谢言东 郁继华 吕剑 颉建明 冯致 李金武 王舒亚 金宁 孟鑫 李雯琳
摘 要:为明确不同施肥模式在兰州地区露地甘蓝生产中的应用效果及其可行性,以甘蓝品种绿急为试验材料,采取田间小区试验,研究不同施肥处理对露地甘蓝生长、产量及品质的影响。结果表明,与常规施肥(N 135 kg·hm-2+P2O5 345 kg·hm-2)相比,化肥减量50%配施有机肥处理的甘蓝干鲜质量均增加,产量显著提高30.86%,甘蓝叶球可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量分别提高62.14%、64.76%、2.41%,且硝酸盐含量降低27.31%。主成分分析結果显示,化肥减量50%配施有机肥处理的排名最高。综合分析可知,化肥减量50%配施有机肥6000 kg·hm-2可以显著促进甘蓝生长,提高产量,改善品质,有效降低化肥施用量,可作为兰州高原夏菜甘蓝生产的推荐施肥模式。
关键词:甘蓝;有机肥;化肥;产量;品质;主成分分析
中图分类号:S635.1 文献标志码:A 文章编号:1673-2871(2021)12-052-06
Abstract: In order to clarify the application effect and feasibility of different fertilization modes in the production of open-field cabbage in Lanzhou, in this experiment, the cabbage cultivar Lvji was used as the test material, and adopted a field trial to study the effects of different fertilization treatments on the growth, yield and quality of cabbage in open field. The results showed that, compared with conventional fertilization, the dry and fresh weight of cabbage treated with 50% reduction in chemical fertilizer and organic fertilizer increased significantly, and the yield increased by 30.86%, the soluble sugar, soluble protein and vitamin content of cabbage leaf bulbs increased by 62.14%, 64.76%, 2.41%, and the nitrate content decreased by 27.31%. The results of principal component analysis showed that, 50% reduction in chemical fertilizer and organic fertilizer treatment ranked highest. The comprehensive analysis shows that the 50% reduction in chemical fertilizer and the application of 6000 kg·hm-2 organic fertilizer can significantly promote the growth of cabbage, increase yield, improve quality, and effectively reduce the amount of chemical fertilizer, it can be used as a recommended fertilization mode for summer cabbage production in Lanzhou plateau.
Key words: Cabbage; Organic fertilizer; Chemical fertilizer; Yield; Quality; Principal component Analysis
结球甘蓝(Brassica oleracea L. var. capitata)起源于地中海至北海沿岸,分布广泛,具有品质好、食用安全性高、耐热、抗病性强等特点[1-2]。近些年来,为了追求作物高产、获得短期的经济效益,农药和化肥过量施用,破坏了土壤生态平衡,造成土壤板结、土壤性状恶化、环境污染和蔬菜品质下降等一系列问题[3-4]。因此,优化土壤结构,调整施肥模式,减少化肥施用量,增施有机肥、微生物肥料,对农业的可持续发展意义重大[5-6]。
有机肥可以通过增加土壤中的有机质而改善土壤养分状况,提高微生物活性,改善土壤理化性质,有效降低土壤容重,促进作物对土壤养分的吸收,提高作物产量,改善品质,起到提质增效的作用[7-9]。微生物菌剂可通过调节土壤中微生物菌落的平衡以促进土壤中的养分分解、转化和合成,提高土壤中有效养分含量和酶活性,促进作物根系的生长,提高作物对水肥的吸收能力,增强作物的生长势,使作物的抗性、产量及品质显著提高[10-14]。缓释肥是通过添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂来抑制相关生物活性的肥料,使肥料分解速度减缓,同时也通过不同包膜层调控土壤中养分释放和溶解,来提高其利用率,通过施用缓释肥降低氨的挥发量,来减少氨的损失,因此,缓释肥具有肥效持久、肥料利用率高、损失少、环境友好等特点[15]。化肥减量配施缓释肥可以提高作物的根系活力,同时促进作物对土壤中养分的吸收和利用,提高产量,改善品质[16-18]。众多研究表明,优化施肥模式[19]、科学的肥料配比[20]、增施有机肥[21]和微生物菌肥[22]等,可以使土壤中的养分得到有效利用,促进作物生长,改善品质,最终达到增产增效的目的。
榆中县是甘肃省高原夏菜主产区,甘蓝是高原夏菜主栽品种之一,在长期栽培过程中,化肥施用过量、不合理,造成土壤板结、蔬菜品质下降等问题。因此,笔者以甘蓝品种绿急为试验材料,研究常规施肥增施有机肥、菌剂,单施有机肥,化肥减量配施有机肥以及缓释肥替代普通化肥模式对甘蓝生长、产量和品质的影响,旨在为当地甘蓝生产提供合理的施肥依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2018年5—7月在甘肃省兰州市榆中县康源现代农业产业园区内进行。试验区平均海拔1790 m,年平均气温6.6 ℃,平均降水量300~400 mm,平均蒸发量1 343.1 mm,属于半干旱地区。
1.2 材料
试验材料甘蓝品种为绿急,由福州农播王种苗有限公司生产,甘蓝类型为普通结球甘蓝。
肥料:磷酸二铵[(w(N)=18%,w(P2O5)=46%)],由云天化三环嘉吉化肥有限公司生产;有机肥和菌剂均为北京丰民同和国际农业科技发展有限公司生产的蒙鼎底肥和蒙鼎微生物配肥复合菌剂,有机肥中有机质含量(w,后同)40%,腐殖酸含量10%,氮磷钾含量5%,微生物复合菌剂有效活菌数≥10亿·g-1;缓释肥[(w(N)=26%,w(P2O5)]=11%,w(K2O)=11%)为云南云天化股份有限公司生产的三环复合肥料;过磷酸钙[(w(P2O5)=12%)]为上海永通化工有限公司生产。
1.3 试验设计
试验于2018年5月7日施肥,2018年5月12日定植,露地栽培,随机区组设计,小区长11.1 m,宽4.5 m,株距30 cm,行距40 cm,各小区栽培面积均为49.95 m2,共設置8个处理,3次重复,试验处理分别为常规化肥(CK)、常规化肥+有机肥6000 kg·hm-2(YJa)、常规化肥+有机肥6000 kg·hm-2+菌剂(YJb)、有机肥6000 kg·hm-2 (YJc)、有机肥6000 kg·hm-2+菌剂(YJd)、化肥减量50%+有机肥6000 kg·hm-2(YJe)、过磷酸钙和缓释肥配施 (HSF)、化肥减量30%(HFJ),详见表1。将各处理肥料均匀撒在栽培区域内,然后用旋耕机将肥料均匀翻入地下。
1.4 测定指标及方法
1.4.1 生长指标的测定 在甘蓝的采收期,每个处理随机选取10株,株高用卷尺测量基部到生长点的距离;株幅采用钢卷尺十字交叉测量甘蓝叶片开展数值并做乘积;鲜质量用电子秤称量植株各个部分的质量以及整株的质量,鲜质量称完以后用烘箱在105 ℃下杀青30 min,80 ℃下烘干至恒重即得干质量。
1.4.2 产量的测定 在甘蓝采收期,收获并记录每个处理的产量,最后折算成每hm2产量。
1.4.3 品质的测定 在甘蓝采收期,选取大小均匀一致的3株甘蓝,取每株甘蓝的1/4粉碎混匀进行品质测定,采用2,6-二氯酚靛酚染色法测定维生素C含量;采用考马斯亮蓝G-250比色法测定可溶性蛋白含量;采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量;采用水杨酸-硫酸比色法测定硝酸盐含量[23]。
1.4.4 主成分分析法 采用SPSS 20.0软件对甘蓝8个施肥处理的生长指标、品质指标数据进行标准化处理,然后进行主成分分析,根据特征值大于1,累计方差贡献率大于84%,确定主成分个数,利用SPSS 20.0软件计算甘蓝8个施肥处理综合得分,得出排名。
1.5 数据处理
采用Microsoft Excel 2019对数据进行处理和作图,用SPSS 20.0进行显著性(Duncan)分析和主成分分析。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对甘蓝株高和株幅的影响
由图1可以看出,不同施肥处理的甘蓝株高和株幅表现不同。与CK相比,仅HSF处理株高显著提高7.84%,而其他处理株高与CK均无显著性差异。与CK相比,YJd、HFJ、YJe、YJb、YJc处理甘蓝株幅分别显著提高35.67%、24.06%、22.52%、19.04%和16.74%,其中,YJd处理株幅最大;HSF处理甘蓝株幅低于CK,但与CK差异不显著;HFJ、YJe、YJd处理之间株幅无显著差异。
2.2 不同施肥处理对甘蓝干鲜质量的影响
由表2可以看出,不同施肥处理对甘蓝干鲜质量的影响不同。其中,YJe处理地上部鲜质量最大,CK次之,YJc最小,但各处理间地上部鲜质量均无显著性差异;YJe、HFJ、YJb、YJd和HSF处理甘蓝地下部鲜质量较CK分别提高47.51%、19.82%、18.55%、17.46% 和17.09%,其中YJe处理地下部鲜质量最大,且与CK 之间存在显著性差异;YJd、YJe处理甘蓝地上部干质量均显著高于CK、YJa、YJb和HSF,且较CK分别提高为19.82%、11.83%,但CK、YJa、YJc之间地上部干质量无显著性差异;YJe处理甘蓝地下部干质量显著高于CK、YJa、YJc、YJd和HFJ,且较CK提高35.69%,CK、YJb、YJd、HSF、HFJ处理之间地下部干质量均无显著性差异;YJd、YJe、HFJ处理间甘蓝整株干质量存在显著性差异,且分别较CK显著提高17.70%、12.73%、7.76%。
2.3 不同施肥处理对甘蓝产量的影响
由表3可知,不同施肥处理对甘蓝产量的影响不同。其中,YJe产量最高,为6 6159.19 kg·hm-2,YJe、YJb处理的产量分别较CK显著提高30.86%、22.80%,HSF处理产量显著低于CK,其他处理产量与CK间无显著差异。
2.4 不同施肥处理对甘蓝品质的影响
由表4可以看出,不同施肥处理下甘蓝叶球可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C和硝酸盐含量的变化不同。其中,YJe、YJa处理的甘蓝叶球可溶性糖含量分别较CK显著提高62.14%和52.26%;YJd处理的可溶性糖含量低于CK,其他处理的可溶性糖含量均高于CK,但均与CK无显著性差异。YJe处理的甘蓝可溶性蛋白含量显著高于其他处理,较CK提高64.76 %。不同施肥处理下维生素C含量从大到小依次为:YJe> YJa > CK > HFJ > YJd > YJb> YJc> HSF,YJe处理的维生素C含量与YJb、YJc、YJd、HSF、HFJ间均存在显著性差异,但与YJa、CK之间无显著性差异。YJe处理的甘蓝硝酸盐含量最低,HFJ处理的硝酸含量最高,且显著高于CK,其他处理的硝酸盐含量均低于CK,其中,YJe、YJb、YJc处理的甘蓝硝酸盐含量分别较CK显著降低27.31%、20.85%、18.07%。
2.5 甘蓝各个指标的主成分分析
不同施肥处理的甘蓝生长、产量和品质表现效果不同,为了筛选出最优施肥处理,对8个施肥处理进行主成分分析,甘蓝的主成分分析表现见表5~7。从12种成分当中提取4种主成分,分别为Y1、Y2、Y3、Y4,其特征值分别为4.24、2.99、1.82和1.15,其累积方差贡献率分别为35.32%、60.20%、75.38%和84.93%。Y1主要代表性指标有可溶性蛋白含量、地上部鲜质量、地下部鲜质量和地下部干质量;Y2主要代表性指标有维生素C含量、地上部干质量和整株干质量;Y3主要代表性指标有株高、可溶性糖含量和产量;Y4主要代表性指标有硝酸盐含量。以Y1、Y2、Y3和Y4的方差贡献率为作为权重,构建甘蓝生理指标综合模型和主成分表达式:
Y1=0.119X1-0.014X2+0.129X3-0.078X4+0.368X5+0.046X6+0.4X7+0.467X8-0.013X9+0.468 X10+0.052X11+0.28X12;
Y2=-0.111X1+0.177X2-0.186X3+0.113X4-0.058X5 +0.381X6+0.086X7 +0.075X8+0.554X9+X10-0.054X11+0.133X12;
Y3=-0.458X1-0.047X2+0.552X3-0.048X4-0.068X5+0.483X6+0.106X7+0.081X3+0.006X9+0.136X10-0.047X11+0.513X12;
Y4=0.607X1-0.003X2+0.005X3+0.904X4-0.488X5-0.055X6+0.120X7+0.089X8+0.057X9-0.010X10+0.126X11-0.188X12;
Z=35.32%Y1+24.88%Y2+15.17%Y3+9.55%Y4。
式中:X1表示株高;X2表示株幅;X3表示可溶性糖含量;X4表示硝酸鹽含量;X5表示可溶性蛋白含量;X6表示维生素C含量;X7表示地上部鲜质量;X8地下部鲜质量;X9表示地上部干质量;X10表示地下部干质量;X11表示整株干质量;X12表示产量;Z为主成分得分。
根据表7可知,不同施肥处理在甘蓝上肥料效应综合排名顺序由高到低依次为为:YJe>HFJ>YJd>CK>YJb>YJa>HSF>YJc,YJe处理综合得分最高,得分为1.828,表明化肥减量50%配施有机肥处理施肥效果最好,YJc处理综合得分最低,得分为-2.378,表明其施肥效果最差。
3 讨论与结论
化学肥料中含有作物生长发育必需的营养元素,施用化学肥料可以提高土壤肥力,对作物的生长、产量和品质形成影响很大[24-25]。但是,化肥过量施用会造成养分大量浪费[26],蔬菜产量和品质也会下降,甚至会造成水土污染,不利于农业的可持续发展[27]。株高和株幅作为基本的生长指标,在一定程度上能反映蔬菜作物的生长状况,对产量的形成有一定的影响。刘玉英等[28]研究表明,适量的有机肥与无机肥配施可以提高结球甘蓝的株高,这与本研究结果相似。汪新胜等[29]研究表明,有机肥配施化肥、添加微生物菌肥可以增加甘蓝株幅,这与本研究结果一致。生物量在一定程度上可以间接反映作物的产量。干物质是作物吸收养分和进行光合作用的形成物,其积累量可以反映作物的生长状况,科学施肥有利于干物质的积累和合理分配,有利于作物增产[30-33]。笔者研究表明,化肥减量50%+有机肥、常规施肥、化肥减量30%处理的甘蓝干鲜质量从大到小依次为:化肥减量50%+有机肥>常规施肥>化肥减量30%,这表明化肥过高或过低都会降低植株的干鲜质量,科学的肥料配比才会促进甘蓝生长,化肥减量50%配施有机肥能为甘蓝生长提供足够的养分,有利于甘蓝干鲜质量的增加,这与唐宇等[34]、王庆玲等[35]的研究结果一致。
笔者研究结果表明,化肥减量50%配施有机肥增产效果最为显著,表明适量的化肥与有机肥配施,可以促进甘蓝生长,并使甘蓝获得高产,常规化肥配施有机肥和菌剂的甘蓝产量较高,单施有机肥产量较低,这可能是有机肥肥效缓慢,短期内不能满足作物生长的需求,这与魏文良等[36]、杜春燕等[37]和宋以玲等[38]的研究结果一致。众多研究表明,化肥减量增施有机肥能够改善蔬菜品质[39-41]。本试验结果表明,化肥减量50%配施有机肥处理的甘蓝可溶性糖含量、维生素C含量、可溶性蛋白含量均提高,硝酸盐含量显著降低,这与张迎春等[42]、杨鹏等[43]、陵军成[44]、郭春铭等[45]的研究结果一致。
主成分分析法是一种科学和合理的综合评价方法,它可以从各个指标之间的相关性及变化来确定权重,得出综合得分,并进行排名,筛选出一种最优的结果[46]。主成分分析表明,化肥减量50%配施有机肥处理得分最高,表明该处理对甘蓝的生长、产量的提高、品质的提升效果最显著,原因可能是有机肥增加土壤中的有机质,改善土壤中的理化性质,提高土壤中的养分含量,有利于甘蓝的生长,达到增产增效的目的[47]。
综上所述,化肥减量50%配施有机肥6000 kg·hm-2处理可以促进甘蓝的生长,提高产量,改善品质,可作为甘蓝可持续生产的合理施肥方式。
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