不同施肥模式对结球甘蓝产量、养分吸收利用及土壤酶活性的影响

张富鑫，颉建明，刘 阳，马玉峰，高彦强，常有麟，毛尔晔

（甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070）

结球甘蓝（Brassica oleraceaL.var.capitataL.）简称甘蓝，十字花科芸苔属植物，由野生甘蓝进化而来［1］。由于其营养价值高，矿质元素含量丰富，生长周期短，抗寒耐旱能力强，已成为世界上广泛栽培的蔬菜作物之一［2-6］。在栽培中，人们为了追求经济效益，长期过量且不合理的施肥，致使土壤酸化、肥力减退、土壤板结、营养物质流失、病虫害严重、养分吸收利用率降低和产量下降等一系列问题出现，严重影响了结球甘蓝产业的可持续发展［7-8］。

在生产实践中，从作物对肥料的需求侧出发，合理调配供给侧肥料施用量，可在化肥减量的同时起到提高肥料利用率、增加产量、降低成本的作用［9-10］。不同种类肥料配合施用，在减少肥料施用次数、降低人工成本的同时，满足作物各阶段对肥料的需求［11-13］，改善土壤理化性质，提高土壤酶活性，促进养分吸收利用，是保障农业可持续发展的重要举措之一。研究表明，缓释肥可提高小麦的氮素代谢和产量［14］，改善辣椒的根系活力，提高养分利用率［15］；也有研究表明，生物有机肥可显著提高猕猴桃根系土壤酶活性［16］，促进莴笋的干物质积累［17］。目前，关于普通化肥、缓释肥和生物有机肥搭配施用对结球甘蓝的影响鲜见报道。因此，本试验通过研究不同施肥模式对结球甘蓝产量、养分吸收利用及土壤酶活性的影响，揭示其对结球甘蓝生长的作用机理，从而筛选出最佳的施肥模式，为结球甘蓝产业的可持续发展提供施肥指导和理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试结球甘蓝品种为邢台市辰惠种业有限公司生产的“美玉-23号”（榆中县农业技术推广中心提供）。供试肥料为市售尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）、磷酸二铵（N-P2O5-K2O=18-46-0），中农（天津）化肥有限公司生产的硫酸钾（K2O 51%）、甘肃奔马环保科技有限责任公司生产的复合肥（N-P2O5-K2O=17-17-17）、湖北浩斯特化肥有限公司生产的缓释肥（N-P2O5-K2O=26-11-11）、甘肃绿能瑞奇生物技术有限公司生产的生物有机肥（有机质≥40%、有效活菌数≥0.2亿·g-1，有效菌：放线菌、芽孢杆菌、光合细菌、解磷解钾菌等）。

试验在甘肃省兰州市榆中县三角城乡康源农业体验园（35°53′N，104°9′E）进行，地处黄土高原，属于温带半干旱大陆性气候，年均气温6.7℃，降水量400 mm，无霜期120 d左右，种植土壤为黄绵土，前茬作物为西葫芦。播种前土壤基础肥力为：全氮0.37 g·kg-1、全磷4.36 g·kg-1、全钾28.71 g·kg-1、碱解氮59.81 mg·kg-1、有效磷145.82 mg·kg-1、速效钾233.33 mg·kg-1、pH值7.22、电导率247.30 μS·cm-1、有机质21.58 g·kg-1。

1.2 试验设计

试验于2020年6月育苗，7月20日定植，共设置5个处理，分别为：CK：不施肥；CF：当地常规施肥；T1：化肥减量施肥（较常规施肥减量45.3%，其中N减施33%，P2O5减施85%，K2O增施15%）；T2：缓释肥部分替代化肥（在常规施肥减量45.3%的基础上，用缓释肥替代52.8%的普通化肥）；T3：缓释肥部分替代化肥配施6000 kg·hm-2生物有机肥（在常规施肥减量45.3%的基础上，用缓释肥替代52.8%的普通化肥，配施6000 kg·hm-2生物有机肥）。采用随机区组排列，重复3次，共15个小区，每小区面积48 m2，膜垄栽培，一垄双行，垄宽65 cm，沟宽40 cm，株距25 cm。CF处理施肥量由当地调查统计所得，T1、T2、T3处理施肥量根据结球甘蓝吸肥规律（每生产1000 kg结球甘蓝需N 3.4 kg、P2O50.75 kg、K2O 4.7 kg）计算所得，与CF相比，N减施33%，P2O5减施85%，K2O增施15%；T2、T3处理中缓释肥提供全部磷肥和部分氮肥与钾肥，不足的氮肥和钾肥用尿素和硫酸钾补充。定植前将生物有机肥、缓释肥、过磷酸钙、磷酸二铵一次性基施，后期追施两次，莲座期追施40%，结球期追施60%，具体施肥量见表1。植株样品分别于幼苗期（8月3日）、莲座期（8月16日）、结球期（8月30日）、采收期（9月12日）进行采集，各小区随机选取3株样品进行指标测定。田间管理措施与当地农作习俗保持一致。

表1 试验各处理施肥量 （kg·hm-2）

1.3 测定指标与方法

植株干物质量：在结球甘蓝幼苗期、莲座期、结球期和采收期，各处理分别取样9株（重复），将植株根、叶、叶球于105℃杀青0.5 h，80℃烘干至恒重，测定各部分干物质量［18］。

植株各时期养分：将各时期的植株干样磨碎，过1 mm筛，采用H2SO4-H2O2法消煮，全氮用全自动凯氏定氮仪（K1100）测定；全磷用钼锑抗比色法测定（TU-1900）；全钾用火焰光度法测定（AP1302）［19］；矿质元素（Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn、Na）用原子吸收光谱法测定（ZEEnit 700P，德国）［20］。

产量：成熟期按小区测定经济产量。

土壤酶活性：脲酶活性用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定；碱性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定；蔗糖酶活性用3，5-二硝基水杨酸比色法测定［21］；过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法测定［22］。

1.4 数据处理

数据利用SPSS 26.0进行统计学分析和Pearson相关性分析，利用Excel 2019进行数据统计分析和制图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对结球甘蓝干物质积累量的影响

由图1可知，结球甘蓝苗期、莲座期、结球期生长速度缓慢，结球后生长速度加快，干物质积累量迅速增加，整体表现出先缓后快的增长趋势。各施肥处理对结球甘蓝干物质积累量均有不同程度的影响，具体表现为：苗期T3处理干物质积累量显著高于其它处理，较CF处理提高了29.5%，其它各处理间均无显著差异；莲座期T3处理干物质积累量最高，T1次之，二者间无显著差异，但与CF、T2处理均表现出显著差异，与CF处理相比，T1、T2、T3处理分别提高了48.9%、28.1%、60.0%；结球期和采收期变化趋势相同，均表现为CF最小，T3最大；在结球期各处理间差异均达到显著水平，与 CF处理相比，T1、T2、T3处理分别提高了9.75%、16.7%、27.4%；采收期T3处理显著提高结球甘蓝整株干物质积累量，较CF提高了15.8%，其它各处理间未表现出显著差异。

图1 不同处理下结球甘蓝干物质积累量的变化

2.2 不同施肥模式对结球甘蓝产量的影响

图2 不同处理下结球甘蓝产量的变化

从不同施肥处理后结球甘蓝产量（图2）可以看出，各施肥处理均能提高结球甘蓝产量，且T2、T3处理与CF处理均表现出显著差异，其中CF处理结球甘蓝产量为67130.4 kg·hm-2，而T1、T2、T3处理结球甘蓝产量分别为68710.9、71220.3、75759.1 kg·hm-2，较CF处理分别增产1580.5、4089.9、8628.6 kg·hm-2，增产率分别达到2.4%、6.1%、12.9%。

2.3 不同施肥模式对结球甘蓝叶球中微量矿质元素含量的影响

由表2可知，不同施肥处理对结球甘蓝叶球中微量矿质元素含量的影响不同。除T3处理的Zn含量显著高于各处理外，其它处理的含量均无显著差异；对于Mg含量而言，T2、T3处理均显著高于CF和T1处理，而CF与T1处理、T2与T3处理间均未表现出显著差异；对于Cu含量而言，仅T1处理与CF处理表现出显著差异，T2、T3处理较CF处理有所提高，但差异未达到显著水平；Fe含量在CF处理下表现出峰值，T1、T2、T3处理均显著降低，其中以T3处理降低幅度最小，且较T1、T2处理显著提高，T1、T2处理间差异未达到显著水平；Na含量与Fe存在相似之处，均为CF处理含量最高，其它各处理均显著降低，T1、T2、T3处理间差异显著，具体表现为T1＞T2＞T3；对于Mn含量而言，T2、T3处理均显著高于CF和T1处理，而T1处理显著高于CF处理、T2与T3处理间未表现出显著差异；Ca含量则在T1与T3处理下最高，与其它各处理间差异显著，但T1与T3处理间无显著差异。综合上述结果表明，T3处理对结球甘蓝叶球吸收中微量矿质元素的促进效果最明显。

2.4 不同施肥模式对结球甘蓝各生育期氮、磷、钾养分积累量的影响

由表3可以看出，从幼苗期到采收期，各处理植株氮素积累量逐渐增加，增加幅度为2.81～4.28 g·株-1。不同处理植株氮积累量在幼苗期变化幅度较小；在莲座期，结球甘蓝氮积累量T3处理最高，T1处理次之，与CF处理间差异显著，较CF处理分别提高了67.9%和60.3%，但T1与T3处理间无显著差异；在结球期，各处理间差异均达到显著水平，T1、T2、T3处理的植株氮积累量，较CF处理分别增加 13.8%、27.8%、52.1%；在采收期，与CF处理相比，T1、T2、T3处理植株氮积累量显著提高，分别提高了11.7%、20.1%、45.4%，T3处理显著高于其它各处理，T1、T2处理间无显著差异。以上表明，缓释肥配施生物有机肥可显著促进植株对氮素的吸收。

表2 不同处理下叶球中微量矿质元素含量的变化 （mg·kg-1）

磷素积累与氮素积累规律相似，不同施肥处理下的植株磷积累量在幼苗期T3处理下显著高于CF处理，其它各处理间无显著差异；在莲座期，植株磷积累量各处理间差异显著，其中以T3处理积累量最高，T1处理次之；从结球期到采收期磷积累量大幅度增长，其中以T3处理最为显著。以上表明缓释肥配施生物有机肥可显著促进植株对磷素的吸收。

植物钾素积累量在幼苗期不同处理下与CF处理均表现出显著差异，其中以T3处理积累量最高；在莲座期以T1和T3处理积累量最显著，分别较CF处理增加60.0%和71.3%，较T2处理分别增加19.5%和26.3%；在结球期各处理与CF处理差异均达到显著水平，T2、T3处理间无显著差异；采收期各处理间差异均达到显著水平，T3处理钾积累量较CF、T1、T2分别提高了41.9%、29.8%、13.3%。以上说明，缓释肥配施生物有机肥可促进植株对钾素的吸收。

表3 不同处理下结球甘蓝各生育期氮、磷、钾养分积累量的变化 （g·株-1）

2.5 不同施肥模式对结球甘蓝氮、磷、钾养分吸收量和利用效率的影响

如表4所示，相对于CF处理，各施肥处理下结球甘蓝的氮、钾吸收量均有所增加，磷吸收量仅在T3处理下有所增加，肥料利用率均有所提高。其中T1、T2、T3处理的氮素吸收量较CF处理分别增加了11.7%、20.1%和45.3%，氮素利用率提高了6.9、11.3和24.3个百分点；T1和T2处理的磷素吸收量较CF处理分别降低了4.0%和0.7%，磷素利用率分别提高了2.3和3.3个百分点，T3处理磷素吸收量较CF增加了17.1%，磷素利用率提高了8.8个百分点；T1、T2、T3处理的钾素吸收量较CF处理分别增加了9.4%、25.2%和41.9%，钾素利用率提高了6.4、19.6和33.3个百分点。上述结果表明缓释肥部分替代化肥配施生物有机肥处理在促进结球甘蓝对氮磷钾养分的吸收，提高肥料利用率方面效果显著。

表4 不同处理下结球甘蓝氮、磷、钾吸收量和利用效率的变化

2.6 不同施肥模式对结球甘蓝根际土壤酶活性的影响

2.6.1 不同施肥模式对结球甘蓝根际土壤脲酶活性的影响

脲酶是一种酰胺酶，其活性可反映出土壤氮素转化的实际情况。由图3可知，脲酶活性显示为T3处理最高，显著高于CK和CF处理，提高幅度分别为15.9%和27.1%，但T3与T1、T2处理间差异不显著；T1、T2处理高于CK处理，差异未达到显著水平，但与 CF处理间差异显著，较CF处理分别提高了16.2%和16.1%；综上，以T3处理对土壤脲酶活性提高最明显。

2.6.2 不同施肥模式对结球甘蓝根际土壤蔗糖酶活性的影响

土壤蔗糖酶可将蔗糖分解成小分子葡萄糖和果糖，作为土壤生物的能源物质。根据图4可知，蔗糖酶活性强度为T3＞T2＞T1＞CF＞CK，其中T3处理显著高于其它处理，较CK、CF、T1、T2处理分别提高了79.9%、36.6%、31.5%、26.9%；CF、T1、T2处理显著高于CK处理，较CK处理分别提高了31.7%、36.9%、41.8%，但CF、T1、T2处理间无显著差异。对于蔗糖酶而言，缓释肥部分替代化肥与生物有机肥配施处理对其活性提高最为显著。

2.6.3 不同施肥模式对结球甘蓝根际土壤碱性磷酸酶活性的影响

碱性磷酸酶可将无机磷转化为活性态供生物吸收，在含磷有机物的矿化过程中起到关键性作用。分析图5可以得出，土壤碱性磷酸酶活性强度为T3＞CF＞T2＞T1＞CK，其中T3处理显著高于CK与T1处理，分别提高了9.9%和6.0%，CF、T2处理高于T1处理，但未表现出显著差异，且CF与T2处理间同样无显著差异；CF、T1、T2处理显著高于CK处理，分别提高了6.6%、3.7%、6.3%。表明各施肥处理均有助于增强碱性磷酸酶活性，其中缓释肥部分替代化肥与生物有机肥配施对土壤碱性磷酸酶活性提升的效果最佳。

3.6.4 不同施肥模式对结球甘蓝根际土壤过氧化氢酶活性的影响

过氧化氢酶可分解植物生化氧化过程中产生的过氧化氢，降低其对细胞的毒害作用。由图6可知，T3处理对土壤过氧化氢酶活性提升效果最为显著，与其它各处理间均表现出显著差异，较CK、CF、T1、T2处理分别提高了121.3%、85.7%、25.3%、13.0%；T1、T2处理显著高于CK和CF处理，分别提高了76.6%、95.7%和48.2%、64.3%，但T1与T2处理、CK与CF处理间未表现出显著差异。综上，T3处理对土壤过氧化氢酶活性提高最明显。

图3 不同处理下结球甘蓝根际土壤脲酶活性的变化

图4 不同处理下结球甘蓝根际土壤蔗糖酶活性的变化

图5 不同处理下结球甘蓝根际土壤碱性磷酸酶活性的变化

2.7 养分积累量与酶活性的相关性分析

根据表5相关性分析可知，脲酶与氮素积累量呈显著相关；蔗糖酶与碱性磷酸酶、过氧化氢酶、氮素积累量、钾素积累量呈显著相关，与磷素积累量呈极显著相关；碱性磷酸酶与磷素积累量呈显著相关；过氧化氢酶与氮素积累呈显著相关，与钾素积累量呈极显著相关；氮素积累量与磷素积累量呈显著相关，与钾素积累量呈极显著相关，磷素积累量与钾素积累量呈显著相关。结果表明，养分积累量与土壤酶活性具有相关关系，不同施肥模式可提高土壤酶活性，促进作物对养分的吸收。

图6 不同处理下结球甘蓝根际土壤过氧化氢酶活性的变化

表5 养分积累量与土壤酶活性相关性分析

3 讨论

3.1 不同施肥模式对结球甘蓝产量及干物质积累的影响

科学合理的施肥可以提高结球甘蓝叶球中的矿质元素含量、肥料利用率和土壤酶活性，促进植株对养分的吸收利用，增加干物质积累量，提高其产量［23-25］。本研究结果显示，T3处理下，结球甘蓝干物质积累量和产量均表现为最优，T2处理次之。与CF处理相比，T2、T3处理成熟期干物质积累量增加6.9%～15.8%，产量增加6.1%～12.9%，这与周宝元等［26］在玉米上的研究结果相似；陈淼等［27］对辣椒的研究表明，生物有机肥配施不同量的化肥处理与对照相比，均出现不同程度的增产效果，其中以生物有机肥配施全量化肥处理增产效果最优；说明施用缓释肥对结球甘蓝干物质积累和产量均有所提高，配施生物有机肥则促进效果更加显著；缓释肥可满足作物整个生育期对养分的需求，减少人工投入，但其肥效释放速率较慢，不能满足作物快速生长期对养分的需求，生物有机肥同样如此［28］。将普通化肥、缓释肥、生物有机肥配合施用，即可满足结球甘蓝整个生育期的养分需求，同时可降低氮、磷、钾养分的淋溶，改善耕作条件，促进作物根系发育，提高作物产量和干物质的积累［29］。

3.2 不同施肥模式对结球甘蓝中微量矿质元素及氮、磷、钾养分吸收利用的影响

矿质元素是自然界中存在的天然元素，是人体的重要组成部分，对调节人体生理机能，维持酸碱平衡，保障人体健康具有重要作用［30-31］。孙海高［32］对葡萄的研究结果表明，生物有机肥和化肥配施可提高葡萄叶片和果实中的矿质元素含量。本研究结果显示，结球甘蓝中Zn、Mn、Mg、Ca元素的含量在缓释肥部分替代化肥配施6000 kg·hm-2生物有机肥的处理下最高，与前人研究结果［33-34］相似；而Na元素的相关研究鲜见报道，在本研究中，Na含量在当地常规施肥处理下最高，可能是由于当地常规施肥量较大造成的土壤盐渍化现象，致使植物吸水困难，形成渗透胁迫，植物自身为缓解这一现象，大量吸收Na+以降低细胞与环境之间的渗透压，达到正常吸水的目的［35］。魏晓兰等［36］对小白菜的研究结果表明，生物有机肥与化肥配施可提高小白菜中氮、磷、钾元素的积累量，提高肥料利用率，促进植物生长发育。麻井彪等［37］对甘蓝型油菜的研究显示，施用缓释肥对作物氮、磷、钾元素的吸收均有不同程度的促进作用。本研究结果表明，缓释肥部分代替化肥处理相较于当地常规施肥处理，氮和钾元素的积累量分别提高20.1%和25.2%；缓释肥部分替代化肥配施6000 kg·hm-2生物有机肥处理相较于当地常规施肥处理，氮和钾元素的积累量分别提高了45.3%和41.9%，这一结论与徐立功等［38］的研究结果相似，但磷元素积累量在缓释肥部分替代化肥和缓释肥部分替代化肥配施6000 kg·hm-2生物有机肥处理下较当地常规施肥处理分别降低了4.0%和0.7%，这与夏全杰等［39］的研究结果有所差异，出现这一现象的主要原因可能是当地常规施肥处理中磷含量较大，其它养分元素施用量不足，而结球甘蓝对磷元素的需求量较小而导致的。

3.3 不同施肥模式对结球甘蓝根际土壤酶活性的影响

土壤酶在土壤的生物化学过程中起着至关重要的作用，其活性对土壤养分高低、作物养分吸收以及产量和品质的影响巨大。常文颖等［40］研究认为，施用生物有机肥对土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性影响十分明显。秦海娟等［41］在蒜苗上的研究结果显示，缓释型复合肥与生物有机肥配合施用可促进蒜苗的生长发育，提高其土壤酶活性。本研究表明，缓释肥部分替代化肥配施6000 kg·hm-2生物有机肥处理较当地常规施肥处理土壤脲酶活性提高15.9%，蔗糖酶活性提高80%，碱性磷酸酶活性提高9.9%，过氧化氢酶活性提高121.3%。说明缓释肥与生物有机肥搭配施用，可提高土壤酶活性，促进植株对养分的吸收和利用，改善土壤环境，提高作物产量。

4 结论

不同施肥模式对提高结球甘蓝产量和整株干物质积累量，促进矿质元素和养分的吸收，提高土壤酶活性，改善植株根际微环境的作用效果不同。本试验中施用N 340.3 kg·hm-2（缓释肥212.5 kg·hm-2、普通化肥127.8 kg·hm-2）、P2O589.9 kg·hm-2（缓释肥89.9 kg·hm-2）、K2O 313.3 kg·hm-2（缓释肥89.9 kg·hm-2、普通化肥223.4 kg·hm-2），并配施6000 kg·hm-2生物有机肥处理效果最佳，可显著提高结球甘蓝产量和肥料利用效率，促进中微量矿质元素和氮、磷、钾养分的吸收，增强土壤酶活性。