有机肥部分替代化肥对生菜生长及土壤环境的影响

谢育利， 王吉平， 苏天明，李红光， 谭伯寿， 杨文军

1.广西壮族自治区农业科学院 农业资源与环境研究所，南宁 530007；2.广西贵港市港南区木格镇农业技术推广站，广西 贵港 537135；3.广西贵港天潮农业科技有限公司，广西 贵港 537135；4.广西函农生物质科技有限公司，广西 贵港 537118

生菜别名叶用莴苣、包生菜、千金菜等，是一年生草本植物.它富含胡萝卜素和硫胺素等营养物质，风味多样，深受人们的喜爱[1].生菜作为常用蔬菜，在我国种植面积广泛[2].广西是重要的蔬菜种植省份[3]，自2010年以来大批生菜种植专业户在广西形成.从2012年起，广西生菜开始销往北方市场，并成为“南菜北运”的重要蔬菜种类[4].近年来，随着蔬菜需求量上升，蔬菜的增产需求也在上升.为了提高产量，大多数农民选择增施化肥[2]，而化肥的长期施用会导致土壤出现酸化、板结等问题，同时还会降低土壤微生物数量及活性[5].因此，目前亟待研究的重要课题是探索合适的施肥方式以既保证蔬菜质量，又能提高蔬菜产量，同时降低施肥对土壤的污染，实现土壤改良.

研究表明，有机肥配合或者部分替代化肥能提高作物的产量、品质以及改善土壤的理化性质[6-9].张迎春等[10]研究发现生物有机肥部分替代化肥不仅能提高莴笋养分积累量和肥料利用率，还能显著提高土壤养分，调节土壤微生物结构；葛立傲等[11]研究发现底肥施用微生物有机肥，化肥减量10%和20%相较于常规施肥均能明显降低结球生菜的死亡率，同时可提高结球生菜单球质量19.5%～95.1%；罗佳等[1]研究发现常规化肥配施20%有机肥可显著提高生菜产量，配施40%有机肥可提高维生素C含量、可溶性蛋白含量及可溶性糖含量；徐大兵等[12]研究发现生菜种植中有机肥氮替代25%～50%化肥氮时能获得较好的产量和质量，并减少硝态氮环境风险；贺丽群等[13]研究发现，与不施用有机肥对比，同时施用有机肥和生物炭的处理施肥效果最好，生菜植株的生物量可增长4.27倍，同时显著提高土壤有机质、速效磷和速效钾等含量，显著增强与土壤碳氮磷循环相关的酶活性.但当前针对不同有机肥部分替代化肥对生菜生长、品质及土壤酶和土壤微生物的影响研究报道较少[12，14-15]，且有机肥效果受到气候、地域及作物类型影响较大，具有较强的区域性[16-18].

本研究应用小区试验方法，研究在不同有机肥部分替代化肥条件下生菜生长、品质及土壤酶和土壤微生物的变化特征，探讨适用于广西生菜种植的最佳施肥方式，以期为广西生菜产量和品质的提高以及土壤的改良提供科学理论参考.

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验在广西壮族自治区贵港市农业科学研究所(23.11°N，109.54°E)进行，试验开始前采集0～20 cm耕层土壤检测其基本理化性质.检测得知本试验大棚土壤理化性质各项指标为：pH=7.3、全磷1.08 g/kg、全钾4.24 g/kg、有效磷14.1 mg/kg、速效钾139 mg/kg、有机质22.7 g/kg、水解性氮95.9 mg/kg、全氮1.49 g/kg.

1.2 试验材料

选择当地主栽叶菜品种“意大利甜脆生菜”作为供试材料，种子购于丽隆蔬菜良种繁育基地.肥料包括YARA复合肥(21-6-13)(雅冉国际有限公司生产)、氨基酸生物有机肥(广西红鹰肥业有限公司提供)、鸡粪(含花生枯腐殖酸，南宁桂裕鑫农业科技有限公司提供)和炭基肥(广西函农生物质科技有限公司提供)，各肥料的养分状况见表1.

表1 试验肥料养分状况表

1.3 试验方法

1.3.1 试验方案设计

本试验采用随机区组设计，共设置4个施肥处理：单施化肥(T1)、处理减量20%化肥+氨基酸生物有机肥(T2)、处理减量20%化肥+鸡粪(含花生枯腐殖酸)(T3)、处理减量20%化肥+炭基肥(T4).每个处理设置3个重复小区，小区面积20.16 m2(8.4 m×2.4 m)，株行距为20 cm×20 cm.试验小区布置于广西壮族自治区贵港市农业科学研究所种植基地(23.11°N，109.54°E)，于2020年3月下旬育苗，4月中旬移栽，5月下旬采收.

根据当地情况确定各处理施肥量，T1处理：化肥施用120 kg/hm2，即YARA复合肥(21-6-13)571.5 kg/hm2；T2处理：减量20%化肥+氨基酸生物有机肥，即YARA复合肥(21-6-13)457.2 kg/hm2，氨基酸生物有机肥15 t/hm2；T3处理：减量20%化肥+鸡粪(含花生枯腐殖酸)，即YARA复合肥(21-6-13)457.5 kg/hm2，鸡粪(含花生枯腐殖酸)15 t/hm2；T4处理：减量20%化肥+碳基肥，即YARA复合肥(21-6-13)457.5 kg/hm2，碳基肥15 t/hm2.化肥按照3∶3∶4的比例分3次施用，有机肥作为基肥一次性施用.

1.3.2 样品采集

生菜成熟后进行称质量测产，同时每个小区选取10株长势均匀的生菜，收集地上部分用作品质分析，并采集每个小区土壤进行土壤酶和土壤微生物分析.

1.3.3 农艺性状测量

生菜成熟后，在各小区分别选取5株长势均匀的生菜，用卷尺测量其株高、冠幅、叶片长及叶片宽.再将长势均匀的10株生菜沿地面剪断装袋，带回实验室清洗后选取5株清数叶片数，将其平均数作为单株叶片数，测量5株的平均质量作为蔬菜单株鲜质量.

1.3.4 产量测算

生菜成熟后分别将每个小区所有生菜沿地面剪断收集并称质量，各施肥处理的产量分别为各自重复小区产量的均值.

1.3.5 生菜品质分析

每个小区选择长势均匀的成熟生菜10株，沿地面剪断装袋冷藏备用.磷含量用对二苯酚-亚硫酸钠还原法测定(GB 5009.87-2016)，使用仪器为可见分光光度计(721N)；钾含量用火焰原子吸收法测定(GB 5009.91-2017)，使用仪器为原子吸收分光光度计(240FS-AA)；维生素C含量用2，6-二氯靛酚滴定法测定(GB 5009.86-2016)，使用仪器为滴定管(25 mL)；可溶性糖含量用铜还原碘量法测定(NY/T 1278-2007)，使用仪器为滴定管(25 mL)；氮含量用凯氏定氮法测定(GB 5009.5-2016)，使用仪器为滴定管(25 mL)；粗纤维含量用重量法测定(GB/T 5009.10-2003)，使用仪器为电子天平(FR224CN)、箱式电阻炉(SX-4-10)，样品检测指标各设置2个检测重复数.

1.3.6 土壤酶活性分析与土壤微生物检测

采用梅花布点法在每个小区采集0～10 cm耕层土样约1 kg，装袋后带回实验室风干备用.采用靛酚蓝比色法测定脲酶活性，容重法测定过氧化氢酶活性，对硝基酚磷酸钠法测定酸性磷酸酶活性[19]，平板计数法测定土壤细菌、真菌和放线菌数量[20]，样品检测指标各设置2个检测重复数.

1.4 数据分析

采用隶属函数法[21]对本试验中生菜各测定指标进行模糊评价.隶属函数值计算公式为：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

若指标与评价效果为负相关，则对隶属函数进行转换，公式为：

R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

(1)式和(2)式中：R为参与综合评价的指标，Xi为各处理指标测定值，Xmax和Xmin分别为所有测定数据中的最大值和最小值.分别计算各指标隶属函数值后，再进行累加计算平均值，采用平均隶属函数值(平均隶属度)进行综合评价，平均值越大则说明综合效果越好.

用Excel 2010进行数据整理和计算，用SPSS 16.0进行单因素方差分析及皮尔逊相关分析，用Sigmaplot 10.0进行绘图.

2 结果与分析

2.1 不同有机肥部分替代化肥对生菜农艺性状的影响

用不同有机肥部分替代化肥时，生菜的农艺性状存在一定差异(表2).各处理生菜农艺性状整体表现为有机肥部分替代化肥处理(T2-T4)高于单施化肥处理(T1)，农艺性状可提高5.93%～45.52%.其中T3处理株高(25.17±1.16)cm，为最高，较T1提高5.93%，其余农艺性状(冠幅、叶片长、叶片宽、单株叶片数及单株地上鲜质量)均表现为T2处理效果最好，较T1处理提高了9.44%～45.52%，且叶片长、叶片宽及单株地上鲜质量与T1处理的差异有统计学意义(p<0.05).可见有机肥部分替代化肥可有效促进生菜生长，且以T2处理的促进效果最好.

表2 不同有机肥部分替代化肥时生菜农艺性状差异

2.2 不同有机肥部分替代化肥对生菜产量的影响

不同有机肥部分替代化肥对生菜的增产效果不一(图1).T2-T4处理较单施化肥的处理(T1)生菜产量提高率分别为20.62%，1.69%和15.42%，其中T2和T4处理的产量显著高于T1处理，且T2处理的增产率最高.由此可见，有机肥部分替代化肥能有效实现增产，且T2处理的增产效果最好.

柱状上小写字母不同表示差异有统计学意义(p<0.05).

2.3 不同有机肥部分替代化肥对生菜品质的影响

不同有机肥部分替代化肥对生菜的品质存在显著影响(表3).氮含量从高到低排序依次为：T2，T1，T4，T3，最大值(1.93 g/kg)比最小值(1.20 g/kg)显著高出60.83%；磷含量从高到低排序依次为：T2，T4，T1，T3，最大值(168.67 mg/kg)比最小值(155.67 mg/kg)显著高出8.35%；钾含量从高到低排序依次为：T4，T3，T2，T1，最大值(1.90 g/kg)比最小值(1.62 g/kg)显著高出17.28%；粗纤维含量从高到低排序依次为：T1，T3，T4，T2，最大值(0.47%)比最小值(0.41%)显著高出14.63%；可溶性糖含量从高到低排序依次为：T2，T3，T4，T1，最大值(0.41%)比最小值(0.35%)显著高出17.14%；维生素C含量从高到低排序依次为：T2，T3，T4，T1，最高值(67.30 mg/kg)比最低值(52.83 mg/kg)高27.39%.本试验中T2处理粗纤维含量最低，可见T2处理的生菜口感最佳.此外，除钾元素外，其余营养成分均为T2处理含量最高，因此，T2处理对促进生菜营养物质的积累效果最好，对生菜品质的提高效果最佳.

表3 生菜品质测定结果

2.4 不同有机肥部分替代化肥对土壤酶的影响

不同有机肥部分替代化肥对土壤酶存在显著影响.本试验中对土壤酶活性提升效果最好的是T2处理(图2)，其脲酶活性(2.20 mg/g)比T1处理(1.32 mg/g)显著提高66.67%，酸性磷酸酶活性为415.33 μg/(g·h)，比T1处理的330.00 μg/(g·h)显著提高25.86%，过氧化氢酶活性(20 min)为3.16 μmol/min，比T1处理的2.76 mg/g显著提高活性14.49%.

柱状上小写字母不同表示差异有统计学意义(p<0.05).

2.5 不同有机肥部分替代化肥对土壤微生物的影响

本试验中不同有机肥部分替代化肥(T2-T4处理)较单施化肥(T1处理)可有效增加土壤微生物数量，且以T4处理效果最好(图3).T4处理的细菌数量(2.65×106CFU/g)比T1处理(1.16×106CFU/g)显著高出128.45%；真菌数量(5.22×104CFU/g)比T1处理(1.90×104CFU/g)显著高出173.29%；放线菌数量(8.75×105CFU/g)比T1处理(8.38×105CFU/g)显著高出4.42%.

柱状上小写字母不同表示差异有统计学意义(p<0.05).

2.6 生菜产量、品质、土壤酶及土壤微生物的相关性分析

皮尔逊相关分析结果表明部分指标之间存在显著相关性(表4).其中产量与脲酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性之间存在显著的相关性，其相关系数分别为0.965，0.964和0.990.脲酶与酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性之间也存在显著相关性，其相关系数均为0.981.此外，维生素C与可溶性糖、细菌含量与真菌含量之间也存在显著相关性，相关系数分别为0.955和0.997.

表4 生菜产量、品质、土壤酶及土壤微生物之间的皮尔逊相关系数

2.7 不同有机肥部分替代化肥肥效的模糊综合评价

本试验主要从生菜产量、营养品质及土壤酶和土壤微生物等方面综合考虑施肥效果，选取了产量、生菜氮含量、磷含量、钾含量及土壤酶和土壤微生物等13项指标(表5)进行肥效模糊综合评价.由表5可知，不同有机肥部分替代化肥肥效平均隶属度从大到小排序为：T2，T4，T3，T1，其平均隶属度分别为：0.771，0.642，0.275和0.201.由此可见，有机肥部分替代化肥(T2-T4)的施肥效果均优于单施化肥(T1)，且以T2处理综合施肥效果最好.

表5 不同有机肥部分替代化肥处理下生菜产量品质指标及土壤指标隶属度

3 讨论

3.1 不同有机肥部分替代化肥对生菜产量及品质的影响

随着生活水平的提高，人们对蔬菜的需求量有所增长，同时对蔬菜的品质也有更高要求，因此蔬菜的增产提质非常重要.在本试验中，不同有机肥部分替代化肥的处理(T2-T4)产量均高于单施化肥的处理(T1)，其中T2处理、T4处理的产量较T1处理分别显著提高了20.62%和15.42%，以T2处理的增产效果最好(图1).可见有机肥部分替代化肥可有效提高作物产量，此结果与张建军等[22]对冬小麦的研究、井永苹等[23]对小麦和玉米的研究及武星魁等[24]对叶菜的研究结果一致.本试验中，T2处理对生菜生长的促进效果最好，其冠幅(33.28±1.22)cm、叶片长(19.70±0.26)cm、叶片宽(14.39±0.52)cm、单株叶片数(19.0±0.98)片及单株地上鲜质量(145.39±16.46)g在各处理中均表现为最优.由此推测氨基酸生物有机肥可通过促进生菜叶片数的增加、冠幅及叶片大小的增长而实现有效增产.而产量与土壤酶的相关性分析结果显示两者之间存在显著正相关(表4)，因此氨基酸生物有机肥增产原因可能是氨基酸生物有机肥的施用可提高与土壤养分转化相关的土壤酶活性，促进作物养分吸收，进而促进作物生长[25].此外，生菜的品质检测结果显示，T2处理下生菜的氮、磷、可溶性糖及维生素C含量均为最高，粗纤维含量则最低.可见氨基酸生物有机肥部分替代化肥后生菜不仅产量最高，而且口感最好，营养价值也最佳.这可能是因为氨基酸生物有机肥的营养成分可以直接参与植物细胞物质合成，无需消耗植物本身的能量及光合产物[25-26].因此，生菜种植采用氨基酸生物有机肥部分替代化肥的施肥方式可有效增产提质.

3.2 不同有机肥部分替代化肥对土壤酶和土壤微生物的影响

土壤酶是土壤生态系统的组分之一，在土壤物质循环和能量转化中具有重要作用[27]，其活力可作为土壤肥力的指标[28].吕娜娜等[25]研究发现与不施肥对照相比，施用氨基酸有机肥能显著提高土壤脲酶、过氧化氢酶及磷酸酶活性.在本试验中，不同有机肥部分替代化肥的处理(T2-T4)，其脲酶及酸性磷酸酶活性均高于单施化肥的处理(T1)，过氧化氢酶的活性均大于T1处理(图3)，其中T2处理的土壤酶活性最高.由此表明有机肥部分替代化肥同样可以有效提高土壤氮、磷的活化能力，进而提升土壤肥力，且以氨基酸有机肥部分替代化肥(T2处理)的提升效果最好.

土壤微生物也是土壤生态系统的重要组成成分[29]，通过微生物旺盛的代谢活动可明显改善土壤物理结构及提高土壤肥力[30].在本试验中，T2和T4处理的细菌及真菌数量均高于T1处理，放线菌数量T4处理高于T1处理，可见有机肥部分替代化肥的施肥方式能有效增加土壤微生物数量，提升土壤肥力.赵亚丽等[31]和张向前等[32]研究发现土壤微生物数量与土壤酶活性存在显著正相关，但在本试验中相关分析显示土壤酶与土壤微生物之间没有相关性，其原因有待进一步研究.

4 结论

1)有机肥部分替代化肥能有效提高生菜产量及品质，其中氨基酸生物有机肥部分替代化肥对生菜增产提质效果最优，相较于单一施用化肥可显著增产20.62%，生菜可溶性糖含量及维生素C含量可显著提高17.14%和27.39%.

2)有机肥部分替代化肥能有效地提升土壤肥力，相较于单一施用化肥能显著增加土壤微生物含量，同时提高土壤酶活性.其中氨基酸生物有机肥部分替代化肥对土壤改良效果较好，且模糊综合评价结果显示其综合肥效果最好.

3)从生菜增产、提升营养价值及土壤改良等方面综合考虑，建议生菜种植采用氨基酸生物有机肥部分替代化肥的施肥方式.