水溶性有机肥与常规肥料的肥效对比分析

陈鲜妮，孙向前，汪林峰，吴姗薇，黄琳琳，孙文皓，崔晓晗，石兆勇，常会庆

（河南科技大学农学院，河南 洛阳 471000）

水溶性有机肥通常是有机物料经发酵处理或化学降解等途径生产的全水溶性有机肥料，它与化肥相比，可促进茄子幼苗生长和壮苗的形成［1］，提高黄瓜［2］、豇豆和辣椒［3］等产量。近几年，有些商家将含有机碳的水溶性有机肥定义为“有机碳肥”，并传播关于植物“碳营养”的理论［4-6］，认为“增产必须补碳”且应以有机碳的形式进行补碳。目前已有研究从植物“碳营养”的角度，探讨了“有机碳肥”对作物及蔬菜生长的影响，并认为该肥料比化肥和普通有机肥对花生［7］、玉米［8］、蕹菜［9］等均有增产和提高经济效益的作用。但一些专家［10］则对碳营养的相关理论持怀疑态度。从制作原材料［11］来看，含有机碳的水溶性有机肥中还含有植物生长所需的各种水溶性矿质养分。那么，该肥料对作物、果蔬的增产作用是源自于所谓的有机碳营养还是水溶性营养物质，施用剂量又该如何界定，目前未知。

除了作物产量和经济效益，维持与提升土壤质量也是施肥的主要目的之一。土壤酶活性是土壤中生物活性的重要体现，土壤酶参与土壤中的物质能量代谢，可以提高土壤中养分的生物有效性，例如土壤蔗糖酶可以催化蔗糖水解，参与土壤有机质转化［12］，对提高土壤中易溶性营养物质有重要作用，其活性强弱能够反映出土壤肥力的高低［13］。大量研究表明，施用化肥或有机肥可以提高作物产量和品质，同时提高土壤多种酶活性［12-16］，含氨基酸水溶肥料比化肥能有效提高辣椒和豇豆土壤中的酶活性［3］。但水溶性有机肥在提高土壤酶活性方面是否优于普通有机肥或化肥有机肥配施，少见报道。

因此，本研究将以最常见的蔬菜—小白菜为试验材料，采用土培试验，探讨与传统有机肥、化肥相比，不同剂量的水溶性有机肥在提高常见蔬菜的产量、品质、经济效益等方面的效果，以及水溶性有机肥对土壤速效养分、蔗糖酶活性的影响特征，为农产品种植过程中肥料的选择提供科学依据，并借此探讨该新型肥料中的速效养分和水溶性有机碳对小白菜生长所起的作用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤采自河南科技大学开元校区农场（北纬34.41°，东经112.27°），属于温带季风气候，年均温12.8～15.5℃，年均降水量600～700 mm。该采样地常年为小麦-玉米的一年两熟制耕作，配施传统的无机肥料和除草剂。采土深度0～20 cm，捡出肉眼可见的秸秆残体和石块，自然风干，过3 mm 筛。土壤有机碳含量1.35 g/kg，全氮含量0.92 g/kg，碱解氮24.4 mg/kg，有效磷14.1 mg/kg，速效钾331 mg/kg，土壤pH 值7.7（水土比2.5∶1）。

供试植物为小白菜，十字花科芸薹属上海青（Brassica chinensis L.）。

供试肥料中氮肥为尿素（N 46%），磷肥是过磷酸钙（P2O518%），钾肥为氯化钾（K2O 60%）；有机肥是由鸡粪制成的商品有机肥（M），有机质含量400 g/kg，水溶性有机碳含量8.11 g/kg，全氮11.3 g/kg，硝态氮+铵态氮1.10 g/kg、有效磷1.07 g/kg、速效钾13.2 g/kg；水溶性有机肥（WS）为含腐植酸水溶肥料［农肥（2017）准字5895 号］，水溶性有机碳含量203 g/L，腐植酸30.0 g/L，硝态氮+铵态氮50.0 g/L，有效磷30.0 g/L，速效钾20.0 g/L，生产厂家为广东维生温室科技有限公司。

1.2 试验设计

试验设置10 个处理：CK（不施肥）、NPK（氮肥0.44 g/kg，磷肥0.67 g/kg，钾肥0.37 g/kg）、M（27.0 g/kg，相当于田间3×104kg/hm2）、WS1（0.4 mL/kg，是产品推荐的田间施肥量的4 倍）、WS2（2 mL/kg）、WS3（4 mL/kg）、WS4（6 mL/kg）、MNPK（1/2NPK+1/2M）、MWS（1/2M+WS2）、NPKWS（1/2NPK+WS2），每个处理重复3 次，随机区组设计。用直径18 cm、深11 cm的塑料盆，每盆装土1 kg。于2019 年9 月24 日进行小白菜种子的室内催芽，两天后长出约5 mm 幼芽时移栽，每盆移栽9 颗幼芽，盖滤纸使之避光并保持湿润，基本全部出苗后去掉滤纸，搬至室外，待苗高约3 cm 时（9 月30 日）间苗，每盆留4 株长势相似的幼苗，从10 月1 日开始定期追肥或浇灌等量水。每个处理中的氮、磷、钾肥和鸡粪有机肥均以固体形态作为基肥与供试土壤混匀后直接装盆；水溶性有机肥均分为4 份，稀释后每盆以100 mL 溶液的形式，分别在10 月1 日、6 日、11 日、16 日作为追肥施入。在2019 年10 月28 日收获整个小白菜植株并采集土壤样品。

1.3 样品分析

小白菜收获后测定其形态特征（株高、最大叶片长宽、地上部鲜重）、粗纤维含量（质量法）［17］，根据肥料用量与价格等成本计算不同施肥处理下种植小白菜的经济效益；收集盆钵中的土壤，风干过筛，采用常规分析方法测定土壤速效养分含量［18］，用3，5-二硝基水杨酸比色法测定土壤蔗糖酶活性［19］。

1.4 数据处理

所有数据用Excel 2010 初步计算，在SAS 9.3中经正态分布验证后，进行方差分析、多重比较（LSD 法）。试验数据及分析结果用软件Origin 8.0（OriginLab Inc.，USA）和Excel 2010 绘图。

2 结果与分析

2.1 小白菜形态特征受不同施肥措施的影响

小白菜的株高、叶长、叶宽、地上部鲜重在不同处理间均表现出了一定差异（表1）。与对照CK 和低剂量水溶性有机肥处理（WS1，WS2）相比，高剂量的水溶性有机肥处理（WS3，WS4）可以显著增加小白菜的株高、叶长、叶宽、地上部鲜重（P＜0.05）。对于小白菜株高而言，处理MNPK、NPK、MWS 与WS4 差异不显著，处理M 和NPKWS显著低于WS4，但与WS3 差异不显著。对于小白菜地上部鲜重，仅施有机肥的处理M（6.04 g/株）显著低于WS4（8.62 g/株），处 理NPK、MNPK、MWS、NPKWS 均与WS4 无显著差异，也获得了相对较高的产量。

表1 不同处理条件下小白菜形态特征

2.2 小白菜地上部粗纤维含量受不同施肥措施的影响

小白菜茎叶中粗纤维含量决定了其食用口感，粗纤维含量高则口感较差、品质较低。在该研究中，不同施肥处理对小白菜地上部粗纤维含量产生了显著影响（图1）。处理WS3、WS4的小白菜粗纤维含量在所有处理中最低（均值0.06 mg/g），且与处理M、WS2、MNPK 未呈现显著差异。由于盆栽所用的土壤肥力较低，处理CK的小白菜长势弱小，粗纤维含量最高（0.16 mg/g），其次为处理WS1（0.11 mg/g）和NPK（0.10 mg/g）。

2.3 不同处理小白菜经济效益分析

将不同处理条件下小白菜地上部鲜重作为产量，同时按照肥料、蔬菜的市场零售价格，计算了每盆小白菜的肥料投入成本、市场价值和净收益（表2）。处理CK 不投入肥料成本，有一定的净收益。WS1 处理条件下肥料的投入成本低，但小白菜产量也较低，其收益与CK 相近。除了CK 和WS1，其他处理的单盆蔬菜市场价值均较高，但肥料投入成本差异较大，使得处理NPK、MNPK的净收益最高（分别为16.6×10-2、17.9×10-2元），M 和NPKWS 次之，WS3 和WS4的净收益为负值。

表2 不同处理条件下小白菜经济效益（×10-2 元/盆）

2.4 小白菜收获后土壤速效养分受施肥的影响

小白菜收获后土壤中的速效养分在不同处理间的差异性如图2 所示。水溶性有机肥的施用剂量越高，则对土壤速效养分的提高幅度越大，WS4 处理条件下的土壤碱解氮、有效磷、速效钾的含量均显著高于其他处理（P＜0.05）。除了处理M、MNPK、MWS，其余处理中土壤碱解氮含量均显著高于CK（15.0 mg/kg，P＜0.05）。对于土壤有效磷含量，处理NPK、M、WS3、MNPK、MWS的值均仅次于处理WS4的最高值（37.4 mg/kg），但显著高于CK（17.9 mg/kg，P＜0.05）。与CK 相 比，处 理M、WS2、WS3、WS4、MWS的土壤速效钾含量分别提高了27.7%、20.5%、49.5%、70.4%、15.9%（P＜0.05），处理NPK、WS1、NPKWS 对土壤速效钾含量影响不显著。

2.5 小白菜收获后土壤蔗糖酶活性受施肥的影响

土壤蔗糖酶是由土壤微生物产生的具有催化作用的蛋白质，容易受到施肥措施影响。土壤蔗糖酶活性的强弱能够反映出土壤肥力的高低［11］。由图3 可见，土壤蔗糖酶活性在高剂量水溶性有机肥处理（WS3、WS4）条件下最高（均值10.1 mg/g），其次是M 处 理（8.81 mg/g），WS1、WS2、MWS、NPKWS 均与M 处理无显著差异，土壤蔗糖酶活性在CK 和NPK 处理中最低（均值6.41 mg/g）。

3 讨论

长期施用有机肥可以培肥地力，提高土壤中碱解氮、有效磷、速效钾等养分含量，且肥料施用量越大，提高幅度也越大［20-21］；在短期内施用有机肥或者化肥配施有机肥也可以维持或提升肥力较低的土壤中速效态的氮、磷、钾养分含量，为植物提供速效养分，弥补植物生长因吸收养分所导致的土壤养分亏缺［22-23］。本研究发现，与不施肥处理相比，单施有机肥或化肥配施有机肥均可在一定程度上提高土壤速效养分含量，这与前人的研究结果基本一致。

除了普通有机肥，本研究还主要涉及到水溶性有机肥与普通化肥、有机肥的肥效对比。有报道认为，相对于常规施肥，含有机碳的水溶性有机肥可增加农作物及蔬菜等的产量及经济效益［7-9］，但是本研究结果与该结论并非完全一致。本研究发现，单纯施用水溶性有机肥需要较大剂量，即施用量达到肥料推荐施用量的10 倍左右才能实现高产，而施用常规化肥或化肥配施有机肥小白菜亦可较好地生长并获得相同产量；仅施低剂量水溶性有机肥所获得的产量较低，但配施少量化肥后产量则显著提高。化肥能够提供丰富的氮磷钾营养，却不含有机碳，普通有机肥中水溶性有机碳的含量也较低，这可能意味着高剂量水溶性有机肥处理中对小白菜的高产起主要作用的是肥料中的水溶性矿质养分，而不是有机碳。另外，与不施肥处理和化肥处理相比，施用高剂量的水溶性有机肥可以减少小白菜地上部粗纤维含量，提高蔬菜品质，但是单独施用商品有机肥或与无机肥配合施用也可实现类似效果；再者，施用水溶性有机肥达到一定剂量虽然能够获得高产量，但因肥料成本较高，导致净收益极低。在经济效益的估算方面，多数研究所选用的水溶性肥料均来自于福建省绿洲生化有限公司［7-9］，而本研究在材料准备时因购买途径有限，选购了不同公司的产品，这可能导致了对小白菜经济效益估算的偏差。

基于本研究的结果，单纯施用化肥或化肥配施有机肥是在短期内实现较高产量和较好经济效益的最佳措施。但是，众所周知，随着施肥时间的延长，有机肥对土壤速效养分的提升作用将逐渐优于化肥，且能表现出良好的养分持续供应能力［22］。而农业种植不仅要考虑产量、经济效益，还必须要考虑土壤肥力的可持续性，因此，化肥配施普通有机肥将是最优推荐的措施。本研究中化肥配施有机肥的处理中有机肥的用量较低，在实际应用中可以增加有机肥的投入量，可以取得更好、更长远的经济效益。

若不讨论经济效益，仅看施肥效果，与不施肥处理相比，施用高剂量的水溶性有机肥确实与化肥配施有机肥或化肥配施低剂量水溶性有机肥等处理一样，提高了小白菜的产量、改善了小白菜的品质，增加了土壤中速效养分含量，提高了土壤酶活性。这首先是因为制作水溶性有机肥料的原材料是各种有机物料，肥料成品中除了水溶性有机碳之外，还含有植物所必需的丰富的矿质元素，这些矿质养分可以为植物生长提供营养。本研究及付红梅等［24］均发现施用含有机碳的水溶性有机肥可显著提高土壤中速效养分的含量。因此，高剂量水溶性有机肥在蔬菜产量、品质等方面均表现出比单施化肥或单施普通有机肥具有更大优势的原因可能有两方面：1）传统化肥因缺少有机物质，对土壤中养分有效性的改善作用有限，普通有机肥虽含有大量有机质，但速效养分较少，无法满足植物短期对养分的大量需求，而水溶性有机肥中除了水溶性有机碳、腐植酸之外，还有大量的氮、磷、钾等矿质养分，同时补充了有机和无机营养；2）水溶性有机肥在为植物提供丰富有机无机营养的基础上，发挥了普通有机肥的作用，即肥料里面的有机分子参与了植物生长过程中所需要的刺激和调节作用［25-27］，同时可能改变了土壤微生物群落结构［28］，提高了土壤中蔗糖酶活性及养分有效性，促进了植物对养分的吸收。

值得一提的是，关于植物碳营养的理论在提出的时候应该更严谨些，植物可以吸收一定量含有机碳的物质［5］，但过分夸大有机碳的营养作用则不可取。从物质转化效率的角度来讲，植物对任何肥料中养分的吸收都不可能达到100%，假设植物对水溶性有机肥中的碳全部吸收并转化为植物有机体，那么，植物有机体所能增加的质量也仅有肥料中有机碳量的1.724 倍［10］，比如本研究的WS2 处理条件下，由水溶性有机肥提供的有机碳约为0.41 g/盆，而小白菜从种植到收获增加干重约2.47 g/盆；而在单施化肥或化肥配施有机肥处理条件下，由肥料所提供的有机碳量极低，小白菜却仍然获得了较高产量。上述研究结果证明植物绝大多数生物量并非主要来自于肥料中的有机碳，植物生长主要还是要靠矿质养分，要“靠天补碳”。

4 结论

从作物产量、经济效益、土壤肥力可持续性等方面综合考虑，最优推荐的施肥措施是化肥配施普通有机肥。如果能够降低水溶性有机肥料的生产成本和销售价格，那么，该肥料则可推广作为速效有机肥料来施用，它在短期内能够起到与化肥配施有机肥相类似的肥效，肥效的可持续性仍需验证。此外，在对该类肥料的科技宣传方面应注重科学理论。