趙吉瑩,吳 震,侯喜林,袁建玉,齊迎斌,吳翠云,蔣芳玲*

(1 南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院,南京 210095;2 張家港市農(nóng)業(yè)科技教育站,蘇州 215600)

不結(jié)球白菜(Brassica campestrisssp.chinensisMakino)含有豐富的礦物質(zhì)、維生素、蛋白質(zhì)等人體所需的營養(yǎng)物質(zhì),是人們飲食結(jié)構(gòu)中重要的組成部分[1]。 不結(jié)球白菜在我國特別是東部沿海地區(qū)廣泛種植,由于其生長迅速、栽培方式簡單、適應(yīng)性強,可周年生產(chǎn),復種面積極高[2]。 蔬菜作物根系陽離子代換量高,需肥量大,生產(chǎn)中為獲得高產(chǎn),常過量使用氮肥,對農(nóng)田環(huán)境造成不利的影響[3-5],且氮肥的過量投入易導致葉菜中硝酸鹽積累,對人體健康產(chǎn)生潛在危害[6-7],因此,不結(jié)球白菜氮肥減施技術(shù)的研究顯得尤為重要。

生物刺激素是包含功能性物質(zhì)或∕和微生物及其次生代謝產(chǎn)物的一類物質(zhì)[8],從種子萌發(fā)到植物成熟的整個過程中均可發(fā)揮作用,其對植物的作用主要表現(xiàn)為以下幾點:一是少量應(yīng)用時,可促進植物生長和發(fā)育,改善品質(zhì),在黃瓜[9]、茄子[9]、空心菜[9]、辣椒[10]、蘋果[11]、葡萄[12]等園藝作物上應(yīng)用均取得了良好的效果;二是有助于改善植物營養(yǎng)效率,即促進植物對養(yǎng)分的吸收,同時減少養(yǎng)分的流失[13-14];三是作為土壤改良劑可改善土壤結(jié)構(gòu)與功能,從而促進植物的生長發(fā)育[15-16]。 由于我國減氮技術(shù)研究起步較晚[17],在不結(jié)球白菜中,減氮條件下噴施生物刺激素應(yīng)用效果的研究報道較少,其對產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟效益的影響尚缺乏研究。

本試驗在減氮20%的基礎(chǔ)上,在葉面分別噴施4 種不同的生物刺激素,比較減氮條件下其對不結(jié)球白菜生長、光合、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,并對其經(jīng)濟效益進行分析,以期篩選出適宜的生物刺激素,為生物刺激素在不結(jié)球白菜化肥減量增效技術(shù)中的應(yīng)用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與試驗材料

試驗于2019 年4—6 月在江蘇農(nóng)博園基地進行,該園區(qū)為北亞熱帶季風氣候,年均氣溫15—18 ℃,年降水量1 070 mm 左右。 供試地前茬作物為不結(jié)球白菜,供試前土壤pH 為4.6,EC 值為37.5 mS∕cm,全氮含量為 1.67 mg∕g,堿解氮含量為53.5 mg∕kg,有效磷含量為 42.82 mg∕kg,速效鉀含量為 188 mg∕kg,有機質(zhì)含量為 20.76 mg∕kg。

供試作物為不結(jié)球白菜品種‘改良金品28’,種子由江蘇省江蔬種苗科技有限公司生產(chǎn)。 該品種植株直立、長勢旺、產(chǎn)量高、耐熱耐濕抗病性強,適宜春夏季播種。

供試肥料尿素(含氮46%)由靈谷化工集團有限公司生產(chǎn),過磷酸鈣(含P2O512%)由江蘇美樂肥料有限公司生產(chǎn),硫酸鉀(含K2O 52%)由中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料集團生產(chǎn)。

供試生物刺激素為:(1)“扶斯特”動物蛋白氨基酸葉面肥(以下簡稱“扶斯特”),氨基酸質(zhì)量濃度≥100 g∕L,微量元素(Fe+Mn+Zn+B)質(zhì)量濃度≥20 g∕L,由江陰市聯(lián)業(yè)生物科技有限公司生產(chǎn),以豬毛為主要原料在高溫下酸解后螯合微量元素制成;(2)“碧護”(赤·吲乙·蕓苔)(以下簡稱“碧護”),總有效成分含量0.136%;赤霉酸含量0.135%,吲哚乙酸含量0.000 52%,蕓苔素內(nèi)酯含量0.000 31%,由德國阿格福萊農(nóng)林環(huán)境生物技術(shù)股份有限公司生產(chǎn);(3)海藻精原粉(以下簡稱“海藻精”),主要成分為天然養(yǎng)分NPK、微量元素、植物生長素、細胞分裂素、赤霉素、海藻酸、海藻多酚等,由山東綠隴生物技術(shù)有限公司生產(chǎn);(4)“展葉靈”,主要成分為側(cè)孢芽孢桿菌、殼寡糖和微量元素,由山東綠隴生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計

不結(jié)球白菜常規(guī)施肥量參考常規(guī)生產(chǎn)確定,按照氮肥(純氮)180 kg∕hm2、磷肥(P2O5)45 kg∕hm2、鉀肥(K2O)45 kg∕hm2折合成相應(yīng)化肥施用量。 共設(shè)置18 個處理:常規(guī)施肥+噴施清水為對照(CK);減少20%氮肥施用量+噴施清水為對照2(N2),即氮肥(純氮)施用量為144 kg∕hm2,磷、鉀肥不變,其他處理詳見表1。

表1 各處理施肥方案Table 1 Fertilization scheme of each treatments

每個處理設(shè)3 個小區(qū)作為重復,高畦栽培,畦長為7 m,畦寬為1.5 m(包括溝寬0.3 m),每小區(qū)面積為10.5 m2,隨機區(qū)組排列。 氮、磷、鉀肥作為基肥一次性撒施在試驗小區(qū)內(nèi),生物刺激素作為追肥,在生長期采用葉面噴施。 不結(jié)球白菜種子于2019 年4 月2 日進行人工撒播,用種量為266.8 kg∕hm2,待植株長至3 葉1 心時(2019 年4 月23 日)開始噴施生物刺激素,噴施的濕潤程度以葉片表面充分濕潤但無液滴凝聚下落為度,每7 d 噴施1 次(視天氣情況適當調(diào)整),共噴施3 次。

1.3 項目測定與方法

1.3.1 不結(jié)球白菜生長指標

播種后40 d,參照李錫香等[18]的方法測定植株株高、株幅、最大葉葉長和葉寬、葉柄長和葉柄寬。 參照王亞晨[19]的方法測定不結(jié)球白菜植株地上部干重和地下部干重。

1.3.2 不結(jié)球白菜產(chǎn)量及經(jīng)濟效益分析

播種后42 d,每個小區(qū)選取1 個50 cm×50 cm 的正方形,按生產(chǎn)上的采收習慣,對不結(jié)球白菜去老葉和根后稱重,測定產(chǎn)量。

經(jīng)濟效益的計算:不結(jié)球白菜的價格按采收時批發(fā)價計算。 “扶斯特”價格為6 元(人民幣,下同)∕瓶(1 瓶 500 g),“碧護”價格為 11 元∕袋(1 袋 3 g),“海藻精”價格為 50 元∕瓶(1 瓶 400 g),“展葉靈”價格為200 元∕kg。

總產(chǎn)值=產(chǎn)量×單價;生產(chǎn)成本=土地成本+種子成本+無機肥料成本+用水成本+人工成本+農(nóng)藥成本+生物刺激素成本;經(jīng)濟效益=總產(chǎn)值-生產(chǎn)成本。

1.3.3 葉片光合參數(shù)

光合特性測定:第3 次噴施后,于第4 天晴天的上午(2019 年5 月11 日)使用Li-6400 型便攜式光合作用測定系統(tǒng)(LI-COR Inc.,美國)測定葉片光合指標,每小區(qū)選擇3 株生長一致的植株,選取從外往里第2 輪葉序上發(fā)育完全的功能葉,于上午9:00—11:00 測定凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr),光量子通量密度(PFD)設(shè)定為 1 000 μmol∕(m2·s),溫度為(25 ±1)℃,CO2濃度為(390 ±10)μL∕L。

葉綠素a(Chl.a)和葉綠素b(Chl.b)含量參照Arnon[20]的方法測定。

1.3.4 不結(jié)球白菜品質(zhì)指標

于采收期測定不結(jié)球白菜品質(zhì)指標。 硝酸鹽含量用水楊酸比色法[21]測定;可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍G-250 染色法[21]測定;維生素C(VC)含量用紅菲羅啉比色法[22]測定;纖維素含量用蒽酮比色法[23]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析,使用Duncan 新復極差法進行多重比較;采用Origin 2017 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜生長的影響

由表2 可知,與CK 相比,減氮20%處理對不結(jié)球白菜株高、株幅、最大葉葉長和葉寬、葉柄長和葉柄寬均沒有顯著影響;噴施生物刺激素處理后,不結(jié)球白菜株高以H400 處理增加最明顯,其次為Z4000 處理,較N2 處理分別增加5.37%和4.70%,但與CK 差異不顯著;株幅以H400 和Z4000 處理增加顯著,與N2 處理相比增幅分別達21.32%和25.38%,但與CK 差異不顯著;噴施生物刺激素處理對最大葉各項指標均沒有顯著影響。

表2 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜生長特性的影響Table 2 Effects of foliar-spraying biostimulants on the growth characteristics of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

由表3 可知,氮肥減量20%時,不結(jié)球白菜地下部干重顯著降低,而地上部干重與CK 相比差異不顯著。 噴施生物刺激素后,“扶斯特”“碧護”“海藻精”“展葉靈”最優(yōu)處理的地上部干重較N2 處理分別增加了11.02%、24.29%、27.12%和18.27%,但與N2 處理和CK 差異均未達到顯著水平。 對于地下部而言,減氮20%使地下部干重較CK 顯著下降,噴施生物刺激素后各處理地下部干重仍顯著低于CK。

表3 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜地上、地下部干重的影響Table 3 Effects of foliar-spraying biostimulants on aboveground and underground dry weight of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

2.2 減氮噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響

由圖1 可知,氮肥減少20%,不結(jié)球白菜單位面積產(chǎn)量與常規(guī)施肥差異不顯著。 減氮20%條件下噴施不同濃度生物刺激素,Z4000 處理的單位面積產(chǎn)量最高,為8.77 kg∕m2,較CK 增產(chǎn)14.88%,較N2 處理增產(chǎn)13.87%,差異顯著;H400 和H800 處理的單位面積產(chǎn)量與CK 和N2 處理相比也顯著增加,較CK 分別增產(chǎn)13.03%和11.63%;“扶斯特”和“碧護”處理下F2400 和B100 處理產(chǎn)量較高,分別為8.07 kg∕m2和7.77 kg∕m2,與CK 相比增幅分別為5.78%和1.76%,但差異未達顯著水平。 綜上,4 種不同生物刺激素,增產(chǎn)效果最好的是Z4000 處理,其次是H400 處理。

圖1 減氮20%條件下噴施不同生物刺激素對不結(jié)球白菜單位面積產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of foliar-spraying biostimulants on the yield per unit area of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

減氮20%條件下噴施“海藻精”和“展葉靈”,可顯著提高不結(jié)球白菜的產(chǎn)量,但在減少無機肥料成本的同時卻增加了生物刺激素和人工成本,因此,對其經(jīng)濟效益進行了分析。 由表4 可知,Z4000 處理效益最高,較 CK 增收123 667.30 元∕hm2;其次為 H400 處理,增收122 922.43 元∕hm2;而“扶斯特”和“碧護”最高增收僅 114 053.60 元∕hm2和 108 523.73 元∕hm2。

表4 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜經(jīng)濟效益的影響Table 4 Effects of foliar-spraying biostimulants on economic benefit of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

2.3 減氮噴施生物刺激素對葉片光合特性的影響

由圖2A 可知,減氮20%對不結(jié)球白菜Pn沒有顯著影響,減氮20%條件下葉面噴施生物刺激素可顯著提高其Pn(B25 處理除外),與CK 相比,噴施不同濃度“扶斯特”“碧護”“海藻精”“展葉靈”時,各處理Pn分別提高了29.51%—43.81%、17.14%—34.8%、33.53%—37.71%和28.58%—36.25%。

圖2 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜葉片光合參數(shù)的影響Fig.2 Effects of foliar-spraying biostimulants on photosynthetic parameters of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

由圖2B 可知,減氮20%處理,不結(jié)球白菜Gs與CK 差異不顯著;噴施“扶斯特”后,Gs隨“扶斯特”濃度的增加而增加,F600、F1200 和 F2400 處理的Gs分別上升到 0.545 mmol∕(m2·s)、0.554 mmol∕(m2·s)和0.584 mmol∕(m2·s),與 CK 差異顯著;噴施“碧護”后,Gs隨“碧護”濃度先增加后減小,B100 處理的Gs最高,增幅達61.4%,與CK 差異顯著,其余處理與CK 差異不顯著;噴施“海藻精”后,Gs隨其濃度變化也表現(xiàn)出先增后減的趨勢,H800 處理的Gs最高,其次是 H1600 處理,分別為 0.578 mmol∕(m2·s)和0.550 mmol∕(m2·s),與 CK 差異顯著;噴施不同濃度“展葉靈”后,Z2000 和 Z8000 處理的Gs與 CK 存在顯著差異,分別增加43.51%和46.15%;其余處理與CK 差異不顯著。

由圖2C 可知,減氮20%處理或減氮20%并噴施生物刺激素處理,各處理的Ci與CK 均沒有顯著差異。

由圖2D 可知,減氮20%處理對不結(jié)球白菜Tr沒有顯著影響;噴施“扶斯特”后,各處理的Tr與CK 和N2 處理相比均顯著上升,較CK 增加44.09%—62.06%;噴施“碧護”后,B50 和B100 處理的Tr較CK 顯著上升,增幅分別達43.17%和81.68%;噴施“海藻精”后,H400 和H800 處理的Tr較CK 顯著上升,增幅分別達52.78%和80.88%;噴施“展葉靈”后,Z4000 和Z8000 處理的Tr較CK 顯著上升,增幅分別達57.86%和78.08%;其余處理與CK 沒有顯著差異。

從表5 可見,與CK 和N2處理相比,本試驗中生物刺激素處理對葉綠素含量沒有顯著影響。

表5 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜葉片葉綠素含量的影響Table 5 Effects of foliar-spraying biostimulants on chlorophyll content of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction mg·g -1

2.4 減氮噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜品質(zhì)的影響

由圖3A 可知,減少20%氮肥施用量,不結(jié)球白菜的硝酸鹽含量為466.4 mg∕kg,與CK 相比顯著下降;噴施生物刺激素后,各處理的硝酸鹽含量仍顯著低于CK,其中F600、F1200、F2400、B100、H400 處理的硝酸鹽含量較N2 處理也顯著下降。

由圖3B 可知,N2 處理的VC 含量僅為59.52 mg∕(100 g),與CK 相比顯著降低;噴施生物刺激素后,各處理的VC 含量與N2 處理相比均顯著增加,其中噴施“扶斯特”后,F2400 處理的VC 含量最高;噴施“碧護”后,B100 處理的VC 含量最高,且較CK 顯著上升,增幅達3.52%;噴施“海藻精”或“展葉靈”后,各處理與CK 差異均不顯著。

由圖3C 可知,N2 處理的不結(jié)球白菜纖維素含量與CK 差異不顯著,噴施“扶斯特”后,F1200 和F2400處理的纖維素含量顯著下降,較CK 降低13.25%和17.17%;噴施“碧護”后,B100 處理纖維素含量下降最明顯,B200 處理反而上升;噴施“海藻精”后,H200、H400 和H800 處理的纖維素含量無顯著變化,但H1600 處理的纖維素含量顯著上升;噴施“展葉靈”后,Z4000 和Z8000 處理的纖維素含量無顯著變化,但Z1000 和Z2000 處理的纖維素含量顯著上升。

圖3 減氮20%條件下噴施生物刺激素對不結(jié)球白菜品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of foliar-spraying biostimulants on the quality of non-heading Chinese cabbage under the condition of 20% nitrogen reduction

由圖3D 可知,減氮20%處理對可溶性蛋白含量影響不顯著,噴施生物刺激素后,各處理與CK 和N2處理差異也不顯著。 不同生物刺激素之間,“碧護”的最佳處理B100 的可溶性蛋白含量顯著低于其他3種生物刺激素的最佳處理(F1200、H400 和Z2000),而F1200、H400 和Z2000 處理之間差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

本試驗表明,減氮20%對不結(jié)球白菜單位面積產(chǎn)量、地上部干重以及株高、株幅、最大葉等生長指標均沒有顯著有影響,只是使地下部干重顯著降低,這與王亞晨[19]研究結(jié)果一致,說明生產(chǎn)中確實存在氮肥過量的現(xiàn)象,適當?shù)臏p少氮肥施用,對經(jīng)濟產(chǎn)量并不會造成負面影響。 對其進行生物刺激素處理后發(fā)現(xiàn),僅400 mg∕L“海藻精”和4 000 mg∕L“展葉靈”處理的不結(jié)球白菜株高和株幅增加顯著,且以4 000 mg∕L“展葉靈”處理增產(chǎn)效果最好,經(jīng)濟效益也最高,其次為400 mg∕L“海藻精”處理,說明生物刺激素的成分與濃度在同一作物上效果不同。 “展葉靈”主要成分為側(cè)孢芽孢桿菌和殼寡糖,側(cè)孢芽孢桿菌有較強的解磷能力,并且能產(chǎn)生高活性的酶類、激素等多種次生代謝物質(zhì)[24-25],而殼寡糖具有促進植物營養(yǎng)元素吸收、誘導吲哚乙酸合成、提高光合作用等功能[26],兩種成分的組合可能使其在不結(jié)球白菜上表現(xiàn)出加性效應(yīng),增產(chǎn)效果更佳;“海藻精”含有能夠被植物快速吸收的豐富的多糖和氨基酸,以及植物生長必需的天然氮磷鉀和多種植物激素,此外,其中的海藻酸類物質(zhì)還能螯合微量元素,增加養(yǎng)分利用效率[27-28]。 而“扶斯特”以豬毛為原料,在高溫下酸解并螯合微量元素制成,“碧護”的主要成分為幾類植物生長調(diào)節(jié)劑,兩者的成分相對單一,這些可能是“海藻精”和“展葉靈”的增產(chǎn)效果優(yōu)于“扶斯特”和“碧護”的主要原因。

光合作用是植物自身儲藏養(yǎng)分與能量的主要來源[29],光合產(chǎn)物的積累是形成產(chǎn)量的基礎(chǔ)。 本試驗中,減氮20%處理對不結(jié)球白菜Pn、Gs、Ci、Tr均未產(chǎn)生顯著影響,這與對產(chǎn)量的影響表現(xiàn)一致。 生物刺激素處理能夠促進氣孔開放,有效增加二氧化碳吸收和水分進出,從而提高凈光合速率和蒸騰速率,這與前人研究結(jié)果一致[30-33]。 同種生物刺激素處理下,各處理間Pn和Gs沒有顯著差異,說明本試驗中生物刺激素濃度對該兩者影響不大。 同時,“扶斯特”的濃度對Tr的影響也不大,但在其他3 種生物刺激素中,分別為100 mg∕L“碧護”、800 mg∕L“海藻精”以及8 000 mg∕L“展葉靈”處理的Tr最大,同時,B50 與 B100處理差異不顯著,H400 與H800 處理差異不顯著,Z4000 和Z8000 處理差異不顯著。 蒸騰速率的提高能夠加快植物水分代謝,促進生長,是實現(xiàn)增產(chǎn)的原因之一。 而各處理Ci沒有顯著變化,可能是二氧化碳吸收速率與利用速率一致的結(jié)果。 光合色素是植物將無機物轉(zhuǎn)變成有機物的關(guān)鍵介質(zhì),氮是葉綠素的主要成分,本試驗中,減氮20%處理對葉綠素a 和葉綠素b 沒有顯著影響,充分證實生產(chǎn)中常規(guī)施氮量富余的現(xiàn)象,生物刺激素處理后,各處理葉綠素a 和葉綠素b 含量沒有顯著影響,這與在草莓[34]、秋葵[35]和甜瓜[36]上的試驗結(jié)果相似。 但段春慧等[37]、崔海花等[32]研究表明,生物刺激素有緩解葉綠素降解,提高葉綠素含量的作用,與本試驗有所差異,可能是所用生物刺激素產(chǎn)品不同,成分和濃度的差異導致的。 綜上,凈光合速率和蒸騰速率的提高,可能是H400 和Z4000 處理實現(xiàn)增產(chǎn)的重要原因。

不結(jié)球白菜系鮮食性蔬菜,維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、纖維素和硝酸鹽含量是評價蔬菜品質(zhì)的重要指標[38]。 本試驗中,減氮20%處理使硝酸鹽含量顯著下降的同時,VC 含量也下降顯著。 噴施生物刺激素后,增產(chǎn)效果最佳的4 000 mg∕L“展葉靈”處理不僅降低了硝酸鹽含量,還使VC、纖維素和可溶性蛋白含量維持在常規(guī)施肥的水平,這與歐陽壽強等[39]、雷菲等[40]的研究結(jié)果相似;增產(chǎn)效果較好的400 mg∕L“海藻精”處理,不僅使VC、纖維素和可溶性蛋白含量維持在常規(guī)水平,還使硝酸鹽含量較減氮20%處理進一步下降,這可能是因為葉面吸收的氨基酸等小分子有機物在植物體內(nèi)積累,直接作為氮源利用,從而抑制了根部對硝態(tài)氮的吸收[41]。

綜上所述,減氮20%基礎(chǔ)上,噴施400 mg∕L“海藻精”和4 000 mg∕L“展葉靈”綜合效果最佳,可通過提高凈光合速率和蒸騰速率實現(xiàn)氮肥減施增效的目的,較CK 分別增產(chǎn)13.03%和14.88%,每公頃分別增收122 922.43 元和123 667.30 元,對改善品質(zhì)也起到一定作用,顯著降低了硝酸鹽含量,并維持了VC、纖維素和可溶性蛋白含量。