優化施肥對鄂西高山蘿卜-甘藍輪作體系產量、品質和養分利用率的影響

摘要：以常規施肥為對照，研究了鄂西高山地區不同施肥模式對蘿卜（Raphanus sativus L.）-甘藍（Brasscia oleracea L.）輪作體系產量、品質及養分利用率的影響。結果表明，與常規施肥對照相比，優化施肥和有機肥替代30%化肥氮處理蘿卜產量分別增加了11.09%和38.59%，且除優化施肥處理的鉀素回收利用率外，2個處理氮、磷、鉀素的回收利用率、農學利用率、偏生產力和收獲指數均不同程度增加。與常規施肥對照相比，優化施肥模式磷肥施用量減少了50.00%，鉀肥施用量減少了16.67%，但甘藍產量僅減少了1.68%，且除氮素農學利用率和偏生產力有所降低外，其他氮、磷、鉀素養分利用率指標和收獲指數均有所增加；與常規施肥對照相比，有機肥替代30%化肥氮甘藍產量增加了4.49%，氮、鉀素的回收利用率、農學利用率、偏生產力，磷素的農學利用率、偏生產力均有所增加。由此可知，優化施肥和有機肥替代30%化肥氮在提高鄂西高山蘿卜-甘藍輪作體系的產量及養分利用率方面效果顯著。

關鍵詞：蘿卜（Raphanus sativus L.）；甘藍（Brasscia oleracea L.）；優化施肥；產量；品質；養分利用率；鄂西

中圖分類號：S147.2；S631.1；S635" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）08-0021-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.08.004 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of optimized fertilization on yield， quality and nutrient use efficiency of

alpine radish-cabbage rotation system in western Hubei Province

ZHOU Jian-xiong1，TIAN Wei2，ZHAO Shu-jun1，XU Da-bing1，HAN Wei3，CHEN Xi-gui3

（1.Key Laboratory of Fertilization from Agricultural Wastes， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Institute of Plant Protection and Soil Fertilizer， Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan" 430064， China；2.Hubei Ecological Agriculture Co.， Ltd.，Wuhan" 430061， China；3.Soil and Fertilizer Station of Jiangxia District，Wuhan City，Wuhan" 430200， China）

Abstract： Different fertilization treatments were set up to study the effects of different fertilization modes on the yield， quality and nutrient utilization rate of the radish （Raphanus sativus L.）-cabbage （Brasscia oleracea L.） rotation system in the alpine region of western Hubei Province with conventional fertilization as control. The results showed that compared with the conventional fertilization control， the yield of radish increased by 11.09% and 38.59% in the treatment of optimized fertilization and organic fertilizer replacing 30% of chemical fertilizer nitrogen， respectively， and in addition to the recovery efficiency of potassium in the optimized fertilization treatment， the recovery efficiency， agronomic utilization rate， partial productivity and harvest index of nitrogen， phosphorus and potassium in the two treatments increased to varying degrees. Compared with the conventional fertilization control， the application amount of phosphate fertilizer and potassium fertilizer in the optimized fertilization model decreased by 50.00% and 16.67%， respectively， but the yield of cabbage decreased by only 1.68%， and except for the decrease of nitrogen agronomic efficiency and partial factor productivity， the nutrient utilization efficiency indicators and harvest index of other nitrogen， phosphorus and potassium all increased. Compared with conventional fertilization， under the treatment of organic fertilizer replacing 30% of chemical fertilizer nitrogen， the yield of cabbage increased by 4.49%， the recovery and utilization rate， agronomic utilization rate and partial productivity of nitrogen and potassium， the agronomic utilization rate and partial productivity of phosphorus all increased. Therefore， the mode of optimized fertilization and the mode of organic fertilizer replacing 30% chemical fertilizer nitrogen had a significant effect on improving the yield and nutrient use efficiency of the alpine radish-cabbage rotation system in western Hubei Province.

Key words： radish （Raphanus sativus L.）； cabbage （Brasscia oleracea L.）； optimized fertilization； yield； quality； nutrient use efficiency； western Hubei Province

蔬菜產業是湖北省發展的特色產業之一，尤其是鄂西北山地資源豐富，最低海拔66.8 m，最高海拔3 005.0 m，環境優美，雨量充沛，氣候獨特，是高山蔬菜種植的理想之地。因此，可以充分利用平原與高山溫差大的特點，在4—5月合理安排播期進行蔬菜種植，8—10月上市，可以解決平原地區高溫季節蔬菜短缺問題，還可以增加當地農民的經濟收入。

施肥是保證蔬菜優質高產的重要技術措施，但目前蔬菜施肥多按當地傳統經驗進行，菜農一味追求高產以致施肥過量或不均衡現象普遍存在且日益嚴重［1，2］。張福鎖等［3］通過對全國31個省（市、自治區）露地蔬菜的施肥處理進行調查發現，包括葉菜類、根菜類、瓜類以及蔥姜蒜類等在內的20余種蔬菜的氮肥年平均用量（純氮用量）為 600～800 kg/hm2，施氮量最高的地區達1 000 kg/hm2，但未顯著增加產量，不僅降低了氮肥利用率，還造成了嚴重的環境污染。施用有機肥是生產無公害、綠色、有機蔬菜的重要措施，同時配施尿素等無機肥，可以改良和保持土壤，提高肥料的利用率。因此，探討高山蔬菜的科學施肥管理措施勢在必行。

有關蘿卜（Raphanus sativus L.）與甘藍（Brasscia oleracea L.）的生長發育、品質性狀［4-6］及需肥特性［7，8］等方面的研究較多，但對通過優化施肥量提高高山蘿卜-甘藍體系產量品質和養分利用率的研究較少且不系統。高山蔬菜是長陽縣的一大支柱產業，因其產出高、種植潛力大給當地帶來較大的經濟效益，其中以高山蘿卜、甘藍尤為突出。為此，本研究采用長陽縣廣泛應用的蘿卜-甘藍輪作模式，在海拔" " " 1 800 m的鄂西高山地區開展6種不同施肥措施田間試驗，旨在通過研究優化施肥對高山蘿卜-甘藍體系產量、品質和養分利用率的影響，為當地發展高山蘿卜-甘藍體系及合理施肥提供依據，對高山蔬菜產業可持續發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試蘿卜、甘藍品種分別為CR捷如春4號、一見鐘情。供試無機肥為市售尿素（含N 46%）、硫酸鉀（K2O含量為50%）、過磷酸鈣（P2O5含量為12%）和復合肥（N、K2O、P2O5含量均為15%），均由中化化肥控股有限公司生產；供試有機肥為市售商品有機肥（N含量為1.0%）由湖北宜施壯農業科技有限公司生產。供試土壤為常年蘿卜-甘藍輪作土壤，其pH為5.76，有機質含量為21.5 g/kg，堿解氮含量為142.2 mg/kg，速效磷含量為48.7 mg/kg，速效鉀含量為195.0 mg/kg。

1.2 試驗方法

試驗于2020年在湖北省宜昌市長陽縣火燒坪鄉高山蔬菜基地進行。試驗共設6個處理：處理1，無氮區（PK），不施用氮肥，P2O5、K2O均為270 kg/hm2；處理2，無磷區（NK），不施用磷肥，N、K2O均為" " 270 kg/hm2；處理3，無鉀區（NP），不施用鉀肥，N、P2O5均為270 kg/hm2；處理4，氮磷鉀區（NPK），N、P2O5、K2O均為270 kg/hm2；處理5，優化施肥（OPT），N、P2O5、K2O分別為270、135、225 kg/hm2；處理6，有機肥替代30%化肥氮（30OMNPK），N、P2O5、K2O均為189 kg/hm2（有機肥氮、磷、鉀不計算在內）。具體施肥量見表1。

氮、磷、鉀肥和有機肥全部作基肥施用。每個小區面積為12 m2，每個處理重復3次。隨機區組排列。除施肥外，其他病蟲草害以及水分管理均按照當地常規操作進行。

1.3 樣品采集與檢測

1.3.1 品質指標測定 硝酸鹽含量采用分光光度法測定；VC含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定；灰分含量采用550 ℃灼燒法測定；可溶性糖含量采用苯酚-硫酸法測定；總酸含量采用pH計點位滴定法測定；總糖含量采用斐林試劑法測定。

1.3.2 產量、干物質量、養分含量及利用率的測定與計算 產量為小區測產結果，后折算為單產。選取20株植株（蘿卜：地上部與根部可食部位分開取樣；甘藍：地上部可食部位和不可食部位分開取樣）于105 ℃下殺青，60 ℃烘至恒重，測定干物質量及氮、磷、鉀養分含量，其中，全氮含量采用濃H2SO4-H2O2消煮，凱式定氮法測定；全磷含量采用釩鉬黃比色法測定；全鉀含量采用火焰光度計法測定。計算不同處理作物果實養分吸收量以及氮、磷、鉀素利用率、農學效率、偏生產力和收獲指數，各指標計算公式如下。

式中，U為作物養分吸收量；C為測得的養分含量；M為生物量。

式中，REN為氮肥利用率；UNPK、UPK分別為NPK、PK處理的作物果實養分吸收量；FN為純氮用量。

磷、鉀肥利用率的計算參照氮肥利用率的計算公式。其中，磷肥磷養分是以P2O5計，故用P2O5量除以2.29換算為P元素計算；鉀肥鉀養分是以K2O計算，故用K2O量除以1.205換算為K元素計算。

式中，AE為氮、磷、鉀素的農學利用率；Y為施肥處理作物產量；YCK為不施肥處理作物產量；F為氮、磷、鉀養分用量。PFP為肥料偏生產力；HI為氮素收獲指數；U可食為蘿卜、甘藍可食部分氮、磷、鉀養分累積量；U總為植株氮、磷、鉀養分總累積量［9］。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2016軟件進行數據處理，利用SPSS 22.0軟件進行單因素 ANOVA方差分析及Duncan?s多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對蘿卜和甘藍產量及可食部分干物質量的影響

由表2可知，與PK相比，NPK、OPT和30OMNPK處理蘿卜產量分別增加了23.43%、37.11%和71.06%，且PK與OPT和30OMNPK處理間差異達顯著水平（Plt;0.05）。NPK、OPT和30OMNPK處理蘿卜產量比NK分別增加了9.08%、21.18%和51.18%，比NP分別增加了5.98%、17.73%和46.88%，且NP和NK與30OMNPK處理間差異均達顯著水平（Plt;0.05）。與NPK相比，OPT和30OMNPK處理產量分別增加了11.09%和38.59%，且NPK與30OMNPK間差異達顯著水平（Plt;0.05）。

與PK、NK和NP相比，NPK處理甘藍產量分別增加了115.14%、17.95%和17.30%，OPT處理分別增加了111.52%、15.96%和15.33%，30OMNPK處理分別增加了124.78%、23.24%和22.56%，且PK與NPK、OPT和30OMNPK處理間甘藍產量差異均達顯著水平（Plt;0.05），NK和NP與30OMNPK處理間差異也均達顯著水平（Plt;0.05）。與NPK相比，30OMNPK處理甘藍可食部分干物質量和產量分別增加了4.53%和4.48%。

2.2 不同處理對蘿卜和甘藍可食部分養分吸收量的影響

由表2可知，與PK處理相比，NPK、OPT和30OMNPK處理蘿卜可食部分全氮累積量分別增加了87.26%、89.56%和98.31%，甘藍可食部分全氮累積量分別增加了102.92%、131.25%和83.61%，均與前者差異顯著（Plt;0.05）。NPK、OPT和30OMNPK處理蘿卜可食部分全磷累積量顯著高于NK處理（Plt;0.05），甘藍不顯著，其中，蘿卜可食部分全磷累積量分別增加了87.92%、73.47%和128.89%，甘藍可食部分全磷累積量分別增加了25.95%、44.05%和18.29%。NPK、OPT和30OMNPK處理蘿卜及甘藍可食部分全鉀累積量分別比NP增加了52.00%、29.91%、111.98%和17.21%、34.42%、20.49%，且蘿卜30OMNPK與NP處理間差異達顯著水平（Plt;0.05）。與NPK相比，OPT處理蘿卜可食部分全氮累積量增加了1.23%，但是降低了可食部分全磷、全鉀的累積量。30OMNPK處理蘿卜可食部分全氮、全磷、全鉀累積量分別比NPK增加了5.90%、21.80%和39.45%，且全鉀的累積量差異達顯著水平（Plt;0.05）。而甘藍NPK、OPT、30OMNPK三個處理之間可食部分氮、磷、鉀累積量無明顯差異。

2.3 不同處理對蘿卜和甘藍品質的影響

由表3可知，與PK相比，其他施肥處理顯著增加了蘿卜硝酸鹽含量（Plt;0.05），其中NPK、OPT和30OMNPK處理分別增加了87.95%、104.59%和98.21%，而OPT和30OMNPK又分別比NPK增加了8.85%和5.46%，但差異不顯著。在各處理中，PK處理VC含量最高，其他施肥處理都有降低VC含量的趨勢，其中NPK、OPT和30OMNPK處理分別降低了6.03%、14.74%和11.48%，且PK與OPT和30OMNPK處理間差異達顯著水平（Plt;0.05），OPT和30OMNPK處理VC含量分別比NPK減少了9.27%和5.81%。NPK、OPT和30OMNPK處理灰分含量顯著高于PK處理（Plt;0.05），且分別增加了33.17%、35.18%和29.65%，但是這3個處理間灰分含量差異較小。NPK、OPT和30OMNPK處理可溶性糖含量分別比PK減少了22.53%、20.03%和32.14%，且差異均達顯著水平（Plt;0.05）。NPK、OPT和30OMNPK處理的總酸含量比PK增加了15.49%、21.13%和26.76%，且PK與30OMNPK處理間差異達顯著水平（Plt;0.05）。與PK相比，NPK、OPT和30OMNPK處理顯著降低了糖酸比，且分別下降了34.30%、34.16%和47.63%。與NPK相比，OPT處理增加了蘿卜除VC含量外各品質指標的參數值，而30OMNPK除了增加硝酸鹽和總酸含量外，均降低了其他品質指標的參數值。

甘藍VC、灰分、可溶性糖、總酸以及糖酸比等指標之間均無顯著差異。與PK相比，OPT處理增加了甘藍的硝酸鹽含量，而30OMNPK處理則降低了硝酸鹽含量，且OPT處理甘藍硝酸鹽含量顯著高于30OMNPK。

2.4 不同處理對蘿卜和甘藍肥料利用率的影響

2.4.1 氮肥利用率 由表4可知，30OMNPK處理蘿卜氮素回收利用率顯著高于NPK和OPT，且分別增加了9.91和9.48個百分點。30OMNPK處理蘿卜氮素農學利用率和偏生產力比NPK分別增加了333.24%和97.99%，比OPT分別增加了173.49%和78.23%，且差異均達顯著水平（Plt;0.05）。30OMNPK處理蘿卜氮素收獲指數分別比NPK和OPT增加了12.97%和2.50%。

與NPK相比，OPT和30OMNPK處理甘藍氮素回收利用率分別增加了7.16和4.18個百分點。OPT處理甘藍氮素農學利用率和偏生產力分別比NPK減少了3.14%和1.68%，但30OMNPK則分別增加了54.84%和49.27%，且差異均達顯著水平（Plt;0.05）。不同處理間甘藍氮素收獲指數相差不大，且以OPT處理為最高。

2.4.2 磷肥利用率 由表5可知，30OMNPK處理蘿卜磷素回收利用率分別比NPK和OPT增加了6.55和4.05個百分點。且30OMNPK處理蘿卜磷素農學利用率顯著高于NPK和OPT（Plt;0.05），分別增加了704.92%和72.62%。OPT處理的磷素偏生產力最高，分別比30OMNPK和NPK增加了12.22%和122.18%。不同處理間蘿卜磷素收獲指數相差不大。

OPT處理甘藍磷素回收利用率分別比NPK和30OMNPK增加了8.31和8.29個百分點。與NPK相比，OPT和30OMNPK處理甘藍磷素農學利用率分別增加了77.92%和85.04%，磷素偏生產力分別增加了96.64%和49.27%，且3個處理間磷力素偏生產力差異均達顯著水平（Plt;0.05）。不同處理間甘藍磷素收獲指數相差不大，且以OPT處理為最高。

2.4.3 鉀肥利用率 由表6可知，30OMNPK處理蘿卜鉀素回收利用率分別比NPK和OPT增加了27.51和31.63個百分點，且差異均達顯著水平（Plt;0.05）。30OMNPK處理鉀素農學利用率和偏生產力分別比NPK增加了1 019.84%和97.99%，比OPT分別增加了214.68%和48.52%，且3個處理間差異均達顯著水平（Plt;0.05）。不同處理之間蘿卜的氮、磷、鉀素收獲指數差異較小，其中鉀素收獲指數最大，而氮、磷收獲指數則相當。

OPT處理甘藍鉀素回收利用率分別比NPK和30OMNPK增加了14.01和7.00個百分點。與NPK相比，OPT和30OMNPK處理甘藍鉀素農學利用率分別增加了6.33%和86.37%，鉀素偏生產力分別增加了17.99%和49.27%，且30OMNPK處理的磷素偏生產力與其他處理間差異均達顯著水平（Plt;0.05）。不同處理間甘藍鉀素收獲指數相差不大，且以OPT處理為最高。

3 小結與討論

3.1 不同施肥措施對高山蔬菜產量和品質的影響

有研究表明，優化施肥及有機肥部分替代化肥可協調作物養分平衡供應，滿足作物生育期對養分的需求，從而提高作物產量和品質［10，11］。本試驗條件下，與常規施肥對照相比，優化施肥以及有機肥替代30%化肥氮處理的蘿卜產量均有提高，說明優化施肥及有機肥替代部分化肥處理養分投入量均可以滿足蘿卜生長對養分的需求。

3.2 不同施肥措施對高山蔬菜肥料利用率的影響

養分利用率是衡量施肥合理性最為直接的指標。本試驗中，與常規施肥對照相比，優化施肥處理蘿卜可食部分全氮累積量增加了1.23%，但是降低了可食部分全磷和全鉀的累積量；磷素回收利用率增加了2.50個百分點，但是鉀素回收利用率則減少了4.21個百分點；氮、磷、鉀素的農學利用率分別增加了58.41%、366.31%和255.87%，偏生產力分別增加了11.09%、122.18%和33.31%。與常規施肥對照相比，有機肥替代30%化肥氮處理蘿卜植株全氮、全磷、全鉀累積量分別增加了5.90%、21.80%和39.45%，氮、磷、鉀素的回收利用率分別增加了9.91、6.55和27.51個百分點，農學利用率分別增加了333.24%、704.92%和1 019.84%，偏生產力均增加了97.99%。本試驗結果表明，農民習慣施肥并不能滿足當前蘿卜大田生產需要，優化施肥及有機肥替代30%化肥氮處理的氮、磷、鉀素農學利用率和偏生產力均明顯高于農民習慣施肥，養分利用率也大幅度提高，原因在于后者養分投入量高于前者，而產量和養分吸收量沒有顯著提高，導致肥料利用率降低，這與前人研究結果一致［12，13］。此外，不同處理之間的氮、磷、鉀素收獲指數差異較小，但是鉀素收獲指數最大，而氮、磷素收獲指數相當。OPT和30OMNPK處理提供了蘿卜關鍵生育期對養分的需求，也是肥料利用率提高的主要原因［14］，這與當前倡導的“4R”養分管理理念相一致，即采用合適的肥料品種、合適的肥料用量、在合適的施肥時間、在合適的施肥位置。

本試驗中，與常規施肥對照相比，優化施肥處理化學磷肥減少了50.00%，鉀肥減少了16.67%，甘藍的產量僅減少了1.68%，但其氮、磷、鉀素回收利用率分別增加了7.16、8.31、14.01個百分點，氮素農學利用率和偏生產力分別降低了3.14%和1.68%，磷素農學利用率和偏生產力分別增加了77.92%和96.64%，鉀素農學利用率和偏生產力分別增加了6.33%和17.99%，且有增加氮、磷、鉀素收獲指數的趨勢。另外，與常規施肥對照相比，有機肥替代30%化肥甘藍的產量增加了4.48%，氮、鉀素回收利用率分別增加了4.18、7.00個百分點，氮、磷、鉀素農學利用率分別增加了54.84%、85.04%和86.37%，氮、磷、鉀素偏生產力均增加了49.27%。由此可見，優化施肥及有機肥替代30%化肥氮處理的甘藍產量有所減少，但養分利用率最佳，經多點試驗后可作為長陽縣高山地區甘藍種植的主推基肥。

綜合考慮產量、品質及植株養分利用率等指標，有機肥替代30%化肥氮，高山蘿卜、甘藍綜合表現最好，在當地優質高山蘿卜-甘藍輪作模式常規施肥的基礎上，控制或減少化肥施用量是落實化肥零增長行動的重要舉措，減少化肥的施用量，對改善當前土壤環境具有重要意義。但應針對性選擇長期過量施肥的作物和土壤采取以優化施肥為主的綜合性技術措施，應多點多作物開展試驗示范，摸清不同作物化肥減少量的適宜范圍，辦好示范樣板，提高技術覆蓋率，讓農民看得見應用效果，從而穩步推廣應用，實現農民穩產增收。

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收稿日期：2022-11-16

基金項目：湖北省現代農業產業技術體系項目（HBHZD-ZB-2020-007）

作者簡介：周劍雄（1992-），男，湖北武漢人，助理研究員，主要從事植物營養與協調研究，（電話）18702751734（電子信箱）1498939285@qq.com；通信作者，徐大兵（1983-），男，副研究員，博士，主要從事植物營養與病害研究，（電子信箱）dabing-xu@163.com。