化肥减量配施有机肥和微生物菌剂对麦后复种娃娃菜产量与品质的影响

摘 要：研究化肥减量配施有机肥和微生物菌剂对娃娃菜生长、产量及品质的影响，为麦后复种娃娃菜科学施肥提供依据。以娃娃菜品种春玉黄为试验材料，设置常规施肥、化肥减量增施不同比例有机肥和微生物菌剂等7个处理，测定娃娃菜株高、地上部和地下部干鲜质量、鲜菜产量、净菜产量、净菜率以及维生素Ｃ、可溶性总糖、矿物质元素含量等指标，研究不同处理对麦后复种娃娃菜生长、生物产量和经济产量的影响。结果表明，化肥减施并增施有机肥能显著提高娃娃菜植株的株高、地上部和地下部干鲜质量、鲜菜产量和净菜产量；适量减少化肥并配施有机肥和微生物菌剂可以促进娃娃菜生长并获得高产，同时能显著提高娃娃菜维生素Ｃ、可溶性总糖、可溶性固形物和Ca、Fe、Zn矿物质元素的含量，提升娃娃菜的品质和营养价值。化肥减施配施有机肥和微生物菌剂各处理均可以提高娃娃菜的品质和产量，其中以JF4处理（化肥减施40%+增施有机肥7500 kg·hm-²+微生物菌剂75 kg·hm-²）效果最佳，可作为该区域麦后复种娃娃菜的优化施肥方案。

关键词：化肥减量配施；麦后复种；娃娃菜；产量；品质

中图分类号：S634.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）10-132-09

收稿日期：2024-07-28；修回日期：2024-08-20

基金项目：河西走廊中西部增碳培肥产能提升多样化种植技术模式集成与示范（2022YFD1900204）

作者简介：夏成明，男，助理研究员，研究方向为作物多样性与可持续农业。E-mail：616565621@qq.com

通信作者：于若飞，男，助理研究员，研究方向为作物多样化种植与智慧农业。E-mail：268128818@qq.com

Effects of reducing chemical fertilizer application combined with organic fertilizer and microbial inoculant on yield and quality of post-wheat cropping baby cabbage

XIA Chengming， SHI Jiali， MA Dong， YU Ruofei

（Jiuquan Institute of Agricultural Sciences Research， Jiuquan 735000， Gansu， China）

Abstract： In order to establish a foundation for scientific fertilization in the post-wheat cultivation of Chinese cabbage（Brassica rapa var. chinensis）， this experiment studied the effects of reducing chemical fertilizer in combination with organic fertilizer and microbial inoculant on the growth， yield， and quality of baby Chinese cabbage. The Chunyu Huang variety of baby Chinese cabbage served as the experimental material. Seven treatments were set up， including conventional fertilization， reducing chemical fertilizer mixed with increasing organic fertilizer， and microbial inoculant. The plant height， dry and flesh mass of aboveground and underground plant parts， flesh vegetable yield， net vegetable yield， netvegetable rate， as well as the concentration of vitamin C， total soluble sugar， and various mineral elements were measured. The results showed that reducing fertilizer application and increasing organic fertilizer could significantly increase plant height， dry and fresh mass of aboveground and underground parts， fresh vegetable yield and net vegetable yield of baby cabbage plants. Appropriate reduction of chemical fertilizer combined with organic fertilizer and microbial agent could promote the growth and high yield of baby cabbage， and significantly increase the content of vitamin C， soluble total sugar， soluble solid， as well as Ca， Fe and Zn mineral elements in baby cabbage， which improved its quality and nutritional value. The quality and yield of baby cabbage were improved by chemical fertilizer reduction combined with organic fertilizer and microbial microbial agent， among which JF4 treatment （chemical fertilizer reduction by 40%+organic fertilizer increase by 7500 kg·hm-²+microbial microbial agent 75 kg·hm-²） had the best effect， which could be used as an optimal fertilization scheme for multiple planting baby cabbage after wheat in this region.

Key words： Reduceing chemical fertilizer application; Post-wheat cropping; Baby cabbage; Yield; Quality

娃娃菜（Brassica rapa subsp. pekinensis）是十字花科芸薹属白菜亚种的一种袖珍型小株白菜[1]，营养丰富，富含多种矿物质和膳食纤维[2]，有较强的抗寒冷特性并且易于贮存运输，具有较高的食用价值和经济效益。近年来，娃娃菜已经成为甘肃省河西灌区高原夏菜主要种植作物中的一员。酒泉市地属河西走廊西部绿洲灌区，属典型的一年一熟有余、两熟不足区，春小麦7月中旬收获至初霜日，有70 d生长日数，≥10 ℃积温1500 ℃左右，且60%的降水分布在8－10月，光热资源基本满足一茬作物的生长。麦后复种娃娃菜是该区域的高效种植类型之一，不仅能增加种植收益，提高光照、热量和土地等资源的利用效率，还能延长耕地的绿色植被覆盖期，有助于缓解水土流失问题[3-4]。化肥过量施用可能引发一系列问题，如土壤中的有机物减少、土壤板结，进而削弱其自我调节的能力；同时也会对蔬菜的质量与产出产生负面效应，甚至可能会带来严重的环境破坏及经济损失[5]。因此，寻求科学合理的化肥配施方案在提升蔬菜产量与品质、保护耕地环境和增加当地农民经济收益等方面具有重要意义。研究表明，有机肥具有更为稳定的肥力效果，与微生物菌剂替代一部分化学肥料，能改良土壤，促进作物生长，提高农产品品质和产值[6-8]；增施有机肥和微生物菌剂，可提高作物根系活力，提高植株对养分的吸收能力[9-11]。适度减施化肥可维持叶菜产量、效益和品质，提高氮磷钾利用率，减少养分残留[12-13]；化肥减施配施生物有机肥可以促进蔬菜养分合理分配和吸收积累，提质增产效果显著[14-15]。施用微生物菌剂可以提高商品白菜的净菜率和维生素C含量，同时降低植株中氮素的浓度，提高作物的品质[16]。总之，化肥减量配施有机肥、微生物菌剂均可提高作物产量和品质，但关于化肥减量配施有机肥和微生物菌剂对麦后复种娃娃菜影响的研究鲜见报道。笔者以娃娃菜春玉黄作为研究对象，研究化肥减量增施有机肥和微生物菌剂对娃娃菜生长、产量及品质的影响，以期为确定适宜的肥料用量，促进该地区娃娃菜产业发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2023年7－11月在甘肃省酒泉市盛利农业专业合作社进行，该合作社位于肃州区上坝镇上坝村的千亩高原夏菜示范基地，平均气温7.3 °C，全年平均降水量85 mm，年蒸发量2418 mm，无霜期145 d，供试土壤类型属于沙壤土，0～20 cm耕层土壤理化性质详见表1。

1.2 材料

供试娃娃菜品种为春玉黄，由北京华耐农业发展有限公司提供。供试肥料：尿素[N含量（w，后同）46.0%]、磷酸二铵（N含量18.0%、P2O5含量46.0%）、硫酸钾（K2O含量50.0%）、商品有机肥[（N+P2O5+K2O）含量≥5%，有机质含量≥45%]由重庆市阿陀利生态农业有限责任公司提供，微生物菌剂（有效活菌数≥2.0亿孢子·g-1）由山东爱福地生物股份有限公司提供，中量元素水溶肥（Ca含量≥5%，Mg含量≥5%）和微量元素水溶肥（Fe含量≥2%，Mn含量≥2%，Cu含量≥2%，Zn含量≥2%，B含量≥2%）由沈阳中科新型肥料有限公司提供。

1.3 试验设计

试验共设7个处理，分别是常规施肥（CF），常规施肥+有机肥（ZF1），常规施肥+有机肥+微生物菌剂（ZF2），化肥减量10%+有机肥+微生物菌剂（JF1），化肥减量20%+有机肥+微生物菌剂（JF2），化肥减量30%+有机肥+微生物菌剂（JF3），化肥减量40%+有机肥+微生物菌剂（JF4）；以常规施肥有机肥用量1500 kg·hm-2为基准，每减少化肥纯量养分的10%，有机肥施用量为常规施肥处理有机肥用量的1倍+1500 kg·hm-2，以此类推。试验中商品有机肥用量根据化肥用量的变化进行相应调整，在化肥减量的处理组中，通过增加商品有机肥的施用量来补充因化肥减量可能导致的养分缺口，从而确保作物所需的养分供应。此外，不同的有机肥用量设置有助于探索有机肥与化肥的最佳配比，从而优化施肥策略，提高作物产量和品质，同时减少对环境的负面影响。各处理中量元素水溶肥30 kg·hm-2、微量元素水溶肥6 kg·hm-2，各处理的肥料配施情况详见表2。

小区面积91.8 m2（18 m×5.1 m），株行距30 cm×30 cm，每个处理3次重复，共21个小区，采用随机区组排列。2023年7月5日播种育苗，8月6日移苗定植，10月20日采收。7月20日春小麦收获后，氮肥的15%、磷肥和钾肥的30%、中微量元素水溶肥、有机肥和微生物菌剂全部作为基肥，整地时施入，剩余85%氮肥、70%的磷肥和钾肥分别在娃娃菜莲座期（50%）、结球初期（30%）和结球中期（20%）分3次追施[17-18]，各处理除施肥量不同外，其他管理措施相同。

1.4 项目测定

娃娃菜收获时，每个小区避开边缘效应随机连续取10株，测定其株高、叶展幅、生物产量和经济产量[19]。株高指娃娃菜从根基部到植株最高点的垂直距离，使用测量尺测量10株娃娃菜的株高，取平均值；叶展幅指娃娃菜叶片在自然状态下的最大展开宽度，使用测量尺测量10株娃娃菜两侧最远叶片之间的距离，取平均值；生物产量指娃娃菜整个植株的总质量，包括所有叶片、茎和根的质量，将10株娃娃菜清除泥土后称质量，计算平均生物产量，然后推算出1 hm2的生物产量；经济产量指娃娃菜可以销售部分的质量，对每株娃娃菜剥去外部叶片后称量菜心质量，计算平均经济产量，然后推算出1 hm2的经济产量；净菜率指娃娃菜的经济产量占生物产量的百分比。

另外，选取5个娃娃菜叶球，用刀沿中轴一分为二，一半鲜菜样采用2，6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量[20]，采用铜还原碘量法测定可溶性总糖含量[21]，采用折射仪法测定可溶性固形物含量[22]，采用高效液相色谱法测定有机酸含量[23]，采用非酶重量法测定粗纤维含量[24]，采用紫外分光光度法测定硝酸盐含量[25]；一半鲜菜烘干后，采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定娃娃菜矿物质元素Fe、Zn、Mg和Ca含量[26]。分别在娃娃菜播种前和收获后，在各处理相对应的小区，取0～20 cm层的土壤样品测定土壤养分含量，包括pH以及有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量[27-33]。

1.5 数据分析

基于Excel 2010进行数据初步统计分析，采用SPSS 22.0进行方差分析（p＜0.05），采用OriginPro 2022软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对娃娃菜生长的影响

从图1可以看出，除ZF1处理外，其他处理均不同程度地提高了娃娃菜的株高和叶展幅，其中JF4处理的株高和叶展幅与CF相比，分别显著提高了28.42%和40.88%。可见在常规施肥的情况下，同时增施有机肥+微生物菌剂可以提高娃娃菜株高和叶展幅。在减少化肥施用量的情况下，增施有机肥+微生物菌剂，娃娃菜株高和叶展幅增加效果更为显著，其中减肥40%+增施有机肥7500 kg·hm-2+微生物菌剂75 kg·hm-2促进娃娃菜生长效果最好。

2.2 不同施肥处理对娃娃菜干鲜质量的影响

由图2可知，与CF相比，JF4处理的地上部鲜质量显著增加62.72%，地下部鲜质量显著增加52.12%，地上部干质量显著增加46.00%，地下部干质量显著增加53.05%。与常规施肥相比，增施有机肥和微生物菌剂能提高娃娃菜植株地上部和地下部的干鲜质量，但增施有机肥和微生物菌剂，同时减少常规施肥量，娃娃菜植株地上部与地下部增长效果更显著。

2.3 不同施肥处理对娃娃菜产量的影响

由图3可知，与CF相比，JF4处理的鲜菜产量显著提高62.72%，净菜产量显著提高90.74%。JF4、JF3、JF2、JF1、ZF2和ZF1处理的净菜产量均显著高于CF，JF3、JF2、JF1、ZF2和ZF1之间无显著差异，JF4处理的净菜率高达65.39%，显著高于其他处理。与常规施肥相比，增施有机肥和微生物菌剂可显著提高娃娃菜的鲜菜产量和净菜产量，增施生物菌剂（ZF2）比单一的增施有机肥（ZF1），鲜菜产量和净菜产量分别增加了9.90和5.78 t·hm-2，但二者差异不显著。增施有机肥，减少化肥施用量的4个处理，随着化肥施用量的减少、有机肥施用量的增加，鲜菜产量和净菜产量的变化并非单纯呈上升趋势，JF1处理的鲜菜产量高于JF2和JF3处理，而JF2处理的净菜产量高于JF3处理，这表明鲜菜和净菜的产量在不同处理间有所波动，并没有随着有机肥施用量的增加或化肥施用量的减少而持续上升，但JF4处理（减肥40%+增施有机肥7500 kg·hm-2+微生物菌剂75 kg·hm-2）的净菜产量和净菜率均显著高于其他处理，表明该处理对提高净菜产量和净菜率的效果最好。

2.4 不同施肥处理对娃娃菜品质的影响

由图4可知，ZF1和ZF2处理的维生素Ｃ含量相较于CF分别增加3.19%和17.45%。化肥减量配施有机肥+微生物菌剂可以显著提高娃娃菜维生素Ｃ含量，其中JF4处理的维生素Ｃ含量最高，显著高于其他处理，较CF显著提高了33.58%。

以常规施肥为基础增施有机肥和微生物菌剂均可提高娃娃菜可溶性总糖和可溶性固形物含量。减少化肥施用量、增施有机肥+微生物菌剂的4个处理，可溶性总糖和可溶性固形物含量显著增加，其中JF4处理的含量最高，分别比CF显著增加25.93%和18.12%。

不同施肥处理的有机酸含量与CF无显著差异。随着有机肥和微生物菌剂施用量的增加，不同处理的粗纤维含量呈下降趋势，与CF相比，均显著减少，其中JF4处理的粗纤维含量显著减少33.58%。与常规施肥相比，增施有机肥+微生物菌剂显著降低了娃娃菜硝酸盐含量。与ZF2处理相比，随着化肥施用量的减少，有机肥施用量的增加，JF1、JF2、JF3和JF4硝酸盐的含量呈下降趋势，分别显著降低7.52%、19.59%、21.16%和30.72%，在化肥减施处理中以JF4处理降低硝酸盐含量的效果最好。

2.5 不同施肥处理对娃娃菜矿质元素含量的影响

由图5可知，以常规施肥为基础，增施有机肥娃娃菜中Ca含量较CF显著提高，化肥减量配施有机肥+微生物菌剂处理的Fe、Zn和Ca含量较CF显著提高，其中JF4处理对矿物质元素含量的提升效果最显著，与CF相比，JF4处理的Fe、Zn、Mg、Ca含量分别显著提高23.96%、114.39%、25.68%、23.96%。

2.6 不同施肥处理的娃娃菜生长、产量及品质指标的PCA和聚类分析

基于主成分分析（PCA）对测定的娃娃菜各项指标进行综合评价（图6），结果表明，前两个主成分累积贡献率为78.7%，其中PC1贡献率高达66.1%，PC2贡献率为12.6%，表明这两个指标可以充分反映原始数据的大部分信息。PC1和PC2的特征值分别是9.249和1.765，在PC1中，维生素Ｃ含量、Fe含量、Zn含量、Ca含量、Mg含量、可溶性固形物含量、可溶性总糖含量、鲜菜产量和净菜产量的荷载值较高；在PC2中，荷载值较高的指标是株高、叶展幅、有机酸和硝酸盐含量。

采用热图作为聚类分析的表现形式，对娃娃菜产量和生长、品质等指标进行分析（图7），发现其结果与主成分分析一致，7个施肥处理聚为3类：CF和ZF1处理聚为第1类，硝酸盐、有机酸和粗纤维含量较高；ZF2、JF1、JF2和JF3处理聚为第2类，鲜菜产量和叶展幅值相对较高，其他指标均处于中间值；JF4处理聚为第3类，维生素Ｃ、可溶性总糖、可溶性固形物和矿质元素含量及产量均较高。综上分析，JF4处理优于其他处理。

3 讨论与结论

化肥具有肥效快、易被作物吸收的特点，有机肥肥效缓慢持久，长期施用可以提高土壤质量，但不能及时满足作物关键期的养分需求，微生物菌剂可以将土壤中的多种难以被作物吸收的无效养分分解成为易吸收的有效养分，从而提高土壤有机质含量和养分利用效率。化肥减量并增施有机肥和微生物菌剂，在微生物活动和有机物转化过程中产生的有机酸可促进难溶性养分释放和作物生长、提高作物产量、改善作物品质[12，34]。本研究表明，与常规施肥相比，增施有机肥和微生物菌剂可显著提高娃娃菜的鲜菜产量和净菜产量，增施微生物菌剂比单一的增施有机肥，鲜菜产量和净菜产量分别增加了9.90和5.78 t·hm-2。随着化肥施用量的减少、有机肥施用量的增加，鲜菜产量和净菜产量的变化并非单纯呈上升趋势，鲜菜和净菜的产量在JF1、JF2和JF3处理之间有所波动，并没有随着有机肥施用量的增加或化肥施用量的减少而持续上升，JF4处理的鲜菜产量、净菜产量和净菜率均高于其他处理，显著高于CF和ZF1处理，这与李其勇等[14]的研究结果相似。与常规施肥相比，增施有机肥+微生物菌剂显著降低了娃娃菜硝酸盐含量，与李永胜等[12-13]的研究结果一致。与ZF2处理相比，JF1、JF2、JF3和JF4硝酸盐的含量分别降低7.52%、19.59%、21.16%和30.72%，在化肥减施处理中以JF4处理降低硝酸盐含量的效果最好。施用有机肥可提高作物维生素C、可溶性固形物和可溶性糖含量[35-36]，化肥减施+增施有机肥可以促进蔬菜对矿物质元素的吸收[37]，显著提高娃娃菜可溶性糖、膳食纤维及维生素含量[38]，程彦第等[39]、冯海萍等[40]的研究也表现了类似的结果。在本研究中，常规施肥增施有机肥处理娃娃菜维生素Ｃ含量较常规施肥提高3.19%～17.45%，但增施有机肥+微生物菌剂可以显著提高娃娃菜维生素Ｃ含量，JF4处理的维生素Ｃ含量较CF显著提高了33.58%，与刘红波等[16]的研究结果一致。本研究也表明，化肥减量处理配施有机肥和微生物菌剂显著提高了娃娃菜可溶性总糖、可溶性固形物和矿物质元素（Fe、Zn和Ca）的含量，其中JF4处理的含量均表现最高；但不同处理间有机酸含量无显著差异，而粗纤维含量呈下降趋势，与CF相比，JF4处理的娃娃菜粗纤维含量显著降低33.58%。有机肥替代50%无机肥能够在保证粮食产量的同时提高土壤肥力[41]，而等比例氮、磷、钾养分条件下有机肥替代化肥≤50%的比例有利于提高作物产量和获得较高的经济效益[42-43]，本研究结果也表明了相似的趋势，化肥减量配施有机肥和微生物菌剂显著提高娃娃菜生物产量和经济产量，尤其是JF4处理的净菜产量和净菜率均显著高于其他处理。

综上所述，化肥减施配施有机肥和微生物菌剂可提高娃娃菜的品质和产量，主成分分析及聚类分析也表明，以JF4处理（化肥减施40%+增施有机肥7500 kg·hm-2+微生物菌剂75 kg·hm-2）的效果最好，可作为本地区麦后复种娃娃菜的肥料配施模式，从而提高娃娃菜种植效益。

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