水肥一体化模式中化肥减施与不同基追肥比例对大蒜产量和品质的影响

齐振宇，蔡溧聪，胡卫珍，蔡 盼，张龙平，任艳云，周艳虹，*

(1.浙江大学 农业试验站，浙江 杭州 310058； 2.浙江大学 农业与生物技术学院，浙江 杭州 310058； 3.济宁市农业科学研究院， 山东 济宁 272007)

大蒜(AlliumsativumL.)，起源于中亚和西亚，对水肥需求较大，不适宜的水肥条件严重影响其生长发育，导致产量和品质显著下降。近年来，随着大蒜种植面积的不断增大，大蒜种植中水肥管理的问题日益突出。在肥料管理上，种植户为了追求产量，盲目加大化肥施入；在水分管理上，由于缺少配套设施，只能通过水沟大水漫灌[1-2]。这不仅增加了种植成本，还会破坏土壤生态，影响大蒜产业的健康发展。

水肥一体化技术可以根据作物的需肥规律，定时、定量将水肥施于作物周围，使主要根系周围土壤保持合适的水分和养分[3-6]，可以一定程度解决生产中化肥施用过多、水分利用率不高的问题，目前已在生产上广泛应用[7]。如，辽宁市露地辣椒通过测土配方施肥和水肥一体化技术，减少43%的化肥施用量[8]；山东设施栽培番茄中，通过水肥一体化技术，实现减少化肥用量20%～30%、节水50%以上，番茄增产10%以上[9]。水肥一体化技术已在多种蔬菜作物上取得较好的应用效果，但在大蒜生产中研究和应用较少。

大蒜在不同生长发育阶段的需肥量不同，鳞茎膨大期为氮、钾的吸收高峰期，蒜薹伸长期为磷吸收高峰期[10]；在花茎伸长期，叶片和蒜薹的生长加快，吸收的氮、磷、钾迅速增加，至鳞茎膨大中期达最高峰，是各种养分吸收的旺盛时期[1]。有研究表明，根据作物的生长发育需求采用合适的追基肥比例能显著提高作物产量和肥料利用效率[11]。虽然关于大蒜的需肥规律已有一定研究基础，但在水肥一体化条件下，关于如何分配肥料基追肥比例的研究鲜有报道。

我们以山东济宁嘉祥当地紫皮蒜为试验品种，研究了大蒜水肥一体化模式中化肥减施对大蒜产量和品质的影响，筛选了在保障大蒜产量和品质前提下的配套基追肥比例，为水肥一体化技术在大蒜栽培中推广提供一定的理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验品种

嘉祥当地紫皮蒜。

1.2 试验场地

试验于2019年9月—2020年6月在山东省济宁市嘉祥县满硐镇徐乡进行，经度116.30°，纬度35.22°，土壤为壤土，前茬作物为辣椒。土壤中碱解氮的含量为73.25 mg·kg-1，有效磷含量为38.63 mg·kg-1，速效钾含量为204.74 mg·kg-1，土壤pH值为8.69，有机质含量为12.31 mg·kg-1。

1.3 试验设计

试验分6个处理：T0(CK)、T1、T2、T3、T4、T5(表1)，其中T0、T1采用传统大水漫灌的方式，其余4个处理采用水肥一体化喷灌方式。T0为常规施肥量，根据前人研究结果[11-12]，确定施肥量为尿素57.05 kg·667 m-2；过磷酸钙234.38 kg·667 m-2；硫酸钾72.13 kg·667 m-2，其余5个处理为减施化肥20%处理，均为尿素45.64 kg·667 m-2，过磷酸钙187.5 kg·667 m-2，硫酸钾57.7 kg·667 m-2，过磷酸钙的溶解性较差，全部用作基肥，尿素与硫酸钾按各处理设置比例进行追肥，均分6次追肥，分别在返青期、壮苗期、抽薹前期、抽薹中期、拔薹期、膨大期每667 m2施用5 000 L水肥。每个处理设置4个重复小区，小区面积25 m2，区组内土壤、地形等条件相对均衡，小区四周设立保护行，区间留畦梗，避免窜肥窜水。

表1 各处理基追肥比例设置Table 1 Setting of the ratio of base and topdressing fertilizer for each treatment %

各处理间除肥料基追肥比例和浇水方式不同以外，其他田间栽培管理均一致。

1.4 测定指标及方法

株高为鳞茎膨大前期，植株从土壤表面基部至叶片最高处的自然高度；假茎粗为鳞茎膨大前期，地上假茎自土壤表面向上1/3处的最大直径；抽薹率为小区内抽薹株数与总种植株数的比值；薹茎长为大蒜植株薹茎基部至尖端的长度；单薹质量为薹茎收获后，单个成熟薹茎的质量；鳞茎横茎为鳞茎收获期，成熟鳞茎横向最大直径；蒜头单头质量为鳞茎收获晾干后，单个成熟鳞茎的质量。

营养指标测定方法：可溶性糖含量采用蒽酮比色法[13]测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法[13]测定，大蒜素含量采用苯腙法[14]测定。

土壤养分状况：按照测土配方施肥技术规范要求，分别在大蒜种植前和大蒜收获后采集0～20 cm混合土样，土壤pH 测定采用水浸提电位法(水土比为 2.5︰1)；土壤有机质的测定采用重铬酸钾容量法；土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量由上海齐一生物公司测定。

1.5 数据分析

试验数据进行ANOVA分析，用Tukey分析手段作差异显著性分析，当处理间存在显著差异(P<0.05)时，用不同小写字母标记处理间的差异。

2 结果与分析

2.1 不同处理试验地种植前后养分状况

从表2可以看出，不同栽培模式种植过后，土壤的营养状况也有所不同，在施肥和种植之后，土壤碱解氮含量均有所下降。其中，T3处理下降程度最少，说明在水肥一体化喷灌和基肥60%，追肥40%的情况下，氮素流失最少；T1处理下降程度最大，这可能因为T1处理在减少肥料投入的同时，大水漫灌导致土壤氮素损失较大；各处理土壤有效磷含量在种植后均下降，下降程度无明显差异；速效钾在种植之后也有所下降，其中以T3处理下降程度最大，但由于钾元素随着水分的流动性不大，T3处理下降最明显，可能与植株吸收了较多钾元素有关。

表2 种植前后土壤养分状况Table 2 Soil nutrient status before and after planting mg·kg-1

2.2 不同处理对大蒜形态指标的影响

由表3可以看出，由于灌溉方式和基追肥比例的不同，不同处理植株长势有所区别。与传统漫灌施肥T0(对照)相比，漫灌条件下减施20%化肥的T1处理植株株高受到显著抑制(P<0.05)，但对假茎粗、叶面积无显著影响(P>0.05)；而采用水肥一体化的T2、T3、T4处理植株与T1相比，虽然减施了20%的化肥，株高均有所提高，假茎粗也表现出上升趋势，以T3处理最为明显，表明在减肥条件下，水肥一体化能促进植株生长，并且不同的基追肥比率效果不同，在基肥比例为60%，追肥比例为40%的情况下，增加的效果最明显，说明水肥一体化技术配合适宜的基追肥比例可以促进大蒜生长。

表3 不同处理对大蒜形态指标的影响Table 3 Influence of different treatments on morphological indexes of garlic

2.3 不同处理对大蒜蒜薹和鳞茎的影响

从表4可见，与T0处理相比，T1处理未对大蒜蒜薹和鳞茎生长产生明显影响(P<0.05)。T3处理抽薹率与T2处理无显著差异(P>0.05)，但在薹茎长、单薹质量均显著大于T2处理，且抽薹率、薹茎长、单薹质量均显著大于T4和T5(P<0.05)。T2处理的抽薹率、薹茎长与T1处理相比无显著差异(P>0.05)，但是单薹质量显著大于T1处理(P<0.05)；T2处理与T4、T5处理的抽薹率无明显差异(P>0.05)，但T2处理薹茎长显著大于T4处理(P<0.05)。以上结果说明，基追肥比例和灌溉方式均能影响大蒜的抽薹情况，在合适的基追肥比例下(基肥60%，追肥40%)采取水肥一体化的灌溉方式可以明显提高大蒜的抽薹率、薹茎长和单薹质量。

从表4中还可以得知，与T1处理相比，T3处理的鳞茎横径显著增大(P<0.05)，但T2、T4、T5处理与T1处理相比没有显著性差异(P>0.05)，T2、T4、T5处理与T3处理也没有显著性差异(P>0.05)；T2、T3处理的蒜头单头质量显著大于T1、T4、T5处理(P<0.05)；T3处理的鳞茎横径和蒜头单头质量均是最高，与形态指标和抽薹状况一致。化肥减施后，T1处理相比于T0处理，抽薹率、薹茎长、单薹质量、鳞茎横径和蒜头单头质量均减小，说明减施化肥影响了大蒜产品器官的形成。通过水肥一体化处理，虽然化肥减施了20%，但T2、T3处理的各项品质指标均有所提升，说明水肥一体化栽培技术有利于大蒜产品器官的形成。

表4 不同处理对大蒜蒜薹和鳞茎生长的影响Table 4 Effects of different treatments on growth of garlic sprouts and bulbs

2.4 不同处理对大蒜营养品质的影响

从表5中可以看出，虽然各处理灌溉方式和施肥方式有所不同，但各处理之间大蒜素含量差异较小，常规施肥处理T0与水肥一体化栽培下的4个处理无显著差异(P>0.05)，但在水肥一体化栽培模式中，T2大蒜素含量最高，且随着基肥比例的减少，大蒜素的含量也逐渐减少，大水漫灌且化肥减量处理的T1大蒜素含量最高，且显著大于T4、T5处理(P<0.05)。各处理间可溶性蛋白含量差异较大，其中T3处理可溶性蛋白含量最高，显著高于其他4个处理(P<0.05)，其次为T2处理，显著高于其他4个处理，说明虽然化肥减施了20%，但是通过水肥一体化灌溉技术，大蒜可溶性蛋白含量仍有所提升。此外，与T0和T1处理相比，T2处理的可溶性糖含量无显著性差异(P>0.05)，但T3处理大蒜可溶性糖含量显著增加(P<0.05)；T4、T5处理的可溶性糖含量显著低于T2、T3处理(P<0.05)，可能是由基追肥比例不适宜造成的。在常规漫灌时，减少肥料施用不会对大蒜的品质造成显著影响，但是适当的基追肥比例和水肥一体化技术可以在减施化肥的基础上，一定程度提高大蒜的营养品质。

表5 不同处理对大蒜营养品质的影响Table 5 Effects of different treatments on nutritional quality of garlic mg·g-1

2.5 不同处理对大蒜肥料、水分利用效率和产量的影响

从表6可以看出，采用喷灌的4个处理的灌水量，与常规灌溉处理相比大幅度减少，与T0处理相比，平均每667 m2可以节约水量40.85 m3，采用喷灌灌溉比采用漫灌节水52.50%。

表6 不同灌水和施肥处理的灌水量比较Table 6 Comparison of irrigation amount of different irrigation and fertilization treatments

灌溉水利用情况不能仅由灌溉水量的节约来简单评价，还需关联单位灌溉水所产生的蒜薹、蒜头产量，阐明不同灌溉方式对大蒜水分利用情况的影响。肥料的利用情况也需要和产量关联。

从表7可以看出，采用喷灌进行灌溉施肥的处理，与常规漫灌施肥T0处理相比，除T1、T5处理外，产量均有一定增加，T3处理增产效果最为明显，蒜薹和蒜头产量分别增产14.48%和10.89%；虽然T5处理蒜薹、蒜头产量有所减少，但幅度较小，可能与基追肥比例不适宜有关。T1处理由于减少了20%化肥施用，产量相应减少。T2、T3、T4、T5采用喷灌灌溉后，相对于传统大水漫灌T0，灌水量明显减少，节水效果明显。常规漫灌灌溉方式下，减施化肥处理会对产量产生影响，但通过水肥一体化技术，可以更高效地利用肥料，在减少化肥情况下，还能一定程度增加产量。可以看出，通过水肥一体化技术，在合适的基追肥比例下，能够实现节水减肥且不减产。

表7 不同灌水和施肥处理对大蒜蒜薹和蒜头产量的影响Table 7 Effects of different irrigation and fertilization treatments on garlic sprout and garilc yield

2.6 不同处理的收益与投入产出比

由表8可知，传统灌溉方式灌水量较大，水价按0.55元·m-3计算，每667 m2水费成本为42.63元，比水肥一体化灌溉平均多支出22.47元·667 m-2；大水漫灌条件下，田间空气湿度较大，病虫害多发，尤其成熟后期灌水与降雨叠加后引发的病害加大了农药投入成本，因此，传统水肥管理较水肥一体化处理平均增加了55.48元·667 m-2农药投入成本；减施化肥各处理化肥成本相同，比常规处理节约了91.44元·667 m-2的成本；大水漫灌相对省工，可节省成本200元。喷灌需要自行购置和维修喷灌装置，水肥一体化处理需要更换老化材料，每年平均支出安装维修和材料费252.75元·667 m-2。 总投入，水肥一体化每667 m2比传统灌溉平均增加成本242.86元。

表8 各处理每667 m2投入成本Table 8 Input cost per 667 m2 for each treatment 元Yuan

由表9可知，2019年蒜薹、蒜头平均收购价分别为 3元·kg-1、4元·kg-1。如表9所示，采用水肥一体化灌溉虽然增加了一定的成本，但在节水和减施化肥20%的情况下能维持原有产量，配合合适的基追肥比例，能一定程度提高产量和收益。

表9 各处理每667 m2收益与投产比Table 9 Income per 667 m2 of each treatment and the ratio of production

3 结论与讨论

研究表明，水肥一体化技术能有效提高水分和肥料的利用率，如山东省大蒜膜下水肥一体化栽培较常规种植，每667 m2节水约 110 m3，节水率达60%；每667 m2省肥 10 kg 左右，节肥率达20%[15]；山东济宁的大蒜化肥减施增效技术措施包括总量控制、根据大蒜养分需求特性配方施肥、水肥一体化等，有效降低了化肥用量[16]；与常规灌溉施肥处理相比，湖北当阳水肥一体化处理的青蒜产量增加46.82%，蒜薹产量增加33.04%，实现了节本、增收的生产目标[17]。本次试验结果表明，水肥一体化灌溉与常规漫灌相比，可以明显提高水分利用率，节约灌溉用水，平均节水率高达52.50%，在减少20%化肥使用的同时，还能一定程度提高产量。这主要是通过水肥一体化替代了传统的大水漫灌方式，减少了大水漫灌导致的水肥浪费，提高了水肥利用率，与前人的研究一致。

本研究还探究了水肥一体化模式中不同基追肥比例对大蒜产量、品质的影响。根据前人研究结果，大蒜各生育期吸收氮、磷、钾占总吸收量的百分率不同，发芽期分别为0.87%、0.95%、0.94%，幼苗期分别为9.89%、8.38%、6.11%，分化期分别为6.07%、4.55%、8.39%，伸长期分别为37.68%、64.27%、35.18%，膨大期分别为45.49%、21.85%、49.38%，呈前期少、中后期多的吸肥特点[11]。可以看出，氮、钾吸收高峰在鳞茎膨大期，磷吸收高峰在蒜薹伸长期。因此，在减肥情况下，本次试验根据大蒜的需肥规律，确定了合适的基追肥比例(基肥60%，追肥40%)，在不同生育期采用水肥一体化灌溉的方式给大蒜提供肥料，可以提高肥料的利用率，在减肥的情况下做到保产、增产。

综上所述，通过水肥一体化，以适宜的基追肥比例(基肥60%，追肥40%)，在大蒜返青后分6次追肥，较好地满足了大蒜不同生育期对水份和养分需求，促进了大蒜各生育期的生长。在返青期较早进行水肥供应，使得大蒜越冬后加快恢复生长；抽薹期的水肥供应，促进了蒜薹的生产发育，提升了蒜薹的产量与品质；大蒜膨大期的充足水肥供应，也保证了大蒜鳞茎生长发育所适宜的水肥条件。通过水肥一体化，提高了水分利用率、肥料利用效率实现了灌溉用水和肥料的减量增效，适宜在大蒜种植区推广。