邵海南，劉雲祥，咸文榮*

(1.省部共建三江源生態(tài)和高原農牧業(yè)國家重點實驗室,青海大學，青海 西寧 810016； 2.青海大學農林科學院，農業(yè)農村部西寧作物有害生物科學觀測實驗站，青海省農業(yè)有害生物綜合治理重點實驗室，青海 西寧 810016)

生姜(ZingierofficinaleRoscoe.)原產于東南亞，是姜科姜屬植物的根莖。在中國、韓國、澳大利亞等國家被廣泛用作草藥和香料[1]。生姜生長周期長，生物量大，根系發(fā)育不全，喜肥沃土壤。為了滿足生姜的生物需求，生產者必須在土壤中使用大量的肥料[2-4]。氮、磷、鉀是影響生姜生長發(fā)育關鍵的三大必需元素。合理的施肥可以刺激土壤中微生物的活性，提高土壤肥力，最終實現生姜豐產。但過高或過低的施肥量，可能會導致生姜品質下降，產量降低，最終影響經濟效益[5-6]。生姜對環(huán)境適應性強，年產量高，耐儲藏。近年來，在青海省西寧、大通、湟中、樂都等多地栽培面積不斷擴大，每公頃產值約30余萬元，種植生姜已經成為青海多地農民致富的重要方式[7]。然而，青海地區(qū)生姜產量不高，如何改善土壤肥力以提高生姜品質，成為高原地區(qū)生姜產業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。通過施肥來提高青海地區(qū)生姜產量和品質的研究仍處于探索階段。因此，本研究以青海大量種植的山農1號綿姜為對象，明晰不同氮、磷、鉀施肥配方對高原地區(qū)貧瘠土壤中生姜的產量和品質的影響，并基于隸屬函數法對不同配比施肥效果進行綜合評價。此外，對氮、磷、鉀肥進行三元二次方程的擬合與求解，篩選出最優(yōu)氮、磷、鉀肥施用量，以期為生姜的科學施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選擇在樂都區(qū)高廟鎮(zhèn)長里村溫室中進行。該溫室地前茬種植作物為辣椒。試驗地土壤為栗鈣土，pH 8.32，有機質含量13.31 g/kg，土壤陽離子交換量(CEC)23.42 cmol/kg，全氮0.85 g/kg，堿解氮68.17 mg/kg，速效磷10.08 mg/kg，速效鉀85.33 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試肥料為尿素(N≥46%)由四川天華股份有限公司生產；有效過磷酸鈣(P205≥12%)由安寧拓展磷化工有限公司生產；硫酸鉀(K2O≥45%)由美國生產；生物有機肥(沃泥爾，有機質≥45%，N+P205+K2O≥6%)由山東廣大肥業(yè)科技有限公司生產。

1.3 試驗設計

本試驗采用正交設計方案L9(34)(表1至表3)，設置3個因素為尿素(N≥46%)、過磷酸鈣(P205≥12%)、硫酸鉀(K2O≥50%)。于2019年3月12號各處理施用全年施肥量的30%；5月10號各處理施入剩余的尿素；8月14號各處理施用全年施肥量的40%的過磷酸鈣和硫酸鉀；9月10號各處理施用全年施肥量的30%的過磷酸鈣和硫酸鉀，其中有機肥以基肥的形式一次施入。試驗小區(qū)面積為7 m×0.7 m×2 m=9.8 m3(每小區(qū)2壟生姜)，小區(qū)隨機區(qū)組排列，3次重復,共30個小區(qū)，60壟。對照組不施化肥。

表3 施肥種類及肥料全年施肥量

1.4 測定項目與方法

生姜收獲時測定株高、莖粗、分枝數、葉長、葉寬、根莖鮮重、小區(qū)產量，收獲時每個處理每壟隨機選取10株生姜，將采集的生姜樣品帶回實驗室內切成小塊后混合均勻，抽取3份樣品，每份500～1 000 g裝袋標記，試驗當天送到西北高原生物研究所測試中心。測定姜塊的蛋白質、脂肪、維生素C、姜辣素、總糖、干物質含量。

1.5 數據分析

生姜品質是多個相關指標綜合反映的結果，采用隸屬函數法系統(tǒng)評價施肥處理對生姜品質的影響差異，對各處理生姜蛋白質、脂肪、維生素C、姜辣素、總糖等含量指標用公式(1)進行轉換。將轉化后的各指標隸屬度值累加求得品質綜合值，綜合值越大，表示生姜品質越好。

X=X(u)×(Xmax-Xmin)+Xmin

(1)

式中:Xmin、Xmax、X(u)分別為各指標的最小值、最大值和平均值。

(2)

(3)

式中:Y0和Y分別為不施肥處理生姜產量和施肥處理生姜產量。

試驗數據采用WPS excel 和SPSS 20.0進行處理與分析，繪制表格，采用單因素方差分析(ANOVA)和最小顯著極差法(SSR)對不同施肥處理生姜各指標間進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 施肥水平對生姜產量的影響

各施肥處理對生姜株高、莖粗、分枝數有顯著的增產作用(表4)，其中以處理5的促進作用最為顯著，其株高為80.06 cm，莖粗為14.89 cm，分枝數為14個，增產率高達201.1%。不同施肥處理之間存在著顯著差異，處理5顯著高于其他處理組，處理4、6顯著高于處理9、10，說明施肥量過多或者過少對生姜的產量促進作用均不顯著。在本試驗中，各施肥處理肥料貢獻率不盡相同：處理4、5、6顯著高于處理7、9、10，該結果表明隨著施肥量增加，肥料貢獻率呈現增加的趨勢，但隨著施肥量進一步增加，肥料貢獻率反而呈下降趨勢。這說明適宜肥料配比能最大程度提高肥料貢獻率，使生姜的生產能力更強。

表4 不同施肥處理對收獲期生姜主要生物學性狀的影響

2.2 不同施肥處理對生姜品質的影響

由表5可知，氮、磷和鉀肥配施對生姜品質各指標有顯著影響。施肥處理后的生姜水分含量明顯低于CK，說明施肥處理增加了生姜中干物質含量。施肥處理后的蛋白質含量明顯高于CK，上升幅度達10.2%～49.0%，處理5顯著高于處理2、3、7、9、10，說明生姜中蛋白含量對不同施肥處理響應不同。與對照相比，施肥處理對生姜脂肪含量并沒有顯著影響。各處理的維生素C、姜辣素和總糖均顯著高于未施肥處理，增幅分別達23.8%～60%、34.0%～87.2%、38.9%～84.8%。其中以處理5提升程度最大，表明施肥處理總體上均能提高生姜維生素C、姜辣素和總糖含量。總體表現為中、低水平施肥處理有利于生姜中營養(yǎng)物質的積累，而高水平的施肥處理反而不利于其營養(yǎng)物質的積累。

表5 不同氮、磷、鉀施肥處理對生姜品質的影響

生姜品質是多個相關指標的綜合反映。為了評價施肥處理對生姜品質的影響，采用隸屬函數法，對不同施肥處理后的生姜蛋白質含量、維生素C含量、脂肪含量、姜辣素含量、總糖含量進行轉換。累加轉化后各指標隸屬度值求得品質綜合值，并對不同施肥樣品的品質綜合值進行顯著性檢驗。試驗結果表明，處理5、6品質綜合值顯著高于其他處理。說明中等水平施肥效果最好，但隨著施肥量提高，品質綜合值反而有所下降。說明適量施用氮磷鉀肥能有效提升生姜綜合品質，但施肥過量反而不會繼續(xù)提升生姜品質。

2.3 施肥對生姜產量的綜合評定

將生姜產量Y0、氮(X1)、磷(X2)、鉀(X3)肥用量進行回歸擬合，得到方程：Y0=943.65+110.87X1+25.29X2-50.92X3-1.25X1X1-0.093X2X2+0.428X3X3-0.69X1X2+1.17X1X3+0.45X2X3，對方程進行F檢驗，達到顯著水平(R2=0.783，F=6.787，P<0.05)。因此，回歸方程可以反映施肥處理對生姜產量影響的實際情況。對上面的三元二次方程采用矩陣方程模型求解，結果表明，生姜產量最高時的氮、磷、鉀肥(尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀)施入量分別為670.20、583.65、785.10 kg/hm2。

3 討論與結論

通常采用土壤養(yǎng)分含量來衡量土壤肥力[8]，而田間施肥可以改良土壤養(yǎng)分供應狀況，農作物產量與土壤養(yǎng)分休戚相關[9]。前人研究表明，田間適量施肥有利于提升作物產量，同時也存在著施肥處理對產量無影響甚至下降的情況，這可能與作物種類、施肥方式、施肥量、氣候等條件有關[10]。氮、磷、鉀是促進植物生長發(fā)育所必需的元素，合理的氮磷鉀配施能顯著促進植株生長，從而增加產量。這與宇萬太等[11]、張西平等[12]及張立聯等[13]的研究結果相似。施用氮磷鉀肥可以防止土壤退化，提高土壤肥力。土壤的基礎肥力越高，作物的生產潛力越大。青海地區(qū)土壤有機質含量偏低，施肥是提高農作物產量的重要技術措施。本研究中，不施肥對照反映了土壤的基礎肥力，與不施肥處理的結果相比，施肥后的生姜增產率最高可達201.1%，進一步說明應當把鞏固和提高土壤基礎肥力放在首要位置。同時，良好的土壤肥力是獲得生姜高產的必要條件。但隨著氮磷鉀肥用量的增多，產量反而呈下降趨勢，說明過量施肥可能會制約氮磷鉀肥的有效性，導致施肥報酬減少。因此，施肥在滿足生姜產量的前提下還需要進行合理的配比，避免資源浪費與土壤污染。

有研究表明，合理施肥能顯著提高蔬菜中糖分、氨基酸、維生素C和蛋白質等物質的含量，從而改良蔬菜的營養(yǎng)品質[14-15]。以生姜為試驗材料的報道較為普遍，其相關研究表明，合理使用氮磷鉀肥或與有機肥配比，能明顯提高生姜可溶性糖、維生素C和蛋白質的含量，改善生姜的營養(yǎng)品質[8，16-17]。而姜辣素作為生姜的重要成分之一，是生姜辣味物質的總稱，對生姜的藥用功效起著重要作用[18]。本試驗結果也表明，中等施肥水平有利于生姜姜辣素等營養(yǎng)物質積累，提高生姜風味。但施肥量超過一定量時，會導致營養(yǎng)物質含量降低，可能與氮元素過量施入時需要更多的碳鏈參與氮素代謝轉變?yōu)槠渌镔|，導致蛋白質和總糖含量下降。鉀元素在植物光合作用中起著關鍵的作用，但供給過量的鉀會使植物體內生物合成和能量代謝受阻，從而導致營養(yǎng)物質含量下降。當合理配施氮磷鉀時才能最大程度提高目標作物中不同品質指標的含量。施肥可以通過改變土壤養(yǎng)分含量進而促進生姜生長，影響生姜品質，而本試驗指標僅包含了氮、磷、鉀的含量，施肥還可能造成土壤中微量元素(如B、Fe、Cu、Zn)含量的變化。Bronson等[19]研究結果表明，土壤微量元素對目標產物品質的改變起到不可忽視的作用。土壤中各元素之間的協調作用是否對生姜的產量及本試驗結果有影響，有待進一步研究。生姜對任何一種營養(yǎng)元素的吸收利用，也會受到其他營養(yǎng)元素的制約或者促進。

本研究結果表明了施肥能顯著提升生姜的株高和分枝數，當施入氮、磷、鉀肥(尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀)的量為670.20、583.65、785.10 kg/hm2時，其產量最高。施肥提高了生姜中蛋白質、維生素、姜辣素及總糖的含量，與高、低水平施肥量相比，中等水平的施肥明顯提高了生姜的產量與品質。