景电灌区化肥减量配施生物有机肥对茄子生长特性、产量及品质的影响

申正香，谈守玮

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃白银730400）

0 引言

景电灌区位于甘肃中部地区，该区光照充足、灌溉水资源丰富、耕地资源充足，有利于小麦、玉米、马铃薯等粮食作物以及茄子、辣椒等经济作物生长。近年来，农业生产中施用化肥因其显著的增产增收效应，在当地作物的种植中受到广泛应用，但为了追求更高产量与经济效益，过高使用化肥造成土壤质量降低、作物病虫害加重、地下水受到污染等问题[1]。茄子(Solanum melongena L.)，又名“茄瓜”，是大宗常用蔬菜，属热带多年生植物，其根、茎、叶、果实亦具有一定的药用价值，是景电灌区种植最为广泛的经济作物之一，但随着施肥报酬递减、土壤板结加重、水资源污染、地下水下降、生态环境破坏等问题日益凸显，导致其产量、品质等逐年降低，阻碍了当地农民经济的快速发展。近年来，有机肥因其环保、增产等特点，在农业生产中受到越来越广泛的关注[2]。因此，如何合理施用生物有机肥，降低化肥使用量，成为该区农业可持续发展的重要途径[3]。

生物有机肥通过活化分解土壤中的有机、无机营养成分，提供给植物直接吸收利用的小分子物质，且有益微生物在整个代谢过程中分解的活性物质能够增强土壤养分转化、优化根系生长环境[4,5]，促进作物增产。张迎春等[4]对研究表明，较纯化肥处理，施用生物有机肥可提高莴笋叶片光合能力，增加产量并改善品质。王琛等[6]研究表明，60%～100%有机肥替代化肥可显著提高春玉米土壤微生物量及叶片茎秆产量。李磊等[7]研究发现，较纯化肥处理，化肥减氮1/3 配施有机肥条件下，玉米可增产5.20%。蒲瑶瑶等[8]通过试验发现，较单施化肥处理，有机肥部分替代化肥显著提高西瓜叶片光合性能，产量增高33.63%。曹丹等[9]研究表明，生物有机肥促进黄瓜根系发展，有利于叶片叶绿素增加，增产显著。然而，大部分研究均为降低化肥中单种元素用量对作物产生的影响，而在茄科作物减少纯化肥用量配施生物有机肥对作物生长生理特性与产量的影响方面报道较少。因此，本试验在大田生长条件下，以茄子为研究对象，探究化肥减量配施生物有机肥对茄子生长、光合生理特性、产量、品质的影响，并借助灰色关联度分析法进行综合评价分析，以期寻求一种较为适宜的施用生物肥种植模式，旨在为景泰地区茄子优质高产和可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年5月在甘肃省景泰县一条山镇条山农场进行，位于东经103°38′，北纬36°59′，海拔1 474 m，气候条件为干旱大陆性气候，土壤质地为沙壤土，肥力中等，灌溉条件良好。平均气温8.20 ℃，月平均最高与最低温度分别为29.0 和-12 ℃，年均日照2 726 h，平均无霜期141 d，年平均降水量185 mm，蒸发量3 038 mm，昼夜温差大且光能资源充沛。

1.2 供试材料

供试材料为天龙长茄，生物有机肥（星硕）由甘肃星硕生物科技有限公司供应（N+P2O5+K2O≥5%，有机质≥45%），化肥为尿素(N 含量46%)、过磷酸钙(P2O5含量16%)、硫酸钾(K2O含量52%)。

1.3 试验设计

茄子采用移栽法，于5月15日移栽生长一致、苗龄为40 d的幼苗，起垄覆膜种植，垄宽50 cm，高20 cm，垄长15 m，垄间距为80 cm。种植模式为一垄二行，株行距为40 cm×50 cm。试验共设6 个处理（见表1）：不施肥（CK），常规100%化肥（CF），80%CF 配施生物有机肥3 000 kg/hm2（A1B1），80%CF 配施生物有机肥6 000 kg/hm2（A1B2），70%CF 配施生物有机肥3 000 kg/hm2（A2B1），70%CF 配施生物有机肥6 000 kg/hm2（A2B2）。每个处理重复3 次，田间随机排列，共计18 个小区，小区面积37.5 m2，生物有机肥作基肥在茄子移栽前一次性施入，化肥分别在开花坐果期、结果前期和结果中期分3 次追施，追施比列为30%、40%、30%。其余田间管理措施均与当地农户保持一致。

表1 化肥减量配施生物有机肥试验设计方案

1.4 测定项目与方法

1.4.1 生长指标测定

茄子进入成熟期后于第一次采收时各小区分别取6 株，株高、茎粗分别采用精度为1 mm 的钢卷尺和0.01 mm 游标卡尺测量。叶面积使用浙江托普云农叶面积测量仪测量。

1.4.2 光合生理指标测定

在茄子开花坐果期不同处理中选择向光一致的叶片，即心叶向下第3 或第4 片完全展开的功能叶，采用美国产CIRAS-3 型便携式光合测定仪分别测定叶片净光合速率(Pn，μmol·m-2·s-1)、气孔导度(Gs，mmol·m-2·s-1)、胞间CO2浓度(Ci，μmol/mol)、蒸腾速率(Tr，mmol·m-2·s-1)。

1.4.3 产量及品质测定

茄子进入成熟期后分批采收并记录其产量，统计各个小区茄子总产量。可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 测定；可溶性糖含量采用蒽酮吸光值法测定；维生素C含量采用2,4-二硝基苯肼吸光值法测定；纤维素含量采用蒽酮吸光值法测定。

1.5 数据分析与处理

采用Microsoft Excel2010 对实验数据进行计算处理，Origin2018 绘图，SPSS26.0 统计分析。利用灰色关联度对6 个处理及对照进行综合评价，利用灰色关联度所得加权关联值进行系统聚类分析。由于利用单一产量指标评价施肥模式不具代表性，故本文采用产量、品质指标建立综合评价模型。根据灰色系统理论，将影响产量的各形态指标作为一个灰色系统，对6个不同施肥模式进行综合分析[10]。

绝对差值计算公式：Δi(h)=■Xi(h)-X0(h)■式中：h为处理代号，h取1～6。

使用ΔMin表示最小绝对差值，使用ΔMax表示最大绝对差值。分辨系数ξ=0.5[16]。

关联系数计算公式：

关联度公式：

权重系数计算公式：

加权关联度计算公式：

2 结果与分析

2.1 化肥减量配施生物有机肥对茄子生长指标的影响

2.1.1 株高和茎粗

由图1 可以看出，化肥减量配施生物有机肥对茄子株高、茎粗影响显著。较CF 处理，A1B2 处理茄子株高提高最为显著，提高6.35%， A1B1、A2B1、A2B2 处理分别提高2.75%、1.07%、1.70%。化肥减施量相同的情况下，随着生物有机肥施用量的增加，茄子株高随之增高，其中A1B2 较A1B1 处理可增高3.50%，A2B2 较A2B1 处理增高0.88%，但均无显著差异（P＞0.05）。茄子茎粗的变化趋势和株高相似，各施肥处理中A1B2 茎粗最大，达19.51 cm，显著高于CF 处理。尽管A1B2 茎粗较A1B1 处理可增加8.15%，A2B2 茎粗较A2B1 处理增加6.35%，但A1B1、A2B1、A2B2 处理茎粗与CF 处理间无显著差异。在生物有机肥配施用量相同情况下，化肥减量20%的处理茎粗优于减量30%的处理。

图1 化肥减量配施生物有机肥对茄子株高和茎粗的影响

2.1.2 叶面积指数

由图2可见，化肥减量配施生物有机肥较常规施肥对茄子叶面积指数影响显著（P＜0.05），其中A1B2 处理效果最佳，较CF 显著提高37%，其次为A1B1、A2B2 处理，较CF 分别显著提高19.82%、25.56%。化肥减量相同的条件下，茄子的叶面积指数随生物有机肥配施量增加而增大，A1B2 较A1B1 处理显著增加14.33%，A2B2 较A2B1 处理显著增加10.47%。此外，有机肥用量相同的情况下，茄子的叶面积指数随化肥减施程度的增加呈下降趋势，其中，A2B1 较A1B1 处理降低5.15%，A2B2 较A1B2 处理降低8.36%，但均无显著差异（P＞0.05）。

图2 化肥减量配施生物有机肥对茄子叶面积指数的影响

2.2 化肥减量配施生物有机肥对茄子光合生理特性的影响

由图3 可以看出，茄子开花坐果期A1B1、A1B2、A2B1、A2B2处理较CF在同一化肥施用量下随着配施有机肥含量的增加净光合速率明显增大，但化肥施用量不同时，净光合速率表现为双峰曲线。各处理均在上午10∶00 时左右达到全天第一个峰值，所有处理中CK 的净光合速率最小，配施有机肥处理A1B2较处理CF茄子净光合速率显著提高（P＜0.05）。各处理气孔导度亦呈现单峰曲线，A1B2 处理气孔导度最高，其次为A2B2处理。各处理在12∶00时左右达到峰值，随后开始逐渐下降，主要是上午气温随着太阳光辐射的增强而不断升高，植株叶片逐渐开放进行光合与蒸腾，下午光照减弱，温度下降与蒸腾耗水导致保卫细胞失水进而降低气孔导度。各处理蒸腾速率的日变化曲线表现为单峰趋势，所有处理均在12∶00 时左右达到峰值，A1B2 和A2B2 处理的蒸腾速率较CF 显著提高，而A1B1 与A2B1 处理与CF 无显著差异。胞间CO2浓度日间变化呈单谷趋势，CK 处理茄子叶片的日均胞间CO2浓度最高，显著高于其他处理。化肥用量相同的情况下，随着有机肥用量的增大，胞间CO2浓度呈减小趋势。

图3 化肥减量配施生物有机肥对茄子叶片光合参数

2.3 化肥减量配施生物有机肥对茄子产量与经济效益的影响

不同施肥模式对茄子投入、经济产量、产值和净产值等指标影响差异显著（表2）。化肥配施有机肥显著提高了茄子的生产投入，其中A1B1、A1B2、A2B1 和A2B2 处理生产投入分别为35 920、38 920、35 680 和38 680 元/hm2，分别较CK显著增多15.87%、25.55%、15.10%和24.77%，而纯施化肥CF 处理较CK 增幅较小，为7.74%；化肥配施有机肥均不同程度提高茄子产量，其中A1B2 处理增幅最大，产量可达77 977.25 kg/hm2，较CF 显著提高17.49%，其次为A2B2 处理，产量为75 157.65 kg/hm2，较CF 显著提高13.24%，尽管A1B1、A2B1 处理较CF 分别提高7.16%和4.65%，但三者间无显著差异，同时受产量影响，各处理产值与产量变化一致；A1B2 处理净产值最高，其次为A2B2、A1B1、A2B1 和CF 处理，可达112 610.26～132 629.95 元/hm2， 较CK 显著提高29.91%～53.00%。

表2 化肥减量配施生物有机肥下茄子产量与经济效益分析

2.4 化肥减量配施生物有机肥对茄子营养品质的影响

由表3可知，化肥减量配施生物有机肥能显著改善茄子品质，其中，A1B2 处理改善效果最佳。A1B2 处理的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C 含量分别较CF 显著提高27.69%、16.13%、10.95%，纤维素含量显著降低66.67%，较A1B1 处理分别显著提高11.15%、13.68%、5.69%，纤维素含量显著降低57.14%。说明在一定量化肥减施水平下，增施生物有机肥用量可改善茄果品质；A2B1较A1B1处理、A2B2较A1B2处理可溶性糖含量分别降低6.47%、9.06%，说明在同一生物有机肥用量下，可溶性糖含量随化肥减施水平的提高反而降低。

表3 化肥减量配施生物有机肥对茄子品质的影响

2.5 化肥减量配施生物有机肥对茄子影响的综合分析

利用灰色关联度分析法原理，对6 个处理进行综合评价，亦即茄子施肥模式综合排序，可作为施肥模式综合评价的依据。通过表4 可知，A1B2 处理的等权关联度、权重系数、加权关联值均为最佳，其次为处理A2B2、A1B1，CK 最低。6种施肥模式参数综合排序情况为A1B2＞A2B2＞A1B1＞A2B1＞CF＞CK。

表4 不同施肥处理灰色关联度综合评价

3 讨论

大量施用化肥会造成土壤和养分结构破坏、生态环境持续恶化，对作物生长和农业发展构成极大威胁[11]。作物农艺性状是作物外在最直观的表现，能够更加客观的反应作物生长优劣。王庆玲[12]、Saifei 等[13]试验表明，适宜的生物有机肥施用量能够显著促进植株叶面积指数与叶片数的增长。本试验中，化肥减量配施生物有机肥可以显著促进茄子的生长发育，其中，20%化肥减施水平下，A1B1、A1B2 处理较CF 显著提高了茄子株高、茎粗和叶面积指数，表明茄子在生物有机肥替代20%化肥水平下能够获取足量的肥料供其利用，这与张迎春等[4]对莴笋的试验结果相似，但A2B1、A2B2处理下株高、茎粗较CF 无显著差异（P＞0.05），究其原因可能是化肥减施幅度过大，且作物只能吸收生物有机肥中经过矿化分解成无机或小分子的有机养分，致使有机肥肥效缓慢，影响作物生长发育[14,15]。

光合作用是评价作物发育状况的主要依据，直接控制作物的光合产力[16]。本研究中，在茄子开花坐果期，相较于常规施肥模式，有机肥配施化肥可提高净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，同时显著降低胞间CO2浓度，这与冯克云[17]、薛磊等[18]研究结果相一致。其原因可能是施用生物有机肥环境下，土壤中CO2释放量偏多，有利于作物光合速率的增加[19]。生物有机肥部分替代化肥有利于气孔导度的提高，从而使更多的CO2进入作物叶肉细胞，提高了光合速率。而单施化肥条件下，叶片中氮含量的增加促进氮同化能力的增强，与光合碳的同化竞争限制了RuBP 在卡尔文循环中的再生能力，减小了光合速率[20]。胞间CO2浓度受CO2浓度、气孔开度以及叶片光合能力等影响显著[21]。生物有机肥施用量相同时，化肥减量过多会阻碍作物气孔开度，引起胞间CO2浓度减少，进而减缓光合速率。茄子叶片以不施肥处理胞间CO2浓度最高，显著高于其他处理，这可能与茄子净光合速率减弱，进行光合作用消耗的CO2用量减少导致胞间CO2浓度累积有关。刘宇朝等[22]研究指出，仅当净光合速率和胞间CO2浓度同步减小时，气孔导度是引起净光合速率的减小主要因素，否则为光合作用的非气孔限制造成胞间CO2浓度增大。本研究中，净光合速率、气孔导度的变化与胞间CO2含量的变化不同步，说明光合速率的下降并不是由气孔导度的减小造成，而是非气孔因素影响了CO2的利用，引起CO2的累积，与郑国保[23]、刘术均等[24]等研究结果一致。

经济效益是衡量作物化肥减量配施生物有机肥增效最主要指标之一，也是当地农民是否采用该项技术最核心问题。马臣等[25]研究指出，较纯化肥处理，配施有机肥可节省12.9%～21.3%的氮肥用量，且提高产量2.0%～18.3%。本试验研究结果发现，较不施肥处理，施肥处理可显著增产24.07%～45.77%，其中化肥减量配施生物有机肥可显著增产29.84%～45.77%。化肥减量配施生物有机肥较纯化肥处理虽然肥料成本增加2 280～5 520 元/hm2，但产量显著高于常规施肥3 087.5～11 608.95 kg/hm2，经济效益增加4 512.5～20 019.69 元/hm2。究其原因可能是生物有机肥中含有机质、氮、磷、钾以及微量元素等大量营养物质，其中含有的活菌和腐殖酸能活化土壤中部分难溶性养分，促进作物吸收养分。

可溶性糖、维生素C含量是衡量植物碳营养水平与作物品级的重要因素[26]。刘慧等[27]研究发现，生物有机肥部分替代化肥能够增加茄子维生素C含量，降低果实中硝酸盐含量。本研究发现，较纯化肥处理，生物有机肥部分替代化肥提高了茄子维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量，减少了粗纤维的含量，且A1B2 处理显著优于CF 处理，显著增加茄果可溶性蛋白、维生素C以及可溶性糖含量16.13%、10.95%和27.69%，其原因可能是施入生物有机肥后提高了相关代谢酶活性，改善了茄果综合品质。同一化肥减施水平下，随生物有机肥施用量增加，茄果维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量较纯化肥处理均存在不同幅度的增加，增幅分别为3.26%～10.94%、14.87%～27.68%和2.15%～16.12%，这可能与生物有机肥中含有丰富氮、磷、钾和大量有机碳外，还含有较多的微量元素和生物活性物质有关，作物易吸收利用[28]。纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，含量过高影响口感[29]。本研究中化肥减量配施生物有机肥均可降低纤维素含量，降幅为18.51%～66.67%，其中处理A1B2 纤维素含量明显小于其他处理，茄果综合品质得到有效提升，这与梁中秀等[30]研究结果相似。

4 结论

以灰色关联度分析和聚类分析为依据，综合分析各施肥模式下对茄子生长特征、生理特性、产量以及品质的影响，最佳施肥模式为A1B2 处理，即80%化肥配施施生物有机肥6 000 kg/hm2，较常规施肥模式，可显著促进茄子植株生长、增强叶片光合速率、提高产量、优化茄果品质，达到了肥料资源的合理配置，可实现景电灌区茄子高产优质种植、减肥增效的目的。