生物有機肥部分替代化肥對韭菜生長生理及肥料利用率的影響

何東霞，頡建明，何志學，王 成，牛天航，呂 劍，郁繼華

(甘肅農業大學 園藝學院，蘭州 730070)

隨著人民生活水平的不斷提高，蔬菜已逐步成為農民創收的主要農業產品，對促進農村經濟發展起到極其重要的作用[1-2]。其中，保護地栽培更是因其規模化、產業化、周年生產的特點得到了充分的發展[3]。但在蔬菜產業快速發展的過程中，化肥的過度施用所造成的品質下降、資源浪費、環境污染等問題嚴重影響蔬菜產業的可持續發展[4-6]。據統計，化肥施用量增長的主要原因之一是單位面積化肥施用量的增加，因此，消減單位面積化肥施用量成為實現中國化肥“減量化”的重要途徑[7]。

基于高產、高效、環境友好的現代農業發展角度，生物有機肥配施減量化肥已被廣泛應用[8]。其中，生物有機肥是以畜禽糞便等農業廢棄物經發酵、腐熟而成的一類兼具增肥和活菌的新型有機肥料，其所含的有機、無機營養成分可直接供給作物養分，有益微生物在其代謝過程中產生的活性物質可促進土壤養分轉化、改善根際微域環境，是促進作物高產、提高土壤肥力的有效途徑[9-10]。研究表明，有機-無機肥料的配施是促進作物高產、提高養分利用效率，達到減肥增效的有效措施[9, 11]。從改善土壤環境和增加產業效益角度來看，生物有機肥配施化肥將成為中國肥料施用的主要發展方向[12]。近年來，研究者多在茄科作物[8,13]、水稻[14]、小麥[15]等作物上進行了試驗，尋找適宜的有機無機配施方案以確保作物高產優質，但對于作為中國特色蔬菜的韭菜尚未涉足。

韭菜(AlliumtuberosumRottl.ex Spreng)屬典型的蔥屬植物，在中國蔬菜供應產業中占有極其重要的地位，是反季節保護地栽培的主要作物之一。在其傳統栽培模式下，一味追求高產所導致肥料的不合理施用現象尤為突出。因此，本試驗以不施肥和常規施肥為對照，設置生物有機肥部分替代化肥，以揭示其對韭菜產量、品質及肥料利用率的影響，旨在探尋韭菜種植模式中合理的施肥制度以保障作物高產優產，增加農民效益。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用‘久星21號’韭菜(河南省平頂山市農業科學研究所選育)為試材，于2018-05-20定植。供試肥料為尿素[w(N)=46%]，過磷酸鈣 [w(P2O5)=12%]，硫酸鉀[w(K2SO4)=51%]，生物有機肥由甘肅綠能瑞奇生物技術有限公司提供，其中每克有效活菌數為2×107CFU/g，氮磷鉀含量5%，有機質含量40%；試驗地土壤(0～20 cm)基本理化性質為：全氮1.79 g/kg，堿解氮 49.12 mg/kg，速效磷 37.99 mg/kg，速效鉀 195.67 mg/kg，有機質14.51 g/kg，電導率 261.67 μS/cm，pH 7.89。

1.2 試驗設計

試驗于甘肅省天水市武山縣清池村多層塑料覆蓋大棚韭菜越冬生產種植基地進行，試驗棚面積為397.5 m2，韭苗剪根(留根2～3 cm)去梢(留6～7 cm)，以行距20 cm、株距10 cm定植。試驗共設6個處理，包括兩個對照處理，即不施肥(CK)及常規施用化肥(CF)；另有4個化肥與生物有機肥配施處理：化肥減施20%配施生物有機肥3 000 kg/hm2(T1)、化肥減施20% 配施生物有機肥6 000 kg/hm2(T2)、化肥減施30% 配施生物有機肥3 000 kg/hm2(T3)和化肥減施30% 配施生物有機肥6 000 kg/hm2(T4)。每處理重復3次，采用隨機區組設計排列小區，小區面積為 15 m2。常規施肥量為當地施肥量，化肥減施20%、30%為常規施肥總量的基礎上依據平衡施肥分別減施，即T1、T2處理中化肥施用量為常規施肥總量減施20%(N減施22.4%，P2O5減施 62.7%，K2O增施144.7%)，T3、T4處理中化肥施用量為常規施肥總量減施30%(N減施 31.8%，P2O5減施67.3%，K2O增施113.6%)。定植前(2018-05-05)一次性施入雞糞4 200 kg/hm2后深翻土壤；分別于韭菜養根期和生產期兩個時期進行施肥，養根期施肥以該時期施肥總量的30%、30%、40%分別于5月15日、6月28日、8月27日撒施施入，生產期所需肥料于扣棚(11月19日)前兩日一次性施入，各處理田間管理措施一致。具體施肥量如表1所示。

表1 試驗各處理施肥量Table 1 Amount of fertilizer application of each treatment kg/hm2

1.3 測定項目及方法

韭菜生產期分別于2019年1月29日、2月22日、3月30日進行采收，采收時各小區分別測產、并隨機選取9穴韭菜，帶回實驗室用于測定養分指標，并于第一次采收時測定生長指標及品質指標。

1.3.1 生長指標 使用直尺測定韭菜株高(莖基部至生長點的距離)，并記錄分蘗數；取適量鮮根，采用紅四氮唑法(TTC法)測定根系活力[16]。

1.3.2 營養品質 維生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚鈉染色法測定；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G-250溶液法測定；硝酸鹽含量采用水楊酸法測定[17]；粗纖維含量采用燃燒稱重法測定[18]。

1.3.3 植株養分含量 分別測定根、莖、葉的鮮質量后置于烘箱殺青、烘干至恒量，測定各部分干質量；采用H2SO4-H2O2法消煮后，分別采用凱氏定氮法測定全氮，鉬銻抗比色法測定全磷，火焰光度法測定全鉀[19]。

1.3.4 土壤養分含量 取根際土壤置于通風處自然風干、過篩，采用堿解擴散法測定堿解氮；采用NaHCO3浸提—鉬藍比色法測定速效磷；采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀；采用重鉻酸鉀容量法測定有機質(SOM)；使用電導率儀、pH儀分別測定土壤電導率和pH[20]。

養分利用率[21]與表觀平衡[22]計算公式如下：

氮(磷、鉀)肥利用率=[施肥區地上部作物氮(磷、鉀)積累量—不施肥區地上部作物氮(磷、鉀)積累量]/氮(磷、鉀)肥投入量×100%

養分表觀平衡系數=投入土壤中的養分/地上部帶出土壤中的養分

養分實際平衡率=(投入養分-支出養分)/支出養分×100%。

1.4 數據分析

采用Excel 2016進行數據統計分析和作圖，用SPSS 22.0進行單因素方差分析，并采用Duncan’s進行多重比較(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 生物有機肥部分替代化肥對韭菜生長的 影響

2.1.1 對韭菜株高和分蘗數的影響 由圖1可以看出，生物有機肥部分替代化肥顯著影響韭菜株高和分蘗數(P<0.05)。與CF處理相比，T2處理韭菜株高提高最為顯著，提高10.89%，在T1、T3、T4處理下分別提高4.50%、1.33%、 5.78%。同一化肥減施水平下，韭菜株高隨著生物有機肥施用量的增加而增高，T2較T1處理提高6.11%，T4較T3處理提高4.38%。韭菜分蘗數的變化趨勢和株高相似，T2處理分蘗數顯著高于CF處理，T3處理較CF處理分蘗數降低，T1、T4處理的分蘗數與CF處理無顯著差異。說明生物有機肥部分替代化肥對韭菜生長有明顯的促進作用，且在T2處理下最顯著。

不同小寫字母表示在0.05 水平差異顯著。下同

2.1.2 對韭菜根系活力的影響 各施肥處理下韭菜根系活力的變化如圖2所示，生物有機肥部分替代化肥的各處理對韭菜根系活力影響顯著。其中T2處理效果最佳，較CF提高25.76%，T1、T3、T4處理較CF處理根系活力均有提高。且在同一化肥減施水平下，根系活力隨生物有機肥的增加而提高，T2較T1處理提高14.72%， T4較T3處理提高7.61%。

2.2 生物有機肥部分替代化肥對韭菜營養品質的影響

從表2可以看出，各處理下韭菜維生素C含量為0.57～ 0.85 mg/g，以T2處理最高。與CF處理相比，T1、T2、T3、T4處理分別提高22.95%、39.34%、19.67%、29.51%。同一化肥減施水平下，T2較T1處理維生素C含量提高13.33%，T4較T3處理維生素C含量提高 8.23%；同一生物有機肥配施水平下，T3、T4較T1、T2處理維生素C含量差異不顯著。表明生物有機肥部分替代化肥有利于提高韭菜維生素C含量，且T2處理對維生素C含量提高的最為顯著，且在化肥施用量一定時，生物有機肥的增施促進韭菜維生素C的合成。

圖2 生物有機肥部分替代化肥韭菜根系活力Fig.2 Root activity of Chinese chives under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

韭菜中可溶性糖和可溶性蛋白含量在各處理下分別為2.20%～3.01%、1.49～1.98 mg/g，且均以T2處理最高，較CF處理，T2處理下可溶性糖提高33.19%、可溶性蛋白提高22.98%；T1、T3、T4處理可溶性糖含量分別提高23.45%、 12.39%、27.43%，可溶性蛋白分別提高 13.04%、7.45%、10.56%。在同一化肥減施水平下，T2較T1處理可溶性糖提高7.89%、可溶性蛋白提高8.79%；T4較T3處理可溶性糖提高13.39%、可溶性蛋白提高2.89%；同一生物有機肥配施水平下，T3較T1處理可溶性糖降低 8.96%、可溶性蛋白降低4.95%，T4較T2處理可溶性糖降低4.32%、可溶性蛋白降低10.10%。

硝酸鹽含量和粗纖維是評價葉菜類蔬菜的重要品質指標。由表2可以看出，生物有機肥部分替代化肥處理下硝酸鹽、粗纖維含量降低。其中T4處理下硝酸鹽含量最低，較CF處理降低 27.26%，T1、T2、T3較CF處理硝酸鹽含量分別降低16.06%、14.84%、23.98%。T1、T2、T3、T4較CF處理粗纖維分別降低18.52%、 14.81%、13.56%、8.7%，在相同生物有機肥配施水平下，T3較T1處理粗纖維含量增加6.09%、T4較T1處理增加7.22%；在同一化肥減施水平下，T2較T1處理粗纖維含量增加4.55%、T4較T3處理增加5.66%。

表2 生物有機肥部分替代化肥韭菜營養品質Table 2 Nutritional quality under treatment of partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

2.3 生物有機肥部分替代化肥對韭菜產量的影響

如表3所示，各處理總產量大小依次為： T2>T4>T1>T3>CF>CK。CF較CK處理增產31.47%；T1、T2、T3、T4較CF處理分別增產 7.30%、10.57%、4.71%、7.88%，在相同化肥減施水平下，T2較T1處理增產率提高44.79%，T4較T3處理增產率提高67.30%。結果表明生物有機肥部分替代化肥顯著提高韭菜產量，且在化肥施用量一致的情況下，增施生物有機肥可促進韭菜高產。

表3 生物有機肥部分替代化肥韭菜產量Table 3 Chinese chives yield under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

2.4 生物有機肥部分替代化肥對韭菜養分利用及分配率的影響

2.4.1 對韭菜不同器官氮素積累、分配率及氮肥利用率的影響 如表4所示，不同施肥處理下，氮肥利用率在T2處理下最高，為20.09%。T1、T2、T3、T4處理較CF處理氮肥利用率分別提高93.27%、141.47%、61.30%、97.12%。表明生物有機肥部分替代化肥利于提高氮肥利用率。各器官的氮素積累量以T2處理最高，與CF處理相比，根、莖、葉氮素積累量分別提高72.17%、 46.99%、49.00%；同一化肥減施水平下，T2較T1處理根、莖、葉氮素積累量分別增加24.52%、 21.14%、13.85%，T4較T3處理根、莖、 葉氮素積累量依次增加18.16%、3.72%、10.46%。同一生物有機肥施用水平下，T3較T1處理根、葉氮素積累量分別降低15.51%、26.62%，莖氮素積累量增加3.04%；T4較T2處理根、莖、葉氮素積累量分別降低19.85%、11.74%、28.49%。各器官氮素分配率以功能葉最高，根系次之，莖 最小。

表4 生物有機肥部分替代化肥韭菜不同器官氮素積累、分配率及氮肥利用率Table 4 Nitrogen accumulation, distribution rate and nitrogen utilization efficiency in different organs of Chinese chives under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

2.4.2 對韭菜不同器官磷素積累、分配及磷肥利用率的影響 表5表明，各施肥處理下磷肥利用率以T2處理最高，為15.10%。與CF處理相比，T1、T2、T3、T4處理磷肥利用率分別提高 345.96%、429.82%、312.63%、356.14%，在同一化肥減施水平下，T2較T1處理磷肥利用率提高18.80%，T4較T3處理磷肥利用率提高 10.54%。

表5 生物有機肥部分替代化肥韭菜不同器官磷素積累、分配率及磷肥利用率Table 5 Phosphorus accumulation, distribution rate and phosphorus utilization efficiency in different organs of Chinese chives under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

不同施肥處理下各器官磷素積累量存在顯著差異(表5)。與CF處理相比，根、莖、葉磷素積累量在T2處理下分別增加54 .53%、64.12%、 47.60%；同一化肥減施水平下，T2較T1處理根、莖、葉磷素積累量分別增加15.01%、 26.99%、5.00%，T4較T3處理根、莖、葉磷素積累量分別增加24.49%、24.60%、24.26%。同一生物有機肥減施水平下，T3較T1處理磷素積累量分別降低21.69%、11.20%、35.36%，T4較T2處理磷素積累量分別降低15.21%、12.94%、 23.51%。從各器官磷素分配率來看，功能葉上磷素分配率最高，其次為根，莖最低。

2.4.3 對韭菜不同器官鉀素積累、分配率及鉀肥利用率的影響 如表6所示，不同施肥處理下鉀肥利用率存在顯著差異。在CF、T1、T2、T3、T4處理下鉀肥利用率分別為20.27%、12.47%、 15.97%、11.64%、14.92%。較CF處理，各配施處理下鉀肥利用率降低。

表6 生物有機肥部分替代化肥韭菜不同器官鉀素積累、分配率及鉀肥利用率Table 6 Potassium accumulation, distribution rate and potassium utilization efficiencyin different organs of Chinese chives under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

不同施肥處理下根、莖、葉鉀素積累量以T2處理最高，較CF處理分別提高57.96%、 56.18%、42.63%。同一化肥減施水平下，T2較T1處理根、莖、葉磷素積累量分別增加22.76%、 30.36%、12.05%，T4較T3處理根、莖、葉磷素積累量分別增加26.95%、19.47%、13.27%。在同一生物有機肥施用水平下，T3較T1處理根、葉鉀素積累量分別降低10.73%、22.38%，莖鉀素積累量增加9.55%；T4較T2處理根、葉鉀素積累量分別降低7.73%、21.56%，莖鉀素積累量增加0.47%。各器官鉀素分配以功能葉最高，根系次之，莖最少。

2.4.4 對土壤氮、磷、鉀平衡的影響 施肥對土壤—韭菜養分平衡體系產生一定的影響，如表7所示，土壤氮、磷、鉀在各施肥處理下均處于盈余狀態，在CK處理下均處于虧缺狀態。其中，CF處理下，氮素、磷素實際平衡率分別達253.89%、 831.12%，表明土壤中氮素和磷素處于盈余狀態，特別是磷素表現為大量盈余狀態，而鉀素實際平衡率為22.48%，土壤中鉀素盈余較低；較CF處理，各配施施肥處理下氮素、磷素平衡系數和實際平衡率降低，其中磷素平衡系數在T1處理下降低83.78%，鉀素平衡系數和實際平衡率大幅提高，T3處理下鉀素平衡系數增高73.77%；化肥減施30%時較減施20%更有利于土壤養分的盈余，表明化肥的施用是影響土壤養分盈余的重要因子。

表7 生物有機肥部分替代化肥土壤氮、磷、鉀平衡Table 7 N, P, K balance in soil under partial substitution of chemical fertilizer with bio-organic fertilizer

3 討 論

生物有機肥部分替代化肥經大量研究證明是可行的，合理的配施制度對作物的生長、產量、品質產生積極影響[23-24]。本研究發現，生物有機肥部分替代化肥對韭菜的生長有顯著影響。在一定化肥減施水平下，T1、T2處理顯著提高了韭菜株高和分蘗數，且隨生物有機肥的增加作用效果越顯著；T3、T4處理韭菜的株高和分蘗數較T2處理有所下降，這與張雪艷等[25]在對黃瓜的研究結果相似。在一定生物有機肥水平下隨化肥減施量的增加，根系活力有所降低。說明減施化肥并配施適量生物有機肥能夠促進作物生長，提高根系活力，但過量減施不利于作物生長。

研究表明，有機肥的施用對蔬菜品質具有一定的影響。Verma等[26]在研究生物有機肥和化肥對甘藍生長的影響中發現，生物有機肥對甘藍的產量、粗纖維、維生素C、總糖等營養品質和物理性狀均有顯著影響。徐大兵等[27]在有機氮肥替代減施化肥對辣椒養分吸收及品質影響中指出：有機氮配施減量化肥時辣椒的品質、產量均優于單施化肥，且能降低辣椒的硝酸鹽含量。本試驗發現，與CF處理相比，生物有機肥部分替代化肥處理顯著增加韭菜維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白的含量，降低硝酸鹽、粗纖維含量；在一定生物有機肥配施水平下，T3、T4較T1、T2處理維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量有所降低，同時隨化肥減施量的增加硝酸鹽含量增加、粗纖維含量有所降低；在同一化肥減施水平下，隨著生物有機肥施入量的增加粗纖維含量增加。這一結論與程曉彬等[23]在減量氮肥對小白菜生長的影響中的研究結果相符。同時，韭菜產量受不同施肥處理的影響較大，配施處理產量顯著高于CF處理，且在T2處理產量達最高，這一結論和Brunetti等[28]在有機無機配施對番茄的影響中的結論相符。結果表明生物有機肥部分替代化肥能夠在提高作物產量的同時改善其營養品質，且隨著化肥施用量的減少，硝酸鹽含量降低。

營養元素的積累和分配是作物生長的決定因素，不同的施肥模式對養分的積累和分配有較大的影響[12,29]。長期以來，傳統種植模式中通常以大量施肥為手段以期達到促進作物吸收養分，從而獲得高產的目的。研究證明，合理減少化肥施用量對作物產量有促進作用[30]。湯宏等[31]在辣椒和鄭少玲等[32]在芥藍的研究中指出：施用生物有機肥可大幅度提高作物地上部的氮磷鉀積累量。本試驗中，生物有機肥部分替代化肥顯著增加了韭菜根、莖、葉養分積累量，同一化肥施用水平下，增施生物有機肥有利于養分積累。同一生物有機肥施用水平下，化肥減施20%時更有利于氮素、磷素積累，尤其促進根系對氮的吸收；化肥減施20%時，利于莖對鉀素的吸收，化肥減施30%時，利于根對鉀素的吸收，依據根、莖、葉對鉀素的吸收，發現化肥減施20%時更利于各器官對鉀素的吸收；綜合各器官對養分的吸收，化肥減施30%時養分積累效果較化肥減施20%時有所降低，這是由于化肥減施30%與配施的生物有機肥的協同效應有所降低，即生物有機肥與化肥配施對作物生長發育的促進作用減弱，作物根系分泌物隨之減少，土壤養分轉化速率降低，土壤速效養分的積累隨之減少，不利于作物養分大量積累[33-35]。

本試驗研究發現，生物有機肥部分替代化肥增加氮、磷肥利用率，降低鉀肥利用率；與CF處理相比，T2處理下氮、磷肥利用率顯著增加，T3處理下氮、磷肥利用率降低，T1和T4處理之間無顯著差異，結果表明適量生物有機肥配施合理化肥有利于提高作物氮、磷肥的利用率。這一結果與蒲瑤瑤等[36]在有機肥部分替代化肥對西瓜養分利用的研究相似，即生物有機肥部分替代化肥較單施化肥提高氮、磷肥的利用率。有研究表明，由于過量施用化肥所導致中國農田養分平衡現狀表現出氮素、磷素處于大量盈余狀態[37]。同樣在本研究中CF處理下氮素、磷素大量盈余，在一定生物有機肥施用水平下，氮、磷肥減量有效降低土壤養分盈余，避免養分大量流失對環境造成污染，同時鉀肥的增施使得土壤鉀素盈余增加、土壤供鉀強度增強。因此合理施用化肥是維持土壤養分平衡的關鍵。

4 結 論

與常規施用化肥(CF)相比，生物有機肥部分替代化肥顯著促進韭菜生長、提高韭菜產量；改善其營養品質，同時增加氮磷肥利用率，促進土壤養分平衡。綜合來看，T2處理(化肥減施20%配施生物有機肥6 000 kg/hm2)為最優處理，較CF處理，韭菜產量、維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量顯著增加，硝酸鹽含量明顯降低，同時氮磷肥料利用率分別提高20.09%、15.10%。因此，生物有機肥部分替代化肥是促進韭菜高產優質、實現肥料高效利用、達到減肥增效的有效途徑。