增施钙钾肥及有机肥替代对露地白菜产量和品质的影响

王宏栋，韩冰&，韩双，李冬刚*，武明飞，刘文海，孙家涛

（1.德州市农业科学研究院，山东 德州 253015；2.夏津县农业农村局土肥站，山东 夏津 253200）

白菜为十字花科芸薹属叶用蔬菜，富含维生素C和E，素有“菜中之王”的美称，是我国北方冬春季的主要蔬菜之一，深受人们的喜爱[1～3]。

白菜对氮磷钾肥需求较多。在我国，农民常常根据经验施肥，养分用量及比例不合理，肥料利用率较低，而且种植户为了追求高产往往又盲目加大化肥用量，不仅造成资源浪费，以及土壤肥力下降、环境污染等[4，5]，还造成植物体内硝酸盐富集，进而影响白菜品质以及消费者的身体健康。因此，优化白菜施肥，减少化肥用量，显得尤为重要[6，7]。但连年施用复合肥等单一化肥，也会造成土壤板结、土壤理化性质恶化，制约作物产量的进一步提高[8，9]。有机肥含有丰富的氮、磷、钾和有机质等植物必需的多种营养物质，是优质的土壤改良剂和肥料。研究表明，合理施用有机肥替代部分化肥，能够提高土壤微生物数量和活性以及土壤有机质含量，促进作物增产；并且有机肥与无机肥配合施用，还能够提高土壤肥力，以及作物吸收养分的能力和氮素利用率[10～16]。白菜为喜钙作物，适量施用钙肥可促进植株叶部和茎部对磷素的吸收以及叶片对镁素的吸收，有效提高作物产量和品质[17～19]。白菜为大宗露地蔬菜，但截至目前，有关化肥优化施用以及用有机肥部分替代对露地白菜产量和品质影响的研究较少。在露地白菜上，以不施肥和常规施肥为对照，研究优化氮磷钾肥配比、补充钙肥、有机肥替代部分化肥对白菜产量和品质的影响，以期为白菜优质高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年8～10月在德州市夏津县渡口驿乡西刘堤村（北纬37°0′40″，东经115°54′29″）进行。试验地块常年种植粮食作物小麦和玉米，0～20 cm耕层土壤基础养分含量为有机质1.38%、全氮0.094%、水解氮69.00 mg/kg、速效磷29.40 mg/kg、速效钾106.00 mg/kg，pH值7.91。

1.2 试验材料

白菜品种为津育75。

所施化肥为尿素（N含量45%）、磷酸二铵（N、P2O5含量分别为20%和50%）、过磷酸钙（P2O5含量20%）和硫酸钾（K2O含量50%）；有机肥为生物有机肥（N、P2O5、K2O含量分别为2.2%、1.4%和1.4%）。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验设不施肥（空白对照，CK）、常规施肥（施肥对照，T1）、优化施肥（T2）、优化补充钙肥（T3）、95%常规施肥+生物有机肥750 kg/hm2（T4）、85%常规施肥+生物有机肥1 500 kg/hm2（T5）和75%常规施肥+生物有机肥2 250 kg/hm2（T6）6个处理（表1）。小区面积4.6 m×4.0 m（周围设保护行），随机区组排列，3次重复。

表1 不同处理的施肥量Table 1 Fertilization amount of different treatments （kg/hm2）

2020年8月22日整地并施肥，将60%的氮肥以及全部的磷钾肥和生物有机肥作为底肥一次性施入；8月24日播种白菜，株行距50 cm×55 cm；莲座期将剩余的40%氮肥追施；10月30日收获。其他管理措施同当地大田生产。

1.3.2 测定项目与方法 白菜收获期，每处理选择长势均匀的植株15株，选择其中5株称单株重，然后将白菜纵向对半切开测量横径和纵径；另取5株在烘箱中70～80℃烘干，称量干物重，计算含水量；剩余5株去除外部叶片后，采用高效液相色谱法测定可食用部分的硝酸盐和Vc含量。全小区测产，折算单位面积产量。

计算肥料农学利用效率（特定施肥条件下，单位施肥量所增加的作物经济产量，是施肥增产效应的综合体现[1]）：

化肥农学利用效率（kg/kg）=［施肥区产量（kg/hm2）-不施肥区产量（kg/hm2）］/施肥纯养分量（kg/hm2）

其中，施肥纯养分量包括N、P2O5和K2O分别的投入量以及综合投入量。

按照市场肥料价格（尿素1 820元/t、磷酸二铵2 400元/t、过磷酸钙800元/t、氯化钾2 250元/t、生物有机肥1 000元/t）计算肥料成本；按照市场白菜销售价格（0.8元/kg），计算总产值。白菜收益=总产值-肥料成本。

1.3.3 数据处理与分析 利用Microsoft Excel 2013软件对试验数据进行统计与绘图；利用SPSS 22.0软件对数据进行单因素方差分析，采用LSD和Duncan’s法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对白菜产量的影响

施肥处理的白菜产量为122876.14～127335.35kg/hm2，均显著＞CK，增产率为17.68%～21.95%（表2）。表明与不施肥相比，施肥可明显提高白菜产量。

表2 不同施肥处理对白菜产量的影响Table 2 Effects of different fertilization treatments on yield of Chinese cabbage

不同施肥处理的白菜产量差异较大，其中，T3处理产量最高，与其他处理差异均达到了显著水平，其中较T1处理增产2.21%；T2处理产量次之，与T1和T4处理差异不显著，但显著＞T5和T6处理。有机肥替代部分化肥处理的白菜产量随着有机肥比例的增大而逐渐降低，与T1处理相比，除T4处理略有升高外，其他2个处理均表现降低，其中T6处理减产显著。表明本试验条件下，在提高白菜产量上，化肥优化施用处理的效果优于有机肥替代处理，其中T3处理最佳。

2.2 不同施肥处理对白菜肥料农学利用率的影响

不同施肥处理的化肥农学利用效率不同（表3）。与T1处理相比，优化施肥措施和有机肥替代化肥处理的氮及化肥综合农学利用效率均有所提高，磷、钾肥农学利用效率升降不一。T3处理的氮肥、磷肥及化肥综合农学利用效率均最高，分别较T1处理提高了13.65%、70.47%和8.14%；钾肥农学利用效率＜T1处理，降幅为25.62%。T2处理的氮肥、磷肥及化肥综合农学利用效率均较高，分别较T1处理提高了5.24%、57.86%和0.14%；钾肥农学利用效率最低。有机肥替代部分化肥处理的各肥料及化肥综合农学利用效率均随有机肥比例的增大而逐渐降低，与T1处理相比，T4和T5处理的指标值均表现提高，T6处理仅氮肥和化肥综合农学利用效率提高。表明本试验条件下，化肥优化施用处理在提高氮肥和磷肥农学利用效率上效果较好，有机肥替代部分化肥处理中合适的替代比例（T4和T5处理）下钾肥农学利用效率可优于常规施肥，总体来看T3处理最佳。

表3 不同施肥处理对白菜肥料农学利用率的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on fertilizer agronomic utilization of Chinese cabbage

2.3 不同施肥处理对白菜生物学性状的影响

2.3.1 对白菜单株重的影响 施肥处理的白菜单株重为3.41～3.55 kg，均显著＞CK，增幅为16.38%～21.16%（图1）。表明与不施肥相比，施肥可明显提高白菜单株重。

图1 不同施肥处理对白菜单株重的影响Fig.1 Effect of different fertilization treatments on plant weight of Chinese cabbage

不同施肥处理的白菜单株重差异较大，其中，T3处理单株重最大，显著＞除T2外的其他处理，其中较T1处理增加了2.60%；T2处理单株重次之，与T4处理差异不显著，但显著＞T1、T5和T6处理。有机肥替代部分化肥处理的白菜单株重随着有机肥比例的增大而逐渐降低，与T1处理相比，除T4处理略有升高外，其他2个处理均表现降低，其中T6处理降低显著。表明本试验条件下，在提高白菜单株重上，化肥优化施用处理的效果略优于有机肥替代处理，其中T3处理最佳。

2.3.2 对白菜纵径的影响 施肥处理的白菜纵径均显著＞CK（图2）。表明与不施肥相比，施肥可明显提高 白菜纵径。

图2 不同施肥处理对白菜纵径的影响Fig.2 Effect of different fertilization treatments on longitudinal diameter of Chinese cabbage

不同施肥处理的白菜纵径差异较大，其中，T3处理纵径最大，显著＞除T4和T2外的其他处理，其中较T1处理增加了2.03%；T4处理纵径次之，与T2和T1处理差异不显著，但显著＞T5和T6处理。有机肥替代部分化肥处理的白菜纵径随着有机肥比例的增大而逐渐降低，与T1处理相比差异均不显著，其中T4处理略有增加，其他2个处理均表现降低。表明本试验条件下，在增大白菜纵径上，化肥优化施用处理和95%常规施肥+生物有机肥750 kg/hm2处理效果均较好，其中T3处理最佳。

2.3.3 对白菜横径的影响 施肥处理的白菜横径均显著＞CK（图3）。表明与不施肥相比，施肥可明显提高白菜横径。

图3 不同施肥处理对白菜横径的影响Fig.3 Effect of different fertilization treatments on transverse diameter of Chinese cabbage

不同施肥处理的白菜横径差异较大，其中，T3处理横径最大，显著＞除T2外的其他处理，其中较T1处理增加了2.24%；T2处理横径次之，与T1和T4处理差异不显著，但显著＞T5和T6处理。有机肥替代部分化肥处理的白菜横径随着有机肥比例的增大而逐渐降低，与T1处理相比均表现降低，但所有处理间差异均不显著。表明本试验条件下，在增大白菜横径上，化肥优化施用处理的效果优于有机肥替代处理，其中T3处理最佳。

2.4 不同施肥处理对白菜品质的影响

2.4.1 对白菜Vc含量的影响 施肥处理的白菜Vc含量 为160.42～184.19 mg/kg，均 显 著＞CK，增 幅 为36.23%～56.41%（表4）。表明与不施肥相比，施肥可明显提高白菜Vc含量。

不同施肥处理的白菜Vc含量差异较大，其中，T3处理Vc含量最高，显著＞除T2外的其他处理，其中较T1处理增加了14.82%；T2处理Vc含量次之，与T6处理差异不显著，但显著＞T1、T4和T5处理。有机肥替代部分化肥处理的白菜Vc含量随着有机肥比例的增大而逐渐升高，与T1处理相比均表现增加，其中T5和T6处理与T1处理差异达到了显著水平。表明本试验条件下，在提高白菜Vc含量上，化肥优化施用处理的效果优于有机肥替代处理，其中T3处理最佳。

2.4.2 对白菜硝酸盐含量的影响 施肥处理的白菜硝酸盐含量为320.05～330.07 mg/kg，均＞CK，但差异均不显著（表4）。表明与不施肥相比，施肥对白菜硝酸盐含量升高影响不大。

表4 不同施肥处理对白菜Vc和硝酸盐含量的影响Table 4 Effects of different fertilization treatments on contents of Vc and nitrate of Chinese cabbage （mg/kg）

不同施肥处理的白菜硝酸盐含量差异均不显著，指标值顺序为T6＜T5＜T4＜T3＜T2＜T1。表明本试验条件下，在降低白菜硝酸盐含量上，有机肥替代化肥处理的效果优于化肥优化施用处理，但差异不显著。与常规施肥相比，优化施肥有利于降低白菜的硝酸盐含量，在此基础上增施钙肥后效果更好；有机肥替代部分化肥处理中，白菜硝酸盐含量随着有机肥比例的增大而逐渐降低。

2.5 不同施肥处理对白菜收益的影响

施肥处理的白菜收益为94 972.71～100 552.93元/hm2，均＞CK（表5）。表明与不施肥相比，施肥可以提高白菜收益。

表5 不同施肥处理对白菜收益的影响 （元/hm2）Table 5 Effects of different fertilization treatments on profit of Chinese cabbage （Yuan/hm2）

不同施肥处理的白菜收益不同，其中，T3处理收益最高，T2处理之，分别较T1处理增加了2.37%和0.79%。有机肥替代部分化肥处理的白菜收益均＜T1处理，指标值随着有机肥比例的增大而逐渐降低，收益降幅为0.36%～3.32%。表明本试验条件下，在提高白菜收益上，化肥优化施用处理的效果优于有机肥替代处理，其中T3处理最佳。

3 结论与讨论

本研究结果表明，与常规施肥相比，减磷增钾优化施肥（T2处理）后白菜产量略有增加，在优化施肥的基础上进一步增施钙肥（T3处理）后白菜产量明显提高。原因可能是农民以往凭经验施肥，导致土壤微量元素尤其是钙素相对匮乏，而白菜为喜钙作物，补充钙肥后钙通过活化植物体内各种酶，参与植物的光合作用，进而促进了蛋白质合成，这与赵亚飞等[19]的研究结论一致，即：施用钙肥能有效增加地上部干物质积累量，提高产量。与优化施肥相比，增施钙肥后氮、磷、钾肥农学利用率均有不同程度的提高，与前人[17～20]研究结果类似，可能与补充钙肥后促进了植株叶部及茎部对磷素的吸收，以及植株对钾素的吸收有关。白菜为喜钾作物，对钾素需求量大，研究表明，钾肥施用量与大白菜Vc含量呈正相关[6]；施用钾肥能够增强大白菜抗性，改善其适口性[5]，明显提高白菜产量[21，22]。胡潇怡等[17]研究发现，补充钙肥可以提高白菜植株长势，主要表现在增大白菜横径和单株重2个方面。本研究结果表明，增施钙钾肥的2个优化施肥处理均较常规施肥处理提高了白菜的球径（横径）、单株重、产量以及Vc含量，与前人研究结论一致。

齐义杰等[23]研究发现，秋白菜施用复合肥后，养分供应平衡，有利于游离态氮向化合态氮的转变，白菜硝酸盐含量降低。沈明星等[24]研究表明，土壤硝态氮供给强度是影响叶菜硝酸盐积累的主要因素。本研究结果显示，优化施肥和优化补充钙肥处理的白菜硝酸盐含量均低于常规施肥，结合肥料农学利用率结果一起分析原因，认为可能与以下2个方面有关：（1）降低了土壤的硝态氮供给水平；（2）提高了白菜植株对氮肥的吸收利用率，在促进蛋白质合成、增加产量的同时，也在一定程度上有利于化合态氮的合成。

本研究发现，在常规施肥减量的基础上增施生物有机肥，白菜产量和单株重均随有机肥比例的增大呈逐渐降低趋势，与常规施肥相比，95%常规施肥+生物有机肥750 kg/hm2处理的白菜产量略有增加，85%常规施肥+生物有机肥1 500 kg/hm2处理的白菜产量略有降低，而75%常规施肥+生物有机肥2 250 kg/hm2处理的白菜产量明显降低。虽然生物有机肥中含有丰富的氮、磷、钾等多种营养物质，但结合农学肥料利用率分析发现，随着有机肥替代比例的增大，白菜植株对氮、磷、钾的吸收利用率反而降低，甚至低于常规施肥处理，这就对白菜产量形成造成一定的负面影响。沈明星等[24]研究发现，随着有机氮替代比例的增加，小白菜Vc含量呈先升高后降低的变化；其还发现，土壤硝态氮供给强度是影响叶菜硝酸盐积累的主要因素，增加有机氮肥施用比例能极显著地降低土壤硝态氮的供给水平，因此小白菜硝酸盐含量随着有机氮肥施用比例的提高呈极显著的下降趋势。本研究条件下，随着有机肥替代比例的增大，白菜Vc含量逐渐增加，并没有出现拐点，原因可能与本研究设置的有机肥替代比例梯度较小有关；白菜硝酸盐含量呈逐渐降低趋势，与沈明星等[24]的研究结论一致。

本研究条件下，与常规施肥相比，优化施肥和优化补充钙肥处理均可以提高白菜收益。从经济效益来看，生物有机肥用量较大，相对来说成本略高，故收益略低。但是生物有机肥具有改善土壤理化性状、提高土壤肥力、防治土壤污染等优势，用生物有机肥替代部分化肥可以解决因长期过量施用化肥导致的土壤理化性质恶化、肥料利用率、作物产量下降等问题，从长远来看有利于土壤综合经济效益的提升。本研究结果还表明，增大有机氮肥的比例能够提高白菜Vc含量、降低硝酸盐含量，在一定程度上提升白菜品质。