魏全全，芶久蘭，張 萌，陳 龍，顧小鳳

（貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實驗站，貴陽 550006）

0 引 言

甘藍(lán)（Brassica oleracea L.）是我國重要的蔬菜作物，也是貴州省脫貧致富的主栽冷涼蔬菜作物，由于貴州地處高原，錯季蔬菜成為貴州蔬菜產(chǎn)業(yè)名牌，發(fā)展冷涼蔬菜甘藍(lán)產(chǎn)業(yè)對打贏貴州省脫貧攻堅、鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)役具有重要意義。貴州是全國唯一沒有平原的省份，全省約50%的土地都是坡耕地，加之其地帶性典型黃壤養(yǎng)分含量偏低，酸性較強，易發(fā)生水土流失，保水保肥能力相對較差，極不利于甘藍(lán)產(chǎn)量的提高[1]。同時，貴州省威寧縣地處云貴高原，獨特的地理位置和氣候條件導(dǎo)致雨水季節(jié)性分配不均勻，春季甘藍(lán)種植時雨水偏少，因而會出現(xiàn)春旱現(xiàn)象，導(dǎo)致甘藍(lán)因缺水而發(fā)育不良，影響生長，同時干旱也會加重病蟲害頻發(fā)，嚴(yán)重影響甘藍(lán)產(chǎn)量和品質(zhì)，已成為貴州冷涼蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[2]。隨著貴州高山冷涼蔬菜的快速發(fā)展，由于追求過高的經(jīng)濟效益，“重化肥輕有機肥”、連作障礙等問題愈發(fā)嚴(yán)重，使得黃壤質(zhì)量進(jìn)一步惡化，并致甘藍(lán)產(chǎn)量和品質(zhì)以及養(yǎng)分利用率降低，嚴(yán)重制約貴州高山冷涼蔬菜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。近年來，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，土壤添加劑如保水劑、脲酶抑制劑、硝化抑制劑等產(chǎn)品相繼用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，保水劑是一種強吸水類樹脂，自1961年從美國農(nóng)業(yè)部北方研究所率先研制并首先應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，可以提高土壤的保水保墑能力，緩解缺水對作物生長帶來的副作用[3]，脲酶抑制劑可以有效抑制土壤脲酶活性，延緩尿素水解，減少土壤中氨揮發(fā)[4]，施用于土壤后具有改良土壤、減少養(yǎng)分損失等優(yōu)點，為作物的提質(zhì)增產(chǎn)作出重要貢獻(xiàn)[5-8]。前人對保水劑和脲酶抑制劑在作物上的研究均取得較為理想的結(jié)果，張萌等[9]的研究表明，在貴州高海地區(qū)覆膜栽培馬鈴薯，推薦施用保水劑52.5～82.5 kg/hm2，有利于高產(chǎn)及提高土壤肥力。張小強等[10]在對平菇培養(yǎng)料的研究表明，平菇生產(chǎn)中培養(yǎng)料保水劑的添加比例為0.3%～0.455%。李春玲等[11]的研究表明，在涼州灌區(qū)減氮施肥和農(nóng)戶施肥添加脲酶抑制劑能夠在保證春玉米產(chǎn)量的同時，促進(jìn)春玉米對氮肥的吸收，降低春玉米收獲后土層硝態(tài)氮殘留。目前，前人的研究主要集中在單種土壤添加劑在作物上的應(yīng)用，關(guān)于多種土壤添加劑的混合施用研究較少，而在貴州高山冷涼反季節(jié)蔬菜上的研究更是鮮有報道，同時筆者在前期研究中發(fā)現(xiàn)，甘藍(lán)移栽種植后需要及時補充大量水分以保證甘藍(lán)幼苗成活以及化學(xué)肥料施用過多等問題出現(xiàn)，因此開展保水劑和脲酶抑制劑在貴州高山冷涼蔬菜上應(yīng)用的研究十分必要。綜上，本試研究采用田間試驗的方法，探究在常規(guī)化肥施用的基礎(chǔ)上，單獨配施保水劑或脲酶抑制劑和同時配施保水劑及脲酶抑制劑，對冷涼蔬菜甘藍(lán)產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收、肥料利用率、品質(zhì)以及經(jīng)濟效益的影響，以期為保水劑和脲酶抑制劑在貴州高海拔春旱地區(qū)及其相似地區(qū)的應(yīng)用提供理論和實踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2021年在貴州省畢節(jié)市威寧縣草海鎮(zhèn)（26°53′5″E，104°10′7″N，海拔2 237 m，平均氣溫11 ℃左右，日照時間2 000 h 左右，年平均降雨量為900～1 000 mm）進(jìn)行，供試土壤為灰泡土。基本理化性狀為：pH 5.5（水∶土=2.5∶1），有機質(zhì)40.0 g/kg，全氮2.33 g/kg，堿解氮123.4 mg/kg，有效磷18.9 mg/kg，速效鉀115.3 mg/kg。

供試甘藍(lán)品種為‘中甘101’；供試肥料品種為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和硫酸鉀（含K2O 50%）；供試脲酶抑制劑為聚谷氨酸類物質(zhì)，由中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所提供；供試保水劑為高分子吸水性樹脂，由貴州天寶豐原生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。試驗田塊前茬為冬閑田。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置5 個處理，分別為：不施肥處理（NF）、化肥處理（HF）、化肥+保水劑處理（FB）、化肥+脲酶抑制劑處理（FN）和化肥+保水劑+脲酶抑制劑處理（FBN）。小區(qū)面積為21.6 m2（1.8 m×12 m），3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。除不施肥處理（NF）外，其他各處理肥料用量相等，氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）的用量均為225、150 和225 kg/hm2，其中脲酶抑制劑按照尿素用量的1.0%（4.89 kg/hm2）施用，保水劑用量為60 kg/hm2。試驗的其他田間生產(chǎn)管理均采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門的推薦技術(shù)。

60%氮肥、全部磷肥和鉀肥、脲酶抑制劑和保水劑混勻后一次性施用，施用后覆膜，另外40%氮肥于蓮座期作為追肥施用；甘藍(lán)采用移栽的方式種植，于3月18日育苗，4月15日移栽，移栽密度為每小區(qū)128 株（16 株/行，4 行/壟，2 壟，5.926 萬株/hm2）；甘藍(lán)于2021年7月6日統(tǒng)一收獲。

1.3 測定項目

在甘藍(lán)收獲期，取有代表性且生長一致的植株6株，用于測定甘藍(lán)生物量、養(yǎng)分和品質(zhì)指標(biāo)。甘藍(lán)取樣后，105 ℃下殺青30 min，60 ℃烘箱中烘至恒重，記錄干重，依次折算總生物量；將烘干的植株樣品磨碎后過篩，采用濃H2SO4-H2O2消化后稀釋，采用凱氏定氮法測定全氮濃度，釩鉬黃比色法測定全磷濃度，火焰光度計法測定全鉀濃度[12]；取部分未烘干的新鮮樣品，測定可溶性糖、硝酸鹽、Vc、游離氨基酸和蛋白質(zhì)等品質(zhì)指標(biāo)[13]。

1.4 相關(guān)參數(shù)計算[14-16]

養(yǎng)分累積量=養(yǎng)分含量×生物量

氮素農(nóng)學(xué)效率AEN=（施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量）/施氮量

氮素吸收利用效率REN=（施肥區(qū)氮素總累積量-不施肥區(qū)氮素總累積量）/施氮量×100%

同理，計算磷素和鉀素農(nóng)學(xué)效率和吸收利用效率。其中，在養(yǎng)分利用率的計算中，施肥區(qū)產(chǎn)量為施用氮磷鉀肥的甘藍(lán)產(chǎn)量，不施肥區(qū)產(chǎn)量為未施用氮磷鉀肥（NF）的甘藍(lán)產(chǎn)量；施肥區(qū)氮、磷和鉀素總累積量分別為施用氮磷鉀肥的甘藍(lán)氮、磷和鉀素累積量，不施肥區(qū)氮、磷和鉀素總累積量分別為未施用氮磷鉀肥（NF）的甘藍(lán)氮、磷和鉀素累積量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理與分析采用Microsoft Excel 2007 及SPSS 20.0 進(jìn)行，LSD 法檢驗P＜0.05 水平上的差異顯著性；制圖采用Origin 8.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的甘藍(lán)產(chǎn)量

由圖1可知，不同處理的甘藍(lán)產(chǎn)量不同。與NF處理相比，甘藍(lán)施肥處理產(chǎn)量均顯著提高，增幅為70.21%～96.74%，其中FBN處理甘藍(lán)產(chǎn)量最高，達(dá)到89 511 kg/hm2，顯著高于其他處理6 349～44 013 kg/hm2。與HF 處理相比，增施保水劑、脲酶抑制劑和兩者配合施用均可顯著增加甘藍(lán)產(chǎn)量，增幅為8.13%～15.58%，但FB 和FN 之間差異不顯著。研究結(jié)果表明，施肥能顯著提升甘藍(lán)產(chǎn)量，單獨配施保水劑或脲酶抑制劑能顯著增加甘藍(lán)產(chǎn)量，同時配施保水劑及脲酶抑制劑效果顯著優(yōu)于單獨配施保水劑或脲酶抑制劑，產(chǎn)量顯著提高，協(xié)同效果明顯。

圖1 不同處理的甘藍(lán)產(chǎn)量Fig.1 The yield of cabbage of different treatments

2.2 不同處理的甘藍(lán)養(yǎng)分累積

由圖2可知，不同處理的甘藍(lán)氮磷鉀養(yǎng)分累積不同。氮素方面，NF處理甘藍(lán)氮素累積量最低，為88.37 kg/hm2，顯著比HF、FB、FN 和FBN 處理減少68.30、88.77、88.48 和92.97 kg/hm2；與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著提高甘藍(lán)氮素累積，分別提高20.47、20.18 和24.67 kg/hm2，其中FBN 處理氮素累積量最高，為181.34 kg/hm2，其中FB 和FN 處理之間差異不顯著。與HF相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著提高甘藍(lán)磷素累積，分別提高5.19、3.78 和5.96 kg/hm2，其中HF 處理和FN 處理差異不顯著，施肥處理磷素累積量均顯著高于NF 處理。鉀素方面，與NF 處理相比，施肥處理均顯著提高甘藍(lán)鉀素累積量，增幅為79.37～105.26 kg/hm2，其中以FBN 處理為最大，達(dá)到200.93 kg/hm2，與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能提高甘藍(lán)鉀素累積量，增幅為20.51～25.89 kg/hm2，其中FB 處理顯著高于HF 處理，但與FN處理差異不顯著。

圖2 不同處理的甘藍(lán)養(yǎng)分累積量Fig.2 The nutrient accumulation of cabbage of different treatments

2.3 不同處理的甘藍(lán)品質(zhì)

由表1可知，不同處理的甘藍(lán)品質(zhì)不同。NF 處理可溶性糖最低，為22.38 g/kg，低于施肥處理3.34～5.58 g/kg，其中FBN 處理可溶性糖最高，顯著高于NF 處理；各施肥處理間甘藍(lán)可溶性糖含量差異不顯著。硝酸鹽方面，與NF 處理相比，施肥能降低硝酸鹽含量，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著降低甘藍(lán)硝酸鹽含量，其中FBN 處理最低，為304.69 mg/kg。Vc 含量以NF 處理最低，為0.603 2 mg/g，低于其他處理，但各處理之間差異不顯著。與NF 處理相比，施肥能增加甘藍(lán)游離氨基酸含量，增幅為19.69～69.65 mg/kg，并且單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著增加45.11～69.65 mg/kg。各處理蛋白質(zhì)含量差異不顯著，表現(xiàn)為FBN>FB>FN>HF>NF。結(jié)果表明，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能提高甘藍(lán)品質(zhì)，其中以FBN 處理最優(yōu)，但FB和FN之間差異不顯著。

表1 不同處理的甘藍(lán)品質(zhì)Tab.1 The quality of cabbage of different treatments

2.4 不同處理的甘藍(lán)養(yǎng)分利用率

由表2可知，不同處理的氮磷鉀農(nóng)學(xué)效率和吸收利用效率不同。從農(nóng)學(xué)效率上來看，與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）顯著提高甘藍(lán)氮磷鉀農(nóng)學(xué)效率，均以FBN 處理最高，分別達(dá)到195.61、293.42 和195.61 kg/kg，顯著高于FB、FN 和HF 處理；FB 和FN 處理的氮磷鉀農(nóng)學(xué)效率差異不顯著。吸收利用效率方面，與HF處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著提升甘藍(lán)氮磷鉀吸收利用效率，其中均以FBN 處理最高，分別達(dá)到41.32%、16.17%和46.78%，分別高于其他處理8.97～10.96、2.52～3.97 和9.12～11.51 個百分點；除FB 處理鉀吸收利用效率顯著高于FN處理外，氮磷吸收利用效率則為FB和FN 處理差異不顯著。以上結(jié)果表明單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著提高甘藍(lán)氮磷鉀農(nóng)學(xué)效率和吸收利用效率，說明配施保水劑和脲酶抑制劑能促進(jìn)甘藍(lán)對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，提高肥料利用效率。

表2 不同處理的甘藍(lán)肥料利用率Tab.2 The fertilizer utilization of cabbage of different treatments

2.5 不同處理的甘藍(lán)經(jīng)濟效益

由表3可知，不同處理的甘藍(lán)產(chǎn)值和純收益不同。產(chǎn)值方面，與NF 處理相比，各施肥處理的甘藍(lán)產(chǎn)值增加35 139～48 414 元/hm2，增幅為70.21%～96.74%。與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）的甘藍(lán)產(chǎn)值增加6 192～13 275 元/hm2，增幅為7.28%～15.58%?？鄢柿稀⒈Ｋ畡┖碗迕敢种苿┏杀竞?，施肥處理的甘藍(lán)純收益分別高于NF 處理31 811～43 836元/hm2，增幅為63.56%～87.59%；與HF 處理相比，F(xiàn)B、FN 和FBN 處理純收益分別增加5 724、6 142 和12 025 元/hm2，增幅分別為6.99%、7.50%和14.69%。

表3 不同處理的甘藍(lán)經(jīng)濟效益Tab.3 The economic benefits of cabbage of different treatments

3 討論與結(jié)論

甘藍(lán)是貴州高寒地區(qū)的主要蔬菜作物，該地區(qū)海拔相對較高，氣候較為冷涼，晝夜溫差較大，特別適合甘藍(lán)生長，且在省政府的大力支持下，甘藍(lán)等冷涼反季節(jié)蔬菜種植面積不斷擴大[17]，對貴州省脫貧攻堅、鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)役具有重要意義。由于試驗地威寧地區(qū)3-4月份易產(chǎn)生春旱，生育前期干旱脅迫成為限制甘藍(lán)生長的重要因素，同時由于貴州黃壤的養(yǎng)分低、保水性差、肥料利用率低等問題，保水劑因其保水性能強大緩解甘藍(lán)生長前期水分不足，而脲酶抑制劑有效地抑制土壤脲酶活性，延緩尿素水解，降低土壤氨揮發(fā)，因此保水劑和脲酶抑制劑的應(yīng)用成為提高貴州高寒冷涼反季節(jié)蔬菜產(chǎn)量的有效措施。本試驗研究表明，與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）的甘藍(lán)產(chǎn)量分別顯著增加8.13% 和7.27%，這與前人在馬鈴薯[3,9]、玉米[18,19]、小麥[20,21]上的研究結(jié)果相似，當(dāng)保水劑和脲酶抑制劑同時配施（FBN）時，甘藍(lán)產(chǎn)量則提高15.58%，表現(xiàn)出顯著的協(xié)同效應(yīng)，顯著高于FB 和FN 處理。FB 處理甘藍(lán)產(chǎn)量略高于FN 處理，表明施用保水劑的效果優(yōu)于脲酶抑制劑，說明在本研究中，相比于土壤養(yǎng)分，土壤水含量可能是更重要影響甘藍(lán)生長的因素，當(dāng)保水劑和脲酶抑制劑同時添加后，既解決了土壤含水量問題，同時也調(diào)控了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，協(xié)同解決甘藍(lán)生長。

作物中硝酸鹽含量是衡量其衛(wèi)生質(zhì)量安全狀況的重要指標(biāo)，過量的硝酸鹽累積會影響人體健康[22]。本研究結(jié)果表明，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）均能顯著的降低甘藍(lán)硝酸鹽含量，且均低于硝酸鹽國家標(biāo)準(zhǔn)[23,24]，同時甘藍(lán)可溶性糖、Vc、游離氨基酸和蛋白質(zhì)均提高，可能是由于在施入土壤添加劑后，促進(jìn)了甘藍(lán)對養(yǎng)分的吸收轉(zhuǎn)化，進(jìn)而引起硝酸鹽含量降低，提升口味品質(zhì)指標(biāo)[25]，F(xiàn)B 和FN 處理之間甘藍(lán)品質(zhì)差異不顯著，其原因有待進(jìn)一步探究。

農(nóng)學(xué)效率和吸收利用效率是表達(dá)肥料利用率的常用指標(biāo)，其與產(chǎn)量、施肥量和土壤肥力水平關(guān)系最為密切[26,27]，現(xiàn)代作物生產(chǎn)系統(tǒng)的氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮素吸收利用效率分別可以達(dá)到20～35 kg/kg 和30%～50%[28]。本試驗研究表明，與HF 處理相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）和同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）顯著提高甘藍(lán)氮磷鉀農(nóng)學(xué)效率和吸收效率，且均以FBN 處理最高，分別達(dá)到195.61、293.42、195.61 kg/kg 和41.32%、16.17%、46.78%。添加保水劑和脲酶抑制劑機理不同，保水劑通過其較好的吸水和保水能力提高土壤保水保墑能力，緩解缺水對作物生長帶來的副作用[3]，改善植物葉片水勢以調(diào)控作物光合作用，提高光合效率[29]，進(jìn)而提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)；脲酶抑制劑可以有效抑制土壤脲酶活性，延緩尿素水解，減少土壤中氨揮發(fā)，改變了田間自然條件下土壤氮素供應(yīng)，相對增加土壤有效養(yǎng)分[4]，雖然兩者的機理作用不同，但單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）時，甘藍(lán)養(yǎng)分利用效率差異不顯著。當(dāng)保水劑和脲酶抑制劑同時配施后，產(chǎn)生顯著的協(xié)同效應(yīng)，養(yǎng)分利用率均高于單獨配施保水劑或脲酶抑制劑，可能是保水劑通過其吸水保水功能，使脲酶抑制劑發(fā)揮最佳效果，其機理有待進(jìn)一步探究。同時，實現(xiàn)國家發(fā)布的《到2020年化肥使用零增長行動方案》[30]中化肥“零增長”下的養(yǎng)分高效利用目標(biāo)，單純地施用單質(zhì)肥或復(fù)合肥很難獲得較高的肥料利用率，土壤添加劑配套施用技術(shù)研究亟需開展，同時在添加土壤添加劑的同時，配施秸稈[31]、生物炭[32]和生物有機肥[33]等有機物料在實現(xiàn)作物增產(chǎn)增收的同時，也能達(dá)到土壤培肥的目的，也是未來亟需研究的方向。

本研究表明，與常規(guī)化肥（HF）相比，單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）能顯著提高貴州高山冷涼蔬菜甘藍(lán)的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時還能促進(jìn)對氮磷鉀的吸收利用，提高養(yǎng)分利用效率，提升經(jīng)濟效益，但兩者之間差異不顯著；同時配施保水劑及脲酶抑制劑（FBN）效果優(yōu)于單獨配施保水劑（FB）或脲酶抑制劑（FN）。因此，本研究推薦保水劑和脲酶抑制劑配施（FBN）作為貴州高山冷涼蔬菜甘藍(lán)栽培種植時最佳土壤添加劑施用技術(shù)。