劉中良，高俊杰，陳震，閆偉強，谷端銀

(泰安市農(nóng)業(yè)科學院，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)的提高起著至關重要的作用[1].隨著當前蔬菜產(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，化學肥料減量配施有機肥成為研究熱點，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，促進農(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肥，化肥配施有機肥能顯著活化和提高土壤有效養(yǎng)分，促進土壤固定態(tài)元素釋放，滿足作物關鍵生育時期的養(yǎng)分需求[5].有機肥可促進土壤有機質(zhì)提升，而土壤團聚體的形成與有機質(zhì)含量密切相關，增加土壤有機質(zhì)有利于促進水穩(wěn)定性團聚體(>0.25 mm)的形成和穩(wěn)定[6]，并對有機碳發(fā)揮著物理保護作用[7].有報道[8]證實，單施化肥能降低土壤團聚體的穩(wěn)定性.此外，化肥減施配施有機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，增加土壤團聚體[10]，提高作物根系生物量及活力，改善植株生產(chǎn)，促進光合積累，進而提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)[11].相關研究[12]表明，2/3化肥配施1/3有機肥大白菜產(chǎn)量最高，品質(zhì)較佳.但過量施用有機肥也會造成作物大量減產(chǎn)，甚至導致土壤硝酸鹽富集、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)科學院試驗基地(117°0′41″E，35°59′38″N)進行，海拔85 m，屬溫帶半濕潤大陸性季風氣候，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；有機質(zhì)13.10 mg/kg，pH 7.32.

1.2 試驗材料

供試大白菜品種為當?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%)，復合肥(15-15-15)，硫酸鉀(K2O：52%)，重過磷酸鈣(P2O5：≥46%)；生物有機肥有效活菌數(shù)(枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌)：≥6億/g，有機質(zhì)：≥60%，總養(yǎng)分(N-P2O5-K2O)：≥10%，N：3%.

1.3 試驗設計

根據(jù)當?shù)胤N植習慣和施肥經(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%+有機肥替代15%N，T6：常規(guī)減施化肥30%+有機肥替代30%N，T7：常規(guī)減施化肥N 40%，T8：常規(guī)減施化肥N 40%+有機肥替代15%N，T9：常規(guī)減施化肥N 40%+有機肥替代30%N，T10：常規(guī)減施化肥N 40%+有機肥替代40%N；CK1，CK2和T1為對照.具體見表1，If和Of分別為無機肥、有機肥的施用量.

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，隨機排列，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

大白菜收獲直接稱重計產(chǎn).選取有代表性的植株5棵，進行含水率及品質(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進行試驗數(shù)據(jù)處理，DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)及相關性分析，Tukey法進行差異顯著性比較，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)量分數(shù)Wr，粗蛋白質(zhì)量分數(shù)Cp，可溶性糖質(zhì)量分數(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)量隨著有機肥替代量增加呈先提高后降低趨勢，T3最高，達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)量分數(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，這對土壤有機質(zhì)和氮素轉(zhuǎn)化將產(chǎn)生積極影響，可促進大白菜氮素吸收、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)計學意義.而酸性磷酸酶活性以處理CK2的為最高，達2.31 mg/g.說明氮肥減量配施有機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60.71%，說明氮肥適量減少配施生物有機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)分積累的相關性

表4為大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)與土壤養(yǎng)分的相關性分析.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.硝酸鹽和土壤速效氮、EC、土壤速效鉀和土壤有機質(zhì)間存在極顯著正相關.

適量減少氮肥用量、增施生物有機肥可以有效改善土壤EC，增加土壤有機質(zhì)，促進養(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)分的相關性分析Tab.4 Correlation analysis of Chinese cabbage yield, quality and soil nutrients

3 討 論

有機肥對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，關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，認為投入無機肥越高，產(chǎn)量越高，這或許與土壤基礎地力有很大關系：土壤肥力較高的條件下，減施化肥并增施有機肥對于品質(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肥料量較大，基礎土壤肥力較高，適當配施有機肥有利于品質(zhì)、產(chǎn)量提高.其中處理T3有機肥替代15%化肥氮較佳.研究[18]表明，生物有機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)，促進土壤中團聚體的組成與分布，增強光合作用，為提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)奠定基礎.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，可能與有機肥改善土壤根系微生態(tài)，促進養(yǎng)分吸收，改善植株生長，提高大白菜品質(zhì)，影響產(chǎn)量有很大關系.

土壤酶是評價土壤肥力重要指標[19].文中研究結(jié)果表明，氮肥減量配施生物有機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，生物有機肥和普通有機肥均能顯著提高土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性，生物有機肥優(yōu)于普通有機肥.有機肥中含有大量酶，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磷的分解轉(zhuǎn)化能力，蔗糖酶參與有機碳的循環(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，生物有機肥優(yōu)于普通有機肥在于有機肥提供了有益菌群.

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：認為有機肥替代降低了氮肥利用率，這或許與有機肥料緩效性有關.氮肥利用率與土壤養(yǎng)分積累、有機質(zhì)、微生物和酶活性等有很大關系，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、增施有機肥可顯著提高大白菜肥料利用效率，因有機肥補充可以提高土壤速效氮磷鉀養(yǎng)分含量，進而提升土壤的肥力.此外，施用有機肥能改善土壤的理化性質(zhì)，促進根系生長，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、有機質(zhì)與速效鉀間的正相關，與生物有機肥提供土壤營養(yǎng)、增加土壤肥力，提高土壤有機質(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，促進植株地上地下生長、增加產(chǎn)量有很大關系.

4 結(jié) 論

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