有機肥氮替代部分無機氮對設施莧菜產量、品質和氮素利用率的影響

杜 雷，王素萍，張貴友，姜 利，黃 翔，程維舜，羅 茜，張利紅，洪 娟

（武漢市農業科學院環境與安全研究所，武漢 430071）

中國是世界上最大的蔬菜生產國和消費國，蔬菜總產量占全世界蔬菜總產量的51%［1］。化肥作為農業生產的重要肥料，在保證蔬菜高產方面起到了不可替代的作用。但化肥過量和不合理施用導致一系列較嚴重的問題［2-8］。有機無機肥料配施的有機氮替代模式成為氮肥減施的重要措施［9-11］。莧菜在長江流域以南地區栽培較多，營養豐富，風味獨特［12，13］。本試驗通過對武漢市設施莧菜主產區施肥習慣的調查，對種植前土壤的測試分析，推薦合理施肥量，在推薦施肥基礎上用不同量有機肥氮替代化肥氮，研究不同比例有機氮替代化肥氮對設施莧菜產量、品質和氮素利用率的影響，在保證穩產的前提下，明確有機氮替代化肥氮的適宜比例，為湖北省低設施莧菜生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

試驗設在湖北省武漢市東西湖區柏泉街道武漢市強鑫蔬菜產銷專業合作社基地（114°4′9″E，30°42′51″N）。前茬作物為小白菜，土壤為灰潮土，土壤有機質含量27.13 g/kg，堿解氮120.49 mg/kg，有效磷75.63 mg/kg，速效鉀151.65 mg/kg，pH 為5.01。

1.2 供試作物

莧菜品種為常豐紅莧菜，購于市場。

1.3 供試肥料

農民習慣施用的肥料為復合肥（16-16-16），配方肥為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O516%）、硫酸鉀（含K2O 52%），均購于市場；有機肥為固體商品有機肥，購于嘉魚中宜環保科技有限公司（有機質≥45%，N 2.84%，P2O51.03%，K2O 1.82%）。

1.4 試驗時間

2021 年7 月7 日整地、施肥、播種，8 月2 日收獲測產。

1.5 試驗設計

試驗在武漢市強鑫蔬菜產銷專業合作社基地大棚內進行。采用田間小區設計，共設6 個處理，各處理采取隨機區組排列，3 次重復，小區面積20 m2，其他田間管理一致。各處理分別為：①空白對照（CK），不施氮肥，過磷酸鈣187.50 kg/hm2、硫酸鉀235.35 kg/hm2，一次性基施；②農民習慣施肥（FP），按照當地農民的施肥習慣和施肥用量施肥，具體為復合肥料（16-16-16）600.00 kg/hm2，一次性基施；③推薦施肥（OPT），種植前檢測土壤養分，根據實地調查情況，結合目標產量，推薦合理的施肥配方，具體施肥量為尿素146.70 kg/hm2、過磷酸鈣187.50 kg/hm2、硫酸鉀235.35 kg/hm2，一次性基施；④15%的有機肥氮替代（OPT-15%M），在推薦施肥的基礎上用有機肥氮替代15%化肥氮，具體施入量為尿素124.80 kg/hm2、過磷酸鈣152.10 kg/hm2、硫酸鉀204.75 kg/hm2，有機肥550.20 kg/hm2，一次性基施；⑤30%的有機肥氮替代（OPT-30%M），在推薦施肥的基礎上用有機肥氮替代30%化肥氮，具體施入量為尿素102.75 kg/hm2、過磷酸鈣116.70 kg/hm2、硫酸鉀174.45 kg/hm2，有機肥1 100.55 kg/hm2，一次性基施；⑥45%的有機肥氮替代（OPT-45%M），在推薦施肥的基礎上用有機肥氮替代45%化肥氮，具體施入量為尿素80.70 kg/hm2、過磷酸鈣81.30 kg/hm2、硫酸鉀144.00 kg/hm2，有機肥1 650.75 kg/hm2，一次性基施。

1.6 試驗項目及方法

1）農藝性狀。在紅莧菜收獲前3 d，每個小區隨機選取10 株測定莧菜的株高、莖粗和單株重。

2）產量和品質。各小區單打獨收，記錄實際產量。在莧菜收獲時，取部分鮮樣帶回實驗室測定其品質，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，2，6-二氯酚靛酚滴定法測定維生素C 含量，紫外分光光度法測定硝酸鹽含量，考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白質含量［14］。

3）養分吸收量。在莧菜收獲時，采用H2SO4-H2O2消解法測定植株的氮、磷、鉀等養分元素含量［15］。

1.7 數據處理

采用Excel 2020和SPSS 17.0軟件處理分析數據，采用最小顯著法（LSD）檢驗差異顯著水平（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對莧菜農藝性狀的影響

從表1 可以看出，與不施氮肥（CK）相比，各施氮肥處理都明顯提高了莧菜的株高、莖粗和單株重。各施氮肥處理之間，OPT 處理的株高最高，顯著高于對照和OPT-45%M 處理，OPT-45%M 處理的株高最矮，但與FP、OPT-15%M、OPT-30%M 處理間無顯著差異；各施氮肥處理之間莧菜的莖粗和單株重無顯著差異。

表1 不同施肥處理對莧菜農藝性狀的影響

2.2 不同施肥處理對莧菜產量的影響

從表2可以看出，與不施氮肥（CK）相比，除OPT-45%M 外，各施氮肥處理都顯著提高了莧菜的產量，其中，OPT-30%M處理產量最高，達33 880.27 kg/hm2，與CK相比，增產9.38%，與FP處理相比，增產3.07%。OPT 處理與FP 處理莧菜產量無顯著差異，在推薦施肥（OPT）基礎上，隨著有機氮替代比例的增加，各處理莧菜產量呈先增加后減小趨勢，當有機氮替代比例為30%（OPT-30%M）時，莧菜產量最高，當有機氮替代比例為45%（OPT-45%M）時，莧菜產量顯著下降，與FP 處理相比，減產3.64%。

表2 不同施肥處理對莧菜產量的影響

2.3 不同施肥處理對莧菜營養品質的影響

從表3 可以看出，OPT-30%M 處理和OPT-45%M 處理莧菜的可溶性蛋白質含量較高，OPT 處理和OPT-15%M 處理次之，都顯著高于FP 處理，CK可溶性蛋白質含量最低。各處理莧菜的硝酸鹽含量排序為FP＞OPT＞OPT-15%M＞OPT-45%M＞OPT-30%M＞CK，OPT-30%M 和OPT-45%M 處理之間無顯著差異，與其他處理之間莧菜的硝酸鹽含量差異顯著。各處理莧菜的維生素C 含量和可溶性糖含量變化趨勢一致，排序為OPT-30%M＞OPT-45%M＞OPT-15%M＞OPT＞FP＞CK，OPT-15%M和OPT-45%M處理之間無顯著差異，與其他處理之間差異顯著。

表3 不同施肥處理對莧菜營養品質的影響

2.4 不同施肥處理對莧菜養分吸收量的影響

從表4 可以看出，各施氮肥處理之間，OPT-15%M 處理下莧菜的氮吸收量最大，OPT-45%M 處理下莧菜的氮吸收量較小，其他處理間無顯著差異；FP 處理下莧菜的磷吸收量最大，其次是CK 處理、再是OPT 處理，OPT-15%M、OPT-30%M 和OPT-45%M處理的磷素吸收量較小，三者之間無顯著差異；OPT-30%M 處理的鉀素吸收量最大，顯著高于其他處理，其他處理間無顯著差異。各處理莧菜的氮、磷、鉀總養分吸收量表現各異，FP 處理總養分吸收量最大，其次是OPT-30%M 處理，OPT-45%M 處理總養分吸收量較小。

表4 不同施肥處理對莧菜養分吸收量的影響（單位：kg/hm2）

2.5 不同施肥處理對莧菜氮肥利用率的影響

從表5 可以看出，各施氮肥處理的莧菜氮肥農學效率在10.35～43.03 kg/kg，其中OPT-30%M 處理最高，其次是OPT-15%M 處理，OPT 處理略低于OPT-15%M 處理，OPT-45%M 處理最低。各處理氮肥偏生產力也是OPT-30%M 處理最高，達501.93 kg/kg，其次是OPT-15%M 處理，再是OPT 處理，FP 處理最低，為342.39 kg/kg。各優化施氮處理氮肥利用率都高于FP 處理，隨著有機氮替代比例的增加莧菜氮肥利用率呈下降趨勢，OPT-15%M 處理氮肥利用率最高，達56.42%，OPT-45%M 處理較低，為42.35%。

表5 不同施肥處理對莧菜氮肥利用率的影響

3 小結與討論

有機肥氮部分替代無機氮施用兼顧了速效養分和緩效養分，既能減少化肥氮的損失，又能有效協調養分供應，為作物提供足夠的氮素營養。研究表明，單施化肥不利于作物增產和品質提高，易造成土壤肥力下降［16］。而有機無機肥料配施能夠培肥土壤、有利于作物增產增收［17，18］。溫延臣等［19］研究表明，有機肥部分替代化肥能協調有機與無機養分平衡供應，滿足作物生長發育需求，保持作物穩產及高產，同時可以減少化肥用量。國內外很多試驗涉及不同有機無機肥配施比例對作物產量的影響，多數研究者認為并非有機肥所占比例越高越好，而是存在最佳比例［20-22］。本試驗也有相似的結果，在推薦施肥（OPT）基礎上，隨著有機氮替代比例的增加各處理莧菜產量呈先增加后減少趨勢，當有機氮替代比例為30%（OPT-30%M）時，莧菜產量最高，為33 880.27 kg/hm2，與CK 處理相比，增產9.38%，與FP 處理相比，增產3.07%，但是當有機氮替代比例為45%（OPT-45%M）時，莧菜產量顯著下降，與FP 處理相比，減產3.64%。隨著人們環保和健康意識的提高，研究和生產者的注意力發生了由提高產量向改善品質的轉移，營養品質也就構成了蔬菜品質的內在因素。本試驗結果表明，有機肥替代部分無機肥顯著提高了莧菜的可溶性糖、可溶性蛋白質、維生素C 含量，降低了莧菜的硝酸鹽含量，OPT-15%M、OPT-30%M 和OPT-45%M 處理莧菜的維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白質含量都顯著高于FP 處理。這與黃慶等［23］的研究結論一致，增施有機肥可以提高蔬菜的營養品質。

研究表明，有機肥替代部分無機肥能夠顯著提高作物氮素積累量和氮素利用效率［24，25］。本試驗在推薦施肥基礎上，施用不同比例有機肥替代化肥氮，結果表明，與農民習慣施肥（FP）相比，推薦施肥（OPT）和各有機肥替代處理都明顯提高了莧菜的氮肥利用率，隨著有機肥替代比例的增加莧菜氮肥利用率呈下降趨勢，OPT-15%M 處理氮肥利用率最高，達56.42%，OPT-45%M 處理最低，為42.35%，OPT-15%M 和OPT-30%M 處理的氮肥利用率都高于OPT 處理，OPT-45%M 處理的氮肥利用率低于OPT 處理，OPT-15%M 處理的氮吸收量最多，OPT-30%M 處理的氮肥農學效率和氮肥偏生產力都最高。這可能是由于有機肥施入土壤后刺激了土壤微生物的活動，當尿素與有機肥配比適當時，營養更加協調，氮肥利用率提高。有機肥氮部分替代無機氮施用既可以維持設施莧菜高產，又可以減少氮素的流失，提高氮肥利用率，減少水體污染。本研究結果可為武漢市設施莧菜生產上有機氮部分替代無機氮施用提供參考依據。