付麗軍，王永存，張 璐，王 磊，周 禹

（1.唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 河北唐山 063001；2.唐山市食品藥品綜合檢驗(yàn)檢測中心 河北唐山 063000）

我國是化肥生產(chǎn)和消費(fèi)大國，單位面積化肥用量超世界平均水平3 倍之多[1]。過量施肥是農(nóng)田土壤功能退化、養(yǎng)分比例失調(diào)、肥料利用率降低的重要原因，由此引發(fā)了農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)下降，病蟲害加重和環(huán)境生態(tài)安全等一系列問題[2-3]。合理施肥是農(nóng)作物增產(chǎn)的基礎(chǔ)，施肥制度不僅影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，還會顯著影響土壤的生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)力，關(guān)系到我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展[4]。隨著2015 年農(nóng)業(yè)部化肥、農(nóng)藥“雙減”政策的提出，有關(guān)有機(jī)類肥料替代化肥的研究成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。生物有機(jī)肥是一類兼具微生物肥和有機(jī)肥特點(diǎn)，能夠?yàn)樽魑锷L提供必要的養(yǎng)分和營養(yǎng)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)、無機(jī)養(yǎng)分一體和功能互補(bǔ)的肥料[5]。已有研究結(jié)果表明，生物有機(jī)肥和化肥合理配施可以顯著提高作物產(chǎn)量，改善土壤理化性狀，提升土壤肥力，促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收利用[6-7]。宋以玲等[8]研究發(fā)現(xiàn)，增施生物有機(jī)肥部分替代化肥有利于提高土壤酶活性和有效養(yǎng)分含量，增加和改善油菜根際土壤微生物群落的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)植株抗逆性。姜蓉等[9]研究表明，化肥減量配施生物有機(jī)肥能夠顯著提高設(shè)施菊花的株高和花徑，增加產(chǎn)量和觀賞品質(zhì)，并提高養(yǎng)分在菊花體內(nèi)的吸收、分配。王成等[10]研究表明，與單施化肥相比，配施生物有機(jī)肥顯著提高了韭菜產(chǎn)量，同時(shí)提高了氮、磷、鉀肥利用率及其吸收量，氮、磷肥利用率隨著生物有機(jī)肥用量的增加而提高。

生姜（Zingiber officinaleRosc.）作為人們?nèi)粘Ｉ钪兄饕南阈琳{(diào)味蔬菜之一，近年來由于種植效益較高，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。生姜屬于根莖類作物，對養(yǎng)分需求量大，生產(chǎn)上偏施化肥和過量施肥現(xiàn)象十分嚴(yán)重，造成了資源浪費(fèi)、生產(chǎn)成本增加，顯著降低了生姜的產(chǎn)量和品質(zhì)[11]。因此，合理施肥是我國生姜產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展急需解決的關(guān)鍵問題。目前關(guān)于生姜施肥技術(shù)的研究多集中在提高生姜產(chǎn)量方面，關(guān)于生物有機(jī)肥和化肥配施對生姜氮、磷、鉀素吸收利用以及對土壤肥力影響的研究相對較少。為此，筆者通過田間試驗(yàn)，在等量養(yǎng)分投入下，研究生物有機(jī)肥部分替代化肥對生姜產(chǎn)量、養(yǎng)分利用效率和土壤肥力的影響，以期探索適宜的生姜化肥減量施肥技術(shù)方法，為實(shí)現(xiàn)生姜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和科學(xué)合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021 年4－10 月在河北省唐山市開平區(qū)唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院生姜試驗(yàn)田進(jìn)行，地處北緯39°37′，東經(jīng)118°13′，年平均氣溫12.4 ℃，年平均降水量1086 mm，無霜期190 d。試驗(yàn)區(qū)土壤為砂壤土，有機(jī)質(zhì)含量（w，后同）1.05%，堿解氮含量32.7 mg·kg-1，速效磷含量48.6 mg·kg-1，速效鉀含量129.6 mg·kg-1，pH 6.9。

1.2 材料

供試生姜品種為冀姜5 號，由唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院生姜課題組提供。供試生物有機(jī)肥為腐熟牛糞、多種礦質(zhì)元素和枯草芽孢桿菌、膠凍類芽孢桿菌、巨大芽孢菌等微生物原料加工而成，含有機(jī)質(zhì)≥45%，有效活菌數(shù)≥2 億·g-1，N、P2O5、K2O 含量分別為2.0%、1.0%、2.0%；供試化肥為三元復(fù)合肥，含N 15%、P2O55%、K2O 18%，均由河北灃田寶農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間試驗(yàn)法，共設(shè)置5 個(gè)處理：CK（不施肥），CF（常規(guī)施肥，100%化肥），T1（10%生物有機(jī)肥+90%化肥），T2（20%生物有機(jī)肥+80%化肥），T3（30%生物有機(jī)肥+70%化肥），CF～T3 處理氮磷鉀總養(yǎng)分相同，各處理肥料用量見表1。生物有機(jī)肥分別于播種期、小培土期、大培土期按40%、30%和30%比例施入，化肥于同時(shí)期分別按20%、30%和50%比例施入。小區(qū)面積39.2 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。生姜采用小拱棚覆蓋栽培，播種前整地，試驗(yàn)田均勻撒施商品有機(jī)肥（純羊糞發(fā)酵，有機(jī)質(zhì)含量≥45%，N+P2O5+K2O≥6%）15 000 kg·hm-2作為基肥，深翻土壤，按行距70 cm 開溝起壟，4 月13 日播種，株距18 cm，每小區(qū)種植310 株（7.905×104株·hm-2），10 月20 日收獲，其他田間管理措施一致，均按當(dāng)?shù)厣Ｒ?guī)栽培模式管理。

表1 各處理肥料配比及施肥量 （kg·hm-2）Table 1 The fertilizer ratio and application amount of each treatment

1.4 項(xiàng)目測定

1.4.1 產(chǎn)量測定 生姜收獲后，每小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)隨機(jī)取10 株，稱量單株根莖鮮質(zhì)量，按小區(qū)測產(chǎn)并折合單位面積產(chǎn)量。

1.4.2 植株氮、磷、鉀含量測定 收獲后每小區(qū)隨機(jī)取生姜植株3 株，分別稱量根、地上莖、葉、地下根莖的鮮質(zhì)量，在鼓風(fēng)烘箱中90 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒質(zhì)量。干樣稱質(zhì)量、粉碎、過篩，采用凱氏定氮法、鉬銻抗吸光光度法和火焰原子吸收分光光度法分別測定植株各器官氮、磷、鉀含量[12]。

1.4.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)測定 于生姜根莖膨大期（9月28 日），每小區(qū)隨機(jī)選取5 個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)采集生姜根際、兩株中間和兩行間0～30 cm 土壤，混合、風(fēng)干、過篩，采用重鉻酸鉀容量法[13]測定土壤有機(jī)質(zhì)含量，電導(dǎo)法[13]測定土壤pH，紫外分光光度法[14]測定土壤硝態(tài)氮含量，半微量開氏法[15]測定土壤全氮含量，火焰光度計(jì)法[16]測定土壤速效鉀含量，鉬銻抗比色法[17]測定土壤有效磷含量。

1.5 肥料利用效率相關(guān)參數(shù)計(jì)算

參照前人的方法，計(jì)算公式如下[18-19]：

氮（磷、鉀）積累量/（kg·hm-2）=氮（磷、鉀）養(yǎng)分含量×干物質(zhì)質(zhì)量；（1）

肥料表觀利用率/%=（施肥區(qū)植株養(yǎng)分積累量－不施肥區(qū)植株養(yǎng)分積累量）／純養(yǎng)分施入量×100%；（2）

肥料農(nóng)學(xué)利用率/（kg·kg-1）＝（施肥區(qū)作物產(chǎn)量－不施肥區(qū)作物產(chǎn)量）／純養(yǎng)分施入量；（3）

肥料偏生產(chǎn)力/（kg·kg-1）＝施肥區(qū)作物產(chǎn)量／純養(yǎng)分施入量。（4）

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和作圖；采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan 法進(jìn)行處理間的多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機(jī)肥部分替代化肥對生姜產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表2 可以看出，與單施化肥相比，生物有機(jī)肥部分替代化肥處理提高了生姜根莖鮮質(zhì)量，顯著提高了生姜產(chǎn)量，其中T2 處理生姜產(chǎn)量最高，顯著高于T1 和T3 處理，較CF 增產(chǎn)25.60%。隨著生物有機(jī)肥用量的增加，肥料成本隨之增加，但T1、T2、T3 處理的純收益仍高于CF，其中T2 處理純收益最高，較CF 增加22.57%。說明在等量養(yǎng)分投入下，與單施化肥相比，生物有機(jī)肥與化肥配施可以提高生姜產(chǎn)量和純收益，20%生物有機(jī)肥配施80%化肥產(chǎn)量最高和效益最佳。

表2 不同施肥處理對生姜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 2 Effect of different fertilizer treatment on yield and economic benefit of ginger

2.2 生物有機(jī)肥部分替代化肥對生姜干物質(zhì)積累的影響

由圖1 可知，T2 和T3 處理生姜干物質(zhì)積累量顯著高于CF，T2 處理地上部、地下根莖和單株干物質(zhì)量均最高，分別較CF 顯著提高31.23%、19.45%和22.11%；其次為T3 處理，地上部、地下根莖和單株干物質(zhì)量分別較CF 顯著提高20.65%、15.48%和16.03%，T2 與T3 處理間差異不顯著。T1 處理地上部、地下根莖和單株干物質(zhì)量也較CF 有所提高，但均與CF 無顯著性差異。說明生物有機(jī)肥與化肥配施能夠增加生姜植株生物量，有助于生姜根莖干物質(zhì)積累，其中20%生物有機(jī)肥配施80%化肥處理效果最佳，顯著優(yōu)于單施化肥處理。

圖1 不同施肥處理對生姜干物質(zhì)積累的影響Fig.1 Effect of different fertilizer treatment on dry matter accumulation of ginger

2.3 生物有機(jī)肥部分替代化肥對生姜各器官氮素積累和分配的影響

由表3 可知，與單施化肥相比，生物有機(jī)肥部分替代化肥處理提高了生姜植株氮素積累量，各處理植株氮素積累量由高到低依次為T2＞T3＞T1＞CF＞CK，T2 和T3 處理與CF 差異顯著，T1 處理與CF 差異不顯著。各器官氮素積累量均以T2 處理最高，其根、根莖、地上莖和葉片氮素積累量分別較CF 顯著增加18.78%、35.29%、27.16%和24.30%；T1處理根和根莖氮素積累量較CF 顯著增加14.88%、21.93%；T3 處理根莖氮素積累量較CF 顯著增加33.90%；T1 和T3 處理地上莖、葉片以及T3 處理根氮素積累量與CF 差異不顯著。

表3 不同施肥處理對生姜各器官氮素積累量與分配比例的影響Table 3 Effect of different fertilizer treatment on nitrogen accumulation and distribution ratio in each organ of ginger

與單施化肥相比，生物有機(jī)肥部分替代化肥處理降低了氮素向生姜葉片及地上莖的分配，提高了生姜根莖的氮素分配率，T1、T2、T3 處理生姜根莖氮素分配率分別較CF 提高11.97%、4.28%、10.31%，但差異均不顯著。

2.4 生物有機(jī)肥部分替代化肥對生姜各器官磷素積累和分配的影響

由表4 可知，與單施化肥相比，生物有機(jī)肥部分替代化肥處理顯著提高了生姜植株磷素積累量，各處理植株磷素積累量以T2 處理最高，T1、T2 和T3 處理間差異不顯著。與CF 相比，T1、T2、T3 處理的根、根莖、地上莖和葉片磷素積累量均顯著增加，其中T2 處理分別較CF 顯著增加79.35%、105.39%、115.04%、95.80%，T1 處理分別較CF 顯著增加67.39%、94.23%、77.82%、52.23%，T3 處理分別較CF 顯著增加53.26%、109.62%、83.83%、76.38%。

表4 不同施肥處理對生姜各器官磷素積累量與分配比例的影響Table 4 Effect of different fertilizer treatment on phosphorus accumulation and distribution ratio in each organ of ginger

與單施化肥相比，生物有機(jī)肥部分替代化肥處理抑制了磷素向生姜根和葉片的分配，促進(jìn)了磷素向生姜根莖的分配，T1、T2、T3 處理生姜根莖磷素分配率分別較CF 提高7.07%、0.96%和7.12%，但差異均不顯著。

2.5 生物有機(jī)肥部分替代化肥對生姜各器官鉀素積累和分配的影響

由表5 可知，與單施化肥相比，生物有機(jī)肥部分替代化肥處理顯著提高了生姜植株鉀素積累量，各處理植株鉀素積累量以T2 處理最高，T1、T2 和T3處理間差異不顯著。與CF 相比，T2 處理的根、根莖和葉片鉀素積累量分別顯著增加32.93%、75.25%和31.68%；T1 處理的根和根莖鉀素積累量分別顯著增加29.40%和62.31%；T3 處理的根、根莖和葉片鉀素積累量分別顯著增加13.82% 、59.09% 和32.99%。T1、T2、T3 處理的地上莖鉀素積累量和T1處理的葉片鉀素積累量也較CF 有所提高，但差異均不顯著。

表5 不同施肥處理對生姜各器官鉀素積累量與分配比例的影響Table 5 Effect of different fertilizer treatment on potassium accumulation and distribution ratio in each organ of ginger

與單施化肥相比，生物有機(jī)肥部分替代化肥處理抑制了鉀素向生姜根、地上莖和葉片的分配，促進(jìn)了鉀素向生姜根莖的分配，其中T2 處理生姜根莖鉀素分配率最高，T1 處理次之，T1、T2、T3 處理分別較CF 顯著提高15.01%、15.11%、11.67%。

2.6 生物有機(jī)肥部分替代化肥對肥料利用效率的影響

由表6 可以看出，T1、T2、T3 處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力以及磷肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)效率均較CF 顯著提高，其中T2 處理表現(xiàn)最好，其氮肥農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力以及磷肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)效率分別較CF 顯著提高64.67%、25.26%、173.93%和49.55%。與CF 相比，T1、T2、T3 處理的氮肥表觀利用率分別提高12.92%、43.25%、30.87%，T2、T3 處理與CF 差異顯著，T1 處理與CF 差異不顯著；T1、T2、T3 處理磷肥偏生產(chǎn)力分別提高6.92%、13.77%、0.26%，T1、T2 處理與CF 差異顯著，T3 處理與CF 差異不顯著。與單施化肥相比，生物有機(jī)肥部分替代化肥后鉀肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力均顯著提高，其中T2 處理最高，分別較CF 顯著提高75.74%、70.40%、29.63%。說明生物有機(jī)肥部分替代化肥能夠提高肥料利用效率，促進(jìn)生姜根莖對氮、磷、鉀肥的吸收和利用，其中T2 處理氮、磷、鉀肥料利用率最高，效果優(yōu)于T1、T3處理。

表6 不同施肥處理對肥料利用效率的影響Table 6 Effect of different fertilizer treatment on fertilizer application rate

2.7 生物有機(jī)肥部分替代化肥對土壤肥力的影響

由表7 可知，與單施化肥相比，生物有機(jī)肥與化肥配施后土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量均有不同程度地提高。有機(jī)質(zhì)含量以T3處理最高，較CF 顯著增加9.29%，T1、T2 處理有機(jī)質(zhì)含量分別較CF 增加1.24%、4.76%，但差異均不顯著。各處理土壤全氮、有效磷、速效鉀含量均表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CF＞CK，T2 處理土壤有效磷和速效鉀含量分別較CF 顯著提高31.84%和20.87%，全氮含量較CF 提高8.51%，但差異不顯著。隨著生物有機(jī)肥的增加，土壤硝態(tài)氮含量呈下降趨勢，T1、T2、T3 處理硝態(tài)氮含量分別較CF顯著降低11.62%、16.19%、19.05%，T1、T2、T3 處理間差異不顯著。生物有機(jī)肥部分替代化肥處理對土壤pH 無顯著影響。

表7 不同施肥處理下生姜成熟期表層土壤肥力指標(biāo)Table 7 The fertility index of topsoil of different fertilizer treatment at ginger maturity stage

3 討論與結(jié)論

有機(jī)無機(jī)肥料配施是作物優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)的有效途徑[10]。本研究結(jié)果表明，增施生物有機(jī)肥替代部分化肥能夠顯著提高生姜產(chǎn)量，增加生姜生產(chǎn)效益，其中20%生物有機(jī)肥配施80%化肥產(chǎn)量最高，但隨生物有機(jī)肥替代比例的增加，生物有機(jī)肥對生姜增產(chǎn)效果減弱。李杰等[20]研究表明，80%常規(guī)施肥配施生物肥顯著增加了花椰菜單球質(zhì)量，當(dāng)生物肥替代比例達(dá)到40%，花椰菜的單球質(zhì)量顯著降低，說明生物有機(jī)肥對產(chǎn)量的促進(jìn)作用與施用量密切相關(guān)，生產(chǎn)中應(yīng)針對不同作物需肥特點(diǎn)，合理配比生物有機(jī)肥和化肥用量，以達(dá)到最佳增產(chǎn)效果。

養(yǎng)分在植物體內(nèi)吸收、積累和分配比例，以及生育后期莖葉等營養(yǎng)器官向生殖器官的轉(zhuǎn)運(yùn)效率是決定作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素[9]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，隨著化肥用量的減少，生姜體內(nèi)氮、磷、鉀養(yǎng)分含量先升高后降低，當(dāng)生物有機(jī)肥替代20%化肥時(shí)植株氮磷鉀素積累量最高，這與王赫等[21]和張迎春等［22]的研究結(jié)果相似；可能是化肥減量30%與生物有機(jī)肥的協(xié)同效應(yīng)降低，對作物生長發(fā)育的促進(jìn)作用減弱，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分供應(yīng)不足，不利于作物養(yǎng)分大量積累［23］。不同施肥模式對氮、磷、鉀的分配有較大的影響。張國顯等[24]研究發(fā)現(xiàn)，75%化肥配施25%有機(jī)物料促進(jìn)了盛果期番茄莖、葉中的氮素向果實(shí)轉(zhuǎn)移和分配。柳開樓等[25]研究表明，長期有機(jī)無機(jī)肥配施可以顯著降低水稻根茬氮、鉀養(yǎng)分占總植株的比例，從而使較多的養(yǎng)分向籽粒供應(yīng)。筆者同樣發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥部分替代化肥促進(jìn)了氮、磷、鉀素向根莖中的積累和分配。生姜生育后期對鉀的需求量增多，鉀素營養(yǎng)對促進(jìn)生姜增產(chǎn)起到了重要作用，生物有機(jī)肥部分替代化肥提高了生姜植株氮、磷、鉀累積量，同時(shí)促進(jìn)了鉀素向根莖中的吸收、轉(zhuǎn)移，為生姜增產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

肥料表觀利用率、農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力是肥料利用效率的重要評價(jià)指標(biāo)［26］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，生物有機(jī)肥與化肥配施提高了氮磷鉀肥的表觀利用率、農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力，其中20%生物有機(jī)肥配施80%化肥處理肥料利用效率最高，顯著高于單施化肥處理。當(dāng)前我國農(nóng)民主要依靠施用化肥來提高土壤肥力，有機(jī)肥料投入嚴(yán)重不足，導(dǎo)致施肥不平衡，肥料利用率下降。生物有機(jī)肥含有豐富的促生菌、生理活性物質(zhì)和多種中微量元素，能補(bǔ)充作物所需各種養(yǎng)分，增強(qiáng)根際微生物和土壤酶活性，活化土壤養(yǎng)分，促進(jìn)植株對養(yǎng)分的吸收和利用，從而提高作物產(chǎn)量，相應(yīng)提高了肥料利用效率[27]。

前人研究表明，施用生物有機(jī)肥能增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分供給能力，降低土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅縖28]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥替代部分化肥后提高了土壤全氮含量，顯著降低了硝態(tài)氮含量。生物有機(jī)肥和化肥配施能夠調(diào)控土壤氮素的釋放，激發(fā)土壤供氮潛力，減少硝態(tài)氮向深層土壤的積聚，保證有機(jī)和無機(jī)養(yǎng)分協(xié)調(diào)平衡供應(yīng)[29]。土壤速效養(yǎng)分反映了土壤養(yǎng)分的現(xiàn)實(shí)狀況，閆鵬科等[30]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機(jī)肥可以顯著提高枸杞土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分含量。筆者的研究得到了相似結(jié)論，生物有機(jī)肥替代10%～30%化肥能夠提高土壤有效磷、速效鉀含量，其中20%生物有機(jī)肥配施80%化肥處理的有效磷和速效鉀含量最高，顯著高于單施化肥處理。筆者還發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥部分替代化肥后生姜土壤pH 值有所降低，但與對照差異不顯著，說明短期內(nèi)施用生物有機(jī)肥對土壤pH 影響不大。

綜上所述，在等量養(yǎng)分投入下，生物有機(jī)肥替代10%～30%化肥能夠提高生姜對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收利用率，促進(jìn)氮磷鉀素向生姜根莖的積累和分配，提高肥料利用效率，提升土壤肥力，有助于生姜增產(chǎn)增收，其中20%生物有機(jī)肥+80%化肥（4560 kg·hm-2生物有機(jī)肥配施+2400 kg·hm-2化肥）處理效果最好，是適宜生姜生產(chǎn)的良好施肥模式。