有機(jī)肥替代化肥對大蔥產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤氮淋失的影響

閆佳會，侯 璐，姚 強(qiáng)，侯生英，郭青云

(青海大學(xué) 農(nóng)林科學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西寧作物有害生物科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，青海省農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810016)

科學(xué)合理使用化肥是蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)使化肥的正面效應(yīng)發(fā)揮到最大，負(fù)面效應(yīng)減弱到最小。蔬菜作為一種見效快，收益高的經(jīng)濟(jì)作物，濫用化肥直接導(dǎo)致蔬菜品質(zhì)、化肥利用率和投入產(chǎn)出比下降，使土壤次生鹽漬化、養(yǎng)分富集、有機(jī)質(zhì)含量減少、重金屬超標(biāo)、硝酸鹽含量激增等，成為中國蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的又一瓶頸[1-5]。

動物和植物是有機(jī)肥的主要來源，包括植物必須的氮、磷、鉀等在內(nèi)的豐富營養(yǎng)元素，不僅能為蔬菜提供全面營養(yǎng)，而且肥效長，可增加和更新土壤的理化性質(zhì)和生物活性，起到改良土壤保水保肥的作用，同時還能促進(jìn)蔬菜生長、改善品質(zhì)、提高蔬菜產(chǎn)量[6-8]。實(shí)現(xiàn)化肥零增長目標(biāo)的重要途徑之一是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大面積推行有機(jī)肥部分替代化肥。

大蔥(AlliumfistulosumL.)屬百合科(Liliaceae)蔥屬(AlliumL.)蔬菜，因其獨(dú)特的口感和風(fēng)味深受民眾喜愛。在中國，大蔥擁有悠久的栽培歷史，栽培面積常年穩(wěn)定在100萬hm2，在中國蔬菜生產(chǎn)中占有非常重要的地位[9]。大蔥適應(yīng)性廣泛，使得其已成為青海省新興的蔬菜品種，種植面積逐年擴(kuò)大，青海省作為中國重要的水源地及重要的生態(tài)敏感區(qū)，土壤肥力低，存在農(nóng)戶為追求經(jīng)濟(jì)效益而盲目追施化肥現(xiàn)象。盲目大量的施用化肥，不僅破壞土壤結(jié)構(gòu)[10-12]，也使得該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)條件更為脆弱。因此，在該區(qū)域內(nèi)探討不同梯度化肥減量增施有機(jī)肥對大蔥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為改善當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境，提高大蔥品質(zhì)提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年2月—11月在青海省湟中縣攔隆口鎮(zhèn)靖祥合作社(36°77′N，101°48′E)進(jìn)行。該區(qū)域位于青海省東部，為西北黃土高原和青藏高原過渡地帶，屬于青藏高原冷涼半干旱地區(qū)，平均海拔2 357.6 m，年平均氣溫5.1 ℃，年平均降水量509.8 mm，且降雨主要集中在6月—8月，年均無霜期170 d。土壤類型為栗鈣土，基本理化性質(zhì)為：pH 8.22，堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)144.0 mg·kg-1，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)136.0 mg·kg-1，速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)28.8 mg·kg-1，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)28.5 g·kg-1，全鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.28 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試大蔥品種為‘幕田一本’，耐寒性好，依據(jù)大蔥定植時間，于2019-02-09在溫室進(jìn)行播種，種子摻細(xì)沙后撒種，覆土1 cm，4月23日定植。全膜覆蓋后采用插蔥定植，蔥苗入土深度為25～30 cm，株行距為12 cm×12 cm，667 m2定植 59 000株。

有機(jī)肥氮替代化肥氮試驗(yàn)，以全施化肥(100%)(常規(guī)施肥)(100CF)處理為對照(CK)，設(shè)有機(jī)肥20%、40%、60%、80%和100%5個比例替代處理。小區(qū)面積30 m2(3 m×10 m)，每小區(qū)用高壟分隔，壟高20 cm，每處理4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。氮肥為尿素[w(N)=46%]，磷肥為過磷酸鈣[w(P2O5)= 12%]，鉀肥為硫酸鉀[w(K2O)=50%]，有機(jī)肥為市售商品有機(jī)肥 (N∶P2O5∶K2O=2.6∶2.2∶0.7，有機(jī)質(zhì)≥45%)，有尿素使用量的，一半作為底肥施入，一半作為追肥施入，磷鉀肥均作為底肥施入，各處理氮肥用量一致，均為273 kg·hm-2。替代化肥試驗(yàn)所用肥料均購自于湟中縣攔隆口鎮(zhèn)農(nóng)資經(jīng)銷站，氮、磷、鉀肥和有機(jī)肥具體用量見表1。

表1 田間試驗(yàn)各處理肥料用量Table 1 Fertilizer rate for treatments

1.3 樣品采集

土壤樣品采集。大蔥收獲期結(jié)束后，按“S”形每小區(qū)多樣點(diǎn)采集0～20 cm及20～40 cm耕層土壤，四分法留樣1 kg，0.5 kg樣品保存于 4 ℃冰箱，用于硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的測定，0.5 kg土樣風(fēng)干后用于其他理化性質(zhì)分析。

植物樣品采集。在大蔥收獲期采集樣品，詳細(xì)記錄大蔥單株質(zhì)量、莖粗、株高、假莖長、葉片數(shù)[13]，每個小區(qū)分別稱量計(jì)產(chǎn)，選取1.5 kg大蔥測定品質(zhì)。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

土壤理化性質(zhì)：采用鮑士旦[14]的方法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法；土壤pH采用水土比2.5∶1的玻璃電極法測定；速效磷采用Olsen-P法，鉬銻抗比色測定；速效鉀采用醋酸銨浸提法，火焰光度測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用氯化鉀浸提，流動分析儀 測定。

大蔥品質(zhì)指標(biāo)：硝酸鹽采用水楊酸-硫酸法測定，可溶性糖采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)法測定，丙酮酸采用2，4-二硝基苯肼比色法，還原性維生素C采用二甲苯萃取比色法測定，有機(jī)酸采用NaOH滴定法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0和Microsoft Excel 2007對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用鄧肯新復(fù)極差法(DMRT)法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥不同比例替代化肥對大蔥外觀形態(tài)及產(chǎn)量的影響

由表2可知，有機(jī)肥氮替代化肥氮對大蔥產(chǎn)量和外觀形態(tài)指標(biāo)均有顯著影響。在各處理中，以80CF20OF處理的株高和假莖最大，20CF80OF處理的莖粗最大，40CF60OF處理的單株質(zhì)量和產(chǎn)量最大。

表2 有機(jī)肥不同比例替代化肥大蔥產(chǎn)量和外觀形態(tài)Table 2 Yield and appearance shape of Allium fistulosum L. under substitution of chemical fertilizer with organic fertilizer by different ratios

100CF、80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF四個處理在株高、假莖長和產(chǎn)量方面差異均不顯著，但以上4個處理的株高、假莖長和產(chǎn)量均顯著高于20CF80OF、100OF；4個有機(jī)肥替代處理和全施化肥處理在莖粗和葉片數(shù)2個指標(biāo)上無顯著性差異；100OF處理的單株質(zhì)量顯著低于100CF、80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF處理。在有機(jī)肥替代比例為0～60%時，隨著有機(jī)肥增施比例的提高，大蔥產(chǎn)量逐漸提高，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF處理相比100CF分別增加3.39%、 4.48%、5.32%，20CF80OF、100OF處理分別降低11.57%、 16.47%。

以上分析可知，有機(jī)肥部分替代化肥對大蔥產(chǎn)量和外觀形態(tài)的影響有一定的差異，有機(jī)肥替代比例超過80%，顯著降低株高、假莖長和產(chǎn)量。

2.2 有機(jī)肥不同比例替代化肥對大蔥硝酸鹽及營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表3可知，隨著有機(jī)肥替代比例逐漸提高,大蔥中硝酸鹽含量逐漸降低，與100CF相比， 80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF、100OF處理硝酸鹽含量分別降低2.03%、 4.71%、8.29%、16.57%和31.91%；100OF處理顯著低于其他4個處理。丙酮酸作為蔥屬植物主要風(fēng)味物質(zhì)和重要功能成分有機(jī)硫化物的分解產(chǎn)物，含量高低直接決定大蔥營養(yǎng)價值[15]。由表3可知，有機(jī)肥替代化肥對大蔥丙酮酸含量和有機(jī)酸含量影響均不顯著。增施有機(jī)肥能顯著增加大蔥維生素C含量，與100CF相比，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF、100OF處理維生素C含量分別增加17.92%、39.40%、 45.08%、57.56%、64.06%；不同施肥處理對游離氨基酸和可溶性蛋白的影響較小。與100CF處理相比，20CF80OF和100OF處理的可溶性蛋白含量分別顯著增加74.77%、78.38%。有機(jī)肥部分替代化肥對大蔥品質(zhì)及硝酸鹽的影響有一定的差異，增施有機(jī)肥能顯著降低硝酸鹽含量，增加維生素C含量，以100OF處理硝酸鹽含量最低，維生素C含量最高。

表3 有機(jī)肥不同比例替代化肥處理后的大蔥品質(zhì)Table 3 Quality of Allium fistulosum L. under sustitution of chemical fertilizer with organic fertilizer by different ratios

2.3 有機(jī)肥不同比例替代化肥對大蔥土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響

由表4可知，與100CF相比，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF和100OF處理0～20 cm土壤中的銨態(tài)氮含量分別降低 22.87%、60.62%、65.68%、73.79%、76.17%，有機(jī)肥替代比例超過40%，銨態(tài)氮的含量顯著降低。但20～40 cm土層銨態(tài)氮含量基本保持不變。結(jié)果表明土壤中銨態(tài)氮主要在0～20 cm耕層中積累，對20～40 cm土層影響較小。

與100CF相比，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF和100OF處理0～20 cm土壤中的硝態(tài)氮含量分別降低10.84%、 42.53%、55.06%、72.27%、80.48%，與銨態(tài)氮結(jié)果相似，有機(jī)肥替代比例超過40%，硝態(tài)氮含量顯著降低。20～40 cm土層中，硝態(tài)氮含量與0～20 cm土壤變化趨勢一致。

以上分析表明，土壤中硝態(tài)氮的富集明顯高于銨態(tài)氮的富集，且在0～20 cm耕層內(nèi)，施用有機(jī)肥均能不同程度降低土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量， 20～40 cm耕層，有機(jī)肥替代化肥能顯著降低硝態(tài)氮的含量，對銨態(tài)氮的影響不顯著。

表4 有機(jī)肥不同比例替代化肥土壤無機(jī)氮量Table 4 Inorganic nitrogen content in soil under substitute of chemical fertilizer with organic fertilizer by different ratios

3 討論與結(jié)論

大蔥產(chǎn)量的關(guān)鍵取決于土壤地力水平，應(yīng)該依據(jù)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)能力和大蔥需肥規(guī)律決定施肥量。孫冬梅[16]研究表明，每生產(chǎn)1 000 kg大蔥，需要吸收的氮、磷、鉀分別為：2.7～3.0 kg、 0.5～1.2 kg、3.3～4.0 kg。青海省氮肥、磷肥、鉀肥的利用率分別為33.0%、35.2%、37.8%[17]，在此條件下，本研究中各處理的養(yǎng)分量均能滿足大蔥目標(biāo)產(chǎn)量需求，且100%有機(jī)肥替代處理中各磷、鉀含量高于其他處理。

中國露地蔬菜中各養(yǎng)分含量均大幅度超出推薦量，N、P2O5、K2O分別超出2.7倍、5.9倍和1.5倍[1]。與化肥中的各養(yǎng)分相比，有機(jī)肥的養(yǎng)分均具有緩效性。按照一定比例配施有機(jī)肥與化肥，不僅能夠減少化肥使用，緩解土壤酸化對氮、磷養(yǎng)分高效利用的制約，還能降低蔬菜中硝酸鹽含量，提高蔬菜品質(zhì)[18-20]。大量研究表明，露地蔬菜養(yǎng)分用量中有機(jī)肥養(yǎng)分量占總養(yǎng)分量的適宜比例一般為40%～50%[21-23]。本研究中，大蔥有機(jī)肥替代的合適比例為40%和60%，大蔥產(chǎn)量相比全施化肥處理分別增加3.39%、4.48%。李杰等[24]研究表明增施有機(jī)肥能夠提高花椰菜和番茄的產(chǎn)量，但最適替代比例為20%～30%。

蔬菜品質(zhì)的優(yōu)劣是多種因素共同作用的結(jié)果，施肥方式為主要影響因素，有機(jī)肥不僅包含植物生長必需的大量元素，還含有多種中微量元素，例如鋅、硫、硼、鐵、鎂、鈣等。豐富的礦質(zhì)營養(yǎng)對于大蔥假莖的形成和發(fā)育具有重要的影響。施硫量與大蔥辛辣程度成顯著正相關(guān)，丙酮酸含量隨硫水平的升高而顯著增加[25-27]。本研究中大蔥丙酮酸的含量為0.032 2～0.032 4 μg·mL-1時，各處理間無顯著性差異，這可能與未增施硫肥有關(guān)。已有多項(xiàng)研究證實(shí)增施有機(jī)肥可降低蔬菜中硝酸鹽的含量，提高維生素C和可溶性蛋白含量[24-25,28]，本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致，有機(jī)肥部分替代化肥對大蔥品質(zhì)及硝酸鹽的影響有一定的差異，增施有機(jī)肥能顯著降低硝酸鹽含量，增加維生素C含量，以100%施用有機(jī)肥硝酸鹽含量最低，維生素C含量最高；與100CF相比，20CF80OF和100OF處理的可溶性蛋白含量分別增加74.77%和78.38%。

有機(jī)肥替代是降低土壤硝態(tài)氮淋失風(fēng)險的有效措施[29-31]。徐大兵等[18]研究表明，2 a種植5季葉類蔬菜，采用有機(jī)氮替代化肥氮技術(shù)，100%有機(jī)氮處理0～20 cm和20～40 cm 土壤中硝態(tài)氮的流失風(fēng)險均顯著降低。本試驗(yàn)也得到與前人類似的研究結(jié)果，土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量隨著有機(jī)肥替代比例增加逐漸降低，與100CF相比，有機(jī)肥替代處理0～20 cm土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮減少22.87%～76.17%和10.84%～ 80.48%，而20～40 cm土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮減少4.83%～54.18%和29.13%～75.45%。

綜上可見，有機(jī)肥替代比例在40%～60%時，并未降低大蔥產(chǎn)量，且較常規(guī)施肥顯著提高維生素C、可溶性蛋白含量，降低蔬菜中硝酸鹽含量及土壤中硝態(tài)氮淋失風(fēng)險。40CF60OF處理大蔥產(chǎn)量、品質(zhì)最佳，土壤硝態(tài)氮淋失風(fēng)險最低。