增施鈣鉀肥及有機肥替代對露地白菜產量和品質的影響

王宏棟，韓冰&，韓雙，李冬剛*，武明飛，劉文海，孫家濤

（1.德州市農業科學研究院，山東 德州 253015；2.夏津縣農業農村局土肥站，山東 夏津 253200）

白菜為十字花科蕓薹屬葉用蔬菜，富含維生素C和E，素有“菜中之王”的美稱，是我國北方冬春季的主要蔬菜之一，深受人們的喜愛[1～3]。

白菜對氮磷鉀肥需求較多。在我國，農民常常根據經驗施肥，養分用量及比例不合理，肥料利用率較低，而且種植戶為了追求高產往往又盲目加大化肥用量，不僅造成資源浪費，以及土壤肥力下降、環境污染等[4，5]，還造成植物體內硝酸鹽富集，進而影響白菜品質以及消費者的身體健康。因此，優化白菜施肥，減少化肥用量，顯得尤為重要[6，7]。但連年施用復合肥等單一化肥，也會造成土壤板結、土壤理化性質惡化，制約作物產量的進一步提高[8，9]。有機肥含有豐富的氮、磷、鉀和有機質等植物必需的多種營養物質，是優質的土壤改良劑和肥料。研究表明，合理施用有機肥替代部分化肥，能夠提高土壤微生物數量和活性以及土壤有機質含量，促進作物增產；并且有機肥與無機肥配合施用，還能夠提高土壤肥力，以及作物吸收養分的能力和氮素利用率[10～16]。白菜為喜鈣作物，適量施用鈣肥可促進植株葉部和莖部對磷素的吸收以及葉片對鎂素的吸收，有效提高作物產量和品質[17～19]。白菜為大宗露地蔬菜，但截至目前，有關化肥優化施用以及用有機肥部分替代對露地白菜產量和品質影響的研究較少。在露地白菜上，以不施肥和常規施肥為對照，研究優化氮磷鉀肥配比、補充鈣肥、有機肥替代部分化肥對白菜產量和品質的影響，以期為白菜優質高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年8～10月在德州市夏津縣渡口驛鄉西劉堤村（北緯37°0′40″，東經115°54′29″）進行。試驗地塊常年種植糧食作物小麥和玉米，0～20 cm耕層土壤基礎養分含量為有機質1.38%、全氮0.094%、水解氮69.00 mg/kg、速效磷29.40 mg/kg、速效鉀106.00 mg/kg，pH值7.91。

1.2 試驗材料

白菜品種為津育75。

所施化肥為尿素（N含量45%）、磷酸二銨（N、P2O5含量分別為20%和50%）、過磷酸鈣（P2O5含量20%）和硫酸鉀（K2O含量50%）；有機肥為生物有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為2.2%、1.4%和1.4%）。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗設不施肥（空白對照，CK）、常規施肥（施肥對照，T1）、優化施肥（T2）、優化補充鈣肥（T3）、95%常規施肥+生物有機肥750 kg/hm2（T4）、85%常規施肥+生物有機肥1 500 kg/hm2（T5）和75%常規施肥+生物有機肥2 250 kg/hm2（T6）6個處理（表1）。小區面積4.6 m×4.0 m（周圍設保護行），隨機區組排列，3次重復。

表1 不同處理的施肥量Table 1 Fertilization amount of different treatments （kg/hm2）

2020年8月22日整地并施肥，將60%的氮肥以及全部的磷鉀肥和生物有機肥作為底肥一次性施入；8月24日播種白菜，株行距50 cm×55 cm；蓮座期將剩余的40%氮肥追施；10月30日收獲。其他管理措施同當地大田生產。

1.3.2 測定項目與方法 白菜收獲期，每處理選擇長勢均勻的植株15株，選擇其中5株稱單株重，然后將白菜縱向對半切開測量橫徑和縱徑；另取5株在烘箱中70～80℃烘干，稱量干物重，計算含水量；剩余5株去除外部葉片后，采用高效液相色譜法測定可食用部分的硝酸鹽和Vc含量。全小區測產，折算單位面積產量。

計算肥料農學利用效率（特定施肥條件下，單位施肥量所增加的作物經濟產量，是施肥增產效應的綜合體現[1]）：

化肥農學利用效率（kg/kg）=［施肥區產量（kg/hm2）-不施肥區產量（kg/hm2）］/施肥純養分量（kg/hm2）

其中，施肥純養分量包括N、P2O5和K2O分別的投入量以及綜合投入量。

按照市場肥料價格（尿素1 820元/t、磷酸二銨2 400元/t、過磷酸鈣800元/t、氯化鉀2 250元/t、生物有機肥1 000元/t）計算肥料成本；按照市場白菜銷售價格（0.8元/kg），計算總產值。白菜收益=總產值-肥料成本。

1.3.3 數據處理與分析 利用Microsoft Excel 2013軟件對試驗數據進行統計與繪圖；利用SPSS 22.0軟件對數據進行單因素方差分析，采用LSD和Duncan’s法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對白菜產量的影響

施肥處理的白菜產量為122876.14～127335.35kg/hm2，均顯著＞CK，增產率為17.68%～21.95%（表2）。表明與不施肥相比，施肥可明顯提高白菜產量。

表2 不同施肥處理對白菜產量的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on yield of Chinese cabbage

不同施肥處理的白菜產量差異較大，其中，T3處理產量最高，與其他處理差異均達到了顯著水平，其中較T1處理增產2.21%；T2處理產量次之，與T1和T4處理差異不顯著，但顯著＞T5和T6處理。有機肥替代部分化肥處理的白菜產量隨著有機肥比例的增大而逐漸降低，與T1處理相比，除T4處理略有升高外，其他2個處理均表現降低，其中T6處理減產顯著。表明本試驗條件下，在提高白菜產量上，化肥優化施用處理的效果優于有機肥替代處理，其中T3處理最佳。

2.2 不同施肥處理對白菜肥料農學利用率的影響

不同施肥處理的化肥農學利用效率不同（表3）。與T1處理相比，優化施肥措施和有機肥替代化肥處理的氮及化肥綜合農學利用效率均有所提高，磷、鉀肥農學利用效率升降不一。T3處理的氮肥、磷肥及化肥綜合農學利用效率均最高，分別較T1處理提高了13.65%、70.47%和8.14%；鉀肥農學利用效率＜T1處理，降幅為25.62%。T2處理的氮肥、磷肥及化肥綜合農學利用效率均較高，分別較T1處理提高了5.24%、57.86%和0.14%；鉀肥農學利用效率最低。有機肥替代部分化肥處理的各肥料及化肥綜合農學利用效率均隨有機肥比例的增大而逐漸降低，與T1處理相比，T4和T5處理的指標值均表現提高，T6處理僅氮肥和化肥綜合農學利用效率提高。表明本試驗條件下，化肥優化施用處理在提高氮肥和磷肥農學利用效率上效果較好，有機肥替代部分化肥處理中合適的替代比例（T4和T5處理）下鉀肥農學利用效率可優于常規施肥，總體來看T3處理最佳。

表3 不同施肥處理對白菜肥料農學利用率的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on fertilizer agronomic utilization of Chinese cabbage

2.3 不同施肥處理對白菜生物學性狀的影響

2.3.1 對白菜單株重的影響 施肥處理的白菜單株重為3.41～3.55 kg，均顯著＞CK，增幅為16.38%～21.16%（圖1）。表明與不施肥相比，施肥可明顯提高白菜單株重。

圖1 不同施肥處理對白菜單株重的影響Fig.1 Effect of different fertilization treatments on plant weight of Chinese cabbage

不同施肥處理的白菜單株重差異較大，其中，T3處理單株重最大，顯著＞除T2外的其他處理，其中較T1處理增加了2.60%；T2處理單株重次之，與T4處理差異不顯著，但顯著＞T1、T5和T6處理。有機肥替代部分化肥處理的白菜單株重隨著有機肥比例的增大而逐漸降低，與T1處理相比，除T4處理略有升高外，其他2個處理均表現降低，其中T6處理降低顯著。表明本試驗條件下，在提高白菜單株重上，化肥優化施用處理的效果略優于有機肥替代處理，其中T3處理最佳。

2.3.2 對白菜縱徑的影響 施肥處理的白菜縱徑均顯著＞CK（圖2）。表明與不施肥相比，施肥可明顯提高 白菜縱徑。

圖2 不同施肥處理對白菜縱徑的影響Fig.2 Effect of different fertilization treatments on longitudinal diameter of Chinese cabbage

不同施肥處理的白菜縱徑差異較大，其中，T3處理縱徑最大，顯著＞除T4和T2外的其他處理，其中較T1處理增加了2.03%；T4處理縱徑次之，與T2和T1處理差異不顯著，但顯著＞T5和T6處理。有機肥替代部分化肥處理的白菜縱徑隨著有機肥比例的增大而逐漸降低，與T1處理相比差異均不顯著，其中T4處理略有增加，其他2個處理均表現降低。表明本試驗條件下，在增大白菜縱徑上，化肥優化施用處理和95%常規施肥+生物有機肥750 kg/hm2處理效果均較好，其中T3處理最佳。

2.3.3 對白菜橫徑的影響 施肥處理的白菜橫徑均顯著＞CK（圖3）。表明與不施肥相比，施肥可明顯提高白菜橫徑。

圖3 不同施肥處理對白菜橫徑的影響Fig.3 Effect of different fertilization treatments on transverse diameter of Chinese cabbage

不同施肥處理的白菜橫徑差異較大，其中，T3處理橫徑最大，顯著＞除T2外的其他處理，其中較T1處理增加了2.24%；T2處理橫徑次之，與T1和T4處理差異不顯著，但顯著＞T5和T6處理。有機肥替代部分化肥處理的白菜橫徑隨著有機肥比例的增大而逐漸降低，與T1處理相比均表現降低，但所有處理間差異均不顯著。表明本試驗條件下，在增大白菜橫徑上，化肥優化施用處理的效果優于有機肥替代處理，其中T3處理最佳。

2.4 不同施肥處理對白菜品質的影響

2.4.1 對白菜Vc含量的影響 施肥處理的白菜Vc含量 為160.42～184.19 mg/kg，均 顯 著＞CK，增 幅 為36.23%～56.41%（表4）。表明與不施肥相比，施肥可明顯提高白菜Vc含量。

不同施肥處理的白菜Vc含量差異較大，其中，T3處理Vc含量最高，顯著＞除T2外的其他處理，其中較T1處理增加了14.82%；T2處理Vc含量次之，與T6處理差異不顯著，但顯著＞T1、T4和T5處理。有機肥替代部分化肥處理的白菜Vc含量隨著有機肥比例的增大而逐漸升高，與T1處理相比均表現增加，其中T5和T6處理與T1處理差異達到了顯著水平。表明本試驗條件下，在提高白菜Vc含量上，化肥優化施用處理的效果優于有機肥替代處理，其中T3處理最佳。

2.4.2 對白菜硝酸鹽含量的影響 施肥處理的白菜硝酸鹽含量為320.05～330.07 mg/kg，均＞CK，但差異均不顯著（表4）。表明與不施肥相比，施肥對白菜硝酸鹽含量升高影響不大。

表4 不同施肥處理對白菜Vc和硝酸鹽含量的影響Table 4 Effects of different fertilization treatments on contents of Vc and nitrate of Chinese cabbage （mg/kg）

不同施肥處理的白菜硝酸鹽含量差異均不顯著，指標值順序為T6＜T5＜T4＜T3＜T2＜T1。表明本試驗條件下，在降低白菜硝酸鹽含量上，有機肥替代化肥處理的效果優于化肥優化施用處理，但差異不顯著。與常規施肥相比，優化施肥有利于降低白菜的硝酸鹽含量，在此基礎上增施鈣肥后效果更好；有機肥替代部分化肥處理中，白菜硝酸鹽含量隨著有機肥比例的增大而逐漸降低。

2.5 不同施肥處理對白菜收益的影響

施肥處理的白菜收益為94 972.71～100 552.93元/hm2，均＞CK（表5）。表明與不施肥相比，施肥可以提高白菜收益。

表5 不同施肥處理對白菜收益的影響 （元/hm2）Table 5 Effects of different fertilization treatments on profit of Chinese cabbage （Yuan/hm2）

不同施肥處理的白菜收益不同，其中，T3處理收益最高，T2處理之，分別較T1處理增加了2.37%和0.79%。有機肥替代部分化肥處理的白菜收益均＜T1處理，指標值隨著有機肥比例的增大而逐漸降低，收益降幅為0.36%～3.32%。表明本試驗條件下，在提高白菜收益上，化肥優化施用處理的效果優于有機肥替代處理，其中T3處理最佳。

3 結論與討論

本研究結果表明，與常規施肥相比，減磷增鉀優化施肥（T2處理）后白菜產量略有增加，在優化施肥的基礎上進一步增施鈣肥（T3處理）后白菜產量明顯提高。原因可能是農民以往憑經驗施肥，導致土壤微量元素尤其是鈣素相對匱乏，而白菜為喜鈣作物，補充鈣肥后鈣通過活化植物體內各種酶，參與植物的光合作用，進而促進了蛋白質合成，這與趙亞飛等[19]的研究結論一致，即：施用鈣肥能有效增加地上部干物質積累量，提高產量。與優化施肥相比，增施鈣肥后氮、磷、鉀肥農學利用率均有不同程度的提高，與前人[17～20]研究結果類似，可能與補充鈣肥后促進了植株葉部及莖部對磷素的吸收，以及植株對鉀素的吸收有關。白菜為喜鉀作物，對鉀素需求量大，研究表明，鉀肥施用量與大白菜Vc含量呈正相關[6]；施用鉀肥能夠增強大白菜抗性，改善其適口性[5]，明顯提高白菜產量[21，22]。胡瀟怡等[17]研究發現，補充鈣肥可以提高白菜植株長勢，主要表現在增大白菜橫徑和單株重2個方面。本研究結果表明，增施鈣鉀肥的2個優化施肥處理均較常規施肥處理提高了白菜的球徑（橫徑）、單株重、產量以及Vc含量，與前人研究結論一致。

齊義杰等[23]研究發現，秋白菜施用復合肥后，養分供應平衡，有利于游離態氮向化合態氮的轉變，白菜硝酸鹽含量降低。沈明星等[24]研究表明，土壤硝態氮供給強度是影響葉菜硝酸鹽積累的主要因素。本研究結果顯示，優化施肥和優化補充鈣肥處理的白菜硝酸鹽含量均低于常規施肥，結合肥料農學利用率結果一起分析原因，認為可能與以下2個方面有關：（1）降低了土壤的硝態氮供給水平；（2）提高了白菜植株對氮肥的吸收利用率，在促進蛋白質合成、增加產量的同時，也在一定程度上有利于化合態氮的合成。

本研究發現，在常規施肥減量的基礎上增施生物有機肥，白菜產量和單株重均隨有機肥比例的增大呈逐漸降低趨勢，與常規施肥相比，95%常規施肥+生物有機肥750 kg/hm2處理的白菜產量略有增加，85%常規施肥+生物有機肥1 500 kg/hm2處理的白菜產量略有降低，而75%常規施肥+生物有機肥2 250 kg/hm2處理的白菜產量明顯降低。雖然生物有機肥中含有豐富的氮、磷、鉀等多種營養物質，但結合農學肥料利用率分析發現，隨著有機肥替代比例的增大，白菜植株對氮、磷、鉀的吸收利用率反而降低，甚至低于常規施肥處理，這就對白菜產量形成造成一定的負面影響。沈明星等[24]研究發現，隨著有機氮替代比例的增加，小白菜Vc含量呈先升高后降低的變化；其還發現，土壤硝態氮供給強度是影響葉菜硝酸鹽積累的主要因素，增加有機氮肥施用比例能極顯著地降低土壤硝態氮的供給水平，因此小白菜硝酸鹽含量隨著有機氮肥施用比例的提高呈極顯著的下降趨勢。本研究條件下，隨著有機肥替代比例的增大，白菜Vc含量逐漸增加，并沒有出現拐點，原因可能與本研究設置的有機肥替代比例梯度較小有關；白菜硝酸鹽含量呈逐漸降低趨勢，與沈明星等[24]的研究結論一致。

本研究條件下，與常規施肥相比，優化施肥和優化補充鈣肥處理均可以提高白菜收益。從經濟效益來看，生物有機肥用量較大，相對來說成本略高，故收益略低。但是生物有機肥具有改善土壤理化性狀、提高土壤肥力、防治土壤污染等優勢，用生物有機肥替代部分化肥可以解決因長期過量施用化肥導致的土壤理化性質惡化、肥料利用率、作物產量下降等問題，從長遠來看有利于土壤綜合經濟效益的提升。本研究結果還表明，增大有機氮肥的比例能夠提高白菜Vc含量、降低硝酸鹽含量，在一定程度上提升白菜品質。