氮肥减量配施不同生物有机肥对芹菜生长和产量品质的影响

吕海龙，王姣敏，郭子军，曹力强，张 旦，白 键，谢淑琴

(定西市农业科学研究院，甘肃 定西 743000)

0 引 言

芹菜(Apiumgraveolens)，是一种伞形花科植物。原产于地中海沿岸的沼泽地带，现已在全世界普遍栽培。在我国广泛分布，南北各地都有种植。芹菜具有较高的营养价值，含有丰富的蛋白质、脂肪、糖类和丰富的维生素及矿物质，是人们饮食中不可缺少的蔬菜之一。

近年来，甘肃省定西市紧紧围绕资源优势，进一步调整优化农业产业结构。已逐步形成了马铃薯、中药材和畜牧业三大特色优势产业和以设施农业为主的高原夏菜产业[1]。随着专业化、规模化生产迅速发展，当地蔬菜种植规模不断加大，目前已逐步形成川区带动山区发展蔬菜种植的良好局势。然而随着市场需求的进一步扩大，芹菜连茬栽培成为常态，造成了严重的连作障碍。当地长期大量使用化学肥料使土壤理化性状变劣，肥料利用率[2]、产量和品质降低，严重影响了芹菜的品质和商品性。导致菜农的化肥用量和成本不断加大，种植效益下降。降低了农户的种植积极性，影响了当地高原夏菜的可持续生产。尽管化肥在农业生产中起到了举足轻重的作用，适宜的化肥施用量可以增加产量。过量施用不但会造成作物产量下降，而且会造成农业生态环境的破坏，对产品的质量也会造成影响[3]。有研究表明蔬菜中硝酸盐含量与氮肥的施用量具有正相关性，过量施用氮肥会引起植株内硝酸盐含量过多，影响人体健康[4-5]。

随着肥料科学的发展，生物肥料开始在生产中应用。该肥料是一种集有机肥、菌肥和化肥等多重优点于一体的新型肥料。大量研究表明生物有机肥不仅含有大量有机质和促生物质，同时含有较多的功能微生物。能显著促进植物苗期根系生长和吸收能力的提高，活化土壤养分，改善微生物区系。协调作物营养的均衡供应，并能增强植株的抗病能力[6-7]。一直以来有机肥替代部分化肥的施肥制度成为我国农业施肥的指导方针[8]。张迎春等[9]研究表明，在化肥减量20%的条件下，配施5 997 kg·hm-2生物有机肥可提高莴笋产量，改善其品质。用生物有机肥替代部分化肥，可以调整化肥使用结构，改进施肥方法，达到化肥减量并对蔬菜提质增效的目的[10]。基于以上生产现状，本试验研究了氮肥减量并配施不同种类生物肥对当地芹菜的生长、产量及品质的影响。明确生物有机肥对芹菜提质增效的作用，筛选出适宜当地芹菜生产的氮肥施用量和生物有机肥种类。为当地芹菜的优质高效可持续发展提供科学合理的施肥依据和技术方案。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年5月至9月在定西市农业科学研究院设施农业创新园进行。当地位于甘肃省中部偏南，地理位置介于104°12′48″～105°01′06″E，35°17′54″～36°02′40″N。平均海拔1 898.7 m，属温带大陆性气候，光照充足，干旱多风，降雨稀少，年平均蒸发量1 400 mm，是甘肃省重要的旱作农业区之一。试验地土壤为壤土，定植前基本理化性状为(耕层土0～30 cm)：pH6.9、有机质15.23 g·kg-1、铵态氮102.46 mg·kg-1、有效磷170.12 mg·kg-1、速效钾536.72 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试芹菜品种为津美西芹。供试肥料为尿素(含N量为46%)、硝酸钾(K2O含量为52%)、过磷酸钙(P2O5含量为16%)。供试生物肥为中农绿康抗重茬微生态制剂(主要成分为防病促生芽孢杆菌和木霉菌，有效活菌≥5.0亿/克)和中农绿康绿地康生物冲施肥(主要成分为根际有益微生物菌株，有效活菌数≥5.0亿·g-1)，由中农绿康(北京)生物技术有限公司生产；兴农精赞农用微生物菌剂(主要成分为蕈状芽孢杆菌，有效活菌数≥2.0亿·g-1)，由兴农药业有限公司生产。

1.3 试验设计

试验于2020年5月23日定植，共设置11个处理，3次重复，随机区组排列。小区面积为4 m×6 m=24 m2。栽培方式为平畦栽培，株行距为25 cm×25 cm。定植前将试验所用肥料以底肥形式施入，在生长期(定植后30 d)追施一次尿素。田间管理按照常规方法进行，具体处理见表1。

表1 试验设计及处理Table 1 The experimental design and treatments

1.4 测定指标与方法

于芹菜叶丛生长盛期(定植后60 d)分别测定芹菜的株高、茎粗、叶片数、单株干重和鲜重等生长指标。株高用钢卷尺测定，茎粗用精度为0.001 cm电子游标卡尺。将植株从根颈部位切断，用天平称量植株地上部分鲜重，将称完鲜重的植株在105 ℃烘箱中杀青30 min，于70 ℃烘干至恒重后称量其干重。每个处理测定5株，重复三次。芹菜于2020年8月13日按小区采收并称重测产，同时测定芹菜可溶性蛋白、维生素C和硝酸盐含量等品质指标。硝酸盐含量采用紫外吸收法测定，维生素C含量采用2.6-二氯酚靛酚钠染色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝溶液法测定[11]。

1.5 统计方法

采用SPSS 22.0数据处理软件对数据进行方差分析与差异显著性检验，用Microsoft Excel 2010绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对芹菜生长的影响

氮肥减施并配施生物有机肥处理对芹菜的株高、茎粗、叶片数、单株鲜重和干重的影响见表2。除了CK1外，所有施肥处理芹菜的株高均显著高于CK(P<0.05)。其中T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的株高与CK和CK1处理差异显著，T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)、T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的芹菜茎粗显著高于CK和CK1；从各处理的鲜重来看，氮肥减施30%且配施生物肥的三个处理效果较为明显。T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)、T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)、T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的单株鲜重显著高于CK和CK1处理；芹菜干重和鲜重的表现结果相似，T8处理(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)的干重显著高于CK和CK1，其次是T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)和T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)处理。综合比较以施用“中农绿康绿地康”生物冲施肥处理的效果较优。各处理的叶片数无显著差异，均在9-11片之间，说明氮肥减施且配施生物有机肥对叶片数没有明显的影响。

表2 不同处理对芹菜生长的影响Table 2 Effects of different treatments on celery growth

2.2 不同处理对芹菜产量的影响

氮肥减施并配施生物有机肥对芹菜产量均有不同程度的影响(图1)。配施生物肥后各处理的产量高于单施化肥处理(CK1)。除T7处理(氮肥减15%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)外，以氮肥减施30%并配施生物肥的处理对芹菜的增产效果影响较大。T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)、T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)和T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的芹菜产量分别为124 t·hm-2，126 t·hm-2和127 t·hm-2，分别较单施化肥处理(CK1)显著增加了13.3%、14.7%和15.4%(P<0.05)。而T7处理的产量为124 t·hm-2，其产量虽低于T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理，但显著高于CK1(P<0.05)。可以看出，与无机肥配施的三种生物肥中以“中农绿康绿地康”生物冲施肥处理的效果最好。

图1 不同处理对芹菜产量的影响Fig.1 Effects of different treatments on the yields of celery

2.3 不同处理对芹菜品质的影响

硝酸盐含量是重要的蔬菜安全品质指标。如图2，CK处理的硝酸盐含量最低，含量为36.6 mg·kg-1，CK1处理硝酸盐含量最高，其含量为1 767 mg·kg-1，其余各处理的硝酸盐含量均显著低于CK1(单施化肥)(P<0.05)。其中T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的硝酸盐含量低于所有施肥处理，与CK1相比显著降低了73.2%(P<0.05)。T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)处理的硝酸盐含量为107 mg·kg-1，比施用同种生物肥的T1(氮肥减15%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)和T3(氮肥减45%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)处理显著降低了54.7%和23.4%，而T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)、T6(氮肥减45%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)处理的硝酸盐含量显著低于T3(氮肥减45%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)(P<0.05)。各处理的芹菜硝酸盐含量均未超出国家蔬菜可食用部分卫生标准(≤432 mg·kg-1)[12]。

图2 不同处理对芹菜硝酸盐含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on nitrate contents of celery

蛋白质作为细胞中含量最丰富的生物大分子之一，是生物体结构和功能最重要的物质基础。可溶性蛋白参与蔬菜内多种生理生化代谢过程的调控，与蔬菜的生长发育、成熟衰老，抗病性密切相关，因此也作为评价蔬菜品质和营养的重要指标[13]。所有施肥处理的可溶性蛋白含量均显著高于CK(图3)。其中配施生物有机肥的T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)、T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)、T7(氮肥减15%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)、T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理可溶性蛋白含量显著高于CK1(单施化肥)(P<0.05)。T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)和T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)处理的可溶性蛋白含量显著高于T1(氮肥减15%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)、T3(氮肥减45%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)、T4(氮肥减15%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)和T6(氮肥减45%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)处理(P<0.05)；T7(氮肥减15%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)和T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的可溶性蛋白含量均显著高于T9(氮肥减45%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理(P<0.05)。可以看出化肥减施30%且配施生物肥对芹菜中可溶性蛋白含量的提升效果较为显著，并且从3种不同生物有机肥的效果来看以“中农绿康绿地康”生物冲施肥的效果最好。

维生素C又称为抗坏血酸，是植株抵抗衰老及抗逆境的重要生理指标，也是衡量蔬菜营养品质的指标之一[13]。不同处理对芹菜维生素C含量的影响见图4。在氮肥减量配施生物有机肥均能够不同程度上提高芹菜的维生素C含量。除T1(氮肥减15%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)和T4(氮肥减15%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)处理外，其它处理的维生素C含量均显著高于CK(不施肥)和CK1(单施化肥)(P<0.05)，其中施用“中农绿康绿地康”生物冲施肥的三个处理(T7、T8、T9)维生素C含量高于其它处理。T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的维生素含量较CK和CK1(单施化肥)分别显著增加了59.8%、43.0%(P<0.05)。T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)、T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)处理的维生素C含量分别较CK(不施肥)相比显著增加了47.7%和32.1%(P<0.05)。研究结果表明配施兴农精赞农用微生物菌剂的3个处理维生素C含量低于其它两种生物肥。

图4 不同处理对芹菜维生素C含量的影响Fig.4 Effects of different treatments on vitamin C contents of celery

3 讨论

本研究表明，氮肥减施并配施不同生物有机肥能够促进芹菜的生长。具体表现在芹菜的株高、茎粗和单株干鲜重等方面有明显的改善。本研究中T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)和T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的芹菜生长状况优于其它处理，而施用“中农绿康绿地康”生物冲施肥的处理(T8)效果更佳。沈建国等[14]研究表明施用复合生物肥对芹菜生长有一定的积极影响，其株高和单株叶片数等生育表现均有显著提高。李亚娟等[15]在西瓜上施用生物有机肥后明显促进了西瓜的生长，对西瓜的主蔓长、叶长等部位都有明显的改善。也有研究表明冲施微生物肥料对芹菜株高、叶面积系数、单株重有增加作用[16]，这与本研究结果中配施生物肥对芹菜的生长具有显著作用的结果相似。但本研究中生物肥对芹菜的叶片数没有明显的影响，这可能是因为植株在前期进行营养生长的时候，肥料中有益菌的作用还未完全发挥出来。

本研究发现施肥处理较不施肥处理能够明显提高芹菜的产量，T2(氮肥减30%+“中农绿康”抗重茬微生态制剂)、T5(氮肥减30%+“兴农精赞”农用微生物菌剂)和T8(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理的产量不仅较CK(不施肥)和CK1(只施化肥)相比有显著提升，而且在施用同种有机肥的三个处理中氮肥减施30%的处理产量均高于减施15%和45%的处理，其中T8处理(氮肥减30%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)的芹菜产量较CK1(只施化肥)增加了15.4%，较T7(氮肥减15%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)和T9(氮肥减45%+“中农绿康绿地康”生物冲施肥)处理分别增加了2.2%和10.8%，这说明氮肥减施30%且配施生物肥的处理增产效果更为明显。这可能是因为生物有机肥中的大量腐殖酸和多种有益微生物与化肥的相互作用提高了化肥的利用率，尤其是提高了氮肥的利用效率[17-18]。另一方面可能是因为配施的生物有机肥中含有芽孢杆菌，它能够在植物生长的土壤中快速、大量繁衍和定植。有效地阻止病原微生物的繁殖，干扰植物病原微生物对植物侵染[19]。能进一步改善微生物区系结构和土壤生态环境，改变土壤酶活性和营养条件。从而破坏病原微生物在植物上的定殖，具有良好的抑菌控病效果[10,20]。加之当地夏秋季气候凉爽、日照充足、雨量相对充沛、昼夜温差大等气候特点，整体上有利于各类蔬菜营养器官和干物质的积累。胡诚等[20]研究表明长期施用生物有机肥能够使土壤的肥力明显提高，理化性质不断得到改善，进而促进土壤中微生物的繁殖与生长，使根系发育健壮。王庆玲等[21]在化肥减量配施生物有机肥对蒜苗产量影响的研究中也得出类似的结果。

生物有机肥不仅含有较为活跃的微生物菌群和活性酶，同时含有丰富的微量元素[22]。生物肥效应的发挥主要来源于微生物活动对土壤的改良效果，以此来提高果实的品质[23-24]。增施生物有机肥能够有效调节植株营养生长和生殖生长，同时合理的氮素营养促进了芹菜营养品质的改善。牛振明等[25]研究发现化肥减量配施生物肥可以降低甘蓝叶球中硝酸盐含量，抗坏血酸含量不同程度增加。王文军等[26]通过在芹菜上施用生物肥后发现能够使其品质提高，并且明显提高总糖和VC含量。赵贞[27]等研究表明施用微生物菌肥后可显著提高黄瓜果实中可溶性糖和VC含量，降低硝酸盐含量。本试验中氮肥减量并配施生物有机肥可以降低芹菜中的硝酸盐含量，对维生素C含量和可溶性蛋白含量均有不同程度的增加，有助于芹菜品质的提升。其中氮肥减施30%的处理能明显降低芹菜中硝酸盐的含量，并且提高了芹菜中的可溶性蛋白和维生素C的含量，对芹菜品质具有较好的改善作用。

4 结论

氮肥减量配合施用适量的生物有机肥能够显著促进芹菜的生长，适量的无机肥料配施生物有机肥能够促进芹菜的生长，具体表现为芹菜的株高、茎粗、干鲜重等方面较单施化肥显著提高。并且无机肥料与生物有机肥配合施用有助于提高产量和改善芹菜的内在品质。芹菜产量增加了5.0%～15.4%，芹菜维生素C含量和可溶性蛋白含量显著增加，相比较单施化肥处理，增施生物有机肥更有利于芹菜产量和品质的提高。

其中，氮肥减量30%并配施生物肥的处理整体优于氮肥减量15%和45%的处理。从三种生物肥料的作用效果来看，“中农绿康绿地康”生物冲施肥的效果较好，生物有机肥部分替代化肥能够节省和优化肥料资源，提高利用率，可在当地芹菜栽培中推广使用。