生物有機肥替代化肥對土壤及薺菜產量、品質的影響

殷琳毅，李 進，，袁春新，孫正國，黃步高

（1.南通科技職業學院 江蘇南通 226007； 2.南通市農村專業技術協會 江蘇南通 226000；3.南通市白龍有機肥科技有限公司 江蘇南通 226013）

薺菜［Capsella bursa-pastoris（Linn.）Medic.］，又名護生草、地菜、地米菜等，為十字花科薺菜屬的一、二年生草本植物，以嫩葉供食，是野菜中的珍品[1]，深受長三角地區消費者的喜愛。受季節限制，野生薺菜已不能滿足城鄉居民的消費需求，因而薺菜人工栽培蓬勃興起[2]。施用化肥是農民提高作物產量最有效的手段，為了提高薺菜產量，農民往往過量施用化肥，特別是氮肥。過量施用化肥一方面造成土壤中微生物數量及活性明顯下降，導致肥料吸收利用率下降，生產成本增加；另一方面污染水體、大氣和土壤等，導致環境惡化問題加重[3-5]。生物有機肥依靠微生物的代謝活動為植物提供養分和必需物質，兼具微生物肥和有機肥的優點，可以增加土壤有效養分及有機質含量，改善土壤結構，增加土壤微生物活性，促進根系生長，提高肥料利用率，提高產品品質和產量[6]。在生物有機肥替代部分化肥、減少化肥用量的同時，優化土壤理化性狀、土壤團粒結構，增強土壤蓄肥、保水能力，緩解化肥對土壤的不良效應。適量的生物有機肥替代化肥應用于生姜、番茄、茄子等蔬菜生產中，顯著提高了產量，也顯著提升了可溶性蛋白、維生素C 等品質指標的含量[5，7-8]。但薺菜栽培中應用生物有機肥的研究鮮見報道，生物有機肥替代化肥的研究也未見涉及。基于當前產業對化肥減量增效及有機肥替代化肥的迫切需求，筆者開展生物有機肥替代化肥對土壤及薺菜產量、品質影響的試驗研究，應用主成分分析法評價土壤質量，探討生物有機肥、化肥施用的適宜量，以期為薺菜科學施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021 年在江蘇省如皋市長江鎮南通科技職業學院薛窯基地進行，土壤為潮土，前茬種植絲瓜。試驗開始前0～20 cm 土壤的理化性狀為有機質含量（w，后同）19.1 g·kg-1、全氮含量1.85 g·kg-1、全磷含量1.22 g·kg-1、全鉀含量14.32 g·kg-1、堿解氮含量124.30 mg·kg-1、速效磷含量128.16 mg·kg-1、速效鉀含量167.51 mg·kg-1、pH 值6.4。

1.2 材料

供試薺菜品種為南通地方品種板葉薺菜，由南通科技職業學院在薛窯基地采集。供試化肥為葉菜用復合肥（N∶P2O5∶K2O 質量比為28∶8∶8），由江蘇威爾盛肥料有限公司生產。供試生物有機肥由南通市白龍有機肥科技有限公司生產，其中有機質含量≥40%，有效活菌數≥0.2×108CFU·g-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.82%、0.23%、0.19%。

1.3 試驗設計

2020 年5 月中旬將采集的薺菜種子，挑選出大小一致、顆粒飽滿、無病蟲害、結構完整的種子置于冰箱冷藏室，2021 年10 月18 日播種，播種量1 g·m-2。每處理15 m2，隨機區組排列，3 次重復，每個小區間挖溝隔離，防止肥、水互串，四周設置保護行。試驗采取有機氮（生物有機肥中氮）等量替代化肥氮（復合肥），不設磷和鉀等量替代處理，以本地常見施100%復合肥900 kg·hm-2（CK）為對照，設置有機氮依次替代20%（T1）、40%（T2）、60%（T3）、80%（T4）、100%（T5）化肥氮等處理。肥料分為基肥和追肥，基肥在2021 年10 月10 日一次性施入，生物有機肥和2/3 化肥作基肥施入，剩余肥料在11 月22 日施入，其他田間管理措施與當地一致[9-10]。

1.4 測定指標

采收后（2021 年12 月31 日）采集表層（0～20 cm）土壤樣品，每小區按照S 形采樣法采集。每小區重復采樣5 次，重復樣品均勻混合，過2 mm篩，置于4 ℃冰箱冷藏保存待測。參照鮑士旦[11]《土壤農化分析》中的方法測定有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量等指標。其中，采用重鉻酸鉀容量法測定有機質含量，采用半微量開氏法測定全氮含量，采用HClO2-H2SO4法測定全磷含量，采用火焰光度法測定全鉀含量，采用堿解擴散法測定速效氮含量，采用鉬銻鈧比色法測定速效磷含量，采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀含量。參照關松蔭[12]《土壤酶及其研究法》中的方法測定脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性等指標。其中，采用苯酚一次氯酸鈉比色法測定脲酶活性，采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性，采用磷酸苯二鈉比色法測定磷酸酶活性，采用0.4 mol·L-1KMnO4滴定法測定過氧化氫酶活性。

采收時每處理隨機挖取10 株薺菜測定可溶性蛋白、硝酸鹽、維生素C、總糖、纖維素含量等指標，參照李合生[13]《植物生理生化實驗原理和技術》中的方法測定。其中，采用考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白質含量，采用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量，采用高效液相色譜法測定維生素C 含量，采用微量法測定總糖含量、纖維素含量。

薺菜2021 年12 月27 日一次性采收，測定各處理的產量。計算小區平均產量，折算成1 hm2產量。

1.5 數據處理

用Microsoft Excel 2010 軟件統計分析數據，用SPSS 9.50 軟件對數據進行方差分析及顯著性分析。用SPSS 9.50 軟件對2021 年12 月31 日采集土壤樣本的養分、酶活性進行主成分分析，并對不同處理進行排序和評價[9]。

2 結果與分析

2.1 生物有機肥替代化肥對土壤養分含量的影響

由表1 可以看出，隨生物有機肥替代化肥比例的增大，薺菜采收后土壤有機質含量隨之不斷增加，而土壤中的氮、磷、鉀含量均呈先增加后降低趨勢。T1、T2 處理土壤中有機質含量分別比CK 增加3.28%、4.92%，T3、T4、T5 處理分別比CK 顯著增加16.39%、18.58%、24.59%。T1 處理土壤中全氮比CK 增加6.32%，全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別比CK 顯著增加6.78%、2.25%、7.68%、3.15%、9.48%。T2 處理土壤中全磷、全鉀、堿解氮、速效磷含量最高，分別比CK 顯著增加9.32%、5.94%、10.02%、5.22%，全氮、速效鉀含量僅次于T3處理，分別比CK 顯著增加10.92%、15.93%。T3 處理土壤中全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別比CK 顯著增加13.79%、8.47%、5.39%、9.54%、3.30%、17.69%。T4 處理土壤中全氮、堿解氮分別比CK 增加4.60%、2.06%，全磷、全鉀、速效磷、速效鉀含量分別比CK 顯著增加6.78%、2.46%、4.43%、3.98%。T5 處理土壤中全氮、速效磷含量分別比CK 減少4.60%、3.78%，全磷、全鉀、堿解氮含量分別比CK 顯著減少3.39%、3.96%、5.58%，速效鉀含量比CK 增加0.78%。

表1 生物有機肥替代化肥對土壤養分的影響

2.2 生物有機肥替代化肥對土壤酶活性的影響

從表2 可以看出，薺菜采收后T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中酶活性總體呈現先增加后降低趨勢。T1 處理土壤中過氧化氫酶、脲酶、磷酸酶活性分別比CK 顯著增加6.49%、12.77%、9.79%，蔗糖酶活性比CK 增加4.71%。T2 處理土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性最高，分別比CK 顯著增加11.25%、39.13%、19.57%，過氧化氫酶活性僅低于T3 處理，比CK 顯著增加20.78%。T3 處理土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性分別比CK 顯著增加22.08%、7.56%、38.04%、16.60%。T4 處理土壤中過氧化氫酶、脲酶活性分別比CK 顯著增加14.29%、36.14%，磷酸酶活性比CK 增加0.85%，而蔗糖酶活性比CK 顯著減少2.45%。T5 處理土壤中過氧化氫酶活性比CK 顯著增加10.39%，而蔗糖酶、脲酶活性分別比CK 顯著減少9.04%、5.43%，磷酸酶活性比CK 減少3.40%。

表2 生物有機肥替代化肥對土壤酶活性的影響

2.3 土壤養分含量與酶活性主成分分析

將薺菜采收后土壤中主要養分及酶活性作主成分分析并進行分權計算，計算出各因子在各主成分上的載荷。由表3 看出，第一主成分的方差貢獻率最大為78.3860%，即涵蓋了原始數據信息量的78.3860%，能基本反映生物有機肥替代化肥對薺菜采收后土壤養分含量和土壤酶活性的變化。從表4分權系數看，全氮含量、全磷含量、全鉀含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、蔗糖酶活性、脲酶活性、磷酸酶活性等均在第一主成分內，證明這幾個指標可以代表不同處理土壤的變化信息。通過主成分分析計算不同處理綜合得分并對其進行排序，由表5 所示，不同處理綜合得分及排序依次為T2＞T3＞T4＞T1＞CK＞T5，生物有機肥替代化肥能改善土壤養分含量和酶活性，且其改善程度與生物有機肥替代化肥的使用量有密切關系。

表3 土壤養分含量與酶活性主成分分析

表4 土壤養分含量與酶活性主成分的特征向量分析

表5 不同處理土壤評價指標綜合成分得分及排序

2.4 生物有機肥替代化肥對薺菜產量的影響

從表6 可以看出，各處理隨著化肥施入量的減少及配施生物有機肥的增加，薺菜產量呈先增加后降低的趨勢。T1 處理產量比CK 增產2.21%，T2、T3、T4 處理產量分別比CK 顯著增產22.11%、15.16%、6.87%。T2 處理產量最高，達19 920.0 kg·hm-2；T5 處理產量最低，為15 126.7 kg·hm-2，比CK 顯著減產7.27%。各處理根據生物有機肥和化肥N、P、K 的含量，按每生產1000 kg 薺菜計算，T1、T2、T3、T4 處理純氮、純磷、純鉀用量均少于CK，T2處理純氮、純磷、純鉀用量分別比CK 減少18.12%、18.59%、24.26%。

表6 不同處理純N、P、K 薺菜施用量和產量

2.5 生物有機肥替代化肥對薺菜品質的影響

從表7 可以看出，T1、T2、T3、T4、T5 處理薺菜品質的各個指標均比CK 改善。T2 處理可溶性蛋白、可溶性糖含量最高，分別比CK 顯著增加22.00%、8.80%；T3 處理維生素C 含量最高，比CK顯著增加5.00%。T2 處理維生素C 含量僅次于T3處理，比CK 顯著增加4.30%，且與T3 處理差異不顯著。隨著各處理生物有機肥用量的增加薺菜硝酸鹽含量不斷下降，T1 處理比CK 減少3.43%，T2、T3、T4、T5 處理比CK 顯著減少10.50%、13.33%、16.33%、17.36%。綜合考慮，T2 處理對薺菜品質改善效果最好。

表7 生物有機肥替代化肥對薺菜品質的影響

3 討論與結論

化肥對農作物增產見效快，但過量施用化肥，導致養分利用率和生產率下降，對農作物生長、產量及品質產生不利影響[14]。生物有機肥營養元素齊全，適量化肥與生物有機肥配合使用有利于培肥土壤[15]。在筆者的研究中，與土壤初始理化性質相比，適當進行有機氮（有機肥中氮）等量替代化肥氮（復合肥）有機肥的施用，增加了有機質及氮、磷、鉀的積累，提高土壤的供肥和保肥能力，但過量的有機肥施用量會起到相反的作用[16]。

酶作為一種蛋白質，能催化一系列化學反應，推動土壤的代謝[17]。土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性與有害物降解、碳循環、氮轉換和磷利用密切相關，酶活性可作為衡量土壤肥力水平的指標[18]。土壤酶在很大程度上起源于土壤微生物，生物有機肥含有大量有益微生物，施入土壤后能顯著提升土壤酶活性。但筆者發現不是生物有機肥施用量越多，化肥施用量越少土壤酶活性越高，這與生物有機肥對小白菜、番茄影響結果相似[19-20]，可能是生物有機肥中微生物生命活動需利用土壤中氮、磷、鉀等養分，而生物有機肥的養分釋放緩慢，微生物因沒有及時獲得足夠養分，從而抑制土壤酶活性的提升[21]。

適量生物有機肥料替代化肥可迅速地調節土壤代謝的特性，改善土壤結構，提高土壤中養分的利用效率，從而促進農作物生長，達到提高作物產量和改善農產品質量的目的[14]。筆者的試驗中，T1、T2、T3、T4 處理均提高了肥料利用效率，其中T2 處理產量最高，達19 920.0 kg·hm-2，比CK 顯著增加22.11%，每生產1000 kg 薺菜純氮、純磷、純鉀用量最少，比CK 分別減少18.12%、18.59%、24.26%，且可溶性蛋白、可溶性糖含量最高，而過度增大有機氮肥施用比例卻對產量及可溶性蛋白、維生素C、可溶性糖積累起負面作用。前人通過不同有機、無機氮肥比例對小白菜硝酸鹽含量的影響研究表明，增加有機氮肥施用比例能減少土壤硝態氮，土壤硝態氮含量較低的條件下小白菜硝酸鹽含量也較低[22]。筆者的試驗結果驗證了這一結論，隨著各處理生物有機肥用量的增加薺菜硝酸鹽含量不斷下降。生物有機肥替代化肥在一定程度上可以提高土壤的生產能力，而過量施用有機肥會起反作用[23]。

綜上所述，適量的生物有機肥替代化肥有助于實現農業生產中化肥的合理施用，促進農業生產的可持續發展。筆者綜合土壤性狀及薺菜產量、品質等進行分析，有機氮替代40%化肥氮（N∶P2O5∶K2O質量比為28∶8∶8 的復合肥900 kg·hm-2）效果最好。