景電灌區化肥減量配施生物有機肥對茄子生長特性、產量及品質的影響

申正香，談守瑋

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅白銀730400）

0 引言

景電灌區位于甘肅中部地區，該區光照充足、灌溉水資源豐富、耕地資源充足，有利于小麥、玉米、馬鈴薯等糧食作物以及茄子、辣椒等經濟作物生長。近年來，農業生產中施用化肥因其顯著的增產增收效應，在當地作物的種植中受到廣泛應用，但為了追求更高產量與經濟效益，過高使用化肥造成土壤質量降低、作物病蟲害加重、地下水受到污染等問題[1]。茄子(Solanum melongena L.)，又名“茄瓜”，是大宗常用蔬菜，屬熱帶多年生植物，其根、莖、葉、果實亦具有一定的藥用價值，是景電灌區種植最為廣泛的經濟作物之一，但隨著施肥報酬遞減、土壤板結加重、水資源污染、地下水下降、生態環境破壞等問題日益凸顯，導致其產量、品質等逐年降低，阻礙了當地農民經濟的快速發展。近年來，有機肥因其環保、增產等特點，在農業生產中受到越來越廣泛的關注[2]。因此，如何合理施用生物有機肥，降低化肥使用量，成為該區農業可持續發展的重要途徑[3]。

生物有機肥通過活化分解土壤中的有機、無機營養成分，提供給植物直接吸收利用的小分子物質，且有益微生物在整個代謝過程中分解的活性物質能夠增強土壤養分轉化、優化根系生長環境[4,5]，促進作物增產。張迎春等[4]對研究表明，較純化肥處理，施用生物有機肥可提高萵筍葉片光合能力，增加產量并改善品質。王琛等[6]研究表明，60%～100%有機肥替代化肥可顯著提高春玉米土壤微生物量及葉片莖稈產量。李磊等[7]研究發現，較純化肥處理，化肥減氮1/3 配施有機肥條件下，玉米可增產5.20%。蒲瑤瑤等[8]通過試驗發現，較單施化肥處理，有機肥部分替代化肥顯著提高西瓜葉片光合性能，產量增高33.63%。曹丹等[9]研究表明，生物有機肥促進黃瓜根系發展，有利于葉片葉綠素增加，增產顯著。然而，大部分研究均為降低化肥中單種元素用量對作物產生的影響，而在茄科作物減少純化肥用量配施生物有機肥對作物生長生理特性與產量的影響方面報道較少。因此，本試驗在大田生長條件下，以茄子為研究對象，探究化肥減量配施生物有機肥對茄子生長、光合生理特性、產量、品質的影響，并借助灰色關聯度分析法進行綜合評價分析，以期尋求一種較為適宜的施用生物肥種植模式，旨在為景泰地區茄子優質高產和可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年5月在甘肅省景泰縣一條山鎮條山農場進行，位于東經103°38′，北緯36°59′，海拔1 474 m，氣候條件為干旱大陸性氣候，土壤質地為沙壤土，肥力中等，灌溉條件良好。平均氣溫8.20 ℃，月平均最高與最低溫度分別為29.0 和-12 ℃，年均日照2 726 h，平均無霜期141 d，年平均降水量185 mm，蒸發量3 038 mm，晝夜溫差大且光能資源充沛。

1.2 供試材料

供試材料為天龍長茄，生物有機肥（星碩）由甘肅星碩生物科技有限公司供應（N+P2O5+K2O≥5%，有機質≥45%），化肥為尿素(N 含量46%)、過磷酸鈣(P2O5含量16%)、硫酸鉀(K2O含量52%)。

1.3 試驗設計

茄子采用移栽法，于5月15日移栽生長一致、苗齡為40 d的幼苗，起壟覆膜種植，壟寬50 cm，高20 cm，壟長15 m，壟間距為80 cm。種植模式為一壟二行，株行距為40 cm×50 cm。試驗共設6 個處理（見表1）：不施肥（CK），常規100%化肥（CF），80%CF 配施生物有機肥3 000 kg/hm2（A1B1），80%CF 配施生物有機肥6 000 kg/hm2（A1B2），70%CF 配施生物有機肥3 000 kg/hm2（A2B1），70%CF 配施生物有機肥6 000 kg/hm2（A2B2）。每個處理重復3 次，田間隨機排列，共計18 個小區，小區面積37.5 m2，生物有機肥作基肥在茄子移栽前一次性施入，化肥分別在開花坐果期、結果前期和結果中期分3 次追施，追施比列為30%、40%、30%。其余田間管理措施均與當地農戶保持一致。

表1 化肥減量配施生物有機肥試驗設計方案

1.4 測定項目與方法

1.4.1 生長指標測定

茄子進入成熟期后于第一次采收時各小區分別取6 株，株高、莖粗分別采用精度為1 mm 的鋼卷尺和0.01 mm 游標卡尺測量。葉面積使用浙江托普云農葉面積測量儀測量。

1.4.2 光合生理指標測定

在茄子開花坐果期不同處理中選擇向光一致的葉片，即心葉向下第3 或第4 片完全展開的功能葉，采用美國產CIRAS-3 型便攜式光合測定儀分別測定葉片凈光合速率(Pn，μmol·m-2·s-1)、氣孔導度(Gs，mmol·m-2·s-1)、胞間CO2濃度(Ci，μmol/mol)、蒸騰速率(Tr，mmol·m-2·s-1)。

1.4.3 產量及品質測定

茄子進入成熟期后分批采收并記錄其產量，統計各個小區茄子總產量。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250 測定；可溶性糖含量采用蒽酮吸光值法測定；維生素C含量采用2,4-二硝基苯肼吸光值法測定；纖維素含量采用蒽酮吸光值法測定。

1.5 數據分析與處理

采用Microsoft Excel2010 對實驗數據進行計算處理，Origin2018 繪圖，SPSS26.0 統計分析。利用灰色關聯度對6 個處理及對照進行綜合評價，利用灰色關聯度所得加權關聯值進行系統聚類分析。由于利用單一產量指標評價施肥模式不具代表性，故本文采用產量、品質指標建立綜合評價模型。根據灰色系統理論，將影響產量的各形態指標作為一個灰色系統，對6個不同施肥模式進行綜合分析[10]。

絕對差值計算公式：Δi(h)=■Xi(h)-X0(h)■式中：h為處理代號，h取1～6。

使用ΔMin表示最小絕對差值，使用ΔMax表示最大絕對差值。分辨系數ξ=0.5[16]。

關聯系數計算公式：

關聯度公式：

權重系數計算公式：

加權關聯度計算公式：

2 結果與分析

2.1 化肥減量配施生物有機肥對茄子生長指標的影響

2.1.1 株高和莖粗

由圖1 可以看出，化肥減量配施生物有機肥對茄子株高、莖粗影響顯著。較CF 處理，A1B2 處理茄子株高提高最為顯著，提高6.35%， A1B1、A2B1、A2B2 處理分別提高2.75%、1.07%、1.70%。化肥減施量相同的情況下，隨著生物有機肥施用量的增加，茄子株高隨之增高，其中A1B2 較A1B1 處理可增高3.50%，A2B2 較A2B1 處理增高0.88%，但均無顯著差異（P＞0.05）。茄子莖粗的變化趨勢和株高相似，各施肥處理中A1B2 莖粗最大，達19.51 cm，顯著高于CF 處理。盡管A1B2 莖粗較A1B1 處理可增加8.15%，A2B2 莖粗較A2B1 處理增加6.35%，但A1B1、A2B1、A2B2 處理莖粗與CF 處理間無顯著差異。在生物有機肥配施用量相同情況下，化肥減量20%的處理莖粗優于減量30%的處理。

圖1 化肥減量配施生物有機肥對茄子株高和莖粗的影響

2.1.2 葉面積指數

由圖2可見，化肥減量配施生物有機肥較常規施肥對茄子葉面積指數影響顯著（P＜0.05），其中A1B2 處理效果最佳，較CF 顯著提高37%，其次為A1B1、A2B2 處理，較CF 分別顯著提高19.82%、25.56%。化肥減量相同的條件下，茄子的葉面積指數隨生物有機肥配施量增加而增大，A1B2 較A1B1 處理顯著增加14.33%，A2B2 較A2B1 處理顯著增加10.47%。此外，有機肥用量相同的情況下，茄子的葉面積指數隨化肥減施程度的增加呈下降趨勢，其中，A2B1 較A1B1 處理降低5.15%，A2B2 較A1B2 處理降低8.36%，但均無顯著差異（P＞0.05）。

圖2 化肥減量配施生物有機肥對茄子葉面積指數的影響

2.2 化肥減量配施生物有機肥對茄子光合生理特性的影響

由圖3 可以看出，茄子開花坐果期A1B1、A1B2、A2B1、A2B2處理較CF在同一化肥施用量下隨著配施有機肥含量的增加凈光合速率明顯增大，但化肥施用量不同時，凈光合速率表現為雙峰曲線。各處理均在上午10∶00 時左右達到全天第一個峰值，所有處理中CK 的凈光合速率最小，配施有機肥處理A1B2較處理CF茄子凈光合速率顯著提高（P＜0.05）。各處理氣孔導度亦呈現單峰曲線，A1B2 處理氣孔導度最高，其次為A2B2處理。各處理在12∶00時左右達到峰值，隨后開始逐漸下降，主要是上午氣溫隨著太陽光輻射的增強而不斷升高，植株葉片逐漸開放進行光合與蒸騰，下午光照減弱，溫度下降與蒸騰耗水導致保衛細胞失水進而降低氣孔導度。各處理蒸騰速率的日變化曲線表現為單峰趨勢，所有處理均在12∶00 時左右達到峰值，A1B2 和A2B2 處理的蒸騰速率較CF 顯著提高，而A1B1 與A2B1 處理與CF 無顯著差異。胞間CO2濃度日間變化呈單谷趨勢，CK 處理茄子葉片的日均胞間CO2濃度最高，顯著高于其他處理。化肥用量相同的情況下，隨著有機肥用量的增大，胞間CO2濃度呈減小趨勢。

圖3 化肥減量配施生物有機肥對茄子葉片光合參數

2.3 化肥減量配施生物有機肥對茄子產量與經濟效益的影響

不同施肥模式對茄子投入、經濟產量、產值和凈產值等指標影響差異顯著（表2）。化肥配施有機肥顯著提高了茄子的生產投入，其中A1B1、A1B2、A2B1 和A2B2 處理生產投入分別為35 920、38 920、35 680 和38 680 元/hm2，分別較CK顯著增多15.87%、25.55%、15.10%和24.77%，而純施化肥CF 處理較CK 增幅較小，為7.74%；化肥配施有機肥均不同程度提高茄子產量，其中A1B2 處理增幅最大，產量可達77 977.25 kg/hm2，較CF 顯著提高17.49%，其次為A2B2 處理，產量為75 157.65 kg/hm2，較CF 顯著提高13.24%，盡管A1B1、A2B1 處理較CF 分別提高7.16%和4.65%，但三者間無顯著差異，同時受產量影響，各處理產值與產量變化一致；A1B2 處理凈產值最高，其次為A2B2、A1B1、A2B1 和CF 處理，可達112 610.26～132 629.95 元/hm2， 較CK 顯著提高29.91%～53.00%。

表2 化肥減量配施生物有機肥下茄子產量與經濟效益分析

2.4 化肥減量配施生物有機肥對茄子營養品質的影響

由表3可知，化肥減量配施生物有機肥能顯著改善茄子品質，其中，A1B2 處理改善效果最佳。A1B2 處理的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C 含量分別較CF 顯著提高27.69%、16.13%、10.95%，纖維素含量顯著降低66.67%，較A1B1 處理分別顯著提高11.15%、13.68%、5.69%，纖維素含量顯著降低57.14%。說明在一定量化肥減施水平下，增施生物有機肥用量可改善茄果品質；A2B1較A1B1處理、A2B2較A1B2處理可溶性糖含量分別降低6.47%、9.06%，說明在同一生物有機肥用量下，可溶性糖含量隨化肥減施水平的提高反而降低。

表3 化肥減量配施生物有機肥對茄子品質的影響

2.5 化肥減量配施生物有機肥對茄子影響的綜合分析

利用灰色關聯度分析法原理，對6 個處理進行綜合評價，亦即茄子施肥模式綜合排序，可作為施肥模式綜合評價的依據。通過表4 可知，A1B2 處理的等權關聯度、權重系數、加權關聯值均為最佳，其次為處理A2B2、A1B1，CK 最低。6種施肥模式參數綜合排序情況為A1B2＞A2B2＞A1B1＞A2B1＞CF＞CK。

表4 不同施肥處理灰色關聯度綜合評價

3 討論

大量施用化肥會造成土壤和養分結構破壞、生態環境持續惡化，對作物生長和農業發展構成極大威脅[11]。作物農藝性狀是作物外在最直觀的表現，能夠更加客觀的反應作物生長優劣。王慶玲[12]、Saifei 等[13]試驗表明，適宜的生物有機肥施用量能夠顯著促進植株葉面積指數與葉片數的增長。本試驗中，化肥減量配施生物有機肥可以顯著促進茄子的生長發育，其中，20%化肥減施水平下，A1B1、A1B2 處理較CF 顯著提高了茄子株高、莖粗和葉面積指數，表明茄子在生物有機肥替代20%化肥水平下能夠獲取足量的肥料供其利用，這與張迎春等[4]對萵筍的試驗結果相似，但A2B1、A2B2處理下株高、莖粗較CF 無顯著差異（P＞0.05），究其原因可能是化肥減施幅度過大，且作物只能吸收生物有機肥中經過礦化分解成無機或小分子的有機養分，致使有機肥肥效緩慢，影響作物生長發育[14,15]。

光合作用是評價作物發育狀況的主要依據，直接控制作物的光合產力[16]。本研究中，在茄子開花坐果期，相較于常規施肥模式，有機肥配施化肥可提高凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，同時顯著降低胞間CO2濃度，這與馮克云[17]、薛磊等[18]研究結果相一致。其原因可能是施用生物有機肥環境下，土壤中CO2釋放量偏多，有利于作物光合速率的增加[19]。生物有機肥部分替代化肥有利于氣孔導度的提高，從而使更多的CO2進入作物葉肉細胞，提高了光合速率。而單施化肥條件下，葉片中氮含量的增加促進氮同化能力的增強，與光合碳的同化競爭限制了RuBP 在卡爾文循環中的再生能力，減小了光合速率[20]。胞間CO2濃度受CO2濃度、氣孔開度以及葉片光合能力等影響顯著[21]。生物有機肥施用量相同時，化肥減量過多會阻礙作物氣孔開度，引起胞間CO2濃度減少，進而減緩光合速率。茄子葉片以不施肥處理胞間CO2濃度最高，顯著高于其他處理，這可能與茄子凈光合速率減弱，進行光合作用消耗的CO2用量減少導致胞間CO2濃度累積有關。劉宇朝等[22]研究指出，僅當凈光合速率和胞間CO2濃度同步減小時，氣孔導度是引起凈光合速率的減小主要因素，否則為光合作用的非氣孔限制造成胞間CO2濃度增大。本研究中，凈光合速率、氣孔導度的變化與胞間CO2含量的變化不同步，說明光合速率的下降并不是由氣孔導度的減小造成，而是非氣孔因素影響了CO2的利用，引起CO2的累積，與鄭國保[23]、劉術均等[24]等研究結果一致。

經濟效益是衡量作物化肥減量配施生物有機肥增效最主要指標之一，也是當地農民是否采用該項技術最核心問題。馬臣等[25]研究指出，較純化肥處理，配施有機肥可節省12.9%～21.3%的氮肥用量，且提高產量2.0%～18.3%。本試驗研究結果發現，較不施肥處理，施肥處理可顯著增產24.07%～45.77%，其中化肥減量配施生物有機肥可顯著增產29.84%～45.77%。化肥減量配施生物有機肥較純化肥處理雖然肥料成本增加2 280～5 520 元/hm2，但產量顯著高于常規施肥3 087.5～11 608.95 kg/hm2，經濟效益增加4 512.5～20 019.69 元/hm2。究其原因可能是生物有機肥中含有機質、氮、磷、鉀以及微量元素等大量營養物質，其中含有的活菌和腐殖酸能活化土壤中部分難溶性養分，促進作物吸收養分。

可溶性糖、維生素C含量是衡量植物碳營養水平與作物品級的重要因素[26]。劉慧等[27]研究發現，生物有機肥部分替代化肥能夠增加茄子維生素C含量，降低果實中硝酸鹽含量。本研究發現，較純化肥處理，生物有機肥部分替代化肥提高了茄子維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量，減少了粗纖維的含量，且A1B2 處理顯著優于CF 處理，顯著增加茄果可溶性蛋白、維生素C以及可溶性糖含量16.13%、10.95%和27.69%，其原因可能是施入生物有機肥后提高了相關代謝酶活性，改善了茄果綜合品質。同一化肥減施水平下，隨生物有機肥施用量增加，茄果維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量較純化肥處理均存在不同幅度的增加，增幅分別為3.26%～10.94%、14.87%～27.68%和2.15%～16.12%，這可能與生物有機肥中含有豐富氮、磷、鉀和大量有機碳外，還含有較多的微量元素和生物活性物質有關，作物易吸收利用[28]。纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，含量過高影響口感[29]。本研究中化肥減量配施生物有機肥均可降低纖維素含量，降幅為18.51%～66.67%，其中處理A1B2 纖維素含量明顯小于其他處理，茄果綜合品質得到有效提升，這與梁中秀等[30]研究結果相似。

4 結論

以灰色關聯度分析和聚類分析為依據，綜合分析各施肥模式下對茄子生長特征、生理特性、產量以及品質的影響，最佳施肥模式為A1B2 處理，即80%化肥配施施生物有機肥6 000 kg/hm2，較常規施肥模式，可顯著促進茄子植株生長、增強葉片光合速率、提高產量、優化茄果品質，達到了肥料資源的合理配置，可實現景電灌區茄子高產優質種植、減肥增效的目的。