大蒜(
Allium sativum L.)幼苗又称蒜苗,属百合科葱属,为1~2年生草本植物,是我国栽培历史悠久的重要经济作物
[1]。其营养价值丰富,含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素C和可溶性糖等多种营养成分,且具有较高的药用价值,经常食用能提高人体免疫力,在预防皮肤癌和胃癌等方面发挥积极作用
[2-3]。然而,随着大蒜种植规模的持续扩大,生产中面临的问题日益突出,长期连作导致土壤养分失衡,引发大蒜植株生长受阻、蒜头偏小、蒜薹纤细等问题
[4]。同时,生产者普遍偏重N、P、K等大量元素肥料的施用,忽视了微量元素的科学配比,而微量元素缺乏会致使大蒜植株矮小、叶片黄化,干扰光合作用等生理代谢过程,最终导致产量下降、品质降低
[5-6]。因此,研究更合理的大蒜施肥方式,是打破连作导致的土壤养分失衡、补其微量元素供给缺口的核心途径,可有效缓解植株生长受阻、叶片黄化等问题,避免产量下降与品质降低;同时对保障作物的生产效益、维持其丰富营养与药用价值具有关键意义。
硅作为植物生长的重要营养元素,在促进作物增产、改善品质及提高抗逆性等方面作用显著
[7],不仅能改良酸性土壤,增强土壤微生物活性
[8-9],还可提升作物光合速率
[10],促进根系生长和分枝,进而实现产量提高和品质改善
[11]。水溶性硅肥作为一种新型肥料,具有溶解性高、吸收快、施用便捷及环保性强的特点
[12],通过叶面喷施可经叶片快速吸收并转移至植株各部位,从而有效提高作物产量和品质。已有研究表明,喷施水溶性硅肥能降低油菜籽粒和豆荚对Cd的吸收并提高其生物量
[13]。叶面施肥可显著提升草莓果实的可溶性固形物、可溶性糖含量及糖酸比、硬度
[14]。目前,水溶性硅肥在水稻、小麦等粮食作物上多以灌根方式应用
[15-16],在蒜苗等蔬菜作物上应用的报道较少。目前,水溶性硅肥对蒜苗的适配性及体内转运机制不明,连作下硅肥调控土壤酶活、改善养分失衡无具体量化研究结果。因此,本试验以‘四川大蒜’为材料,探究不同浓度水溶性硅肥对蒜苗生长、产量、品质及土壤养分、酶活性的影响,旨在为硅肥在蒜苗生产中的科学施用提供理论支撑和实践指导。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
于2024年10-12月在湖南省湘潭市雨湖区湖南尚勇生态农业发展有限公司蔬菜基地(27°20′~28°05′ N,111°58′~113°05′ E)进行田间试验,试验区为亚热带季风气候,年均气温17.2 ℃,年均降水量1320 mm
[17]。试验地土壤类型为水稻土,土壤质地为壤土,基本理化性质为pH值为4.63,电导率为1283 μs/cm,有机质含量为38.63 g/kg,碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为520.79、290.36和874.52 mg/kg。
1.2 试验材料
供试大蒜品种为‘四川大蒜’,由湖南尚勇生态农业发展有限公司提供。供试硅肥为凡美田含硅水溶肥料(硅含量100 g/L、黄腐酸含量25 g/L、氧化钾含量140 g/L、腐殖酸含量25 g/L),由凡美(广州)农业科技有限公司提供。
1.3 试验设计
试验采用单因素随机区组设计,在常规施复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15,600 kg/hm2)基础上,共设4个处理,CK:常规施肥+等量清水;T1:常规施肥+叶面喷施30 L/hm2(水溶性硅肥加水稀释至500倍,T2、T3同);T2:常规施肥+叶面喷施60 L/hm2;T3:常规施肥+叶面喷施120 L/hm2。小区宽1.2 m,长19 m,面积为22.8 m2,各处理重复3次,共计12个小区。叶面喷施硅肥在大蒜3叶期开始,每隔8 d喷1次,整个生育期共喷施3次。
1.4 样品采集与测定方法
1.4.1 蒜苗农艺性状、SPAD值及产量测定
于蒜苗商品成熟采收期(定植后65 d),各小区随机选取3株长势一致的蒜苗植株,用卷尺测定植株株高,即每处理重复9次;用游标卡尺测定假茎粗;利用SPAD-502叶绿素仪测定蒜苗由外往内数3片叶片的上、中、下3个部位,每个叶片取其平均值作为该叶片的SPAD值,每个植株选3个叶片、每个小区选3个植株,每处理重复9次。
1.4.2 蒜苗品质指标测定
在蒜苗商品成熟采收期(定植后65 d),各小区分别随机选取3株植株,进行可溶性蛋白、氨基酸、维生素C和可溶性糖含量测定,测定试剂盒均购自上海茁彩生物科技有限公司,每指标各处理均重复9次。叶片的可溶性蛋白含量依据《GB 5009.5-2025 食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》、氨基酸含量依据《GB 5009.124-2016 食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》、维生素C含量依据《GB 5009.86-2016 食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》、可溶性糖含量依据《GB 5009.8-2023 食品安全国家标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》进行测定。
1.4.3 土壤理化指标测定
蒜苗商品成熟采收期(定植后65 d),在各小区0~20 cm耕层使用五点取样法采集土样,混合均匀后测定10项土壤理化指标,每指标各处理均重复9次。土壤pH值采用pH计测定,电导率采用电导率仪测定,有机质含量依据《NY/T 1121.6-2006土壤检测 第6部分:土壤有机质的测定》、速效钾含量依据《NY/T 889-2004土壤速效钾和缓效钾含量的测定》、有效磷含量依据《NY/T 1121.7-2014土壤检测 第7部分:土壤有效磷的测定》、碱解氮含量采用碱解扩散法
[18]进行测定。参照关松萌
[19]的方法进行土壤酶活性测定,土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性分别采用靛酚蓝比色法、3,5–二硝基水杨酸比色法、高锰酸钾滴定法、磷酸苯二钠比色法测定。
1.5 统计分析
采用Excel 2016进行数据整理,使用单因素方差分析(ANOVA)计算平均值与标准差,用最小显著性差异(LSD)法进行显著性差异分析,采用Prism 8.0、Origin 2022进行绘图。
2 结果与分析
2.1 叶面喷施不同浓度硅肥后蒜苗生长指标
在蒜苗商品成熟采收期测定株高和假茎粗,发现叶面喷施不同浓度硅肥对蒜苗生长有较明显的促进作用,T1、T2、T3处理相比CK的平均株高分别提升了10.13、11.58、4.03 cm,假茎粗分别增粗了2.03、1.65、0.90 mm,T1和T2处理的这2个指标均显著高于对照(
表1)。结果表明,适量施用硅肥能够明显促进蒜苗生长,其中T2处理对蒜苗株高的促进效果较为突出,T1处理则在增粗假茎方面表现更优。
2.2 叶面喷施不同浓度硅肥后蒜苗产量及SPAD值
蒜苗叶面喷施不同浓度的硅肥均可提高蒜苗的产量和SPAD含量,但高浓度时指标增幅减少(
图1)。随施硅肥浓度的增加,蒜苗产量呈现先上升后下降的趋势,T1、T2、T3处理的蒜苗产量相比CK分别提高了10.9%、15.3%、2.5%,但仅有T2处理与CK存在显著差异,说明T2处理更有利于提高蒜苗产量(
图1a)。3个处理的蒜苗叶片SPAD值与CK相比分别提高8.7%、12.5%、8.5%,且均与CK差异显著,但各处理间差异不显著,说明T1、T2、T3处理对提高蒜苗叶片SPAD值的效果相似,均可提高蒜苗商品性(
图1b)。
2.3 叶面喷施不同浓度硅肥后蒜苗品质
测定商品成熟采收期的蒜苗的可溶性蛋白、氨基酸、可溶性糖和维生素C含量(
图2),结果发现:3个处理的可溶性蛋白与氨基酸含量相比于CK均有提高但差异不显著(图
2a和
2b);各处理的可溶性糖含量相比于CK显著提高,分别提高33.4%、62.2%和61.1%,以T2处理提升效果最好(
图2c);各处理的维生素C含量与CK相比分别提高17.1%、42.9%和50.1%,其中T2、T3处理与CK存在显著差异(
图2d)。可见,硅肥的使用可以明显提升蒜苗可溶性糖和维生素C含量,且以T2处理表现最好。
2.4 不同处理下蒜苗土壤pH和电导率
不同浓度的硅肥处理均可提高蒜苗土壤的pH和电导率(
图3)。由
图3a可见,相比CK,T1、T2、T3处理土壤pH分别提高了0.28、0.41、0.27,仅T2处理与CK存在显著差异;由
图3b可见,各处理的电导率分别比CK提高了9.0%、5.4%和10.2%,但均差异不显著(
图3b)。结果表明,T2处理为调节蒜苗土壤酸碱度的最优选择,可使土壤pH显著提升;而硅肥对土壤电导率的提升效果整体较弱,且未随施肥浓度变化呈现显著差异。
2.5 不同处理下蒜苗土壤养分含量
对商品成熟采收期蒜苗根系土壤的养分指标进行测定,发现随施硅肥浓度的增加,土壤速效钾、碱解氮、有机质和有效磷含量均呈现先升后降的趋势(
图4)。T1、T2、T3处理速效钾含量相比于CK均有所提高,且T1、T2处理与CK存在显著性差异(
图4a);T2处理碱解氮含量相比CK显著提高6.8%,而T1和T3处理均与CK差异不显著(
图4b);仅T2处理有机质含量相比CK显著提高4.3%,T1、T3处理均与CK差异不显著(
图4c);T1、T2、T3处理有效磷含量相比于CK均有提高,且随施肥浓度增加呈现先升后降的趋势,但仅T2处理与CK存在显著差异(
图4d)。结果表明,施用硅肥可促进土壤速效钾、碱解氮、有机质和有效磷含量增加,其中T2处理效果最好。
2.6 叶面喷施不同浓度硅肥后蒜苗土壤酶活性
测定施用硅肥后蒜苗土壤中的过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性,发现随施肥浓度的增加,各处理间过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性差异不显著,但T2处理的过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性与CK相比增幅最大,而酸性磷酸酶活性基本不变(
图5)。其中,T2处理过氧化氢酶活性相比于CK显著提高了11.8%,而T1、T3处理与CK无显著差异(
图5a);T2、T3处理脲酶活性相比于CK均显著提高了23.3%和22.4%,而T1处理与CK差异不显著(
图5b);T1、T2、T3处理酸性磷酸酶活性相比于CK均有提高但差异不显著(
图5c);T2处理蔗糖酶活性与CK相比显著提高了25.5%,T1、T3处理与CK差异不显著(
图5d)。结果表明,硅肥对蒜苗土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性的显著促进作用主要在60 L/hm
2浓度(T2),对脲酶活性的显著促进在60 L/hm
2以上浓度(T2、T3),而对酸性磷酸酶活性无显著调控效果,且各浓度硅肥处理间的过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性无显著差异。
2.7 不同浓度硅肥处理下蒜苗产量、品质指标与土壤养分、酶活性的相关性
不同浓度硅肥处理下蒜苗及土壤各指标相关性见
图6,大蒜产量与土壤速效钾含量呈显著正相关(
P<0.05);蒜苗SPAD值与可溶性糖含量、土壤蔗糖酶活性均呈极显著正相关(
P<0.01),同时与维生素C含量、土壤速效钾含量呈显著正相关;可溶性蛋白含量仅与土壤pH呈显著正相关;可溶性糖含量与维生素C含量呈极显著正相关,且与土壤pH、土壤有机质含量、土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性均呈显著正相关;维生素C含量与土壤脲酶活性呈显著正相关;在土壤指标之间,土壤pH与土壤有机质含量、土壤有效磷含量及土壤过氧化氢酶活性、土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性均呈显著正相关,土壤速效钾含量与土壤碱解氮含量呈显著正相关,土壤有机质含量与土壤有效磷含量、土壤脲酶活性均呈极显著正相关,且与土壤蔗糖酶活性呈显著正相关,土壤有效磷含量与土壤蔗糖酶活性呈极显著正相关。综上可见,土壤速效钾、有机质含量及蔗糖酶等酶活性与蒜苗产量、光合能力及品质指标密切相关,土壤pH则通过调控养分有效性与酶活性影响蒜苗生长,展现了硅肥处理下土壤微环境与蒜苗生长品质的关联。
3 讨论
3.1 喷施硅肥促进蒜苗增产和品质改善
植株株高和茎粗是反映植物生长状态、抗逆能力及环境适应性的关键指标。夏秀波等
[20]研究表明,施用液态硅肥能提高番茄株高、茎粗、单株叶面积、产量、可溶固形物含量等指标。白丽
[21]研究发现,水溶性硅肥明显促进绿豆幼苗株高、叶长、可溶性蛋白含量和CAT活性提高。本试验结果表明,在适宜范围内喷施硅肥对蒜苗株高、假茎粗、产量和SPAD值有明显的提升作用,可能是施用硅肥促进了养分吸收,从而促进蒜苗生长,进而提升产量。而随着施硅肥浓度的增加,蒜苗株高、假茎粗、产量及SPAD值呈现先升后降趋势,这表明在适宜浓度范围内,硅肥能有效促进蒜苗生长,但过量施用会导致对蒜苗生长的促进作用减少、经济成本上升。这与佘恒志等
[22]对甜荞、范福金等
[23]对杉木幼苗的研究结果相似。
作物品质是反映植物遗传特性、生理状态及栽培环境的重要指标。本试验结果表明,叶面喷施硅肥能够提高蒜苗可溶性蛋白、氨基酸、可溶性糖和维生素C含量,提升蒜苗营养品质,在硅肥施用量为60 L/hm
2(T2处理)时效果最为明显,这与马迪等
[24]对草莓、马倩倩等
[25]对青脆李可溶性固形物、维生素C含量的研究结果相似。一方面可能是因为喷施硅肥提高了蒜苗植株内糖代谢关键酶活性、增强光合产物积累及优化抗坏血酸合成途径
[26],从而使植株可溶性糖与维生素C含量显著增加,另一方面硅肥中的腐殖酸可通过活化土壤养分,促进根系吸收和光合作用,为蒜苗积累风味物质补充原料
[27]。
3.2 喷施硅肥可改良蒜苗土壤肥力
土壤酸化会导致土壤养分有效性降低、结构被破坏、肥力下降且不利于作物生长,而施硅肥能调节土壤酸碱度,提高土壤养分有效性,增强土壤保肥能力。刘振学等
[28]发现施硅肥能有效提高土壤pH,本研究结果也表明喷施硅肥能显著提高土壤pH,可能是因为硅肥多为碱性,可中和土壤中的酸性离子,改善酸性土壤环境,这与苏政宇等
[8]对植烟土壤的研究结果相似。
土壤养分含量是植株生长环节中至关重要的因素。陶思敏等
[29]研究结果表明,施硅肥可有效提高稻田土壤养分含量,改善土壤结构。蒋亚等
[30]对水稻的研究发现,施硅肥对土壤全氮和阳离子交换量有显著影响,对速效钾和有效磷含量影响较小。本研究结果表明,叶面喷施硅肥能提高土壤速效钾、碱解氮、有机质和有效磷含量,可能是因为硅肥通过叶片吸收后运输至根系,促进根系发育和有机酸分泌,加速土壤中无效态氮磷钾向速效态转化,间接使有机质积累和速效养分保留,从而增强蒜苗植株对氮磷钾的吸收能力,促进蒜苗生长,增加蒜苗生物量;但提升效果不太明显,可能是叶面喷施硅肥主要作用于叶片,养分直接被植株吸收利用,进入土壤较少,对土壤养分含量影响较小。然而,根施养分虽能直接补充到土壤中,但不合理根施会破坏土壤结构,降低土壤透气性,影响土壤微生物群落
[31],而叶面喷施可减少土壤盐渍化风险
[32],避免土壤肥力衰退与生产力下降,更有利于大蒜生产。
土壤过氧化氢酶活性与土壤有机质含量密切相关,能反映有机质的分解情况;土壤中的脲酶通过催化尿素分解为铵态氮和二氧化碳,为植物提供氮源,调控土壤氮素循环并改善根系养分吸收能力;蔗糖酶是反映土壤碳循环强度、微生物活性的重要指标;酸性磷酸酶是酸性土壤磷素有效性的关键调控酶,可催化有机磷分解成植物所需的无机磷
[33]。陈雷等
[34]研究发现,施硅肥能有效提高花生土壤过氧化氢酶、酸性磷酸单酯酶、纤维素酶等的活性,促进土壤中有机成分的转化利用,从而改善土壤环境。刘梓桐等
[35]研究表明,硅肥可显著提高番茄基质酸性磷酸酶、蔗糖酶活性,从而促进番茄生长发育。本研究结果也表明,与CK相比,叶面喷施不同浓度硅肥可显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,可能是硅肥叶面喷施改善了植物营养,促进了根系发育与根系分泌物增加,从而增加土壤中各种酶的活性,进而改善土壤养分;也可能是硅肥中的腐殖酸通过改善微环境,促进微生物代谢,保护酶分子结构三大途径,促进产酶微生物生长繁殖,从而使特定酶类(碳、氮、磷循环酶为核心)增多,硅肥对水稻土壤
[36]、油菜土壤
[37]的研究可说明这一点。
鉴于叶面喷施适宜浓度的硅肥在促进蒜苗增产、改善品质及调节土壤理化性质方面的显著效果,下一步可深入探究不同施肥方式在不同品种植株、不同类型土壤及不同栽培条件下大蒜产量、品质的差异与最佳施用量;同时,可进一步明确硅肥通过调控土壤理化性质从而影响微生物群落结构及关键代谢活动的机制,为硅肥在蒜苗及其它作物生产中的科学应用提供更坚实的理论依据。
4 结论
本研究以不施肥处理(CK)为对照,探究了叶面喷施硅肥对蒜苗生长及土壤环境的影响。结果表明,叶面喷施硅肥效果显著,蒜苗层面,可有效促进生长发育,显著提升产量并改善品质;土壤层面,能提高土壤pH及养分含量,增强土壤酶活性。其核心作用机制是通过多重途径优化土壤微环境,调节土壤pH至适宜蒜苗养分吸收的范围,提升土壤有效养分供给,并增强土壤酶活性以加速养分转化,为蒜苗生长提供优质条件,最终促进其生长与品质提升。综合各项指标,硅肥施用量为60 L/hm2时最佳,可为蒜苗生产实践提供参考。
国家大宗蔬菜产业技术体系(CARS-23-B14)