氮肥减量配施有机肥对大白菜产量、品质及氮肥利用率的影响

刘中良，高俊杰，陈震，闫伟强，谷端银

(泰安市农业科学院，山东 泰安 271000)

大白菜是中国北方秋冬季主要的露地蔬菜，产量影响的要素较多，除了受种植模式、土壤地力、管理及病虫害等影响外，主要受肥料影响.肥料作为保证作物生长的重要因素，特别是氮肥对作物产量和品质的提高起着至关重要的作用[1].随着当前蔬菜产业迅猛发展，为了追求高产高效益，盲目过量施肥现象较为普遍，特别是氮肥高投入、不合理施肥导致蔬菜品质下降、土壤生态失衡、资源浪费，甚至环境污染等问题，严重影响着蔬菜产业的持续健康发展[2]；而氮肥过量施用亦造成大白菜品质下降和农业污染[3].

近年来，化学肥料减量配施有机肥成为研究热点，在不减产甚至增产的条件下减少了化学肥料的施用量，提高了土壤生产力，改善了土壤质量，也是实现化肥零增长战略目标，促进农业绿色可持续发展的重要途径[4].研究表明，较单一施用化肥或有机肥，化肥配施有机肥能显著活化和提高土壤有效养分，促进土壤固定态元素释放，满足作物关键生育时期的养分需求[5].有机肥可促进土壤有机质提升，而土壤团聚体的形成与有机质含量密切相关，增加土壤有机质有利于促进水稳定性团聚体(>0.25 mm)的形成和稳定[6]，并对有机碳发挥着物理保护作用[7].有报道[8]证实，单施化肥能降低土壤团聚体的稳定性.此外，化肥减施配施有机肥能提高土壤酶活性，调节土壤微生物群落组成结构[9]，加速土壤养分释放，改善根际土壤微环境，增加土壤团聚体[10]，提高作物根系生物量及活力，改善植株生产，促进光合积累，进而提高作物产量和改善品质[11].相关研究[12]表明，2/3化肥配施1/3有机肥大白菜产量最高，品质较佳.但过量施用有机肥也会造成作物大量减产，甚至导致土壤硝酸盐富集、土壤重金属含量增加及土壤温室气体(CO2，CH4等)排放等[13].

由于化肥减量配施有机肥对地上作物生长和地下土壤生态的影响程度受到替代比例、土壤质地、种植模式、管理水平及气候条件的影响而存在差异.因此，在特定蔬菜产区和特定蔬菜作物中，探究化肥减量配施有机肥对蔬菜产量和土壤性状的影响具有重要意义.目前，在黄淮海蔬菜主产区氮肥减量配施有机肥对露地蔬菜，特别是露地大白菜的研究鲜有报道.因此，文中试验研究化肥氮减量配施有机肥对大白菜产量、品质、氮肥利用率等的影响，探究最优配施比，为大白菜种植科学施肥提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验区域概况

试验于2020年8—11月在泰安市农业科学院试验基地(117°0′41″E，35°59′38″N)进行，海拔85 m，属温带半湿润大陆性季风气候，年均气温13.6 ℃，年降水量664.5 mm，无霜期约195 d，平均日照时数2 313.3 h.试验土壤为黏壤土，速效氮、磷、钾分别为127.86，35.49，117.52 mg/kg；有机质13.10 mg/kg，pH 7.32.

1.2 试验材料

供试大白菜品种为当地主栽品种“北京新三号”，由京研益农(北京)种业科技有限公司选育.供试肥料为尿素(N：46%)，复合肥(15-15-15)，硫酸钾(K2O：52%)，重过磷酸钙(P2O5：≥46%)；生物有机肥有效活菌数(枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌)：≥6亿/g，有机质：≥60%，总养分(N-P2O5-K2O)：≥10%，N：3%.

1.3 试验设计

根据当地种植习惯和施肥经验，生育期内常规施肥总量N，P2O5和K2O均为247.5 kg/hm2.基于此设置12个处理，即CK1：不施肥，CK2：常规施肥，T1：常规减施化肥N 100%，T2：常规减施化肥N 15%，T3：常规减施化肥N 15%+有机肥替代15%N，T4：常规减施化肥N30%，T5：常规减施化肥N 30%+有机肥替代15%N，T6：常规减施化肥30%+有机肥替代30%N，T7：常规减施化肥N 40%，T8：常规减施化肥N 40%+有机肥替代15%N，T9：常规减施化肥N 40%+有机肥替代30%N，T10：常规减施化肥N 40%+有机肥替代40%N；CK1，CK2和T1为对照.具体见表1，If和Of分别为无机肥、有机肥的施用量.

表1 施肥处理及肥料用量Tab.1 Fertilization treatment and fertilizer amount

各处理3次重复，随机排列，共计36个小区，每个小区面积40 m2，地膜覆盖高垄水肥一体化种植，株行距40 cm×80 cm.8月23日育苗，9月10日定植，生育期内不再追肥，11月25日收获.

1.4 测定指标

大白菜收获直接称重计产.选取有代表性的植株5棵，进行含水率及品质测定.可溶性糖和维生素C(Vc)含量分别采用硫酸-蒽酮比色法和2，6-二氯靛酚比色法测定，亚硝酸盐和硝酸盐含量分别采用分光光度法、水杨酸比色法测定.同时，每个处理按“S”型取样法用土钻取0～20 cm土壤样品，6个点混合为一个样品，装于无菌密封袋，后置于保温箱带回实验室立即测定.土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶采用苯酚钠比色法、3，5-二硝基水杨酸比色法、磷酸苯二钠比色法测定；培养温度分别为25，37，37 ℃，时间均为24 h[14]；有机质用铬酸钾容量法测定.全氮采用凯氏蒸馏法测定，速效氮磷钾分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠浸提比色法、醋酸铵浸提-火焰光度计法测定[15].

1.5 数据处理

采用Excel 2007进行试验数据处理，DPS 7.05软件进行数据及相关性分析，Tukey法进行差异显著性比较，sigmaplot 12.0作图.

氮肥利用率(NUE)计算式为

NUE=[(UN-U0)/FN]×100%，

(1)

式中：U0为不施氮区(T1)地上部氮的吸收量；UN为施氮区地上部氮的吸收量；FN为施氮量.

2 试验结果与分析

2.1 对大白菜产量及品质的影响

表2为不同施肥处理对大白菜产量Y及品质的影响，表中物理量为水分质量分数Wr，粗蛋白质量分数Cp，可溶性糖质量分数Ss，每100 g大白菜中维生素C质量比Vc，硝酸盐质量比Nc，亚硝酸盐质量比Nic.

由表2可知，氮肥减量配施有机肥对大白菜产量及品质具有显著影响.与处理CK1，CK2和T1相比，各处理的产量随着有机肥替代量增加呈先提高后降低趋势，T3最高，达307.43 t/hm2，较CK1，CK2和T1分别增产63.06%，14.49%和36.68%，处理间差异具有统计学意义.处理T10的可溶性糖最高，为2.98%，各处理间差异具有统计学意义；维生素C质量比为(21.69～37.73)×10-2mg/g；与CK2相比，各处理硝酸盐质量比显著降低.水分质量分数为93.62%～95.58%.

表2 不同施肥处理对大白菜产量和及品质的影响Tab.2 Effects of different fertilization treatments on the yield and quality of Chinese cabbage

2.2 对土壤酶活性的影响

图1为不同施肥处理对土壤酶活性的影响，图中Ur，Su，Alp，Ap分别为脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶的质量比.由图可知，土壤脲酶活性为1.91～2.27 mg/g，其中处理T3的土壤脲酶活性最高，为2.27 mg/g，这对土壤有机质和氮素转化将产生积极影响，可促进大白菜氮素吸收、利用.处理T8的碱性磷酸酶活性最高，为1.58 mg/g；T9次之，为1.46 mg/g，而后开始下降，与其他处理间差异具有统计学意义.而酸性磷酸酶活性以处理CK2的为最高，达2.31 mg/g.说明氮肥减量配施有机肥有利于碱性磷酸酶活性提高，且降低了酸性磷酸酶活性.

注：图中不同小写字母表示在5%水平上差异具有统计学意义

2.3 对土壤养分积累及氮肥利用率的影响

表3为不同施肥处理对土壤养分积累及氮肥利用率的影响，表中Om，Tn，Ran，Ap′，Rap，Ptn分别为有机质、全氮、速效氮、有效磷、速效钾、植株全氮的质量比；EC，pH分别为土壤的电导率、酸碱度；NUE为氮肥利用率.由表可知，随着替代量增加，速效磷呈先降低后增加的趋势，处理T9的最高，为47.32 mg/kg，各处理间差异具有统计学意义.速效钾质量比为120.56～223.42 mg/kg.较常规施肥处理CK2，随着有机肥施入量增加，EC呈降低趋势.与不施氮肥处理T1相比，T3的氮肥利用率提高达60.71%，说明氮肥适量减少配施生物有机肥是肥料高效利用的施肥方式；处理T8和T9的氮肥利用率较T1处理低，表明过量有机肥替代不利于氮肥利用.

表3 不同施肥处理对土壤养分积累及氮肥利用率的影响Tab.3 Effects of different fertilization treatments on soil nutrient accumulation and nitrogen utilization efficiency

2.4 大白菜产量、品质与土壤养分积累的相关性

表4为大白菜产量、品质与土壤养分的相关性分析.由表可见，大白菜产量与维生素C、土壤速效氮和EC呈极显著正相关.硝酸盐和土壤速效氮、EC、土壤速效钾和土壤有机质间存在极显著正相关.

适量减少氮肥用量、增施生物有机肥可以有效改善土壤EC，增加土壤有机质，促进养分积累，协调大白菜生育期养分的吸收，提高氮素利用效率，并最终实现增产增效.

表4 大白菜产量、品质与土壤养分的相关性分析Tab.4 Correlation analysis of Chinese cabbage yield, quality and soil nutrients

3 讨 论

有机肥对蔬菜产量和品质的影响，关键在于改善了根际土壤生态环境，为蔬菜作物提供养分，同时改变了酶活性等微环境[16].文中研究表明，氮肥减量配施生物有机肥对大白菜产量和品质具有重要的影响，其中处理T3的产量最高，为307.43 t/hm2，品质也显著改善，这一结果与KONG等[17]研究不同，认为投入无机肥越高，产量越高，这或许与土壤基础地力有很大关系：土壤肥力较高的条件下，减施化肥并增施有机肥对于品质改善具有显著作用，且对产量影响不大；土壤肥力较低的条件下，会导致产量及品质降低.文中研究地块为春马铃薯+秋茬白菜种植模式，且多年种植，前茬马铃薯施用化学肥料量较大，基础土壤肥力较高，适当配施有机肥有利于品质、产量提高.其中处理T3有机肥替代15%化肥氮较佳.研究[18]表明，生物有机肥除了为土壤提供养分外，也富含大量有益菌和作物所需微量元素，可改善土壤结构，促进土壤中团聚体的组成与分布，增强光合作用，为提高蔬菜产量和品质奠定基础.此外，产量与维生素C、粗蛋白和可溶性糖间存在极显著正相关，可能与有机肥改善土壤根系微生态，促进养分吸收，改善植株生长，提高大白菜品质，影响产量有很大关系.

土壤酶是评价土壤肥力重要指标[19].文中研究结果表明，氮肥减量配施生物有机肥对大白菜田的土壤酶活性影响很大，这与李瑞霞等[20]的研究相似.有研究[21]表明，生物有机肥和普通有机肥均能显著提高土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性，生物有机肥优于普通有机肥.有机肥中含有大量酶，为土壤提供酶，在改善土壤理化性质时，调节土壤碳氮比C/N，提高土壤多种酶的活性；同时有机肥也为土壤酶提供更多、更丰富的酶促基质；再者，施用有机肥可以提高土壤腐殖质含量，而腐殖质能够通过离子交换、离子键或共价键等与土壤酶结合，固定土壤酶[22].脲酶活性反映土壤供氮能力，速效氮含量高的土壤具有较高参与碳循环的酶活性，而磷酸酶反映了土壤有机磷的分解转化能力，蔗糖酶参与有机碳的循环.除受土壤结构、土壤肥力外，酶活性间接影响生物群落.韩丽娜等[23]在大白菜上研究表明，生物有机肥优于普通有机肥在于有机肥提供了有益菌群.

文中研究结果表明，氮肥减量及配施生物有机肥对土壤氮磷钾含量及氮肥利用率均有不同程度的提升，其中处理T3的氮肥利用率最高，为60.71%，这一结果与山楠等[24]研究不同：认为有机肥替代降低了氮肥利用率，这或许与有机肥料缓效性有关.氮肥利用率与土壤养分积累、有机质、微生物和酶活性等有很大关系，通过各因素相互作用，调节养分的释放、吸附、结合和利用，减少矿质营养流失，进而影响肥料利用率.文中研究表明，在一定范围内减施化肥氮、增施有机肥可显著提高大白菜肥料利用效率，因有机肥补充可以提高土壤速效氮磷钾养分含量，进而提升土壤的肥力.此外，施用有机肥能改善土壤的理化性质，促进根系生长，提高作物对氮素的吸收和利用.土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量增加与离子交换量有很大关系，土壤离子间代换量提高，能显著增加土壤养分含量.土壤速效氮与产量、有机质与速效钾间的正相关，与生物有机肥提供土壤营养、增加土壤肥力，提高土壤有机质含量、改善土壤生态环境，提供土壤有益菌群、调节土壤C/N，促进植株地上地下生长、增加产量有很大关系.

4 结 论

氮肥减量配施有机肥提高了大白菜产量，改善了其品质，其中处理T3的产量最高，达307.43 t/hm2.与常规施肥相比，氮肥减量配施生物有机肥有效提高了土壤脲酶、蔗糖酶及碱性磷酸酶活性，促进了土壤养分积累，提高了氮肥利用率.综上，处理T3(常规减施化肥N 15%+有机肥替代N 15%)效果最佳.