有機(jī)肥部分替代化肥對大蒜產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分吸收分配的影響

周紅梅，任艷云，張巧玲，王秋云，王春蘭，周玉彩，黃信誠，張憲軍

(濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)寧 272100)

我國大蒜種植面積78萬hm2，占世界大蒜栽培面積的2/3，年產(chǎn)量1157.8萬t，是世界上最主要的大蒜生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國[1，2]。山東金鄉(xiāng)為我國大蒜主產(chǎn)區(qū)，常年種植大蒜4.67萬hm2，年均產(chǎn)量為80萬t，產(chǎn)品出口160多個國家與地區(qū)[3]。種植大蒜已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收致富的重要途徑，大蒜產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)、特色產(chǎn)業(yè)和富民產(chǎn)業(yè)。

大蒜是經(jīng)濟(jì)價值較高的作物，蒜農(nóng)為追求高產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，往往盲目過量施肥。大蒜為弦線狀淺根性根系，需肥較多而且較耐肥，對肥水反應(yīng)比較敏感。目前大蒜生產(chǎn)普遍使用N－P2O5－K2O含量(%)為15－15－15、16－16－16或17－17－17的均衡性高濃度復(fù)合肥，氮、磷、鉀養(yǎng)分比例嚴(yán)重失調(diào)。另外蒜農(nóng)為了省工省錢，不用或很少使用有機(jī)肥。隨著金鄉(xiāng)大蒜種植年限的延長，單靠增施化肥大蒜產(chǎn)量不僅不能有效增加，反而有下降趨勢[4]。肥料的大量投入，加上施肥方式粗獷、灌溉方法不當(dāng)，導(dǎo)致土壤鹽漬化加重，有機(jī)質(zhì)含量下降、土傳病害加重、肥料利用率降低等問題，嚴(yán)重影響大蒜的產(chǎn)量和品質(zhì)，從而直接影響其經(jīng)濟(jì)效益，已成為制約本地大蒜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的技術(shù)瓶頸[5－9]。

已有研究表明，采用平衡施肥、有機(jī)肥部分替代化肥可減少蔬菜生產(chǎn)上的化肥使用量，培肥地力，提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)，提高肥料利用率，減輕農(nóng)業(yè)化肥浪費(fèi)，改善土壤生態(tài)環(huán)境[10－14]。齊振宇[15]研究發(fā)現(xiàn)，減施30%氮肥能明顯降低大蒜的產(chǎn)量和品質(zhì)，而減施30%磷肥對大蒜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較小，在減施氮肥和磷肥的前提下通過有機(jī)肥替代可顯著提高大蒜苗期的生長勢、后期產(chǎn)量和品質(zhì)。原寒等[16]研究表明，長期施用有機(jī)肥具有養(yǎng)地的重要功能。張萬萍等[17]的研究表明，4種生物有機(jī)肥對大蒜植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量均有不同的促進(jìn)作用。王明文等[18]研究表明，青海東部地區(qū)紫皮大蒜有機(jī)肥替代化肥的最佳比例以40%效果較好。郭婷等[19]研究發(fā)現(xiàn)，高濃度石灰配施生物有機(jī)肥可以有效改良連作障礙性土壤，從而提高大蒜產(chǎn)量和品質(zhì)。常虹等[20]研究表明，土壤調(diào)理劑與微生物有機(jī)肥配施對重茬大蒜土壤改良以及大蒜病害防治、增產(chǎn)效果均較好。在生姜[21]、油菜[22]、甘藍(lán)[23]、番茄[24]等作物上的研究也表明，化肥減量配施有機(jī)肥可促進(jìn)其生長，提高養(yǎng)分積累量，使其產(chǎn)量和品質(zhì)均顯著提高。大量研究表明有機(jī)肥能夠改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，有機(jī)肥部分替代化肥是實(shí)現(xiàn)化肥減施和綠色高效生產(chǎn)的重要措施[25－27]。

為了消減大蒜重茬障礙，減少因化肥過量施用帶來的土壤生態(tài)系統(tǒng)失衡和農(nóng)業(yè)面源污染等問題，本試驗(yàn)在調(diào)整氮、磷、鉀養(yǎng)分比例基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化施肥、并在優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上以有機(jī)肥部分替代化肥來實(shí)現(xiàn)化肥減量，探索連作大蒜養(yǎng)分優(yōu)化管理模式和有機(jī)肥N素養(yǎng)分部分代替化肥的適宜比例，為實(shí)現(xiàn)金鄉(xiāng)大蒜化肥減量及蒜田土壤改良提供技術(shù)支撐，為提高大蒜產(chǎn)量、品質(zhì)及環(huán)境友好的多重目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年10月 至2021年5月在山東省金鄉(xiāng)縣雞黍鎮(zhèn)李堌堆村進(jìn)行。該試驗(yàn)點(diǎn)屬典型的中緯度暖溫帶亞濕潤季風(fēng)氣候，年均降水量600～800 mm，年平均日照時數(shù)2391.4 h，年平均氣溫13.5℃，平均無霜期200天。試驗(yàn)地已連續(xù)種植大蒜20年以上，土壤為石灰性潮土，質(zhì)地為沙壤，地勢平坦，排灌方便，前茬作物為棉花。0～20 cm土壤理化狀況為有機(jī)質(zhì)含量11.72 g/kg、堿解氮57.9 mg/kg、速效磷35.3 mg/kg、速效鉀272 mg/kg，pH值8.40。堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量均屬較低水平。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計及方法

田間小區(qū)試驗(yàn)設(shè)常規(guī)施肥CF(復(fù)合肥2250 kg/hm2，其中N 360 kg/hm2＋P2O5360 kg/hm2＋K2O 360 kg/hm2)、優(yōu)化施肥OF(N 330 kg/hm2＋P2O5180 kg/hm2＋K2O 315 kg/hm2)、T15(15%N有機(jī)肥替代化肥)、T30(30%N有機(jī)肥替代化肥)、T40(40%N有機(jī)肥替代化肥)、T50(50%N有機(jī)肥替代化肥)共6個處理。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積20 m2。常規(guī)施肥處理采用氮磷鉀復(fù)合肥，有機(jī)肥部分替代化肥處理采用單質(zhì)肥料和有機(jī)肥。以上處理除常規(guī)施肥處理(CF)外，其余各試驗(yàn)處理的養(yǎng)分總量均相同(見表1)。有機(jī)肥全部用作基肥，化肥分2次施用。

表1 各處理有機(jī)肥和化肥施用量

試驗(yàn)所用肥料:復(fù)合肥(N、P2O5、K2O含量均為16%)、尿素(N≥46%)、過磷酸鈣(P2O5≥18%)、硫酸鉀(K2O)≥52%、商品有機(jī)肥(N＋P2O5＋K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%)。供試大蒜品種為金鄉(xiāng)紫皮大蒜。播種時間為2020年10月10日。采用地膜覆蓋種植方式，株行距為15 cm×18 cm。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生長指標(biāo)和生物量測定 在蒜薹收獲期，每小區(qū)選取長勢基本一致的植株10株，每株選取頂部3～4片葉用葉面積測定儀測量大蒜葉面積，用直尺和游標(biāo)卡尺分別測量株高和莖粗，用電子天平稱干、鮮重，用植物營養(yǎng)測定儀(TYS－4N)測定葉綠素相對含量，并以SPAD值表示。

1.3.2 土壤樣品和植株養(yǎng)分測定 大蒜收獲時，采集各小區(qū)0～20 cm土樣，風(fēng)干處理后分別測其理化性質(zhì)。土壤pH值采用電位法測定(水土比為2.5∶1)；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用高溫外加熱—重鉻酸鉀容量法測定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；土壤有效磷含量采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量采用1.0 mol/L的NH4OAc浸提—火焰光度法測定。

于2021年5月1日和15日分別收取蒜薹和鱗莖(蒜頭)，每處理隨機(jī)取5株，測定其鮮重，烘干后測定氮、磷、鉀含量。氮、磷、鉀含量分別采用凱氏定氮法、礬鉬黃比色法、火焰光度法測定[28]。

1.3.3 蒜薹和鱗莖產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)測定 蒜薹收獲時各小區(qū)隨機(jī)選取1 m2拔薹測產(chǎn)并進(jìn)行營養(yǎng)品質(zhì)測定。大蒜鱗莖收獲時，每小區(qū)隨機(jī)選取1 m2進(jìn)行測產(chǎn)，從中選取10頭大蒜進(jìn)行品質(zhì)分析?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y定[29]，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)法測定[30]，維生素C含量采用2，6－二氯靛酚滴定法測定[31]，硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定[32]。

1.3.4 微生物數(shù)量的測定 在大蒜返青期和收獲期分別采集根際土壤，采用平板稀釋計數(shù)法[33]測定土壤微生物總量。細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、真菌用馬丁氏培養(yǎng)基、放線菌用改良高氏1號培養(yǎng)基培養(yǎng)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用Microsoft Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)，用DPS軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對大蒜植株生長性狀的影響

由表2可知，在蒜薹收獲期，不同處理的大蒜株高、假莖粗、葉面積無顯著差異。不同有機(jī)肥替代處理的葉綠素含量T50比T15顯著降低21.4%；大蒜植株鮮重T50比CF和T15分別顯著降低18.5%和17.2%；T50干重比CF顯著降低17.5%；其他處理間均無顯著差異。

表2 不同處理對大蒜植株生長的影響

2.2 不同處理對蒜薹、鱗莖產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，所有處理中，T15和T30的鱗莖產(chǎn)量最高，均為15030 kg/hm2，較CF增產(chǎn)0.8%，比OF增產(chǎn)1.4%，同時T15和T30處理的鱗莖直徑較大，分別為5.0 cm和5.1 cm。大蒜鱗莖5.0 cm及以上的占比以T30最高，OF、T15次之。T40和T50鱗莖產(chǎn)量分別比OF減產(chǎn)6.9%和15.8%，但各處理間無顯著差異。各處理的蒜薹產(chǎn)量以CF最高，OF比CF減產(chǎn)1.4%，T15、T30、T40、T50分別比OF減產(chǎn)6.0%、6.5%、10.2%、18.0%，但各有機(jī)肥替代處理與OF均無顯著差異。

表3 不同處理的蒜薹、鱗莖產(chǎn)量及規(guī)格

以上結(jié)果表明，采用化肥減量優(yōu)化施肥、以有機(jī)肥替代部分化肥并未顯著影響大蒜鱗莖和蒜薹產(chǎn)量，但隨著有機(jī)肥替代比例增加，蒜薹產(chǎn)量呈降低趨勢。有機(jī)肥替代化肥比例在15%～30%之間較為適宜，超過30%以上可能會造成減產(chǎn)。

2.3 不同處理對蒜薹和鱗莖營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表4可知，與CF處理相比，T15、T40和T50蒜薹可溶性糖含量顯著增加，而T30顯著降低。OF和T30的VC含量比CF顯著降低，其他處理無顯著差異?？扇苄缘鞍缀砍齌30比OF、T40顯著增加外，各處理含量基本持平。各處理硝酸鹽含量較CF均降低，其中T15、T40和T50差異達(dá)顯著水平。

表4 不同處理對蒜薹及鱗莖營養(yǎng)品質(zhì)的影響

OF和CF大蒜鱗莖的可溶性糖含量無顯著差異，有機(jī)肥替代處理比CF均顯著降低，但隨有機(jī)肥替代比例的增加可溶性糖呈增加趨勢。OF、T30和T40的VC含量比CF顯著降低。OF、T15和CF的可溶性蛋白含量無顯著差異，而T30、T40和T50分別比CF降低19.1%、14.3%和40.1%。OF、T15和T30硝酸鹽含量相近，T40和T50分別比CF增加8.2%和9.3%。

2.4 不同處理對大蒜土壤養(yǎng)分和微生物的影響

2.4.1 不同處理對大蒜土壤養(yǎng)分的影響 從表5可知，與CF相比，各處理的土壤速效鉀含量均降低，其中T15和T30處理比CF顯著降低27.2%和28.6%。各處理對0～20 cm土層土壤堿解氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)等理化性狀無顯著影響。

表5 大蒜收獲期不同處理土壤養(yǎng)分含量

2.4.2 不同處理對大蒜根際土壤微生物的影響 由表6可知，各處理土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量變化規(guī)律相似:即隨著生育期的延長均呈升高趨勢，真菌數(shù)量呈降低趨勢。與CF處理相比，OF土壤細(xì)菌數(shù)量在返青期和收獲期均顯著降低，放線菌數(shù)量只在收獲期顯著降低。T15和T30土壤細(xì)菌數(shù)量在收獲期比OF顯著增加，而T40和T50土壤細(xì)菌數(shù)量在返青期和收獲期均比OF顯著增加。各有機(jī)肥替代處理中T30的土壤真菌數(shù)量在返青期和收獲期均比CF顯著降低。相較于OF，各有機(jī)肥替代處理的土壤放線菌數(shù)量在兩個時期均呈升高趨勢。

表6 不同處理對大蒜根際土壤微生物數(shù)量的影響

2.5 不同處理對大蒜植株養(yǎng)分吸收和分配的影響

由表7可以看出，大蒜植株對氮素的吸收以鱗莖最多，假莖葉次之，根中最少。鱗莖中氮吸收量OF最多，T50最少，后者少18.15%，差異顯著；T40鱗莖氮素分配率最高。假莖葉中氮吸收量和分配率均以T15最高，氮吸收量比T50顯著增加40.3%，其他處理之間無顯著差異。根系氮吸收量各處理間無明顯差異。大蒜植株各器官總吸氮量以O(shè)F最高，T15次之，T50最低。

表7 不同處理對大蒜養(yǎng)分吸收和分配率的影響

大蒜植株對磷的吸收主要集中在鱗莖，假莖葉和根中都非常少。鱗莖磷素吸收量以T15最高，較T40和T50顯著增加17.4%和20.9%，分配率以T30最高，T50次之。假莖葉磷素吸收量和分配率均以T15最高，顯著高于其他處理。大蒜植株各器官總吸磷量以T15最高，T30次之，T50最低。

大蒜植株對鉀的吸收大小順序?yàn)轺[莖>假莖葉>根。OF與CF在根系、鱗莖以及假莖葉部位的吸鉀量均無顯著差異。各有機(jī)肥替代處理與OF相比，鱗莖鉀素吸收量除T50比OF顯著降低30.0%外，其他處理無明顯差異，分配率以T30最高。假莖葉鉀素吸收量OF最高，T50最低，比OF顯著降低37.6%。大蒜植株各器官總吸鉀量以O(shè)F最高，T15次之，T50最低。

從大蒜植株不同器官的養(yǎng)分吸收和分配率來看，氮、磷和鉀的吸收、分配規(guī)律相似:均以鱗莖最高，假莖葉其次，根中最少。與OF相比，T50處理顯著降低大蒜鱗莖對氮和鉀的吸收。

3 討論與結(jié)論

在與優(yōu)化施肥用量相同的情況下，有機(jī)肥氮替代化肥氮比例在15%～30%時，蒜薹和鱗莖產(chǎn)量并未降低；替代比例超過30%，大蒜鱗莖產(chǎn)量開始降低，替代比例越大，降低越多。同時本試驗(yàn)條件下有機(jī)肥替代比例在30%時，商品蒜的數(shù)量和比例較高。與優(yōu)化施肥OF處理相比，T15、T30處理的鱗莖產(chǎn)量均有所增加，T40和T50處理的有所降低，但均未達(dá)到顯著差異，說明有機(jī)肥可以部分替代化肥，同時化肥N養(yǎng)分只能部分減施，減施比例以不超過30%為宜。這與齊振宇等[15]的研究結(jié)果一致。馬肖等[22]在油菜上的研究表明，在化肥減量25%條件下配施2250 kg/hm2有機(jī)肥能獲得與習(xí)慣施肥相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量；劉長旭等[24]研究表明，優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上化肥減量20%，番茄產(chǎn)量未降低；鄔剛等[34]研究表明化肥減量28.5%～31.4%不會造成烏塌菜和高稈白菜產(chǎn)量的降低。本試驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果相似:在化肥減施條件下，以部分有機(jī)肥替代化肥可以維持大蒜產(chǎn)量的穩(wěn)定。

本試驗(yàn)中，與常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥相比，有機(jī)肥替代處理可顯著增加蒜薹可溶性糖含量，顯著降低硝酸鹽含量，這與前人的研究結(jié)論一致{35，36}。有機(jī)肥替代處理顯著降低了大蒜鱗莖可溶性糖含量，這與張宇[37]研究的氮肥減施配施有機(jī)肥降低大蒜可溶性糖含量，李會合等[38]報道的無機(jī)肥與禽畜糞肥配施可降低生菜可溶性糖含量，黃慶[39]報道的30%有機(jī)氮替代化肥菜心可溶性糖含量下降的結(jié)果相似。隨著有機(jī)肥替代比例的增加，大蒜鱗莖硝酸鹽含量T40和T50處理比T15顯著增加，這可能是由于T40和T50鱗莖中氮的分配率比T15增加所致。與常規(guī)施肥CF處理比較，優(yōu)化施肥OF處理和T30顯著降低蒜薹VC含量，OF、T30和T40處理鱗莖VC含量也顯著降低。這與齊振宇等[15]在大蒜上、鄔剛[34]在烏塌菜和高稈白菜上的研究結(jié)果不一致。T30處理的蒜薹可溶性蛋白含量較OF、T40顯著增加，而與他處理間無明顯差異，T30、T40和T50處理鱗莖可溶性蛋白含量均比OF、T15顯著降低。這與付麗軍等[40]在生姜上的研究結(jié)果一致，但余高[41]、文靜[42]等研究認(rèn)為，化肥減量配施有機(jī)肥或生物有機(jī)肥可以顯著提高辣椒和萵筍的蛋白質(zhì)含量，這可能與不同作物對N、P、K元素的需求不同以及施用有機(jī)肥種類有關(guān)。大蒜對N和K的需求量較大，化肥用量的降低導(dǎo)致N、K元素的供給減少，從而使大蒜鱗莖的VC、可溶性糖和蛋白含量降低。

本研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化施肥后，土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均比常規(guī)施肥處理有所降低。不同比例的有機(jī)肥替代之后，T30處理土壤真菌數(shù)量比CF顯著降低，與OF相比T30、T40和T50處理的土壤細(xì)菌數(shù)量增加，各處理土壤放線菌數(shù)量均有所提高，但未達(dá)到顯著水平，這說明有機(jī)肥部分替代化肥在一定程度上可降低真菌數(shù)量，提高細(xì)菌和放線菌數(shù)量。相關(guān)研究[43，44]證實(shí)了這一點(diǎn)。土壤真菌中有許多是作物的病原菌；放線菌多數(shù)種類都能產(chǎn)生抗生素，所以對有害微生物有一定的抑制作用[45]。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，大蒜植株對氮、磷、鉀的吸收和分配規(guī)律相似，鱗莖中最多，假莖葉其次，根中最少。各有機(jī)肥替代處理中T30處理鱗莖氮、鉀吸收量最高，對磷的吸收量T15處理最多，但分配率是以T30處理最高。這表明在本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥氮素替代30%以下時，不會影響大蒜植株對氮、磷和鉀的吸收。作物的協(xié)調(diào)生長和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)取決于其對養(yǎng)分的吸收和分配。

綜上所述，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上優(yōu)化施肥并在優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上以15%～30%有機(jī)氮替代化肥氮，大蒜產(chǎn)量和品質(zhì)沒有降低，表現(xiàn)為化肥減量不減產(chǎn)，大蒜收獲期土壤有效養(yǎng)分含量也基本未受顯著影響。因此，大蒜生產(chǎn)上有機(jī)肥氮以15%～30%的比例代替化肥氮、同時減少化肥施用量的方案是可行的，但要根據(jù)不同土壤、不同肥力水平確定有機(jī)氮替代的具體比例，以達(dá)到最佳效果。