有机肥部分替代化肥对甘蓝生长、品质及土壤状况的影响

梁曼恬; 黄科; 袁怡鸣; 毛舒香; 吴秋云; 王军伟

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.024

热带作物学报 >

2021 , Vol. 42 >Issue 5: 1371 - 1377

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.024

作物栽培与生理生化

有机肥部分替代化肥对甘蓝生长、品质及土壤状况的影响

梁曼恬 ,
黄科 ,
袁怡鸣 ,
毛舒香 ,
吴秋云 ,
王军伟 ^,^*

展开

湖南农业大学园艺学院,湖南长沙 410128

* 王军伟,E-mail: JunweiWang87@126.com。

梁曼恬（1997—）,女,硕士研究生,研究方向：作物栽培与生理。

收稿日期: 2020-03-19

要求修回日期: 2020-07-01

网络出版日期: 2021-05-25

基金资助

湖南省科技计划项目(2018NK2022)

中国农业科学院科技创新工程协同任务(CAAS-XTCX2019025)

版权

收起

Effects of Partial Substitution of Organic Fertilizer for Chemical Fertilizer on Growth, Quality and Soil Condition of Cabbage

LIANG Mantian ,
HUANG Ke ,
YUAN Yiming ,
MAO Shuxiang ,
WU Qiuyun ,
WANG Junwei ^,^*

Expand

College of Horticulture, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China

* WANG Junwei,E-mail: JunweiWang87@126.com。

Received date: 2020-03-19

Request revised date: 2020-07-01

Online published: 2021-05-25

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摘要

为探明化肥的减施并增施有机肥对甘蓝生长的影响,改善因施用过量化肥导致的蔬菜品质下降、肥料利用率降低和土地盐碱化等问题。本试验在冬闲田种植条件下,以鸡心甘蓝‘探春’为试验材料,采用田间小区（100%化肥、75%化肥+25%有机肥、50%化肥+50%有机肥）试验方法研究化肥减量及有机肥增施对甘蓝生长、品质以及土壤状况的影响。结果表明,化肥减量同时增施一定量有机肥对甘蓝产量和生物量无显著影响;随着有机肥施用量的增加,甘蓝横径有显著增加;随着有机肥施用比重的增加,硝酸盐含量逐渐从26.3 mg/kg降至17.7 mg/kg,亚硝酸盐含量从0.86 mg/kg降至0.60 mg/kg;同时土壤放线菌数量显著提高至300.99×10⁴CFU/g,土壤真菌数量显著降低至149.99×10³CFU/g;减施化肥显著提高了土壤pH（土壤pH提高至7.03）,土壤有机质含量无显著变化。可见,有机肥部分替代化肥可满足甘蓝生长过程中对肥料的需求,T50处理的甘蓝能够在化肥减量50%的情况下保持产量与品质不下降,同时提高土壤状况与放线菌数量,是相同条件下冬闲田甘蓝栽培一种稳产合理的施肥模式。

关键词： 甘蓝; 有机肥; 生长生理; 土壤养分; 土壤肥力

本文引用格式

梁曼恬 , 黄科 , 袁怡鸣 , 毛舒香 , 吴秋云 , 王军伟 . 有机肥部分替代化肥对甘蓝生长、品质及土壤状况的影响[J]. 热带作物学报, 2021 , 42(5) : 1371 -1377 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.024

Abstract

The study was aimed to investigate the effect of reducing fertilizer application and increasing organic fertilizer application on cabbage growth, and to improve the problems of vegetable quality decline, fertilizer utilization rate reduction and soil salinization caused by excessive fertilizer application, etc. Under the condition of winter fallow field planting, taking chicken heart cabbage ‘Tanchun’ as the test material, the effects of chemical fertilizer reduction and organic fertilizer increase on cabbage growth, quality and soil condition were studied by field plots (100% chemical fertilizer, 75% chemical fertilizer+25% organic fertilizer, 50% chemical fertilizer+50% organic fertilizer). The results showed that the reduction of chemical fertilizer and the addition of a certain amount of organic fertilizer had no significant effect on cabbage yield and biomass. With the increase of organic fertilizer application, the transverse diameter of cabbage increased significantly. With the increase of specific gravity of organic fertilizer application, nitrate content gradually decreased from 26.3 mg/kg to 17.7 mg/kg, and nitrite content decreased from 0.86 mg/kg to 0.60 mg/kg. At the same time, the number of soil actinomycetes increased significantly to 300.99×10⁴ CFU/g, and the number of soil fungi decreased significantly to 149.99×10³ CFU/g. Reducing fertilizer application significantly increased the soil pH value, and the soil pH value increased to 7.03, which had no significant effect on the content of soil organic matter. Partial substitution of organic fertilizer for chemical fertilizer could meet the demand for fertilizer during cabbage growth. The cabbage treated with T50 could keep the yield and quality unchanged under the condition of 50% reduction of chemical fertilizer and at the same time improve the soil condition and the number of actinomycetes. It is a stable and reasonable fertilization mode for cabbage cultivation in winter fallow fields under the same conditions.

Key words： cabbage; organic fertilizer; growth physiology; soil nutrients; soil fertility

在蔬菜的生产过程中,随着蔬菜栽培面积的不断扩增,化肥的使用量逐年增大,为追求更大的经济效益,蔬菜种植者盲目施用化肥,这导致了蔬菜产量和品质下降,土壤的生产力降低,土壤中各养分比例失调,酸碱失衡^[1]。有机肥可以产生多种活性物质,并且该类活性物质能够溶解土壤中的难溶化合物,提升土壤肥力,有机肥具有保水性和长效性,肥效可以持续多年,但存在肥效慢等问题^[2,3]。为综合两种肥料的优点,有机肥部分代替化肥的施肥方式成为近年来的研究热点,有较多研究表明,化肥配施一定量有机肥能够提高土壤肥效,使作物提质增产^[4,5,6]。也有研究表明,减施化肥配施生物有机肥可促进油菜生长,提高油菜根系活力^[7]。在小麦^[8]、黄瓜^[9]等作物的研究中发现,有机肥部分替代化肥可以通过提高作物的叶绿素含量和光合作用强度,进而提升作物的产量。土壤微生物群落是维持土壤肥力和保证作物正常生长发育的重要因素,施用有机肥对于植物根际环境pH有良好的缓冲性,可提高土壤中细菌数量和放线菌数量,抑制土壤真菌的生长,显著改变土壤微生物群落结构^[10,11,12];生物有机肥部分替代化肥可以调节作物土壤微生物的种类和数量,提升土壤中易于被植物吸收的养分含量,这对维持土壤生态系统平衡和可持续生产力具有重要作用^[13]。目前,对于化肥减施研究多集中在常规叶菜类及瓜类蔬菜栽培,对于冬闲田甘蓝栽培相关的化肥减施方式研究较少。湖南地区冬季有大量冬闲田,用于种植生育期较短的作物可提高经济效益,同时有机肥施用减轻土壤养分流失,提高土壤利用率,对于同类型土壤利用及减施化肥有重要意义。本试验以鸡心甘蓝‘探春’为材料,研究化肥减量并增施一定量有机肥对冬闲田甘蓝产量及品质的影响。通过测定甘蓝产量、生物量、品质、叶球形态、叶色、光合作用参数、土壤微生物数量和根际土壤养分含量,探究有机肥部分替代化肥对甘蓝生长发育及土壤养分和肥力的影响。通过有机肥和化肥不同配比之间相互比较,选出最优的肥料配比,为甘蓝高效优质的栽培方式和土壤的可持续利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究所采用的甘蓝品种为鸡心甘蓝‘探春’,由长沙春润公司提供;供试化肥为硫酸钾型复合肥和钙镁磷肥,购于湖北三宁化工股份有限公司（硫酸钾型复合肥其有效含量≥45%,纯N含量为17%,P₂O₅含量为6%,K₂O含量为25%;钙镁磷肥其有效含量≥60%,P₂O₅≥15%,MgO≥8%,CaO≥30%）;供试有机肥购于湖南天心日日春有机肥有限公司,有效活菌数≥0.2亿个,N + P₂O₅+ K₂O≥5%,有机质≥50%,腐植酸≥25%,供试肥料均为市售,符合行业标准。

试验于2018年11月—2019年5月在湖南省长沙市湖南农业大学蔬菜基地进行,该地域属亚热带季风气候,气候温和,降水充沛,雨热同期,四季分明。该试验地为菜园土,主要的理化性状为：pH为5.05,有机质含量为45.6 g/kg,全氮、全磷、全钾含量分别为3.48、2.01、11.24 g/kg,碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为99.7、148.6、297.0 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计根据甘蓝栽培基肥应以有机肥与无机肥相结合的模式,通过对湖南省内长沙、岳阳、邵阳等地农户进行调研可计算得出湖南地区常规冬季甘蓝栽培的田间化肥施用量为硫酸钾型复合肥50 kg/667 m²和钙镁磷肥80 kg/667 m²,同时施用300 kg/667 m²有机肥。本试验设计3个施肥处理,设常规施用化肥为对照（CK）、化肥减施25%+增施25%有机肥（T25）、化肥减施50%+增施50%有机肥（T50）,试验采用单因素随机区组设计,各处理重复3次,随机区组排列,共计9个小区,每个小区面积13.2 m²。其中化肥减施25%和减施50%均是在常规施肥总施肥量的基础上进行减施,即化肥较常规施肥总施肥量减施25%（钙镁磷肥减施25%,硫酸钾型复合肥减施25%）;化肥较常规施肥总施肥量减施50%（钙镁磷肥减施50%,硫酸钾型复合肥减施50%）。各处理具体化肥施用设置见表1。

表1 试验各处理的施肥量

Tab. 1 Amount of fertilization of different treatments in experiment

处理 Treatment	肥料用量 Amount of fertilization/[kg·(667 m²)^-1]
处理 Treatment	钙镁磷肥 Magnesium phosphate	硫酸钾型复合肥 Compound fertilizer (K₂SO₄)	有机肥 Organic fertilizer
CK	80	50.0	300
T25	60	37.5	375
T50	40	25.0	450

1.2.2 测试指标及方法产量与生物量测定：成熟期按小区采收后用天平进行称重,按部位计算单株产量和生物量;于每个小区随机挑选3株甘蓝,纵切后采用直尺测量甘蓝纵径（从植株基部至最外层叶片的高度,cm）、横径（叶球左右的最大宽度,cm）及轴长（从植株基部至生长点的长度,cm）。

每小区随机选取3株甘蓝测定叶球各项品质指标：可溶性蛋白含量用考马斯-G250溶液法测定,可溶性糖含量用蒽酮-硫酸比色法测定,硝酸盐含量用水杨酸-硫酸比色法测定,亚硝酸盐采用磺胺比色法测定,维生素C含量用2,6-二氯酚靛酚染色法测定。在每小区随机选取3株甘蓝,采用氮平衡仪测定甘蓝第3片叶的氮平衡指数、叶绿素指数;选择相同叶片于晴天上午9：00—11：00采用便携式光合仪测定光合参数,并采用Fluorpen便携式叶绿素荧光仪测定叶绿素荧光动力学曲线（OJIP）。

土壤理化性质及微生物测定：在距离主根5 cm处用取样器采集0~20 cm耕层土样,每小区按五点采样法取样,将所采土壤混合均匀后带回实验室分析土壤理化性质及微生物。真菌、细菌和放线菌采用林先贵^[14]平板培养法,分别采用马丁（Martin）培养基、营养琼脂培养基、改良高氏Ⅰ号培养基;采用鲍士旦^[15]常规农化分析方法测定风干土的碱解氮、有效磷、速效钾及有机质含量。

1.3 数据处理

试验统计分析采用 SPSS 20.0软件,数据作图采用Microsoft Excel 2010软件。

2 结果与分析

2.1 有机肥部分代替化肥对甘蓝产量与生长的影响

由图1可知,对照与各处理之间甘蓝的产量和生物量没有显著差异;在不同的处理之间,甘蓝的纵径与轴长没有显著差异,而在横径上存在显著差异,其中T25处理的横径显著长于CK和T50处理,而在CK和T50处理之间,横径没有显著差异。

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图1 不同施肥处理下甘蓝的叶球形态及生物量

A：甘蓝叶球形态;B：甘蓝纵切剖面图;C：甘蓝产量及生物量;D：甘蓝叶球形态评价指标。图内不同小写字母表示不同施肥处理间存在显著差异（P<0.05）。

Fig. 1 Biomass and leaf morphology of Chinese cabbage under different fertilization treatments

A: The shape of Chinese cabbage; B: Chinese cabbage longitudinal section; C: Chinese cabbage yield and biomass; D: Chinese cabbage leaf shape evaluation index. Different lowercase letters in the figure indicate significant differences among different fertilization treatments (P<0.05).

2.2 有机肥部分代替化肥对甘蓝品质的影响

在蔬菜品质的评判中,蔬菜中硝酸盐、维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白是常见的品质测量指标。从表2可见,与CK处理相比,硝酸盐含量随着化肥施用量的减少而显著降低,相较于CK,T50处理甘蓝硝酸盐含量降至最低仅为17.7 mg/kg;亚硝酸盐具有致癌作用,从表2中可以看出,随着减施化肥的比例增加,各处理亚硝酸盐的含量逐渐降低,其中T50处理显著低于CK。本试验中,T25处理维生素C含量与对照之间无显著差异,而T50处理显著降低;T50处理可溶性糖含量显著低于对照;可溶性蛋白随化肥施用量减少呈下降趋势,但各处理间无显著差异。

表2 不同施肥处理下甘蓝品质差异性分析

Tab. 2 Analysis on quality difference of Chinese cabbage under different fertilization treatments

处理 Treatments	硝酸盐 Nitrate/(mg·kg^-1)	亚硝酸盐 Nitrite/(mg·kg^-1)	维生素C Vitamin C/[mg·(100 g)^-1]	可溶性糖 Soluble sugar/%	可溶性蛋白 Soluble protein/(mg·g^-1)
CK	26.3±1.30^a	0.86±0.044^a	31.0±1.56^a	11.50±0.57^a	1.00±0.089^a
T25	20.3±1.26^b	0.82±0.041^a	28.7±1.54^a	9.13±0.78^ab	0.95±0.042^a
T50	17.7±1.43^b	0.60±0.039^b	22.3±0.60^b	8.82±0.57^b	0.89±0.055^a

	注：每个值都是由3个重复的平均值±标准误,不同字母表示差异达5%显著水平（P<0.05）。
	Note: Each value is the mean ±SE of three independent experiments. Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05).

2.3 有机肥部分代替化肥对甘蓝光合作用的影响

光合作用是植物重要的生理过程,闻靖等^[16]指出叶色是反映叶片中叶绿素含量最直观的指标,叶绿素含量直接影响着作物光合作用的强度,进而影响作物的生长状况。从表3可以看出,各处理下甘蓝叶片的氮平衡指数、叶绿素指数以及净光合速率没有显著差异,减施化肥同时配施有机肥不会减少叶片中光合色素的含量,降低作物的光合速率。Xu等^[17]和Saikia等^[18]研究表明,在增施有机肥的情况下,随着有机肥施用量的增加,植物叶片碳同化能力增强。这意味着可以将更多的光能转为化学能,说明生物有机肥与化肥配施在一定程度上保证植株的光合效率,不会因为化肥施用量的减少而降低植物的生长和干物质的积累。本试验中,从表3可知,不同的施肥处理对甘蓝叶片的气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率均没有显著影响,因而短期内进行有机肥部分代替化肥对甘蓝的光合作用强度无影响。

表3 不同施肥处理间甘蓝的叶色指数及气体交换参数

Tab. 3 Leaf color index and gas exchange parameters of Chinese cabbage under different fertilization treatments

处理 Treatments	氮平衡指数 NBI/(mg·L^-1)	叶绿素指数 Chl/(mg·L^-1)	净光合速率 P_n/(μmol·m^-2·s^-1)	气孔导度 G_s/(μmol·m^-2·s^-1)	蒸腾速率 T_r/(mmol·m^-2·s^-1)	胞间浓度 C_i/(μmol·mol^-1)
CK	46.79±3.29^a	36.21±1.32^a	21.86±1.17^a	0.16±0.01^a	5.48±0.23^a	151.74±16.13^a
T25	48.08±0.97^a	38.98±1.72^a	21.65±0.98^a	0.17±0.01^a	5.42±0.17^a	168.97±10.50^a
T50	47.93±1.41^a	36.81±1.44^a	20.38±0.33^a	0.15±0.01^a	5.25±0.38^a	130.23± 6.13^a

	注：每个值都是由3个重复的平均值±标准误,不同字母表示差异达5%显著水平（P<0.05）。
	Note: Each value is the mean±SE of three independent experiments. Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05).

本试验采用Fluorpen便携式叶绿素荧光仪测量甘蓝叶片叶绿素荧光快速诱导动力学曲线。F_K、F_J和F_I分别是300 μs、2 ms和30 ms时的荧光强度,F_M=F_P即最大荧光强度。从图2可以看出,不同施肥处理的叶片荧光诱导动力学曲线各时间点和形态略有差异,各点之间都以T50处理的荧光强度最大。

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图2 不同施肥处理的甘蓝叶片叶绿素荧光诱导动力学曲线

Fig. 2 Chlorophyll ﬂuorescence transients of Chinese cabbage leaves under different fertilization treatments

2.4 有机肥部分代替化肥对甘蓝根际微生物数量的影响

刘鹏等^[19]和黄绍文等^[20]的研究表明土壤中微生物的种类组成和数量对土壤的质量具有直接影响,土壤中微生物具有改善土壤理化性质、提高土壤肥力、抑制土传病害产生的作用。由图3可知,T25处理的根际细菌数量显著低于CK与T50处理,而T50处理与对照之间的细菌数量无显著差异。有机肥部分替代化肥可减少根际真菌数量,在不同的施肥处理间,T50处理显著低于对照,但与T25处理无显著差异;随着有机肥增施量的增大,放线菌数量呈显著上升趋势。

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图3 不同施肥处理的根际土壤微生物数量

图内不同小写字母表示不同施肥处理间存在显著差异（P<0.05）。

Fig. 3 Microorganism quantity in soil of Chinese cabbage under different fertilization treatments

Different lowercase letters in the figure indicate significant differences among different fertilization treatments (P<0.05).

2.5 有机肥部分替代化肥对甘蓝根际土壤养分含量的影响

郭小强等^[21]指出施用生物肥可增加土壤微生物功能群数量,改善土壤微生态环境和土壤氮素营养循环,提高土壤酶活性和土壤肥力。由表4可知,随着有机肥施用量的增加,土壤中的pH呈增长趋势,T50处理显著高于CK;不同处理之间的有机质含量呈下降趋势,各处理间无显著差异;CK、T25、T50处理后有效磷、速效钾含量较原土壤有明显提高;T50处理全氮、碱解氮含量与CK处理中全磷含量较原土壤有所下降,各处理中其他养分较原土壤无明显差异。

表4 不同施肥处理的甘蓝根际土壤养分含量变化

Tab. 4 Change of soil nutrient content in cabbage rhizosphere under different fertilization treatments

处理 Treatmets	pH	有机质 Organic matter /(g·kg^-1)	全氮 Total N /(g·kg^-1)	全磷 Total P /(g·kg^-1)	全钾 Total K /(g·kg^-1)	碱解氮 Alkaline N /(mg·kg^-1)
CK	6.85±0.02^b	47.2±0.58^a	4.04±0.16^a	1.87±0.05^b	12.73±0.70^a	113.5±2.94^a	162.3±5.90^a	525±2.89^a
T25	6.89±0.02^b	43.5±4.10^a	4.10±0.10^a	2.22±0.10^a	10.55±0.85^ab	116.5±5.99^a	162.0±5.69^a	490±7.64^b
T50	7.03±0.02^a	45.2±2.65^a	3.33±0.04^b	1.99±0.02^ab	9.06±0.56^b	92.8±2.03^b	185.0±3.21^a	450±2.89^c

	注：每个值都是由3个重复的平均值±标准误,不同字母表示差异达5%显著水平（P<0.05）。
	Note: Each value is the mean±SE of three independent experiments. Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05).

3 讨论

植物光合作用的效率直接决定作物产量的高低,施肥量对作物的叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数有着重要的影响^[22]。本试验中,减少化肥施用量,并增施有机肥,甘蓝叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率均没有显著下降,表明化肥减施并增施有机肥没有降低甘蓝叶片的光合作用,光合速率和气孔开度不降低,能够保证光合作用正常进行,其原因可能是增施有机肥有利于保持正常状态下的气孔开度,确保有充足的CO₂进入叶肉细胞参与植物体内的光合作用,并保证CO₂的正常供应,这与在花生^[23]上的研究结果较为一致。

路花等^[24]在燕麦的施肥研究中指出,随配施有机肥量增加,燕麦田土壤微生物群落的丰富度和均匀度显著提高;在连续栽种烟草的土壤中,有机无机肥料配施提高了土壤放线菌门（Actinobacteria）的细菌丰度^[25]。本研究中,T50处理的真菌数量显著低于对照;放线菌数量随施加有机肥比重的增加呈上升趋势,T50处理与对照之间的放线菌数量存在显著差异。这与在辣椒^[21]及莴笋^[13]等试验中相似,原因可能是因为有机肥中本身就含有大量有益活菌,有机肥的使用改善了土壤酸性,施入土壤后有益微生物在适宜的土壤环境中大量繁殖,从而抑制住真菌的生长。在本试验中,随着有机肥施用比重的增加,土壤中的pH呈增长趋势,其中T50的根际土壤pH值为7.03,这与马铁铮等^[26]的研究结果相似,施用有机肥可以提高土壤pH,是因为有机肥含有较高的有机质,还含有大量的有益微生物,对土壤酸性环境有良好的缓冲作用。在本试验中,土壤养分变化与在小麦^[27]上的研究结论有出入,处理中有效磷、速效钾含量显著高于原土壤,可能是由于本试验中施用肥料中,有效磷、速效钾的含量较高,远远超过了作物在生长过程中所需要的含量,所以土壤中有效磷与速效钾的含量明显增加;而T50处理中全氮、碱解氮含量与CK处理中全磷含量较原土壤中有所下降,可能是因为甘蓝在该处理中对氮、磷等元素的吸收较好,超过处理中肥料配比所供给的量。为更深入地探讨土壤理化性状、养分变化与减施化肥之间的关系,需要排除外界环境的干扰,通过长期试验进一步研究。

作物的产量和品质与光合作用及土壤微生物结构之间有着密不可分的联系^[28,29]。本试验条件下,化肥减量50%并增施有机肥显著降低了甘蓝叶球中硝酸盐与亚硝酸盐的含量,与李杰等^[30]的研究结果相一致,说明适宜的有机肥替代化肥可减少甘蓝硝酸盐及亚硝酸盐的积累,提高食用甘蓝的安全性和营养品质。本研究发现,不同处理之间在横径上存在显著差异,T25处理的横径显著长于对照和T50处理,而在CK和T50之间没有差异,因而,说明适当的有机肥与化肥配比可以增加甘蓝的横径。本研究中,化肥减量25%~50%并增施有机肥没有减少甘蓝产量与生物量,这与杨眉等^[31]的研究相似。减少了化肥的施用量,但有机肥的补充能够维持作物正常的光合作用,能够为作物正常生长提供足量的养分,不会因为化肥的减量而降低作物的产量。

4 结论

综合考虑甘蓝品质、土壤微生物以及土壤状况,T50处理在本试验中优于对照及T25处理。此外,化肥减施25%并增施有机肥,甘蓝横径最长。综上所述,在本试验条件下,T50处理甘蓝能够在化肥减量50%的情况下保持产量与品质不下降,同时提高土壤状况与放线菌数量,是相同条件下冬闲田甘蓝生产的一种稳产合理的施肥方式。

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原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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