保水剂和脲酶抑制剂对贵州高山甘蓝生长的影响

魏全全，芶久兰，张 萌，陈 龙，顾小凤

（贵州省农业科学院土壤肥料研究所/农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站，贵阳 550006）

0 引 言

甘蓝（Brassica oleracea L.）是我国重要的蔬菜作物，也是贵州省脱贫致富的主栽冷凉蔬菜作物，由于贵州地处高原，错季蔬菜成为贵州蔬菜产业名牌，发展冷凉蔬菜甘蓝产业对打赢贵州省脱贫攻坚、乡村振兴战役具有重要意义。贵州是全国唯一没有平原的省份，全省约50%的土地都是坡耕地，加之其地带性典型黄壤养分含量偏低，酸性较强，易发生水土流失，保水保肥能力相对较差，极不利于甘蓝产量的提高[1]。同时，贵州省威宁县地处云贵高原，独特的地理位置和气候条件导致雨水季节性分配不均匀，春季甘蓝种植时雨水偏少，因而会出现春旱现象，导致甘蓝因缺水而发育不良，影响生长，同时干旱也会加重病虫害频发，严重影响甘蓝产量和品质，已成为贵州冷凉蔬菜产业发展的瓶颈[2]。随着贵州高山冷凉蔬菜的快速发展，由于追求过高的经济效益，“重化肥轻有机肥”、连作障碍等问题愈发严重，使得黄壤质量进一步恶化，并致甘蓝产量和品质以及养分利用率降低，严重制约贵州高山冷凉蔬菜产业的健康发展。近年来，随着农业生产的需求，土壤添加剂如保水剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂等产品相继用于农业生产中，保水剂是一种强吸水类树脂，自1961年从美国农业部北方研究所率先研制并首先应用于农业，可以提高土壤的保水保墒能力，缓解缺水对作物生长带来的副作用[3]，脲酶抑制剂可以有效抑制土壤脲酶活性，延缓尿素水解，减少土壤中氨挥发[4]，施用于土壤后具有改良土壤、减少养分损失等优点，为作物的提质增产作出重要贡献[5-8]。前人对保水剂和脲酶抑制剂在作物上的研究均取得较为理想的结果，张萌等[9]的研究表明，在贵州高海地区覆膜栽培马铃薯，推荐施用保水剂52.5～82.5 kg/hm2，有利于高产及提高土壤肥力。张小强等[10]在对平菇培养料的研究表明，平菇生产中培养料保水剂的添加比例为0.3%～0.455%。李春玲等[11]的研究表明，在凉州灌区减氮施肥和农户施肥添加脲酶抑制剂能够在保证春玉米产量的同时，促进春玉米对氮肥的吸收，降低春玉米收获后土层硝态氮残留。目前，前人的研究主要集中在单种土壤添加剂在作物上的应用，关于多种土壤添加剂的混合施用研究较少，而在贵州高山冷凉反季节蔬菜上的研究更是鲜有报道，同时笔者在前期研究中发现，甘蓝移栽种植后需要及时补充大量水分以保证甘蓝幼苗成活以及化学肥料施用过多等问题出现，因此开展保水剂和脲酶抑制剂在贵州高山冷凉蔬菜上应用的研究十分必要。综上，本试研究采用田间试验的方法，探究在常规化肥施用的基础上，单独配施保水剂或脲酶抑制剂和同时配施保水剂及脲酶抑制剂，对冷凉蔬菜甘蓝产量、养分吸收、肥料利用率、品质以及经济效益的影响，以期为保水剂和脲酶抑制剂在贵州高海拔春旱地区及其相似地区的应用提供理论和实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2021年在贵州省毕节市威宁县草海镇（26°53′5″E，104°10′7″N，海拔2 237 m，平均气温11 ℃左右，日照时间2 000 h 左右，年平均降雨量为900～1 000 mm）进行，供试土壤为灰泡土。基本理化性状为：pH 5.5（水∶土=2.5∶1），有机质40.0 g/kg，全氮2.33 g/kg，碱解氮123.4 mg/kg，有效磷18.9 mg/kg，速效钾115.3 mg/kg。

供试甘蓝品种为‘中甘101’；供试肥料品种为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）和硫酸钾（含K2O 50%）；供试脲酶抑制剂为聚谷氨酸类物质，由中国科学院沈阳应用生态研究所提供；供试保水剂为高分子吸水性树脂，由贵州天宝丰原生态农业科技有限公司提供。试验田块前茬为冬闲田。

1.2 试验设计

试验共设置5 个处理，分别为：不施肥处理（NF）、化肥处理（HF）、化肥+保水剂处理（FB）、化肥+脲酶抑制剂处理（FN）和化肥+保水剂+脲酶抑制剂处理（FBN）。小区面积为21.6 m2（1.8 m×12 m），3次重复，随机区组排列。除不施肥处理（NF）外，其他各处理肥料用量相等，氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）的用量均为225、150 和225 kg/hm2，其中脲酶抑制剂按照尿素用量的1.0%（4.89 kg/hm2）施用，保水剂用量为60 kg/hm2。试验的其他田间生产管理均采用当地农业技术推广部门的推荐技术。

60%氮肥、全部磷肥和钾肥、脲酶抑制剂和保水剂混匀后一次性施用，施用后覆膜，另外40%氮肥于莲座期作为追肥施用；甘蓝采用移栽的方式种植，于3月18日育苗，4月15日移栽，移栽密度为每小区128 株（16 株/行，4 行/垄，2 垄，5.926 万株/hm2）；甘蓝于2021年7月6日统一收获。

1.3 测定项目

在甘蓝收获期，取有代表性且生长一致的植株6株，用于测定甘蓝生物量、养分和品质指标。甘蓝取样后，105 ℃下杀青30 min，60 ℃烘箱中烘至恒重，记录干重，依次折算总生物量；将烘干的植株样品磨碎后过筛，采用浓H2SO4-H2O2消化后稀释，采用凯氏定氮法测定全氮浓度，钒钼黄比色法测定全磷浓度，火焰光度计法测定全钾浓度[12]；取部分未烘干的新鲜样品，测定可溶性糖、硝酸盐、Vc、游离氨基酸和蛋白质等品质指标[13]。

1.4 相关参数计算[14-16]

养分累积量=养分含量×生物量

氮素农学效率AEN=（施肥区产量-不施肥区产量）/施氮量

氮素吸收利用效率REN=（施肥区氮素总累积量-不施肥区氮素总累积量）/施氮量×100%

同理，计算磷素和钾素农学效率和吸收利用效率。其中，在养分利用率的计算中，施肥区产量为施用氮磷钾肥的甘蓝产量，不施肥区产量为未施用氮磷钾肥（NF）的甘蓝产量；施肥区氮、磷和钾素总累积量分别为施用氮磷钾肥的甘蓝氮、磷和钾素累积量，不施肥区氮、磷和钾素总累积量分别为未施用氮磷钾肥（NF）的甘蓝氮、磷和钾素累积量。

1.5 数据处理与分析

数据处理与分析采用Microsoft Excel 2007 及SPSS 20.0 进行，LSD 法检验P＜0.05 水平上的差异显著性；制图采用Origin 8.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同处理的甘蓝产量

由图1可知，不同处理的甘蓝产量不同。与NF处理相比，甘蓝施肥处理产量均显著提高，增幅为70.21%～96.74%，其中FBN处理甘蓝产量最高，达到89 511 kg/hm2，显著高于其他处理6 349～44 013 kg/hm2。与HF 处理相比，增施保水剂、脲酶抑制剂和两者配合施用均可显著增加甘蓝产量，增幅为8.13%～15.58%，但FB 和FN 之间差异不显著。研究结果表明，施肥能显著提升甘蓝产量，单独配施保水剂或脲酶抑制剂能显著增加甘蓝产量，同时配施保水剂及脲酶抑制剂效果显著优于单独配施保水剂或脲酶抑制剂，产量显著提高，协同效果明显。

图1 不同处理的甘蓝产量Fig.1 The yield of cabbage of different treatments

2.2 不同处理的甘蓝养分累积

由图2可知，不同处理的甘蓝氮磷钾养分累积不同。氮素方面，NF处理甘蓝氮素累积量最低，为88.37 kg/hm2，显著比HF、FB、FN 和FBN 处理减少68.30、88.77、88.48 和92.97 kg/hm2；与HF 处理相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能显著提高甘蓝氮素累积，分别提高20.47、20.18 和24.67 kg/hm2，其中FBN 处理氮素累积量最高，为181.34 kg/hm2，其中FB 和FN 处理之间差异不显著。与HF相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能显著提高甘蓝磷素累积，分别提高5.19、3.78 和5.96 kg/hm2，其中HF 处理和FN 处理差异不显著，施肥处理磷素累积量均显著高于NF 处理。钾素方面，与NF 处理相比，施肥处理均显著提高甘蓝钾素累积量，增幅为79.37～105.26 kg/hm2，其中以FBN 处理为最大，达到200.93 kg/hm2，与HF 处理相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能提高甘蓝钾素累积量，增幅为20.51～25.89 kg/hm2，其中FB 处理显著高于HF 处理，但与FN处理差异不显著。

图2 不同处理的甘蓝养分累积量Fig.2 The nutrient accumulation of cabbage of different treatments

2.3 不同处理的甘蓝品质

由表1可知，不同处理的甘蓝品质不同。NF 处理可溶性糖最低，为22.38 g/kg，低于施肥处理3.34～5.58 g/kg，其中FBN 处理可溶性糖最高，显著高于NF 处理；各施肥处理间甘蓝可溶性糖含量差异不显著。硝酸盐方面，与NF 处理相比，施肥能降低硝酸盐含量，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能显著降低甘蓝硝酸盐含量，其中FBN 处理最低，为304.69 mg/kg。Vc 含量以NF 处理最低，为0.603 2 mg/g，低于其他处理，但各处理之间差异不显著。与NF 处理相比，施肥能增加甘蓝游离氨基酸含量，增幅为19.69～69.65 mg/kg，并且单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能显著增加45.11～69.65 mg/kg。各处理蛋白质含量差异不显著，表现为FBN>FB>FN>HF>NF。结果表明，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能提高甘蓝品质，其中以FBN 处理最优，但FB和FN之间差异不显著。

表1 不同处理的甘蓝品质Tab.1 The quality of cabbage of different treatments

2.4 不同处理的甘蓝养分利用率

由表2可知，不同处理的氮磷钾农学效率和吸收利用效率不同。从农学效率上来看，与HF 处理相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）显著提高甘蓝氮磷钾农学效率，均以FBN 处理最高，分别达到195.61、293.42 和195.61 kg/kg，显著高于FB、FN 和HF 处理；FB 和FN 处理的氮磷钾农学效率差异不显著。吸收利用效率方面，与HF处理相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能显著提升甘蓝氮磷钾吸收利用效率，其中均以FBN 处理最高，分别达到41.32%、16.17%和46.78%，分别高于其他处理8.97～10.96、2.52～3.97 和9.12～11.51 个百分点；除FB 处理钾吸收利用效率显著高于FN处理外，氮磷吸收利用效率则为FB和FN 处理差异不显著。以上结果表明单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能显著提高甘蓝氮磷钾农学效率和吸收利用效率，说明配施保水剂和脲酶抑制剂能促进甘蓝对氮磷钾养分的吸收，提高肥料利用效率。

表2 不同处理的甘蓝肥料利用率Tab.2 The fertilizer utilization of cabbage of different treatments

2.5 不同处理的甘蓝经济效益

由表3可知，不同处理的甘蓝产值和纯收益不同。产值方面，与NF 处理相比，各施肥处理的甘蓝产值增加35 139～48 414 元/hm2，增幅为70.21%～96.74%。与HF 处理相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）的甘蓝产值增加6 192～13 275 元/hm2，增幅为7.28%～15.58%。扣除肥料、保水剂和脲酶抑制剂成本后，施肥处理的甘蓝纯收益分别高于NF 处理31 811～43 836元/hm2，增幅为63.56%～87.59%；与HF 处理相比，FB、FN 和FBN 处理纯收益分别增加5 724、6 142 和12 025 元/hm2，增幅分别为6.99%、7.50%和14.69%。

表3 不同处理的甘蓝经济效益Tab.3 The economic benefits of cabbage of different treatments

3 讨论与结论

甘蓝是贵州高寒地区的主要蔬菜作物，该地区海拔相对较高，气候较为冷凉，昼夜温差较大，特别适合甘蓝生长，且在省政府的大力支持下，甘蓝等冷凉反季节蔬菜种植面积不断扩大[17]，对贵州省脱贫攻坚、乡村振兴战役具有重要意义。由于试验地威宁地区3-4月份易产生春旱，生育前期干旱胁迫成为限制甘蓝生长的重要因素，同时由于贵州黄壤的养分低、保水性差、肥料利用率低等问题，保水剂因其保水性能强大缓解甘蓝生长前期水分不足，而脲酶抑制剂有效地抑制土壤脲酶活性，延缓尿素水解，降低土壤氨挥发，因此保水剂和脲酶抑制剂的应用成为提高贵州高寒冷凉反季节蔬菜产量的有效措施。本试验研究表明，与HF 处理相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）的甘蓝产量分别显著增加8.13% 和7.27%，这与前人在马铃薯[3,9]、玉米[18,19]、小麦[20,21]上的研究结果相似，当保水剂和脲酶抑制剂同时配施（FBN）时，甘蓝产量则提高15.58%，表现出显著的协同效应，显著高于FB 和FN 处理。FB 处理甘蓝产量略高于FN 处理，表明施用保水剂的效果优于脲酶抑制剂，说明在本研究中，相比于土壤养分，土壤水含量可能是更重要影响甘蓝生长的因素，当保水剂和脲酶抑制剂同时添加后，既解决了土壤含水量问题，同时也调控了土壤养分转化，协同解决甘蓝生长。

作物中硝酸盐含量是衡量其卫生质量安全状况的重要指标，过量的硝酸盐累积会影响人体健康[22]。本研究结果表明，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）均能显著的降低甘蓝硝酸盐含量，且均低于硝酸盐国家标准[23,24]，同时甘蓝可溶性糖、Vc、游离氨基酸和蛋白质均提高，可能是由于在施入土壤添加剂后，促进了甘蓝对养分的吸收转化，进而引起硝酸盐含量降低，提升口味品质指标[25]，FB 和FN 处理之间甘蓝品质差异不显著，其原因有待进一步探究。

农学效率和吸收利用效率是表达肥料利用率的常用指标，其与产量、施肥量和土壤肥力水平关系最为密切[26,27]，现代作物生产系统的氮肥农学效率和氮素吸收利用效率分别可以达到20～35 kg/kg 和30%～50%[28]。本试验研究表明，与HF 处理相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）和同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）显著提高甘蓝氮磷钾农学效率和吸收效率，且均以FBN 处理最高，分别达到195.61、293.42、195.61 kg/kg 和41.32%、16.17%、46.78%。添加保水剂和脲酶抑制剂机理不同，保水剂通过其较好的吸水和保水能力提高土壤保水保墒能力，缓解缺水对作物生长带来的副作用[3]，改善植物叶片水势以调控作物光合作用，提高光合效率[29]，进而提升作物产量和品质；脲酶抑制剂可以有效抑制土壤脲酶活性，延缓尿素水解，减少土壤中氨挥发，改变了田间自然条件下土壤氮素供应，相对增加土壤有效养分[4]，虽然两者的机理作用不同，但单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）时，甘蓝养分利用效率差异不显著。当保水剂和脲酶抑制剂同时配施后，产生显著的协同效应，养分利用率均高于单独配施保水剂或脲酶抑制剂，可能是保水剂通过其吸水保水功能，使脲酶抑制剂发挥最佳效果，其机理有待进一步探究。同时，实现国家发布的《到2020年化肥使用零增长行动方案》[30]中化肥“零增长”下的养分高效利用目标，单纯地施用单质肥或复合肥很难获得较高的肥料利用率，土壤添加剂配套施用技术研究亟需开展，同时在添加土壤添加剂的同时，配施秸秆[31]、生物炭[32]和生物有机肥[33]等有机物料在实现作物增产增收的同时，也能达到土壤培肥的目的，也是未来亟需研究的方向。

本研究表明，与常规化肥（HF）相比，单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）能显著提高贵州高山冷凉蔬菜甘蓝的产量和品质，同时还能促进对氮磷钾的吸收利用，提高养分利用效率，提升经济效益，但两者之间差异不显著；同时配施保水剂及脲酶抑制剂（FBN）效果优于单独配施保水剂（FB）或脲酶抑制剂（FN）。因此，本研究推荐保水剂和脲酶抑制剂配施（FBN）作为贵州高山冷凉蔬菜甘蓝栽培种植时最佳土壤添加剂施用技术。