水溶性有機肥與常規肥料的肥效對比分析

陳鮮妮，孫向前，汪林峰，吳姍薇，黃琳琳，孫文皓，崔曉晗，石兆勇，常會慶

（河南科技大學農學院，河南 洛陽 471000）

水溶性有機肥通常是有機物料經發酵處理或化學降解等途徑生產的全水溶性有機肥料，它與化肥相比，可促進茄子幼苗生長和壯苗的形成［1］，提高黃瓜［2］、豇豆和辣椒［3］等產量。近幾年，有些商家將含有機碳的水溶性有機肥定義為“有機碳肥”，并傳播關于植物“碳營養”的理論［4-6］，認為“增產必須補碳”且應以有機碳的形式進行補碳。目前已有研究從植物“碳營養”的角度，探討了“有機碳肥”對作物及蔬菜生長的影響，并認為該肥料比化肥和普通有機肥對花生［7］、玉米［8］、蕹菜［9］等均有增產和提高經濟效益的作用。但一些專家［10］則對碳營養的相關理論持懷疑態度。從制作原材料［11］來看，含有機碳的水溶性有機肥中還含有植物生長所需的各種水溶性礦質養分。那么，該肥料對作物、果蔬的增產作用是源自于所謂的有機碳營養還是水溶性營養物質，施用劑量又該如何界定，目前未知。

除了作物產量和經濟效益，維持與提升土壤質量也是施肥的主要目的之一。土壤酶活性是土壤中生物活性的重要體現，土壤酶參與土壤中的物質能量代謝，可以提高土壤中養分的生物有效性，例如土壤蔗糖酶可以催化蔗糖水解，參與土壤有機質轉化［12］，對提高土壤中易溶性營養物質有重要作用，其活性強弱能夠反映出土壤肥力的高低［13］。大量研究表明，施用化肥或有機肥可以提高作物產量和品質，同時提高土壤多種酶活性［12-16］，含氨基酸水溶肥料比化肥能有效提高辣椒和豇豆土壤中的酶活性［3］。但水溶性有機肥在提高土壤酶活性方面是否優于普通有機肥或化肥有機肥配施，少見報道。

因此，本研究將以最常見的蔬菜—小白菜為試驗材料，采用土培試驗，探討與傳統有機肥、化肥相比，不同劑量的水溶性有機肥在提高常見蔬菜的產量、品質、經濟效益等方面的效果，以及水溶性有機肥對土壤速效養分、蔗糖酶活性的影響特征，為農產品種植過程中肥料的選擇提供科學依據，并借此探討該新型肥料中的速效養分和水溶性有機碳對小白菜生長所起的作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自河南科技大學開元校區農場（北緯34.41°，東經112.27°），屬于溫帶季風氣候，年均溫12.8～15.5℃，年均降水量600～700 mm。該采樣地常年為小麥-玉米的一年兩熟制耕作，配施傳統的無機肥料和除草劑。采土深度0～20 cm，撿出肉眼可見的秸稈殘體和石塊，自然風干，過3 mm 篩。土壤有機碳含量1.35 g/kg，全氮含量0.92 g/kg，堿解氮24.4 mg/kg，有效磷14.1 mg/kg，速效鉀331 mg/kg，土壤pH 值7.7（水土比2.5∶1）。

供試植物為小白菜，十字花科蕓薹屬上海青（Brassica chinensis L.）。

供試肥料中氮肥為尿素（N 46%），磷肥是過磷酸鈣（P2O518%），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）；有機肥是由雞糞制成的商品有機肥（M），有機質含量400 g/kg，水溶性有機碳含量8.11 g/kg，全氮11.3 g/kg，硝態氮+銨態氮1.10 g/kg、有效磷1.07 g/kg、速效鉀13.2 g/kg；水溶性有機肥（WS）為含腐植酸水溶肥料［農肥（2017）準字5895 號］，水溶性有機碳含量203 g/L，腐植酸30.0 g/L，硝態氮+銨態氮50.0 g/L，有效磷30.0 g/L，速效鉀20.0 g/L，生產廠家為廣東維生溫室科技有限公司。

1.2 試驗設計

試驗設置10 個處理：CK（不施肥）、NPK（氮肥0.44 g/kg，磷肥0.67 g/kg，鉀肥0.37 g/kg）、M（27.0 g/kg，相當于田間3×104kg/hm2）、WS1（0.4 mL/kg，是產品推薦的田間施肥量的4 倍）、WS2（2 mL/kg）、WS3（4 mL/kg）、WS4（6 mL/kg）、MNPK（1/2NPK+1/2M）、MWS（1/2M+WS2）、NPKWS（1/2NPK+WS2），每個處理重復3 次，隨機區組設計。用直徑18 cm、深11 cm的塑料盆，每盆裝土1 kg。于2019 年9 月24 日進行小白菜種子的室內催芽，兩天后長出約5 mm 幼芽時移栽，每盆移栽9 顆幼芽，蓋濾紙使之避光并保持濕潤，基本全部出苗后去掉濾紙，搬至室外，待苗高約3 cm 時（9 月30 日）間苗，每盆留4 株長勢相似的幼苗，從10 月1 日開始定期追肥或澆灌等量水。每個處理中的氮、磷、鉀肥和雞糞有機肥均以固體形態作為基肥與供試土壤混勻后直接裝盆；水溶性有機肥均分為4 份，稀釋后每盆以100 mL 溶液的形式，分別在10 月1 日、6 日、11 日、16 日作為追肥施入。在2019 年10 月28 日收獲整個小白菜植株并采集土壤樣品。

1.3 樣品分析

小白菜收獲后測定其形態特征（株高、最大葉片長寬、地上部鮮重）、粗纖維含量（質量法）［17］，根據肥料用量與價格等成本計算不同施肥處理下種植小白菜的經濟效益；收集盆缽中的土壤，風干過篩，采用常規分析方法測定土壤速效養分含量［18］，用3，5-二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶活性［19］。

1.4 數據處理

所有數據用Excel 2010 初步計算，在SAS 9.3中經正態分布驗證后，進行方差分析、多重比較（LSD 法）。試驗數據及分析結果用軟件Origin 8.0（OriginLab Inc.，USA）和Excel 2010 繪圖。

2 結果與分析

2.1 小白菜形態特征受不同施肥措施的影響

小白菜的株高、葉長、葉寬、地上部鮮重在不同處理間均表現出了一定差異（表1）。與對照CK 和低劑量水溶性有機肥處理（WS1，WS2）相比，高劑量的水溶性有機肥處理（WS3，WS4）可以顯著增加小白菜的株高、葉長、葉寬、地上部鮮重（P＜0.05）。對于小白菜株高而言，處理MNPK、NPK、MWS 與WS4 差異不顯著，處理M 和NPKWS顯著低于WS4，但與WS3 差異不顯著。對于小白菜地上部鮮重，僅施有機肥的處理M（6.04 g/株）顯著低于WS4（8.62 g/株），處 理NPK、MNPK、MWS、NPKWS 均與WS4 無顯著差異，也獲得了相對較高的產量。

表1 不同處理條件下小白菜形態特征

2.2 小白菜地上部粗纖維含量受不同施肥措施的影響

小白菜莖葉中粗纖維含量決定了其食用口感，粗纖維含量高則口感較差、品質較低。在該研究中，不同施肥處理對小白菜地上部粗纖維含量產生了顯著影響（圖1）。處理WS3、WS4的小白菜粗纖維含量在所有處理中最低（均值0.06 mg/g），且與處理M、WS2、MNPK 未呈現顯著差異。由于盆栽所用的土壤肥力較低，處理CK的小白菜長勢弱小，粗纖維含量最高（0.16 mg/g），其次為處理WS1（0.11 mg/g）和NPK（0.10 mg/g）。

2.3 不同處理小白菜經濟效益分析

將不同處理條件下小白菜地上部鮮重作為產量，同時按照肥料、蔬菜的市場零售價格，計算了每盆小白菜的肥料投入成本、市場價值和凈收益（表2）。處理CK 不投入肥料成本，有一定的凈收益。WS1 處理條件下肥料的投入成本低，但小白菜產量也較低，其收益與CK 相近。除了CK 和WS1，其他處理的單盆蔬菜市場價值均較高，但肥料投入成本差異較大，使得處理NPK、MNPK的凈收益最高（分別為16.6×10-2、17.9×10-2元），M 和NPKWS 次之，WS3 和WS4的凈收益為負值。

表2 不同處理條件下小白菜經濟效益（×10-2 元/盆）

2.4 小白菜收獲后土壤速效養分受施肥的影響

小白菜收獲后土壤中的速效養分在不同處理間的差異性如圖2 所示。水溶性有機肥的施用劑量越高，則對土壤速效養分的提高幅度越大，WS4 處理條件下的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀的含量均顯著高于其他處理（P＜0.05）。除了處理M、MNPK、MWS，其余處理中土壤堿解氮含量均顯著高于CK（15.0 mg/kg，P＜0.05）。對于土壤有效磷含量，處理NPK、M、WS3、MNPK、MWS的值均僅次于處理WS4的最高值（37.4 mg/kg），但顯著高于CK（17.9 mg/kg，P＜0.05）。與CK 相 比，處 理M、WS2、WS3、WS4、MWS的土壤速效鉀含量分別提高了27.7%、20.5%、49.5%、70.4%、15.9%（P＜0.05），處理NPK、WS1、NPKWS 對土壤速效鉀含量影響不顯著。

2.5 小白菜收獲后土壤蔗糖酶活性受施肥的影響

土壤蔗糖酶是由土壤微生物產生的具有催化作用的蛋白質，容易受到施肥措施影響。土壤蔗糖酶活性的強弱能夠反映出土壤肥力的高低［11］。由圖3 可見，土壤蔗糖酶活性在高劑量水溶性有機肥處理（WS3、WS4）條件下最高（均值10.1 mg/g），其次是M 處 理（8.81 mg/g），WS1、WS2、MWS、NPKWS 均與M 處理無顯著差異，土壤蔗糖酶活性在CK 和NPK 處理中最低（均值6.41 mg/g）。

3 討論

長期施用有機肥可以培肥地力，提高土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀等養分含量，且肥料施用量越大，提高幅度也越大［20-21］；在短期內施用有機肥或者化肥配施有機肥也可以維持或提升肥力較低的土壤中速效態的氮、磷、鉀養分含量，為植物提供速效養分，彌補植物生長因吸收養分所導致的土壤養分虧缺［22-23］。本研究發現，與不施肥處理相比，單施有機肥或化肥配施有機肥均可在一定程度上提高土壤速效養分含量，這與前人的研究結果基本一致。

除了普通有機肥，本研究還主要涉及到水溶性有機肥與普通化肥、有機肥的肥效對比。有報道認為，相對于常規施肥，含有機碳的水溶性有機肥可增加農作物及蔬菜等的產量及經濟效益［7-9］，但是本研究結果與該結論并非完全一致。本研究發現，單純施用水溶性有機肥需要較大劑量，即施用量達到肥料推薦施用量的10 倍左右才能實現高產，而施用常規化肥或化肥配施有機肥小白菜亦可較好地生長并獲得相同產量；僅施低劑量水溶性有機肥所獲得的產量較低，但配施少量化肥后產量則顯著提高。化肥能夠提供豐富的氮磷鉀營養，卻不含有機碳，普通有機肥中水溶性有機碳的含量也較低，這可能意味著高劑量水溶性有機肥處理中對小白菜的高產起主要作用的是肥料中的水溶性礦質養分，而不是有機碳。另外，與不施肥處理和化肥處理相比，施用高劑量的水溶性有機肥可以減少小白菜地上部粗纖維含量，提高蔬菜品質，但是單獨施用商品有機肥或與無機肥配合施用也可實現類似效果；再者，施用水溶性有機肥達到一定劑量雖然能夠獲得高產量，但因肥料成本較高，導致凈收益極低。在經濟效益的估算方面，多數研究所選用的水溶性肥料均來自于福建省綠洲生化有限公司［7-9］，而本研究在材料準備時因購買途徑有限，選購了不同公司的產品，這可能導致了對小白菜經濟效益估算的偏差。

基于本研究的結果，單純施用化肥或化肥配施有機肥是在短期內實現較高產量和較好經濟效益的最佳措施。但是，眾所周知，隨著施肥時間的延長，有機肥對土壤速效養分的提升作用將逐漸優于化肥，且能表現出良好的養分持續供應能力［22］。而農業種植不僅要考慮產量、經濟效益，還必須要考慮土壤肥力的可持續性，因此，化肥配施普通有機肥將是最優推薦的措施。本研究中化肥配施有機肥的處理中有機肥的用量較低，在實際應用中可以增加有機肥的投入量，可以取得更好、更長遠的經濟效益。

若不討論經濟效益，僅看施肥效果，與不施肥處理相比，施用高劑量的水溶性有機肥確實與化肥配施有機肥或化肥配施低劑量水溶性有機肥等處理一樣，提高了小白菜的產量、改善了小白菜的品質，增加了土壤中速效養分含量，提高了土壤酶活性。這首先是因為制作水溶性有機肥料的原材料是各種有機物料，肥料成品中除了水溶性有機碳之外，還含有植物所必需的豐富的礦質元素，這些礦質養分可以為植物生長提供營養。本研究及付紅梅等［24］均發現施用含有機碳的水溶性有機肥可顯著提高土壤中速效養分的含量。因此，高劑量水溶性有機肥在蔬菜產量、品質等方面均表現出比單施化肥或單施普通有機肥具有更大優勢的原因可能有兩方面：1）傳統化肥因缺少有機物質，對土壤中養分有效性的改善作用有限，普通有機肥雖含有大量有機質，但速效養分較少，無法滿足植物短期對養分的大量需求，而水溶性有機肥中除了水溶性有機碳、腐植酸之外，還有大量的氮、磷、鉀等礦質養分，同時補充了有機和無機營養；2）水溶性有機肥在為植物提供豐富有機無機營養的基礎上，發揮了普通有機肥的作用，即肥料里面的有機分子參與了植物生長過程中所需要的刺激和調節作用［25-27］，同時可能改變了土壤微生物群落結構［28］，提高了土壤中蔗糖酶活性及養分有效性，促進了植物對養分的吸收。

值得一提的是，關于植物碳營養的理論在提出的時候應該更嚴謹些，植物可以吸收一定量含有機碳的物質［5］，但過分夸大有機碳的營養作用則不可取。從物質轉化效率的角度來講，植物對任何肥料中養分的吸收都不可能達到100%，假設植物對水溶性有機肥中的碳全部吸收并轉化為植物有機體，那么，植物有機體所能增加的質量也僅有肥料中有機碳量的1.724 倍［10］，比如本研究的WS2 處理條件下，由水溶性有機肥提供的有機碳約為0.41 g/盆，而小白菜從種植到收獲增加干重約2.47 g/盆；而在單施化肥或化肥配施有機肥處理條件下，由肥料所提供的有機碳量極低，小白菜卻仍然獲得了較高產量。上述研究結果證明植物絕大多數生物量并非主要來自于肥料中的有機碳，植物生長主要還是要靠礦質養分，要“靠天補碳”。

4 結論

從作物產量、經濟效益、土壤肥力可持續性等方面綜合考慮，最優推薦的施肥措施是化肥配施普通有機肥。如果能夠降低水溶性有機肥料的生產成本和銷售價格，那么，該肥料則可推廣作為速效有機肥料來施用，它在短期內能夠起到與化肥配施有機肥相類似的肥效，肥效的可持續性仍需驗證。此外，在對該類肥料的科技宣傳方面應注重科學理論。