不同施肥处理对大棚越冬韭菜产量、品质及养分利用的影响

来源:用户上传      作者:牛天航 何志学 颉建明 毛震宇 何东霞 秦海娟

　　摘    要：為了明确不同施肥处理对大棚越冬韭菜生长、产品品质及肥料利用率的影响，以不施肥（CK1）、普通化肥常规施肥量（CK2）为对照，研究缓释肥常规施肥量（T1）、缓释肥减量施肥（T2）及普通化肥减量施肥（T3）对韭菜生长、品质及肥料利用率的影响。结果表明，T2处理与CK2、T1、T3相比，可显著提升大棚越冬韭菜产量，改善品质，提高肥料利用率。T2处理较CK2、T1和T3处理的硝酸还原酶活性分别提高73.70%、11.39%和61.78%，维生素C含量提高66.48%、13.48%和3.21%，可溶性糖含量增加0.62、0.45和0.53个百分点，可溶性蛋白含量增加7.19%、0.80%和3.21%，粗纤维含量减少1.90、0.55和1.51个百分点，硝酸盐含量降低11.72%、4.95%和11.52%，产量分别提高32.99%、5.16%和16.33%，氮肥利用率提高17.16、9.62和8.59个百分点。综合产品的品质、产量和肥料利用率，缓释肥减量施肥处理，即N 29.2 kg·667 m-2、P2O5 12.0 kg·667 m-2、K2O 21.6 kg·667 m-2，具有增产、改善品质和提高肥料利用率的特点，实现了缓释肥替代普通化肥、普通化肥减施及平衡施肥，可以作为塑料大棚越冬韭菜栽培适宜的肥料用量。
　　关键词：韭菜;缓释肥;减量施肥;品质;肥料利用率
　　中图分类号：S633.3 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2020）07-064-07
　　Abstract： In order to clarify the effects of different fertilization treatments on the growth， product quality and fertilizer utilization rate of wintering Chinese chives in greenhouses， non-fertilization （CK1） and conventional fertilization （CK2）were used as controls in this experiment， and the effect of three treatments （conventional fertilization （T1）， slow-release fertilizer reduction fertilization （T2） and ordinary chemical fertilizer reduction fertilization （T3）） on the growth of Chinese chives， product quality and fertilizer utilization rate were investigated. The results showed that compared with CK2， T1 and T3， T2 treatment could significantly increase the yield of winter Chinese chives in greenhouses， improve quality and increase fertilizer utilization. Compared with CK2， T1 and T3， in the T2 treatment， the nitrate reductase activity was increased by 73.70%， 11.39% and 61.78%， the product vitamin C content was increased by 66.48%， 13.48% and 3.21%， and the soluble sugar content was increased by 0.62%， 0.45% and 0.53%， soluble protein content was increased by 7.19%， 0.80% and 3.21%， crude fiber content was decreased by 1.90%， 0.55%， and 1.51%， nitrate content was decreased by 11.72%， 4.95% and 11.52%， and output was increased by 32.99%， 5.16% and 16.33%， nitrogen use efficiency was increased by 17.16%， 9.62% and 8.59%， respectively.. Comprehensive product quality， yield and fertilizer utilization rate， slow-release fertilizer with reduced fertilization （N 29.2 kg per 667 m2， P2O5 12.0 kg per 667 m2， K2O 21.6kg per 667 m2）showed the characteristics of increasing yield， improving product quality and increasing fertilizer utilization rate， which realized the replacement of slow-release fertilizerto ordinary chemical fertilizers， it can be used as the most suitable fertilizer amount for winter Chinese chives in plastic greenhouses cultivation. 　　Key words： Chinese chives; Slow release fertilizer; Reduced fertilization; Quality; Fertilizer utilization
　　施肥对促进作物生长发育和提高蔬菜产量具有重要作用。盲目施肥、过量施肥是当前蔬菜生产中存在的重要问题，在设施栽培中尤为突出。有数据表明，我国耕地单位面积化肥施用量居高不下，约为世界平均水平的3.9倍[1]。较高的施肥量会抑制作物对养分的吸收，不仅没有获得高产，还使蔬菜的品质下降，造成养分施用过量、肥料利用率降低，同时污染环境，严重影响人们的健康，降低了农业生产的经济效益[2]。韭菜（Allium.tuberosum Rottl.ex Spreng.）风味独特，营养丰富，其茎、叶、花均可食用，深受消费者喜爱，是我国普遍栽培的重要蔬菜[3]。甘肃省武山县等地利用多层覆盖塑料大棚进行韭菜越冬生产，于春节期间上市，在丰富春节市场、增加农民收入等方面产生积极影响。但由于在长期连续种植过程中普通化肥的盲目、过量施用以及不合理的灌溉方式等因素，造成養分施用过量，不仅未获得高产，而且还导致蔬菜品质下降、肥料随水流失量较多、肥料利用率低等问题[4]。同时由于普通化肥释放速率快，植物对其吸收时效较短，很容易需要多次追肥，造成肥料成本和人工成本增加[5]。
　　为克服肥料在蔬菜生产实践中施用时产生的以上问题，大量农业工作者将目光聚焦到了缓释肥上。而缓/控释肥的大量研究表明，施用缓释肥提高了肥料利用率，显著增加了作物产量[6-8]。在施氮量相同的条件下，有机质包膜尿素将氮肥利用率提高了10.8%～14.8%[9]。施用缓释肥能显著降低番茄和黄瓜[10]、紫油菜[11]等蔬菜的硝酸盐含量;同时，一次性施用缓释肥可使辣椒产量提高14.3%～19.4%[12]。且缓/控释肥的释放速率较慢，一次可以施用足量，可供植物整个生长周期吸收利用，减少施肥量和施肥次数，降低肥料和人工成本[13]。缓释肥在其他蔬菜的应用上取得了良好的效果，但对多层膜覆盖越冬韭菜生产方面的研究不足，且缓释肥代替普通化肥并结合平衡施肥施用，对于改善目前我国农业生产中肥料用量具有重要意义。笔者研究缓释肥减量施肥下不同用量对韭菜生长、品质及肥料利用率的影响，以期用缓释肥替代普通化肥，减少普通化肥用量、提高多层膜覆盖韭菜生产的肥料利用率，为合理施肥提供理论与技术依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地点
　　试验于2018年4月至2019年3月在甘肃省天水市武山县城关镇清池韭菜生产示范基地进行，试验点海拔1 415 m，属于干旱半干旱地区，年均气温6～14 ℃，年均降水量450～700 mm，年蒸发量1 000～2 000 mm，无霜期120～220 d。
　　1.2 材料
　　试验以当地2年生韭菜为试材，品种为‘韭神F1’，该品种是由河南省扶沟县种苗研究所韭菜课题组利用野生韭菜自交系与筷子韭的雄性不育系杂交而成的新品种，具有高抗病、超高产、耐高寒的特点;供试缓释肥为树脂包膜型缓释肥，养分含量（质量比）为N︰P2O5︰K2O=26︰11︰11，养分释放期为120 d;普通化肥为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O5 12%）、硫酸钾（K2O 51%）。当地采用多层覆盖塑料大棚进行越冬韭菜生产，即扣棚后，在棚内自上而下将大棚上部空间以数层塑料薄膜（每层间隔10～15 cm）隔开，形成多层覆盖，利于保温。试验地土壤理化性状见表1。
　　1.3 试验设计
　　试验采用随机区组设计，设置5个处理：不施肥（CK1），普通化肥常规施肥量（CK2，N 43.7 kg·667 m-2、P2O5 37.3 kg·667 m-2、K2O 10.3 kg·667 m-2），缓释肥常规施肥量（T1，施肥量与CK2相同），缓释肥减量施肥（T2，较CK2减31.22%），普通化肥减量施肥（T3，较CK2减31.22%）。3次重复，小区面积50 m2。T2、T3处理的理论N、P2O5施肥量较CK2分别减施33.2%和67.8%，K2O增施109.7%，由于作物对氮、磷、钾元素的吸收具有协同作用，故增施K2O，实现平衡施肥。韭菜于2017年6月20日定植，2018年11月13日扣棚进入越冬生产期，分别于2018年12月28日、2019年1月19日采收，各处理随机选取9穴韭菜作为样品带回实验室进行品质及养分测定。试验期间各处理田间管理一致，扣棚前分3次施入肥料总用量的50%，扣棚时一次性施入剩余50%的肥料。具体施肥量见表2。
　　1.4 测定指标与方法
　　1.4.1 生长指标 利用直尺对株高（鳞茎盘至叶片最顶端的长度）进行测量;分蘖数=每穴韭菜总株数/每穴初栽韭菜株数;根系活力采用红四氮唑（TTC）法测定;硝酸还原酶活性采用磺胺比色法测定[14]。
　　1.4.2 产量和营养品质测定 韭菜生长达到采收标准后，于2018年12月28日、2019年1月19日采收时按小区测产;韭菜采收时，各处理随机选取9穴韭菜取样，进行营养品质测定。采用水杨酸-硫酸法测定硝酸盐含量，采用2，6-二氯酚靛酚钠染色法测定维生素C含量，采用蒽酮法测定可溶性糖含量，采用考马斯亮蓝G-250溶液法测定可溶性蛋白含量[15]，燃烧称重法测定粗纤维含量[16]。
　　1.4.3 养分含量 将各处理韭菜样品表层及根部泥土清理干净后，分器官（根、茎、叶）称鲜质量后于105 ℃下杀青30 min，80 ℃下烘干至恒重，记录各部位干质量，研磨过筛测氮、磷、钾含量。采用K1100F全自动凯氏定氮仪测定全氮含量[14];钼锑抗比色法测定全磷含量;火焰光度法测定全钾含量[17]。
　　肥料利用率（RE）/%=（施肥区收获期作物地上部的养分吸收总量-不施肥区收获期作物地上部的养分吸收总量）/养分投入量×100;农学利用率（AE）=（施肥区产量-不施肥区产量）/施肥量;偏生产力（PFP）=施肥区产量/施肥量;土壤养分依存率（SDR）/%=不施肥区地上部分养分吸收量/施肥区地上部分养分吸收量×100;肥料贡献率/%=（施肥区产量-不施肥区产量）/施肥处理产量×100[18]。 　　1.5 数据分析
　　试验数据采用SPSS 20.0软件进行单因素法统计分析，采用Microsoft Excel 2010进行试验数据整理、制表，采用Origin 2018制图。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同施肥处理对韭菜株高和分蘖的影响
　　不同施肥处理对韭菜株高的影响如图1-A所示，T1处理韭菜的株高最高，为49.5 cm，较CK2显著提高了26.20%;T3处理与CK2无显著差异。在施肥量相同的情况下，T2处理较T3处理株高显著提高21.02%;T2处理较CK2提高了15.75%，具有显著性差异。从减量施肥的角度而言，施用同种肥料时，减量施肥处理较常规量施肥韭菜株高均有所提高，但无显著性差异。说明缓释肥替代普通化肥会对韭菜的株高产生影响，肥料的用量对韭菜株高的影响不大，平衡施肥是减量施肥的措施之一。
　　图1-B为不同施肥处理对韭菜分蘖数的影响。T1处理分蘖数最高，T2次之，CK1最小。与CK1相比，CK2、T1、T2和T3处理分蘖数分别增加了32.96%、44.71%、38.49%和11.55%;施肥量相同的情况下，T1較CK2分蘖数提高了4.26%，无显著差异;T2较T3分蘖数显著提高了29.71%。从平衡施肥而言，T1较T2分蘖数提高了4.49%。表明缓释肥替代普通化肥有利于提高韭菜的分蘖数，减量条件下，缓释肥对韭菜的影响优于普通化肥。
　　2.2 不同施肥处理对韭菜根系活力和叶片硝酸还原酶活性的影响
　　不同施肥处理对韭菜根系活力的影响如图2-A所示，在所有处理中，T1处理的韭菜根系活力最高，为263.44 μg·g-1·h-1。T1、T2处理与其他处理差异显著。T1与CK2相比，T3与CK2相比，施用缓释肥较普通化肥韭菜的根系活力分别提高15.32%与4.50%，表明施用缓释肥和普通化肥减量施肥均可提高韭菜根系活力。如图2-B所示，不同施肥处理对韭菜硝酸还原酶活性均有不同程度的影响。T2处理的硝酸还原酶活性最高，较CK2、T1和T3处理分别提升了73.70%、11.45%和61.78%。T1、T2处理与其他处理间均存在显著差异。
　　2.3 不同施肥处理对韭菜品质的影响
　　施肥对韭菜的食用品质具有显著影响。不同施肥处理对韭菜维生素C含量影响如图3-A所示，各处理维生素C含量依次为0.370、0.531、0.779、0.884、0.723 mg·g-1，其中T2处理维生素C含量显著高于其他处理，T1和T3处理维生素C含量均显著高于CK2，但两者间无显著差异。在施肥量相同时，缓释肥处理的韭菜维生素C含量较普通化肥高，表明施用缓释肥有利于维生素C含量的提升;T2相比T1、T3相比CK2，维生素C含量均显著提升，表明减施条件下，平衡施肥对韭菜的维生素C有正向影响。
　　可溶性蛋白含量如图3-B所示，在各施肥处理中，T2处理含量为1.99 mg·g-1，高于其他处理，但与T1处理相比无显著差异;其次为T1处理，CK2最低。T2与T3相比、T1与CK2相比，施用缓释肥较普通化肥韭菜的可溶性蛋白含量分别提高6.49%、3.65%;T2与T1相比、T3与CK2相比，减量施肥较常规施肥量处理可溶性蛋白含量分别高3.78%、1.02%。说明施用缓释肥和减施条件下平衡施肥均能提高韭菜可溶性蛋白含量。
　　如图3-C所示，可溶性糖含量变化趋势和可溶性蛋白含量变化趋势相似，各处理可溶性糖含量从大到小依次为T2>T1>T3>CK2>CK1，其中T2处理含量为4.18%，较CK2、T1及T3处理显著提高了0.62、0.45和0.53个百分点;而CK2、T1、T3处理间差异不显著。表明缓释肥减量施肥能显著提升韭菜植株可溶性糖含量。
　　韭菜粗纤维含量直接影响韭菜的食用口感，从图3-D可以看出，T1、T2处理的韭菜粗纤维含量显著低于CK2、T3处理;T1较CK2处理粗纤维含量降低了1.90个百分点，T2处理较T3处理降低了1.51个百分点;而减施条件下的平衡施肥各处理粗纤维含量与常规施肥量处理差别不大，缓释肥处理优于普通化肥处理，表明施用缓释肥有利于韭菜粗纤维含量的降低。
　　从图4可以看出，在所有处理中，CK2处理的硝酸盐含量最高，达到476.97 mg·kg-1;CK1处理的硝酸盐含量最低，仅有349.78 mg·kg-1。从平衡施肥角度来看，T3与CK2相比，硝酸盐含量降低了0.23%;T2和T1相比，硝酸盐含量降低了4.95%;表明在施氮量减少的情况下，韭菜所含的硝酸盐含量会有所降低。在施肥量相等的情况下，T2和T3相比，硝酸盐含量降低了11.52%，T1和CK2相比，硝酸盐含量降低了7.13%，表明施用缓释肥有效降低了韭菜中硝酸盐的含量。T3处理在平衡施肥的情况下，硝酸盐含量与CK2处理差别不大，可能是有由于韭菜地上部硝酸盐含量与硝酸还原酶呈负相关，其所施用氮肥前期释放速率过快，吸收大于同化，进而导致硝酸盐含量的积累。
　　2.4 不同施肥处理对韭菜产量的影响
　　由表3可知，T1、T2和T3处理韭菜总产量均显著高于不施肥处理（CK1）和普通化肥常规施肥量处理（CK2），较CK2处理分别增产26.47%、32.99%和14.23%。与CK2相比，T1、T2、T3处理的第1茬和第2茬韭菜产量均保持了较高的增产率，分别达到31.42%和21.53%、35.05%和30.93%、13.48%和14.97%。相较于CK2，T1、T2处理具有显著的增产效果;整体来看，增产效果为T2>T1>T3。肥料贡献率以T2处理最高，T1处理次之，CK2最小。T1和T2处理的肥料贡献率无显著差异，但显著高于CK2和T3处理。
　　2.5 不同施肥处理对韭菜养分利用的影响
　　由表4可知，缓释肥减量施肥（T2）处理的氮肥吸收利用率显著高于其他处理，为24.53%;T3次之，CK2最低。与CK2相比，T1、T2及T3处理的氮肥吸收利用率显著提高7.54、17.16、8.57个百分点。在施肥量相同的情况下，氮肥吸收利用率表现为T1>CK2、T2>T3，表明施用缓释肥会提高氮素的利用效率。从减施条件下平衡施肥的角度来看，T2处理较T1处理的氮素吸收利用率显著提高9.62个百分点;T3处理较CK2处理提高8.57个百分点。平衡施肥处理氮素农学利用率均高于常规量施肥处理。偏生产力表现出的规律与农学利用率相同，与氮肥利用率相似。土壤氮素依存率从大到小表现为T3>CK2>T2>T1，表明施用缓释肥使得土壤氮素依存率略有降低。 　　由表5可知，韭菜磷素吸收利用率、农学利用率和偏生产力均以T2处理最优，CK2处理最低。在施肥量相同的情况下，T1相比CK2、T2相比T3磷肥吸收利用率显著高出2.45、4.06个百分点，说明施用缓释肥有利于提高磷肥吸收利用率，其农学利用率和偏生产力也有所提升。从减施条件下平衡施肥角度分析，T2较T1磷肥吸收利用率显著提高8.53个百分点;T3较CK2显著提高了6.92个百分点;T2、T1和T3处理的磷素农学利用率及偏生产力的变化趋势与磷素利用效率变化趋势相同，且处理之间差异达到显著水平。与CK2、T3处理相比，T1、T2处理的土壤磷素依存率均有所降低，以T1处理最小，但各处理间无显著差异。
　　不同施肥处理对韭菜钾素利用的影响如表6所示，吸收利用率以T1处理最优，T2处理次之，T3处理最低。在同一施肥水平下，T1处理较CK2处理钾素利用率显著提高10.52个百分点;T2处理较T3处理提高4.28个百分点，但处理间差异不显著，表明施用缓释肥有利于韭菜钾素的吸收。T1处理较CK2处理钾素的农学利用率和偏生产力均有显著提高，T2处理钾素的农学利用率和偏生产力较T3处理显著提高了64.28%和16.73%，与钾素吸收利用率的变化趋势相同。土壤钾素依存率表现为T3>T2>CK2>T1，T3处理与CK2处理间差异显著。
　　3 讨论与结论
　　在韭菜的生产栽培过程中，韭菜的株高和分蘖数直接影响其产量的形成。本试验中缓释肥减量施肥处理较其他处理对韭菜的株高和分蘖数的提升尤为明显，表明缓释肥减量施肥对韭菜的株高和分蘖数具有正向影响。常规量施肥处理较减施条件下平衡施肥处理对韭菜的株高和分蘖数并未有明显的提升，表明施肥量达到一定程度后，对韭菜的株高、分蘖数有一定程度的抑制作用，进一步表明缓释肥减量施肥对韭菜的生长具有促进作用，这与卢威等[3]的研究结果一致。
　　植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，其活力水平直接影响地上部分的生长和营养状况及产量水平[19]。本试验中，缓释肥减量施肥（平衡施肥）对韭菜的根系活力较其他处理提升最明显。硝酸还原酶作为植物氮素代谢的一种酶，其活性高低影响植物吸收和转化硝态氮的能力[20]。研究表明，普通化肥减施可以提高植物硝酸还原酶活性，而植物体内硝酸还原酶活性与硝酸盐含量成反比[21]。硝酸盐对人体健康的影响很大，摄入人体后通过一系列反应可形成致癌物亚硝胺，影响人们的健康。硝态氮被植物吸收后会在硝酸还原酶的作用下转化为亚硝酸，然后立马被还原成铵离子，进而同化为氨基酸，因此硝酸还原酶活性与硝酸盐含量成反比[22]。因此，硝酸还原酶活性的提高可以有效降低作物体内硝酸盐的含量，从而可以提高作物的食用安全性。本试验中，缓释肥减量施肥（平衡施肥）和缓释肥常规施肥量均提高了韭菜中硝酸还原酶活性，降低了硝酸盐含量。与普通化肥养分释放特性相比，缓释肥并不会导致土壤中氮元素含量急剧上升，使得硝酸还原酶具有长期的、比较稳定的活性，使土壤中的硝、铵态氮比例维持在一个相对合理的范围，间接增强了韭菜对铵态氮的吸收能力，降低韭菜食用部位中的硝酸盐含量，这与前人在其他作物上研究一致[23]。
　　王亚晨[24]的研究表明，過量施肥可导致蔬菜中维生素C含量降低。早前朱国梁等[15]对不同种类缓释肥进行研究表明，不同缓释肥处理均较普通复合肥提高了黄瓜可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白质的质量分数。在本试验中，与普通化肥常规施肥量相比，缓释肥常规施肥量和缓释肥减量施肥（平衡施肥）均提高了韭菜植株中维生素C含量，缓释肥减量施肥对韭菜维生素C含量提升最为明显。可溶性蛋白是由植物体内众多代谢酶组成的，是植物体内重要的营养物质，在植物整个生命中起免疫保护、控制生长分化的功能[25]。而氮素是合成蛋白质的主要元素，由于本试验中氮素利用率的提高而使可溶性蛋白含量增加，这与王菲等[26]在茄子上的研究结果一致。本试验结果表明，与普通化肥常规施肥量相比，缓释肥减量施肥可以显著提高韭菜植株中可溶性蛋白含量，也与前人研究结果一致[25]。可溶性糖是植物叶片内重要的糖代表，它在植物生理代谢中有诸多用途，是光合作用的第一级产物[14]。在本试验中，与常规施肥相比，施用缓释肥可以提高韭菜植株中可溶性糖含量，这与宋以玲等[27]在油菜上的研究结果一致。
　　研究表明，合理的氮、磷、钾养分供应能够提高植株叶片的光合性能，协调源、库关系，促进光合产物的转移，从而获得较高的经济产量[28]。在本研究中，缓释肥减量施肥较其他处理对韭菜产量的提高更加明显，该处理韭菜的干物质积累量显著高于其他处理。施用缓释肥料提高植株的养分利用率在当前越来越受关注[29-30]。王宜伦等[31]研究了专用缓释肥对夏玉米产量及养分吸收利用的影响，唐拴虎等[32]研究了不同包膜缓/控释肥处理对辣椒氮、磷、钾吸收量及其利用效率的影响，李彦华等[33]专用缓释肥料对黄瓜产量品质及N、P、K养分吸收利用的影响。这些研究均表明，施用缓释肥可提高植物对氮、磷、钾的利用效率，且前人的研究发现[17]，植物对氮和钾的吸收利用通常高于磷。从本试验得到的结果来看，韭菜对氮、磷、钾的吸收大致表现为氮、钾的吸收量大于磷。各处理在施肥量相同的情况下，均以缓释肥处理的韭菜养分利用效率最高。
　　缓释肥减量施肥处理（N 29.2 kg·667 m-2、P2O5 12.0 kg·667 m-2、K2O 21.6 kg·667 m-2）可明显促进韭菜生长，提高韭菜产量;同时显著提高韭菜维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量，降低粗纤维含量、硝酸盐含量。缓释肥减量施肥处理能够显著提高韭菜根系活力和硝酸还原酶的活性，促进韭菜对土壤养分的吸收和利用，提高了氮、磷和钾肥利用率。综合韭菜品质、产量和肥料利用率，缓释肥减量施肥达到了缓释肥替代普通化肥的目的，实现了减施条件下缓释肥的平衡施肥，表明平衡施肥是实现化肥减施的可行性措施，可以作为塑料大棚越冬韭菜栽培适宜的肥料用量。 　　参考文献
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