有機肥部分替代化肥對大蒜產量、品質及養分吸收分配的影響

周紅梅，任艷云，張巧玲，王秋云，王春蘭，周玉彩，黃信誠，張憲軍

(濟寧市農業科學研究院，山東 濟寧 272100)

我國大蒜種植面積78萬hm2，占世界大蒜栽培面積的2/3，年產量1157.8萬t，是世界上最主要的大蒜生產、消費和出口國[1，2]。山東金鄉為我國大蒜主產區，常年種植大蒜4.67萬hm2，年均產量為80萬t，產品出口160多個國家與地區[3]。種植大蒜已成為當地農民增收致富的重要途徑，大蒜產業已成為當地的支柱產業、特色產業和富民產業。

大蒜是經濟價值較高的作物，蒜農為追求高產和經濟效益，往往盲目過量施肥。大蒜為弦線狀淺根性根系，需肥較多而且較耐肥，對肥水反應比較敏感。目前大蒜生產普遍使用N－P2O5－K2O含量(%)為15－15－15、16－16－16或17－17－17的均衡性高濃度復合肥，氮、磷、鉀養分比例嚴重失調。另外蒜農為了省工省錢，不用或很少使用有機肥。隨著金鄉大蒜種植年限的延長，單靠增施化肥大蒜產量不僅不能有效增加，反而有下降趨勢[4]。肥料的大量投入，加上施肥方式粗獷、灌溉方法不當，導致土壤鹽漬化加重，有機質含量下降、土傳病害加重、肥料利用率降低等問題，嚴重影響大蒜的產量和品質，從而直接影響其經濟效益，已成為制約本地大蒜產業健康發展的技術瓶頸[5－9]。

已有研究表明，采用平衡施肥、有機肥部分替代化肥可減少蔬菜生產上的化肥使用量，培肥地力，提高蔬菜產量和品質，提高肥料利用率，減輕農業化肥浪費，改善土壤生態環境[10－14]。齊振宇[15]研究發現，減施30%氮肥能明顯降低大蒜的產量和品質，而減施30%磷肥對大蒜產量和品質的影響較小，在減施氮肥和磷肥的前提下通過有機肥替代可顯著提高大蒜苗期的生長勢、后期產量和品質。原寒等[16]研究表明，長期施用有機肥具有養地的重要功能。張萬萍等[17]的研究表明，4種生物有機肥對大蒜植株的生長發育和產量均有不同的促進作用。王明文等[18]研究表明，青海東部地區紫皮大蒜有機肥替代化肥的最佳比例以40%效果較好。郭婷等[19]研究發現，高濃度石灰配施生物有機肥可以有效改良連作障礙性土壤，從而提高大蒜產量和品質。常虹等[20]研究表明，土壤調理劑與微生物有機肥配施對重茬大蒜土壤改良以及大蒜病害防治、增產效果均較好。在生姜[21]、油菜[22]、甘藍[23]、番茄[24]等作物上的研究也表明，化肥減量配施有機肥可促進其生長，提高養分積累量，使其產量和品質均顯著提高。大量研究表明有機肥能夠改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，改善土壤微生物群落結構，有機肥部分替代化肥是實現化肥減施和綠色高效生產的重要措施[25－27]。

為了消減大蒜重茬障礙，減少因化肥過量施用帶來的土壤生態系統失衡和農業面源污染等問題，本試驗在調整氮、磷、鉀養分比例基礎上進行優化施肥、并在優化施肥基礎上以有機肥部分替代化肥來實現化肥減量，探索連作大蒜養分優化管理模式和有機肥N素養分部分代替化肥的適宜比例，為實現金鄉大蒜化肥減量及蒜田土壤改良提供技術支撐，為提高大蒜產量、品質及環境友好的多重目標提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年10月 至2021年5月在山東省金鄉縣雞黍鎮李堌堆村進行。該試驗點屬典型的中緯度暖溫帶亞濕潤季風氣候，年均降水量600～800 mm，年平均日照時數2391.4 h，年平均氣溫13.5℃，平均無霜期200天。試驗地已連續種植大蒜20年以上，土壤為石灰性潮土，質地為沙壤，地勢平坦，排灌方便，前茬作物為棉花。0～20 cm土壤理化狀況為有機質含量11.72 g/kg、堿解氮57.9 mg/kg、速效磷35.3 mg/kg、速效鉀272 mg/kg，pH值8.40。堿解氮和有機質含量均屬較低水平。

1.2 試驗設計及方法

田間小區試驗設常規施肥CF(復合肥2250 kg/hm2，其中N 360 kg/hm2＋P2O5360 kg/hm2＋K2O 360 kg/hm2)、優化施肥OF(N 330 kg/hm2＋P2O5180 kg/hm2＋K2O 315 kg/hm2)、T15(15%N有機肥替代化肥)、T30(30%N有機肥替代化肥)、T40(40%N有機肥替代化肥)、T50(50%N有機肥替代化肥)共6個處理。隨機區組排列，重復3次，小區面積20 m2。常規施肥處理采用氮磷鉀復合肥，有機肥部分替代化肥處理采用單質肥料和有機肥。以上處理除常規施肥處理(CF)外，其余各試驗處理的養分總量均相同(見表1)。有機肥全部用作基肥，化肥分2次施用。

表1 各處理有機肥和化肥施用量

試驗所用肥料:復合肥(N、P2O5、K2O含量均為16%)、尿素(N≥46%)、過磷酸鈣(P2O5≥18%)、硫酸鉀(K2O)≥52%、商品有機肥(N＋P2O5＋K2O≥5%，有機質≥45%)。供試大蒜品種為金鄉紫皮大蒜。播種時間為2020年10月10日。采用地膜覆蓋種植方式，株行距為15 cm×18 cm。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生長指標和生物量測定 在蒜薹收獲期，每小區選取長勢基本一致的植株10株，每株選取頂部3～4片葉用葉面積測定儀測量大蒜葉面積，用直尺和游標卡尺分別測量株高和莖粗，用電子天平稱干、鮮重，用植物營養測定儀(TYS－4N)測定葉綠素相對含量，并以SPAD值表示。

1.3.2 土壤樣品和植株養分測定 大蒜收獲時，采集各小區0～20 cm土樣，風干處理后分別測其理化性質。土壤pH值采用電位法測定(水土比為2.5∶1)；土壤有機質含量采用高溫外加熱—重鉻酸鉀容量法測定；土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定；土壤有效磷含量采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量采用1.0 mol/L的NH4OAc浸提—火焰光度法測定。

于2021年5月1日和15日分別收取蒜薹和鱗莖(蒜頭)，每處理隨機取5株，測定其鮮重，烘干后測定氮、磷、鉀含量。氮、磷、鉀含量分別采用凱氏定氮法、礬鉬黃比色法、火焰光度法測定[28]。

1.3.3 蒜薹和鱗莖產量及營養品質測定 蒜薹收獲時各小區隨機選取1 m2拔薹測產并進行營養品質測定。大蒜鱗莖收獲時，每小區隨機選取1 m2進行測產，從中選取10頭大蒜進行品質分析?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y定[29]，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法測定[30]，維生素C含量采用2，6－二氯靛酚滴定法測定[31]，硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定[32]。

1.3.4 微生物數量的測定 在大蒜返青期和收獲期分別采集根際土壤，采用平板稀釋計數法[33]測定土壤微生物總量。細菌用牛肉膏蛋白胨培養基、真菌用馬丁氏培養基、放線菌用改良高氏1號培養基培養。

1.4 數據統計與分析

用Microsoft Excel 2007軟件處理數據，用DPS軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對大蒜植株生長性狀的影響

由表2可知，在蒜薹收獲期，不同處理的大蒜株高、假莖粗、葉面積無顯著差異。不同有機肥替代處理的葉綠素含量T50比T15顯著降低21.4%；大蒜植株鮮重T50比CF和T15分別顯著降低18.5%和17.2%；T50干重比CF顯著降低17.5%；其他處理間均無顯著差異。

表2 不同處理對大蒜植株生長的影響

2.2 不同處理對蒜薹、鱗莖產量的影響

從表3可以看出，所有處理中，T15和T30的鱗莖產量最高，均為15030 kg/hm2，較CF增產0.8%，比OF增產1.4%，同時T15和T30處理的鱗莖直徑較大，分別為5.0 cm和5.1 cm。大蒜鱗莖5.0 cm及以上的占比以T30最高，OF、T15次之。T40和T50鱗莖產量分別比OF減產6.9%和15.8%，但各處理間無顯著差異。各處理的蒜薹產量以CF最高，OF比CF減產1.4%，T15、T30、T40、T50分別比OF減產6.0%、6.5%、10.2%、18.0%，但各有機肥替代處理與OF均無顯著差異。

表3 不同處理的蒜薹、鱗莖產量及規格

以上結果表明，采用化肥減量優化施肥、以有機肥替代部分化肥并未顯著影響大蒜鱗莖和蒜薹產量，但隨著有機肥替代比例增加，蒜薹產量呈降低趨勢。有機肥替代化肥比例在15%～30%之間較為適宜，超過30%以上可能會造成減產。

2.3 不同處理對蒜薹和鱗莖營養品質的影響

由表4可知，與CF處理相比，T15、T40和T50蒜薹可溶性糖含量顯著增加，而T30顯著降低。OF和T30的VC含量比CF顯著降低，其他處理無顯著差異?？扇苄缘鞍缀砍齌30比OF、T40顯著增加外，各處理含量基本持平。各處理硝酸鹽含量較CF均降低，其中T15、T40和T50差異達顯著水平。

表4 不同處理對蒜薹及鱗莖營養品質的影響

OF和CF大蒜鱗莖的可溶性糖含量無顯著差異，有機肥替代處理比CF均顯著降低，但隨有機肥替代比例的增加可溶性糖呈增加趨勢。OF、T30和T40的VC含量比CF顯著降低。OF、T15和CF的可溶性蛋白含量無顯著差異，而T30、T40和T50分別比CF降低19.1%、14.3%和40.1%。OF、T15和T30硝酸鹽含量相近，T40和T50分別比CF增加8.2%和9.3%。

2.4 不同處理對大蒜土壤養分和微生物的影響

2.4.1 不同處理對大蒜土壤養分的影響 從表5可知，與CF相比，各處理的土壤速效鉀含量均降低，其中T15和T30處理比CF顯著降低27.2%和28.6%。各處理對0～20 cm土層土壤堿解氮、速效磷、有機質等理化性狀無顯著影響。

表5 大蒜收獲期不同處理土壤養分含量

2.4.2 不同處理對大蒜根際土壤微生物的影響 由表6可知，各處理土壤細菌和放線菌數量變化規律相似:即隨著生育期的延長均呈升高趨勢，真菌數量呈降低趨勢。與CF處理相比，OF土壤細菌數量在返青期和收獲期均顯著降低，放線菌數量只在收獲期顯著降低。T15和T30土壤細菌數量在收獲期比OF顯著增加，而T40和T50土壤細菌數量在返青期和收獲期均比OF顯著增加。各有機肥替代處理中T30的土壤真菌數量在返青期和收獲期均比CF顯著降低。相較于OF，各有機肥替代處理的土壤放線菌數量在兩個時期均呈升高趨勢。

表6 不同處理對大蒜根際土壤微生物數量的影響

2.5 不同處理對大蒜植株養分吸收和分配的影響

由表7可以看出，大蒜植株對氮素的吸收以鱗莖最多，假莖葉次之，根中最少。鱗莖中氮吸收量OF最多，T50最少，后者少18.15%，差異顯著；T40鱗莖氮素分配率最高。假莖葉中氮吸收量和分配率均以T15最高，氮吸收量比T50顯著增加40.3%，其他處理之間無顯著差異。根系氮吸收量各處理間無明顯差異。大蒜植株各器官總吸氮量以OF最高，T15次之，T50最低。

表7 不同處理對大蒜養分吸收和分配率的影響

大蒜植株對磷的吸收主要集中在鱗莖，假莖葉和根中都非常少。鱗莖磷素吸收量以T15最高，較T40和T50顯著增加17.4%和20.9%，分配率以T30最高，T50次之。假莖葉磷素吸收量和分配率均以T15最高，顯著高于其他處理。大蒜植株各器官總吸磷量以T15最高，T30次之，T50最低。

大蒜植株對鉀的吸收大小順序為鱗莖>假莖葉>根。OF與CF在根系、鱗莖以及假莖葉部位的吸鉀量均無顯著差異。各有機肥替代處理與OF相比，鱗莖鉀素吸收量除T50比OF顯著降低30.0%外，其他處理無明顯差異，分配率以T30最高。假莖葉鉀素吸收量OF最高，T50最低，比OF顯著降低37.6%。大蒜植株各器官總吸鉀量以OF最高，T15次之，T50最低。

從大蒜植株不同器官的養分吸收和分配率來看，氮、磷和鉀的吸收、分配規律相似:均以鱗莖最高，假莖葉其次，根中最少。與OF相比，T50處理顯著降低大蒜鱗莖對氮和鉀的吸收。

3 討論與結論

在與優化施肥用量相同的情況下，有機肥氮替代化肥氮比例在15%～30%時，蒜薹和鱗莖產量并未降低；替代比例超過30%，大蒜鱗莖產量開始降低，替代比例越大，降低越多。同時本試驗條件下有機肥替代比例在30%時，商品蒜的數量和比例較高。與優化施肥OF處理相比，T15、T30處理的鱗莖產量均有所增加，T40和T50處理的有所降低，但均未達到顯著差異，說明有機肥可以部分替代化肥，同時化肥N養分只能部分減施，減施比例以不超過30%為宜。這與齊振宇等[15]的研究結果一致。馬肖等[22]在油菜上的研究表明，在化肥減量25%條件下配施2250 kg/hm2有機肥能獲得與習慣施肥相當的產量；劉長旭等[24]研究表明，優化施肥基礎上化肥減量20%，番茄產量未降低；鄔剛等[34]研究表明化肥減量28.5%～31.4%不會造成烏塌菜和高稈白菜產量的降低。本試驗結果與上述研究結果相似:在化肥減施條件下，以部分有機肥替代化肥可以維持大蒜產量的穩定。

本試驗中，與常規施肥和優化施肥相比，有機肥替代處理可顯著增加蒜薹可溶性糖含量，顯著降低硝酸鹽含量，這與前人的研究結論一致{35，36}。有機肥替代處理顯著降低了大蒜鱗莖可溶性糖含量，這與張宇[37]研究的氮肥減施配施有機肥降低大蒜可溶性糖含量，李會合等[38]報道的無機肥與禽畜糞肥配施可降低生菜可溶性糖含量，黃慶[39]報道的30%有機氮替代化肥菜心可溶性糖含量下降的結果相似。隨著有機肥替代比例的增加，大蒜鱗莖硝酸鹽含量T40和T50處理比T15顯著增加，這可能是由于T40和T50鱗莖中氮的分配率比T15增加所致。與常規施肥CF處理比較，優化施肥OF處理和T30顯著降低蒜薹VC含量，OF、T30和T40處理鱗莖VC含量也顯著降低。這與齊振宇等[15]在大蒜上、鄔剛[34]在烏塌菜和高稈白菜上的研究結果不一致。T30處理的蒜薹可溶性蛋白含量較OF、T40顯著增加，而與他處理間無明顯差異，T30、T40和T50處理鱗莖可溶性蛋白含量均比OF、T15顯著降低。這與付麗軍等[40]在生姜上的研究結果一致，但余高[41]、文靜[42]等研究認為，化肥減量配施有機肥或生物有機肥可以顯著提高辣椒和萵筍的蛋白質含量，這可能與不同作物對N、P、K元素的需求不同以及施用有機肥種類有關。大蒜對N和K的需求量較大，化肥用量的降低導致N、K元素的供給減少，從而使大蒜鱗莖的VC、可溶性糖和蛋白含量降低。

本研究發現優化施肥后，土壤細菌、真菌和放線菌數量均比常規施肥處理有所降低。不同比例的有機肥替代之后，T30處理土壤真菌數量比CF顯著降低，與OF相比T30、T40和T50處理的土壤細菌數量增加，各處理土壤放線菌數量均有所提高，但未達到顯著水平，這說明有機肥部分替代化肥在一定程度上可降低真菌數量，提高細菌和放線菌數量。相關研究[43，44]證實了這一點。土壤真菌中有許多是作物的病原菌；放線菌多數種類都能產生抗生素，所以對有害微生物有一定的抑制作用[45]。

本試驗結果顯示，大蒜植株對氮、磷、鉀的吸收和分配規律相似，鱗莖中最多，假莖葉其次，根中最少。各有機肥替代處理中T30處理鱗莖氮、鉀吸收量最高，對磷的吸收量T15處理最多，但分配率是以T30處理最高。這表明在本試驗條件下，有機肥氮素替代30%以下時，不會影響大蒜植株對氮、磷和鉀的吸收。作物的協調生長和優質高產取決于其對養分的吸收和分配。

綜上所述，在常規施肥基礎上優化施肥并在優化施肥基礎上以15%～30%有機氮替代化肥氮，大蒜產量和品質沒有降低，表現為化肥減量不減產，大蒜收獲期土壤有效養分含量也基本未受顯著影響。因此，大蒜生產上有機肥氮以15%～30%的比例代替化肥氮、同時減少化肥施用量的方案是可行的，但要根據不同土壤、不同肥力水平確定有機氮替代的具體比例，以達到最佳效果。