保水劑和脲酶抑制劑對貴州高山甘藍生長的影響

魏全全，芶久蘭，張 萌，陳 龍，顧小鳳

（貴州省農業科學院土壤肥料研究所/農業部貴州耕地保育與農業環境科學觀測實驗站，貴陽 550006）

0 引 言

甘藍（Brassica oleracea L.）是我國重要的蔬菜作物，也是貴州省脫貧致富的主栽冷涼蔬菜作物，由于貴州地處高原，錯季蔬菜成為貴州蔬菜產業名牌，發展冷涼蔬菜甘藍產業對打贏貴州省脫貧攻堅、鄉村振興戰役具有重要意義。貴州是全國唯一沒有平原的省份，全省約50%的土地都是坡耕地，加之其地帶性典型黃壤養分含量偏低，酸性較強，易發生水土流失，保水保肥能力相對較差，極不利于甘藍產量的提高[1]。同時，貴州省威寧縣地處云貴高原，獨特的地理位置和氣候條件導致雨水季節性分配不均勻，春季甘藍種植時雨水偏少，因而會出現春旱現象，導致甘藍因缺水而發育不良，影響生長，同時干旱也會加重病蟲害頻發，嚴重影響甘藍產量和品質，已成為貴州冷涼蔬菜產業發展的瓶頸[2]。隨著貴州高山冷涼蔬菜的快速發展，由于追求過高的經濟效益，“重化肥輕有機肥”、連作障礙等問題愈發嚴重，使得黃壤質量進一步惡化，并致甘藍產量和品質以及養分利用率降低，嚴重制約貴州高山冷涼蔬菜產業的健康發展。近年來，隨著農業生產的需求，土壤添加劑如保水劑、脲酶抑制劑、硝化抑制劑等產品相繼用于農業生產中，保水劑是一種強吸水類樹脂，自1961年從美國農業部北方研究所率先研制并首先應用于農業，可以提高土壤的保水保墑能力，緩解缺水對作物生長帶來的副作用[3]，脲酶抑制劑可以有效抑制土壤脲酶活性，延緩尿素水解，減少土壤中氨揮發[4]，施用于土壤后具有改良土壤、減少養分損失等優點，為作物的提質增產作出重要貢獻[5-8]。前人對保水劑和脲酶抑制劑在作物上的研究均取得較為理想的結果，張萌等[9]的研究表明，在貴州高海地區覆膜栽培馬鈴薯，推薦施用保水劑52.5～82.5 kg/hm2，有利于高產及提高土壤肥力。張小強等[10]在對平菇培養料的研究表明，平菇生產中培養料保水劑的添加比例為0.3%～0.455%。李春玲等[11]的研究表明，在涼州灌區減氮施肥和農戶施肥添加脲酶抑制劑能夠在保證春玉米產量的同時，促進春玉米對氮肥的吸收，降低春玉米收獲后土層硝態氮殘留。目前，前人的研究主要集中在單種土壤添加劑在作物上的應用，關于多種土壤添加劑的混合施用研究較少，而在貴州高山冷涼反季節蔬菜上的研究更是鮮有報道，同時筆者在前期研究中發現，甘藍移栽種植后需要及時補充大量水分以保證甘藍幼苗成活以及化學肥料施用過多等問題出現，因此開展保水劑和脲酶抑制劑在貴州高山冷涼蔬菜上應用的研究十分必要。綜上，本試研究采用田間試驗的方法，探究在常規化肥施用的基礎上，單獨配施保水劑或脲酶抑制劑和同時配施保水劑及脲酶抑制劑，對冷涼蔬菜甘藍產量、養分吸收、肥料利用率、品質以及經濟效益的影響，以期為保水劑和脲酶抑制劑在貴州高海拔春旱地區及其相似地區的應用提供理論和實踐基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2021年在貴州省畢節市威寧縣草海鎮（26°53′5″E，104°10′7″N，海拔2 237 m，平均氣溫11 ℃左右，日照時間2 000 h 左右，年平均降雨量為900～1 000 mm）進行，供試土壤為灰泡土。基本理化性狀為：pH 5.5（水∶土=2.5∶1），有機質40.0 g/kg，全氮2.33 g/kg，堿解氮123.4 mg/kg，有效磷18.9 mg/kg，速效鉀115.3 mg/kg。

供試甘藍品種為‘中甘101’；供試肥料品種為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和硫酸鉀（含K2O 50%）；供試脲酶抑制劑為聚谷氨酸類物質，由中國科學院沈陽應用生態研究所提供；供試保水劑為高分子吸水性樹脂，由貴州天寶豐原生態農業科技有限公司提供。試驗田塊前茬為冬閑田。

1.2 試驗設計

試驗共設置5 個處理，分別為：不施肥處理（NF）、化肥處理（HF）、化肥+保水劑處理（FB）、化肥+脲酶抑制劑處理（FN）和化肥+保水劑+脲酶抑制劑處理（FBN）。小區面積為21.6 m2（1.8 m×12 m），3次重復，隨機區組排列。除不施肥處理（NF）外，其他各處理肥料用量相等，氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）的用量均為225、150 和225 kg/hm2，其中脲酶抑制劑按照尿素用量的1.0%（4.89 kg/hm2）施用，保水劑用量為60 kg/hm2。試驗的其他田間生產管理均采用當地農業技術推廣部門的推薦技術。

60%氮肥、全部磷肥和鉀肥、脲酶抑制劑和保水劑混勻后一次性施用，施用后覆膜，另外40%氮肥于蓮座期作為追肥施用；甘藍采用移栽的方式種植，于3月18日育苗，4月15日移栽，移栽密度為每小區128 株（16 株/行，4 行/壟，2 壟，5.926 萬株/hm2）；甘藍于2021年7月6日統一收獲。

1.3 測定項目

在甘藍收獲期，取有代表性且生長一致的植株6株，用于測定甘藍生物量、養分和品質指標。甘藍取樣后，105 ℃下殺青30 min，60 ℃烘箱中烘至恒重，記錄干重，依次折算總生物量；將烘干的植株樣品磨碎后過篩，采用濃H2SO4-H2O2消化后稀釋，采用凱氏定氮法測定全氮濃度，釩鉬黃比色法測定全磷濃度，火焰光度計法測定全鉀濃度[12]；取部分未烘干的新鮮樣品，測定可溶性糖、硝酸鹽、Vc、游離氨基酸和蛋白質等品質指標[13]。

1.4 相關參數計算[14-16]

養分累積量=養分含量×生物量

氮素農學效率AEN=（施肥區產量-不施肥區產量）/施氮量

氮素吸收利用效率REN=（施肥區氮素總累積量-不施肥區氮素總累積量）/施氮量×100%

同理，計算磷素和鉀素農學效率和吸收利用效率。其中，在養分利用率的計算中，施肥區產量為施用氮磷鉀肥的甘藍產量，不施肥區產量為未施用氮磷鉀肥（NF）的甘藍產量；施肥區氮、磷和鉀素總累積量分別為施用氮磷鉀肥的甘藍氮、磷和鉀素累積量，不施肥區氮、磷和鉀素總累積量分別為未施用氮磷鉀肥（NF）的甘藍氮、磷和鉀素累積量。

1.5 數據處理與分析

數據處理與分析采用Microsoft Excel 2007 及SPSS 20.0 進行，LSD 法檢驗P＜0.05 水平上的差異顯著性；制圖采用Origin 8.0軟件。

2 結果與分析

2.1 不同處理的甘藍產量

由圖1可知，不同處理的甘藍產量不同。與NF處理相比，甘藍施肥處理產量均顯著提高，增幅為70.21%～96.74%，其中FBN處理甘藍產量最高，達到89 511 kg/hm2，顯著高于其他處理6 349～44 013 kg/hm2。與HF 處理相比，增施保水劑、脲酶抑制劑和兩者配合施用均可顯著增加甘藍產量，增幅為8.13%～15.58%，但FB 和FN 之間差異不顯著。研究結果表明，施肥能顯著提升甘藍產量，單獨配施保水劑或脲酶抑制劑能顯著增加甘藍產量，同時配施保水劑及脲酶抑制劑效果顯著優于單獨配施保水劑或脲酶抑制劑，產量顯著提高，協同效果明顯。

圖1 不同處理的甘藍產量Fig.1 The yield of cabbage of different treatments

2.2 不同處理的甘藍養分累積

由圖2可知，不同處理的甘藍氮磷鉀養分累積不同。氮素方面，NF處理甘藍氮素累積量最低，為88.37 kg/hm2，顯著比HF、FB、FN 和FBN 處理減少68.30、88.77、88.48 和92.97 kg/hm2；與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著提高甘藍氮素累積，分別提高20.47、20.18 和24.67 kg/hm2，其中FBN 處理氮素累積量最高，為181.34 kg/hm2，其中FB 和FN 處理之間差異不顯著。與HF相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著提高甘藍磷素累積，分別提高5.19、3.78 和5.96 kg/hm2，其中HF 處理和FN 處理差異不顯著，施肥處理磷素累積量均顯著高于NF 處理。鉀素方面，與NF 處理相比，施肥處理均顯著提高甘藍鉀素累積量，增幅為79.37～105.26 kg/hm2，其中以FBN 處理為最大，達到200.93 kg/hm2，與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能提高甘藍鉀素累積量，增幅為20.51～25.89 kg/hm2，其中FB 處理顯著高于HF 處理，但與FN處理差異不顯著。

圖2 不同處理的甘藍養分累積量Fig.2 The nutrient accumulation of cabbage of different treatments

2.3 不同處理的甘藍品質

由表1可知，不同處理的甘藍品質不同。NF 處理可溶性糖最低，為22.38 g/kg，低于施肥處理3.34～5.58 g/kg，其中FBN 處理可溶性糖最高，顯著高于NF 處理；各施肥處理間甘藍可溶性糖含量差異不顯著。硝酸鹽方面，與NF 處理相比，施肥能降低硝酸鹽含量，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著降低甘藍硝酸鹽含量，其中FBN 處理最低，為304.69 mg/kg。Vc 含量以NF 處理最低，為0.603 2 mg/g，低于其他處理，但各處理之間差異不顯著。與NF 處理相比，施肥能增加甘藍游離氨基酸含量，增幅為19.69～69.65 mg/kg，并且單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著增加45.11～69.65 mg/kg。各處理蛋白質含量差異不顯著，表現為FBN>FB>FN>HF>NF。結果表明，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能提高甘藍品質，其中以FBN 處理最優，但FB和FN之間差異不顯著。

表1 不同處理的甘藍品質Tab.1 The quality of cabbage of different treatments

2.4 不同處理的甘藍養分利用率

由表2可知，不同處理的氮磷鉀農學效率和吸收利用效率不同。從農學效率上來看，與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）顯著提高甘藍氮磷鉀農學效率，均以FBN 處理最高，分別達到195.61、293.42 和195.61 kg/kg，顯著高于FB、FN 和HF 處理；FB 和FN 處理的氮磷鉀農學效率差異不顯著。吸收利用效率方面，與HF處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著提升甘藍氮磷鉀吸收利用效率，其中均以FBN 處理最高，分別達到41.32%、16.17%和46.78%，分別高于其他處理8.97～10.96、2.52～3.97 和9.12～11.51 個百分點；除FB 處理鉀吸收利用效率顯著高于FN處理外，氮磷吸收利用效率則為FB和FN 處理差異不顯著。以上結果表明單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著提高甘藍氮磷鉀農學效率和吸收利用效率，說明配施保水劑和脲酶抑制劑能促進甘藍對氮磷鉀養分的吸收，提高肥料利用效率。

表2 不同處理的甘藍肥料利用率Tab.2 The fertilizer utilization of cabbage of different treatments

2.5 不同處理的甘藍經濟效益

由表3可知，不同處理的甘藍產值和純收益不同。產值方面，與NF 處理相比，各施肥處理的甘藍產值增加35 139～48 414 元/hm2，增幅為70.21%～96.74%。與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）的甘藍產值增加6 192～13 275 元/hm2，增幅為7.28%～15.58%。扣除肥料、保水劑和脲酶抑制劑成本后，施肥處理的甘藍純收益分別高于NF 處理31 811～43 836元/hm2，增幅為63.56%～87.59%；與HF 處理相比，FB、FN 和FBN 處理純收益分別增加5 724、6 142 和12 025 元/hm2，增幅分別為6.99%、7.50%和14.69%。

表3 不同處理的甘藍經濟效益Tab.3 The economic benefits of cabbage of different treatments

3 討論與結論

甘藍是貴州高寒地區的主要蔬菜作物，該地區海拔相對較高，氣候較為冷涼，晝夜溫差較大，特別適合甘藍生長，且在省政府的大力支持下，甘藍等冷涼反季節蔬菜種植面積不斷擴大[17]，對貴州省脫貧攻堅、鄉村振興戰役具有重要意義。由于試驗地威寧地區3-4月份易產生春旱，生育前期干旱脅迫成為限制甘藍生長的重要因素，同時由于貴州黃壤的養分低、保水性差、肥料利用率低等問題，保水劑因其保水性能強大緩解甘藍生長前期水分不足，而脲酶抑制劑有效地抑制土壤脲酶活性，延緩尿素水解，降低土壤氨揮發，因此保水劑和脲酶抑制劑的應用成為提高貴州高寒冷涼反季節蔬菜產量的有效措施。本試驗研究表明，與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）的甘藍產量分別顯著增加8.13% 和7.27%，這與前人在馬鈴薯[3,9]、玉米[18,19]、小麥[20,21]上的研究結果相似，當保水劑和脲酶抑制劑同時配施（FBN）時，甘藍產量則提高15.58%，表現出顯著的協同效應，顯著高于FB 和FN 處理。FB 處理甘藍產量略高于FN 處理，表明施用保水劑的效果優于脲酶抑制劑，說明在本研究中，相比于土壤養分，土壤水含量可能是更重要影響甘藍生長的因素，當保水劑和脲酶抑制劑同時添加后，既解決了土壤含水量問題，同時也調控了土壤養分轉化，協同解決甘藍生長。

作物中硝酸鹽含量是衡量其衛生質量安全狀況的重要指標，過量的硝酸鹽累積會影響人體健康[22]。本研究結果表明，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著的降低甘藍硝酸鹽含量，且均低于硝酸鹽國家標準[23,24]，同時甘藍可溶性糖、Vc、游離氨基酸和蛋白質均提高，可能是由于在施入土壤添加劑后，促進了甘藍對養分的吸收轉化，進而引起硝酸鹽含量降低，提升口味品質指標[25]，FB 和FN 處理之間甘藍品質差異不顯著，其原因有待進一步探究。

農學效率和吸收利用效率是表達肥料利用率的常用指標，其與產量、施肥量和土壤肥力水平關系最為密切[26,27]，現代作物生產系統的氮肥農學效率和氮素吸收利用效率分別可以達到20～35 kg/kg 和30%～50%[28]。本試驗研究表明，與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）顯著提高甘藍氮磷鉀農學效率和吸收效率，且均以FBN 處理最高，分別達到195.61、293.42、195.61 kg/kg 和41.32%、16.17%、46.78%。添加保水劑和脲酶抑制劑機理不同，保水劑通過其較好的吸水和保水能力提高土壤保水保墑能力，緩解缺水對作物生長帶來的副作用[3]，改善植物葉片水勢以調控作物光合作用，提高光合效率[29]，進而提升作物產量和品質；脲酶抑制劑可以有效抑制土壤脲酶活性，延緩尿素水解，減少土壤中氨揮發，改變了田間自然條件下土壤氮素供應，相對增加土壤有效養分[4]，雖然兩者的機理作用不同，但單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）時，甘藍養分利用效率差異不顯著。當保水劑和脲酶抑制劑同時配施后，產生顯著的協同效應，養分利用率均高于單獨配施保水劑或脲酶抑制劑，可能是保水劑通過其吸水保水功能，使脲酶抑制劑發揮最佳效果，其機理有待進一步探究。同時，實現國家發布的《到2020年化肥使用零增長行動方案》[30]中化肥“零增長”下的養分高效利用目標，單純地施用單質肥或復合肥很難獲得較高的肥料利用率，土壤添加劑配套施用技術研究亟需開展，同時在添加土壤添加劑的同時，配施秸稈[31]、生物炭[32]和生物有機肥[33]等有機物料在實現作物增產增收的同時，也能達到土壤培肥的目的，也是未來亟需研究的方向。

本研究表明，與常規化肥（HF）相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）能顯著提高貴州高山冷涼蔬菜甘藍的產量和品質，同時還能促進對氮磷鉀的吸收利用，提高養分利用效率，提升經濟效益，但兩者之間差異不顯著；同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）效果優于單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）。因此，本研究推薦保水劑和脲酶抑制劑配施（FBN）作為貴州高山冷涼蔬菜甘藍栽培種植時最佳土壤添加劑施用技術。