生物有机肥部分代替化肥对结球甘蓝养分吸收分配、品质和产量的影响

刘彦均，李菊，高天科，吕剑，冯致，肖雪梅，2，郁继华，2

（1. 甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070；2. 甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州 730070）

结球甘蓝（Brassica oleraceavar.capitataL.）为十字花科芸薹属蔬菜作物，富含多种维生素、矿物质、膳食纤维和抗癌物质，是甘肃高原夏菜种植地区主栽作物之一［1］。如今在农业生产过程中，生产者为了提高作物产量大量施用化肥，导致土壤理化性状变差，受到硝酸盐和亚硝酸盐类的污染，并随着地表径流污染地下水，最终导致人类和动物体内硝酸盐积累，严重危害生态环境和人类健康［2］。有研究表明，生物有机肥营养全面丰富且肥效长久，合理施用可提高土壤中的生物活性和多样性，改善土壤微生物的群落结构，进而改善土壤物理、化学和生物学性状，提高土壤肥力，抑制了病害的发生［3-5］；另一方面能够为作物提供渐进、持续、全面的养分供应，不仅可以增加作物产量，而且还能够改善农产品品质［6］。乔德波［7］研究发现，土壤有效磷和硝态氮的含量随着有机肥施用年限的增加而增加。张玉平［8］的研究表明，化肥减量配施有机肥提高了土壤中真菌、放线菌和可培养细菌的数量，增加了土壤中N、P、K养分和有机质含量，并有利于改善春玉米和小白菜的光合特性，提高功能叶中NR、SPS的活性，确保稳产并提高品质。王瑶［9］的研究表明，300～600 kg/667 m2的生物有机肥替代20%化肥的配施处理较单施化肥可有效促进辣椒的生长，显著提高了辣椒中VC的含量和光合能力。李杰等［10］的研究表明，化肥减量配施有机肥明显降低了花椰菜花球中的硝酸盐含量，提高了VC 和可溶性糖的含量。王庆玲等［11］研究了化肥减量配饰生物有机肥能够促进蒜苗植株的形态建成、提高根系活力、以及提高硝酸还原酶的活性。

以往的研究多关注于化肥减量配施生物有机肥对作物品质和产量的影响，对养分吸收分配规律的报道较少，而在高原夏菜结球甘蓝中的研究更是屈指可数。本试验选择甘肃高原夏菜主产区，以结球甘蓝为研究对象，研究单施化肥、化肥减量及配施不同量的生物有机肥对甘蓝养分吸收分配、产量和品质的影响，以探明生物肥替代化肥的适宜替代量和甘蓝不同器官各养分的吸收分配规律，旨在为该区域蔬菜合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及供试材料

试验于2019 年3～9 月在榆中县高原夏菜种植基地进行。试验点位于榆中县清水驿乡稠泥村，地理位置处于N 35°53′26″、E 104°10′45″，属于温带大陆性半干旱气候区。平均海拔1 790 m，年平均气温6.57 ℃，年均湿度为65%，无霜期150 d，年均蒸发量为1 343.10 mm，年均降水量300～400 mm。试验田地势平坦，肥力中等均匀，土壤类型为黄绵土，全氮、全磷、全钾含量分别为0.17、0.39、12.25 g/kg，碱解氮含量为 59.50 mg/kg，速效磷含量为101.64 mg/kg，速效钾含量为99.54 mg/kg，pH 值为8.11。

供试材料：结球甘蓝，品种为金鼎绿球。

供试肥料：尿素（含N 46.4%），过磷酸钙（含P2O516%），硫酸钾（含K2O 52%），生物有机肥由甘肃绿能瑞奇生物技术有限公司制造，每克有效活菌数在0.20×108亿个以上，N+P2O5+K2O≥5%，有机质含量 50%以上，腐植酸含量25%以上。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共5个处理，CK1：不施肥；CK2：100%化肥（当地施肥量）；T1：化肥减施30%+3 000 kg/hm2生 物 有 机 肥；T2：化 肥 减 施30%+6 000 kg/hm2生 物 有 机 肥；T3：化 肥 减 施30%+12 000 kg/hm2生物有机肥。每个处理3个小区，每个小区面积为30.1 m2。结球甘蓝在当地实行1 a两茬的栽培制度，春茬于4月下旬定植，6月下旬采收；秋茬于7 月上旬定植，9 月上旬采收。采用平畦覆膜栽培，株距30 cm，行距 50 cm。

各处理的具体施肥量如表1所示。春茬的磷肥（过磷酸钙）、钾肥（硫酸钾）和生物有机肥作为底肥一次性施入，氮肥（尿素）总量的30%作为底肥，剩余70%做追肥，分别于莲座期和结球初期各追施1次。秋茬的氮、磷、钾肥分别于莲座期、结球前期和结球中期3次追施。

表1 不同处理的施肥量Table 1 The amount of fertilizer applied in different treatments （kg·hm-2）

1.3 测定指标

1.3.1 产量 待结球甘蓝叶球达到采收标准后，除去有边际效应的植株，每一小区中选取1.5 m×5 m=7.5 m2面积的植株，测定甘蓝生物产量与经济产量。计算出小区产量，并折算成公顷产量。利用下式计算经济系数：

1.3.2 品质 叶球成熟期每小区随机选取长势均匀的结球甘蓝3株，采用四分法对叶球进行取样，用于叶球品质的测定。硝酸盐含量采用水杨酸法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，VC 含量采用2，6-二氯酚靛酚比色法测定［12］。

1.3.3 植株养分 将结球甘蓝的根、茎、外叶、叶球分开，分别称量鲜质量，装入信封袋中于烘箱内105 ℃杀青15 min后，80 ℃下烘干至恒质量，称量干质量，然后进行研磨过筛（20目）装袋，用于氮磷钾的测定。采用H2SO4-H2O2消煮法进行植株氮磷钾元素的前处理，全氮含量测定采用凯氏定氮法，全磷含量测定采用钼锑抗比色法，全钾含量测定采用火焰光度计法［13-15］。

1.3.4 肥料利用率 土壤氮磷钾养分利用率采用下式进行计算：

氮（磷、钾）肥利用率（%）=（施肥区作物吸收氮（磷、钾）养分量-缺素区作物吸收氮（磷、钾）养分量）/（氮（磷、钾）肥料施用量×肥料中氮（磷、钾）养分含量）×100%

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 软件处理数据和作图，用SPSS 16.0软件对数据进行单因素方差分析，并运用Duncan’s 新复极差法进行多重比较（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 生物肥部分替代化肥对结球甘蓝产量及经济效益的影响

由表2可知，在春茬试验中，与常规施用化肥相比，T2，T3可显著提高甘蓝的生物产量和经济产量。T2处理达到最高，相比CK2分别提高了8.49%和11.10%。但在秋茬试验中，化肥减量30%配施生物有机肥对生物产量和经济产量无显著影响，但T3处理较CK2增加了4.70%和0.9%。

表2 不同施肥处理对结球甘蓝产量的影响Table 2 Effects of different fertilization treatments on yield of cabbage

通过表3 可以看出，T2处理结球甘蓝在春秋两茬中的经济效益最大，较CK2增加了3 583.1元/hm2。T3处理的总产值最大，但由于投入的肥料成本高，其经济效益比CK2下降了3 845.9元/hm2。

表3 不同处理对结球甘蓝经济效益的影响Table 3 Effects of different treatments on economic benefits of cabbage （元·hm-2）

2.2 生物肥部分替代化肥对结球甘蓝品质的影响

由表4～5可以看出，无论春茬还是秋茬试验，化肥减量30%并配施一定量的有机肥均降低了甘蓝叶球中硝酸盐的含量。在春茬试验中，与CK2相比，T1、T2、T3分别降低了甘蓝中硝酸盐的含量14.00%、17.40%和18.90%，并且随着生物有机肥施用量的增加，硝酸盐的含量逐渐降低；秋茬试验中，T1、T2、T3处理下甘蓝的硝酸盐含量分别比对照减少11.00%、21.00%和21.80%，各处理的硝酸盐含量均低于国家标准（≤3 000 mg/kg）。可溶性糖含量在春秋两茬试验中均以T3处理的最高，较CK2分别增加了2.20%、15.80%春茬中，叶球可溶性蛋白的含量在T2处理下最高，较CK2增加了51.20%；而秋茬中T3含量最高，较CK2显著增加了26.30%。在春秋两茬试验中，VC 的含量随着有机肥施用量的增加表现出显著的增长，春茬试验中T2含量最高，秋茬中T3含量最高，较CK2分别提高了17.20%和4.40%。

表4 不同施肥处理对结球甘蓝品质的影响（春茬）Table 4 The effect of different fertilization on the quality of cabbage （spring stubble）

表5 不同施肥处理对结球甘蓝品质的影响（秋茬）Table 5 The effect of different fertilization on the quality of cabbage （autumn stubble）

2.3 生物肥部分替代化肥对结球甘蓝氮素吸收、分配及氮肥利用率的影响

由表6可以看出，春茬试验中，化肥减量配施生物有机肥较单施化肥，显著促进了甘蓝对氮的吸收，提高了氮肥的利用率。氮的总吸收量和氮肥利用率均在T3处理时达到最高，分别比CK2提高了22.80%和12.40%。甘蓝不同器官对氮的吸收量在不同施肥处理下的变化趋势各异。T3处理显著促进了外叶和叶球对氮的吸收，但抑制了根和茎对氮的吸收。常规施肥处理下氮在外叶、叶球、根和茎的分配比例大小顺序均为叶球>外叶>根>茎，化肥减量配施生物肥后氮的分配比例发生了改变，T1、T2为叶球>外叶>茎>根，说明生物有机肥可促进氮由地下部向地上部的转移和向产品器官的分配。

表6 不同施肥处理对结球甘蓝不同器官氮素的吸收、分配及氮肥利用率的影响（春茬）Table 6 The effect of different fertilization treatments on the absorption，distribution and utilization of nitrogen in different organs of cabbage （spring stubble）

由表7可知，在秋茬中，氮肥利用率的变化规律与春茬相似，T3处理最高，相比CK2提高了6.43%，但总吸收量的变化差异不显著。施用生物有机肥抑制了外叶、根和茎对氮的吸收，促进了叶球对氮的吸收。

表7 不同施肥处理对结球甘蓝不同器官氮素的吸收、分配及氮肥利用率的影响（秋茬）Table 7 The effect of different fertilization treatments on the absorption，distribution and utilization of nitrogen in different organs of cabbage （autumn stubble）

2.4 生物肥部分替代化肥对结球甘蓝磷吸收、分配及磷肥利用率的影响

通过表8可以观察到，生物有机肥部分替代化肥相比单施化肥显著提高了春茬甘蓝对磷素的吸收量和磷肥利用率，均在T3处理达到最高值，相比CK2分别提高了29.20%、1.91%。单施化肥和配施生物有机肥的甘蓝各个器官对磷素的吸收比例分配顺序为叶球>外叶>根>茎。配施生物有机肥显著促进了叶球对磷素的吸收，且随着施用量的增加促进效果越 明 显，T1、T2、T3处 理 相 比CK2分 别 提 高 了18.60%、20.70%、31.10%，还提高了叶球对磷素的分配率。根对磷素的分配率在T1、T2、T3都有所下降。

表8 不同施肥处理对结球甘蓝不同器官磷的吸收、分配及肥料利用率的影响（春茬）Table 8 The effects of different fertilization treatments on phosphorus absorption，distribution and fertilizer use efficiency in different organs of cabbage （spring stubble）

由表9可以看出，在秋茬试验中，配施生物有机肥对甘蓝磷肥的吸收量无显著影响，与春茬对比，秋茬中甘蓝的各个器官分配磷素的比例顺序为叶球>外叶>茎>根，且施用有机肥增加了叶球对磷素的分配率，以T1最高，较CK2提高了13.96%。

表9 不同施肥处理对结球甘蓝不同器官磷素吸收、分配及肥料利用率的影响（秋茬）Table 9 The effects of different fertilization treatments on phosphorus absorption，distribution and fertilizer use efficiency in different organs of cabbage （autumn stubble）

2.5 生物肥部分替代化肥对结球甘蓝钾素吸收、分配及钾肥利用率的影响

由表10可以看出，化肥减量配施生物有机肥相比单施化肥显著促进了甘蓝对钾肥吸收，并提高了钾肥利用率。春茬中T1、T2、T3较CK2钾素吸收总量分别增加了9.00%、27.60%、28.10%；钾肥利用率分别提高了9.48%、25.00%、25.50%。单施化肥处理下，不同器官甘蓝钾素的分配比例大小为叶球>外叶>根>茎，配施生物有机肥后分配顺序变为叶球>外叶>茎>根。与CK2相比，T1、T2、T3处理的甘蓝外叶、叶球和茎的钾素吸收量显著提高，其中叶球钾素吸收量分别提高13.00%、26.20% 和31.30%，根的吸收量显著降低。T1、T3均提高了叶球对钾素的分配率，较CK2分别提高了2.13%、1.06%。

由表10可以看出，秋茬甘蓝对钾素的吸收和钾肥利用率在化肥减量配施生物有机肥后表现出与春茬相似的变化。T1、T2、T3处理的钾肥利用率分别较CK2提高了0.94%、4.11%和15.24%；T3处理的钾素吸收总量显著增加了10.10%。T1处理叶球对钾素的分配率，相比CK2提高了2.87%。

表10 不同施肥处理对结球甘蓝不同器官钾的吸收、分配及肥料利用率的影响（春茬）Table 10 The effects of different fertilization treatments on potassium absorption，distribution and fertilizer use efficiency in different organs of cabbage （spring stubble）

3 讨论

西北高寒区处于北纬40°左右，海拔高度1 500～3 000 m，年降雨量200 mm 左右，年平均气温在0～14 ℃之间。结球甘蓝属于喜冷凉作物，适宜生长于此地［16］。现当地生产多施用化肥来提高产量，但由于过度施用化肥导致地下水污染，作物品质中硝酸盐含量累积、品质逐渐劣化、肥料利用率降低。因此，适当减少化肥的施用并寻求适宜的替代措施，已成为当下改善品质、提高养分吸收利用率所要解决的主要问题。

据黄媛媛等［17］的研究发现，化肥减量30%配施有机肥4 500 kg/hm2时，冬小麦的增产作用最为明显，表明生物有机肥能够提高作物的产量。杨莉莉等［18］的研究表明，有机肥替代50%氮肥显著提高了苹果的产量。Emmanuel［19］对白菜的研究中，得出施用6 t/hm2禽粪有机肥处理，对白菜的生长、产量效果最好。Zhang 对生菜的研究表明，化肥减量50%配施有机肥后生菜的产量相比于不施肥、单施有机肥和单施化肥处理产量分别增加了60.67%、37.12%和14.84%，并提高了生菜的品质。本试验中化肥减量30%配施生物有机肥均提高了结球甘蓝的经济产量，春茬以化肥减量30%+6000 kg/hm2有机肥处理最为明显，秋茬以化肥减量30%+12 000 kg/hm2有机肥处理的经济产量最高。杨世梅等［20］在番茄的栽培中发现，化肥配施生物有机肥相比单施化肥处理，均提高了可溶性糖、可溶性蛋白以及VC的含量，实现了番茄的优质生产。与本试验所表现的规律相同，化肥减量配施有机肥可显著提高结球甘蓝叶球中可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C的含量。其中春茬以化肥减量30%+6 000 kg/hm2有机肥处理较优；秋茬以化肥减量30%+12 000 kg/hm2较优。同时叶球内的硝酸盐含量随着有机肥施用量的增加而显著降低，提高了食用安全性。这个结论在前人的试验［21］中也都有验证，表明有机肥具有改善作物品质的功能。同时土壤硝酸盐含量的降低，可减轻土壤次生盐渍化，一定程度缓解连作障碍［22］。

化学肥料是水溶性的，植物可以立即汲取养分。虽然这提供了一个快速的养分，但是不会改善土壤质地、土壤肥效，甚至会污染土壤环境，破坏土壤微生物结构。而有机肥可以刺激土壤微生物繁殖，改善土壤结构，提高土壤有机质含量。虽然有机肥氮、磷、钾的来源比化学肥料相对较低，但是可以保持土壤肥力更持久一些［23］。据李小萌［24］的研究来看，随着生物有机肥施用量的增加，黄瓜氮素积累量呈上升的趋势。在石鑫蕊等［25］对水稻的研究中表明，中氮有机肥替代20%处理水稻增产3.80%，氮肥利用率增加了8.10%。本试验中得出化肥减量配施生物有机肥促进了结球甘蓝对氮、磷、钾的吸收，提高了氮、磷、钾肥的利用率。而磷肥的利用率整体偏低可能是当地重施磷肥导致土壤磷素积累过多导致的，在以后的施肥方案中建议减少磷肥的施用。单施化肥结球甘蓝各个器官对氮、磷、钾素的吸收顺序为叶球>外叶>根>茎，配施生物有机肥后，结球甘蓝各个器官对氮素的吸收分配顺序变为为叶球>外叶>茎>根；叶球与外叶的分配率平均相差6.50%。对磷素的吸收，结球甘蓝各个器官的吸收顺序为叶球>外叶>根>茎，叶球的分配率远高于其他器官的分配率。对钾素的分配规律表现为叶球>外叶>茎>根，且叶球的分配率远高于其他器官。配施生物有机肥相比单施化肥，抑制了根、茎对氮、磷、钾的吸收而促进了叶球对氮、磷、钾的吸收和分配率。表明施用有机肥可以促进结球甘蓝地上部分和产品器官对养分的吸收。

表11 不同施肥处理对结球甘蓝不同器官钾的吸收、分配及肥料利用率的影响（秋茬）Table 11 The effects of different fertilization treatments on potassium absorption，distribution and fertilizer use efficiency in different organs of cabbage （autumn stubble）

4 结论

化肥减量30%配施3 000～12 000 kg/hm2的生物有机肥均可增加结球甘蓝的产量，改善品质，且促进结球甘蓝对氮、磷、钾的吸收，提高肥料利用率。其中以配施6 000 kg/hm2生物有机肥为结球甘蓝生产的最佳施肥配比，其增加了经济效益，达到了减肥增效的效果，可用于结球甘蓝的安全、可持续生产。