缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝生长生理、产量及品质的影响

张富鑫，颉建明，杨海兴，魏红霞，张婧，王成

(1.甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070；2.榆中县农业技术推广中心，甘肃 榆中 730100)

结球甘蓝(BrassicaoleraceaL.var.capitataL.)是我国高原夏菜的主栽蔬菜之一，由于其营养价值高，维生素C、氨基酸、蛋白质等含量丰富，在国内外市场需求量巨大[1].新鲜甘蓝具有一定的消毒杀菌作用，对治疗溃疡有非常好的作用，能有效地加速溃疡的愈合和预防胃溃疡的恶变，因此受到广大人民群众的喜爱[2-3].近年来人们为追求产量，过量施肥，导致土壤环境恶劣，病虫害严重，产量品质下降等一系列问题出现，严重影响了结球甘蓝产业的可持续发展[4].

长期过量且单一的施用化肥会致使土壤酸化，营养物质溶解、土壤结构破坏、贫瘠化加剧，直接影响农业生产成本和作物产量及品质[5].而缓释肥因其养分利用率高，挥发、淋溶、固定少，养分释放速率与作物的需肥规律基本吻合的特性已逐渐被用于农业生产中[6].研究表明，缓释肥在减少肥料施用量的同时可为土壤提供一定的缓冲作用，可在减少肥料使用次数的同时保证作物整个生长过程的需肥量，节约人工成本，提高经济效益，是保障农业可持续发展的重要举措之一[7-8].

从产能优化、经济高效、环境友好的农业可持续发展角度出发，有机无机肥配施已决定了未来农业产业的发展方向[9].生物有机肥料所含的有机无机营养成分可直接给作物提供养分，肥料中的微生物可提高土壤中的养分转化率，改善植物根际微环境，提高植物根系活力，加快植物养分吸收，是保障作物高产优质的有效措施之一[10-11].近年来，生物有机肥配施化肥在结球甘蓝[12]、西兰花[13]、大白菜[14]、黄瓜[15]、棉花[16]等作物上进行了研究试验，但生物有机肥配施缓释肥的相关研究鲜见报道.本试验以不施肥和常规施肥作为对照，研究缓释肥部分替代化肥配施不同用量生物有机肥对结球甘蓝的生长生理、产量及品质的影响，为甘蓝产业的可持续发展提供施肥指导和理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省兰州市榆中县三角城乡康源农业体验园(N 35°53′，E 104°9′)进行，地处黄土高原，属于温带半干旱大陆性气候，年均气温6.7 ℃，降水量400 mm，无霜期120 d左右，种植土壤为黄绵土，前茬作物为西葫芦.播种前的土壤基础肥力为：全氮0.37 g/kg、全磷4.36 g/kg、全钾28.71 g/kg、速效钾233.33mg/kg、有效磷145.82 mg/kg、碱解氮59.81 mg/kg、pH值7.22、电导率247.30 μs/cm、有机质21.58 g/kg.

供试材料为邢台市辰惠种业有限公司生产的美玉-23结球甘蓝(榆中县农业技术推广中心提供).供试肥料为市售尿素(N≥46%)、过磷酸钙(P2O5≥12%)和磷酸二铵(N-P2O5-K2O:18-46-0)，甘肃奔马环保科技有限责任公司生产的“金化2代”复合肥(N-P2O5-K2O:17-17-17)、湖北浩斯特化肥有限公司生产的“金浩斯特”缓控释肥(N-P2O5-K2O:26-11-11)、中农(天津)化肥有限公司生产的“速俄TPK”硫酸钾(K2O≥52%)、甘肃绿能瑞奇生物技术有限公司生产的生物有机肥(有机质≥45%、有效活菌数≥0.2亿).

1.2 试验设计

试验于2020年6月育苗，7月20日定植，共设置4个处理，分别为：CK0：不施肥；CK：当地常规施肥，N：33.8 kg/667m2、P2O5：38.6 kg/667m2、K2O：18.2 kg/667m2；T1：缓释肥部分替代化肥配施400 kg/667m2生物有机肥，N：22.7 kg/667m2(缓释肥提供14.2 kg，尿素提供8.5 kg)、P2O5：6.0 kg/667m2(全部由缓释肥提供)、K2O：20.9 kg/667m2(缓释肥提供6.0 kg，硫酸钾提供14.9 kg)、400 kg生物有机肥；T2：缓释肥部分替代化肥配施800 kg/667m2生物有机肥，N：22.7 kg/667m2(缓释肥提供14.2 kg，尿素提供8.5 kg)、P2O5：6.0 kg/667m2(全部由缓释肥提供)、K2O：20.9 kg/667m2(缓释肥提供6.0 kg，硫酸钾提供14.9 kg)、800 kg生物有机肥；采用随机区组排列，重复3次，共15个小区，每小区面积48 m2，膜垄栽培，一垄双行，垄宽65 cm，沟宽40 cm，株距25 cm.CK处理施肥量由当地调查统计所得，T1、T2处理施肥量根据结球甘蓝吸肥规律(每生产1 000 kg结球甘蓝需N 3.4 kg、P2O50.75 kg、K2O 4.7 kg)计算所得，与CK相比，化肥总量减施45.3%，其中N减施33%，P2O5减施85%，K2O增施15%.定植前将生物有机肥、缓释肥、过磷酸钙、磷酸二铵一次性基施，后期追施两次，莲座期追施40%，结球期追施60%.植株样品分别于幼苗期(8月3日)、莲座期(8月16日)、结球期(8月30日)、采收期(9月12日)进行采集，各小区随机选取3株样品进行指标测定.田间管理措施与当地农作习俗保持一致.

1.3 试验方法

生长指标 中心柱用直尺测定，球高、球茎用精确度为千分之一的电子游标卡尺测定，鲜质量用电子天平测定，产量用电子秤测定[17-19].

生理指标 采用丙酮浸提法测定结球甘蓝功能

叶中叶绿素和类胡萝卜素含量；红四氮唑法(TTC法)测定根系活力[19-20].

营养品质 采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；水杨酸法测定硝酸盐含量；钼蓝比色法测定维生素C含量；考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白含量；茚三酮比色法测定游离氨基酸含量；CXC-06粗纤维测定仪(浙江托普云农科技股份有限公司)测定粗纤维含量[21].

1.4 数据分析

数据采用统计分析软件SPSS 26.0进行统计学分析、主成分分析、Pearson相关性分析，利用Excel进行数据统计分析和制图.

2 结果与分析

2.1 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝生长性状的影响

2.1.1 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝农艺性状的影响 从表1可以看出，各指标整体变化为T2>T1>CK>CK0，T1、T2处理结球甘蓝农艺性状指标较CK均有不同程度的提高.具体表现在：与CK相比，T1、T2可以提高叶球高和单球质量，提高幅度为12.8%～16.3%和4.2%～12.2%，其中以T2表现最优，与CK相比具有显著性差异，T1处理虽提高了单球质量，但影响程度并未达到显著水平；T1、T2球宽和紧实度较CK均有不同程度的增高，增高幅度范围分别为6.1%～12.7%和13.2%～17.7%，影响程度均达到了显著水平；T1、T2较CK中心柱也有所提高，提高幅度为12.2%～19.9%，仅与T2存在显著差异，表明缓释肥部分替代化肥配施800 kg/667m2生物有机肥对结球甘蓝生长发育具有显著的促进作用.

表1 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝农艺性状的影响

表2 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝产量及产值的影响

2.1.2 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝产量及经济效益的影响 由表2可得，不同施肥处理间经济产量差异显著，与CK相比，T1、T2处理显著提高了结球甘蓝经济产量，提高幅度为12.9%～16.4%，T1、T2间差异显著；生物产量在T1、T2处理下显著提高，较CK分别提高了14.3%和19.8%.不同施肥配比条件下提高幅度不同，产值随生物有机肥配施比例的提高显著提高，在T2处理下最高；各处理间经济系数变化幅度为0.72～0.74，差异并未达到显著水平.表明经济产量、生物产量、产值均在T2处理下效果最佳.

各处理经济利润分析见图1，整体经济利润呈现先增高后降低的趋势，T1处理达到最大值；与CK相比，T1、T2处理显著提高经济利润，提高了9.5%和9.3%；T1、T2间未表现出显著差异.由图2可以看出，各施肥处理肥料贡献率整体呈上升趋势，T1处理变化幅度最大.与CK相比，T1、T2分别提高了15.0%和17.6%.

表3 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝色素含量与根系活力的影响

图1 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝经济利润的影响Figure 1 Effects of slow-release fertilizer com-bined with bio-organic fertilizer on economic profit of Brassica oleracea L.var.capitata L.

图2 缓释肥配施生物有机肥对肥料贡献率的影响Figure 2 Effect of slow-release fertilizer combined with bio-organic fertilizer on fertilizer utilization efficiency

2.2 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝生理的影响

2.2.1 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝色素含量的影响 如表3所示，4种色素含量由CK0到T2依次升高.T1、T2处理下叶绿素a含量较CK显著提高10.0%～42.5%，且T1、T2间差异显著；叶绿素总量和类胡萝卜素与叶绿素a表现出相似规律，提高幅度分别为11.4%～40.3%和11.4%～38.4%；T2处理的叶绿素b含量显著高于CK，但与T1处理之间无显著差异，同样，T1处理与CK差异亦不显著.表明缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝功能叶中的色素含量均有不同程度的提高，其中T2处理提高幅度最大.

2.2.2 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝根系活力的影响 各施肥处理下结球甘蓝根系活力的变化如表5所示.与CK相比，T1、T2植物根系活力显著提高22.0%～51.9%；T1、T2处理间根系活力差异显著.说明在同一缓释肥水平下，根系活力随生物有机肥施用量的增加而提高，且在T2处理下活力最强.

2.3 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝品质的影响

2.3.1 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝硝酸盐和粗纤维含量的影响 硝酸盐含量是叶菜类蔬菜的重要品质指标之一.由表4可以看出，硝酸盐含量按CK、T1、T2、CK0的顺序依次降低.与CK相比，T1、T2显著降低硝酸盐含量19.6%～34.6%，不同生物有机肥配比条件下降低幅度不同，在同一缓释肥水平下，硝酸盐含量随生物有机肥配施比例的提高而降低；缓释肥配施生物有机肥处理较常规施肥处理的粗纤维含量均有不同程度降低，但并未表现出差异性.

2.3.2 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝维生素C和可溶性糖含量的影响 由表4可以看出，各处理下结球甘蓝维生素C含量为T2>T1>CK>CK0，数值为495.6～561.9 mg/kg；与CK相比，T1、T2处理维生素C含量均有不同程度的提高，分别提高了9.5%和10.0%；且仅与T2差异达到显著水平.可溶性糖含量变化幅度为0.87%～1.55%，与CK相比，T1、T2可溶性糖含量显著提高，分别提高了51.7%和65.8%； T1、T2处理间无显著差异，T2较T1提高9.3%.

2.3.3 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝溶性蛋白和游离氨基酸含量的影响 由表4可得，结球甘蓝中可溶性蛋白和游离氨基酸含量分别为575.6～895.4 mg/kg和11.2～23.0 mg/kg，均以T2处理最高，与CK相比，可溶性蛋白含量提高19.1%； T2较T1提高13.8%.各处理间游离氨基酸含量差异显著；与CK相比，T1、T2分别提高3.81%和8.01%；T2较T1提高了4.2%.

表4 缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝品质的影响

2.4 相关性分析

对不同施肥处理结球甘蓝的20项指标进行Pearson相关性分析，结果如表5所示.结球甘蓝的单球质量与中心柱、紧实度、产量、维生素C等一系列指标均呈显著正相关(P<0.01)，表明：当单球质量越大时，结球甘蓝产量越高，品质越好.叶绿素a与叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素均呈现显著正相关性(P<0.05)，当叶绿素a含量升高时，结球甘蓝中光合色素含量随之增大，可促进植株生长，提高产量与经济效益.游离氨基酸与球高、紧实度、产量、类胡萝卜素、可溶性蛋白等一系列指标存在显著正相关性(P<0.05)，表明植株长势越好，游离氨基酸、可溶性蛋白、类胡萝卜素含量以及产量越高.粗纤维含量与中心柱和可溶性蛋白呈显著负相关(P<0.05)，说明植株中粗纤维含量会随结球甘蓝生长，品质和口感的提升而降低.

表6 主成分特征值及方差贡献率

表7 旋转后的成分矩阵A

综上所述，不同施肥结球甘蓝的各指标间均存在不同程度的相关性，说明20项指标间存在信息重叠，如若要进行综合性分析评价，则必须剔除各指标间的重叠信息，避免结果受到其影响，因而需要采用主成分分析法对其进行综合性分析评价.

2.5 主成分分析

通过主成分分析可得到主成分特征值、贡献率、累计贡献率.本试验选取累计贡献率大于95%的主成分进行分析比较.由表8可知，第一主成分特征值为16.133，反映了本试验4个处理20项指标80.663%的信息，第二主成分特征值为2.919，反映了本试验4个处理20项指标14.593%的信息，前两个主成分代表了20项指标95% 以上的综合状况，说明这两个主成分可以代表原始变量95%以上的信息，因此，提取前两个主成分可代替20项指标对结球甘蓝整体性状进行综合性分析评价，来达到降维目的.

表8 综合得分和排序

根据主成分分析按95%贡献率提取两个主成分进行分析模型的构建，将各指标的主成分特征值进行开方处理，然后用主成分载荷(表7)除以开放处理后的特征值得到对应的特征向量，以特征向量为权重构建两个主成分的函数表达式：

Y1=0.24X1+0.25X2+0.25X3+0.25X4+0.24X5+0.24X6+0.24X7-0.21X8+0.24X9+0.23X10+0.21X11+0.23X12+0.24X13+0.18X14+0.05X15+0.02X16+0.24X17+0.23X18+0.25X19-0.23X20

Y2=0.04X1-0.03X2+0.00X3-0.02X4+0.06X5+0.05X6+0.11X7+0.16X8+0.02X9+0.14X10+0.23X11+0.15X12+0.14X13+0.39X14-0.57X15+0.57X16-0.14X17+0.02X18+0.01X19+0.18X20

上述函数表达式中X1、X2、X3……X20分别代表单球质量、球高、球宽、中心柱、紧实度、经济产量、生物产量、经济系数、增产率、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素、根系活力、硝酸盐、可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、游离氨基酸、粗纤维.将两个主成分对应的方差贡献率作为权重，由主成分得分和对应点线性权重加权求和得到综合评价函数.

综合得分Z=80.663%Y1+14.595%Y2

根据主成分综合得分函数模型可得出缓释肥配施生物有机肥处理下结球甘蓝的对应得分和综合排名，即T2>T1>CK>CK0(表8)，确定出结球甘蓝的最优施肥处理.

3 讨论

缓控释肥因其养分释放周期长，释放速度慢，与作物吸收相同步，能使营养元素发挥最大的肥效与利用率，可满足植物整个生长发育期的养分需求，因而正在被人们广泛利用[7].生物有机肥可提高土壤有机质，改善土壤理化性质，提高土壤微生物含量，有利于作物根系的伸展和对养分的吸收[22-23].刘玉英等[24]、Saleha F等[25]在结球甘蓝上的研究表明，化肥配施生物有机肥可促进植物生长，提高甘蓝单球质量、提升中心柱高度，增加生物产量等.本研究发现，缓释肥配施生物有机肥在减少肥料施用量，降低肥料施用次数的同时，使结球甘蓝各项农艺指标均有不同程度的增加.说明缓释肥配施生物有机肥可为植物生长提供充足的养分，促进结球甘蓝生长发育.张红梅等[26]在黄瓜上研究表明，有机肥施入量为15 t/hm2配施一定量的无机肥对蔬菜生长发育促进最明显，这一结论与本试验的缓释肥配施800 kg/667m2的生物有机肥结论相似.在一定缓释肥水平下，T2处理显著提高了结球甘蓝的产量，这与丁文娟等[27]对香蕉的研究结果相似.说明缓释肥配施生物有机肥可明显促进蔬菜作物生长发育和提高产量.

研究表明，生物有机肥可改善植物根际环境，提高植物根系活力.王庆玲等[28]、朱代强等[29]等对蒜苗研究表明，在化肥与生物有机肥配合施用的情况下可促进植物根系发育，提高根系活力，本研究中，缓释肥的加入使得促进效果更加明显，说明缓释肥配施生物有机肥可提高土壤肥力，改善植株生长环境，促进植株根系发育，提高植株根系活力.木合塔尔·扎热等[30]研究表明，提高肥料中有机肥配比，可增加骏枣功能叶中的叶绿素、类胡萝卜素等色素含量，提高光合速率，本研究中，在不改变无机肥使用量的同时，提高生物有机肥用量，可使功能叶中的色素含量显著增加，表明随着生物有机肥施用量的提高，结球甘蓝功能叶中的叶绿素、类胡萝卜素等色素含量也随之显著提高.

研究表明，生物有机肥的施用对蔬菜品质具有一定的影响.杨鹏等[31]在研究生物有机肥和化肥对结球甘蓝生长的影响中发现，生物有机肥对结球甘蓝的产量、氨基酸含量、维生素C、可溶性糖等营养品质和农艺性状均有显著的影响.王冰清等[32]对黄瓜、苦瓜、甘蓝研究表明，有机无机肥配施对其可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C均有显著提高，同时也是降低蔬菜中硝酸盐含量的有效措施.徐卫红等[33]研究发现，施用有机肥可以调节果实酸度，提高果实口味，也可提高叶菜类蔬菜的氨基酸含量.本试验发现与CK处理相比较，缓释肥配施生物有机肥显著增加了结球甘蓝中维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸含量，降低了硝酸盐和粗纤维含量.在一定范围内，随着生物有机肥施入量的增加，维生素C、可溶性糖含量均有所增加，硝酸盐含量有所下降，这一结论与赵征宇等[34]关于有机无机肥配施对土壤氮素转化和番茄产量品质的影响的研究结论相符合.结果表明缓释肥配施生物有机肥可改善作物品质，且在一定范围内，随着有机肥施入量的增加作物品质随之提高.

4 结论

在常规施肥减量45.3%的基础上，用缓释肥替代52.8%化肥，并配施800 kg/667m2生物有机肥为优选处理，可显著促进结球甘蓝生长发育，增加功能叶中叶绿素、类胡萝卜素等色素的含量，改善营养品质，提高产量，是实现农业可持续发展的有效途径之一.