有機肥替代化肥對大蒜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤養(yǎng)分的影響

王明文，張 洋，胥婷婷，許顯虹，張 榮

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016)

大蒜(AlliumsativumL.)是青海省樂都區(qū)蔬菜的主栽品種[1]。項目組前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)大蒜種植時存在過量施用化肥等問題，這不僅會導(dǎo)致大蒜產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降，還會造成土壤理化性狀變差，土壤酸化、板結(jié)、鹽漬化等現(xiàn)象明顯，破壞土壤的可持續(xù)生產(chǎn)能力[2-5]。有研究發(fā)現(xiàn)，將有機肥和化肥合理配施，不僅可以避免蔬菜遭受過量施肥的危害，而且還可以增強蔬菜植株對土壤中氮磷鉀等養(yǎng)分的吸收利用，促進(jìn)了蔬菜的生長發(fā)育[6]。因子分析和主成分分析廣泛用于土壤質(zhì)量的綜合評價，本研究運用因子分析方法綜合分析了有機肥替代化肥后土壤的養(yǎng)分變化[7-9]。

針對青海東部地區(qū)大蒜種植地長期單一施用化肥所造成的土壤理化性狀變差，土壤肥力下降的現(xiàn)狀，本研究采用有機肥替代部分化肥的田間試驗，研究了有機肥替代部分化肥對大蒜生長、品質(zhì)和土壤的影響，并采用因子分析法探尋最佳替代比例。旨為青藏高原東部地區(qū)設(shè)施蔬菜大蒜土壤改良和合理培肥提供一種可靠的解決途徑,以期為大蒜合理的施用有機肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于青海省海東市樂都區(qū)高店鎮(zhèn)西門村，海拔2099m，東經(jīng)102°11′56.99″，北緯36°28′28.60″。試驗地土壤為栗鈣土，主要理化性質(zhì)：全氮1.1g/kg、全磷3.15g/kg、全鉀27.28g/kg、堿解氮68mg/kg、速效磷52.5mg/kg、速效鉀115mg/kg、有機質(zhì)15.09g/kg、pH8.48。

1.2 供試材料

以樂都縣紫皮大蒜為試驗材料。供試肥料為尿素(N46%)；過磷酸鈣(P2O512%)；硫酸鉀(K2O50%)；有機肥(N2%,P2O51%,K2O2%，有機質(zhì)≥45%)，由青海恩澤農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)7個處理。T1：有機肥替代化肥20%；T2：有機肥替代化肥40%；T3：有機肥替代化肥60%；T4：有機肥替代化肥80%；T5：有機肥替代化肥100%；T6：習(xí)慣施肥：N330kg/hm2，P2O5345kg/hm2，K2O225kg/hm2，T1-T5在習(xí)慣施肥的基礎(chǔ)上進(jìn)行替代。3次重復(fù)，小區(qū)面積5.5m×4.2m=23.1m2。有機肥、P、K養(yǎng)分和40%N養(yǎng)分做為基肥一次性施入，剩余60%N養(yǎng)分做為追肥兩次施入,第一次在2020年4月中旬施入30%，第二次在2020年5月中下旬施入30%。2019年10月下旬播種，2020年7月初收獲。開溝點播，播深4-6cm，行距18-20cm，株距6.5-7cm。其余生產(chǎn)管理措施一致。具體施肥方案見下表1。

1.4 測定指標(biāo)

收獲期每小區(qū)取1m2樣方法測產(chǎn)，再折合計算總產(chǎn)量。收獲期每小區(qū)隨機取3株大蒜，用于可溶性糖、VC、可溶性蛋白含量測定[10]。收獲期每小區(qū)取0-20cm土樣，用于pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷和全鉀的測定[11]。

表1 試驗處理及施肥量Table.1 Test treatment and application amount

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對大蒜產(chǎn)量的影響

由圖1中可以看出，T2處理顯著高于T5處理，但與其它處理無顯著性差異。T2處理大蒜產(chǎn)量達(dá)到最高，為32733.50kg/hm2；T5處理大蒜產(chǎn)量最低，為26466.85kg/hm2。T2處理大蒜產(chǎn)量較T1處理增產(chǎn)4533.4kg/hm2，增產(chǎn)率為16.08%；較T3處理增產(chǎn)5400kg/hm2，增產(chǎn)率為19.76%；較T4處理增產(chǎn)4166.7kg/hm2，增產(chǎn)率為14.59%；較T5處理增產(chǎn)6266.65kg/hm2，增產(chǎn)率為23.68%；較T6處理增產(chǎn)4498.3kg/hm2，增產(chǎn)率為15.93%。

2.2 不同處理對大蒜品質(zhì)的影響

由表2可以看出，不同處理對大蒜品質(zhì)性狀的影響較大。T2處理大蒜的VC含量、可溶性糖含量均顯著高于其它處理，在可溶性蛋白含量上除了與T1處理無明顯差異外，均顯著高于其它處理。T6處理大蒜的VC含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量均低于其它處理。T2處理大蒜VC含量最高，達(dá)到了201.3mg/kg；較T6處理增加了35.5mg/kg，增加率為21.41%；T2處理大蒜可溶性糖含量最高，達(dá)到了11.2%；較T6處理增加了2.7%，增加率為31.77%；T2處理大蒜可溶性蛋白含量最高，達(dá)到了8.8%；較T6處理增加了3.7%，增加率為72.55%。從整體上來說，有機肥和化肥配合施用相較于習(xí)慣施肥，在一定程度上提高了大蒜的品質(zhì)。

表2 不同處理對大蒜品質(zhì)的影響Table.2 Effects of different treatments on garlic quality

2.3 不同處理對大蒜土壤養(yǎng)分含量的影響

由表3可以看出各個處理土壤全氮、全鉀較播前降低；T6處理土壤全磷含量較播前增加的最多，為3.77g/kg；T5處理土壤堿解氮含量較播前提高，為88 mg/kg，其它各處理土壤堿解氮含量較播前降低；T3處理土壤全氮較播前降低的最多，為0.95g/kg；T6處理土壤速效磷含量較播前增加的最多，為66.5mg/kg；T5處理土壤速效鉀含量較播前增加的最多，為246 mg/kg；T6處理土壤有機質(zhì)含量較播前增加的最多，為17.98g/kg?？偟膩碚f，相較于播前的土壤養(yǎng)分，除了有機質(zhì)和速效K有一定的提高外，其它養(yǎng)分各個處理大都降低。

表3 不同處理對土壤養(yǎng)分的影響Table.3 Effects of different treatments on soil nutrients

2.4 不同處理對土壤養(yǎng)分的綜合評價

不同性狀主成分分析(表4)：將不同處理下土壤理化性狀(共8個性狀) 依次作為自變量X1—X8，對其進(jìn)行主成分分析。共計得出3個主成分，前3個主成分的累計貢獻(xiàn)率為90.385%，基本代表了8個性狀信息。

表4 主成分分析矩陣Table.4 Principal component analysis matrix

將特征值≥1和因子載荷≥0.6選為一組。第一主成分的貢獻(xiàn)率為39.032%，各個指標(biāo)的因子載荷絕對值由大到小排列依次為：速效磷(0.977)、堿解氮(0.753)和速效鉀(-0.666)。其中，速效磷和堿解氮對土壤質(zhì)量起著正向的作用，速效鉀對土壤質(zhì)量起著負(fù)向的作用。

第二主成分的貢獻(xiàn)率為35.823%，各個指標(biāo)的因子載荷絕對值由大到小排列依次為：全氮(0.854)、pH(-0.834)和速效磷(0.779)。全氮和速效磷對土壤質(zhì)量起著正向作用，pH對土壤質(zhì)量起著負(fù)向的作用。

第三主成分的貢獻(xiàn)率為15.53%，只有一個指標(biāo)為堿解氮(0.675)，對土壤質(zhì)量起著正向作用。

評價方法：綜合評價方法應(yīng)用SPSS軟件將各性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)值,計算3個主成分與原8項性狀指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的線性組合,即各主成分(Fi) 的表達(dá)式(此處zxi為性狀Xi的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)):

F1=-0.131zx1+0.147zx2-0.213zx3+0.155zx4+0.241zx5+0.313zx6+0.17zx7-0.165zx8

F2=0.298zx1+0.197zx2+0.126zx3+0.043zx4+0.205zx5-0.055zx6-0.272zx7-0.291zx8

F3=-0.104zx1+0.396zx2+0.481zx3+0.543zx4-0.206zx5+0.084zx6-0.24zx7+0.064zx8

以每個主成分所對應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重，計算主成分綜合模型為：

F綜合=0.39032F1+0.35823F2+0.1553F3，根據(jù)3個主成分的線性組合以及綜合得分公式求得8個處理的主成分得分和綜合得分。

表5 不同處理對土壤養(yǎng)分主要性狀主成分得分及綜合得分Table.5 Principal component scores and comprehensive scores of main traits of soil nutrients under different treatments

綜合得分越高，表明該處理對該地區(qū)的土壤質(zhì)量越好。從表5中可以看出，除T6處理外，其余處理土壤質(zhì)量較播前都有一定的提高。在6個不同施肥處理中，T5處理下的綜合因子得分最高，T2處理綜合因子得分次之，T1處理綜合因子得分處于第三位。剩余的高低排名依次為T3處理、T4處理、T6處理。從土壤質(zhì)量上綜合比較來說，T5處理和T2處理是該地區(qū)大蒜種植的最佳施肥處理。

3 討論與結(jié)論

大蒜生育期較長，因此需要長效肥料持續(xù)供應(yīng)養(yǎng)分。有機肥與化肥搭配施用，才能充分發(fā)揮肥料緩效與速效相結(jié)合的優(yōu)點[12,13]，有利于提高大蒜的產(chǎn)量與品質(zhì)。在本試驗中，與習(xí)慣施肥處理相比，有機肥替代化肥20%處理增加了大蒜的產(chǎn)量，這與張宇[14]和劉紅耀[15]等人在大蒜上的研究結(jié)果一致；但T5處理下，大蒜產(chǎn)量降低，原因可能是T5處理施用的全部是有機肥，有機肥肥力發(fā)揮較慢，無法像化肥一樣快速提供肥力，進(jìn)而導(dǎo)致減產(chǎn)。在大蒜品質(zhì)方面，有機肥替代化肥的處理較習(xí)慣施肥處理整體上都有所提高，這與張宇[16,17]、曾愛松[18]、汪峰[19]和孔祥波[20]的研究結(jié)果基本一致。T2處理下的VC含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量均高于其他處理，T2處理在VC含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量上都與T6處理存在顯著性差異。增加有機肥的施用量，降低化肥的用量，能有效提高大蒜的品質(zhì)。

采用因子分析法對土壤養(yǎng)分進(jìn)行評價得出，有機肥替代化肥的5個處理的綜合得分都高于習(xí)慣施肥處理T6，這可以說明有機肥替代化肥在一定程度上可以改善土壤質(zhì)量，增加土壤的可持續(xù)生產(chǎn)能力，這與曲成闖[21]、謝志堅[22]和姜佳琦[23]的研究結(jié)果一致。有機肥替代化肥的處理土壤質(zhì)量較定植前的處理都有所提高，可以說明有機肥替代化肥在一定程度上可以提高土壤質(zhì)量，增加土壤的可持續(xù)生產(chǎn)能力。但有機肥替代化肥的各個處理的綜合得分并不是隨著有機肥施用量的增加而提高，可能原因是有機肥施用量過多，適量的有機肥替代化肥比例可以提高土壤質(zhì)量，而過量的有機肥施用量會起到相反的結(jié)果[24]。

綜合來看，T2處理(有機肥替代化肥40%)，即化肥施用量N 198kg/hm2、P2O5279kg/hm2、K2O 93kg/hm2，同時配施有機肥6600kg/hm2效果較好?？稍黾哟笏猱a(chǎn)量，提高大蒜中VC、可溶性糖和可溶性蛋白含量，改善產(chǎn)品品質(zhì)。同時提高土壤養(yǎng)分，培肥地力，促進(jìn)土壤可持續(xù)健康發(fā)展。