稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋生长及品质的影响研究

蒯佳琳，马彦霞，侯 栋，张玉鑫，姚 拓，于庆文

(1. 甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃 兰州 730070; 2. 甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070)

莴笋(LactucasativaL.)富含维生素、糖和氨基酸等，营养丰富，有益健康，深受人们喜爱，是甘肃省高原夏菜产业中主要栽培叶类蔬菜之一[1-2]。随着播种面积的增大，在各蔬菜产区普遍存在化肥施入量过剩、有机肥施入不足的现象，连续多年大量施用化肥不仅使蔬菜极易富集硝酸盐，胁迫蔬菜生长和降低营养品质，而且会严重破坏土壤结构和成分，造成土壤板结、土壤肥力下降、生态环境变差[3-5]。为了缓解化肥施用过量对栽培环境及蔬菜作物的产量和品质所造成的不利影响，新型肥料在农业生产中越来越受到人们的重视[6]。

利用从不同环境、不同植物群落根际分离、筛选的优良促生菌研制的生物菌剂与化肥配施，具有培肥土壤、提供作物营养、调控植物生长和改善作物品质的作用[7-8]。如蒋永梅等[9]、李杰等[10]、李凤霞等[11]通过微生物菌剂与化肥配施花椰菜的应用效果表明，施用菌剂替代20%～30%的化肥用量对花椰菜生长具有良好的促进效果，能够改善花椰菜的品质。同时，张迎春等[12]也发现每667 m2添加400 kg生物有机肥替代20%的化肥可增强莴笋叶片光合能力，提高莴笋产量。以上相关研究发现微生物肥料替代30%以内的普通化肥可以有效减少化肥投入量，促进蔬菜生长，反之则会抑制蔬菜生长。

稳定性肥料是指在肥料的生产过程中添加脲酶抑制剂或硝化抑制剂，或者同时添加2种抑制剂的肥料，相较于普通化肥具有延长肥效、满足一次性施肥需要的特点，近年来在蔬菜生产上可替代普通化肥，应用广泛[13-16]。过往研究主要集中在稳定性肥料或微生物肥料单一的替代普通化肥基础之上，而关于2种新型肥料配施方面的研究甚少。结合2种新型肥料的功能特点，在保证产量的前提下为了使微生物肥料的田间促生效果达到最佳，最大限度发挥菌剂替代的作用和减少化肥用量，本试验以蔬菜硫基稳定性复合肥替代普通化肥作为微生物菌剂的增效载体，研究了不同蔬菜硫基稳定性复合肥用量对莴笋生长及品质的影响，旨在寻找二者的最佳配施组合，以期为西北干旱灌区露地莴笋的可持续优质生产提供理论和技术依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2018年在农业农村部西北地区蔬菜科学观测试验站内进行，该试验站位于甘肃省金昌市永昌县城关镇大坝村(101°93′40″E，38°26′70″N)，海拔1 996 m，属温带大陆性干旱气候区，年平均气温4.8℃，夏秋季节平均气温20℃左右。多年平均降水量185.1 mm，降水年内分布不均，主要集中于6—9月，年蒸发量2 000.6 mm，≥10℃年积温2 011℃，无霜期134 d，区域光照充沛，气候冷凉，昼夜温差大，是甘肃省河西走廊高原夏菜生产基地[17]。土壤类型为灌漠土，0～20 cm耕层土壤理化性质见表1。

1.2 试验材料

试验作物：莴笋品种为‘青美’。

试验肥料：尿素(含N量≥46%)，硫酸钾(含K2O≥52%)，过磷酸钙(含P2O5≥12%)均为试验地市售；麦积山蔬菜硫基稳定性复合肥(N∶P∶K=18∶16∶14)，由甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所研制并生产；微生物菌剂依托国家重点研发计划“露地蔬菜化肥农药减施技术集成研究与示范”项目研发生产的成熟的产品(含4种PGPR菌株，有效活菌数≥108CFU·g-1)，已在燕麦、玉米、花椰菜上进行了相关应用，生产单位为甘肃鸿远生物科技有限公司，技术支持单位为甘肃农业大学草业学院与甘肃省农业科学院蔬菜研究所。执行标准：NY/T 798-2015【农业部登记证号：微生物肥(2012)准字0887号】。

表1 0～20 cm耕层土壤理化性质

1.3 试验设计

试验为大田试验，设6个处理，分别为：CK，不施肥料；CF，当地菜农习惯施肥处理(尿素600 kg·hm-2，过磷酸钙750 kg·hm-2，硫酸钾400 kg·hm-2)；T100，100%稳定性复合肥化肥(N、P2O5、K2O施用总量与CF相同)；T80，80%稳定性复合肥化肥+菌剂；T60，60%稳定性复合肥化肥+菌剂；T40，40%稳定性复合肥化肥+菌剂；3次重复，共18个小区，每个小区面积30 m2，采用随机区组排列，以减少试验误差，小区之间以60 cm田埂分开。T100、T80、T60、T40处理所用的化肥全部采用麦积山蔬菜硫基稳定性复合肥，作底肥一次性施入；菌剂用量为60 kg·hm-2，作底肥一次性施入；CF处理中的过磷酸钙作底肥一次性施入，尿素和硫酸钾分次施用(基肥40%，在莲座期和根茎膨大期分别追施30%)，各小区施肥量见表2。试验采用一垄双行垄面覆膜栽培，垄宽40 cm，沟宽30 cm，株距35 cm。于2018年4月2日育苗，5月10日定植，7月4日采收。定植后采用沟灌浇缓苗水600 m3·hm-2，之后每隔9 d左右浇水1 次，总共浇水5 次，每次灌水量约为375 m3·hm-2。莴笋生长期间进行的喷药、除草等常规农事操作均保持一致。

表2 试验各处理的施肥量/(kg·hm-2)

1.4 测定项目和方法

采样：分别于莲座期、成熟期破坏性取植株，每个处理15株。取样时测定植株生物量。

产量测定：采用田间称量法，记录各处理小区的每日采收量，至采收全部结束后，汇总统计得出莴笋各处理小区的产量，同时测定成熟莴苣植物学特性(株高、茎粗、茎长、叶片数和单株重)。

品质测定：成熟期每小区随机选取5株莴笋测定茎、叶各项品质指标。叶绿素含量采用丙酮、无水乙醇混合液浸提法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定；可溶性固形物含量采用手持式折光仪测定；Vc含量采用比色法测定；可溶性糖含量蒽酮比色法测定；硝酸盐含量采用紫外分光光度法( NY/T 1279-2007) 测定。

肥料贡献率：肥料贡献率是肥料对作物产量的贡献率，是以不施肥处理的产量为基准进行计算反映投入肥料生产能力的指标。

肥料贡献率(%)=(施肥处理产量(t·hm-2)-不施肥处理产量)/施肥处理产量×100%。

高海拔夏季莴笋的表型特征对不同施肥处理的响应程度用可塑性指数表示，参考Valladares[18]、贾丽欣等[19]的方法计算。可塑性指数(PI)的计算公式为：

PI=(NCK-Nk)/NCK

式中，NCK为对照处理的某一性状；Nk为k处理对应性状的数值。

1.5 数据统计分析

采用Excel 2010软件进行数据整理及图表制作，采用DPS 7.5统计软件对数据进行单因子方差分析，用新复极差法(Duncan)进行不同施肥处理下莴笋生长指标及品质指标的差异显著性分析(其中CK主要用于肥料贡献率及可塑性指数的计算，因在生产实践中并未应用，为避免试验误差，故不与其他处理进行方差比较分析)。

2 结果与分析

2.1 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋生长的影响

2.1.1 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋干物质积累量的影响 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋干物质积累的影响结果表明(图1)，在莲座期相较于常规施肥处理(CF)，T100、T80、T60和T40处理莴笋根部干物质积累量提高了17.67%～50.06%，其中T80处理与CF差异显著；T100和T80处理下莴笋莲座期茎、叶部干物质积累量较CF分别提高了5.64%、5.14%和1.41%、5.48%，而T60和T40处理下莴笋莲座期茎、叶干物质积累量较CF分别降低了2.09%、3.69%和1.02%、5.02%，但处理间差异并不显著。在成熟期相较于CF处理，T100、T80、T60和T40处理莴笋根部干物质积累量提高了17.38%～31.16%、茎部干物质积累量提高了2.82%～5.77%、叶部干物质积累量提高了11.43%～31.24%。其中以T60地上部干物质积累量均为最高，较T100茎部和叶部干物质积累量分别提高了 2.87%和12.07%；与处理T80和T40相比，茎部干物质积累量提高了1.72%和2.00%、叶部干物质积累量提高了14.87%和15.10%，但处理间差异不显著。

2.1.2 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋植物学表观特性的影响 从表3可以看出稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋生长的影响。在莲座期T100、T80、T60和T40处理茎长均小于CF，茎粗均大于CF，茎粗分别较CF增大17.10%、11.22%、5.41%和4.94%，且T100处理显著大于CF；T80处理叶片数显著大于其他处理；T100、T80处理的单株质量大于CF，分别较CF增加了1.43%和11.41%，但差异并不显著。而在成熟期T100、T80、T60和T40各处理茎长均小于CF，但差异并不显著；茎粗均大于CF，分别较CF增大9.98%、5.69%、5.34%和5.05%，且T100处理显著大于CF；T100、T80、T60和T40各处理叶片数均显著小于CF；T100、T80、T60处理的单株质量大于CF，分别较CF增加了8.80%、9.94%、11.57%，但差异并不显著。综合来看，相比于CF，等肥力条件下施用蔬菜稳定性复合肥可以促进莴笋生长，而各添加微生物菌剂处理之间，随着减少化肥量的增多，莴笋茎长、茎粗、叶片数及单株质量都呈下降的趋势。在添加60 kg·hm-2微生物菌剂的基础上，稳定性复合肥减量40%以下不会对莴笋的生长形成抑制作用，反而有促进作用。

表3 稳定性肥料配施微生物菌剂对单株莴笋植物学表观特性的影响

2.2 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋产量的影响

通过表4可以看出各处理间的产量差异。产量从大到小依次为T60>T80>T100>CF>T40>CK；处理T60、T80和T100产量大于CF，较CF分别增加了10.27%、2.77%和2.46%；处理T60、T80产量较处理T100分别增加了7.62%和0.31%，但差异并不显著。肥料贡献率从大到小依次为T60>T80>T100>CF>T40。综合来看T60处理产量和肥料贡献率均为最高。说明相比于CF处理，等肥力条件下施用蔬菜稳定性复合肥可以显著促进莴笋产量的增加，而在添加60 kg·hm-2微生物肥的基础上，稳定性复合肥减量40%以下不会降低莴笋的产量，反而促进莴笋产量增加。

表4 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋产量的影响

2.3 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋品质的影响

植株叶片的叶绿素含量是表征植株氮素供应状况的指标之一。从表5可以看出，相比于CF处理，T80处理叶绿素含量较CF提高了13.51%，其他施肥处理则小于CF，但差异并不显著。而对比T100处理，T60和 T80处理叶绿素含量较T100提高了2.28%和25.35%，且T80与T100处理差异显著。说明减少40%以下的蔬菜稳定性复合肥相较于100%蔬菜稳定性复合肥不会降低叶片叶绿素含量。

表5 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋品质的影响

Vc、糖分、可溶性固形物和蛋白质是衡量蔬菜产品营养品质的主要指标。相比于CF处理，T60和T80处理的Vc含量分别提高了2.29%和10.23%，其中T80处理与CF差异显著；T100处理可溶性糖含量提高了2.40%，其他处理较CF可溶性糖含量下降了9.44%～11.63%，其中T40与CF处理间差异显著；T100、T60和T80处理可溶性蛋白质含量分别提高了2.55%、1.38%和1.11%，其中T100与CF处理间差异显著；而各施肥处理间的可溶性固形物差异并不显著。

人体摄入的硝酸盐 70%～80%来自于蔬菜，硝酸盐含量高低也是评价蔬菜品质的重要指标之一。相比于CF处理，施用蔬菜稳定性复合肥能够明显降低莴笋硝酸盐含量， T100、T80、T60和T40处理分别降低了0.22%、14.13%、17.05%和25.91%；相比于T100处理，T40、T60和T80处理与T100处理差异显著，较T100分别降低了25.74%、16.87%、13.94%。说明减少蔬菜稳定性复合肥施用量添加微生物菌剂可以显著降低莴笋硝酸盐含量，改善蔬菜品质。

综合品质指标来看，在每公顷添加60 kg微生物菌剂的基础上，随着减施蔬菜稳定性复合肥的增多，莴笋的叶绿素含量、Vc含量、可溶性塘含量、可溶性蛋白质含量和硝酸盐含量均呈下降的趋势。

2.4 不同施肥处理下莴笋表型特征的可塑性变化分析

可塑性是表型进化的一个基本特点，是植物对环境条件或刺激的最重要反应，也是生物适应环境变化的重要方式。本试验以不施肥对照为参考，对不同施肥处理下莴笋表型特征的各项指标进行了可塑性指数变化程度分析，结果见表6。T60处理生物量、茎长、单重的可塑性指数均最大，T100处理茎粗的可塑性指数最大，T80处理叶片数的可塑性指数最大。不同处理间所有参数可塑性指数的平均值大小为T60>T100>T80>CF>T40。受不同施肥处理影响，各个指标可塑性程度的排序为单重>茎粗>生物量>叶片数>茎长。

3 讨 论

3.1 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋生长的影响

本试验研究结果表明，将稳定性复合肥按不同比例减量与微生物菌剂配施可明显促进莴笋生长，其中在60 kg·hm-2微生物肥的基础上与60%稳定性复合肥配施效果最佳，莴笋的茎长、茎粗、生物量和产量均高于对照，此研究结果与陈龙[20]、蒋永梅[9]、李琦[21]等学者运用同源微生物菌剂在玉米、燕麦、青梗花椰菜上的研究结果，以及张迎春[12]、李杰[10]、张佼[22]、李凤霞[11]、于健[23]等施用其他生物肥料替代化肥对莴笋、花椰菜、番茄上的促生作用研究结果有相同也有出入。相同点主要支持微生物菌剂具有促生作用，而不同之处主要围绕化肥的替代量。上述学者研究表明微生物菌剂替代化肥量应在15%～30%之间，当超过30%会造成一定的减产。而本研究环境中当化肥减量不超过40%时不会造成莴笋产量下降，究其原因一方面因为莴笋在本试验区域下移栽后52 d即可成熟，生育期较短，对养分的需求相对平衡，而试验采用的微生物菌剂本身所含4种优良促生菌株在该研究环境中定殖效果良好，分泌的有机酸促进了土壤中难溶性营养元素的溶解及释放，延长了土壤中有效养分的供给，有利于莴笋浅根系对土壤中营养元素的吸收利用，从而促进干物质的积累和产量形成；另一方面本试验使用的稳定性长效蔬菜专用复合肥弥补了普通化肥有效期短、持久性差的短板，一次性施入后养分的释放周期与莴笋生长需求相协调，有利于莴笋干物质的积累，促进生长，提高成熟期莴笋产量。同时微生物菌剂本身使用效果受菌剂活性、试验区气候、宿主植物和土壤状况等多因素影响[21]。因此，本研究团队将结合本年度试验结果，继续开展相关研究，因地制宜确定最佳施肥措施，使微生物菌剂的田间促生效果达到最佳。

3.2 稳定性肥料配施微生物菌剂对莴笋品质的影响

目前，蔬菜品质下降的重要原因是过量施用化肥造成的，因此减少化肥施用量，改善蔬菜品质对发展绿色农业具有重要意义。本试验研究结果表明，在每公顷添加60 kg微生物菌剂的基础上，蔬菜稳定性复合肥减量40%以下可以明显提高莴笋Vc 2.29%～10.23%、可溶性蛋白质含量1.38%～2.55%，显著降低硝酸盐含量13.94%～16.87%，这说明化肥减施可有效降低莴笋可食用部分中硝酸盐的积累，提高莴笋食用安全性，而微生物菌剂的添加可以提高莴笋可食用部分中Vc含量和可溶性蛋白的含量，从而改善莴笋的品质。一些学者的研究也支持了本试验结果，如赵贞等[24]研究表明施用微生物菌剂后可显著提高黄瓜果实中可溶性糖和Vc 含量，降低硝酸盐含量。于健等[23]研究表明减少20%化肥用量配施微生物肥较100%化肥处理番茄Vc含量提高了13.2%，可溶性糖含量提高了18.0%，硝酸盐含量降低了32.3%。李杰等[10]研究表明化肥减量20%与生物肥配施比当地常规施肥处理硝酸盐含量降低49.87%。其主要原因有可能是微生物菌剂所含促生菌具有与植物联合固氮、溶解土壤难溶性磷、转化有机磷、分泌植物生长激素和拮抗引起植物病害的病原菌等特性，稳定性长效复合肥配合施用微生物菌剂可以促进植物对营养元素的吸收和转化，满足莴笋生长期间对各种营养物质的需求，减少外部肥料的投入，有效降低了硝酸盐的富集，从而改善蔬菜作物的营养状况，提高蔬菜抗性，改善蔬菜品质。其作用机理有待于进一步深入研究。

4 结 论

本研究通过硫基稳定性复合肥替代普通化肥并配施微生物菌剂，研究了蔬菜硫基稳定性复合肥减量对灌漠土地区露地莴笋生长及品质的影响，试验发现在西北干旱灌区露地莴笋生产中，蔬菜稳定性长效复合肥减量40%以下配施60 kg·hm-2微生物菌剂可促进莴笋生长、增加莴笋产量、提高莴笋品质。其中以T60处理表现最好，较当地常规栽培根、茎、叶干物质积累量分别增加了17.38%、5.77%和31.24%，单株重增加11.57%，产量增加7.62%，肥料贡献率提高了7.16%，Vc提高2.29%，可溶性蛋白质含量提高1.38%，硝酸盐含量降低17.05%。所以综合一年的试验效果来看，基于本试验条件下的荒漠土露地莴笋生产中适宜的减肥措施为720 kg·hm-2稳定性长效复合肥添加60 kg·hm-2微生物菌剂。

由于化肥的适宜减施量会随着微生物菌剂活性、试验区气候、宿主植物和土壤状况的不同而有变化，因此本试验团队将继续定位开展同一微生物菌剂在西北干旱区露地莴笋的适宜节肥水平研究，最大限度发挥微生物菌剂的作用，为不同种类肥料之间的合理配施提供参考依据。