基于有機(jī)肥/生物有機(jī)肥和菌劑的化學(xué)氮肥減施技術(shù)在大蒜上的應(yīng)用

華智超，汪 甜，賈晟楠，任東軍，丁桂紅，辛 麗，王紀(jì)忠，高 淼*

（1.淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)微生物資源收集與保藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3.江蘇省豐縣首羨鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村辦公室，江蘇 徐州 221700；4.山東省瑪麗亞農(nóng)業(yè)機(jī)械股份有限公司，山東 金鄉(xiāng) 272200）

我國(guó)氮肥用量占全球氮肥用量的30%，過量施用氮肥不僅造成資源的浪費(fèi)，同時(shí)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、土壤質(zhì)量下降、連作病害以及食品安全等一系列問題［1-2］，給農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。第一次全國(guó)污染普查資料顯示，在我國(guó)主要污染物排放量中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放的化學(xué)農(nóng)藥、氮、磷是主要污染物［3］，常規(guī)化肥的合理施用和減施已迫在眉睫。

大蒜是食藥兩用性植物［4］，富含人體所需的20多種營(yíng)養(yǎng)元素，是最好的天然抗生素食品和保健食品；其含有的二烯丙基硫化物具有良好的抗氧化、抗腫瘤等醫(yī)學(xué)作用［5］。大蒜在我國(guó)的栽培已有2000多年的歷史，我國(guó)的大蒜常年種植面積占了世界大蒜栽培面積的2/3［6］，山東省金鄉(xiāng)縣是我國(guó)著名的“大蒜之鄉(xiāng)”，其大蒜產(chǎn)品已成為我國(guó)國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品［7］。隨著市場(chǎng)對(duì)大蒜的需求越來越高，以金鄉(xiāng)縣為代表的各大蒜種植區(qū)受到了種植面積的限制，為了提高產(chǎn)量，獲得更高的經(jīng)濟(jì)收益，農(nóng)戶盲目地增大化肥的施用，致使土壤質(zhì)量不斷下降，嚴(yán)重影響了大蒜的產(chǎn)量和質(zhì)量［8-9］。科學(xué)地應(yīng)用減肥技術(shù)減少化學(xué)肥料的使用可以有效地穩(wěn)定農(nóng)作物的生產(chǎn)產(chǎn)量，并提高生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)而達(dá)到減肥增收的目的［10］。研究發(fā)現(xiàn)，增施生物有機(jī)肥可以有效地提高食用木薯［11］、紅蕓豆［12］、人參果［13］等作物的產(chǎn)量及品質(zhì)；王東岐等［14］研究表明，底肥將生物有機(jī)肥替代1/3的化肥，追肥時(shí)使用不同的菌劑可以在不影響白菜產(chǎn)量的前提下提升白菜的品質(zhì)。目前，關(guān)于施用有機(jī)肥、生物有機(jī)肥和菌劑減肥組合技術(shù)的研究相對(duì)較少。

本文在我國(guó)出口大蒜主產(chǎn)區(qū)山東省濟(jì)寧市金鄉(xiāng)縣王丕鎮(zhèn)瑪麗亞大蒜種植基地（連續(xù)種植大蒜25年），研究化學(xué)氮肥減施30%、化學(xué)氮肥減施30%結(jié)合有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)、化學(xué)氮肥減施30%結(jié)合生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)對(duì)大蒜生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，擬篩選出適合我國(guó)出口大蒜主產(chǎn)區(qū)連作大蒜田的化學(xué)肥料減施技術(shù)，為該技術(shù)在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于山東省濟(jì)寧市金鄉(xiāng)縣王丕鎮(zhèn)瑪利亞大蒜種植基地試驗(yàn)田（116.36° E，35.02° N），當(dāng)?shù)氐姆N植模式為大蒜-辣椒套作與輪作，在種植過程中存在偏施氮肥、化學(xué)肥料使用過量、有機(jī)肥使用少等現(xiàn)象。土壤結(jié)構(gòu)的破壞，致使土傳病害嚴(yán)重，尤其以根腐病為主。試驗(yàn)地的土壤為粘性土壤，土壤類型為潮土，基本性狀如下：pH為7.39、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全氮、全磷、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量分別為331.27 mg/kg、80.68 mg/kg、94.89 mg/kg、400.04 mg/kg、537.77 mg/kg、48.32mg/kg、1.75%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2019年10月開始進(jìn)行，試驗(yàn)蒜種為“太空2號(hào)”金鄉(xiāng)紅皮蒜，使用瑪利亞大蒜正芽播種機(jī)播種，行間距為12 cm×18 cm，種植密度為每公頃2.9萬株。供試化肥為茂施復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=18-10-19），供試有機(jī)肥為中農(nóng)民生有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)≥50%、N+P2O5+K2O≥6%、腐植酸≥10%），供試生物有機(jī)肥為中農(nóng)民生復(fù)合微生物肥（N+P2O5+K2O≥15∶5∶10、有益活菌≥2億/克、有機(jī)質(zhì)≥20%，腐植酸含量≥6%），供試菌劑為中農(nóng)民生“多抗3+1”。本試驗(yàn)共設(shè)1個(gè)對(duì)照和3個(gè)處理。分別為常規(guī)施肥（CK）、化學(xué)氮肥減量30%（T1）、化學(xué)氮肥減量30%結(jié)合有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)（T2）、化學(xué)氮肥減量30%結(jié)合生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)（T3），具體施肥情況見表1。每個(gè)處理3次重復(fù)，各處理試驗(yàn)小區(qū)面積為30 m2（10 m×3 m），各小區(qū)設(shè)有0.2 m的間隔帶。基肥為撒施后旋耕入土，追肥為菌劑隨水沖入大田，追肥分兩次分別于苗期和分化抽薹期進(jìn)行，其他田間管理按照當(dāng)?shù)厝粘９芾磉M(jìn)行。

表1 大蒜各處理施肥量

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 大蒜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的測(cè)定

于大蒜播種施肥前用五點(diǎn)采樣法采取田間土壤樣品，風(fēng)干去雜質(zhì)后研磨過篩，進(jìn)行土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。植株樣品于大蒜苗期、分化抽薹期、收獲期采用“S”形采樣法采集完整植株，每個(gè)小區(qū)采取3株用于測(cè)定各生長(zhǎng)指標(biāo)，測(cè)定生長(zhǎng)指標(biāo)包括株高、莖粗、地上部鮮重。于大蒜收獲期（2020年5月18日）對(duì)各處理小區(qū)進(jìn)行實(shí)收，剔除植株地上部分及根須，對(duì)新鮮蒜頭進(jìn)行稱重并記錄，計(jì)算產(chǎn)量。

1.3.2 大蒜品質(zhì)的測(cè)定

在收獲期于各小區(qū)中選取10個(gè)新鮮蒜頭，于陰涼處自然風(fēng)干1個(gè)月后，在各處理中選取橫徑3.0～3.5 cm、個(gè)頭均勻、無傷的蒜頭，切碎混勻，取樣使用試劑盒進(jìn)行大蒜品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。可溶性糖含量測(cè)定采用植物可溶性糖含量檢測(cè)試劑盒（北京索來寶科技有限公司）；可溶性蛋白含量測(cè)定采用植物蛋白質(zhì)含量檢測(cè)試劑盒（北京索來寶科技有限公司）；維生素c（Vc）含量測(cè)定采用植物Vc ELISA檢測(cè)試劑盒（上海酶聯(lián)生物科技有限公司）、植物大蒜素含量測(cè)定采用大蒜素ELISA檢測(cè)試劑盒（上海酶聯(lián)生物科技有限公司）。所有試驗(yàn)操作均嚴(yán)格按照試劑盒說明書進(jìn)行，每組3個(gè)重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，多重比較采用Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減施技術(shù)對(duì)大蒜生長(zhǎng)的影響

分別在大蒜苗期、分化抽薹期和收獲期采集對(duì)照：常規(guī)施肥（CK），處理1：化學(xué)氮肥減施30%（T1），處理2：化學(xué)氮肥減施30%+有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)（T2），處理3：化學(xué)氮肥減施30%+生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)（T3）的大蒜植株，測(cè)定各處理蒜頭的株高、莖粗、鮮重、產(chǎn)量和蒜頭品質(zhì)等指標(biāo)，研究?jī)H化學(xué)氮肥減施30%、化學(xué)氮肥減施30%配合有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)、化學(xué)氮肥減施30%配合生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)對(duì)大蒜生長(zhǎng)的影響（圖1）。

圖1 大蒜苗期、分化抽薹期、收獲期田間種植情況

2.1.1 化學(xué)氮肥減施30%導(dǎo)致大蒜生長(zhǎng)勢(shì)弱

化學(xué)氮肥減施30%不結(jié)合其它技術(shù)（T1）在大蒜苗期、分化抽薹期和收獲期的株高分別為39.73、84.70、81.5 cm/株，與CK相 比，分 別減少9.35%、9.25%、9.78%；莖粗分別為4.93、14.33、11.67 mm/株，與CK相 比，分 別 減 少33.03%、30.65%、28.57%；地上部分鮮重分別為17.57、109.46、97.78 g/株，與CK相比，分別減少17.63%、12.68%、12.55%；T1處理收獲期地下鱗莖產(chǎn)量為20526.9 kg/hm2，與CK相比增加了0.82%。通過SPSS分析，均顯著低于CK（P＜0.05）（圖2）。該結(jié)果說明：減施化學(xué)氮肥30%不結(jié)合其他技術(shù)會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)大蒜生長(zhǎng)勢(shì)弱。

圖2 化學(xué)氮肥減施30%對(duì)大蒜株高、莖粗、植株地上部鮮重的影響

2.1.2 化學(xué)氮肥減施30%結(jié)合有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可以維持大蒜長(zhǎng)勢(shì)

化學(xué)氮肥減施30%結(jié)合有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)（T2）在大蒜苗期、分化抽薹期和收獲期的株高分別為42.97、95.53、91.87 cm/株，與CK相比，分別增加-1.97%、2.36%、1.70%；莖粗分別為8.37、21.67、17.00 mm/株，與CK相比，分別增加13.57%、4.84%、4.08%；地上部鮮重分別為21.82、126.94、112.33 g/株，與CK相比，分別增加2.30%、1.27%、0.47%，均未達(dá)到顯著差異（圖2）。該結(jié)果表明：化學(xué)氮肥減施30%情況下，有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可以維持該地區(qū)大蒜生長(zhǎng)。

2.1.3 化學(xué)氮肥減施30%結(jié)合生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可以提高大蒜長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量

化學(xué)氮肥減施30%結(jié)合生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)（T3）在大蒜苗期、分化抽薹期和收獲期的株高分別為44.50、122.50、102.57 cm，與CK相比，分別增加1.53%、31.25%、13.54%；莖粗分別為10.50、29.33、24.33 mm，與CK相比，分別增加42.53%、41.94%、48.98%；植株地上部鮮重分別為26.31、163.34、126.69 g/株，與CK相比，分別增加23.35%、30.30%、13.31%，經(jīng)SPSS分析，除苗期株高外，均達(dá)到顯著差異（圖2）。該結(jié)果表明：化學(xué)氮肥減施30%情況下，生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可以顯著促進(jìn)該地區(qū)大蒜生長(zhǎng)。

2.2 化肥減施技術(shù)對(duì)蒜頭產(chǎn)量的影響

2.2.1 化學(xué)氮肥減施30%導(dǎo)致蒜頭產(chǎn)量顯著降低

T1和CK處理的大蒜蒜頭產(chǎn)量分別為18475.80和20360.25 kg/hm2。與CK相比，T1處理減產(chǎn)9.26%，通過SPSS分析顯著低于CK（P＜0.05）（圖3）。該結(jié)果說明：?jiǎn)渭兊臏p施化學(xué)氮肥30%會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)大蒜蒜頭產(chǎn)量顯著降低。

圖3 大蒜蒜頭圖片及產(chǎn)量

2.2.2 化學(xué)氮肥減施30%結(jié)合有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可以穩(wěn)定蒜頭產(chǎn)量

T2處理的大蒜蒜頭產(chǎn)量為20720.25 kg/hm2。與CK處理的蒜頭產(chǎn)量20360.25 kg/hm2相比，T2處理的產(chǎn)量略有增加，增產(chǎn)1.84%，SPSS分析結(jié)果顯示差異不顯著（圖3）。該結(jié)果說明：在化學(xué)氮肥減施30%的情況下有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可以保證該地區(qū)大蒜蒜頭產(chǎn)量穩(wěn)定。

2.2.3 化學(xué)氮肥減施30%結(jié)合生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可以顯著提高蒜頭產(chǎn)量

T3處理的大蒜蒜頭產(chǎn)量為23114.85 kg/hm2。與CK處理的蒜頭產(chǎn)量20360.25 kg/hm2相比，T3處理增產(chǎn)13.53%，SPSS分析結(jié)果顯示達(dá)到顯著性差異（圖3）。該結(jié)果說明：在化學(xué)氮肥減施30%情況下，生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可以顯著提高該地區(qū)大蒜蒜頭產(chǎn)量。

2.3 化肥減施技術(shù)對(duì)大蒜品質(zhì)的影響

本文通過測(cè)定可溶性糖、Vc和大蒜素含量來評(píng)價(jià)大蒜的品質(zhì)，可溶性糖、Vc、大蒜素含量標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖4。從采收的CK、T1、T2和T3處理大蒜蒜頭中，分別選取新鮮、大小均一的蒜頭10顆，風(fēng)干后見圖3。測(cè)定CK、T1、T2和T3處理大蒜的可溶性糖含量、Vc含量和大蒜素含量，結(jié)果見表3。

圖4 可溶性糖、Vc和大蒜素含量標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3.1 化學(xué)氮肥減施30%可降低大蒜可溶性糖和大蒜素含量。

T1和CK處理的可溶性糖含量分別為136.30和167.89 mg/g、大蒜素含量分別為969.82和1520.90 ng/g、Vc含量分別為0.560和0.540 μg/g。與CK處理相比，T1處理可溶性糖含量顯著降低18.81%，大蒜素含量顯著下降36.23%，Vc含量無明顯變化。該結(jié)果說明：大量減少化學(xué)氮肥會(huì)引起大蒜可溶性糖和大蒜素含量顯著下降。

2.3.2 有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可增加可溶性糖、Vc和大蒜素含量。

T2和CK處理的可溶性糖含量分別為214.11和167.89 mg/g、Vc含量分別為0.790和0.540 μg/g。T2、T1和CK處理的大蒜素含量分別為1422.85、969.82和1520.90 ng/g。與CK處理相比，T2處理可以使可溶性糖含量顯著增加27.52%、Vc含量顯著性增加46.29%、大蒜素含量顯著下降6.44%；但是，T2與T1處理相比，大蒜素含量顯著增加了76.71%。該結(jié)果說明：有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可增加可溶性糖、Vc和大蒜素含量。

2.3.3 生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可顯著增加可溶性糖、Vc和大蒜素含量

T3、T2和CK處理的可溶性糖含量分別為220.08、214.11和167.89 mg/g、Vc含量分別為0.810、0.790和0.540 μg/g、大蒜素含量分別為1662.89、1422.85和1520.90 ng/g。與CK相比，T3處理可溶性糖含量顯著增加31.08%、Vc含量顯著增加50.00%、大蒜素含量顯著增加9.33%。該結(jié)果說明：生物有機(jī)肥和菌劑組合技術(shù)可顯著增加可溶性糖、Vc和大蒜素含量。

表2 化學(xué)氮肥減施30%組合技術(shù)對(duì)大蒜品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

眾多研究表明，化肥的過量不當(dāng)施用不單會(huì)破壞土壤的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，造成作物產(chǎn)量和質(zhì)量的降低；還會(huì)加劇生產(chǎn)成本的投入，加重農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［15］。其中氮素對(duì)作物的影響最為明顯，正常的氮素供應(yīng)可以有效促進(jìn)作物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，植株根系發(fā)達(dá)，枝干強(qiáng)壯，枝葉繁茂；但過量的氮素則會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生危害，導(dǎo)致作物的減產(chǎn)［16-18］。

但是，單純的減施化肥不能完全滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)肥料的需求，為此眾多學(xué)者通過對(duì)有機(jī)肥或微生物菌劑與減施化肥配合施用進(jìn)行大量研究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)具有很大成效。增施有機(jī)肥減施化肥在黃瓜［19］、小麥［20］、茭白［21］等作物上的應(yīng)用均提高了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。生物有機(jī)肥可以有效地改善土壤的理化性質(zhì)、平衡養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，其含有的有益微生物還可以改善土壤的微生態(tài)系統(tǒng)，減少病蟲害的發(fā)生，可以有效地減輕環(huán)境污染［22］。王立剛等［23］研究表明長(zhǎng)期施用生物有機(jī)肥可以顯著提高土壤肥力，促進(jìn)夏玉米的干物質(zhì)積累，可以增強(qiáng)作物的總體抗性，逐步提高作物的產(chǎn)量。鄭國(guó)棟等［24］發(fā)現(xiàn)化肥量減半、加施有機(jī)肥與菌劑有效地提高了花生的產(chǎn)量與品質(zhì)。石磊等［25］研究表明，化肥減施10%對(duì)辣椒的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)影響較小，與生物菌肥的混合施用有利于土壤中速效鉀和有效磷的養(yǎng)分活化與積累，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，顯著促進(jìn)了色素辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育。

從本研究結(jié)果來看，減少化學(xué)氮肥的施用，結(jié)合生物有機(jī)肥和菌劑對(duì)促進(jìn)大蒜生長(zhǎng)、增加大蒜產(chǎn)量以及提升大蒜品質(zhì)起著明顯的促進(jìn)作用，大蒜植株的株高、莖粗、地上部鮮重及收獲時(shí)的蒜頭產(chǎn)量均有顯著提升；大蒜鱗莖的可溶性糖、Vc、大蒜素含量品質(zhì)指標(biāo)與常規(guī)施肥相比也均有顯著的改善，與前人研究結(jié)果較一致。這說明化學(xué)氮肥減施并配施生物有機(jī)肥和菌劑的組合技術(shù)是適用于金鄉(xiāng)當(dāng)?shù)卮笏夥N植的。