有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)露地茄生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響

吳金棟，何 勇，朱祝軍

（浙江農(nóng)林大學(xué) 園藝科學(xué)學(xué)院 浙江省山區(qū)農(nóng)業(yè)高效綠色生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 杭州 311300）

化肥減量增效對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。2015年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部制定《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》[1]，隨后于2017年出臺(tái)《開(kāi)展果菜茶有機(jī)肥替代化肥的行動(dòng)方案》[2]，提出“精、調(diào)、改、替”4種技術(shù)策略以實(shí)現(xiàn)化肥使用量零增長(zhǎng)，其中“替”就是用有機(jī)肥替代化肥從而減少化肥用量[3]。已有研究[4]表明：施用有機(jī)肥時(shí)，減少化學(xué)肥料用量并不會(huì)降低蔬菜產(chǎn)量。有機(jī)肥肥效周期長(zhǎng)，能夠促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，改良土壤結(jié)構(gòu)；化肥養(yǎng)分釋放周期短，營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)速度快；將有機(jī)肥和化肥配合施用，不僅能彌補(bǔ)單施肥料的不足，還能充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，滿足作物在生育期內(nèi)對(duì)養(yǎng)分的持續(xù)需求，同時(shí)兼顧作物在生長(zhǎng)和發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的特殊需求[5-6]。茄Solanum melongena是中國(guó)南方露地栽培的主要蔬菜之一[7]，目前關(guān)于茄栽培中肥料施用的研究，普遍側(cè)重于減少養(yǎng)分流失、提高養(yǎng)分利用率等方面[8-10]，而有關(guān)有機(jī)肥替代化肥對(duì)茄產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究較少。本研究分析了不同比例有機(jī)肥替代化肥處理對(duì)茄花青素、氨基酸和營(yíng)養(yǎng)元素等品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，同時(shí)分析土壤肥力的變化，以期為茄生產(chǎn)中化肥減量增效提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于浙江省龍泉市屏南鎮(zhèn)百步村，該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為17～18 ℃。供試土壤為紅壤，基本理化性質(zhì)：pH 4.81，堿解氮198.2 mg·kg-1，有效磷16.2 mg·kg-1，速效鉀91.1 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)22.4 g·kg-1，微生物碳282.8 mg·kg-1，微生物氮20.2 mg·kg-1，微生物碳氮比為14。

1.2 試驗(yàn)材料

供試茄品種為‘杭茄2010’S. melongena‘Hangqie 2010’，由浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供；無(wú)機(jī)復(fù)合肥(氮16%，五氧化二磷6%，氧化鉀23%，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))購(gòu)自深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司，有機(jī)肥(pH 7.6，氮2%，五氧化二磷4%，氧化鉀2%，有機(jī)質(zhì)83%，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))購(gòu)自浙江省龍泉市惠農(nóng)生物科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)處理

本試驗(yàn)為大田試驗(yàn)。根據(jù)前人研究結(jié)果[11]，按每生產(chǎn)1 000 kg茄子需要3.0 kg氮，以75 000 kg·hm-2為預(yù)期產(chǎn)量，設(shè)置施氮量240 kg·hm-2為施肥量基準(zhǔn)。

以單施化肥(100%化肥)為對(duì)照(ck)，設(shè)置T1處理為有機(jī)肥替代基肥中50%的化肥氮，T2處理為有機(jī)肥替代基肥中100%的化肥氮。設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，田間常規(guī)管理完全相同。施肥方案見(jiàn)表1。

表1 施肥方案Table 1 Fertilization scheme

移栽前(2019年4月8日)，按處理方案一次性施入全部基肥。選用長(zhǎng)勢(shì)一致、“三葉一心”的茄子幼苗進(jìn)行移植，畦栽栽培，并用薄膜覆蓋。5月11日定植，行距0.5 m，株距0.6 m。于掛果初期(2019年6月1日)和盛果期(2019年7月16日)追肥，施肥方法為水肥一體化，肥料隨水灌入。

1.4 測(cè)試指標(biāo)及測(cè)定方法

收獲期內(nèi)，各處理隨機(jī)選取30株茄植株，統(tǒng)計(jì)并記錄葉片數(shù)；采摘下最大功能葉，測(cè)定葉綠素相對(duì)含量(SPAD)[12]，并用平臺(tái)掃描儀結(jié)合Image J軟件測(cè)定葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積[13]。果實(shí)采收時(shí)，各小區(qū)隨機(jī)采摘10個(gè)果實(shí)，測(cè)量果實(shí)長(zhǎng)度、直徑、質(zhì)量，總產(chǎn)量以實(shí)際稱量結(jié)果計(jì)算。測(cè)定果實(shí)外觀色差和模擬感官硬度[14]；采用pH示差法測(cè)定果皮花青素質(zhì)量分?jǐn)?shù)[15]；采用HPLC法測(cè)定果實(shí)維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)[16]；采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，采用蒽酮法測(cè)定果實(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)[17]；用Waters Acc Q-Tag法測(cè)定果實(shí)氨基酸質(zhì)量摩爾濃度[18]；果實(shí)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用凱氏定氮法測(cè)定，其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用ICP-OES法測(cè)定[19]。

分別于種植施肥前和茄子收獲后，按五點(diǎn)采樣法用土壤螺旋鉆于各處理小區(qū)隨機(jī)取0～20 cm表層土壤樣品；各處理土壤樣品徹底混合后，四分法留樣，過(guò)2 mm篩，鮮樣測(cè)土壤微生物碳、氮(氯仿熏蒸浸提、TOC法測(cè)定)[20-21]；剩余土壤風(fēng)干后過(guò)1 mm篩，用重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，用堿解擴(kuò)散法測(cè)土壤堿解氮，用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)土壤有效磷，用醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)土壤速效鉀，用電位法測(cè)土壤pH[22]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010處理數(shù)據(jù)和繪圖，采用Data Processing System (DPS V14.10)分析數(shù)據(jù)，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)土壤的影響

由表2可知：相比ck，處理組土壤pH顯著升高(P＜0.05)，土壤速效鉀、有機(jī)質(zhì)、微生物碳和微生物氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著增加(P＜0.05)，其中T1分別增加了87.6%、33.7%、61.5%和156.1%，效果最顯著(P＜0.05)。由表3可知：與T2和ck相比，T1土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，同時(shí)微生物碳氮比顯著降低(P＜0.05)。上述結(jié)果表明，相較于ck與T2，T1對(duì)土壤肥力的改善效果最佳。

表2 不同施肥處理對(duì)土壤性狀的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on soil properties

表3 不同施肥處理對(duì)茄種植前后土壤性狀的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on soil properties before and after eggplant planting

2.2 不同施肥處理對(duì)茄產(chǎn)量的影響

由表4可知：相比ck，處理組茄植株莖粗顯著增加(P＜0.05)，茄果實(shí)長(zhǎng)度、果實(shí)直徑顯著增加(P＜0.05)，單果質(zhì)量和單株結(jié)果數(shù)顯著增加，產(chǎn)量大幅提升(P＜0.05)。其中T1產(chǎn)量最高，為70 099.5 kg·hm-2，相比T2增產(chǎn)7.5%，相比ck增產(chǎn)22.3%。

表4 不同施肥處理對(duì)茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Table 4 Effects of different fertilization treatments on growth indexes of eggplant

2.3 不同施肥處理對(duì)茄葉片的影響

由表5可知：相比ck，處理組葉片葉面積顯著增加(P＜0.05)，其中T1葉面積最大，為226.5 cm2，較ck增加15.2%；SPAD由高到低依次為T1、T2、ck，其中T1葉片SPAD較T2增加了7.5%，較ck增加了14.1%。

表5 不同施肥處理對(duì)茄葉面積、葉片數(shù)和SPAD的影響Table 5 Effects of different fertilization treatments on leaf area and leaf number and SPAD value of eggplant

2.4 不同施肥處理對(duì)茄果實(shí)品質(zhì)的影響

2.4.1 不同施肥處理對(duì)茄果皮硬度和顏色的影響 由表6可知：相比ck，T1果皮硬度顯著降低(P＜0.05)；3個(gè)處理茄果皮紅綠色度(a*)均大于零，黃藍(lán)色度(b*)均小于零，即顏色均在紅藍(lán)色區(qū)域；T1的紅色葡萄果實(shí)顏色指數(shù)(CIRG)最大，為6.2，屬于藍(lán)黑，而T2和ck均屬于深紅色。相比ck，處理組果皮花青素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加(P＜0.05)，其中T1花青素高達(dá)13.3 mg·g-1，比ck增加了41.5%，比T2增加了16.7%。

表6 不同處理對(duì)茄果皮硬度和顏色的影響Table 6 Effects of different fertilization treatments on hardness and color of eggplant peel

2.4.2 不同施肥處理對(duì)茄果肉硬度、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和維生素C的影響 由表7可知：相比ck，T1果肉硬度顯著降低(P＜0.05)；處理組可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加了34.6%～56.8%、28.0%～33.3%和41.8%～122.2%。除可溶性蛋白質(zhì)外，其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)T1顯著優(yōu)于T2(P＜0.05)。

表7 不同處理對(duì)茄果肉硬度、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和維生素C的影響Table 7 Effects of different treatments on hardness, soluble sugar, soluble protein and vitamin C content of eggplant fruit

2.4.3 不同施肥處理對(duì)茄中游離氨基酸的影響 由表8可知：相比ck，處理組蛋氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、絲氨酸、甘氨酸和半胱氨酸質(zhì)量摩爾濃度顯著增加(P＜0.05)，其中除甘氨酸外，T1提升效果顯著高于T2(P＜0.05)；同時(shí)T1的纈氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、組氨酸和酪氨酸質(zhì)量摩爾濃度顯著高于ck (P＜0.05)，T2處理下蘇氨酸、精氨酸、丙氨酸和脯氨酸質(zhì)量摩爾濃度顯著高于ck (P＜0.05)。就必需氨基酸而言，T1達(dá)99.31 μmol·g-1，是ck的2.5倍，是T2的1.9倍，差異顯著(P＜0.05)。不同處理下茄非必需氨基酸總質(zhì)量摩爾濃度由高到低依次為T2、T1、ck；相比ck，處理組氨基酸總量顯著提高了 80.8%～85.8% (P＜0.05)。

表8 不同施肥處理對(duì)茄果實(shí)中游離氨基酸的影響Table 8 Effects of different fertilization treatments on the content of free amino acids in eggplant fruit

2.4.4 不同施肥處理對(duì)茄果實(shí)各營(yíng)養(yǎng)元素的影響 由表9可知：相比ck，處理組鎂和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，其中T1的果實(shí)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較T2增加了10%，較ck增加了22.2%；T1的果實(shí)氮、磷、鉀、鈣、錳、鋅和鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著增加(P＜0.05)，較ck分別增加了13.5%、26.5%、6.4%、18.8%、11.6%、21.0%和13.3%。

表9 不同施肥處理對(duì)茄果實(shí)營(yíng)養(yǎng)元素的影響Table 9 Effects of different fertilization treatments on the content of nutrients in eggplant fruit

3 討論與結(jié)論

3.1 不同施肥處理對(duì)土壤肥力的影響

黃婷等[25]研究發(fā)現(xiàn)：有機(jī)肥替代化肥可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。本研究發(fā)現(xiàn)：有機(jī)肥替代處理組(T1與T2)土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著上升，但有機(jī)肥全部替代化肥(T2)土壤有機(jī)質(zhì)少于有機(jī)肥替代50%化肥(T1)。這可能是因?yàn)橥寥牢⑸锾嫉c土壤活性有機(jī)質(zhì)正相關(guān)[26-28]，T2處理土壤微生物碳氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于T1，說(shuō)明有機(jī)肥投入過(guò)多并不能增加額外的有機(jī)質(zhì)[29]。土壤微生物碳氮比可以反映土壤氮素的供應(yīng)能力，碳氮比越小說(shuō)明土壤氮素生物有效性較高。

3.2 不同施肥處理對(duì)茄子產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

武星魁等[30]在葉菜蔬菜有機(jī)肥替代化肥的研究中發(fā)現(xiàn)：有機(jī)肥替代化肥可以提高葉菜產(chǎn)量與品質(zhì)，但并不是有機(jī)肥替代化肥的比例越高效果越好，而是存在著最佳的比例。本研究發(fā)現(xiàn)：相比單施化肥，在提高茄維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)等品質(zhì)和產(chǎn)量方面，有機(jī)肥替代50%化肥處理優(yōu)于有機(jī)肥完全替代化肥，這與李淑儀等[31]結(jié)果相似。

花青素是一類影響茄果實(shí)品質(zhì)的類黃酮化合物[32]。已有研究[33]發(fā)現(xiàn)：光照和環(huán)境溫度對(duì)花青素合成與積累有影響。本研究發(fā)現(xiàn)：有機(jī)肥部分替代化肥能顯著增加果皮中花青素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使茄果皮顏色加深，外觀品質(zhì)更好。推測(cè)原因可能是有機(jī)肥增加了類黃酮物質(zhì)生物合成前提的苯丙氨酸的含量[34]，提高了花青素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具體生理機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)茄果實(shí)營(yíng)養(yǎng)元素的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。礦物質(zhì)元素是維持人體生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也是品質(zhì)因子的成分之一[35-36]；硫元素能夠組成蛋氨酸和半胱氨酸[37]，鉀元素參與果實(shí)中糖的形成與積累[38]。本研究發(fā)現(xiàn)：有機(jī)肥施入處理后茄硫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著提升，這可能是茄中蛋氨酸和半胱氨酸增加的原因；有機(jī)肥替代50%化肥處理后茄鉀元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，這可能是T1中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的原因。配施有機(jī)肥顯著提高某些元素含量一方面在于有機(jī)肥本身可為植物提供多種元素，如李大偉等[39]發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥本身含有一定數(shù)量的鐵，對(duì)提升白菜鐵含量有利；另一方面，有機(jī)肥中的某些物質(zhì)可能與礦物質(zhì)元素具有協(xié)同吸收作用，如魏孝榮[40]發(fā)現(xiàn)：土壤有效態(tài)鋅與土壤有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)，配施有機(jī)肥處理通過(guò)提高鋅的生物有效性從而提高了茄中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

綜上所述，有機(jī)肥替代基肥中50%的化肥可以提高露地茄的產(chǎn)量和品質(zhì)，并改善土壤肥力。