肥料用量對(duì)有機(jī)菜心生長(zhǎng)、品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益的影響

楊 嬌 ，王 湛 ，馬 麗 ，葉 林

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川750021；2.國(guó)家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心，北京100097；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇南京210095；4.吳忠市國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)管理委員會(huì)，寧夏吳忠751100）

隨著人們生活水平的提高以及對(duì)生態(tài)環(huán)境等 的重視，有機(jī)栽培進(jìn)入了人們的視線。寧夏地處我國(guó)西北內(nèi)陸地區(qū)，具有發(fā)展有機(jī)蔬菜獨(dú)特的區(qū)域優(yōu)勢(shì)，其光照時(shí)間長(zhǎng)，光照強(qiáng)，晝夜溫差大，畜牧業(yè)發(fā)展歷史悠久，且遠(yuǎn)離工業(yè)園區(qū)，無(wú)污染等，已成為內(nèi)陸供港澳綠色有機(jī)蔬菜的重要基地，截至2015 年，有機(jī)菜心栽培面積已超過(guò)6 700 hm2[1]。

有機(jī)蔬菜生產(chǎn)中，常以施用有機(jī)肥為主，輔以生物質(zhì)肥料或適當(dāng)種植綠肥作物以培肥地力，但作物生產(chǎn)中仍表現(xiàn)為肥料缺乏，生產(chǎn)者常以持續(xù)提高肥料用量的方式來(lái)維持作物高產(chǎn)。然而，過(guò)量的有機(jī)肥添加反而降低了作物產(chǎn)量，且增加了肥料的浪費(fèi)[2-3]，提高了生產(chǎn)成本[4]，降低了作物品質(zhì)[5-6]，造成土壤次生鹽漬化等[7-10]。近年來(lái)，高強(qiáng)度、集約化蔬菜栽培中，有機(jī)肥的用量越來(lái)越高，遠(yuǎn)超出當(dāng)季作物的吸收量[6，9]，缺乏對(duì)菜心種植中肥料施加的科學(xué)指導(dǎo)，是當(dāng)?shù)夭宿r(nóng)持續(xù)提高肥料投入的主要原因[1]。

本研究基于田間小區(qū)試驗(yàn)，研究有機(jī)肥不同施氮量下菜心產(chǎn)量、品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益的變化，以期為當(dāng)?shù)夭诵牡母咝a(chǎn)及科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在寧夏回族自治區(qū)吳忠市國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園區(qū)（106°14′30″E，37°32′23″N）進(jìn)行，海拔1 130 m，該園區(qū)菜心有較大栽培面積，為供港有機(jī)蔬菜的重要生產(chǎn)基地。該區(qū)屬溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，多年平均日照時(shí)數(shù)達(dá)3 000 h，氣溫6 ℃，無(wú)霜期176 d，降雨量184.6～273.5 mm，蒸發(fā)量2 000 mm。試驗(yàn)期間當(dāng)年溫度變化幅度大，為8.1～45.2 ℃，平均氣溫為 18.4 ℃。

試驗(yàn)區(qū)土壤類型為沙壤土，播前5 d 用梅花取樣法取0～20 cm 土壤測(cè)定土壤基本理化性狀，具體情況如表1 所示。

表1 土壤及有機(jī)肥基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

供試作物為菜心，品種為青翠菜心（當(dāng)?shù)刂髟云贩N）。試驗(yàn)用有機(jī)肥為腐熟羊糞，購(gòu)自吳忠市孫家灘農(nóng)業(yè)園區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)，其理化性質(zhì)如表1 所示。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017 年7 月22 日用播種機(jī)播種，當(dāng)年8 月24 日統(tǒng)一收獲。菜心播種株距15 cm，三葉一心時(shí)開始間苗，間苗后的平均株距為10 cm。試驗(yàn)共設(shè)5 個(gè)有機(jī)肥不同施氮量處理，分別為0（CK）、300、600、900、1 200 kg/hm2，每個(gè)處理 3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)小區(qū)面積為60 m2（10.0 m×6.0 m），小區(qū)與小區(qū)間設(shè)置50 cm 作為緩沖帶，試驗(yàn)地約1 000 m2。其中，有機(jī)肥在菜心種植前2 d 以基肥的形式一次性均勻地撒入土壤表面，然后用微耕機(jī)翻入0～20 cm 土層。試驗(yàn)期間每天8：00 采用微噴的灌溉方式灌溉，灌溉量為10 mm/d（當(dāng)?shù)孛刻炱骄舭l(fā)量的0.85）。各小區(qū)試驗(yàn)期間田間管理按常規(guī)方式進(jìn)行。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在采收期各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的3 株菜心進(jìn)行生長(zhǎng)形態(tài)的測(cè)定，其中，株高由直尺測(cè)量（精度0.1 mm）；葉長(zhǎng)、葉寬和薹粗由游標(biāo)卡尺測(cè)量；葉片數(shù)為單株的全部綠葉數(shù)。選取的菜心洗凈植株表面的灰塵后，地上和地下兩部分分開均在105 ℃下殺青30 min，然后75 ℃恒溫干燥至恒定質(zhì)量，測(cè)定生物量。

菜心成熟時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取2 m2（1 m×2 m）菜心用電子天平（精度0.01 g）進(jìn)行計(jì)產(chǎn)，采收時(shí)于菜心基部3 片綠葉處切割，切口平整。將收獲后的菜薹用于品質(zhì)分析，其中，維生素C（Vc）采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定，硝酸鹽含量采用硫酸- 水楊酸法測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013 進(jìn)行整理，通過(guò)SPSS（PASW Statistics 18.0）統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，多重比較采用 Duncan 法（P＜0.05）。

式中，I為菜心凈收益（元 /hm2）；Yb為菜心產(chǎn)量收益（菜心產(chǎn)量乘以蔬菜價(jià)格，單位為元/hm2）；Ct為全部費(fèi)用投入（元/hm2），主要包括有機(jī)肥、勞動(dòng)力和種子投入。菜心價(jià)格為中國(guó)蔬菜網(wǎng)（http：//www.vegnet.com.cn/）上2015 年的實(shí)際購(gòu)買價(jià)格。

2 結(jié)果與分析

2.1 肥料用量對(duì)有機(jī)菜心生長(zhǎng)的影響

由表2 可知，菜心各生長(zhǎng)指標(biāo)均隨施肥量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，各生長(zhǎng)指標(biāo)均以有機(jī)肥施氮量900 kg/hm2最高，其中，株高、葉長(zhǎng)和葉寬均顯著高于其他施氮量處理，較有機(jī)肥施氨量600 kg/hm2處理分別提高了16.9%、22.7%和23.7%（P＜0.05），較1 200 kg/hm2有機(jī)肥施氮量處理分別提高了13.9%、19.4%和13.6%（P＜0.05）。表明有機(jī)菜心栽培中，一定范圍內(nèi)添加有機(jī)肥可促進(jìn)菜心生長(zhǎng)，但用量超過(guò)某一閾值后再添加有機(jī)肥反而起抑制作用。

表2 肥料用量對(duì)有機(jī)菜心生長(zhǎng)的影響

2.2 肥料用量對(duì)有機(jī)菜心生物量的影響

干、鮮質(zhì)量是作物健壯程度的標(biāo)志。從表3 可以看出，菜心植株地上部和地下部的鮮、干質(zhì)量均隨有機(jī)肥施氮量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，900 kg/hm2施氮量處理最大，0 kg/hm2處理最小，各處理從大到小排序?yàn)?00 kg/hm2＞1 200 kg/hm2＞600 kg/hm2＞300 kg/hm2＞0 kg/hm2，其中，900 kg/hm2處理的菜心地上鮮質(zhì)量、地下鮮質(zhì)量、地上干質(zhì)量和地下干質(zhì)量較其他處理分別提高了24.9%～127.1%、12.0%～225.8%、12.9%～97.4%、12.0%～64.7%（P＜0.05）。說(shuō)明有機(jī)菜心栽培中，900 kg/hm2有機(jī)肥施氮量更有利于菜心的生長(zhǎng)和干物質(zhì)的積累。

表3 肥料用量對(duì)有機(jī)菜心生物量的影響

根系是作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的主要通道，根冠比可表征土壤養(yǎng)分狀況，通常情況下，養(yǎng)分越豐富，根系生長(zhǎng)越弱，根冠比小[11]。由表3 可知，隨有機(jī)肥施氮量的提高，根冠比呈持續(xù)下降趨勢(shì)。有機(jī)肥施氮量＜600 kg/hm2時(shí)，提高肥料用量菜心植株根冠比顯著降低，當(dāng)有機(jī)肥施氮量≥600 kg/hm2時(shí)，各處理根冠比間無(wú)顯著差異。其可能是高量有機(jī)肥施用下土壤氮素養(yǎng)分含量高，養(yǎng)分不再是限制作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子所致。

2.3 肥料用量對(duì)有機(jī)菜心產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最終目標(biāo)是作物產(chǎn)量和農(nóng)戶收益的最大化。由表4 可知，有機(jī)肥施氮量900 kg/hm2處理下菜心產(chǎn)量、產(chǎn)量收益和凈收益均最高，且顯著高于其他有機(jī)肥施氮量處理，為各處理中最佳的有機(jī)肥管理水平。有機(jī)肥施氮量1200 kg/hm2處理較600 kg/hm2有機(jī)肥施氮量處理的菜心產(chǎn)量和產(chǎn)量收益均顯著提高（P＜0.05），但由于產(chǎn)量及產(chǎn)量收益的增幅遠(yuǎn)小于肥料的投入，因此，凈收益反而明顯降低（P＜0.05），不利于生產(chǎn)。表明適當(dāng)?shù)奶岣叻柿嫌昧烤哂酗@著的增產(chǎn)提效作用，但過(guò)量的肥料投入勢(shì)必增加有機(jī)蔬菜生產(chǎn)成本，造成有機(jī)肥資源的浪費(fèi)。

表4 肥料用量對(duì)有機(jī)菜心產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.4 肥料用量對(duì)有機(jī)菜心品質(zhì)的影響

維生素C（Vc）是高效抗氧化劑，用來(lái)減輕抗壞血酸過(guò)氧化物酶的氧化應(yīng)激，是人體不能合成但必需的物質(zhì)；硝酸鹽含量為評(píng)價(jià)蔬菜安全的指標(biāo)。2個(gè)蔬菜品質(zhì)指標(biāo)常作為評(píng)價(jià)葉菜類作物品質(zhì)優(yōu)越的關(guān)鍵參數(shù)[12]。有機(jī)菜心收獲時(shí)薹莖和葉片Vc 含量均隨有機(jī)肥施氮量的增加呈持續(xù)升高趨勢(shì)，當(dāng)有機(jī)肥施氮量≥600 kg/hm2后，繼續(xù)添加肥料對(duì)Vc 含量的提高無(wú)明顯作用（表5）。各處理薹莖和葉片硝酸鹽含量為310.95～398.51 mg/kg（表5），隨有機(jī)肥施氮量的增加硝酸鹽含量呈降低趨勢(shì)，且處理間無(wú)顯著差異，遠(yuǎn)低于國(guó)家對(duì)無(wú)公害蔬菜安全要求的標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，≥600 kg/hm2有機(jī)肥施氮量下菜心的薹莖和葉片有較高的Vc 含量，且硝酸鹽含量遠(yuǎn)低于國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)（432.00 mg/g），蔬菜質(zhì)量得到很好的保障。

表5 肥料用量對(duì)有機(jī)菜心品質(zhì)的影響

3 結(jié)論與討論

氮是植物生長(zhǎng)必不可少的物質(zhì)，是植物制造有機(jī)物質(zhì)不可或缺的基礎(chǔ)[13-14]。研究表明，適宜的氮素養(yǎng)分供應(yīng)具有明顯的促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量的效益[15]。但寧夏有機(jī)菜心栽培中，農(nóng)戶盲目的追求產(chǎn)量，過(guò)量的肥料施用導(dǎo)致肥料浪費(fèi)，菜心生產(chǎn)成本增加，嚴(yán)重威脅著有機(jī)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[16]。研究表明，明確不同生長(zhǎng)環(huán)境中作物生長(zhǎng)對(duì)肥料施用量的響應(yīng)是科學(xué)施肥的基礎(chǔ)和前提[17]。劉明等[18]研究表明，施用氮肥150、300 kg/hm2時(shí)，甘薯地上部干物質(zhì)質(zhì)量均明顯高于不施氮處理。李強(qiáng)等[19]研究發(fā)現(xiàn)，氮肥的適當(dāng)施用，能夠促進(jìn)玉米前期的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。同時(shí)，劉晨等[20]也研究發(fā)現(xiàn)，高氮高鉀肥模式處理下能夠明顯促進(jìn)微型月季的株高、葉面積以及冠幅。本試驗(yàn)中，隨有機(jī)肥施氮量的增加，菜心株高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、薹粗和地上部鮮質(zhì)量均呈先升高后降低的趨勢(shì)，900 kg/hm2施氮量下各處理菜心生長(zhǎng)指標(biāo)均達(dá)到最大值，1 200 kg/hm2有機(jī)肥施氮量下各生長(zhǎng)指標(biāo)反而較900 kg/hm2施肥處理下降，其中，900 kg/hm2施肥處理下菜心株高、葉長(zhǎng)和葉寬較其他施肥處理分別增加13.9%～94.9%、19.4%～52.7%和13.6%～55.4%（P＜0.05）。說(shuō)明一定范圍內(nèi)添加有機(jī)肥可顯著促進(jìn)菜心生長(zhǎng)，若肥料用量過(guò)高反而對(duì)菜心生長(zhǎng)有抑制作用。

良好的作物形態(tài)決定著產(chǎn)量的高低。周丹等[21]研究發(fā)現(xiàn)，施用15 000 kg/hm2有機(jī)肥時(shí)，會(huì)使菜豆的形態(tài)指標(biāo)、光合參數(shù)、生理指標(biāo)以及產(chǎn)量顯著增加。本試驗(yàn)條件下，菜心產(chǎn)量與各生長(zhǎng)指標(biāo)間的變化趨勢(shì)一致，均隨有機(jī)肥施氮量增加呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。這與李秧秧等[22]在小麥中的研究結(jié)果一致。孫占祥等[23]也研究發(fā)現(xiàn)，合理的施用有機(jī)肥有利于提高玉米產(chǎn)量。同時(shí)，王炎等[24]也研究表明，隨著氮肥施用量的增加，甜蕎產(chǎn)量呈先增后降的趨勢(shì)。當(dāng)?shù)视昧窟_(dá)到一定數(shù)量后，產(chǎn)量則不隨氮肥用量的提高而增加，甚至有所下降[25]。李邵等[26]研究發(fā)現(xiàn)，較高的土壤養(yǎng)分供給可提高植株葉片中的RuBP 羧化酶活性，進(jìn)而提高光合潛力和生產(chǎn)潛力。本研究結(jié)果表明，隨有機(jī)肥施氮量的增加，菜心葉片和薹莖的硝酸鹽含量呈下降趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，有機(jī)菜心栽培中，適宜的有機(jī)肥施用量才是持續(xù)維持菜心高產(chǎn)高品質(zhì)的途徑，肥料施用量過(guò)高反而會(huì)降低菜心產(chǎn)量。

農(nóng)民收益的最大化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的推動(dòng)力。本試驗(yàn)表明，有機(jī)肥施氮量900 kg/hm2處理的菜心凈收益最大，其次為600 kg/hm2有機(jī)肥施氮量處理；雖然有機(jī)肥施氮量1 200 kg/hm2的處理產(chǎn)量和產(chǎn)量收益均大于600 kg/hm2施氮量處理，但由于有機(jī)肥的過(guò)量施用蔬菜生產(chǎn)成本提高，抵消了產(chǎn)量增加帶來(lái)的效益，因此，該施肥下栽培的收益下降，不利于生產(chǎn)。

綜上所述，有機(jī)肥施氮量900 kg/hm2促進(jìn)了菜心的株高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、薹粗和地上部鮮質(zhì)量，且提升了菜心葉片和薹莖的Vc 含量并降低了硝酸鹽含量，提高了產(chǎn)量，最終增加了農(nóng)民收益，可作為菜心生產(chǎn)中的最佳肥料用量。