生物刺激素在不結球白菜氮肥減施增效中的效果評價

趙吉瑩,吳 震,侯喜林,袁建玉,齊迎斌,吳翠云,蔣芳玲*

(1 南京農業大學園藝學院,南京 210095;2 張家港市農業科技教育站,蘇州 215600)

不結球白菜(Brassica campestrisssp.chinensisMakino)含有豐富的礦物質、維生素、蛋白質等人體所需的營養物質,是人們飲食結構中重要的組成部分[1]。 不結球白菜在我國特別是東部沿海地區廣泛種植,由于其生長迅速、栽培方式簡單、適應性強,可周年生產,復種面積極高[2]。 蔬菜作物根系陽離子代換量高,需肥量大,生產中為獲得高產,常過量使用氮肥,對農田環境造成不利的影響[3-5],且氮肥的過量投入易導致葉菜中硝酸鹽積累,對人體健康產生潛在危害[6-7],因此,不結球白菜氮肥減施技術的研究顯得尤為重要。

生物刺激素是包含功能性物質或∕和微生物及其次生代謝產物的一類物質[8],從種子萌發到植物成熟的整個過程中均可發揮作用,其對植物的作用主要表現為以下幾點:一是少量應用時,可促進植物生長和發育,改善品質,在黃瓜[9]、茄子[9]、空心菜[9]、辣椒[10]、蘋果[11]、葡萄[12]等園藝作物上應用均取得了良好的效果;二是有助于改善植物營養效率,即促進植物對養分的吸收,同時減少養分的流失[13-14];三是作為土壤改良劑可改善土壤結構與功能,從而促進植物的生長發育[15-16]。 由于我國減氮技術研究起步較晚[17],在不結球白菜中,減氮條件下噴施生物刺激素應用效果的研究報道較少,其對產量、品質和經濟效益的影響尚缺乏研究。

本試驗在減氮20%的基礎上,在葉面分別噴施4 種不同的生物刺激素,比較減氮條件下其對不結球白菜生長、光合、產量和品質的影響,并對其經濟效益進行分析,以期篩選出適宜的生物刺激素,為生物刺激素在不結球白菜化肥減量增效技術中的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與試驗材料

試驗于2019 年4—6 月在江蘇農博園基地進行,該園區為北亞熱帶季風氣候,年均氣溫15—18 ℃,年降水量1 070 mm 左右。 供試地前茬作物為不結球白菜,供試前土壤pH 為4.6,EC 值為37.5 mS∕cm,全氮含量為 1.67 mg∕g,堿解氮含量為53.5 mg∕kg,有效磷含量為 42.82 mg∕kg,速效鉀含量為 188 mg∕kg,有機質含量為 20.76 mg∕kg。

供試作物為不結球白菜品種‘改良金品28’,種子由江蘇省江蔬種苗科技有限公司生產。 該品種植株直立、長勢旺、產量高、耐熱耐濕抗病性強,適宜春夏季播種。

供試肥料尿素(含氮46%)由靈谷化工集團有限公司生產,過磷酸鈣(含P2O512%)由江蘇美樂肥料有限公司生產,硫酸鉀(含K2O 52%)由中國農業生產資料集團生產。

供試生物刺激素為:(1)“扶斯特”動物蛋白氨基酸葉面肥(以下簡稱“扶斯特”),氨基酸質量濃度≥100 g∕L,微量元素(Fe+Mn+Zn+B)質量濃度≥20 g∕L,由江陰市聯業生物科技有限公司生產,以豬毛為主要原料在高溫下酸解后螯合微量元素制成;(2)“碧護”(赤·吲乙·蕓苔)(以下簡稱“碧護”),總有效成分含量0.136%;赤霉酸含量0.135%,吲哚乙酸含量0.000 52%,蕓苔素內酯含量0.000 31%,由德國阿格福萊農林環境生物技術股份有限公司生產;(3)海藻精原粉(以下簡稱“海藻精”),主要成分為天然養分NPK、微量元素、植物生長素、細胞分裂素、赤霉素、海藻酸、海藻多酚等,由山東綠隴生物技術有限公司生產;(4)“展葉靈”,主要成分為側孢芽孢桿菌、殼寡糖和微量元素,由山東綠隴生物技術有限公司生產。

1.2 試驗設計

不結球白菜常規施肥量參考常規生產確定,按照氮肥(純氮)180 kg∕hm2、磷肥(P2O5)45 kg∕hm2、鉀肥(K2O)45 kg∕hm2折合成相應化肥施用量。 共設置18 個處理:常規施肥+噴施清水為對照(CK);減少20%氮肥施用量+噴施清水為對照2(N2),即氮肥(純氮)施用量為144 kg∕hm2,磷、鉀肥不變,其他處理詳見表1。

表1 各處理施肥方案Table 1 Fertilization scheme of each treatments

每個處理設3 個小區作為重復,高畦栽培,畦長為7 m,畦寬為1.5 m(包括溝寬0.3 m),每小區面積為10.5 m2,隨機區組排列。 氮、磷、鉀肥作為基肥一次性撒施在試驗小區內,生物刺激素作為追肥,在生長期采用葉面噴施。 不結球白菜種子于2019 年4 月2 日進行人工撒播,用種量為266.8 kg∕hm2,待植株長至3 葉1 心時(2019 年4 月23 日)開始噴施生物刺激素,噴施的濕潤程度以葉片表面充分濕潤但無液滴凝聚下落為度,每7 d 噴施1 次(視天氣情況適當調整),共噴施3 次。

1.3 項目測定與方法

1.3.1 不結球白菜生長指標

播種后40 d,參照李錫香等[18]的方法測定植株株高、株幅、最大葉葉長和葉寬、葉柄長和葉柄寬。 參照王亞晨[19]的方法測定不結球白菜植株地上部干重和地下部干重。

1.3.2 不結球白菜產量及經濟效益分析

播種后42 d,每個小區選取1 個50 cm×50 cm 的正方形,按生產上的采收習慣,對不結球白菜去老葉和根后稱重,測定產量。

經濟效益的計算:不結球白菜的價格按采收時批發價計算。 “扶斯特”價格為6 元(人民幣,下同)∕瓶(1 瓶 500 g),“碧護”價格為 11 元∕袋(1 袋 3 g),“海藻精”價格為 50 元∕瓶(1 瓶 400 g),“展葉靈”價格為200 元∕kg。

總產值=產量×單價;生產成本=土地成本+種子成本+無機肥料成本+用水成本+人工成本+農藥成本+生物刺激素成本;經濟效益=總產值-生產成本。

1.3.3 葉片光合參數

光合特性測定:第3 次噴施后,于第4 天晴天的上午(2019 年5 月11 日)使用Li-6400 型便攜式光合作用測定系統(LI-COR Inc.,美國)測定葉片光合指標,每小區選擇3 株生長一致的植株,選取從外往里第2 輪葉序上發育完全的功能葉,于上午9:00—11:00 測定凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr),光量子通量密度(PFD)設定為 1 000 μmol∕(m2·s),溫度為(25 ±1)℃,CO2濃度為(390 ±10)μL∕L。

葉綠素a(Chl.a)和葉綠素b(Chl.b)含量參照Arnon[20]的方法測定。

1.3.4 不結球白菜品質指標

于采收期測定不結球白菜品質指標。 硝酸鹽含量用水楊酸比色法[21]測定;可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍G-250 染色法[21]測定;維生素C(VC)含量用紅菲羅啉比色法[22]測定;纖維素含量用蒽酮比色法[23]測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件進行數據統計與分析,使用Duncan 新復極差法進行多重比較;采用Origin 2017 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 減氮噴施生物刺激素對不結球白菜生長的影響

由表2 可知,與CK 相比,減氮20%處理對不結球白菜株高、株幅、最大葉葉長和葉寬、葉柄長和葉柄寬均沒有顯著影響;噴施生物刺激素處理后,不結球白菜株高以H400 處理增加最明顯,其次為Z4000 處理,較N2 處理分別增加5.37%和4.70%,但與CK 差異不顯著;株幅以H400 和Z4000 處理增加顯著,與N2 處理相比增幅分別達21.32%和25.38%,但與CK 差異不顯著;噴施生物刺激素處理對最大葉各項指標均沒有顯著影響。

表2 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結球白菜生長特性的影響Table 2 Effects of foliar-spraying biostimulants on the growth characteristics of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

由表3 可知,氮肥減量20%時,不結球白菜地下部干重顯著降低,而地上部干重與CK 相比差異不顯著。 噴施生物刺激素后,“扶斯特”“碧護”“海藻精”“展葉靈”最優處理的地上部干重較N2 處理分別增加了11.02%、24.29%、27.12%和18.27%,但與N2 處理和CK 差異均未達到顯著水平。 對于地下部而言,減氮20%使地下部干重較CK 顯著下降,噴施生物刺激素后各處理地下部干重仍顯著低于CK。

表3 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結球白菜地上、地下部干重的影響Table 3 Effects of foliar-spraying biostimulants on aboveground and underground dry weight of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

2.2 減氮噴施生物刺激素對不結球白菜產量和經濟效益的影響

由圖1 可知,氮肥減少20%,不結球白菜單位面積產量與常規施肥差異不顯著。 減氮20%條件下噴施不同濃度生物刺激素,Z4000 處理的單位面積產量最高,為8.77 kg∕m2,較CK 增產14.88%,較N2 處理增產13.87%,差異顯著;H400 和H800 處理的單位面積產量與CK 和N2 處理相比也顯著增加,較CK 分別增產13.03%和11.63%;“扶斯特”和“碧護”處理下F2400 和B100 處理產量較高,分別為8.07 kg∕m2和7.77 kg∕m2,與CK 相比增幅分別為5.78%和1.76%,但差異未達顯著水平。 綜上,4 種不同生物刺激素,增產效果最好的是Z4000 處理,其次是H400 處理。

圖1 減氮20%條件下噴施不同生物刺激素對不結球白菜單位面積產量的影響Fig.1 Effects of foliar-spraying biostimulants on the yield per unit area of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

減氮20%條件下噴施“海藻精”和“展葉靈”,可顯著提高不結球白菜的產量,但在減少無機肥料成本的同時卻增加了生物刺激素和人工成本,因此,對其經濟效益進行了分析。 由表4 可知,Z4000 處理效益最高,較 CK 增收123 667.30 元∕hm2;其次為 H400 處理,增收122 922.43 元∕hm2;而“扶斯特”和“碧護”最高增收僅 114 053.60 元∕hm2和 108 523.73 元∕hm2。

表4 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結球白菜經濟效益的影響Table 4 Effects of foliar-spraying biostimulants on economic benefit of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

2.3 減氮噴施生物刺激素對葉片光合特性的影響

由圖2A 可知,減氮20%對不結球白菜Pn沒有顯著影響,減氮20%條件下葉面噴施生物刺激素可顯著提高其Pn(B25 處理除外),與CK 相比,噴施不同濃度“扶斯特”“碧護”“海藻精”“展葉靈”時,各處理Pn分別提高了29.51%—43.81%、17.14%—34.8%、33.53%—37.71%和28.58%—36.25%。

圖2 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結球白菜葉片光合參數的影響Fig.2 Effects of foliar-spraying biostimulants on photosynthetic parameters of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

由圖2B 可知,減氮20%處理,不結球白菜Gs與CK 差異不顯著;噴施“扶斯特”后,Gs隨“扶斯特”濃度的增加而增加,F600、F1200 和 F2400 處理的Gs分別上升到 0.545 mmol∕(m2·s)、0.554 mmol∕(m2·s)和0.584 mmol∕(m2·s),與 CK 差異顯著;噴施“碧護”后,Gs隨“碧護”濃度先增加后減小,B100 處理的Gs最高,增幅達61.4%,與CK 差異顯著,其余處理與CK 差異不顯著;噴施“海藻精”后,Gs隨其濃度變化也表現出先增后減的趨勢,H800 處理的Gs最高,其次是 H1600 處理,分別為 0.578 mmol∕(m2·s)和0.550 mmol∕(m2·s),與 CK 差異顯著;噴施不同濃度“展葉靈”后,Z2000 和 Z8000 處理的Gs與 CK 存在顯著差異,分別增加43.51%和46.15%;其余處理與CK 差異不顯著。

由圖2C 可知,減氮20%處理或減氮20%并噴施生物刺激素處理,各處理的Ci與CK 均沒有顯著差異。

由圖2D 可知,減氮20%處理對不結球白菜Tr沒有顯著影響;噴施“扶斯特”后,各處理的Tr與CK 和N2 處理相比均顯著上升,較CK 增加44.09%—62.06%;噴施“碧護”后,B50 和B100 處理的Tr較CK 顯著上升,增幅分別達43.17%和81.68%;噴施“海藻精”后,H400 和H800 處理的Tr較CK 顯著上升,增幅分別達52.78%和80.88%;噴施“展葉靈”后,Z4000 和Z8000 處理的Tr較CK 顯著上升,增幅分別達57.86%和78.08%;其余處理與CK 沒有顯著差異。

從表5 可見,與CK 和N2處理相比,本試驗中生物刺激素處理對葉綠素含量沒有顯著影響。

表5 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結球白菜葉片葉綠素含量的影響Table 5 Effects of foliar-spraying biostimulants on chlorophyll content of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction mg·g -1

2.4 減氮噴施生物刺激素對不結球白菜品質的影響

由圖3A 可知,減少20%氮肥施用量,不結球白菜的硝酸鹽含量為466.4 mg∕kg,與CK 相比顯著下降;噴施生物刺激素后,各處理的硝酸鹽含量仍顯著低于CK,其中F600、F1200、F2400、B100、H400 處理的硝酸鹽含量較N2 處理也顯著下降。

由圖3B 可知,N2 處理的VC 含量僅為59.52 mg∕(100 g),與CK 相比顯著降低;噴施生物刺激素后,各處理的VC 含量與N2 處理相比均顯著增加,其中噴施“扶斯特”后,F2400 處理的VC 含量最高;噴施“碧護”后,B100 處理的VC 含量最高,且較CK 顯著上升,增幅達3.52%;噴施“海藻精”或“展葉靈”后,各處理與CK 差異均不顯著。

由圖3C 可知,N2 處理的不結球白菜纖維素含量與CK 差異不顯著,噴施“扶斯特”后,F1200 和F2400處理的纖維素含量顯著下降,較CK 降低13.25%和17.17%;噴施“碧護”后,B100 處理纖維素含量下降最明顯,B200 處理反而上升;噴施“海藻精”后,H200、H400 和H800 處理的纖維素含量無顯著變化,但H1600 處理的纖維素含量顯著上升;噴施“展葉靈”后,Z4000 和Z8000 處理的纖維素含量無顯著變化,但Z1000 和Z2000 處理的纖維素含量顯著上升。

圖3 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結球白菜品質的影響Fig.3 Effects of foliar-spraying biostimulants on the quality of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

由圖3D 可知,減氮20%處理對可溶性蛋白含量影響不顯著,噴施生物刺激素后,各處理與CK 和N2處理差異也不顯著。 不同生物刺激素之間,“碧護”的最佳處理B100 的可溶性蛋白含量顯著低于其他3種生物刺激素的最佳處理(F1200、H400 和Z2000),而F1200、H400 和Z2000 處理之間差異不顯著。

3 結論與討論

本試驗表明,減氮20%對不結球白菜單位面積產量、地上部干重以及株高、株幅、最大葉等生長指標均沒有顯著有影響,只是使地下部干重顯著降低,這與王亞晨[19]研究結果一致,說明生產中確實存在氮肥過量的現象,適當的減少氮肥施用,對經濟產量并不會造成負面影響。 對其進行生物刺激素處理后發現,僅400 mg∕L“海藻精”和4 000 mg∕L“展葉靈”處理的不結球白菜株高和株幅增加顯著,且以4 000 mg∕L“展葉靈”處理增產效果最好,經濟效益也最高,其次為400 mg∕L“海藻精”處理,說明生物刺激素的成分與濃度在同一作物上效果不同。 “展葉靈”主要成分為側孢芽孢桿菌和殼寡糖,側孢芽孢桿菌有較強的解磷能力,并且能產生高活性的酶類、激素等多種次生代謝物質[24-25],而殼寡糖具有促進植物營養元素吸收、誘導吲哚乙酸合成、提高光合作用等功能[26],兩種成分的組合可能使其在不結球白菜上表現出加性效應,增產效果更佳;“海藻精”含有能夠被植物快速吸收的豐富的多糖和氨基酸,以及植物生長必需的天然氮磷鉀和多種植物激素,此外,其中的海藻酸類物質還能螯合微量元素,增加養分利用效率[27-28]。 而“扶斯特”以豬毛為原料,在高溫下酸解并螯合微量元素制成,“碧護”的主要成分為幾類植物生長調節劑,兩者的成分相對單一,這些可能是“海藻精”和“展葉靈”的增產效果優于“扶斯特”和“碧護”的主要原因。

光合作用是植物自身儲藏養分與能量的主要來源[29],光合產物的積累是形成產量的基礎。 本試驗中,減氮20%處理對不結球白菜Pn、Gs、Ci、Tr均未產生顯著影響,這與對產量的影響表現一致。 生物刺激素處理能夠促進氣孔開放,有效增加二氧化碳吸收和水分進出,從而提高凈光合速率和蒸騰速率,這與前人研究結果一致[30-33]。 同種生物刺激素處理下,各處理間Pn和Gs沒有顯著差異,說明本試驗中生物刺激素濃度對該兩者影響不大。 同時,“扶斯特”的濃度對Tr的影響也不大,但在其他3 種生物刺激素中,分別為100 mg∕L“碧護”、800 mg∕L“海藻精”以及8 000 mg∕L“展葉靈”處理的Tr最大,同時,B50 與 B100處理差異不顯著,H400 與H800 處理差異不顯著,Z4000 和Z8000 處理差異不顯著。 蒸騰速率的提高能夠加快植物水分代謝,促進生長,是實現增產的原因之一。 而各處理Ci沒有顯著變化,可能是二氧化碳吸收速率與利用速率一致的結果。 光合色素是植物將無機物轉變成有機物的關鍵介質,氮是葉綠素的主要成分,本試驗中,減氮20%處理對葉綠素a 和葉綠素b 沒有顯著影響,充分證實生產中常規施氮量富余的現象,生物刺激素處理后,各處理葉綠素a 和葉綠素b 含量沒有顯著影響,這與在草莓[34]、秋葵[35]和甜瓜[36]上的試驗結果相似。 但段春慧等[37]、崔海花等[32]研究表明,生物刺激素有緩解葉綠素降解,提高葉綠素含量的作用,與本試驗有所差異,可能是所用生物刺激素產品不同,成分和濃度的差異導致的。 綜上,凈光合速率和蒸騰速率的提高,可能是H400 和Z4000 處理實現增產的重要原因。

不結球白菜系鮮食性蔬菜,維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、纖維素和硝酸鹽含量是評價蔬菜品質的重要指標[38]。 本試驗中,減氮20%處理使硝酸鹽含量顯著下降的同時,VC 含量也下降顯著。 噴施生物刺激素后,增產效果最佳的4 000 mg∕L“展葉靈”處理不僅降低了硝酸鹽含量,還使VC、纖維素和可溶性蛋白含量維持在常規施肥的水平,這與歐陽壽強等[39]、雷菲等[40]的研究結果相似;增產效果較好的400 mg∕L“海藻精”處理,不僅使VC、纖維素和可溶性蛋白含量維持在常規水平,還使硝酸鹽含量較減氮20%處理進一步下降,這可能是因為葉面吸收的氨基酸等小分子有機物在植物體內積累,直接作為氮源利用,從而抑制了根部對硝態氮的吸收[41]。

綜上所述,減氮20%基礎上,噴施400 mg∕L“海藻精”和4 000 mg∕L“展葉靈”綜合效果最佳,可通過提高凈光合速率和蒸騰速率實現氮肥減施增效的目的,較CK 分別增產13.03%和14.88%,每公頃分別增收122 922.43 元和123 667.30 元,對改善品質也起到一定作用,顯著降低了硝酸鹽含量,并維持了VC、纖維素和可溶性蛋白含量。