劉中良，高俊杰，陳震，閆偉強(qiáng)，谷端銀

(泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 泰安 271000)

大白菜是中國北方秋冬季主要的露地蔬菜，產(chǎn)量影響的要素較多，除了受種植模式、土壤地力、管理及病蟲害等影響外，主要受肥料影響.肥料作為保證作物生長的重要因素，特別是氮肥對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高起著至關(guān)重要的作用[1].隨著當(dāng)前蔬菜產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，為了追求高產(chǎn)高效益，盲目過量施肥現(xiàn)象較為普遍，特別是氮肥高投入、不合理施肥導(dǎo)致蔬菜品質(zhì)下降、土壤生態(tài)失衡、資源浪費，甚至環(huán)境污染等問題，嚴(yán)重影響著蔬菜產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展[2]；而氮肥過量施用亦造成大白菜品質(zhì)下降和農(nóng)業(yè)污染[3].

近年來，化學(xué)肥料減量配施有機(jī)肥成為研究熱點，在不減產(chǎn)甚至增產(chǎn)的條件下減少了化學(xué)肥料的施用量，提高了土壤生產(chǎn)力，改善了土壤質(zhì)量，也是實現(xiàn)化肥零增長戰(zhàn)略目標(biāo)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[4].研究表明，較單一施用化肥或有機(jī)肥，化肥配施有機(jī)肥能顯著活化和提高土壤有效養(yǎng)分，促進(jìn)土壤固定態(tài)元素釋放，滿足作物關(guān)鍵生育時期的養(yǎng)分需求[5].有機(jī)肥可促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)提升，而土壤團(tuán)聚體的形成與有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)，增加土壤有機(jī)質(zhì)有利于促進(jìn)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體(>0.25 mm)的形成和穩(wěn)定[6]，并對有機(jī)碳發(fā)揮著物理保護(hù)作用[7].有報道[8]證實，單施化肥能降低土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性.此外，化肥減施配施有機(jī)肥能提高土壤酶活性，調(diào)節(jié)土壤微生物群落組成結(jié)構(gòu)[9]，加速土壤養(yǎng)分釋放，改善根際土壤微環(huán)境，增加土壤團(tuán)聚體[10]，提高作物根系生物量及活力，改善植株生產(chǎn)，促進(jìn)光合積累，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)[11].相關(guān)研究[12]表明，2/3化肥配施1/3有機(jī)肥大白菜產(chǎn)量最高，品質(zhì)較佳.但過量施用有機(jī)肥也會造成作物大量減產(chǎn)，甚至導(dǎo)致土壤硝酸鹽富集、土壤重金屬含量增加及土壤溫室氣體(CO2，CH4等)排放等[13].

由于化肥減量配施有機(jī)肥對地上作物生長和地下土壤生態(tài)的影響程度受到替代比例、土壤質(zhì)地、種植模式、管理水平及氣候條件的影響而存在差異.因此，在特定蔬菜產(chǎn)區(qū)和特定蔬菜作物中，探究化肥減量配施有機(jī)肥對蔬菜產(chǎn)量和土壤性狀的影響具有重要意義.目前，在黃淮海蔬菜主產(chǎn)區(qū)氮肥減量配施有機(jī)肥對露地蔬菜，特別是露地大白菜的研究鮮有報道.因此，文中試驗研究化肥氮減量配施有機(jī)肥對大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)、氮肥利用率等的影響，探究最優(yōu)配施比，為大白菜種植科學(xué)施肥提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)域概況

試驗于2020年8—11月在泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地(117°0′41″E，35°59′38″N)進(jìn)行，海拔85 m，屬溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫13.6 ℃，年降水量664.5 mm，無霜期約195 d，平均日照時數(shù)2 313.3 h.試驗土壤為黏壤土，速效氮、磷、鉀分別為127.86，35.49，117.52 mg/kg；有機(jī)質(zhì)13.10 mg/kg，pH 7.32.

1.2 試驗材料

供試大白菜品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N“北京新三號”，由京研益農(nóng)(北京)種業(yè)科技有限公司選育.供試肥料為尿素(N：46%)，復(fù)合肥(15-15-15)，硫酸鉀(K2O：52%)，重過磷酸鈣(P2O5：≥46%)；生物有機(jī)肥有效活菌數(shù)(枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌)：≥6億/g，有機(jī)質(zhì)：≥60%，總養(yǎng)分(N-P2O5-K2O)：≥10%，N：3%.

1.3 試驗設(shè)計

根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣和施肥經(jīng)驗，生育期內(nèi)常規(guī)施肥總量N，P2O5和K2O均為247.5 kg/hm2.基于此設(shè)置12個處理，即CK1：不施肥，CK2：常規(guī)施肥，T1：常規(guī)減施化肥N 100%，T2：常規(guī)減施化肥N 15%，T3：常規(guī)減施化肥N 15%+有機(jī)肥替代15%N，T4：常規(guī)減施化肥N30%，T5：常規(guī)減施化肥N 30%+有機(jī)肥替代15%N，T6：常規(guī)減施化肥30%+有機(jī)肥替代30%N，T7：常規(guī)減施化肥N 40%，T8：常規(guī)減施化肥N 40%+有機(jī)肥替代15%N，T9：常規(guī)減施化肥N 40%+有機(jī)肥替代30%N，T10：常規(guī)減施化肥N 40%+有機(jī)肥替代40%N；CK1，CK2和T1為對照.具體見表1，If和Of分別為無機(jī)肥、有機(jī)肥的施用量.

表1 施肥處理及肥料用量Tab.1 Fertilization treatment and fertilizer amount

各處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列，共計36個小區(qū)，每個小區(qū)面積40 m2，地膜覆蓋高壟水肥一體化種植，株行距40 cm×80 cm.8月23日育苗，9月10日定植，生育期內(nèi)不再追肥，11月25日收獲.

1.4 測定指標(biāo)

大白菜收獲直接稱重計產(chǎn).選取有代表性的植株5棵，進(jìn)行含水率及品質(zhì)測定.可溶性糖和維生素C(Vc)含量分別采用硫酸-蒽酮比色法和2，6-二氯靛酚比色法測定，亞硝酸鹽和硝酸鹽含量分別采用分光光度法、水楊酸比色法測定.同時，每個處理按“S”型取樣法用土鉆取0～20 cm土壤樣品，6個點混合為一個樣品，裝于無菌密封袋，后置于保溫箱帶回實驗室立即測定.土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶采用苯酚鈉比色法、3，5-二硝基水楊酸比色法、磷酸苯二鈉比色法測定；培養(yǎng)溫度分別為25，37，37 ℃，時間均為24 h[14]；有機(jī)質(zhì)用鉻酸鉀容量法測定.全氮采用凱氏蒸餾法測定，速效氮磷鉀分別采用堿解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉浸提比色法、醋酸銨浸提-火焰光度計法測定[15].

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)處理，DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)及相關(guān)性分析，Tukey法進(jìn)行差異顯著性比較，sigmaplot 12.0作圖.

氮肥利用率(NUE)計算式為

NUE=[(UN-U0)/FN]×100%，

(1)

式中：U0為不施氮區(qū)(T1)地上部氮的吸收量；UN為施氮區(qū)地上部氮的吸收量；FN為施氮量.

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 對大白菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

表2為不同施肥處理對大白菜產(chǎn)量Y及品質(zhì)的影響，表中物理量為水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wr，粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cp，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)Ss，每100 g大白菜中維生素C質(zhì)量比Vc，硝酸鹽質(zhì)量比Nc，亞硝酸鹽質(zhì)量比Nic.

由表2可知，氮肥減量配施有機(jī)肥對大白菜產(chǎn)量及品質(zhì)具有顯著影響.與處理CK1，CK2和T1相比，各處理的產(chǎn)量隨著有機(jī)肥替代量增加呈先提高后降低趨勢，T3最高，達(dá)307.43 t/hm2，較CK1，CK2和T1分別增產(chǎn)63.06%，14.49%和36.68%，處理間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義.處理T10的可溶性糖最高，為2.98%，各處理間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義；維生素C質(zhì)量比為(21.69～37.73)×10-2mg/g；與CK2相比，各處理硝酸鹽質(zhì)量比顯著降低.水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.62%～95.58%.

表2 不同施肥處理對大白菜產(chǎn)量和及品質(zhì)的影響Tab.2 Effects of different fertilization treatments on the yield and quality of Chinese cabbage

2.2 對土壤酶活性的影響

圖1為不同施肥處理對土壤酶活性的影響，圖中Ur，Su，Alp，Ap分別為脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、酸性磷酸酶的質(zhì)量比.由圖可知，土壤脲酶活性為1.91～2.27 mg/g，其中處理T3的土壤脲酶活性最高，為2.27 mg/g，這對土壤有機(jī)質(zhì)和氮素轉(zhuǎn)化將產(chǎn)生積極影響，可促進(jìn)大白菜氮素吸收、利用.處理T8的堿性磷酸酶活性最高，為1.58 mg/g；T9次之，為1.46 mg/g，而后開始下降，與其他處理間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義.而酸性磷酸酶活性以處理CK2的為最高，達(dá)2.31 mg/g.說明氮肥減量配施有機(jī)肥有利于堿性磷酸酶活性提高，且降低了酸性磷酸酶活性.

注：圖中不同小寫字母表示在5%水平上差異具有統(tǒng)計學(xué)意義

2.3 對土壤養(yǎng)分積累及氮肥利用率的影響

表3為不同施肥處理對土壤養(yǎng)分積累及氮肥利用率的影響，表中Om，Tn，Ran，Ap′，Rap，Ptn分別為有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、有效磷、速效鉀、植株全氮的質(zhì)量比；EC，pH分別為土壤的電導(dǎo)率、酸堿度；NUE為氮肥利用率.由表可知，隨著替代量增加，速效磷呈先降低后增加的趨勢，處理T9的最高，為47.32 mg/kg，各處理間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義.速效鉀質(zhì)量比為120.56～223.42 mg/kg.較常規(guī)施肥處理CK2，隨著有機(jī)肥施入量增加，EC呈降低趨勢.與不施氮肥處理T1相比，T3的氮肥利用率提高達(dá)60.71%，說明氮肥適量減少配施生物有機(jī)肥是肥料高效利用的施肥方式；處理T8和T9的氮肥利用率較T1處理低，表明過量有機(jī)肥替代不利于氮肥利用.

表3 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分積累及氮肥利用率的影響Tab.3 Effects of different fertilization treatments on soil nutrient accumulation and nitrogen utilization efficiency

2.4 大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)與土壤養(yǎng)分積累的相關(guān)性

表4為大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析.由表可見，大白菜產(chǎn)量與維生素C、土壤速效氮和EC呈極顯著正相關(guān).硝酸鹽和土壤速效氮、EC、土壤速效鉀和土壤有機(jī)質(zhì)間存在極顯著正相關(guān).

適量減少氮肥用量、增施生物有機(jī)肥可以有效改善土壤EC，增加土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)養(yǎng)分積累，協(xié)調(diào)大白菜生育期養(yǎng)分的吸收，提高氮素利用效率，并最終實現(xiàn)增產(chǎn)增效.

表4 大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis of Chinese cabbage yield, quality and soil nutrients

3 討 論

有機(jī)肥對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，關(guān)鍵在于改善了根際土壤生態(tài)環(huán)境，為蔬菜作物提供養(yǎng)分，同時改變了酶活性等微環(huán)境[16].文中研究表明，氮肥減量配施生物有機(jī)肥對大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的影響，其中處理T3的產(chǎn)量最高，為307.43 t/hm2，品質(zhì)也顯著改善，這一結(jié)果與KONG等[17]研究不同，認(rèn)為投入無機(jī)肥越高，產(chǎn)量越高，這或許與土壤基礎(chǔ)地力有很大關(guān)系：土壤肥力較高的條件下，減施化肥并增施有機(jī)肥對于品質(zhì)改善具有顯著作用，且對產(chǎn)量影響不大；土壤肥力較低的條件下，會導(dǎo)致產(chǎn)量及品質(zhì)降低.文中研究地塊為春馬鈴薯+秋茬白菜種植模式，且多年種植，前茬馬鈴薯施用化學(xué)肥料量較大，基礎(chǔ)土壤肥力較高，適當(dāng)配施有機(jī)肥有利于品質(zhì)、產(chǎn)量提高.其中處理T3有機(jī)肥替代15%化肥氮較佳.研究[18]表明，生物有機(jī)肥除了為土壤提供養(yǎng)分外，也富含大量有益菌和作物所需微量元素，可改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤中團(tuán)聚體的組成與分布，增強(qiáng)光合作用，為提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)奠定基礎(chǔ).此外，產(chǎn)量與維生素C、粗蛋白和可溶性糖間存在極顯著正相關(guān)，可能與有機(jī)肥改善土壤根系微生態(tài)，促進(jìn)養(yǎng)分吸收，改善植株生長，提高大白菜品質(zhì)，影響產(chǎn)量有很大關(guān)系.

土壤酶是評價土壤肥力重要指標(biāo)[19].文中研究結(jié)果表明，氮肥減量配施生物有機(jī)肥對大白菜田的土壤酶活性影響很大，這與李瑞霞等[20]的研究相似.有研究[21]表明，生物有機(jī)肥和普通有機(jī)肥均能顯著提高土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性，生物有機(jī)肥優(yōu)于普通有機(jī)肥.有機(jī)肥中含有大量酶，為土壤提供酶，在改善土壤理化性質(zhì)時，調(diào)節(jié)土壤碳氮比C/N，提高土壤多種酶的活性；同時有機(jī)肥也為土壤酶提供更多、更豐富的酶促基質(zhì)；再者，施用有機(jī)肥可以提高土壤腐殖質(zhì)含量，而腐殖質(zhì)能夠通過離子交換、離子鍵或共價鍵等與土壤酶結(jié)合，固定土壤酶[22].脲酶活性反映土壤供氮能力，速效氮含量高的土壤具有較高參與碳循環(huán)的酶活性，而磷酸酶反映了土壤有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化能力，蔗糖酶參與有機(jī)碳的循環(huán).除受土壤結(jié)構(gòu)、土壤肥力外，酶活性間接影響生物群落.韓麗娜等[23]在大白菜上研究表明，生物有機(jī)肥優(yōu)于普通有機(jī)肥在于有機(jī)肥提供了有益菌群.

文中研究結(jié)果表明，氮肥減量及配施生物有機(jī)肥對土壤氮磷鉀含量及氮肥利用率均有不同程度的提升，其中處理T3的氮肥利用率最高，為60.71%，這一結(jié)果與山楠等[24]研究不同：認(rèn)為有機(jī)肥替代降低了氮肥利用率，這或許與有機(jī)肥料緩效性有關(guān).氮肥利用率與土壤養(yǎng)分積累、有機(jī)質(zhì)、微生物和酶活性等有很大關(guān)系，通過各因素相互作用，調(diào)節(jié)養(yǎng)分的釋放、吸附、結(jié)合和利用，減少礦質(zhì)營養(yǎng)流失，進(jìn)而影響肥料利用率.文中研究表明，在一定范圍內(nèi)減施化肥氮、增施有機(jī)肥可顯著提高大白菜肥料利用效率，因有機(jī)肥補(bǔ)充可以提高土壤速效氮磷鉀養(yǎng)分含量，進(jìn)而提升土壤的肥力.此外，施用有機(jī)肥能改善土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)根系生長，提高作物對氮素的吸收和利用.土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量增加與離子交換量有很大關(guān)系，土壤離子間代換量提高，能顯著增加土壤養(yǎng)分含量.土壤速效氮與產(chǎn)量、有機(jī)質(zhì)與速效鉀間的正相關(guān)，與生物有機(jī)肥提供土壤營養(yǎng)、增加土壤肥力，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤生態(tài)環(huán)境，提供土壤有益菌群、調(diào)節(jié)土壤C/N，促進(jìn)植株地上地下生長、增加產(chǎn)量有很大關(guān)系.

4 結(jié) 論

氮肥減量配施有機(jī)肥提高了大白菜產(chǎn)量，改善了其品質(zhì)，其中處理T3的產(chǎn)量最高，達(dá)307.43 t/hm2.與常規(guī)施肥相比，氮肥減量配施生物有機(jī)肥有效提高了土壤脲酶、蔗糖酶及堿性磷酸酶活性，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分積累，提高了氮肥利用率.綜上，處理T3(常規(guī)減施化肥N 15%+有機(jī)肥替代N 15%)效果最佳.