生物肥料基肥对生姜生长及姜黄素、姜辣素成分含量的影响

王春勇，李 贺，王耐红，闫 颖，金晓蕾，关怡卉，孙 逊

（1.唐山市农业科学研究院 河北唐山 063000；2.唐山园林科学研究所 河北唐山 063000；3.内蒙古自治区农牧业科学院 呼和浩特 010000）

生姜（Zingiber officinaleRoscoe）又名百辣云、勾装指、因地辛等，起源于热带、亚热带雨林地区，是姜科姜属多年生草本植物，具有较高的药用、食用价值，在我国拥有着悠久的种植历史[1]。近些年由于化肥的施用量过大，造成姜瘟病发病率升高，导致了生姜产量的降低，严重制约了生姜产业发展，并对生态环境造成不良影响，在化肥和有机肥混合使用时能够有效降低姜瘟病的发生，同时提高生姜产量[2]。前人研究结果表明，在农业生产中使用生物菌肥作为辅助肥料，由于其含有大量有益活菌物，不仅可以提高生姜产量，更能够改善土壤肥力和农产品的品质[3-4]。加入生物菌肥并减施化肥已应用于辣椒[5]、黄瓜[6]、花生[7]等作物，前人研究发现加入生物菌肥对上述作物的叶面积、挂果数、根长等或品质的提高有显著促进作用。笔者对生姜基肥中添加生物菌肥配合有机肥进行化肥减量研究，分析基肥以生物菌肥作为辅助肥料配比不同用量化肥、有机肥的各处理对农艺性状、产量、土壤养分含量、姜黄（辣）素成分含量、净光合速率（Pn）、叶绿素值等指标的影响，为冀东地区生姜种植中实现化肥减施增效提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验时间为2021 年3 月至2022 年10 月，试验地位于河北省唐山市丰润区新军屯大张各庄村，属暖温带大陆性半湿润气候，四季分明，年平均气温10.8 ℃，年降水量710 mm，无霜期230 d 左右，壤土，全氮含量（w，后同）1.25 g·kg-1、有效磷含量0.09 g·kg-1，速效钾含量0.20 g·kg-1，有机质含量14.79 g·kg-1，pH 8.57[8]。

1.2 试验材料

供试品种为山东缅姜，产量5.00～7.50 t·667 m-2，具有姜块肥大、抗病性好、稳产、富含多种维生素、胡萝卜素、蛋白质等特性。生物菌肥（枯草芽孢杆菌有效活菌数≥50 亿·g-1）由莱芜农业科学研究院植保所李世东研究员提供。化肥使用撒可富高浓度硫酸钾型通用肥（N、P2O5、K2O 质量比为17∶17∶17，总养分含量≥51.0%），由河北省秦皇岛市的中国-阿拉伯化肥有限公司生产。有机肥（w含氮量≤1.5%，w有机质≥45%）由湖北省新洋丰农业科技股份有限公司生产。

1.3 试验设计

根据试验地土壤养分情况和当年平均产量6.0 t·667 m-2，氮肥较磷肥、钾肥对姜辣（黄）素影响大[9]，确定各处理全生育期单位面积施氮总量50 kg·667 m-2，基肥施氮总量占全生育期的30%[10-12]的方式。为使姜种更好地利用生物菌肥，采用拌种施用[13]的方式，试验设4 个处理（表1），每个处理3次重复，共12 个小区，小区面积15.0 m2，随机区组。追肥使用化肥，苗期、发棵期、根茎膨大期（简称膨大期）各追肥1 次，占比分别为总施氮量的20%、40%、10%。2021 年和2022 年均为3 月中下旬播种，株距0.2 m，行距0.6 m，设置保护行，适时中耕、培土，除所用基肥不同外，其他田间管理均一致。

表1 不同处理肥料配比及用量

1.4 调查指标和检测方法

1.4.1 根茎和产量指标测定 2021 年和2022 年收获当天，每小区选取5 株长势相对一致植株，用卷尺测量根茎纵径、根茎横径、须根长，记录须根数，用天平称取单株鲜质量和根茎质量，计算各处理均值。测定各处理产量，计算小区产量均值，然后折算667 m2鲜产量。

收获后的生姜置于16 ℃姜窖经过40 d 贮藏测得各处理最终的产量，然后计算小区最终产量均值，折算667 m2最终产量。失重率[14]为单位面积鲜产量与最终产量的差值所占鲜产量百分比，公式如下：

1.4.2 农艺性状测定 2022 年在4 月下旬至6 月下旬，每4～7 d 调查各小区出苗率、各处理单株平均叶片数、进入发棵期所需时间。各处理出苗率、发棵率达75%记为该处理进入苗期、发棵期；距收获前5 d（此后简称收获期）每小区选取5 株长势相对一致植株，记录分枝数，用卷尺测量株高、株幅。游标卡尺测量地上部10 cm 处茎粗。使用叶面积仪（YMJ-B 托普云农）测量第3 片新叶叶面积。

1.4.3 生理指标测定 2022 年分别在膨大期和收获期，每小区选取5 株长势相对一致植株，使用叶绿素仪（FK-YL04 山东方科仪器）、光合仪（SY-1020托普云农）分别测定第3 片新叶叶绿素值（SPAD）及净光合速率（Pn）。

1.4.4 土壤理化指标 2022 年收获后，立即在各小区垄上取10～20 cm 深的土壤，采取五点取样法取样，晾干，混合均匀，送唐山市食品药品综合检验检测中心，检测全氮、有效磷、速效钾、有机质含量。

1.4.5 品质测定 2022 年收获后，选取无损伤、大小均匀的根茎进行混合取样，每处理称取1 kg 生姜样品送中国农业科学院蔬菜花卉研究所测定姜辣（黄）素各成分含量。

1.5 数据分析软件

采用Excel 2017 软件进行数据处理；采用DPS 9.05 软件进行方差分析、相关性分析和逐步回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同基肥配比对生姜生长的影响

2.1.1 不同基肥配比对出苗及发棵期的影响 由表2 可以看出，出苗率在距离播种期（3 月18 日）的40～47 d 迅速提高，经60 d 左右（5 月中旬），出苗率达到最高，出苗结束；处理1、2 的33 d 出苗率均显著高于处理3、CK；处理1、2、3 的40 d 出苗率均显著高于CK，处理2、3 间存在显著性差异；处理1、2、3 的47 d 出苗率均显著高于CK，且处理1 显著高于处理3；处理1、2 的54 d 出苗率均显著高于CK；处理1、2 最终出苗率分别为97.7%、100.0%，处理1、2、3 均显著高于CK；处理1、2、3 进入苗期均早于CK，处理1 较CK、处理3、2 分别早11、7、5 d；处理1、2 进入发棵期均早于处理3、CK。由此可见，基肥中添加生物菌肥的处理1、2 提前4～5 d 进入发棵期，处理1 进入苗期较其他3 个处理早5～11 d。

表2 不同处理出苗率随时间变化情况及进入苗期、发棵期日期

2.1.2 不同基肥配比对苗期叶片数的影响 由表3可以看出，不同处理随叶片数增加所需时间呈逐渐减少的趋势；0～16 片叶所需时间最短为处理2（53 d），处理1（54 d）次之，最长为处理3 和CK（57 d）。

表3 不同处理叶片数增加所需时间对比d

2.2 不同基肥配比对收获期农艺性状、根茎指标及产量的影响

2.2.1 不同基肥配比对农艺性状的影响 如表4所示，各处理间株高没有显著性差异；处理1、2、3株幅均显著大于CK，且处理1 显著大于2、3；处理1、2、3 分枝数均显著大于CK；处理1 主茎粗显著高于处理3；处理1、2、3 叶面积均显著大于CK。

表4 不同处理收获期农艺性状比较

2.2.2 不同基肥配比对根茎指标和单株鲜质量的影响 由表5 可知，处理1、2、3 的根茎纵径较CK分别增加22.23%、8.45%、8.27%；处理1、2 和3 的根茎横径较CK 分别增加24.27%、11.72%、29.71%；处理1、2、3 单株鲜质量较CK 分别增加60.75%、45.32%、29.44%；处理1、2 根茎质量较CK 分别增加18.55%、15.32%、处理3 根茎质量较CK 降低15.32%；处 理1、2、3 须 根 长 较CK 分 别 增 加23.12%、46.62%、11.47%，须根数较CK 分别增加55.56%、13.33%、33.30%。

表5 不同处理收获期根茎指标比较

2.2.3 不同基肥配比对产量和失重率的影响 由表6 可知，2021—2022 年各处理鲜产量、最终产量均值由高到低依次分别为处理1（6.68、5.21 t·667 m-2）＞处理2（6.41、4.62 t·667 m-2）＞处理3（5.88、4.00 t·667 m-2）＞CK（5.25、3.57 t·667 m-2），较CK 增加的鲜产量、最终产量为处理1（27.09%、45.94%）＞处理2（21.86%、29.41%）＞处理3（11.97%、12.04%）；处理1 失 重 率 均 值 最 低（22.14%），其余依次为处理2（28.10%）＜处理3（31.96%）＜CK（33.06%）。

表6 不同处理产量和失重率比较

2.2.4 线性回归分析 分别以最终产量为因变量Y1，以鲜产量为因变量Y2，以收获期农艺性状、根茎指标、失重率等（株高X1，株幅X2，分枝数X3，主茎粗X4，叶面积X5，根茎纵径X6，根茎横径X7，单株鲜质量X8、根茎质量X9、须根长X10、须根数X11、失重率X12）为自变量，剔除与产量相关性不显著的指标，得到逐步线性回归方程：Y1=4.78+0.63X8-0.08X12 ，剩余通径系数为0.063 29；Y2=2.92+1.27X8-0.04X11，剩余通径系数0.03。表明单株鲜质量X8、失重率X12 是影响最终产量的主要性状，单株鲜质量X8、须根数X11 是影响鲜产量的主要性状。

2.2.5 相关性分析 通过对收获期农艺性状、根茎指标、单株鲜质量、失重率等与鲜产量、最终产量相关性分析可知（表7），鲜产量与株幅、根茎纵径呈显著正相关，与单株鲜质量、最终产量呈极显著正相关，与失重率呈显著负相关；最终产量与根茎纵径、单株鲜质量呈显著或极显著正相关，与鲜产量呈极显著正相关，与失重率呈极显著负相关。

表7 最终产量、鲜产量与农艺性状及根茎指标的相关性分析

2.3 不同基肥配比对根茎膨大期和收获期光合速率（Pn）、叶绿素值（SPAD）的影响

由表8 可知，各处理根茎膨大期至收获期净光合速率（Pn）呈降低趋势，叶绿素值（SPAD）呈升高的趋势；膨大期处理1、2、3 净光合速率均显著大于CK，收获期处理1、2 显著大于CK、处理3；膨大期处理2 叶绿素值显著大于CK，收获期4 个处理间差异不显著。

表8 膨大期和收获期净光合速率（Pn）、叶绿素值（SPAD）比较

2.4 不同基肥配比对收获期各处理土壤养分含量的影响

由表9 可知，收获期处理1 全氮含量显著高于CK；处理1、2、3 有效磷含量均显著高于CK；处理1速效钾含量显著高于CK；4 个处理有机质含量差异不显著。

表9 土壤养分指标分析

2.5 不同基肥配比对收获期根茎姜黄素和姜辣素含量的影响

由表10 可知，不同处理收获期姜黄素和姜辣素各成分含量表现为，基肥中加入生物菌肥的处理1、2 6-姜酚、8-姜酚含量显著高于处理3、CK，其中处理1姜黄素、去甲氧基姜黄素含量显著高于其他3 个处理。

表10 姜黄素和姜辣素含量分析

3 讨论与结论

在作物种植中需要根据种植地土壤供肥能力来确定生物菌肥与化肥、有机肥的配比[14-15]。生物菌肥对生姜产量、分枝数、叶面积有促进作用[3，16]。笔者研究发现，加入了生物菌肥作为基肥的处理1、2 较CK 增产27.09%、21.86%，这2 个处理收获期叶面积显著大于CK，处理1、2 收获期分枝数显著大于CK。添加生物菌肥对玉米[17]、白菜[18]出苗率有显著促进作用，对黄瓜[19]叶片数增加有显著促进作用。笔者研究发现，施用生物菌肥配合有机肥替代化肥的处理1 较其他3 个处理提前进入苗期5～11 d，添加生物菌肥的处理1、2 叶片数0～16 较不添加生物菌肥的处理提前3～4 d。前人研究表明，生物菌肥对株高的影响不明显[20-21]，与笔者试验得出4个处理间株高差异不显著结论一致，同时笔者在本研究中发现生姜鲜产量与株幅、根茎纵径呈显著性正相关，与单株鲜质量、最终产量呈极显著正相关，与失重率呈显著负相关，最终产量与根茎纵径、单株鲜质量呈显著或极显著正相关，与鲜产量呈极显著正相关，与失重率呈极显著负相关，失重率越低越有利于生姜的贮藏[22]。前人研究发现，生姜生产中可以利用生物菌肥中的有益微生物对有机物进行降解和转化，进而促进生姜根系对养分的吸收，同时通过生姜有机肥替代化肥，可以有效减少化肥使用量，降低土壤养分流失，缓解过量使用化肥造成的污染问题，从而实现生姜品质的提高[23-26]。土壤中N、P、K 含量的增加可促进生姜净光合速率的提高[27-29]，种植中适量加入生物菌肥可提高土壤保肥能力[30]。笔者研究发现，加入生物菌肥作为基肥的处理1、2 在膨大期、收获期净光合速率（Pn）显著高于CK。土壤养分含量分析表明，处理1 的土壤全氮、有效磷、速效钾含量显著高于对照（CK）。姜黄素和姜辣素成分含量检测结果表明，处理1 的姜黄素、去甲氧基姜黄素成分含量显著高于其他3 个处理，这与邵海南等[31]、赵明等[32]的结论一致。今后有待进一步研究其他种类生物菌肥作为辅助肥料施用于生姜基肥，以实现化肥减量及肥料的合理配比。

综上所述，生姜种植中基肥加入生物菌肥配合有机肥替代化肥的处理1 的失重率最低（22.14%），在产量、品质、土壤养分含量、净光合速率等指标优于仅施用化肥的对照，较对照化肥用量减少30.00%，鲜产量提高27.09%。