楊柳 周清華 王東歧 張振 付宏陽 張文秀

(十堰市農(nóng)業(yè)科學院，湖北 十堰 442000)

化肥是蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計，化肥對農(nóng)作物增產(chǎn)的貢獻率達40%～60%[1]。然而在蔬菜需求量增加和經(jīng)濟利益的驅(qū)動下，部分菜農(nóng)為追求高產(chǎn)量，導(dǎo)致化肥過量和不合理施用。化肥過量和不合理施用不僅會造成化肥利用率和生產(chǎn)效益低下，還會導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量降低、速效養(yǎng)分(氮、磷等)大量富集、次生鹽漬化、重金屬積累、蔬菜可食部分和地下水硝酸鹽超標等[2]。根據(jù)第一次全國污染源普查公報，我國農(nóng)業(yè)面源氮、磷流失量占總面源污染的1/3[3]?；蔬^量或不合理使用導(dǎo)致的一系列問題，嚴重制約著我國蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，隨著生活水平的提高，人們越來越關(guān)注環(huán)境污染和食用安全等問題。2017年國家發(fā)布的中央一號文件明確提出了綠色生產(chǎn)，推動化肥施用零增長行動，用有機肥替代化肥就是一種有效途徑。有機肥除擁有作物所需的基本養(yǎng)分外，還含有微量元素和微生物，能夠改善作物土壤環(huán)境，促進其生長發(fā)育[4]。所以，增施有機肥，用有機肥替代化肥對提高蔬菜產(chǎn)量，提升蔬菜品質(zhì)，改善土壤理化性狀具有重要作用。前人對有機肥替代化學氮肥在葉用芥菜上應(yīng)用報道比較少，而且其應(yīng)用效果也會因土壤類型不同、肥力不同而有差異，本試驗以葉用芥菜為材料，研究有機肥替代化學氮肥的可行性及其對葉用芥菜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)的影響，為探索適合鄂西北黃棕壤地區(qū)葉用芥菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的科學施肥技術(shù)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗地點位于湖北省十堰市鄖陽區(qū)青曲鎮(zhèn)十堰綠普蔬菜種植合作社(N31°43′14.03″，E118°46′12.28″，H-318m)，屬于亞熱帶濕潤氣候，土壤類型為黃棕壤。試驗用地土壤理化性質(zhì)：容重1.22g·cm-3、pH值6.52、有機質(zhì)含量18.26g·kg-1、堿解氮92.23mg·kg-1、有效磷27.04mg·kg-1、速效鉀117mg·kg-1。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試作物

葉用芥菜，購置于當?shù)厥袌觥?/p>

1.2.2 供試肥料

化肥為尿素(N46.4%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(52%)；有機肥為秸稈堆肥，主要養(yǎng)分含量有機質(zhì)為85.67%，N為2.29%，P2O5為0.88%，K2O為3.36%。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置6個處理，采用等N量設(shè)計，N、P、K素施用總量依據(jù)科學施肥單施化肥用量確定，其中N為300kg·hm-2、P2O5為210kg·hm-2、K2O為270kg·hm-2。具體處理：處理1為空白對照(CK)，不施任何肥料；處理2為100%化肥N素(CF)；處理3為化肥N素1/3有機替代(1/3MF)；處理4為化肥N素1/2有機替代(1/2MF)；處理5為化肥N素2/3有機替代(2/3MF))；處理6為100%有機肥N素(OM)。以CF為參考，有機肥替代化肥的處理不足的P素用過磷酸鈣補充。每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積5m×2m，采用隨機區(qū)組排列。芥菜于2021年8月26日播種，9月25日移栽，12月16日收獲測產(chǎn)。有機肥用作基肥于移栽前一次性施入；化肥70%作基肥，30%追肥，追肥分2次進行，第1次追肥時間10月9日，第2次追肥時間11月6日。

1.4 項目測定與數(shù)據(jù)處理

1.4.1 芥菜產(chǎn)量及單株性狀測定

收獲時，按小區(qū)收割測產(chǎn)量。單株性狀采用隨機取樣法，每小區(qū)隨機取5株，計算相應(yīng)性狀的平均值。

1.4.2 土壤樣品采集與測定

分別在芥菜播種前及芥菜收獲后采用“S”型采樣法采集試驗地0～20cm的土壤混合樣品。土壤容重采用環(huán)刀法測定；pH采用電位法(水∶土=2.5∶1)；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀滴定法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用0.5mol·L-1NaHCO3浸提—鉬藍比色法測定；速效鉀采用NH4OAc浸提—火焰光度法測定[5]。

1.4.3 植株樣品采集與測定

芥菜收獲時每小區(qū)隨機取樣3株，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍比色法測定，維生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測定[6]；硝酸鹽采用水楊酸硝化法，亞硝酸鹽采用磺胺比色法測定[7]。

采用Microsoft Excel軟件整理數(shù)據(jù)，利用SASS 8.1軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對芥菜產(chǎn)量及單株性狀的影響

作物的產(chǎn)量是衡量施肥效果和土壤肥力水平的重要指標。由圖1可以看出，本次試驗芥菜產(chǎn)量大小為1/2MF>1/3MF>CF>2/3MF>OM>CK。CK處理產(chǎn)量最低，與其它處理之間差異顯著。有機肥替代化學氮肥的各處理中1/3MF、1/2MF處理顯著高于CF，2/3MF、OM處理與CF之間無顯著差異。1/2MF處理的產(chǎn)量高于其它各個處理，說明本次試驗條件下，化肥N素1/2有機替代的施肥方案對芥菜的增產(chǎn)效果最好。

圖1 不同施肥處理對芥菜產(chǎn)量影響(平均值±標準差，n=3)

單株性狀是構(gòu)成產(chǎn)量和感官品質(zhì)的重要因素，由表1可以看出，不同施肥處理芥菜的株高、株幅、葉長、葉寬、單株重等性狀存在差異。其中CK處理與其它處理之間差異顯著，CF處理單株重與1/2MF有顯著差異，其它性狀與有機肥替代化學氮肥各處理之間差異均不顯著。綜合來看單株性狀好的處理，尤其是單株重較大的處理，其對應(yīng)的芥菜產(chǎn)量也較高。

表1 不同處理對芥菜產(chǎn)量及單株性狀的影響

2.2 不同處理對芥菜品質(zhì)的影響

2.2.1 維生素C

維生素C不僅影響蔬菜自身的生長發(fā)育，而且也是蔬菜重要品質(zhì)指標之一。由表2可以看出，相比于CK與CF，有機肥替代化學氮肥的各處理維生素C含量均得到不同程度提升。1/3MF、1/2MF、2/3MF、OM處理維生素C含量比CK高12.69%、15.88%、19.29%、41.20%，比CF高21.78%、25.23%、28.92%、52.59%，差異顯著。說明有機肥替代化學氮肥可以明顯提高芥菜維生素C含量。

表2 不同處理對芥菜品質(zhì)的影響

2.2.2 可溶性糖

可溶性糖含量是反映蔬菜品質(zhì)的重要指標，在植物生長發(fā)育過程中，可溶性糖不僅提供能量和代謝中間產(chǎn)物，而且會通過調(diào)節(jié)基因的表達影響植物生長。由表2可以看出，有機肥替代化學氮肥的各處理可溶性糖含量顯著高于CF及CK，1/2MF、OM、2/3MF及1/3MF處理比CK分別高74.53%、67.92%、52.83%、34.91%，比CF分別高44.53%、39.06%、26.56%、11.72%，說明有機肥替代化學氮肥可以顯著改善芥菜可溶性糖品質(zhì)。

2.2.3 可溶性蛋白

可溶性蛋白是評價食物品質(zhì)的重要指標，與食物的營養(yǎng)價值密切相關(guān)，在一定程度上影響著食物的風味。由表2可以看出，有機肥替代化學氮肥的各個處理可溶性蛋白含量與CK相比無顯著差異，但顯著高于CF，其中1/3MF、OM、2/3MF、1/2MF處理分別比CF高出36.36%、32.47%、31.17%、24.16%，說明有機肥替代化學氮肥可以顯著提高芥菜可溶性蛋白的含量。

2.3 不同處理對芥菜食用安全性的影響

硝酸鹽及亞硝鹽含量影響著蔬菜的食用安全性，尤其是亞硝鹽具有強烈的致癌作用，葉菜類蔬菜允許攝入的硝酸鹽含量應(yīng)低于3000mg·kg-1[8]，亞硝酸鹽應(yīng)低于4mg·kg-1[9]。由圖2可以看出，本次試驗芥菜各處理硝酸鹽及亞硝鹽含量均在允許攝入量內(nèi)，硝酸鹽及亞硝鹽含量CF處理最高，CK處理最低。相比于CF，有機肥替代化學氮肥的各個處理硝酸鹽及亞硝鹽含量均顯著降低，1/3MF、1/2MF、2/3MF以及OM處理硝酸鹽含量比CF分別降低了18.01%、16.80%、19.84%和24.13%，亞硝鹽含量比CF分別降低了27.18%、29.61%、31.04%和33.87%，說明有機肥替代化學氮肥可以降低芥菜硝酸鹽及亞硝鹽含量，提高芥菜的食用安全性。

圖2 不同施肥處理對芥菜硝酸鹽、亞硝酸鹽含量的影響

2.4 不同處理對土壤理化性質(zhì)影響

由表3可以看出，土壤容重有隨有機肥施用量增加而下降的趨勢，但各處理間差異不顯著。不同施肥處理下，CF處理土壤pH顯著低于CK及有機肥替代化學氮肥的各處理。土壤有機質(zhì)含量以O(shè)M處理最高，CK處理最低，相對于CK及CF，施用有機肥的各個處理土壤有機質(zhì)含量均有不同程度的提高。土壤堿解氮含量CF處理最高，CK處理最低，CF、CK處理與其它處理之間差異顯著，有機肥替代化學氮肥的各處理之間差異不顯著。土壤有效磷含量2/3MF處理最高，CK處理最低，CK處理與其它各處理間差異顯著，其它各處理之間差異不顯著。土壤速效鉀含量1/2MF處理最高，CK處理最低，CK處理與其它各處理間差異顯著，1/3MF與1/2MF處理之間差異不顯著，但二者與其它處理之間差異顯著。

表3 不同處理對土壤理化性質(zhì)的影響

3 討論

作物生長會消耗土壤中的養(yǎng)分，若消耗的養(yǎng)分得不到補充，土壤生產(chǎn)力將會下降，因此施肥是保持土壤肥力的重要手段，但盲目大量的施用化肥不僅不會使作物產(chǎn)量持續(xù)增加，還容易帶來氮、磷等農(nóng)業(yè)面源污染物流失的風險。因此，既要保持土壤生產(chǎn)力又要減少化肥使用量，有機肥替代化肥是一種重要方式。有研究表明，在化肥適當減量的情況下配施有機肥能夠顯著提高蔬菜產(chǎn)量。鐘德春[10]研究表明，減施化肥配施有機肥能有效地增加芥菜的產(chǎn)量。鄭培土等[11]研究表明，在芥菜等蔬菜田施用有機肥和有機無機復(fù)混肥有明顯的增產(chǎn)作用。武星魁等[12]對包心菜和小青菜進行等氮水平下不同比例有機肥替代化肥處理研究表明，在25%替代比例是增產(chǎn)效果最顯著。本試驗結(jié)果表明，在等氮水平下不同比例有機肥替代化肥處理時，1/3及1/2替代比例對芥菜有顯著的增產(chǎn)效果；2/3及100%替代比例時，芥菜的產(chǎn)量有略微下降，但差異不顯著。本試驗條件下，芥菜產(chǎn)量有隨有機肥替代比例的升高先增加后減少的趨勢，這可能是在芥菜生長前期，有機肥釋放養(yǎng)分緩慢，芥菜更容易通過化肥的吸收來滿足其生長所需；在芥菜生長中后期，隨著有機肥釋放養(yǎng)分增多，在滿足芥菜正常營養(yǎng)需求的同時還改善了土壤微生物菌落結(jié)構(gòu)及微環(huán)境，進而促進了芥菜生長。

本試驗結(jié)果表明，在等氮水平下有機肥替代化學氮肥可以顯著提高芥菜維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白等品質(zhì)指標的含量，說明有機肥替代化學氮肥可以提升芥菜的營養(yǎng)品質(zhì)，這與前人在不同品類的蔬菜上的研究結(jié)果類似。文靜等[13]研究表明，化肥減量、增施有機復(fù)合肥能顯著提高萵筍的莖長、莖粗和單株鮮重，增加可溶性糖、蛋白質(zhì)、維生素C、氨基酸的含量。羅佳等[14]研究表明，有機肥替代化肥時隨有機肥配施比例增加，生菜維生素C含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量增加。本試驗條件下，不同營養(yǎng)品質(zhì)對應(yīng)的最佳有機肥替代比例不同，維生素C含量在100%有機肥替代(OM處理)時最高，可溶性糖含量在1/2有機肥替代(1/2MF處理)時最高，而可溶性蛋白含量在1/3有機肥替代(1/3MF處理)時最高，這可能與土壤的養(yǎng)分供給及芥菜營養(yǎng)自身合成特性有關(guān)。

硝酸鹽及亞硝酸鹽含量是衡量蔬菜衛(wèi)生安全品質(zhì)的重要指標。王冰清等[15]研究表明，隨著化肥施用量的提高，蔬菜硝酸鹽含量也顯著增加，而有機肥替代部分化肥處理可以降低蔬菜的硝酸鹽含量。李鵬[16]在菠菜上研究結(jié)果顯示，單施尿素與單施有機肥和有機無機肥料配施相比，菠菜可食部分的硝酸鹽含量顯著偏高。鄭培土等[11]研究表明，在芥菜等葉菜上使用有機肥能有效地控制硝酸鹽和亞硝酸鹽的積累。本試驗結(jié)果表明，有機肥替代化學氮肥的各個處理芥菜硝酸鹽及亞硝酸含量均顯著低于單施化肥的處理，說明有機肥替代化學氮肥可以提高芥菜的食用安全性，這與前人的研究結(jié)果相同。本次試驗條件下，有機肥替代化學氮肥的各處理間硝酸鹽及亞硝酸含量差異雖然并不顯著，但其含量有隨著有機肥替代比例增加而減少的趨勢，這與郭春銘[17]研究結(jié)果相似；郭春銘研究表明，有機無機肥配施時空心菜硝酸鹽含量有隨有機肥施用比例升高而明顯下降的趨勢。

本試驗結(jié)果表明，不施肥處理(CK)土壤的各項養(yǎng)分指標均低于施肥處理，說明作物生長會消耗土壤中的養(yǎng)分，若消耗的養(yǎng)分得不到補充，將會導(dǎo)致土壤肥力下降。Kaje等[18]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機肥會使土壤表層容重降低。張然等[19]研究表明，有機無機肥配施較單施化肥能顯著降低0～10cm，20～40cm土壤容重。本研究結(jié)果顯示，相對于單施化肥(CF)，有機肥替代化學氮肥的各個處理土壤容重有所下降，說明施用有機肥可以改良土壤物理狀況，這與前人的研究結(jié)果一致。單施化肥(CF)處理，土壤pH有所下降，顯著低于其它處理，有潛在的土壤酸化趨勢，這與前人研究結(jié)果類似。前人研究結(jié)果表明，長期施用化肥會使土壤酸化，并且隨著施氮量的增加pH降低越顯著[20]，化肥減量配施有機肥對土壤酸化有明顯的緩解作用[21]。有機肥替代化學氮肥的各處理土壤有機質(zhì)含量有所提升，有機質(zhì)得到了一定的積累，這與Mukta等[22]的研究結(jié)果一致。相對于不施肥處理(CK)，有機肥替代化學氮肥的各處理土壤各項速效養(yǎng)分都顯著提升，但與單施化肥(CF)相比，有機肥替代化學氮肥的處理堿解氮顯著低于CF，但部分處理的有效磷、速效鉀高于CF。呂真真等[23]的研究結(jié)果表明，化肥配施有機肥處理，土壤有機質(zhì)增加，全氮、堿解氮、全磷、有效磷都有所提高。本試驗結(jié)果與前人的研究結(jié)果不完全相同，這可能與不同土壤類型、不同作物的營養(yǎng)特性以及試驗?zāi)晗薏煌嘘P(guān)。

4 結(jié)論

本試驗表明，在等氮水平下有機肥替代化學氮肥時，替代比例在1/3、1/2時有顯著增產(chǎn)效果。相對于單施化肥，有機肥替代化學氮肥時，芥菜維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白等指標顯著提高，提升了芥菜的營養(yǎng)品質(zhì)；芥菜中硝酸鹽及亞硝酸鹽含量顯著降低，提高了芥菜的食用安全性。有機肥替代化學氮肥能夠改善土壤理化性質(zhì)，顯著促進土壤有機質(zhì)的提升。由于本試驗只開展了一季，關(guān)于有機肥替代化學氮肥對葉用芥菜的產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)、安全性和土壤肥力的長期效應(yīng)還應(yīng)持續(xù)地深入探究。