有機肥替代化肥對大蔥產量、品質和土壤氮淋失的影響

閆佳會，侯 璐，姚 強，侯生英，郭青云

(青海大學 農林科學院，農業部西寧作物有害生物科學觀測實驗站，青海省農業有害生物綜合治理重點實驗室，西寧 810016)

科學合理使用化肥是蔬菜優質高產的重要物質基礎，農業生產中應使化肥的正面效應發揮到最大，負面效應減弱到最小。蔬菜作為一種見效快，收益高的經濟作物，濫用化肥直接導致蔬菜品質、化肥利用率和投入產出比下降，使土壤次生鹽漬化、養分富集、有機質含量減少、重金屬超標、硝酸鹽含量激增等，成為中國蔬菜產業可持續發展的又一瓶頸[1-5]。

動物和植物是有機肥的主要來源，包括植物必須的氮、磷、鉀等在內的豐富營養元素，不僅能為蔬菜提供全面營養，而且肥效長，可增加和更新土壤的理化性質和生物活性，起到改良土壤保水保肥的作用，同時還能促進蔬菜生長、改善品質、提高蔬菜產量[6-8]。實現化肥零增長目標的重要途徑之一是在農業生產中大面積推行有機肥部分替代化肥。

大蔥(AlliumfistulosumL.)屬百合科(Liliaceae)蔥屬(AlliumL.)蔬菜，因其獨特的口感和風味深受民眾喜愛。在中國，大蔥擁有悠久的栽培歷史，栽培面積常年穩定在100萬hm2，在中國蔬菜生產中占有非常重要的地位[9]。大蔥適應性廣泛，使得其已成為青海省新興的蔬菜品種，種植面積逐年擴大，青海省作為中國重要的水源地及重要的生態敏感區，土壤肥力低，存在農戶為追求經濟效益而盲目追施化肥現象。盲目大量的施用化肥，不僅破壞土壤結構[10-12]，也使得該區域內的生態條件更為脆弱。因此，在該區域內探討不同梯度化肥減量增施有機肥對大蔥產量和品質的影響，為改善當地土壤環境，提高大蔥品質提供技術參考和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年2月—11月在青海省湟中縣攔隆口鎮靖祥合作社(36°77′N，101°48′E)進行。該區域位于青海省東部，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，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，基本理化性質為：pH 8.22，堿解氮質量分數144.0 mg·kg-1，速效鉀質量分數136.0 mg·kg-1，速效磷質量分數28.8 mg·kg-1，土壤有機質質量分數28.5 g·kg-1，全鹽質量分數1.28 g·kg-1。

1.2 試驗設計

供試大蔥品種為‘幕田一本’，耐寒性好，依據大蔥定植時間，于2019-02-09在溫室進行播種，種子摻細沙后撒種，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。

有機肥氮替代化肥氮試驗，以全施化肥(100%)(常規施肥)(100CF)處理為對照(CK)，設有機肥20%、40%、60%、80%和100%5個比例替代處理。小區面積30 m2(3 m×10 m)，每小區用高壟分隔，壟高20 cm，每處理4次重復，隨機區組排列。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%]，有機肥為市售商品有機肥 (N∶P2O5∶K2O=2.6∶2.2∶0.7，有機質≥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。替代化肥試驗所用肥料均購自于湟中縣攔隆口鎮農資經銷站，氮、磷、鉀肥和有機肥具體用量見表1。

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

1.3 樣品采集

土壤樣品采集。大蔥收獲期結束后，按“S”形每小區多樣點采集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，用于硝態氮和銨態氮的測定，0.5 kg土樣風干后用于其他理化性質分析。

植物樣品采集。在大蔥收獲期采集樣品，詳細記錄大蔥單株質量、莖粗、株高、假莖長、葉片數[13]，每個小區分別稱量計產，選取1.5 kg大蔥測定品質。

1.4 測定項目及方法

土壤理化性質：采用鮑士旦[14]的方法，有機質采用重鉻酸鉀-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；堿解氮采用堿解擴散法；硝態氮和銨態氮采用氯化鉀浸提，流動分析儀 測定。

大蔥品質指標：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，有機酸采用NaOH滴定法。

1.5 數據處理

采用SPSS 20.0和Microsoft Excel 2007對試驗數據進行統計分析，采用鄧肯新復極差法(DMRT)法對試驗數據進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 有機肥不同比例替代化肥對大蔥外觀形態及產量的影響

由表2可知，有機肥氮替代化肥氮對大蔥產量和外觀形態指標均有顯著影響。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處理的單株質量和產量最大。

表2 有機肥不同比例替代化肥大蔥產量和外觀形態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、假莖長和產量方面差異均不顯著，但以上4個處理的株高、假莖長和產量均顯著高于20CF80OF、100OF；4個有機肥替代處理和全施化肥處理在莖粗和葉片數2個指標上無顯著性差異；100OF處理的單株質量顯著低于100CF、80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF處理。在有機肥替代比例為0～60%時，隨著有機肥增施比例的提高，大蔥產量逐漸提高，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，有機肥部分替代化肥對大蔥產量和外觀形態的影響有一定的差異，有機肥替代比例超過80%，顯著降低株高、假莖長和產量。

2.2 有機肥不同比例替代化肥對大蔥硝酸鹽及營養品質的影響

由表3可知，隨著有機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味物質和重要功能成分有機硫化物的分解產物，含量高低直接決定大蔥營養價值[15]。由表3可知，有機肥替代化肥對大蔥丙酮酸含量和有機酸含量影響均不顯著。增施有機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%。有機肥部分替代化肥對大蔥品質及硝酸鹽的影響有一定的差異，增施有機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 有機肥不同比例替代化肥處理后的大蔥品質Table 3 Quality of Allium fistulosum L. under sustitution of chemical fertilizer with organic fertilizer by different ratios

2.3 有機肥不同比例替代化肥對大蔥土壤硝態氮和銨態氮的影響

由表4可知，與100CF相比，80CF20OF、60CF40OF、40CF60OF、20CF80OF和100OF處理0～20 cm土壤中的銨態氮含量分別降低 22.87%、60.62%、65.68%、73.79%、76.17%，有機肥替代比例超過40%，銨態氮的含量顯著降低。但20～40 cm土層銨態氮含量基本保持不變。結果表明土壤中銨態氮主要在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土壤中的硝態氮含量分別降低10.84%、 42.53%、55.06%、72.27%、80.48%，與銨態氮結果相似，有機肥替代比例超過40%，硝態氮含量顯著降低。20～40 cm土層中，硝態氮含量與0～20 cm土壤變化趨勢一致。

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

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

3 討論與結論

大蔥產量的關鍵取決于土壤地力水平，應該依據土壤基礎養分供應能力和大蔥需肥規律決定施肥量。孫冬梅[16]研究表明，每生產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分量均能滿足大蔥目標產量需求，且100%有機肥替代處理中各磷、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]。與化肥中的各養分相比，有機肥的養分均具有緩效性。按照一定比例配施有機肥與化肥，不僅能夠減少化肥使用，緩解土壤酸化對氮、磷養分高效利用的制約，還能降低蔬菜中硝酸鹽含量，提高蔬菜品質[18-20]。大量研究表明，露地蔬菜養分用量中有機肥養分量占總養分量的適宜比例一般為40%～50%[21-23]。本研究中，大蔥有機肥替代的合適比例為40%和60%，大蔥產量相比全施化肥處理分別增加3.39%、4.48%。李杰等[24]研究表明增施有機肥能夠提高花椰菜和番茄的產量，但最適替代比例為20%～30%。

蔬菜品質的優劣是多種因素共同作用的結果，施肥方式為主要影響因素，有機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。豐富的礦質營養對于大蔥假莖的形成和發育具有重要的影響。施硫量與大蔥辛辣程度成顯著正相關，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。已有多項研究證實增施有機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]，本研究結果與前人研究結果基本一致，有機肥部分替代化肥對大蔥品質及硝酸鹽的影響有一定的差異，增施有機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%。

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

綜上可見，有機肥替代比例在40%～60%時，并未降低大蔥產量，且較常規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氮淋失風險。40CF60OF處理大蔥產量、品質最佳，土壤硝態氮淋失風險最低。