緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍生長生理、產量及品質的影響

張富鑫，頡建明，楊海興，魏紅霞，張婧，王成

(1.甘肅農業大學園藝學院，甘肅 蘭州 730070；2.榆中縣農業技術推廣中心，甘肅 榆中 730100)

結球甘藍(BrassicaoleraceaL.var.capitataL.)是我國高原夏菜的主栽蔬菜之一，由于其營養價值高，維生素C、氨基酸、蛋白質等含量豐富，在國內外市場需求量巨大[1].新鮮甘藍具有一定的消毒殺菌作用，對治療潰瘍有非常好的作用，能有效地加速潰瘍的愈合和預防胃潰瘍的惡變，因此受到廣大人民群眾的喜愛[2-3].近年來人們為追求產量，過量施肥，導致土壤環境惡劣，病蟲害嚴重，產量品質下降等一系列問題出現，嚴重影響了結球甘藍產業的可持續發展[4].

長期過量且單一的施用化肥會致使土壤酸化，營養物質溶解、土壤結構破壞、貧瘠化加劇，直接影響農業生產成本和作物產量及品質[5].而緩釋肥因其養分利用率高，揮發、淋溶、固定少，養分釋放速率與作物的需肥規律基本吻合的特性已逐漸被用于農業生產中[6].研究表明，緩釋肥在減少肥料施用量的同時可為土壤提供一定的緩沖作用，可在減少肥料使用次數的同時保證作物整個生長過程的需肥量，節約人工成本，提高經濟效益，是保障農業可持續發展的重要舉措之一[7-8].

從產能優化、經濟高效、環境友好的農業可持續發展角度出發，有機無機肥配施已決定了未來農業產業的發展方向[9].生物有機肥料所含的有機無機營養成分可直接給作物提供養分，肥料中的微生物可提高土壤中的養分轉化率，改善植物根際微環境，提高植物根系活力，加快植物養分吸收，是保障作物高產優質的有效措施之一[10-11].近年來，生物有機肥配施化肥在結球甘藍[12]、西蘭花[13]、大白菜[14]、黃瓜[15]、棉花[16]等作物上進行了研究試驗，但生物有機肥配施緩釋肥的相關研究鮮見報道.本試驗以不施肥和常規施肥作為對照，研究緩釋肥部分替代化肥配施不同用量生物有機肥對結球甘藍的生長生理、產量及品質的影響，為甘藍產業的可持續發展提供施肥指導和理論依據.

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在甘肅省蘭州市榆中縣三角城鄉康源農業體驗園(N 35°53′，E 104°9′)進行，地處黃土高原，屬于溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫6.7 ℃，降水量400 mm，無霜期120 d左右，種植土壤為黃綿土，前茬作物為西葫蘆.播種前的土壤基礎肥力為：全氮0.37 g/kg、全磷4.36 g/kg、全鉀28.71 g/kg、速效鉀233.33mg/kg、有效磷145.82 mg/kg、堿解氮59.81 mg/kg、pH值7.22、電導率247.30 μs/cm、有機質21.58 g/kg.

供試材料為邢臺市辰惠種業有限公司生產的美玉-23結球甘藍(榆中縣農業技術推廣中心提供).供試肥料為市售尿素(N≥46%)、過磷酸鈣(P2O5≥12%)和磷酸二銨(N-P2O5-K2O:18-46-0)，甘肅奔馬環保科技有限責任公司生產的“金化2代”復合肥(N-P2O5-K2O:17-17-17)、湖北浩斯特化肥有限公司生產的“金浩斯特”緩控釋肥(N-P2O5-K2O:26-11-11)、中農(天津)化肥有限公司生產的“速俄TPK”硫酸鉀(K2O≥52%)、甘肅綠能瑞奇生物技術有限公司生產的生物有機肥(有機質≥45%、有效活菌數≥0.2億).

1.2 試驗設計

試驗于2020年6月育苗，7月20日定植，共設置4個處理，分別為：CK0：不施肥；CK：當地常規施肥，N：33.8 kg/667m2、P2O5：38.6 kg/667m2、K2O：18.2 kg/667m2；T1：緩釋肥部分替代化肥配施400 kg/667m2生物有機肥，N：22.7 kg/667m2(緩釋肥提供14.2 kg，尿素提供8.5 kg)、P2O5：6.0 kg/667m2(全部由緩釋肥提供)、K2O：20.9 kg/667m2(緩釋肥提供6.0 kg，硫酸鉀提供14.9 kg)、400 kg生物有機肥；T2：緩釋肥部分替代化肥配施800 kg/667m2生物有機肥，N：22.7 kg/667m2(緩釋肥提供14.2 kg，尿素提供8.5 kg)、P2O5：6.0 kg/667m2(全部由緩釋肥提供)、K2O：20.9 kg/667m2(緩釋肥提供6.0 kg，硫酸鉀提供14.9 kg)、800 kg生物有機肥；采用隨機區組排列，重復3次，共15個小區，每小區面積48 m2，膜壟栽培，一壟雙行，壟寬65 cm，溝寬40 cm，株距25 cm.CK處理施肥量由當地調查統計所得，T1、T2處理施肥量根據結球甘藍吸肥規律(每生產1 000 kg結球甘藍需N 3.4 kg、P2O50.75 kg、K2O 4.7 kg)計算所得，與CK相比，化肥總量減施45.3%，其中N減施33%，P2O5減施85%，K2O增施15%.定植前將生物有機肥、緩釋肥、過磷酸鈣、磷酸二銨一次性基施，后期追施兩次，蓮座期追施40%，結球期追施60%.植株樣品分別于幼苗期(8月3日)、蓮座期(8月16日)、結球期(8月30日)、采收期(9月12日)進行采集，各小區隨機選取3株樣品進行指標測定.田間管理措施與當地農作習俗保持一致.

1.3 試驗方法

生長指標 中心柱用直尺測定，球高、球莖用精確度為千分之一的電子游標卡尺測定，鮮質量用電子天平測定，產量用電子秤測定[17-19].

生理指標 采用丙酮浸提法測定結球甘藍功能

葉中葉綠素和類胡蘿卜素含量；紅四氮唑法(TTC法)測定根系活力[19-20].

營養品質 采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；水楊酸法測定硝酸鹽含量；鉬藍比色法測定維生素C含量；考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白含量；茚三酮比色法測定游離氨基酸含量；CXC-06粗纖維測定儀(浙江托普云農科技股份有限公司)測定粗纖維含量[21].

1.4 數據分析

數據采用統計分析軟件SPSS 26.0進行統計學分析、主成分分析、Pearson相關性分析，利用Excel進行數據統計分析和制圖.

2 結果與分析

2.1 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍生長性狀的影響

2.1.1 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍農藝性狀的影響 從表1可以看出，各指標整體變化為T2>T1>CK>CK0，T1、T2處理結球甘藍農藝性狀指標較CK均有不同程度的提高.具體表現在：與CK相比，T1、T2可以提高葉球高和單球質量，提高幅度為12.8%～16.3%和4.2%～12.2%，其中以T2表現最優，與CK相比具有顯著性差異，T1處理雖提高了單球質量，但影響程度并未達到顯著水平；T1、T2球寬和緊實度較CK均有不同程度的增高，增高幅度范圍分別為6.1%～12.7%和13.2%～17.7%，影響程度均達到了顯著水平；T1、T2較CK中心柱也有所提高，提高幅度為12.2%～19.9%，僅與T2存在顯著差異，表明緩釋肥部分替代化肥配施800 kg/667m2生物有機肥對結球甘藍生長發育具有顯著的促進作用.

表1 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍農藝性狀的影響

表2 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍產量及產值的影響

2.1.2 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍產量及經濟效益的影響 由表2可得，不同施肥處理間經濟產量差異顯著，與CK相比，T1、T2處理顯著提高了結球甘藍經濟產量，提高幅度為12.9%～16.4%，T1、T2間差異顯著；生物產量在T1、T2處理下顯著提高，較CK分別提高了14.3%和19.8%.不同施肥配比條件下提高幅度不同，產值隨生物有機肥配施比例的提高顯著提高，在T2處理下最高；各處理間經濟系數變化幅度為0.72～0.74，差異并未達到顯著水平.表明經濟產量、生物產量、產值均在T2處理下效果最佳.

各處理經濟利潤分析見圖1，整體經濟利潤呈現先增高后降低的趨勢，T1處理達到最大值；與CK相比，T1、T2處理顯著提高經濟利潤，提高了9.5%和9.3%；T1、T2間未表現出顯著差異.由圖2可以看出，各施肥處理肥料貢獻率整體呈上升趨勢，T1處理變化幅度最大.與CK相比，T1、T2分別提高了15.0%和17.6%.

表3 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍色素含量與根系活力的影響

圖1 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍經濟利潤的影響Figure 1 Effects of slow-release fertilizer com-bined with bio-organic fertilizer on economic profit of Brassica oleracea L.var.capitata L.

圖2 緩釋肥配施生物有機肥對肥料貢獻率的影響Figure 2 Effect of slow-release fertilizer combined with bio-organic fertilizer on fertilizer utilization efficiency

2.2 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍生理的影響

2.2.1 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍色素含量的影響 如表3所示，4種色素含量由CK0到T2依次升高.T1、T2處理下葉綠素a含量較CK顯著提高10.0%～42.5%，且T1、T2間差異顯著；葉綠素總量和類胡蘿卜素與葉綠素a表現出相似規律，提高幅度分別為11.4%～40.3%和11.4%～38.4%；T2處理的葉綠素b含量顯著高于CK，但與T1處理之間無顯著差異，同樣，T1處理與CK差異亦不顯著.表明緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍功能葉中的色素含量均有不同程度的提高，其中T2處理提高幅度最大.

2.2.2 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍根系活力的影響 各施肥處理下結球甘藍根系活力的變化如表5所示.與CK相比，T1、T2植物根系活力顯著提高22.0%～51.9%；T1、T2處理間根系活力差異顯著.說明在同一緩釋肥水平下，根系活力隨生物有機肥施用量的增加而提高，且在T2處理下活力最強.

2.3 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍品質的影響

2.3.1 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍硝酸鹽和粗纖維含量的影響 硝酸鹽含量是葉菜類蔬菜的重要品質指標之一.由表4可以看出，硝酸鹽含量按CK、T1、T2、CK0的順序依次降低.與CK相比，T1、T2顯著降低硝酸鹽含量19.6%～34.6%，不同生物有機肥配比條件下降低幅度不同，在同一緩釋肥水平下，硝酸鹽含量隨生物有機肥配施比例的提高而降低；緩釋肥配施生物有機肥處理較常規施肥處理的粗纖維含量均有不同程度降低，但并未表現出差異性.

2.3.2 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍維生素C和可溶性糖含量的影響 由表4可以看出，各處理下結球甘藍維生素C含量為T2>T1>CK>CK0，數值為495.6～561.9 mg/kg；與CK相比，T1、T2處理維生素C含量均有不同程度的提高，分別提高了9.5%和10.0%；且僅與T2差異達到顯著水平.可溶性糖含量變化幅度為0.87%～1.55%，與CK相比，T1、T2可溶性糖含量顯著提高，分別提高了51.7%和65.8%； T1、T2處理間無顯著差異，T2較T1提高9.3%.

2.3.3 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍溶性蛋白和游離氨基酸含量的影響 由表4可得，結球甘藍中可溶性蛋白和游離氨基酸含量分別為575.6～895.4 mg/kg和11.2～23.0 mg/kg，均以T2處理最高，與CK相比，可溶性蛋白含量提高19.1%； T2較T1提高13.8%.各處理間游離氨基酸含量差異顯著；與CK相比，T1、T2分別提高3.81%和8.01%；T2較T1提高了4.2%.

表4 緩釋肥配施生物有機肥對結球甘藍品質的影響

2.4 相關性分析

對不同施肥處理結球甘藍的20項指標進行Pearson相關性分析，結果如表5所示.結球甘藍的單球質量與中心柱、緊實度、產量、維生素C等一系列指標均呈顯著正相關(P<0.01)，表明：當單球質量越大時，結球甘藍產量越高，品質越好.葉綠素a與葉綠素b、葉綠素a+b、類胡蘿卜素均呈現顯著正相關性(P<0.05)，當葉綠素a含量升高時，結球甘藍中光合色素含量隨之增大，可促進植株生長，提高產量與經濟效益.游離氨基酸與球高、緊實度、產量、類胡蘿卜素、可溶性蛋白等一系列指標存在顯著正相關性(P<0.05)，表明植株長勢越好，游離氨基酸、可溶性蛋白、類胡蘿卜素含量以及產量越高.粗纖維含量與中心柱和可溶性蛋白呈顯著負相關(P<0.05)，說明植株中粗纖維含量會隨結球甘藍生長，品質和口感的提升而降低.

表6 主成分特征值及方差貢獻率

表7 旋轉后的成分矩陣A

綜上所述，不同施肥結球甘藍的各指標間均存在不同程度的相關性，說明20項指標間存在信息重疊，如若要進行綜合性分析評價，則必須剔除各指標間的重疊信息，避免結果受到其影響，因而需要采用主成分分析法對其進行綜合性分析評價.

2.5 主成分分析

通過主成分分析可得到主成分特征值、貢獻率、累計貢獻率.本試驗選取累計貢獻率大于95%的主成分進行分析比較.由表8可知，第一主成分特征值為16.133，反映了本試驗4個處理20項指標80.663%的信息，第二主成分特征值為2.919，反映了本試驗4個處理20項指標14.593%的信息，前兩個主成分代表了20項指標95% 以上的綜合狀況，說明這兩個主成分可以代表原始變量95%以上的信息，因此，提取前兩個主成分可代替20項指標對結球甘藍整體性狀進行綜合性分析評價，來達到降維目的.

表8 綜合得分和排序

根據主成分分析按95%貢獻率提取兩個主成分進行分析模型的構建，將各指標的主成分特征值進行開方處理，然后用主成分載荷(表7)除以開放處理后的特征值得到對應的特征向量，以特征向量為權重構建兩個主成分的函數表達式：

Y1=0.24X1+0.25X2+0.25X3+0.25X4+0.24X5+0.24X6+0.24X7-0.21X8+0.24X9+0.23X10+0.21X11+0.23X12+0.24X13+0.18X14+0.05X15+0.02X16+0.24X17+0.23X18+0.25X19-0.23X20

Y2=0.04X1-0.03X2+0.00X3-0.02X4+0.06X5+0.05X6+0.11X7+0.16X8+0.02X9+0.14X10+0.23X11+0.15X12+0.14X13+0.39X14-0.57X15+0.57X16-0.14X17+0.02X18+0.01X19+0.18X20

上述函數表達式中X1、X2、X3……X20分別代表單球質量、球高、球寬、中心柱、緊實度、經濟產量、生物產量、經濟系數、增產率、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b、類胡蘿卜素、根系活力、硝酸鹽、可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、游離氨基酸、粗纖維.將兩個主成分對應的方差貢獻率作為權重，由主成分得分和對應點線性權重加權求和得到綜合評價函數.

綜合得分Z=80.663%Y1+14.595%Y2

根據主成分綜合得分函數模型可得出緩釋肥配施生物有機肥處理下結球甘藍的對應得分和綜合排名，即T2>T1>CK>CK0(表8)，確定出結球甘藍的最優施肥處理.

3 討論

緩控釋肥因其養分釋放周期長，釋放速度慢，與作物吸收相同步，能使營養元素發揮最大的肥效與利用率，可滿足植物整個生長發育期的養分需求，因而正在被人們廣泛利用[7].生物有機肥可提高土壤有機質，改善土壤理化性質，提高土壤微生物含量，有利于作物根系的伸展和對養分的吸收[22-23].劉玉英等[24]、Saleha F等[25]在結球甘藍上的研究表明，化肥配施生物有機肥可促進植物生長，提高甘藍單球質量、提升中心柱高度，增加生物產量等.本研究發現，緩釋肥配施生物有機肥在減少肥料施用量，降低肥料施用次數的同時，使結球甘藍各項農藝指標均有不同程度的增加.說明緩釋肥配施生物有機肥可為植物生長提供充足的養分，促進結球甘藍生長發育.張紅梅等[26]在黃瓜上研究表明，有機肥施入量為15 t/hm2配施一定量的無機肥對蔬菜生長發育促進最明顯，這一結論與本試驗的緩釋肥配施800 kg/667m2的生物有機肥結論相似.在一定緩釋肥水平下，T2處理顯著提高了結球甘藍的產量，這與丁文娟等[27]對香蕉的研究結果相似.說明緩釋肥配施生物有機肥可明顯促進蔬菜作物生長發育和提高產量.

研究表明，生物有機肥可改善植物根際環境，提高植物根系活力.王慶玲等[28]、朱代強等[29]等對蒜苗研究表明，在化肥與生物有機肥配合施用的情況下可促進植物根系發育，提高根系活力，本研究中，緩釋肥的加入使得促進效果更加明顯，說明緩釋肥配施生物有機肥可提高土壤肥力，改善植株生長環境，促進植株根系發育，提高植株根系活力.木合塔爾·扎熱等[30]研究表明，提高肥料中有機肥配比，可增加駿棗功能葉中的葉綠素、類胡蘿卜素等色素含量，提高光合速率，本研究中，在不改變無機肥使用量的同時，提高生物有機肥用量，可使功能葉中的色素含量顯著增加，表明隨著生物有機肥施用量的提高，結球甘藍功能葉中的葉綠素、類胡蘿卜素等色素含量也隨之顯著提高.

研究表明，生物有機肥的施用對蔬菜品質具有一定的影響.楊鵬等[31]在研究生物有機肥和化肥對結球甘藍生長的影響中發現，生物有機肥對結球甘藍的產量、氨基酸含量、維生素C、可溶性糖等營養品質和農藝性狀均有顯著的影響.王冰清等[32]對黃瓜、苦瓜、甘藍研究表明，有機無機肥配施對其可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C均有顯著提高，同時也是降低蔬菜中硝酸鹽含量的有效措施.徐衛紅等[33]研究發現，施用有機肥可以調節果實酸度，提高果實口味，也可提高葉菜類蔬菜的氨基酸含量.本試驗發現與CK處理相比較，緩釋肥配施生物有機肥顯著增加了結球甘藍中維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸含量，降低了硝酸鹽和粗纖維含量.在一定范圍內，隨著生物有機肥施入量的增加，維生素C、可溶性糖含量均有所增加，硝酸鹽含量有所下降，這一結論與趙征宇等[34]關于有機無機肥配施對土壤氮素轉化和番茄產量品質的影響的研究結論相符合.結果表明緩釋肥配施生物有機肥可改善作物品質，且在一定范圍內，隨著有機肥施入量的增加作物品質隨之提高.

4 結論

在常規施肥減量45.3%的基礎上，用緩釋肥替代52.8%化肥，并配施800 kg/667m2生物有機肥為優選處理，可顯著促進結球甘藍生長發育，增加功能葉中葉綠素、類胡蘿卜素等色素的含量，改善營養品質，提高產量，是實現農業可持續發展的有效途徑之一.