有机肥部分替代化肥对大蒜产量、品质及养分吸收分配的影响

周红梅，任艳云，张巧玲，王秋云，王春兰，周玉彩，黄信诚，张宪军

(济宁市农业科学研究院，山东 济宁 272100)

我国大蒜种植面积78万hm2，占世界大蒜栽培面积的2/3，年产量1157.8万t，是世界上最主要的大蒜生产、消费和出口国[1，2]。山东金乡为我国大蒜主产区，常年种植大蒜4.67万hm2，年均产量为80万t，产品出口160多个国家与地区[3]。种植大蒜已成为当地农民增收致富的重要途径，大蒜产业已成为当地的支柱产业、特色产业和富民产业。

大蒜是经济价值较高的作物，蒜农为追求高产和经济效益，往往盲目过量施肥。大蒜为弦线状浅根性根系，需肥较多而且较耐肥，对肥水反应比较敏感。目前大蒜生产普遍使用N－P2O5－K2O含量(%)为15－15－15、16－16－16或17－17－17的均衡性高浓度复合肥，氮、磷、钾养分比例严重失调。另外蒜农为了省工省钱，不用或很少使用有机肥。随着金乡大蒜种植年限的延长，单靠增施化肥大蒜产量不仅不能有效增加，反而有下降趋势[4]。肥料的大量投入，加上施肥方式粗犷、灌溉方法不当，导致土壤盐渍化加重，有机质含量下降、土传病害加重、肥料利用率降低等问题，严重影响大蒜的产量和品质，从而直接影响其经济效益，已成为制约本地大蒜产业健康发展的技术瓶颈[5－9]。

已有研究表明，采用平衡施肥、有机肥部分替代化肥可减少蔬菜生产上的化肥使用量，培肥地力，提高蔬菜产量和品质，提高肥料利用率，减轻农业化肥浪费，改善土壤生态环境[10－14]。齐振宇[15]研究发现，减施30%氮肥能明显降低大蒜的产量和品质，而减施30%磷肥对大蒜产量和品质的影响较小，在减施氮肥和磷肥的前提下通过有机肥替代可显著提高大蒜苗期的生长势、后期产量和品质。原寒等[16]研究表明，长期施用有机肥具有养地的重要功能。张万萍等[17]的研究表明，4种生物有机肥对大蒜植株的生长发育和产量均有不同的促进作用。王明文等[18]研究表明，青海东部地区紫皮大蒜有机肥替代化肥的最佳比例以40%效果较好。郭婷等[19]研究发现，高浓度石灰配施生物有机肥可以有效改良连作障碍性土壤，从而提高大蒜产量和品质。常虹等[20]研究表明，土壤调理剂与微生物有机肥配施对重茬大蒜土壤改良以及大蒜病害防治、增产效果均较好。在生姜[21]、油菜[22]、甘蓝[23]、番茄[24]等作物上的研究也表明，化肥减量配施有机肥可促进其生长，提高养分积累量，使其产量和品质均显著提高。大量研究表明有机肥能够改善土壤理化性状，提高土壤肥力，改善土壤微生物群落结构，有机肥部分替代化肥是实现化肥减施和绿色高效生产的重要措施[25－27]。

为了消减大蒜重茬障碍，减少因化肥过量施用带来的土壤生态系统失衡和农业面源污染等问题，本试验在调整氮、磷、钾养分比例基础上进行优化施肥、并在优化施肥基础上以有机肥部分替代化肥来实现化肥减量，探索连作大蒜养分优化管理模式和有机肥N素养分部分代替化肥的适宜比例，为实现金乡大蒜化肥减量及蒜田土壤改良提供技术支撑，为提高大蒜产量、品质及环境友好的多重目标提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年10月 至2021年5月在山东省金乡县鸡黍镇李堌堆村进行。该试验点属典型的中纬度暖温带亚湿润季风气候，年均降水量600～800 mm，年平均日照时数2391.4 h，年平均气温13.5℃，平均无霜期200天。试验地已连续种植大蒜20年以上，土壤为石灰性潮土，质地为沙壤，地势平坦，排灌方便，前茬作物为棉花。0～20 cm土壤理化状况为有机质含量11.72 g/kg、碱解氮57.9 mg/kg、速效磷35.3 mg/kg、速效钾272 mg/kg，pH值8.40。碱解氮和有机质含量均属较低水平。

1.2 试验设计及方法

田间小区试验设常规施肥CF(复合肥2250 kg/hm2，其中N 360 kg/hm2＋P2O5360 kg/hm2＋K2O 360 kg/hm2)、优化施肥OF(N 330 kg/hm2＋P2O5180 kg/hm2＋K2O 315 kg/hm2)、T15(15%N有机肥替代化肥)、T30(30%N有机肥替代化肥)、T40(40%N有机肥替代化肥)、T50(50%N有机肥替代化肥)共6个处理。随机区组排列，重复3次，小区面积20 m2。常规施肥处理采用氮磷钾复合肥，有机肥部分替代化肥处理采用单质肥料和有机肥。以上处理除常规施肥处理(CF)外，其余各试验处理的养分总量均相同(见表1)。有机肥全部用作基肥，化肥分2次施用。

表1 各处理有机肥和化肥施用量

试验所用肥料:复合肥(N、P2O5、K2O含量均为16%)、尿素(N≥46%)、过磷酸钙(P2O5≥18%)、硫酸钾(K2O)≥52%、商品有机肥(N＋P2O5＋K2O≥5%，有机质≥45%)。供试大蒜品种为金乡紫皮大蒜。播种时间为2020年10月10日。采用地膜覆盖种植方式，株行距为15 cm×18 cm。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生长指标和生物量测定 在蒜薹收获期，每小区选取长势基本一致的植株10株，每株选取顶部3～4片叶用叶面积测定仪测量大蒜叶面积，用直尺和游标卡尺分别测量株高和茎粗，用电子天平称干、鲜重，用植物营养测定仪(TYS－4N)测定叶绿素相对含量，并以SPAD值表示。

1.3.2 土壤样品和植株养分测定 大蒜收获时，采集各小区0～20 cm土样，风干处理后分别测其理化性质。土壤pH值采用电位法测定(水土比为2.5∶1)；土壤有机质含量采用高温外加热—重铬酸钾容量法测定；土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定；土壤有效磷含量采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用1.0 mol/L的NH4OAc浸提—火焰光度法测定。

于2021年5月1日和15日分别收取蒜薹和鳞茎(蒜头)，每处理随机取5株，测定其鲜重，烘干后测定氮、磷、钾含量。氮、磷、钾含量分别采用凯氏定氮法、矾钼黄比色法、火焰光度法测定[28]。

1.3.3 蒜薹和鳞茎产量及营养品质测定 蒜薹收获时各小区随机选取1 m2拔薹测产并进行营养品质测定。大蒜鳞茎收获时，每小区随机选取1 m2进行测产，从中选取10头大蒜进行品质分析。可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[29]，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝法测定[30]，维生素C含量采用2，6－二氯靛酚滴定法测定[31]，硝酸盐含量采用紫外分光光度法测定[32]。

1.3.4 微生物数量的测定 在大蒜返青期和收获期分别采集根际土壤，采用平板稀释计数法[33]测定土壤微生物总量。细菌用牛肉膏蛋白胨培养基、真菌用马丁氏培养基、放线菌用改良高氏1号培养基培养。

1.4 数据统计与分析

用Microsoft Excel 2007软件处理数据，用DPS软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对大蒜植株生长性状的影响

由表2可知，在蒜薹收获期，不同处理的大蒜株高、假茎粗、叶面积无显著差异。不同有机肥替代处理的叶绿素含量T50比T15显著降低21.4%；大蒜植株鲜重T50比CF和T15分别显著降低18.5%和17.2%；T50干重比CF显著降低17.5%；其他处理间均无显著差异。

表2 不同处理对大蒜植株生长的影响

2.2 不同处理对蒜薹、鳞茎产量的影响

从表3可以看出，所有处理中，T15和T30的鳞茎产量最高，均为15030 kg/hm2，较CF增产0.8%，比OF增产1.4%，同时T15和T30处理的鳞茎直径较大，分别为5.0 cm和5.1 cm。大蒜鳞茎5.0 cm及以上的占比以T30最高，OF、T15次之。T40和T50鳞茎产量分别比OF减产6.9%和15.8%，但各处理间无显著差异。各处理的蒜薹产量以CF最高，OF比CF减产1.4%，T15、T30、T40、T50分别比OF减产6.0%、6.5%、10.2%、18.0%，但各有机肥替代处理与OF均无显著差异。

表3 不同处理的蒜薹、鳞茎产量及规格

以上结果表明，采用化肥减量优化施肥、以有机肥替代部分化肥并未显著影响大蒜鳞茎和蒜薹产量，但随着有机肥替代比例增加，蒜薹产量呈降低趋势。有机肥替代化肥比例在15%～30%之间较为适宜，超过30%以上可能会造成减产。

2.3 不同处理对蒜薹和鳞茎营养品质的影响

由表4可知，与CF处理相比，T15、T40和T50蒜薹可溶性糖含量显著增加，而T30显著降低。OF和T30的VC含量比CF显著降低，其他处理无显著差异。可溶性蛋白含量除T30比OF、T40显著增加外，各处理含量基本持平。各处理硝酸盐含量较CF均降低，其中T15、T40和T50差异达显著水平。

表4 不同处理对蒜薹及鳞茎营养品质的影响

OF和CF大蒜鳞茎的可溶性糖含量无显著差异，有机肥替代处理比CF均显著降低，但随有机肥替代比例的增加可溶性糖呈增加趋势。OF、T30和T40的VC含量比CF显著降低。OF、T15和CF的可溶性蛋白含量无显著差异，而T30、T40和T50分别比CF降低19.1%、14.3%和40.1%。OF、T15和T30硝酸盐含量相近，T40和T50分别比CF增加8.2%和9.3%。

2.4 不同处理对大蒜土壤养分和微生物的影响

2.4.1 不同处理对大蒜土壤养分的影响 从表5可知，与CF相比，各处理的土壤速效钾含量均降低，其中T15和T30处理比CF显著降低27.2%和28.6%。各处理对0～20 cm土层土壤碱解氮、速效磷、有机质等理化性状无显著影响。

表5 大蒜收获期不同处理土壤养分含量

2.4.2 不同处理对大蒜根际土壤微生物的影响 由表6可知，各处理土壤细菌和放线菌数量变化规律相似:即随着生育期的延长均呈升高趋势，真菌数量呈降低趋势。与CF处理相比，OF土壤细菌数量在返青期和收获期均显著降低，放线菌数量只在收获期显著降低。T15和T30土壤细菌数量在收获期比OF显著增加，而T40和T50土壤细菌数量在返青期和收获期均比OF显著增加。各有机肥替代处理中T30的土壤真菌数量在返青期和收获期均比CF显著降低。相较于OF，各有机肥替代处理的土壤放线菌数量在两个时期均呈升高趋势。

表6 不同处理对大蒜根际土壤微生物数量的影响

2.5 不同处理对大蒜植株养分吸收和分配的影响

由表7可以看出，大蒜植株对氮素的吸收以鳞茎最多，假茎叶次之，根中最少。鳞茎中氮吸收量OF最多，T50最少，后者少18.15%，差异显著；T40鳞茎氮素分配率最高。假茎叶中氮吸收量和分配率均以T15最高，氮吸收量比T50显著增加40.3%，其他处理之间无显著差异。根系氮吸收量各处理间无明显差异。大蒜植株各器官总吸氮量以OF最高，T15次之，T50最低。

表7 不同处理对大蒜养分吸收和分配率的影响

大蒜植株对磷的吸收主要集中在鳞茎，假茎叶和根中都非常少。鳞茎磷素吸收量以T15最高，较T40和T50显著增加17.4%和20.9%，分配率以T30最高，T50次之。假茎叶磷素吸收量和分配率均以T15最高，显著高于其他处理。大蒜植株各器官总吸磷量以T15最高，T30次之，T50最低。

大蒜植株对钾的吸收大小顺序为鳞茎>假茎叶>根。OF与CF在根系、鳞茎以及假茎叶部位的吸钾量均无显著差异。各有机肥替代处理与OF相比，鳞茎钾素吸收量除T50比OF显著降低30.0%外，其他处理无明显差异，分配率以T30最高。假茎叶钾素吸收量OF最高，T50最低，比OF显著降低37.6%。大蒜植株各器官总吸钾量以OF最高，T15次之，T50最低。

从大蒜植株不同器官的养分吸收和分配率来看，氮、磷和钾的吸收、分配规律相似:均以鳞茎最高，假茎叶其次，根中最少。与OF相比，T50处理显著降低大蒜鳞茎对氮和钾的吸收。

3 讨论与结论

在与优化施肥用量相同的情况下，有机肥氮替代化肥氮比例在15%～30%时，蒜薹和鳞茎产量并未降低；替代比例超过30%，大蒜鳞茎产量开始降低，替代比例越大，降低越多。同时本试验条件下有机肥替代比例在30%时，商品蒜的数量和比例较高。与优化施肥OF处理相比，T15、T30处理的鳞茎产量均有所增加，T40和T50处理的有所降低，但均未达到显著差异，说明有机肥可以部分替代化肥，同时化肥N养分只能部分减施，减施比例以不超过30%为宜。这与齐振宇等[15]的研究结果一致。马肖等[22]在油菜上的研究表明，在化肥减量25%条件下配施2250 kg/hm2有机肥能获得与习惯施肥相当的产量；刘长旭等[24]研究表明，优化施肥基础上化肥减量20%，番茄产量未降低；邬刚等[34]研究表明化肥减量28.5%～31.4%不会造成乌塌菜和高秆白菜产量的降低。本试验结果与上述研究结果相似:在化肥减施条件下，以部分有机肥替代化肥可以维持大蒜产量的稳定。

本试验中，与常规施肥和优化施肥相比，有机肥替代处理可显著增加蒜薹可溶性糖含量，显著降低硝酸盐含量，这与前人的研究结论一致{35，36}。有机肥替代处理显著降低了大蒜鳞茎可溶性糖含量，这与张宇[37]研究的氮肥减施配施有机肥降低大蒜可溶性糖含量，李会合等[38]报道的无机肥与禽畜粪肥配施可降低生菜可溶性糖含量，黄庆[39]报道的30%有机氮替代化肥菜心可溶性糖含量下降的结果相似。随着有机肥替代比例的增加，大蒜鳞茎硝酸盐含量T40和T50处理比T15显著增加，这可能是由于T40和T50鳞茎中氮的分配率比T15增加所致。与常规施肥CF处理比较，优化施肥OF处理和T30显著降低蒜薹VC含量，OF、T30和T40处理鳞茎VC含量也显著降低。这与齐振宇等[15]在大蒜上、邬刚[34]在乌塌菜和高秆白菜上的研究结果不一致。T30处理的蒜薹可溶性蛋白含量较OF、T40显著增加，而与他处理间无明显差异，T30、T40和T50处理鳞茎可溶性蛋白含量均比OF、T15显著降低。这与付丽军等[40]在生姜上的研究结果一致，但余高[41]、文静[42]等研究认为，化肥减量配施有机肥或生物有机肥可以显著提高辣椒和莴笋的蛋白质含量，这可能与不同作物对N、P、K元素的需求不同以及施用有机肥种类有关。大蒜对N和K的需求量较大，化肥用量的降低导致N、K元素的供给减少，从而使大蒜鳞茎的VC、可溶性糖和蛋白含量降低。

本研究发现优化施肥后，土壤细菌、真菌和放线菌数量均比常规施肥处理有所降低。不同比例的有机肥替代之后，T30处理土壤真菌数量比CF显著降低，与OF相比T30、T40和T50处理的土壤细菌数量增加，各处理土壤放线菌数量均有所提高，但未达到显著水平，这说明有机肥部分替代化肥在一定程度上可降低真菌数量，提高细菌和放线菌数量。相关研究[43，44]证实了这一点。土壤真菌中有许多是作物的病原菌；放线菌多数种类都能产生抗生素，所以对有害微生物有一定的抑制作用[45]。

本试验结果显示，大蒜植株对氮、磷、钾的吸收和分配规律相似，鳞茎中最多，假茎叶其次，根中最少。各有机肥替代处理中T30处理鳞茎氮、钾吸收量最高，对磷的吸收量T15处理最多，但分配率是以T30处理最高。这表明在本试验条件下，有机肥氮素替代30%以下时，不会影响大蒜植株对氮、磷和钾的吸收。作物的协调生长和优质高产取决于其对养分的吸收和分配。

综上所述，在常规施肥基础上优化施肥并在优化施肥基础上以15%～30%有机氮替代化肥氮，大蒜产量和品质没有降低，表现为化肥减量不减产，大蒜收获期土壤有效养分含量也基本未受显著影响。因此，大蒜生产上有机肥氮以15%～30%的比例代替化肥氮、同时减少化肥施用量的方案是可行的，但要根据不同土壤、不同肥力水平确定有机氮替代的具体比例，以达到最佳效果。