穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍生長及品質的影響研究

蒯佳琳，馬彥霞，侯 棟，張玉鑫，姚 拓，于慶文

(1. 甘肅省農業科學院蔬菜研究所，甘肅 蘭州 730070; 2. 甘肅農業大學草業學院，甘肅 蘭州 730070)

萵筍(LactucasativaL.)富含維生素、糖和氨基酸等，營養豐富，有益健康，深受人們喜愛，是甘肅省高原夏菜產業中主要栽培葉類蔬菜之一[1-2]。隨著播種面積的增大，在各蔬菜產區普遍存在化肥施入量過剩、有機肥施入不足的現象，連續多年大量施用化肥不僅使蔬菜極易富集硝酸鹽，脅迫蔬菜生長和降低營養品質，而且會嚴重破壞土壤結構和成分，造成土壤板結、土壤肥力下降、生態環境變差[3-5]。為了緩解化肥施用過量對栽培環境及蔬菜作物的產量和品質所造成的不利影響，新型肥料在農業生產中越來越受到人們的重視[6]。

利用從不同環境、不同植物群落根際分離、篩選的優良促生菌研制的生物菌劑與化肥配施，具有培肥土壤、提供作物營養、調控植物生長和改善作物品質的作用[7-8]。如蔣永梅等[9]、李杰等[10]、李鳳霞等[11]通過微生物菌劑與化肥配施花椰菜的應用效果表明，施用菌劑替代20%～30%的化肥用量對花椰菜生長具有良好的促進效果，能夠改善花椰菜的品質。同時，張迎春等[12]也發現每667 m2添加400 kg生物有機肥替代20%的化肥可增強萵筍葉片光合能力，提高萵筍產量。以上相關研究發現微生物肥料替代30%以內的普通化肥可以有效減少化肥投入量，促進蔬菜生長，反之則會抑制蔬菜生長。

穩定性肥料是指在肥料的生產過程中添加脲酶抑制劑或硝化抑制劑，或者同時添加2種抑制劑的肥料，相較于普通化肥具有延長肥效、滿足一次性施肥需要的特點，近年來在蔬菜生產上可替代普通化肥，應用廣泛[13-16]。過往研究主要集中在穩定性肥料或微生物肥料單一的替代普通化肥基礎之上，而關于2種新型肥料配施方面的研究甚少。結合2種新型肥料的功能特點，在保證產量的前提下為了使微生物肥料的田間促生效果達到最佳，最大限度發揮菌劑替代的作用和減少化肥用量，本試驗以蔬菜硫基穩定性復合肥替代普通化肥作為微生物菌劑的增效載體，研究了不同蔬菜硫基穩定性復合肥用量對萵筍生長及品質的影響，旨在尋找二者的最佳配施組合，以期為西北干旱灌區露地萵筍的可持續優質生產提供理論和技術依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018年在農業農村部西北地區蔬菜科學觀測試驗站內進行，該試驗站位于甘肅省金昌市永昌縣城關鎮大壩村(101°93′40″E，38°26′70″N)，海拔1 996 m，屬溫帶大陸性干旱氣候區，年平均氣溫4.8℃，夏秋季節平均氣溫20℃左右。多年平均降水量185.1 mm，降水年內分布不均，主要集中于6—9月，年蒸發量2 000.6 mm，≥10℃年積溫2 011℃，無霜期134 d，區域光照充沛，氣候冷涼，晝夜溫差大，是甘肅省河西走廊高原夏菜生產基地[17]。土壤類型為灌漠土，0～20 cm耕層土壤理化性質見表1。

1.2 試驗材料

試驗作物：萵筍品種為‘青美’。

試驗肥料：尿素(含N量≥46%)，硫酸鉀(含K2O≥52%)，過磷酸鈣(含P2O5≥12%)均為試驗地市售；麥積山蔬菜硫基穩定性復合肥(N∶P∶K=18∶16∶14)，由甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所研制并生產；微生物菌劑依托國家重點研發計劃“露地蔬菜化肥農藥減施技術集成研究與示范”項目研發生產的成熟的產品(含4種PGPR菌株，有效活菌數≥108CFU·g-1)，已在燕麥、玉米、花椰菜上進行了相關應用，生產單位為甘肅鴻遠生物科技有限公司，技術支持單位為甘肅農業大學草業學院與甘肅省農業科學院蔬菜研究所。執行標準：NY/T 798-2015【農業部登記證號：微生物肥(2012)準字0887號】。

表1 0～20 cm耕層土壤理化性質

1.3 試驗設計

試驗為大田試驗，設6個處理，分別為：CK，不施肥料；CF，當地菜農習慣施肥處理(尿素600 kg·hm-2，過磷酸鈣750 kg·hm-2，硫酸鉀400 kg·hm-2)；T100，100%穩定性復合肥化肥(N、P2O5、K2O施用總量與CF相同)；T80，80%穩定性復合肥化肥+菌劑；T60，60%穩定性復合肥化肥+菌劑；T40，40%穩定性復合肥化肥+菌劑；3次重復，共18個小區，每個小區面積30 m2，采用隨機區組排列，以減少試驗誤差，小區之間以60 cm田埂分開。T100、T80、T60、T40處理所用的化肥全部采用麥積山蔬菜硫基穩定性復合肥，作底肥一次性施入；菌劑用量為60 kg·hm-2，作底肥一次性施入；CF處理中的過磷酸鈣作底肥一次性施入，尿素和硫酸鉀分次施用(基肥40%，在蓮座期和根莖膨大期分別追施30%)，各小區施肥量見表2。試驗采用一壟雙行壟面覆膜栽培，壟寬40 cm，溝寬30 cm，株距35 cm。于2018年4月2日育苗，5月10日定植，7月4日采收。定植后采用溝灌澆緩苗水600 m3·hm-2，之后每隔9 d左右澆水1 次，總共澆水5 次，每次灌水量約為375 m3·hm-2。萵筍生長期間進行的噴藥、除草等常規農事操作均保持一致。

表2 試驗各處理的施肥量/(kg·hm-2)

1.4 測定項目和方法

采樣：分別于蓮座期、成熟期破壞性取植株，每個處理15株。取樣時測定植株生物量。

產量測定：采用田間稱量法，記錄各處理小區的每日采收量，至采收全部結束后，匯總統計得出萵筍各處理小區的產量，同時測定成熟萵苣植物學特性(株高、莖粗、莖長、葉片數和單株重)。

品質測定：成熟期每小區隨機選取5株萵筍測定莖、葉各項品質指標。葉綠素含量采用丙酮、無水乙醇混合液浸提法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定；可溶性固形物含量采用手持式折光儀測定；Vc含量采用比色法測定；可溶性糖含量蒽酮比色法測定；硝酸鹽含量采用紫外分光光度法( NY/T 1279-2007) 測定。

肥料貢獻率：肥料貢獻率是肥料對作物產量的貢獻率，是以不施肥處理的產量為基準進行計算反映投入肥料生產能力的指標。

肥料貢獻率(%)=(施肥處理產量(t·hm-2)-不施肥處理產量)/施肥處理產量×100%。

高海拔夏季萵筍的表型特征對不同施肥處理的響應程度用可塑性指數表示，參考Valladares[18]、賈麗欣等[19]的方法計算。可塑性指數(PI)的計算公式為：

PI=(NCK-Nk)/NCK

式中，NCK為對照處理的某一性狀；Nk為k處理對應性狀的數值。

1.5 數據統計分析

采用Excel 2010軟件進行數據整理及圖表制作，采用DPS 7.5統計軟件對數據進行單因子方差分析，用新復極差法(Duncan)進行不同施肥處理下萵筍生長指標及品質指標的差異顯著性分析(其中CK主要用于肥料貢獻率及可塑性指數的計算，因在生產實踐中并未應用，為避免試驗誤差，故不與其他處理進行方差比較分析)。

2 結果與分析

2.1 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍生長的影響

2.1.1 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍干物質積累量的影響 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍干物質積累的影響結果表明(圖1)，在蓮座期相較于常規施肥處理(CF)，T100、T80、T60和T40處理萵筍根部干物質積累量提高了17.67%～50.06%，其中T80處理與CF差異顯著；T100和T80處理下萵筍蓮座期莖、葉部干物質積累量較CF分別提高了5.64%、5.14%和1.41%、5.48%，而T60和T40處理下萵筍蓮座期莖、葉干物質積累量較CF分別降低了2.09%、3.69%和1.02%、5.02%，但處理間差異并不顯著。在成熟期相較于CF處理，T100、T80、T60和T40處理萵筍根部干物質積累量提高了17.38%～31.16%、莖部干物質積累量提高了2.82%～5.77%、葉部干物質積累量提高了11.43%～31.24%。其中以T60地上部干物質積累量均為最高，較T100莖部和葉部干物質積累量分別提高了 2.87%和12.07%；與處理T80和T40相比，莖部干物質積累量提高了1.72%和2.00%、葉部干物質積累量提高了14.87%和15.10%，但處理間差異不顯著。

2.1.2 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍植物學表觀特性的影響 從表3可以看出穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍生長的影響。在蓮座期T100、T80、T60和T40處理莖長均小于CF，莖粗均大于CF，莖粗分別較CF增大17.10%、11.22%、5.41%和4.94%，且T100處理顯著大于CF；T80處理葉片數顯著大于其他處理；T100、T80處理的單株質量大于CF，分別較CF增加了1.43%和11.41%，但差異并不顯著。而在成熟期T100、T80、T60和T40各處理莖長均小于CF，但差異并不顯著；莖粗均大于CF，分別較CF增大9.98%、5.69%、5.34%和5.05%，且T100處理顯著大于CF；T100、T80、T60和T40各處理葉片數均顯著小于CF；T100、T80、T60處理的單株質量大于CF，分別較CF增加了8.80%、9.94%、11.57%，但差異并不顯著。綜合來看，相比于CF，等肥力條件下施用蔬菜穩定性復合肥可以促進萵筍生長，而各添加微生物菌劑處理之間，隨著減少化肥量的增多，萵筍莖長、莖粗、葉片數及單株質量都呈下降的趨勢。在添加60 kg·hm-2微生物菌劑的基礎上，穩定性復合肥減量40%以下不會對萵筍的生長形成抑制作用，反而有促進作用。

表3 穩定性肥料配施微生物菌劑對單株萵筍植物學表觀特性的影響

2.2 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍產量的影響

通過表4可以看出各處理間的產量差異。產量從大到小依次為T60>T80>T100>CF>T40>CK；處理T60、T80和T100產量大于CF，較CF分別增加了10.27%、2.77%和2.46%；處理T60、T80產量較處理T100分別增加了7.62%和0.31%，但差異并不顯著。肥料貢獻率從大到小依次為T60>T80>T100>CF>T40。綜合來看T60處理產量和肥料貢獻率均為最高。說明相比于CF處理，等肥力條件下施用蔬菜穩定性復合肥可以顯著促進萵筍產量的增加，而在添加60 kg·hm-2微生物肥的基礎上，穩定性復合肥減量40%以下不會降低萵筍的產量，反而促進萵筍產量增加。

表4 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍產量的影響

2.3 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍品質的影響

植株葉片的葉綠素含量是表征植株氮素供應狀況的指標之一。從表5可以看出，相比于CF處理，T80處理葉綠素含量較CF提高了13.51%，其他施肥處理則小于CF，但差異并不顯著。而對比T100處理，T60和 T80處理葉綠素含量較T100提高了2.28%和25.35%，且T80與T100處理差異顯著。說明減少40%以下的蔬菜穩定性復合肥相較于100%蔬菜穩定性復合肥不會降低葉片葉綠素含量。

表5 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍品質的影響

Vc、糖分、可溶性固形物和蛋白質是衡量蔬菜產品營養品質的主要指標。相比于CF處理，T60和T80處理的Vc含量分別提高了2.29%和10.23%，其中T80處理與CF差異顯著；T100處理可溶性糖含量提高了2.40%，其他處理較CF可溶性糖含量下降了9.44%～11.63%，其中T40與CF處理間差異顯著；T100、T60和T80處理可溶性蛋白質含量分別提高了2.55%、1.38%和1.11%，其中T100與CF處理間差異顯著；而各施肥處理間的可溶性固形物差異并不顯著。

人體攝入的硝酸鹽 70%～80%來自于蔬菜，硝酸鹽含量高低也是評價蔬菜品質的重要指標之一。相比于CF處理，施用蔬菜穩定性復合肥能夠明顯降低萵筍硝酸鹽含量， T100、T80、T60和T40處理分別降低了0.22%、14.13%、17.05%和25.91%；相比于T100處理，T40、T60和T80處理與T100處理差異顯著，較T100分別降低了25.74%、16.87%、13.94%。說明減少蔬菜穩定性復合肥施用量添加微生物菌劑可以顯著降低萵筍硝酸鹽含量，改善蔬菜品質。

綜合品質指標來看，在每公頃添加60 kg微生物菌劑的基礎上，隨著減施蔬菜穩定性復合肥的增多，萵筍的葉綠素含量、Vc含量、可溶性塘含量、可溶性蛋白質含量和硝酸鹽含量均呈下降的趨勢。

2.4 不同施肥處理下萵筍表型特征的可塑性變化分析

可塑性是表型進化的一個基本特點，是植物對環境條件或刺激的最重要反應，也是生物適應環境變化的重要方式。本試驗以不施肥對照為參考，對不同施肥處理下萵筍表型特征的各項指標進行了可塑性指數變化程度分析，結果見表6。T60處理生物量、莖長、單重的可塑性指數均最大，T100處理莖粗的可塑性指數最大，T80處理葉片數的可塑性指數最大。不同處理間所有參數可塑性指數的平均值大小為T60>T100>T80>CF>T40。受不同施肥處理影響，各個指標可塑性程度的排序為單重>莖粗>生物量>葉片數>莖長。

3 討 論

3.1 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍生長的影響

本試驗研究結果表明，將穩定性復合肥按不同比例減量與微生物菌劑配施可明顯促進萵筍生長，其中在60 kg·hm-2微生物肥的基礎上與60%穩定性復合肥配施效果最佳，萵筍的莖長、莖粗、生物量和產量均高于對照，此研究結果與陳龍[20]、蔣永梅[9]、李琦[21]等學者運用同源微生物菌劑在玉米、燕麥、青?；ㄒ松系难芯拷Y果，以及張迎春[12]、李杰[10]、張佼[22]、李鳳霞[11]、于健[23]等施用其他生物肥料替代化肥對萵筍、花椰菜、番茄上的促生作用研究結果有相同也有出入。相同點主要支持微生物菌劑具有促生作用，而不同之處主要圍繞化肥的替代量。上述學者研究表明微生物菌劑替代化肥量應在15%～30%之間，當超過30%會造成一定的減產。而本研究環境中當化肥減量不超過40%時不會造成萵筍產量下降，究其原因一方面因為萵筍在本試驗區域下移栽后52 d即可成熟，生育期較短，對養分的需求相對平衡，而試驗采用的微生物菌劑本身所含4種優良促生菌株在該研究環境中定殖效果良好，分泌的有機酸促進了土壤中難溶性營養元素的溶解及釋放，延長了土壤中有效養分的供給，有利于萵筍淺根系對土壤中營養元素的吸收利用，從而促進干物質的積累和產量形成；另一方面本試驗使用的穩定性長效蔬菜專用復合肥彌補了普通化肥有效期短、持久性差的短板，一次性施入后養分的釋放周期與萵筍生長需求相協調，有利于萵筍干物質的積累，促進生長，提高成熟期萵筍產量。同時微生物菌劑本身使用效果受菌劑活性、試驗區氣候、宿主植物和土壤狀況等多因素影響[21]。因此，本研究團隊將結合本年度試驗結果，繼續開展相關研究，因地制宜確定最佳施肥措施，使微生物菌劑的田間促生效果達到最佳。

3.2 穩定性肥料配施微生物菌劑對萵筍品質的影響

目前，蔬菜品質下降的重要原因是過量施用化肥造成的，因此減少化肥施用量，改善蔬菜品質對發展綠色農業具有重要意義。本試驗研究結果表明，在每公頃添加60 kg微生物菌劑的基礎上，蔬菜穩定性復合肥減量40%以下可以明顯提高萵筍Vc 2.29%～10.23%、可溶性蛋白質含量1.38%～2.55%，顯著降低硝酸鹽含量13.94%～16.87%，這說明化肥減施可有效降低萵筍可食用部分中硝酸鹽的積累，提高萵筍食用安全性，而微生物菌劑的添加可以提高萵筍可食用部分中Vc含量和可溶性蛋白的含量，從而改善萵筍的品質。一些學者的研究也支持了本試驗結果，如趙貞等[24]研究表明施用微生物菌劑后可顯著提高黃瓜果實中可溶性糖和Vc 含量，降低硝酸鹽含量。于健等[23]研究表明減少20%化肥用量配施微生物肥較100%化肥處理番茄Vc含量提高了13.2%，可溶性糖含量提高了18.0%，硝酸鹽含量降低了32.3%。李杰等[10]研究表明化肥減量20%與生物肥配施比當地常規施肥處理硝酸鹽含量降低49.87%。其主要原因有可能是微生物菌劑所含促生菌具有與植物聯合固氮、溶解土壤難溶性磷、轉化有機磷、分泌植物生長激素和拮抗引起植物病害的病原菌等特性，穩定性長效復合肥配合施用微生物菌劑可以促進植物對營養元素的吸收和轉化，滿足萵筍生長期間對各種營養物質的需求，減少外部肥料的投入，有效降低了硝酸鹽的富集，從而改善蔬菜作物的營養狀況，提高蔬菜抗性，改善蔬菜品質。其作用機理有待于進一步深入研究。

4 結 論

本研究通過硫基穩定性復合肥替代普通化肥并配施微生物菌劑，研究了蔬菜硫基穩定性復合肥減量對灌漠土地區露地萵筍生長及品質的影響，試驗發現在西北干旱灌區露地萵筍生產中，蔬菜穩定性長效復合肥減量40%以下配施60 kg·hm-2微生物菌劑可促進萵筍生長、增加萵筍產量、提高萵筍品質。其中以T60處理表現最好，較當地常規栽培根、莖、葉干物質積累量分別增加了17.38%、5.77%和31.24%，單株重增加11.57%，產量增加7.62%，肥料貢獻率提高了7.16%，Vc提高2.29%，可溶性蛋白質含量提高1.38%，硝酸鹽含量降低17.05%。所以綜合一年的試驗效果來看，基于本試驗條件下的荒漠土露地萵筍生產中適宜的減肥措施為720 kg·hm-2穩定性長效復合肥添加60 kg·hm-2微生物菌劑。

由于化肥的適宜減施量會隨著微生物菌劑活性、試驗區氣候、宿主植物和土壤狀況的不同而有變化，因此本試驗團隊將繼續定位開展同一微生物菌劑在西北干旱區露地萵筍的適宜節肥水平研究，最大限度發揮微生物菌劑的作用，為不同種類肥料之間的合理配施提供參考依據。