基于有机肥/生物有机肥和菌剂的化学氮肥减施技术在大蒜上的应用

华智超，汪 甜，贾晟楠，任东军，丁桂红，辛 丽，王纪忠，高 淼*

（1.淮阴工学院生命科学与食品工程学院，江苏 淮安 223003；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，农业农村部农业微生物资源收集与保藏重点实验室，北京 100081；3.江苏省丰县首羡镇农业农村办公室，江苏 徐州 221700；4.山东省玛丽亚农业机械股份有限公司，山东 金乡 272200）

我国氮肥用量占全球氮肥用量的30%，过量施用氮肥不仅造成资源的浪费，同时导致农业面源污染和农产品产地环境风险、土壤质量下降、连作病害以及食品安全等一系列问题［1-2］，给农业的可持续发展带来了严重挑战。第一次全国污染普查资料显示，在我国主要污染物排放量中，农业生产排放的化学农药、氮、磷是主要污染物［3］，常规化肥的合理施用和减施已迫在眉睫。

大蒜是食药两用性植物［4］，富含人体所需的20多种营养元素，是最好的天然抗生素食品和保健食品；其含有的二烯丙基硫化物具有良好的抗氧化、抗肿瘤等医学作用［5］。大蒜在我国的栽培已有2000多年的历史，我国的大蒜常年种植面积占了世界大蒜栽培面积的2/3［6］，山东省金乡县是我国著名的“大蒜之乡”，其大蒜产品已成为我国国家地理标志产品［7］。随着市场对大蒜的需求越来越高，以金乡县为代表的各大蒜种植区受到了种植面积的限制，为了提高产量，获得更高的经济收益，农户盲目地增大化肥的施用，致使土壤质量不断下降，严重影响了大蒜的产量和质量［8-9］。科学地应用减肥技术减少化学肥料的使用可以有效地稳定农作物的生产产量，并提高生产质量，进而达到减肥增收的目的［10］。研究发现，增施生物有机肥可以有效地提高食用木薯［11］、红芸豆［12］、人参果［13］等作物的产量及品质；王东岐等［14］研究表明，底肥将生物有机肥替代1/3的化肥，追肥时使用不同的菌剂可以在不影响白菜产量的前提下提升白菜的品质。目前，关于施用有机肥、生物有机肥和菌剂减肥组合技术的研究相对较少。

本文在我国出口大蒜主产区山东省济宁市金乡县王丕镇玛丽亚大蒜种植基地（连续种植大蒜25年），研究化学氮肥减施30%、化学氮肥减施30%结合有机肥和菌剂组合技术、化学氮肥减施30%结合生物有机肥和菌剂组合技术对大蒜生长、产量和品质的影响，拟筛选出适合我国出口大蒜主产区连作大蒜田的化学肥料减施技术，为该技术在当地农业生产中的推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于山东省济宁市金乡县王丕镇玛利亚大蒜种植基地试验田（116.36° E，35.02° N），当地的种植模式为大蒜-辣椒套作与轮作，在种植过程中存在偏施氮肥、化学肥料使用过量、有机肥使用少等现象。土壤结构的破坏，致使土传病害严重，尤其以根腐病为主。试验地的土壤为粘性土壤，土壤类型为潮土，基本性状如下：pH为7.39、速效钾、铵态氮、硝态氮、全氮、全磷、有效磷、有机质含量分别为331.27 mg/kg、80.68 mg/kg、94.89 mg/kg、400.04 mg/kg、537.77 mg/kg、48.32mg/kg、1.75%。

1.2 试验设计

本试验于2019年10月开始进行，试验蒜种为“太空2号”金乡红皮蒜，使用玛利亚大蒜正芽播种机播种，行间距为12 cm×18 cm，种植密度为每公顷2.9万株。供试化肥为茂施复合肥（N-P2O5-K2O=18-10-19），供试有机肥为中农民生有机肥（有机质≥50%、N+P2O5+K2O≥6%、腐植酸≥10%），供试生物有机肥为中农民生复合微生物肥（N+P2O5+K2O≥15∶5∶10、有益活菌≥2亿/克、有机质≥20%，腐植酸含量≥6%），供试菌剂为中农民生“多抗3+1”。本试验共设1个对照和3个处理。分别为常规施肥（CK）、化学氮肥减量30%（T1）、化学氮肥减量30%结合有机肥和菌剂组合技术（T2）、化学氮肥减量30%结合生物有机肥和菌剂组合技术（T3），具体施肥情况见表1。每个处理3次重复，各处理试验小区面积为30 m2（10 m×3 m），各小区设有0.2 m的间隔带。基肥为撒施后旋耕入土，追肥为菌剂随水冲入大田，追肥分两次分别于苗期和分化抽薹期进行，其他田间管理按照当地日常管理进行。

表1 大蒜各处理施肥量

1.3 样品采集与测定

1.3.1 大蒜生长和产量的测定

于大蒜播种施肥前用五点采样法采取田间土壤样品，风干去杂质后研磨过筛，进行土壤理化性质指标的测定。植株样品于大蒜苗期、分化抽薹期、收获期采用“S”形采样法采集完整植株，每个小区采取3株用于测定各生长指标，测定生长指标包括株高、茎粗、地上部鲜重。于大蒜收获期（2020年5月18日）对各处理小区进行实收，剔除植株地上部分及根须，对新鲜蒜头进行称重并记录，计算产量。

1.3.2 大蒜品质的测定

在收获期于各小区中选取10个新鲜蒜头，于阴凉处自然风干1个月后，在各处理中选取横径3.0～3.5 cm、个头均匀、无伤的蒜头，切碎混匀，取样使用试剂盒进行大蒜品质指标测定。可溶性糖含量测定采用植物可溶性糖含量检测试剂盒（北京索来宝科技有限公司）；可溶性蛋白含量测定采用植物蛋白质含量检测试剂盒（北京索来宝科技有限公司）；维生素c（Vc）含量测定采用植物Vc ELISA检测试剂盒（上海酶联生物科技有限公司）、植物大蒜素含量测定采用大蒜素ELISA检测试剂盒（上海酶联生物科技有限公司）。所有试验操作均严格按照试剂盒说明书进行，每组3个重复。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010和SPSS 16.0对数据进行处理和分析，多重比较采用Duncan法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 化肥减施技术对大蒜生长的影响

分别在大蒜苗期、分化抽薹期和收获期采集对照：常规施肥（CK），处理1：化学氮肥减施30%（T1），处理2：化学氮肥减施30%+有机肥和菌剂组合技术（T2），处理3：化学氮肥减施30%+生物有机肥和菌剂组合技术（T3）的大蒜植株，测定各处理蒜头的株高、茎粗、鲜重、产量和蒜头品质等指标，研究仅化学氮肥减施30%、化学氮肥减施30%配合有机肥和菌剂组合技术、化学氮肥减施30%配合生物有机肥和菌剂组合技术对大蒜生长的影响（图1）。

图1 大蒜苗期、分化抽薹期、收获期田间种植情况

2.1.1 化学氮肥减施30%导致大蒜生长势弱

化学氮肥减施30%不结合其它技术（T1）在大蒜苗期、分化抽薹期和收获期的株高分别为39.73、84.70、81.5 cm/株，与CK相 比，分 别减少9.35%、9.25%、9.78%；茎粗分别为4.93、14.33、11.67 mm/株，与CK相 比，分 别 减 少33.03%、30.65%、28.57%；地上部分鲜重分别为17.57、109.46、97.78 g/株，与CK相比，分别减少17.63%、12.68%、12.55%；T1处理收获期地下鳞茎产量为20526.9 kg/hm2，与CK相比增加了0.82%。通过SPSS分析，均显著低于CK（P＜0.05）（图2）。该结果说明：减施化学氮肥30%不结合其他技术会导致该地区大蒜生长势弱。

图2 化学氮肥减施30%对大蒜株高、茎粗、植株地上部鲜重的影响

2.1.2 化学氮肥减施30%结合有机肥和菌剂组合技术可以维持大蒜长势

化学氮肥减施30%结合有机肥和菌剂组合技术（T2）在大蒜苗期、分化抽薹期和收获期的株高分别为42.97、95.53、91.87 cm/株，与CK相比，分别增加-1.97%、2.36%、1.70%；茎粗分别为8.37、21.67、17.00 mm/株，与CK相比，分别增加13.57%、4.84%、4.08%；地上部鲜重分别为21.82、126.94、112.33 g/株，与CK相比，分别增加2.30%、1.27%、0.47%，均未达到显著差异（图2）。该结果表明：化学氮肥减施30%情况下，有机肥和菌剂组合技术可以维持该地区大蒜生长。

2.1.3 化学氮肥减施30%结合生物有机肥和菌剂组合技术可以提高大蒜长势和产量

化学氮肥减施30%结合生物有机肥和菌剂组合技术（T3）在大蒜苗期、分化抽薹期和收获期的株高分别为44.50、122.50、102.57 cm，与CK相比，分别增加1.53%、31.25%、13.54%；茎粗分别为10.50、29.33、24.33 mm，与CK相比，分别增加42.53%、41.94%、48.98%；植株地上部鲜重分别为26.31、163.34、126.69 g/株，与CK相比，分别增加23.35%、30.30%、13.31%，经SPSS分析，除苗期株高外，均达到显著差异（图2）。该结果表明：化学氮肥减施30%情况下，生物有机肥和菌剂组合技术可以显著促进该地区大蒜生长。

2.2 化肥减施技术对蒜头产量的影响

2.2.1 化学氮肥减施30%导致蒜头产量显著降低

T1和CK处理的大蒜蒜头产量分别为18475.80和20360.25 kg/hm2。与CK相比，T1处理减产9.26%，通过SPSS分析显著低于CK（P＜0.05）（图3）。该结果说明：单纯的减施化学氮肥30%会导致该地区大蒜蒜头产量显著降低。

图3 大蒜蒜头图片及产量

2.2.2 化学氮肥减施30%结合有机肥和菌剂组合技术可以稳定蒜头产量

T2处理的大蒜蒜头产量为20720.25 kg/hm2。与CK处理的蒜头产量20360.25 kg/hm2相比，T2处理的产量略有增加，增产1.84%，SPSS分析结果显示差异不显著（图3）。该结果说明：在化学氮肥减施30%的情况下有机肥和菌剂组合技术可以保证该地区大蒜蒜头产量稳定。

2.2.3 化学氮肥减施30%结合生物有机肥和菌剂组合技术可以显著提高蒜头产量

T3处理的大蒜蒜头产量为23114.85 kg/hm2。与CK处理的蒜头产量20360.25 kg/hm2相比，T3处理增产13.53%，SPSS分析结果显示达到显著性差异（图3）。该结果说明：在化学氮肥减施30%情况下，生物有机肥和菌剂组合技术可以显著提高该地区大蒜蒜头产量。

2.3 化肥减施技术对大蒜品质的影响

本文通过测定可溶性糖、Vc和大蒜素含量来评价大蒜的品质，可溶性糖、Vc、大蒜素含量标准曲线见图4。从采收的CK、T1、T2和T3处理大蒜蒜头中，分别选取新鲜、大小均一的蒜头10颗，风干后见图3。测定CK、T1、T2和T3处理大蒜的可溶性糖含量、Vc含量和大蒜素含量，结果见表3。

图4 可溶性糖、Vc和大蒜素含量标准曲线

2.3.1 化学氮肥减施30%可降低大蒜可溶性糖和大蒜素含量。

T1和CK处理的可溶性糖含量分别为136.30和167.89 mg/g、大蒜素含量分别为969.82和1520.90 ng/g、Vc含量分别为0.560和0.540 μg/g。与CK处理相比，T1处理可溶性糖含量显著降低18.81%，大蒜素含量显著下降36.23%，Vc含量无明显变化。该结果说明：大量减少化学氮肥会引起大蒜可溶性糖和大蒜素含量显著下降。

2.3.2 有机肥和菌剂组合技术可增加可溶性糖、Vc和大蒜素含量。

T2和CK处理的可溶性糖含量分别为214.11和167.89 mg/g、Vc含量分别为0.790和0.540 μg/g。T2、T1和CK处理的大蒜素含量分别为1422.85、969.82和1520.90 ng/g。与CK处理相比，T2处理可以使可溶性糖含量显著增加27.52%、Vc含量显著性增加46.29%、大蒜素含量显著下降6.44%；但是，T2与T1处理相比，大蒜素含量显著增加了76.71%。该结果说明：有机肥和菌剂组合技术可增加可溶性糖、Vc和大蒜素含量。

2.3.3 生物有机肥和菌剂组合技术可显著增加可溶性糖、Vc和大蒜素含量

T3、T2和CK处理的可溶性糖含量分别为220.08、214.11和167.89 mg/g、Vc含量分别为0.810、0.790和0.540 μg/g、大蒜素含量分别为1662.89、1422.85和1520.90 ng/g。与CK相比，T3处理可溶性糖含量显著增加31.08%、Vc含量显著增加50.00%、大蒜素含量显著增加9.33%。该结果说明：生物有机肥和菌剂组合技术可显著增加可溶性糖、Vc和大蒜素含量。

表2 化学氮肥减施30%组合技术对大蒜品质的影响

3 讨论与结论

众多研究表明，化肥的过量不当施用不单会破坏土壤的养分结构，影响植物的正常生长发育，造成作物产量和质量的降低；还会加剧生产成本的投入，加重农民的经济负担［15］。其中氮素对作物的影响最为明显，正常的氮素供应可以有效促进作物的营养生长，植株根系发达，枝干强壮，枝叶繁茂；但过量的氮素则会对作物产生危害，导致作物的减产［16-18］。

但是，单纯的减施化肥不能完全满足作物生长发育对肥料的需求，为此众多学者通过对有机肥或微生物菌剂与减施化肥配合施用进行大量研究，发现该技术具有很大成效。增施有机肥减施化肥在黄瓜［19］、小麦［20］、茭白［21］等作物上的应用均提高了作物的产量和品质。生物有机肥可以有效地改善土壤的理化性质、平衡养分结构，其含有的有益微生物还可以改善土壤的微生态系统，减少病虫害的发生，可以有效地减轻环境污染［22］。王立刚等［23］研究表明长期施用生物有机肥可以显著提高土壤肥力，促进夏玉米的干物质积累，可以增强作物的总体抗性，逐步提高作物的产量。郑国栋等［24］发现化肥量减半、加施有机肥与菌剂有效地提高了花生的产量与品质。石磊等［25］研究表明，化肥减施10%对辣椒的生长、产量、品质影响较小，与生物菌肥的混合施用有利于土壤中速效钾和有效磷的养分活化与积累，提高了土壤有机质含量，显著促进了色素辣椒的生长发育。

从本研究结果来看，减少化学氮肥的施用，结合生物有机肥和菌剂对促进大蒜生长、增加大蒜产量以及提升大蒜品质起着明显的促进作用，大蒜植株的株高、茎粗、地上部鲜重及收获时的蒜头产量均有显著提升；大蒜鳞茎的可溶性糖、Vc、大蒜素含量品质指标与常规施肥相比也均有显著的改善，与前人研究结果较一致。这说明化学氮肥减施并配施生物有机肥和菌剂的组合技术是适用于金乡当地大蒜种植的。