化肥减量配施生物有机肥对紫甘蓝产量、品质及干物质和养分分配的影响

Combined effects of chemical fertilizer reduction and bio-organic fertilizer application on purple cabbage yield，quality，dry matter，and nutrient distribution

摘要

目的 筛选西北高原紫甘蓝提质增效的适宜施肥模式。 方法 以紫甘蓝品种紫宝为试验材料，共设5个施肥处理，分别为不施肥（CK₀），当地常规施肥（CK₁），化肥减量30%平衡施肥+400 kg/667m²生物有机肥（T₄₀₀），化肥减量30%平衡施肥+600 kg/667 m²生物有机肥（T₆₀₀），化肥减量30%平衡施肥+800 kg/667 m²生物有机肥（T₈₀₀），测定分析紫甘蓝产量、品质、干物质和养分吸收积累。 结果 与CK₁相比，T₆₀₀处理的株高、茎粗和叶片数分别提高了5.00%、12.5%和17.39%；维生素C，可溶性蛋白和可溶性糖含量分别提高了19.09%、9.35%和18.87%。紫甘蓝的经济效益以T₆₀₀处理最佳，较CK₁提高了982.96元/667 m²。T₆₀₀处理总干物质积累量较CK₁提高10.43%，叶球氮素、磷素、钾素积累量分提高了7.49%、18.75%和12.86%。 结论 化肥减量30%平衡施肥+600 kg/667 m²生物有机肥能够促进紫甘蓝养分合理分配和吸收积累，提质增产效果显著，经济效益最高。

Abstract

Objective To identify an optimal fertilization model for enhancing the quality and yield of purple cabbage in the Northwest Plateau of China. Method Using the purple cabbage variety Zibao as the test material，five fertilization treatments were established: no fertilization (CK₀)，local conventional fertilization (CK₁)，balanced fertilization with a 30% reduction of chemical fertilizer plus 400 kg/667 m² of biological organic fertilizer (T₄₀₀)，balanced fertilization with a 30% reduction of chemical fertilizer plus 600 kg/667 m² of biological organic fertilizer (T₆₀₀)，and balanced fertilization with a 30% reduction of chemical fertilizer plus 800 kg/667 m² of biological organic fertilizer (T₈₀₀).The yield，quality，dry matter，and nutrient absorption and accumulation of purple cabbage were measured and analyzed. Result Compared with CK₁，the T₆₀₀ treatment showed an increase in plant height，stem diameter，and leaf number by 5.00%，12.5%，and 17.39%，respectively.The contents of vitamin C，soluble protein，and soluble sugar increased by 19.09%，9.35%，and 18.87%，respectively.The economic benefit of purple cabbage was highest in the T₆₀₀ treatment，which yielded 982.96 yuan/667 m² more than CK₁.The total dry matter accumulation in the T₆₀₀ treatment was 10.43% greater than that of CK₁，and the accumulation of nitrogen，phosphorus，and potassium in the leaf bulb was 7.49%，18.75%，and 12.86% higher，respectively，than that of CK₁. Conclusion A balanced fertilization strategy involving a 30% reduction of chemical fertilizer combined with 600 kg/667 m² of biological organic fertilizer can promote the rational distribution，absorption，and accumulation of nutrients in purple cabbage.This approach significantly improves quality and yield，and offers the highest economic benefit.

Graphical abstract

关键词

紫甘蓝 / 化肥减施 / 平衡施肥 / 生物有机肥 / 养分吸收分配

Key words

purple cabbage / chemical fertilizer reduction / balanced fertilization / biological organic fertilizer / nutrient absorption and distribution

Author summay

尚玮瑶，硕士研究生。E-mail：[e-mail]

紫甘蓝（Brassica oleracea L.）是十字花科芸薹属结球甘蓝的一个变型，又称红甘蓝、赤甘蓝^［1］。除富含蛋白质，大量的维生素B、C和E外，紫甘蓝中花青素苷和纤维素含量也极其丰富，极富保健价值，具有保护皮肤健康、补充营养等作用^［2-3］。作为甘肃省兰州市榆中县高原夏菜主要种类之一，紫甘蓝具有适应性广、速生、早结丰产、保质期长等特点，是当地农民致富增收的重要经济作物^［4-5］。

化肥是蔬菜优质高产的物质基础，但过量施肥，不仅导致肥料利用率降低，未被充分利用的氮磷钾养分流失而造成环境污染和水体富营养化，还会导致蔬菜品质下降，严重影响了农业可持续发展^［6-8］。因此，寻求合理的施肥技术对促进蔬菜提质增效、节约资源、保护环境具有重要意义。生物有机肥主要以动植物残体为原材料，并经无害化、腐熟处理而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的复合肥料^［9］。与化肥相比，生物有机肥肥效更持久、有机质含量高，使用生物有机肥既可以为作物提供全面养分，促进作物生长发育，又可以提高其产量和品质，同时可以增加土壤有机质含量^［10-11］。前人研究表明，化肥减量配施生物有机肥可以提高作物的产量和品质，以及作物根系活力和作物抗性，增加植株中的养分含量，提高肥料利用率^［12-14］。如唐宇^［15］研究发现配施生物有机肥能够提高番茄的株高、茎粗和真叶数，提高番茄产量。王赫等^［16］研究结果表明，生物有机肥部分替代化肥不仅提高了辣椒产量，还降低了病果率。李菊等^［17］研究发现，平衡施肥使松花菜氮、磷、钾含量均有提高，促进了松花菜养分的吸收积累与合理分配。闫龙翔等^［18］在黄瓜上的研究表明，化肥减量配施生物有机肥有效地提高了黄瓜品质，使黄瓜维生素C含量增加，硝酸盐含量降低，改善果实口感和品质。

甘肃省兰州市榆中县因其独特的地理环境和气候条件，是高原夏菜的主产区，其中紫甘蓝具有一定的代表性，但在紫甘蓝栽培过程中，当地农民为提高作物产量、追求更高的经济效益，化肥超量施用及养分不平衡等问题普遍存在^［19］。而目前关于西北高原地区紫甘蓝化肥减量配施生物有机肥的研究鲜见报道。因此，本试验以紫甘蓝品种紫宝为试验材料，研究不同施肥处理对紫甘蓝生长品质、产量、经济效益、养分吸收利用的影响，旨在筛选紫甘蓝化肥配施生物有机肥的适宜施肥模式，提高养分利用率，改善产品品质，增加农民收益，为当地紫甘蓝产业提质增效和可持续发展提供科学合理的施肥方案和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于兰州市榆中县城关镇李家庄村高原夏菜种植基地（N 35°85'，E 104°14'），该地区属于温带半干旱大陆性气候，平均海拔1 830 m，年平均气温6.5 ℃，年均降雨量300~400 mm，蒸发量1 343.1 mm，年日照时数2 562.5 h，无霜期150 d左右。试验地地势平坦，土壤类型为黄绵土，肥力水平均匀，0~20 cm耕层土壤理化性状如表1所示。

1.2 供试材料

供试材料为紫甘蓝品种紫宝。

供试肥料为市售尿素（N≥46%）、过磷酸钙（P₂O₅≥12%）、硫酸钾（K₂O≥52%）、磷酸二铵（N∶P₂O₅∶K₂O=18%∶46%∶0%）、沃夫特三元复合肥（N∶P₂O₅∶K₂O=18%∶18%∶18%），生物有机肥（N+P₂O₅+K₂O≥5%，有机质含量≥40%，腐殖酸含量≥25%，有效活菌数≥0.2亿个/g），由甘肃绿能瑞奇生物技术有限公司生产。

1.3 试验设计与方法

试验采用随机区组设计，共设置5个处理，分别为不施肥（CK₀）、常规施肥（CK₁）、化肥减量30%平衡施肥+400 kg/667 m²生物有机肥（T₄₀₀），化肥减量30%平衡施肥+600 kg/667 m²生有机肥（T₆₀₀），化肥减量30%平衡施肥+800 kg/667 m²生物有机肥（T₈₀₀）。每个处理小区面积为58.5 m²（4.5 m×13 m），重复3次。采用一垄双行半膜栽培模式，株距55 cm，行距55 cm，于2022年5月17日定植，2022年7月28日采收。生物有机肥、磷肥和30%的氮肥、钾肥作为基肥，于紫甘蓝定植前一次性施入土壤，并深耕混匀；剩余70%的氮肥、钾肥分别于莲座期（30%）、结球初期（20%）和结球中期（20%）分3次追施。

试验中各平衡施肥处理肥料施用量及比例是基于土壤养分平衡理论，根据紫甘蓝对氮磷钾的需求量和土壤供肥能力，确定试验中各平衡施肥处理肥料施用量。每生产1 000 kg紫甘蓝需要的N、P₂O₅、K₂O分别为4.1、1.4、4.9 kg，理论施肥比例N∶P₂O₅∶K₂O =1∶0.34∶1.20，目标产量设为4 000 kg，计算获得氮磷钾的施用量。与当地常规施肥量相比，化肥总量减少30%，其中N减施15.7%，P₂O₅减施76.3%，K₂O增施37.7%。各处理施肥量见表2。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 植株形态

每个小区随机选取5株紫甘蓝，分别测定植株的株高、茎粗、叶片数，其中株高用钢卷尺测量从地面处至顶端生长点的距离；茎粗用游标卡尺测量根茎连接点向上1 cm处直径；叶片数统计横径大于3 cm的莲座叶叶片数目。

1.4.2 产量及其构成因素

待紫甘蓝叶球达到采收标准后，每个小区选取25株，测量叶球横径、叶球纵径和叶球质量，叶球横径、叶球纵径用游标卡尺测量，叶球重用电子秤（精度0.01 g）测量。

1.4.3 品质

成熟期每个小区随机选取5株紫甘蓝，用于测定叶球品质指标。可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C和硝酸盐的测定均参考李合生^［20］的方法并优化。

1.4.4 植株干物质及养分含量的测定

每个小区随机选取5株紫甘蓝，整株挖出，按根、茎、叶、叶球将其分开，分别称量其鲜质量，然后置于烘箱105 ℃杀青30 min，再调至80 ℃烘至恒质量，分别测定各器官的干质量。

植株氮磷钾元素的前处理采用H₂SO₄-H₂O₂湿氏消解法进行，凯氏定氮法测其全氮含量，钼锑抗比色法测其全磷含量，火焰光度计法测其全钾含量^［21］。

1.5 数据处理与分析

试验数据采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析，并用Duncan’s新复极差 法进行多重比较（P<0.05），Excel 2019进行数据统计和制图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对紫甘蓝植株形态的影响

不同施肥处理对紫甘蓝植株形态的影响见图1。图1-A表明，T₈₀₀处理株高显著高于其他处理，相比CK₁处理增加了7.35%。不同处理下紫甘蓝茎粗变化最为明显，T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀处理的茎粗分别比CK1提高了6.62%，12.5%和19.85%（图1-B）。图1-C显示了不同处理下紫甘蓝叶片数，与CK₁相比，T₄₀₀、T₆₀₀、T₈₀₀处理植株叶片数均有提高，其中T₆₀₀和T₈₀₀处理叶片数增加显著，较CK₁处理分别增加了17.39%和21.74%。

2.2 不同施肥处理对紫甘蓝各器官干物质积累和分配的影响

由表3可知，化肥减量平衡施肥条件下增施生物有机肥促进紫甘蓝各器官干物质积累量的增加，其中T₈₀₀处理下总干物质量积累最高，其次是T₆₀₀与T₄₀₀处理，与CK₁相比分别提高了14.76%，10.43%和5.56%。各处理对根、茎干物质积累影响不显著，叶片与叶球干物质积累量随生物有机肥的配施量增加，T₈₀₀处理叶片和叶球干物质积累显著高于其他处理，T₆₀₀次之，较CK₁分别增加了8.32%、30.16%和4.43%、24.43%。从干物质分配的角度来看，各处理下根系干物质、茎干物质和叶片干物质分配率随生物有机肥的增加而降低，叶球干物质分配率则相反，与CK₁相比，T₄₀₀、T₆₀₀与T₈₀₀处理下干物质向叶球的分配率分别提高了8.69%、12.63%和13.90%。

2.3 不同施肥处理对紫甘蓝产量及其构成因素的影响

单球质量、叶球横径和纵径是紫甘蓝产量构成的重要因素。由表4可知，化肥减量平衡施肥条件下配施生物有机肥后紫甘蓝产量增加显著。与CK₁相比，T₈₀₀、T₆₀₀处理下紫甘蓝单球质量显著提高，较CK₁分别提高了13.77%和12.57%。施用生物有机肥后紫甘蓝叶球横径和纵径均有增加，表现为T₈₀₀>T₆₀₀>T₄₀₀>CK₁>CK₀。从增产情况来看，T₄₀₀、T₆₀₀、T₈₀₀处理下增产率分别为6.09%、12.43%、和13.50%，其中T₈₀₀处理下紫甘蓝产量最高，T₆₀₀次之，两者差异不显著。

2.4 不同施肥方式对紫甘蓝经济效益的影响

经济效益直接影响农民收入。由表5可知，T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀处理下，紫甘蓝的经济效益均明显提高，较CK₁处理分别提高了3.02%，7.28%和6.03%。与CK1相比，T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀处理下紫甘蓝的产值均有所提高，但肥料成本也相应增加，T₈₀₀比T₆₀₀肥料成本增加了370元/667 m²，导致经济效益降低。T₆₀₀处理经济效益最佳，比CK₁处理增收了982.96元/667 m²。

2.5 不同施肥处理对紫甘蓝营养品质的影响

由表6可知，化肥减量平衡施肥条件下，随着生物有机肥施入量的增加，各处理维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量均逐渐提高，且显著高于CK₁、CK₀，其中T₈₀₀处理的维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量较CK₁分别提高了31.99%，10.79%和25.83%。硝酸盐含量以当地常规施肥处理CK₁最高，T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀处理较CK₁分别降低38.42%、34.32%和31.06%，差异显著。

2.6 不同施肥处理对紫甘蓝各器官氮素吸收积累及分配的影响

紫甘蓝各器官氮素吸收积累及分配率如表7所示。T₄₀₀与T₆₀₀处理下的紫甘蓝根和茎氮素积累量均低于CK₁处理，而T₈₀₀略高于CK₁，根与茎的氮素积累量分别提高了1.75%和1.19%。叶片氮素积累量以CK₁处理最高，表现为CK₁>T₆₀₀>T₈₀₀>T₄₀₀>CK₀。相比于CK₁，其余各处理叶球氮素积累量均提高，并随生物有机肥的增加而增加，T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀处理分别提高了3.24%、7.49%和13.36%。氮素在紫甘蓝叶片分配比率最高，各施肥处理氮素分配率以CK₁最大；叶球则相反，CK₁最小，T₈₀₀分配率最大，T₈₀₀处理下叶球氮素分配率较CK₁提高13.66%。

2.7 不同施肥处理对紫甘蓝各器官磷素吸收积累及分配的影响

如表8所示，紫甘蓝根、茎和叶的磷素积累量以CK₁处理最高，但随着有机肥施用量的增加表现为CK₁>T₈₀₀>T₆₀₀>T₄₀₀>CK₀。此外，叶球中磷素的积累量同样随生物有机肥施用量的增加而增加，与CK₁相比T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀处理下磷素的积累量分别增加了8.24%、17.65%和23.53%。从分配率来看，不同处理下紫甘蓝叶磷素分配率最大，其次是叶球，茎与根最小。叶片中的磷素分配率以CK₁处理最高。而在叶球中磷素分配率以CK₁处理最低，T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀较CK₁分别提高了31.95%、28.07%和26.55%。

2.8 不同施肥处理对紫甘蓝各器官钾素吸收积累及分配的影响

表9显示，根系钾元素含量以T₈₀₀处理最高，比CK₁高12.70%，T₄₀₀和T₆₀₀处理低于CK₁。茎和叶中，各处理下钾素积累量均低于CK₁。施用生物有机肥后，各处理叶球中钾素含量均高于CK₁处理，T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀处理较CK₁分别提高了3.99%、12.86%和18.48%。紫甘蓝各器官中，叶片中钾素分配率以CK₁处理最高，各施用有机肥处理差异虽不显著，但随有机肥施用量的增加而降低。叶球中T₄₀₀、T₆₀₀和T₈₀₀处理下钾素分配率均显著提高，分别较CK₁提高9.38%、12.55%和11.87%。这表明生物有机肥部分替代化肥处理促进钾素向花球的运输积累，以T₆₀₀处理最为显著。

3 讨论

化肥减量配施生物有机肥在调控作物生长、改善品质和提高产量方面发挥着积极作用^［22-23］。刘正洋等^［24］研究发现，增施生物有机肥可以提高结球甘蓝产量，改善果实品质，促进植株生长。张丹等^［25］的结果表明，生物有机肥部分替代化肥处理可以促进蒜薹和蒜头的产量增加。本研究结果与前人研究一致，产量和经济效益均随着有机肥施用量的增加呈现先增加后降低的趋势，适宜有机肥施肥量因作物种类有差异。本试验条件下，化肥减量30%平衡施肥并配施600 kg/667 m²生物有机肥处理的紫甘蓝的株高、茎粗和叶片数均显著高于常规施肥处理，且产量提高13.5%，经济效益提高7.28%。说明化肥减量条件下，适当配施生物有机肥，既节约肥料，减少化肥成本投入，又促进了作物的生长，提质增产的同时经济效益达到最高。

品质是衡量蔬菜作物口感、营养价值和经济价值的重要标准，科学的施肥能够保证蔬菜产品质量^［26］。谢育利等^［27］研究发现不同生物有机肥替代化肥处理的生菜维生素C含量增加，硝酸盐含量减少。何东霞等^［28］研究表明配施生物有机肥可以提高韭菜中可溶性蛋白和可溶性糖含量。本研究结果表明，化肥减量30%平衡施肥并配施生物有机肥处理均可以提高紫甘蓝中可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量，降低硝酸盐含量，紫甘蓝品质明显改善，增加了其食用价值。

干物质积累量可以反映作物的生长状况，科学施肥有利于干物质的积累和合理分配^［29］。王耀^［30］研究表明，与常规施肥相比，化肥减量配施生物有机肥有利于马铃薯干物质积累与分配。张迎春等^［31］在对莴笋的研究中也发现生物有机肥替代20%化肥可显著增加莴笋干物质积累量和养分积累量。本试验研究发现，化肥减量配施生物有机肥可以增加紫甘蓝的干物质积累量，特别是可以促进干物质分配率向紫甘蓝叶球运输，提高经济产量。这与张富鑫等^［32］对结球甘蓝的研究结果一致，证明化肥减量配施生物有机肥可以提高甘蓝的干物质积累量和产量。

大量研究表明，氮、磷、钾肥对作物生长发育至关重要，合理施肥能促进作物对肥料养分的吸收积累与分配^［33-34］。李杰等^［35］研究表明，施用生物有机肥可以提高作物对氮磷钾肥的利用率和吸收量。胡丹丹等^［36］研究发现，有机肥替代部分化肥有利于养分向水稻籽粒运输分配，显著提高其产量。本试验结果表明，化肥减量30%配施生物有机肥不同程度提高了紫甘蓝各器官对氮、磷、钾养分的吸收利用，尤其显著提高了叶球养分积累量，其中配施600 kg/667 m²生物有机肥效果最突出。表明科学施肥可以促进紫甘蓝对养分的吸收，利于养分向叶球分配，进而达到高产的目的。

4 结论

化肥减量30%配施生物有机肥可促进紫甘蓝生长、增加紫甘蓝维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量，改善其品质；有利于紫甘蓝各器官对氮、磷、钾元素的吸收和积累，促进养分向叶球的分配转移，增加产量。以化肥减量30%平衡配施600 kg/667 m²生物有机肥（T₆₀₀）处理最佳，达到了提质增产，减肥增效、经济效益最高的目的。

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基金资助

甘肃省教育厅产业支撑计划项目(2021CYZC-45)