化肥减量配施生物有机肥对露地大白菜产量及品质的影响

茹 朝，郁继华，2，武 玥，冯 致，缑兆辉，金 宁，王舒亚，刘泽慈，吕 剑，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)

大白菜(L.ssp(Lour.)Olsson)，原产于我国北方，二年生草本植物，是我国传统蔬菜，大白菜除富含丰富的糖、膳食纤维、蛋白质、矿质元素外，还是维生素和抗氧化物质的重要来源。据农业部统计，2016年全国白菜种植面积约为256.2万hm，占全国蔬菜总面积的12.8%；总产量10 645万t，占全国蔬菜总产量的15.8%。是我国北方农民冬季经济收入的重要途径之一。

随着人们生活水平的不断提高，高品质的蔬菜产品越来越受到青睐，但在蔬菜产业快速发展的过程中，由于种植者长期对产量的盲目追求，化肥的过度使用、产品品质下降、资源浪费、环境污染等问题也愈发严重，因此，消减单位面积化肥施用量成为实现蔬菜产业提质增效及可持续发展的重要途径。如何在保证产量的基础上达到化肥减量的目标，成为当今科研人员共同关注的重要问题。平衡施肥是提高作物产量，科学施肥的基本举措，是当今世界农业生产中施肥技术的发展趋势，其特点是根据作物需肥规律、土壤供肥特性和肥料效应的营养供给进行科学调配，合理地利用农业资源，如2011年农业部印发《测土配方施肥技术规范》(修订版)，使测土配方施肥中的技术行为更加规范化。生物有机肥是以畜禽粪便、农作物秸秆等有机废弃物为原料，经过无害化、腐熟处理并添加微生物而制成的一类兼具有机肥和微生物功效的肥料，其综合了传统有机肥和微生物肥料的优点，能够有效地提高肥料利用率，在改良菜田土壤方面发挥着重要作用。生物有机肥通过改良土壤微生物多样性，通过引入促生菌、病原拮抗菌等有益菌，利用微生物自身生命活动使土壤中难溶性养分变为有效养分，如固氮菌可将空气中分子态氮转化为作物直接吸收利用的氮素形态，溶磷、解钾菌肥能将土壤中含磷、钾的难溶性化合物转化成有效磷，速效钾进而促进作物养分的吸收。生物有机肥中的某些微生物在代谢过程中分泌出的抗生素对一些土传病害起抑制作用。近年来，许多学者在玉米、马铃薯、番茄等作物上进行了较多研究，但关于大白菜的研究鲜见报道。

本试验以不施肥和当地常规施肥为对照，设置化肥平衡施肥、化肥减量生物有机肥配施处理，研究基于平衡施肥理论下的化肥减量生物有机肥配施对大白菜生长、产量、品质的影响，旨在寻求露地大白菜化肥减量生物有机肥配施最佳种植模式，提高土壤养分利用率，改善产品品质，增加农民效益，为当地大白菜产业提质增效和可持续发展提供科学合理的施肥方案和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试大白菜品种为旺春大白菜，此品种为结球型大白菜，抗病虫害强，产量高。试验供试肥料为市售昆仑牌尿素(N≥46%)、过磷酸钙(PO≥16%)、硫酸钾(KO≥52%)，供试生物有机肥为甘肃省绿能瑞奇农业科技股份有限公司生产的“绿能瑞奇”精制活性生物有机肥(有效活菌数≥0.2亿个，N+PO+KO≥5%，有机质≥40%，腐植酸≥25%)。

1.2 试验设计

本试验在甘肃省天祝县打柴沟镇(37°09′N，102°99′E)开展，该地区海拔2 630 m左右，年平均气温-2 ℃，年均降水量400～450 mm。试验地为壤土，地势平坦，地力中等均匀，试验地土壤(0～20 cm)基本理化性质pH为8.32，土壤电导率299.67 μS·cm，土壤有机质含量12.05 g·kg，全氮含量2.29 g·kg，碱解氮含量98.93 mg·kg，速效磷含量48.5 mg·kg，速效钾含量123.0 mg·kg。大白菜于2020年4月19日育苗，5月18日定植。试验共设置不施肥(CK1)、常规施肥(CK2)、化肥平衡施肥(T1)、化肥减量30%+6 000 kg·hm生物有机肥(T2)、化肥减量30%+9 000 kg·hm生物有机肥(T3)、化肥减量40%+6 000 kg·hm生物有机肥(T4)、化肥减量40%+9 000 kg·hm生物有机肥(T5)7个处理(表1)，每处理3个重复，采用随机区组试验设计，小区面积为41.5 m，常规施肥量为经调研后计算出的当地施肥量，化肥减量30%、40%为常规施肥总量的基础上依据白菜平衡施肥分别减施，即T2、T3处理中化肥施用总量为常规施肥总量减少30%(氮肥减少42.5%、磷肥减少50.6%、钾肥增加167.3%)，T4、T5处理中化肥施用总量为常规施肥总量减少40%(氮肥减少50.5%、磷肥减少57.8%、钾肥增加125%)。过磷酸钙和生物有机肥全部基施。尿素和硫酸钾30%基施，30%在莲座期、40%在结球初期进行沟施追肥。采用一垄双行半膜栽培模式，垄宽40 cm，沟宽30 cm，栽培密度为54 000株·hm，株距50 cm，行距30 cm。田间管理与当地农户一致。每处理避开边缘效应选取长势一致的30株作为样本，并且挂标签标记。大白菜于7月28日进行采收，各处理随机选取10株样品进行指标测定。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长指标

每个处理每个重复选有代表性的10株成熟大白菜，用剪刀将其幼嫩根尖部分剪下混匀，采用红四氮唑法(TTC法)测定其根系活力；在莲座叶上用0.5 cm打孔器避开叶脉随机打孔、混匀，采用丙酮提取法测定其叶绿素含量。

1.3.2 产量及经济指标

成熟期按小区进行产量测定，肥料投入为各小区施肥费用，经济效益为以市场价为标准计算各小区收入，增产率(%)=(处理小区产量-常规施肥小区产量)÷不施肥小区产量×100，肥料贡献率(%)=(施肥小区产量-不施肥小区产量)÷施肥小区产量×100。

1.3.3 品质指标

每个处理选取10株成熟大白菜，各取四分之一叶球，剁碎混匀后测定下列指标。游离氨基酸含量采用水合茚三酮显色法测定，可溶性糖采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250溶液法测定，硝酸盐含量采用水杨酸法测定，V含量采用2，6-二氯酚靛酚钠染色法测定，硫代葡萄糖苷含量采用氯化钯显色法测定，类黄酮含量采用亚硝酸钠-硝酸铝比色法测定，多酚含量采用福林酚比色法测定。

表1 各处理施肥总量

1.3.4 矿质元素含量测定

选取10株成熟大白菜，各取四分之一叶球，烘干粉碎后过0.2 mm筛，前处理采用HSO-HO消煮法消解，Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn均采用原子吸收光谱仪测定。

1.4 统计分析

采用SPSS 22.0统计软件和Microsoft office 2016进行数据分析和处理，用Duncan’s法进行差异显著性测验(<0.05)。

大白菜生长及品质指标的综合评价：利用下式求大白菜生长及品质指标隶属值：

本表达式中，为指标测定值，、分别为所有参试材料某一指标的最大值与最小值，若某一指标与植株生长负相关，可通过以下反隶属函数计算其隶属函数值：

最后计算各处理隶属函数平均值，即为综合评价值，再根据其大小进行综合排名。

2 结果与分析

2.1 化肥减量配施生物有机肥对大白菜根系活力和莲座叶叶绿素含量的影响

各施肥处理下大白菜根系活力和叶绿素含量如图1所示，化肥减量配施生物有机肥可以显著提高大白菜根系活力，其中T3处理活性最高，较CK1、CK2分别提高了22.2%和40.3%，T2、T5处理较CK1、CK2处理根系活力有显著提高，T4较CK2根系活力显著提高15.5%，且在同一化肥减量条件下，根系活力表现出随生物有机肥的施用量增加而提高。各施肥处理叶绿素含量均高于不施肥处理。在施用生物有机肥的前提下，叶绿素含量随生物有机肥的施用量增加而增加，T3处理叶绿素含量最高，达2.29 mg·g，较CK2处理提高了37.5%，并与其差异显著，T4、T5处理叶绿素含量分别比CK2提高了19.8%和21.6%。

2.2 化肥减量配施生物有机肥对大白菜产量和经济效益的影响

由表2可知，施肥各处理产量均显著高于不施肥处理CK1，施用生物有机肥的T2、T3、T5处理产量分别比常规施肥处理CK2增产10.80%、20.91%、6.48%，其中T3处理产量显著高于其他各处理，达151.09 t·hm。在相同的化肥施用量前提下，9 000 kg·hm有机肥的增产率均高于6 000 kg·hm有机肥的增产率。化肥平衡施肥的T1处理产量显著高于当地常规施肥，产量提高了6.48%。肥料贡献率以T3处理最高，T2处理次之，CK2处理最小，各处理肥料贡献率均高于当地常规施肥CK2。

图中不同小写字母表示在0.05 水平上差异显著。Different lowercase letters in the figure indicated significant differences at the 0.05 level.图1 化肥减量配施生物有机肥对大白菜根系活力和叶绿素含量的影响Fig.1 Effects of reducing chemical fertilizers and applying bio-organic fertilizers on root vitality and chlorophyll content of Chinese cabbage

表2 化肥减量配施生物有机肥对大白菜产量和肥料贡献率的影响

由表3可知，在不同施肥模式下大白菜的产值、肥料投入成本、经济效益存在较大差异，通过调查当年当地大白菜市场收购价格，以此作为标准，计算大白菜经济效益，配施生物有机肥的T2、T3处理经济效益较CK2显著增加，但T4、T5处理经济效益受施用有机肥成本影响，较CK2降低。T1处理，较CK2产经济效益增加。各化肥减量模式下以T3处理经济效益最优，净收益为129 666元·hm，比CK2增收10 749 元·hm，增长率为9.04%。

2.3 化肥减量配施生物有机肥对大白菜品质的影响

2.3.1 化肥减量配施生物有机肥对大白菜营养品质的影响

由表4可知，T1、T3处理大白菜叶球可溶性糖含量分别为3.11%、3.01%，显著高于其他处理，且分别较CK2提高了1.01、0.91百分点。可溶性蛋白含量T3处理最高，为18.1 mg·kg，较CK2提高81.00%，T3与T2显著高于其他处理。T1处理游离氨基酸含量高达316.40 mg·kg，较CK2提高了9.61%，其次为T3处理，含量为315.71 mg·kg，较CK2提高了9.37%。T2、T4、T5处理游离氨基酸含量较CK2分别提高了5.96%、6.95%、7.31%。硝酸盐含量最高的处理为当地常规施肥CK2，含量最低的为不施肥CK1处理，其他减肥处理叶球硝酸盐含量均较CK2显著降低，降幅为11.53%～21.52%，硝酸盐含量随有机肥施用量增加而降低。

表3 化肥减量配施生物有机肥对大白菜经济效益的影响 (元·hm-2)

表4 化肥减量配施生物有机肥对大白菜营养品质的影响

2.3.2 化肥减量配施生物有机肥对大白菜抗氧化物质含量的影响

如表5所示，大白菜不同施肥处理V含量均有不同程度提高，其中T3处理含量高达70.84 mg·kg，较CK2提高2.92%，两者差异显著，T4、T1的V含量也显著高于CK2，增幅分别为2.75%、1.42%。硫苷含量T1处理最高，为18.4 μmol·g，较CK2提高了49.35%，其次为T3处理17.31 μmol·g，较CK2提高了40.50%与两者差异显著。T4、T5处理硫苷含量较CK2有所下降。总黄酮含量T3最高，为2.22 mg·g，较CK2显著提高了29.10%，T1、T2较CK2总黄酮含量也显著提升，分别提高了9.88%、12.79%，T4、T5较CK2总黄酮含量有所降低。总酚含量最高的为T4处理5.59 mg·g，与CK2无显著差异。含量最低为CK1的4.88 mg·g，除CK1外，各处理间总酚含量差异不显著。

2.3.3 化肥减量配施生物有机肥对大白菜矿质元素含量的影响

如表6所示，Cu含量最高的是T5处理，达到了3.70 mg·kg，较CK2增加了18.21%，两者差异显著。施用有机肥的各处理间Cu含量差异不显著，但均显著高于CK2。Fe含量最高的为T3处理的227.65 mg·kg，显著高于CK2处理，T2至T5处理大白菜Fe含量较CK2均有较大提升，差异显著。施用有机肥可显著提高大白菜Mn含量，最高的是T3处理18.39 mg·kg，较CK2含量提高了38.69%。T2、T4、T5处理与CK2的Mn含量差异显著，分别提高25.57%、18.40%和17.42%。施用生物有机肥可显著提高大白菜Zn含量，T5处理最高，达40.95 mg·kg，较CK2提高了20.44%，T1处理Zn含量较CK2提高了13.56%，差异显著。在同一化肥减量条件下，Zn含量无显著差异。Ca含量最高的为T1处理，为3 006.00 mg·kg，显著高于CK2处理9.06%，T2、T4与CK2有显著差异。在化肥同一减施条件下，Ca含量T3>T2，T5>T4，Ca含量随着生物有机施用量的增加而增加。Mg含量最高的为T3处理2 897 mg·kg，较CK2提高了11.79%，其次为T2处理2 888.2 mg·kg，二者均与CK2差异显著。T5与CK2差异显著，Mg含量提高了8.15%。

表5 化肥减量配施生物有机肥对大白菜抗氧化物质含量的影响

表6 化肥减量配施生物有机肥对大白菜矿物质含量的影响

2.4 化肥减量配施生物有机肥对大白菜生长及品质综合评价分析

产量、可溶性糖、游离氨基酸、可溶性蛋白、硝酸盐、矿质元素等指标的高低是衡量大白菜质量的标准之一，但单一指标的高低往往不能充分反映大白菜的质量，而综合评价法可以在一定程度上克服指标鉴定的不足，用综合隶属函数的方法，对本试验中17项指标进行综合评价，根据平均隶属函数值的大小判断各处理间的相对优劣程度。由表7可得，除硝酸盐指标外，其余各处理的评价系数均大于CK1，T3处理综合评价系数为0.92，为各处理最高，其次为T2，其综合评价系数为0.67，其余各处理依次为T5>T4>T1>CK2>CK1，综合来看，T3处理是种植大白菜最适宜的施肥方式。

表7 化肥减量配施生物有机肥对大白菜生长及品质指标影响综合性评价

3 讨论

平衡施肥是根据作物需肥规律和当地土壤养分特性而进行科学施肥的一种施肥技术。该技术在科学满足作物需肥特性的基础上，还可有效提高肥料利用率，从而提高其产量和品质，减少环境污染。本研究结果表明，露地栽培大白菜化肥减量30%并配施9 000 kg·hm生物有机肥可显著提高大白菜根系活力、叶绿素含量，这与宋以玲等在油菜上和张迎春等在莴笋上的研究结果相似，主要是由于生物有机肥的施入，增加了土壤中有机质含量，改善了土壤理化性质，培肥土壤，有利于作物根系的伸展和对养分的吸收，生物有机肥还含有大量有益微生物，施入土壤后在根系周围定殖， 优化根际微域环境，进而提高其根系活力和叶绿素含量，促进大白菜生长发育，且随生物有机肥的增加作用效果越显著，何东霞等在对韭菜的研究中也发现此现象。在相同的生物有机肥施用水平下，根系活力和叶绿素含量随化肥施用量的减少而降低，说明适当的减施化肥并配施生物有机肥可显著促进作物生长。本试验中，不同肥料施用模式下产量差异巨大，增施生物有机肥与常规施肥相比，化肥减量30%时增产率在10.80%～20.91%，化肥减量40%时增产率在0.04%～6.48%，这与张钧恒等研究结果相似，在同一化肥减量条件下，作物产量随生物有机肥的增加而增加，林志锋等在对豆角和苦瓜的研究中也证实了这一结论。本试验中，化肥减量30%加9 000 kg·hm生物有机肥使大白菜产量增加20.91%，经济效益增加了10 749元·hm，增施生物有机肥虽然使成本增加，但其产量显著高于常规施肥产量，实际上增加了收益。

生物有机肥营养物质释放缓慢，氮素养分以氨态氮或氨基酸形式供植物吸收利用，有利于营养物质的积累，促进植物生长，提高产品质量，减少硝酸盐等有害物质。前人研究发现，施用有机肥后作物的品质能得到明显的改善，可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸有不同程度的提高，这与本试验研究结果一致，可溶性蛋白、游离氨基酸含量施用有机肥的各处理均高于当地常规施肥和化学平衡施肥，施用生物有机肥各处理可溶性糖含量与生物有机肥施用量呈正相关，这与何东霞等在韭菜上的研究一致，在减肥30%时可溶性糖含量显著高于当地常规施肥，在减肥40%时可溶性糖含量与当地常规施肥差异不显著，这可能与减肥量过大，土壤肥力无法满足作物合成较多的营养物质有关。施用生物有机肥显著降低了硝酸盐含量，它的含量随生物有机肥施用量增加而降低，随化肥施用量降低而降低，这与朱代强和李杰等研究结果一致。

V、硫代葡萄糖苷、类黄酮以及多酚是植物中重要的天然抗氧化物，是评价作物抗氧化能力的重要指标，抗坏血酸可以增加人体的抵抗力，对心血管疾病有很好的干预效果，硫苷、多酚类物质尤其是在心血管疾病、抗肿瘤方面具有重要的作用，黄酮具有抗氧化和清除氧自由基而达到抗癌、防癌功效，还可增强机体的免疫系统功能而起到护肝效果。施用有机肥后，V含量不同程度地高于当地常规施肥，其中T3、T4处理与CK2和T1差异显著，这表明在一定化肥减量条件下施用生物有机肥可显著提高大白菜V含量，这与王成等在韭菜上的研究相似。有研究表明，当作物缺硫时，硫苷合成的相关基因，如和79等的表达量会下调，硫苷含量也会显著降低，本试验中T1、T3处理施硫量较高，所以硫苷含量显著高于CK2。化肥减量30%时，硫苷含量随生物有机肥施用量增加而增加，说明施用生物有机肥可促进硫苷的合成，化肥减量40%，硫苷含量较CK2有所降低，可能是化肥减量过多影响了硫苷的合成，此现象还需进一步研究。在同一化肥减量条件下，总黄酮含量随生物有机肥含量增加而增加，这与赵满兴等研究结果一致，化肥减量40%时，类黄酮含量下降，这可能是化肥减量过大，土壤肥力不足，影响了类黄酮的合成。各施肥处理之间总酚含量无显著差异，但显著高于不施肥CK1，此现象可能是由于不同施肥模式对大白菜总酚含量影响较小，关于大白菜总酚含量与施肥模式的关系还需要进一步研究。

施用生物有机肥可增加土壤有机酸含量，而有机酸能促进矿物质的有效化和释放，提高土壤有效养分的含量。已有大量研究表明，有机肥的使用，提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有效锌等多种有效养分含量，生物有机肥还含有大量营养元素、有益微生物，可以提高土壤酶活性，促进难溶养分的释放，从而增加作物对矿质元素的吸收。本试验研究结果表明，施用生物有机肥可不同程度的提高大白菜叶球矿质元素的含量。微量元素铁、锌、铜、锰在植物生长发育过程中必不可少，可直接或间接地参与植物体内化合物的形成和许多代谢过程。大白菜叶球微量元素含量以Fe、Zn高于Cu、Mn，这与金莉等在番茄中的研究结果一致。施用有机肥各处理较CK2处理Cu、Mn、Fe、Zn含量有显著提升，这与Li等研究结果一致。中量元素Ca、Mg含量相近，且他们的含量随生物有机肥施用量的增加而增加，说明生物有机肥促进了Ca、Mg元素的吸收。Ca含量T1处理最高，可能是由于单一使用化肥，Ca与某些元素竞争降低，从而使Ca吸收量较高。

4 结论

综上所述，基于平衡施肥理论的化肥减量模式可有效提高大白菜产量和品质，其中化肥减量30%并配施9 000 kg·hm生物有机肥可显著促进大白菜的生长，提高其产量，同时可有效改善大白菜叶球营养品质。采用隶属函数分析法对不同施肥模式下大白菜叶球营养品质进行综合评价，此方法减少了主观因素的影响，使结果能够较为合理地反映各处理的优劣，可提高营养品质判断的准确性。7个处理大白菜隶属函数综合评价从大到小依次为T3>T2>T5>T4>T1>CK2>CK1。因此，化肥减量30%并配施9 000 kg·hm生物有机肥是增加当地农田土壤生产力、提高大白菜产量和品质的有效途径。