不同施肥處理對“紫芽青”蘿卜生長·品質及抗逆酶活性的影響

程 瑞,趙建鋒,孫玉東,王 欣,王 瑋,羅德旭,汪國蓮*

(1.江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所/淮安市設施蔬菜重點實驗室,江蘇淮安 223001;2.江蘇省環洪澤湖生態農業生物技術重點實驗室(淮陰師范學院),江蘇淮安 223001;3.江蘇省洪澤湖漁業管理委員會,江蘇淮安 223001)

蘿卜是重要的十字花科大宗蔬菜作物之一,在我國栽培歷史悠久[1]。蘿卜含有豐富的礦物質、氨基酸、維生素C和粗蛋白質等,能增強機體免疫功能、除體內熱毒、助消化,具有很強的食用和藥用價值[2]。青蘿卜,又稱綠皮蘿卜、水果蘿卜,其品質新鮮、皮色翠綠、口感脆嫩多汁、甘甜微辣,既可熟食,亦可鮮食,深受消費者歡迎[3]。我國是青蘿卜重要原產地,有天津沙窩蘿卜、濰縣青蘿卜等地理標志品牌。“紫芽青”蘿卜是江蘇淮安地區的優良地方品種,品質好,根肉清脆爽口,大小適中,外形美觀,是市民重要的休閑“水果”,深受當地民眾喜愛。因其心葉為紫紅色,肉質根為青綠色,故得名‘紫芽青’,具有鮮明的地方特色,具有產量高、口感好、易于栽培等優點,極具經濟價值[3]。

合理施肥不僅能有效促進農作物增產和改善品質,還可以增強植株抗逆性。近年來,隨著蔬菜生產面積的擴大和單位面積有機肥用量的明顯減少,蔬菜生產依賴于化肥供應的程度日趨增加[4],不科學的施肥現象普遍存在,過量施用化肥致使土壤中化肥的實際使用率不足40%[5],土壤質量下降和生態平衡系統遭到破壞等問題日益突出,出現土壤板結、鹽堿化、土壤重金屬與有毒元素累積、土壤微生物活動降低、農產品品質下降等問題[6-7]。隨著“雙碳”目標的提出,農業越來越重視以提高農作物品質和保護生態環境為主要目的施肥方式。有機肥含有豐富的有機物質,能夠改良土壤肥力、改善土壤板結、提高肥料利用率和增加作物產量等,與化肥聯合施用是提高作物產量、品質和抗逆性的有效途徑之一[8]。研究表明,施用有機肥可增加蘿卜產量、改善品質和提高抗逆性[9]。Khatri等[10]研究認為施用有機肥可顯著促進蘿卜生長發育;李益洋等[11]研究認為施用有機肥能提高產量,提高蘿卜中維生素C和可溶性糖含量;李銀平等[12]研究表明施用生物有機肥能顯著提高櫻桃蘿卜的產量和品質。馬江燕[13]研究表明有機肥和化肥搭配施用能顯著增加蘿卜維生素C和可溶性糖的含量。植株抗逆性是作物生產的重要習性,合理施肥能改善作物抗逆性[14-15]。過氧化物酶(peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)是植物抗氧化酶系統的重要成員,是植物抗逆性的重要評價指標[16-17];丙二醛(Malondialdehyde,MDA)是細胞膜脂過氧化的產物,細胞膜被破壞的程度用其含量的多少來衡量,可以反映植物的抗逆性[18]。筆者以江蘇地方品種“紫芽青”蘿卜為試材,研究不同施肥處理對其生長、產量、品質及抗逆酶活的影響,旨在為改善其營養品質、調控生理代謝以及促進蘿卜高效栽培提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗于2020—2021年在淮安市農業科學研究院科研創新基地(119°03′E,33°58′N)普通塑料大棚內進行,溫帶季風氣候,年平均氣溫在13.6～14.7 ℃。年無霜期240 d左右,年平均降水量約940 mm,年平均日照時數2 130～2 430 h。地力水平為有機質含量30.0 g/kg,堿解氮160 mg/kg,有效磷158.4 mg/kg,速效鉀810 mg/kg,pH 7.2。

1.2 試驗材料供試品種為“紫芽青”蘿卜,由淮安市農業科學研究院蔬菜研究中心提供。供試生物有機肥為復合微生物肥(以下簡稱生物有機肥),總養分(N+P2O5+K2O)為6%,有效活菌數≥0.2億/g,普通有機肥總養分≥5%,2種有機肥均由江陰市聯業生物科技有限公司提供;復合肥為進口雅苒復合肥(氮磷鉀含量為12-11-18,以下簡稱復合肥),購自雅苒商貿(上海)有限公司,追施化肥為農用硫酸鉀(K2O含量為52%),購自中農(上海)化肥有限公司。

1.3 試驗設計試驗在淮安市農業科學研究院科研創新基地8 m單棚進行,小區長3.0 m,寬1.8 m,面積5.4 m2,兩端分別設保護行,共設12個處理(表1),3次重復,隨機區組排列。以不施肥為對照,分別以施普通有機肥+復合肥、生物有機肥+復合肥為底肥,追肥使用農用硫酸鉀,設置0、12、24、36 g/m24個梯度。為消除處理間水肥滲透的影響,將塑料膜埋70 cm 深進行隔離。所有基肥于整地時一次性施入,鉀肥(硫酸鉀)于播種后45 d作追肥施入。蘿卜播種、栽培、采收均按照商品生產進行。播種100 d后到采收期,采收蘿卜進行形態指標、質地指標、可溶性糖、有機酸、蛋白質、維生素C、MDA含量及POD、SOD、CAT活性測定。

表1 不同施肥處理

1.4 測定指標與方法每個處理小區隨機選取10株植株進行測試,用電子天平稱蘿卜葉重、肉質根重、主根重,游標卡尺測量肉質根長、直徑,直尺測定葉片長及主根長。采用烘干法進行干物質和含水量測定。采用 CT3 質構儀(美國博勒菲公司)進行蘿卜穿刺測試測定蘿卜肉質根質地,具體試驗參數參照程瑞等[19]的試驗方法。植物生理生化指標參照李合生[20]的試驗方法進行,可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定,維生素C含量采用2,6-二氯靛酚染料滴定法測定,有機酸含量采用NaOH滴定法測定,蛋白質含量采用考馬斯亮藍法測定,葉綠素采用丙酮∶乙醇(1∶1)浸提法測定;過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量參照黃升謀等[21]的方法。

1.5 數據分析試驗數據用Excel 2019整理后,再用SPSS 18進行方差分析及多重比較,用Excel 2019作圖。

2 結果與分析

2.1 施肥對青蘿卜生長、產量及質地的影響由表2可知,當追施硫酸鉀在12～36 g/m2時,以普通有機肥為底肥,蘿卜地上部分鮮重比施用生物有機肥和不施有機肥高,不施追肥或追肥用量較高時,蘿卜地上部分生長量受到一定抑制。不施追肥條件下,施用普通有機肥產量高于施用生物有機肥,但追施不同濃度鉀肥對產量無顯著影響。由表3可知,不同施肥處理肉質根硬度、脆度無顯著差異,說明蘿卜肉質根質地特性受施肥影響較小。通過比較蘿卜的經濟系數(肉質根重/地上鮮重)發現,施用普通有機肥蘿卜的經濟系數最高,施用生物有機肥的經濟系數最低;施用生物有機肥或不施底肥時,隨著追施鉀肥量的增加,蘿卜的經濟系數呈一定上升趨勢,說明施用化肥對蘿卜肉質根增產的作用較明顯,能有效改善蘿卜經濟系數。

表2 不同施肥處理對青蘿卜產量及生長的影響

表3 不同施肥處理對青蘿卜肉質根力學特性的影響

2.2 施肥對青蘿卜品質的影響由圖1可知,施生物有機肥肉質根含水量最低,地上部分含水量較高(處理①),未施有機肥處理的肉質根含水量最高,地上部分含水量最低(處理⑤),說明施用有機肥能增加蘿卜肉質根的干物質積累。以生物有機肥為底肥時,隨著追施鉀肥濃度的增高肉質根水分含量呈先升后降趨勢,普通有機肥作為底肥時,隨著追施鉀肥濃度的增加肉質根含水量呈先降后升趨勢,而不施基肥時,隨著追施鉀肥濃度的增加蘿卜肉質根含水量整體呈下降趨勢,說明施用一定鉀肥能增加蘿卜肉質根干物質的積累。營養品質方面,施用有機肥作為底肥可溶性糖含量改善不顯著,但同一基肥處理內隨著施用鉀肥濃度增加,蘿卜肉質根可溶性糖含量整體呈先降低后上升趨勢(圖2A)。施用有機肥不能明顯提高蘿卜維生素C含量(處理①、⑤、⑨),但隨著鉀肥的增施,蘿卜肉質根VC含量呈整體降低趨勢(圖2B)。僅施用普通有機肥的蘿卜肉質根有機酸含量最高,但隨著鉀肥的增施,其有機酸含量顯著降低,而以生物有機肥為底肥或者不施底肥時,隨著鉀肥的增施,蘿卜有機酸含量呈上升趨勢,說明以普通有機肥為底肥,追施鉀肥更易促進蘿卜體內有機酸向糖分轉換(圖2C)。以普通有機肥為底肥處理的蘿卜蛋白質含量最高(200.23 μg/g),而以生物有機肥為底肥時蘿卜可溶性粗蛋白含量比對照低(155.56 μg/g),且以生物有機肥為底肥,隨著鉀肥增施,可溶性蛋白含量整體呈上升趨勢(圖2D,處理①、②、③、④),以普通有機肥為底肥,隨著鉀肥增施,可溶性蛋白含量整體呈下降趨勢(圖2D,處理⑨、⑩、、)。

注:不同小寫字母表示不同處理間存在顯著差異(P≤0.05)。Note:Different lowercases indicated significant difference between different treatments (P≤0.05).

注:不同小寫字母表示不同處理間存在顯著差異(P≤0.05)。Note:Different lowercases indicated significant difference between different treatments (P≤0.05).

2.3 不同施肥處理對青蘿卜抗逆性的影響SOD、POD和CAT是植物體內 3 種最常見的抗氧化酶,在誘導植物體免受活性氧危害、維持植物體抗逆性方面起著重要作用,其活性的大小代表了清除細胞內活性氧能力的高低。MDA是膜脂過氧化物的重要產物,其含量可以反映細胞膜脂過氧化的水平及細胞受傷害的程度[3,20]。以上指標在植物自身抗逆過程中均起到重要作用,對不同施肥處理的“紫芽青”青蘿卜采收后進行SOD、POD、CAT活性及MDA含量測定,結果表明,以生物有機肥或普通有機肥為底肥處理與對照之間SOD、POD、CAT活性差異不顯著,但追施不同量鉀肥對其活性有顯著影響,當施用24 g/m2的K2SO4時,蘿卜中POD、SOD活性明顯升高;以生物有機肥為底肥或不施底肥追施K2SO436 g/m2時,CAT活性達最大值。MDA含量在各處理之間無顯著差異。表明生物有機肥能有效增強蘿卜抗逆酶活性,普通有機肥次之,但作用均無追施鉀肥的作用顯著,增施鉀肥能顯著增強蘿卜抗逆性(圖3)。

注: 不同小寫字母表示不同處理間存在顯著差異(P≤0.05)。Note:Different lowercases indicated significant difference between different treatments (P≤0.05).

3 結論與討論

在我國農民蔬菜生產投資中化肥約占50%[22],過度依賴化肥使用不僅造成肥料利用效率低下,且帶來較為嚴重的污染問題。研究表明,有機肥能有效改善土壤理化性狀,是化肥的良好替代品,近年來有機肥發展迅速,也逐步被農民接受。但如何合理使用肥料仍是生產中需要解決的問題。該研究分別以生物有機肥、普通有機肥為底肥和不施底肥為對照,并分別追施不同濃度鉀肥(K2SO4),通過測定蘿卜的生長指標、產量、質地、品質性狀及抗逆相關酶活,探究不同施肥處理對蘿卜生長、品質、產量及抗逆性的影響,旨在為蘿卜生產實踐提供科學指導。結果表明,施用有機肥能增加蘿卜肉質根生長量,提高產量和增加蘿卜肉質根干物質積累,但不同施肥處理對蘿卜肉質根質地影響不顯著,說明蘿卜質地可能更多受遺傳因素影響。以有機肥為底肥,隨著追施K2SO4的增加,蘿卜肉質根重有一定上升,但不明顯,產量間無顯著差異。施用有機肥的青蘿卜除葉重外,肉質根產量、干物質等指標均有提高,與Umar等[23]的研究結果基本一致,說明有機肥提供的營養元素,促進了作物生長。王建偉等[2]、王煌平等[24]研究認為有機肥+化肥對蘿卜生長具有明顯優勢,因該研究在試驗設置及供試土壤基礎肥力和肥料用量方面存在差異,不具有比較性,但總體結果基本一致。

蛋白質是衡量蔬菜營養品質的重要指標,施用有機肥能明顯提高青蘿卜的蛋白質含量,但隨著施鉀量的增加,蘿卜可溶性粗蛋白含量呈下降趨勢,可能原因是增施有機肥提高了硝態氮供應量從而提高硝酸還原酶的活性,而硝酸還原酶的活性與植物體的蛋白質含量呈正相關[25]。維生素C是人體不可或缺的營養物質,該研究表明施用有機肥顯著降低了蘿卜的維生素C含量和蘿卜肉質根中的有機酸含量,這與王建偉等[2]的研究結果一致;隨著鉀肥增施,以普通有機肥為底肥或未施底肥的處理中蘿卜有機酸含量呈上升趨勢,只有以生物有機肥為底肥的蘿卜有機酸含量呈下降趨勢,說明生物有機肥與鉀肥搭配施用可以促進有機酸向可溶性等次生代謝物轉化。施用有機肥不能改善青蘿卜中可溶性糖含量,但隨著鉀肥的增施,可溶性糖含量呈上升趨勢,說明鉀元素能有效增強蘿卜光合產物在肉質根中的積累。

SOD、POD和CAT是植物體內 3 種最常見的抗氧化酶,在誘導植物體免受活性氧危害、維持植物體抗逆性方面起著重要作用,其活性的大小代表了清除細胞內活性氧能力的高低。MDA是細胞膜脂過氧化作用的一種產物,其含量能夠在一定程度上反映植物的抗逆性。該研究表明,蘿卜施用普通有機肥、生物有機肥與對照在抗逆酶活及丙二醛含量方面無顯著差異,但隨著鉀肥增施,蘿卜抗逆酶活顯著升高,說明施用鉀肥能有效增強蘿卜抗逆性,但鉀肥過高時,相關酶活呈下降趨勢,說明生產實踐中應科學合理施用肥料,不應一味追求多施。

綜上,合理施肥能提高蘿卜產量和品質,生產中可以施用有機肥代替部分化肥,不僅能提高蘿卜產量,改善蘿卜的營養和風味品質;追施一定量的鉀肥,能明顯改善蘿卜抗逆性。