生物肥料基肥對生姜生長及姜黃素、姜辣素成分含量的影響

王春勇，李 賀，王耐紅，閆 穎，金曉蕾，關怡卉，孫 遜

（1.唐山市農業科學研究院 河北唐山 063000；2.唐山園林科學研究所 河北唐山 063000；3.內蒙古自治區農牧業科學院 呼和浩特 010000）

生姜（Zingiber officinaleRoscoe）又名百辣云、勾裝指、因地辛等，起源于熱帶、亞熱帶雨林地區，是姜科姜屬多年生草本植物，具有較高的藥用、食用價值，在我國擁有著悠久的種植歷史[1]。近些年由于化肥的施用量過大，造成姜瘟病發病率升高，導致了生姜產量的降低，嚴重制約了生姜產業發展，并對生態環境造成不良影響，在化肥和有機肥混合使用時能夠有效降低姜瘟病的發生，同時提高生姜產量[2]。前人研究結果表明，在農業生產中使用生物菌肥作為輔助肥料，由于其含有大量有益活菌物，不僅可以提高生姜產量，更能夠改善土壤肥力和農產品的品質[3-4]。加入生物菌肥并減施化肥已應用于辣椒[5]、黃瓜[6]、花生[7]等作物，前人研究發現加入生物菌肥對上述作物的葉面積、掛果數、根長等或品質的提高有顯著促進作用。筆者對生姜基肥中添加生物菌肥配合有機肥進行化肥減量研究，分析基肥以生物菌肥作為輔助肥料配比不同用量化肥、有機肥的各處理對農藝性狀、產量、土壤養分含量、姜黃（辣）素成分含量、凈光合速率（Pn）、葉綠素值等指標的影響，為冀東地區生姜種植中實現化肥減施增效提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗時間為2021 年3 月至2022 年10 月，試驗地位于河北省唐山市豐潤區新軍屯大張各莊村，屬暖溫帶大陸性半濕潤氣候，四季分明，年平均氣溫10.8 ℃，年降水量710 mm，無霜期230 d 左右，壤土，全氮含量（w，后同）1.25 g·kg-1、有效磷含量0.09 g·kg-1，速效鉀含量0.20 g·kg-1，有機質含量14.79 g·kg-1，pH 8.57[8]。

1.2 試驗材料

供試品種為山東緬姜，產量5.00～7.50 t·667 m-2，具有姜塊肥大、抗病性好、穩產、富含多種維生素、胡蘿卜素、蛋白質等特性。生物菌肥（枯草芽孢桿菌有效活菌數≥50 億·g-1）由萊蕪農業科學研究院植保所李世東研究員提供。化肥使用撒可富高濃度硫酸鉀型通用肥（N、P2O5、K2O 質量比為17∶17∶17，總養分含量≥51.0%），由河北省秦皇島市的中國-阿拉伯化肥有限公司生產。有機肥（w含氮量≤1.5%，w有機質≥45%）由湖北省新洋豐農業科技股份有限公司生產。

1.3 試驗設計

根據試驗地土壤養分情況和當年平均產量6.0 t·667 m-2，氮肥較磷肥、鉀肥對姜辣（黃）素影響大[9]，確定各處理全生育期單位面積施氮總量50 kg·667 m-2，基肥施氮總量占全生育期的30%[10-12]的方式。為使姜種更好地利用生物菌肥，采用拌種施用[13]的方式，試驗設4 個處理（表1），每個處理3次重復，共12 個小區，小區面積15.0 m2，隨機區組。追肥使用化肥，苗期、發棵期、根莖膨大期（簡稱膨大期）各追肥1 次，占比分別為總施氮量的20%、40%、10%。2021 年和2022 年均為3 月中下旬播種，株距0.2 m，行距0.6 m，設置保護行，適時中耕、培土，除所用基肥不同外，其他田間管理均一致。

表1 不同處理肥料配比及用量

1.4 調查指標和檢測方法

1.4.1 根莖和產量指標測定 2021 年和2022 年收獲當天，每小區選取5 株長勢相對一致植株，用卷尺測量根莖縱徑、根莖橫徑、須根長，記錄須根數，用天平稱取單株鮮質量和根莖質量，計算各處理均值。測定各處理產量，計算小區產量均值，然后折算667 m2鮮產量。

收獲后的生姜置于16 ℃姜窖經過40 d 貯藏測得各處理最終的產量，然后計算小區最終產量均值，折算667 m2最終產量。失重率[14]為單位面積鮮產量與最終產量的差值所占鮮產量百分比，公式如下：

1.4.2 農藝性狀測定 2022 年在4 月下旬至6 月下旬，每4～7 d 調查各小區出苗率、各處理單株平均葉片數、進入發棵期所需時間。各處理出苗率、發棵率達75%記為該處理進入苗期、發棵期；距收獲前5 d（此后簡稱收獲期）每小區選取5 株長勢相對一致植株，記錄分枝數，用卷尺測量株高、株幅。游標卡尺測量地上部10 cm 處莖粗。使用葉面積儀（YMJ-B 托普云農）測量第3 片新葉葉面積。

1.4.3 生理指標測定 2022 年分別在膨大期和收獲期，每小區選取5 株長勢相對一致植株，使用葉綠素儀（FK-YL04 山東方科儀器）、光合儀（SY-1020托普云農）分別測定第3 片新葉葉綠素值（SPAD）及凈光合速率（Pn）。

1.4.4 土壤理化指標 2022 年收獲后，立即在各小區壟上取10～20 cm 深的土壤，采取五點取樣法取樣，晾干，混合均勻，送唐山市食品藥品綜合檢驗檢測中心，檢測全氮、有效磷、速效鉀、有機質含量。

1.4.5 品質測定 2022 年收獲后，選取無損傷、大小均勻的根莖進行混合取樣，每處理稱取1 kg 生姜樣品送中國農業科學院蔬菜花卉研究所測定姜辣（黃）素各成分含量。

1.5 數據分析軟件

采用Excel 2017 軟件進行數據處理；采用DPS 9.05 軟件進行方差分析、相關性分析和逐步回歸分析。

2 結果與分析

2.1 不同基肥配比對生姜生長的影響

2.1.1 不同基肥配比對出苗及發棵期的影響 由表2 可以看出，出苗率在距離播種期（3 月18 日）的40～47 d 迅速提高，經60 d 左右（5 月中旬），出苗率達到最高，出苗結束；處理1、2 的33 d 出苗率均顯著高于處理3、CK；處理1、2、3 的40 d 出苗率均顯著高于CK，處理2、3 間存在顯著性差異；處理1、2、3 的47 d 出苗率均顯著高于CK，且處理1 顯著高于處理3；處理1、2 的54 d 出苗率均顯著高于CK；處理1、2 最終出苗率分別為97.7%、100.0%，處理1、2、3 均顯著高于CK；處理1、2、3 進入苗期均早于CK，處理1 較CK、處理3、2 分別早11、7、5 d；處理1、2 進入發棵期均早于處理3、CK。由此可見，基肥中添加生物菌肥的處理1、2 提前4～5 d 進入發棵期，處理1 進入苗期較其他3 個處理早5～11 d。

表2 不同處理出苗率隨時間變化情況及進入苗期、發棵期日期

2.1.2 不同基肥配比對苗期葉片數的影響 由表3可以看出，不同處理隨葉片數增加所需時間呈逐漸減少的趨勢；0～16 片葉所需時間最短為處理2（53 d），處理1（54 d）次之，最長為處理3 和CK（57 d）。

表3 不同處理葉片數增加所需時間對比d

2.2 不同基肥配比對收獲期農藝性狀、根莖指標及產量的影響

2.2.1 不同基肥配比對農藝性狀的影響 如表4所示，各處理間株高沒有顯著性差異；處理1、2、3株幅均顯著大于CK，且處理1 顯著大于2、3；處理1、2、3 分枝數均顯著大于CK；處理1 主莖粗顯著高于處理3；處理1、2、3 葉面積均顯著大于CK。

表4 不同處理收獲期農藝性狀比較

2.2.2 不同基肥配比對根莖指標和單株鮮質量的影響 由表5 可知，處理1、2、3 的根莖縱徑較CK分別增加22.23%、8.45%、8.27%；處理1、2 和3 的根莖橫徑較CK 分別增加24.27%、11.72%、29.71%；處理1、2、3 單株鮮質量較CK 分別增加60.75%、45.32%、29.44%；處理1、2 根莖質量較CK 分別增加18.55%、15.32%、處理3 根莖質量較CK 降低15.32%；處 理1、2、3 須 根 長 較CK 分 別 增 加23.12%、46.62%、11.47%，須根數較CK 分別增加55.56%、13.33%、33.30%。

表5 不同處理收獲期根莖指標比較

2.2.3 不同基肥配比對產量和失重率的影響 由表6 可知，2021—2022 年各處理鮮產量、最終產量均值由高到低依次分別為處理1（6.68、5.21 t·667 m-2）＞處理2（6.41、4.62 t·667 m-2）＞處理3（5.88、4.00 t·667 m-2）＞CK（5.25、3.57 t·667 m-2），較CK 增加的鮮產量、最終產量為處理1（27.09%、45.94%）＞處理2（21.86%、29.41%）＞處理3（11.97%、12.04%）；處理1 失 重 率 均 值 最 低（22.14%），其余依次為處理2（28.10%）＜處理3（31.96%）＜CK（33.06%）。

表6 不同處理產量和失重率比較

2.2.4 線性回歸分析 分別以最終產量為因變量Y1，以鮮產量為因變量Y2，以收獲期農藝性狀、根莖指標、失重率等（株高X1，株幅X2，分枝數X3，主莖粗X4，葉面積X5，根莖縱徑X6，根莖橫徑X7，單株鮮質量X8、根莖質量X9、須根長X10、須根數X11、失重率X12）為自變量，剔除與產量相關性不顯著的指標，得到逐步線性回歸方程：Y1=4.78+0.63X8-0.08X12 ，剩余通徑系數為0.063 29；Y2=2.92+1.27X8-0.04X11，剩余通徑系數0.03。表明單株鮮質量X8、失重率X12 是影響最終產量的主要性狀，單株鮮質量X8、須根數X11 是影響鮮產量的主要性狀。

2.2.5 相關性分析 通過對收獲期農藝性狀、根莖指標、單株鮮質量、失重率等與鮮產量、最終產量相關性分析可知（表7），鮮產量與株幅、根莖縱徑呈顯著正相關，與單株鮮質量、最終產量呈極顯著正相關，與失重率呈顯著負相關；最終產量與根莖縱徑、單株鮮質量呈顯著或極顯著正相關，與鮮產量呈極顯著正相關，與失重率呈極顯著負相關。

表7 最終產量、鮮產量與農藝性狀及根莖指標的相關性分析

2.3 不同基肥配比對根莖膨大期和收獲期光合速率（Pn）、葉綠素值（SPAD）的影響

由表8 可知，各處理根莖膨大期至收獲期凈光合速率（Pn）呈降低趨勢，葉綠素值（SPAD）呈升高的趨勢；膨大期處理1、2、3 凈光合速率均顯著大于CK，收獲期處理1、2 顯著大于CK、處理3；膨大期處理2 葉綠素值顯著大于CK，收獲期4 個處理間差異不顯著。

表8 膨大期和收獲期凈光合速率（Pn）、葉綠素值（SPAD）比較

2.4 不同基肥配比對收獲期各處理土壤養分含量的影響

由表9 可知，收獲期處理1 全氮含量顯著高于CK；處理1、2、3 有效磷含量均顯著高于CK；處理1速效鉀含量顯著高于CK；4 個處理有機質含量差異不顯著。

表9 土壤養分指標分析

2.5 不同基肥配比對收獲期根莖姜黃素和姜辣素含量的影響

由表10 可知，不同處理收獲期姜黃素和姜辣素各成分含量表現為，基肥中加入生物菌肥的處理1、2 6-姜酚、8-姜酚含量顯著高于處理3、CK，其中處理1姜黃素、去甲氧基姜黃素含量顯著高于其他3 個處理。

表10 姜黃素和姜辣素含量分析

3 討論與結論

在作物種植中需要根據種植地土壤供肥能力來確定生物菌肥與化肥、有機肥的配比[14-15]。生物菌肥對生姜產量、分枝數、葉面積有促進作用[3，16]。筆者研究發現，加入了生物菌肥作為基肥的處理1、2 較CK 增產27.09%、21.86%，這2 個處理收獲期葉面積顯著大于CK，處理1、2 收獲期分枝數顯著大于CK。添加生物菌肥對玉米[17]、白菜[18]出苗率有顯著促進作用，對黃瓜[19]葉片數增加有顯著促進作用。筆者研究發現，施用生物菌肥配合有機肥替代化肥的處理1 較其他3 個處理提前進入苗期5～11 d，添加生物菌肥的處理1、2 葉片數0～16 較不添加生物菌肥的處理提前3～4 d。前人研究表明，生物菌肥對株高的影響不明顯[20-21]，與筆者試驗得出4個處理間株高差異不顯著結論一致，同時筆者在本研究中發現生姜鮮產量與株幅、根莖縱徑呈顯著性正相關，與單株鮮質量、最終產量呈極顯著正相關，與失重率呈顯著負相關，最終產量與根莖縱徑、單株鮮質量呈顯著或極顯著正相關，與鮮產量呈極顯著正相關，與失重率呈極顯著負相關，失重率越低越有利于生姜的貯藏[22]。前人研究發現，生姜生產中可以利用生物菌肥中的有益微生物對有機物進行降解和轉化，進而促進生姜根系對養分的吸收，同時通過生姜有機肥替代化肥，可以有效減少化肥使用量，降低土壤養分流失，緩解過量使用化肥造成的污染問題，從而實現生姜品質的提高[23-26]。土壤中N、P、K 含量的增加可促進生姜凈光合速率的提高[27-29]，種植中適量加入生物菌肥可提高土壤保肥能力[30]。筆者研究發現，加入生物菌肥作為基肥的處理1、2 在膨大期、收獲期凈光合速率（Pn）顯著高于CK。土壤養分含量分析表明，處理1 的土壤全氮、有效磷、速效鉀含量顯著高于對照（CK）。姜黃素和姜辣素成分含量檢測結果表明，處理1 的姜黃素、去甲氧基姜黃素成分含量顯著高于其他3 個處理，這與邵海南等[31]、趙明等[32]的結論一致。今后有待進一步研究其他種類生物菌肥作為輔助肥料施用于生姜基肥，以實現化肥減量及肥料的合理配比。

綜上所述，生姜種植中基肥加入生物菌肥配合有機肥替代化肥的處理1 的失重率最低（22.14%），在產量、品質、土壤養分含量、凈光合速率等指標優于僅施用化肥的對照，較對照化肥用量減少30.00%，鮮產量提高27.09%。