图2 生物有机肥对甜菜干物质积累的影响Fig.2 Effects of bio-organic fertilizer on dry matter accumulation of sugar beet

由图2 可知，随着生育时期的推进，甜菜茎叶干物质积累量呈现先增加后下降的趋势，到糖分积累期达到最大；甜菜根干物质积累量则呈现不断增加的趋势。不同生育时期，甜菜茎叶干物质积累量在处理间整体表现为L4>L5>L3>L2>L1>L0，根干物质积累量则表现为L4>L3>L5>L2>L1>L0。可见，减施化肥配施生物有机肥的5 个处理均能不同程度促进甜菜干物质积累，与L0相比，L1、L2、L3、L4、L5 在全生育时期茎叶干物质积累量和根干物质积累量提高幅度分别为4.07%～14.43%和4.72%～21.60%、8.61%～22.22%和10.23%～32.45%、18.96%～27.11% 和18.89%～40.70%、24.61%～49.91% 和36.22%～65.49%、21.00%～32.09% 和24.20%～34.21%。可见化肥减量后配合适宜生物有机肥施用，能够较好促进甜菜茎叶和根干物质积累，为产量增加奠定基础，其中减施化肥配施生物有机肥以L4（6 000 kg/hm2）表现较优。

2.4 生物有机肥对甜菜根冠比的影响

根冠比是衡量植株源库关系的重要指标，尤其甜菜是以块根为收获器官的经济作物，合理的根冠比有利于甜菜获得高产高糖。由表2 可知，随着生育时期的推进，不同处理甜菜根冠比均呈现逐渐增加的趋势，在块根及糖分增长期之后，根冠比增加幅度增大。分析不同生育时期各处理根冠比显著性可知，在甜菜生长前期，以地上部生长为主，苗期、叶丛快速增长期，根冠比处理间规律不明显，且均差异不显著；进入块根及糖分增长期，减施化肥配施生物有机肥的5 个处理根冠比均高于L0，但仅有L3、L4 和L5三个处理与L0之间差异显著；至糖分积累期和收获期，各处理根冠比均表现为L4>L3>L2>L1>L5>L0，除L5之外，其余各处理与L0之间均表现差异显著，糖分积累期L4 显著高于L1 和L2，但与L3 之间差异不显著，收获期L4 与L1、L2 和L3 之间均差异显著，但L1、L2和L3 之间差异均不显著。以收获期为例，L1、L2、L3、L4和L5 较L0根冠比分别提高6.74%、8.21%、9.09%、13.78%、2.64%，L4 较L1、L2、L3 和L5 分别提高了6.59%、5.15%、4.30%和10.86%。可见，减施化肥下配施生物有机肥能够改善甜菜根冠分配，促进地上部向地下转移，进而促进产量形成，减施化肥配施生物有机肥以L4（6 000 kg/hm2）表现较优。

表2 生物有机肥对甜菜根冠比的影响Table 2 Effects of bio-organic fertilizer on root shoot ratio of sugar beet

2.5 生物有机肥对甜菜块根产质量的影响

由图3可知，不同处理甜菜根产量表现为L4>L5>L3>L2>L1>L0；含糖率表现为随着生物有机肥施用量的增大呈现降低趋势，含糖率处理间表现为L0>L1>L3>L2>L4>L5；产糖量表现为L4>L3>L2>L1>L0>L5。分析根产量、含糖率、产糖量处理间显著性可知，除处理L1 外，其余4 个减施化肥配施生物有机肥处理均可显著提高甜菜根产量；含糖率则表现为除处理L1外，其余4个减施化肥配施生物有机肥处理均显著低于L0；产糖量则仅有L4 显著高于L0，其它处理与L0 之间差异不显著，同时L4 产糖量显著高于其他生物有机肥处理。甜菜产质量是由产量和含糖率共同决定，综上所述，减施化肥配施生物有机肥仅有L4（6 000 kg/hm2）处理能够实现产质量平衡，其中根产量较L0提高16.01%、产糖量提高10.65%。

图3 生物有机肥对甜菜块根产质量的影响Fig.3 Effects of bio-organic fertilizer on root yield and quality of sugar beet

3 讨论与结论

生物有机肥在菌种繁殖、肥力发挥作用的同时，因其含有许多功能微生物，在施入土壤后，会产生大量的代谢产物，代谢产物使土壤结构变松散而得到改善[21-22]，同时其能够促进土壤养分的转化利用，为作物提供良好的生长条件。部分关于生物有机肥与化肥配施的研究均表明生物有机肥能够替代部分化肥促进作物生长及产量形成，其中何东霞等人[23]研究表明生物有机肥部分替代化肥显著促进韭菜生长、提高其产量，改善品质，提高氮磷肥利用率，促进土壤养分平衡；王家宝等人[24]研究表明化肥减量基础上施用生物有机肥，油菜产量较单施化肥可提高31.2%。甜菜株高、叶面积指数、干物质积累量、根冠比是反映甜菜生长群体状况的重要指标，部分研究表明适当增加株高、提高叶面积指数和增加干物质积累量，有利于甜菜产量的提高[25]，本研究表明减施化肥下配施生物有机肥能够不同程度的提高甜菜株高、叶面积指数、干物质积累量，其中以施用量6 000 kg/hm2表现较优，这与前人研究结果一致。

生物有机肥为微生物制剂与有机肥复配而成，大量研究表明其在实现产量增加和改善农作物品质上具有较好效果，左烨[26]研究表明，生物有机肥可提高辣椒产量和品质，杨文莉等人[27]研究表明适宜用量的生物有机肥能够改善葡萄品质，但过量的施用反而会对葡萄的品质起到负面作用。甜菜产量和品质是综合评价甜菜生产优劣的指标，一味追求产量的提高而过度施用化肥，直接会导致甜菜含糖率的下降，合理的肥料施用才能实现甜菜高产高糖。本研究结果表明甜菜含糖率在减施化肥的基础上随着生物有机肥施肥量的增加不断降低，而根产量较常规施化肥处理均有所提高，但综合考虑甜菜产糖量，可以发现仅有适宜用量（6 000 kg/hm2）较常规施化肥可以显著提高甜菜产糖量，过少的施用量（1 500 kg/hm2、3 000 kg/hm2、4 500 kg/hm2）对甜菜产糖量影响不显著，过多的施用量（7 500 kg/hm2）则起到了负面作用，降低了甜菜产糖量，这与前人研究结果基本一致。

在综合考虑甜菜高产优质和可持续发展的基础上，化肥减施条件下如何实现甜菜生产优质高效是当前生产面临的主要问题，本研究结果表明在减施化肥下配施生物有机肥能够不同程度促进甜菜生长发育，改善根冠比，提高产量，综合分析生长发育、根产量和产糖量形成，以减施化肥配施6 000 kg/hm2生物有机肥（L4）表现较优，甜菜全生育时期株高增加13.19%～24.28%，叶面积指数增加32.29%～63.25%，茎叶和根干物质积累量分别增加24.61%～49.91%和36.22%～65.49%，根产量提高16.01%，产糖量提高10.65%。