不同施肥处理对“紫芽青”萝卜生长·品质及抗逆酶活性的影响

程 瑞,赵建锋,孙玉东,王 欣,王 玮,罗德旭,汪国莲*

(1.江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所/淮安市设施蔬菜重点实验室,江苏淮安 223001;2.江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室(淮阴师范学院),江苏淮安 223001;3.江苏省洪泽湖渔业管理委员会,江苏淮安 223001)

萝卜是重要的十字花科大宗蔬菜作物之一,在我国栽培历史悠久[1]。萝卜含有丰富的矿物质、氨基酸、维生素C和粗蛋白质等,能增强机体免疫功能、除体内热毒、助消化,具有很强的食用和药用价值[2]。青萝卜,又称绿皮萝卜、水果萝卜,其品质新鲜、皮色翠绿、口感脆嫩多汁、甘甜微辣,既可熟食,亦可鲜食,深受消费者欢迎[3]。我国是青萝卜重要原产地,有天津沙窝萝卜、潍县青萝卜等地理标志品牌。“紫芽青”萝卜是江苏淮安地区的优良地方品种,品质好,根肉清脆爽口,大小适中,外形美观,是市民重要的休闲“水果”,深受当地民众喜爱。因其心叶为紫红色,肉质根为青绿色,故得名‘紫芽青’,具有鲜明的地方特色,具有产量高、口感好、易于栽培等优点,极具经济价值[3]。

合理施肥不仅能有效促进农作物增产和改善品质,还可以增强植株抗逆性。近年来,随着蔬菜生产面积的扩大和单位面积有机肥用量的明显减少,蔬菜生产依赖于化肥供应的程度日趋增加[4],不科学的施肥现象普遍存在,过量施用化肥致使土壤中化肥的实际使用率不足40%[5],土壤质量下降和生态平衡系统遭到破坏等问题日益突出,出现土壤板结、盐碱化、土壤重金属与有毒元素累积、土壤微生物活动降低、农产品品质下降等问题[6-7]。随着“双碳”目标的提出,农业越来越重视以提高农作物品质和保护生态环境为主要目的施肥方式。有机肥含有丰富的有机物质,能够改良土壤肥力、改善土壤板结、提高肥料利用率和增加作物产量等,与化肥联合施用是提高作物产量、品质和抗逆性的有效途径之一[8]。研究表明,施用有机肥可增加萝卜产量、改善品质和提高抗逆性[9]。Khatri等[10]研究认为施用有机肥可显著促进萝卜生长发育;李益洋等[11]研究认为施用有机肥能提高产量,提高萝卜中维生素C和可溶性糖含量;李银平等[12]研究表明施用生物有机肥能显著提高樱桃萝卜的产量和品质。马江燕[13]研究表明有机肥和化肥搭配施用能显著增加萝卜维生素C和可溶性糖的含量。植株抗逆性是作物生产的重要习性,合理施肥能改善作物抗逆性[14-15]。过氧化物酶(peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)是植物抗氧化酶系统的重要成员,是植物抗逆性的重要评价指标[16-17];丙二醛(Malondialdehyde,MDA)是细胞膜脂过氧化的产物,细胞膜被破坏的程度用其含量的多少来衡量,可以反映植物的抗逆性[18]。笔者以江苏地方品种“紫芽青”萝卜为试材,研究不同施肥处理对其生长、产量、品质及抗逆酶活的影响,旨在为改善其营养品质、调控生理代谢以及促进萝卜高效栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况试验于2020—2021年在淮安市农业科学研究院科研创新基地(119°03′E,33°58′N)普通塑料大棚内进行,温带季风气候,年平均气温在13.6～14.7 ℃。年无霜期240 d左右,年平均降水量约940 mm,年平均日照时数2 130～2 430 h。地力水平为有机质含量30.0 g/kg,碱解氮160 mg/kg,有效磷158.4 mg/kg,速效钾810 mg/kg,pH 7.2。

1.2 试验材料供试品种为“紫芽青”萝卜,由淮安市农业科学研究院蔬菜研究中心提供。供试生物有机肥为复合微生物肥(以下简称生物有机肥),总养分(N+P2O5+K2O)为6%,有效活菌数≥0.2亿/g,普通有机肥总养分≥5%,2种有机肥均由江阴市联业生物科技有限公司提供;复合肥为进口雅苒复合肥(氮磷钾含量为12-11-18,以下简称复合肥),购自雅苒商贸(上海)有限公司,追施化肥为农用硫酸钾(K2O含量为52%),购自中农(上海)化肥有限公司。

1.3 试验设计试验在淮安市农业科学研究院科研创新基地8 m单棚进行,小区长3.0 m,宽1.8 m,面积5.4 m2,两端分别设保护行,共设12个处理(表1),3次重复,随机区组排列。以不施肥为对照,分别以施普通有机肥+复合肥、生物有机肥+复合肥为底肥,追肥使用农用硫酸钾,设置0、12、24、36 g/m24个梯度。为消除处理间水肥渗透的影响,将塑料膜埋70 cm 深进行隔离。所有基肥于整地时一次性施入,钾肥(硫酸钾)于播种后45 d作追肥施入。萝卜播种、栽培、采收均按照商品生产进行。播种100 d后到采收期,采收萝卜进行形态指标、质地指标、可溶性糖、有机酸、蛋白质、维生素C、MDA含量及POD、SOD、CAT活性测定。

表1 不同施肥处理

1.4 测定指标与方法每个处理小区随机选取10株植株进行测试,用电子天平称萝卜叶重、肉质根重、主根重,游标卡尺测量肉质根长、直径,直尺测定叶片长及主根长。采用烘干法进行干物质和含水量测定。采用 CT3 质构仪(美国博勒菲公司)进行萝卜穿刺测试测定萝卜肉质根质地,具体试验参数参照程瑞等[19]的试验方法。植物生理生化指标参照李合生[20]的试验方法进行,可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定,维生素C含量采用2,6-二氯靛酚染料滴定法测定,有机酸含量采用NaOH滴定法测定,蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定,叶绿素采用丙酮∶乙醇(1∶1)浸提法测定;过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量参照黄升谋等[21]的方法。

1.5 数据分析试验数据用Excel 2019整理后,再用SPSS 18进行方差分析及多重比较,用Excel 2019作图。

2 结果与分析

2.1 施肥对青萝卜生长、产量及质地的影响由表2可知,当追施硫酸钾在12～36 g/m2时,以普通有机肥为底肥,萝卜地上部分鲜重比施用生物有机肥和不施有机肥高,不施追肥或追肥用量较高时,萝卜地上部分生长量受到一定抑制。不施追肥条件下,施用普通有机肥产量高于施用生物有机肥,但追施不同浓度钾肥对产量无显著影响。由表3可知,不同施肥处理肉质根硬度、脆度无显著差异,说明萝卜肉质根质地特性受施肥影响较小。通过比较萝卜的经济系数(肉质根重/地上鲜重)发现,施用普通有机肥萝卜的经济系数最高,施用生物有机肥的经济系数最低;施用生物有机肥或不施底肥时,随着追施钾肥量的增加,萝卜的经济系数呈一定上升趋势,说明施用化肥对萝卜肉质根增产的作用较明显,能有效改善萝卜经济系数。

表2 不同施肥处理对青萝卜产量及生长的影响

表3 不同施肥处理对青萝卜肉质根力学特性的影响

2.2 施肥对青萝卜品质的影响由图1可知,施生物有机肥肉质根含水量最低,地上部分含水量较高(处理①),未施有机肥处理的肉质根含水量最高,地上部分含水量最低(处理⑤),说明施用有机肥能增加萝卜肉质根的干物质积累。以生物有机肥为底肥时,随着追施钾肥浓度的增高肉质根水分含量呈先升后降趋势,普通有机肥作为底肥时,随着追施钾肥浓度的增加肉质根含水量呈先降后升趋势,而不施基肥时,随着追施钾肥浓度的增加萝卜肉质根含水量整体呈下降趋势,说明施用一定钾肥能增加萝卜肉质根干物质的积累。营养品质方面,施用有机肥作为底肥可溶性糖含量改善不显著,但同一基肥处理内随着施用钾肥浓度增加,萝卜肉质根可溶性糖含量整体呈先降低后上升趋势(图2A)。施用有机肥不能明显提高萝卜维生素C含量(处理①、⑤、⑨),但随着钾肥的增施,萝卜肉质根VC含量呈整体降低趋势(图2B)。仅施用普通有机肥的萝卜肉质根有机酸含量最高,但随着钾肥的增施,其有机酸含量显著降低,而以生物有机肥为底肥或者不施底肥时,随着钾肥的增施,萝卜有机酸含量呈上升趋势,说明以普通有机肥为底肥,追施钾肥更易促进萝卜体内有机酸向糖分转换(图2C)。以普通有机肥为底肥处理的萝卜蛋白质含量最高(200.23 μg/g),而以生物有机肥为底肥时萝卜可溶性粗蛋白含量比对照低(155.56 μg/g),且以生物有机肥为底肥,随着钾肥增施,可溶性蛋白含量整体呈上升趋势(图2D,处理①、②、③、④),以普通有机肥为底肥,随着钾肥增施,可溶性蛋白含量整体呈下降趋势(图2D,处理⑨、⑩、、)。

注:不同小写字母表示不同处理间存在显著差异(P≤0.05)。Note:Different lowercases indicated significant difference between different treatments (P≤0.05).

注:不同小写字母表示不同处理间存在显著差异(P≤0.05)。Note:Different lowercases indicated significant difference between different treatments (P≤0.05).

2.3 不同施肥处理对青萝卜抗逆性的影响SOD、POD和CAT是植物体内 3 种最常见的抗氧化酶,在诱导植物体免受活性氧危害、维持植物体抗逆性方面起着重要作用,其活性的大小代表了清除细胞内活性氧能力的高低。MDA是膜脂过氧化物的重要产物,其含量可以反映细胞膜脂过氧化的水平及细胞受伤害的程度[3,20]。以上指标在植物自身抗逆过程中均起到重要作用,对不同施肥处理的“紫芽青”青萝卜采收后进行SOD、POD、CAT活性及MDA含量测定,结果表明,以生物有机肥或普通有机肥为底肥处理与对照之间SOD、POD、CAT活性差异不显著,但追施不同量钾肥对其活性有显著影响,当施用24 g/m2的K2SO4时,萝卜中POD、SOD活性明显升高;以生物有机肥为底肥或不施底肥追施K2SO436 g/m2时,CAT活性达最大值。MDA含量在各处理之间无显著差异。表明生物有机肥能有效增强萝卜抗逆酶活性,普通有机肥次之,但作用均无追施钾肥的作用显著,增施钾肥能显著增强萝卜抗逆性(图3)。

注: 不同小写字母表示不同处理间存在显著差异(P≤0.05)。Note:Different lowercases indicated significant difference between different treatments (P≤0.05).

3 结论与讨论

在我国农民蔬菜生产投资中化肥约占50%[22],过度依赖化肥使用不仅造成肥料利用效率低下,且带来较为严重的污染问题。研究表明,有机肥能有效改善土壤理化性状,是化肥的良好替代品,近年来有机肥发展迅速,也逐步被农民接受。但如何合理使用肥料仍是生产中需要解决的问题。该研究分别以生物有机肥、普通有机肥为底肥和不施底肥为对照,并分别追施不同浓度钾肥(K2SO4),通过测定萝卜的生长指标、产量、质地、品质性状及抗逆相关酶活,探究不同施肥处理对萝卜生长、品质、产量及抗逆性的影响,旨在为萝卜生产实践提供科学指导。结果表明,施用有机肥能增加萝卜肉质根生长量,提高产量和增加萝卜肉质根干物质积累,但不同施肥处理对萝卜肉质根质地影响不显著,说明萝卜质地可能更多受遗传因素影响。以有机肥为底肥,随着追施K2SO4的增加,萝卜肉质根重有一定上升,但不明显,产量间无显著差异。施用有机肥的青萝卜除叶重外,肉质根产量、干物质等指标均有提高,与Umar等[23]的研究结果基本一致,说明有机肥提供的营养元素,促进了作物生长。王建伟等[2]、王煌平等[24]研究认为有机肥+化肥对萝卜生长具有明显优势,因该研究在试验设置及供试土壤基础肥力和肥料用量方面存在差异,不具有比较性,但总体结果基本一致。

蛋白质是衡量蔬菜营养品质的重要指标,施用有机肥能明显提高青萝卜的蛋白质含量,但随着施钾量的增加,萝卜可溶性粗蛋白含量呈下降趋势,可能原因是增施有机肥提高了硝态氮供应量从而提高硝酸还原酶的活性,而硝酸还原酶的活性与植物体的蛋白质含量呈正相关[25]。维生素C是人体不可或缺的营养物质,该研究表明施用有机肥显著降低了萝卜的维生素C含量和萝卜肉质根中的有机酸含量,这与王建伟等[2]的研究结果一致;随着钾肥增施,以普通有机肥为底肥或未施底肥的处理中萝卜有机酸含量呈上升趋势,只有以生物有机肥为底肥的萝卜有机酸含量呈下降趋势,说明生物有机肥与钾肥搭配施用可以促进有机酸向可溶性等次生代谢物转化。施用有机肥不能改善青萝卜中可溶性糖含量,但随着钾肥的增施,可溶性糖含量呈上升趋势,说明钾元素能有效增强萝卜光合产物在肉质根中的积累。

SOD、POD和CAT是植物体内 3 种最常见的抗氧化酶,在诱导植物体免受活性氧危害、维持植物体抗逆性方面起着重要作用,其活性的大小代表了清除细胞内活性氧能力的高低。MDA是细胞膜脂过氧化作用的一种产物,其含量能够在一定程度上反映植物的抗逆性。该研究表明,萝卜施用普通有机肥、生物有机肥与对照在抗逆酶活及丙二醛含量方面无显著差异,但随着钾肥增施,萝卜抗逆酶活显著升高,说明施用钾肥能有效增强萝卜抗逆性,但钾肥过高时,相关酶活呈下降趋势,说明生产实践中应科学合理施用肥料,不应一味追求多施。

综上,合理施肥能提高萝卜产量和品质,生产中可以施用有机肥代替部分化肥,不仅能提高萝卜产量,改善萝卜的营养和风味品质;追施一定量的钾肥,能明显改善萝卜抗逆性。