柴志伟，闫 妍，孙敏涛，王 君，李衍素，于贤昌，贺超兴

（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

生姜（Rosc.）为姜科多年生草本植物，既是常用的调味品，又是一种可以用作多种药物制作原材料的经典药材，亦是我国用于出口创汇的特色蔬菜。生姜是生长期长、设施及水肥投入大、产量效益高的蔬菜作物，在其产量形成过程中对氮、磷、钾肥需求量均较大，每形成1 000 kg姜块产量约需纯N 6.34 kg、PO0.57 kg、KO 9.27 kg。生姜的产量和品质受到气候条件、品种、施肥、栽培管理措施等多种因素影响，其中施肥影响最大。在生姜生产中，追施化肥成为农民实现高产而普遍采取的手段。过量施肥不仅会导致肥料利用率降低，还会使生姜外观形状及风味品质下降，加重土壤次生盐渍化、养分失衡等，并造成水体富营养化、土壤酸化等农业面源污染问题，严重制约生姜产业的可持续发展。

农产品地理标志产品——昌邑大姜全部实行保护地栽培，通过推广前期拱棚栽培、中期水肥一体化管理、病虫害绿色防控、增施生物有机肥等绿色生产技术，实现了绿色生产，但也存在不合理施肥问题；因此，针对生姜栽培过程中存在的过量施肥等问题，以山东昌邑生姜主产区的施肥方案为对照，研究比较不同施肥量对生姜植株生长和产量的影响，分析不同施肥处理的养分吸收情况及其对生姜根区土壤养分和土壤酶活性的影响，以期为生姜栽培的精准施肥提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地点

试验在北京市昌平区南口镇马坊村的中国农业科学院南口中试基地农场的大田进行，该地区属暖温带气候，土壤为砂壤土，土壤理化性质为：pH值8.68，有机质27.82 g/kg，全氮2.56 g/kg，全磷1.73 g/kg，全钾23.55 g/kg，碱解氮831 mg/kg，有效磷236.7 mg/kg，速效钾511 mg/kg。

1.2 试验材料

供试生姜品种为缅姜，由唐山旭通农产品生产专业合作社提供。基肥为石家庄市希星肥业科技有限公司生产的精制有机肥，执行标准NY 525—2012，肥料登记证号：冀农肥（2009）准字5129号，技术指标为：有机质≥45%，氮＋磷＋钾≥5%，微量元素≥10%，黄腐酸≥10%，腐植酸≥8%，氨基酸≥10%，有效活性菌≥0.2亿个/g，每667 m基施精制有机肥1 000 kg。追肥为北京福特森农业科技有限公司生产的全水溶性肥料，包括N-PO-KO为20-20-20和16-8-34两种配方肥，执行标准NY 1107—2011，登记证号：农肥（2013）临字7489号。

1.3 试验方法

生姜姜种于4月8日播种，播种盖土后浇定植水，然后搭建拱高0.5 m的塑料小拱棚，以保温保湿；5月上旬在小拱棚上搭遮阳网遮光降温，6月下旬撤去小拱棚膜，8月20日去除遮阳网，11月3日采收测产。

处理采用东西向排列，南北向做畦，畦长7.0 m、宽0.7 m，生姜单行栽培，行距0.7 cm，株距0.25 m，每个处理重复5次。设置4个肥料用量水平，以常规追肥（667 m追肥N 17.4 kg、PO10.2 kg、KO 33.6 kg）为对照（100%），其余处理按常规追肥量进行增减，分别为：T—120%，较常规追肥增施20%；T—100%，常规追肥，作为对照（CK）；T—80%，较常规追肥减施20%；T—60%，较常规追肥减施40%。各处理在生姜不同发育期的追肥量见表1，具体如下：在6—7月生姜三叉期追施水溶肥（20-20-20），追肥采用少量多次的原则，每隔1周追肥1次，共追肥5次；在8月生姜旺盛期和9月生姜膨大期追施水溶肥（16-8-34），2个时期分别追肥2次，每次间隔2周；追肥均采用滴灌随水冲施。

表1 各处理主要生长发育期的667 m2追肥量安排 kg

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生姜姜块与植株茎叶的生物量及其氮、磷、钾含量测定

生姜采收时调查植株生长数据，每处理随机选择5株，统计株高、分枝数、地上部茎叶鲜质量和地下部姜块鲜质量，并计算出生姜鲜质量经济系数，生姜鲜质量经济系数＝地下部姜块鲜质量/（地上部茎叶鲜质量＋地下部姜块鲜质量）。每株随机选取部分茎叶和姜块称量并记录鲜质量，再在烘箱中105 ℃杀青30 min后，于85 ℃条件下烘干至恒质量，计算地上部和地下部干物质含量，并计算干物质经济系数（地下部干质量/总干质量）。生姜地上部和地下部氮、磷、钾的含量按照NY/T 2017—2011的标准测定。

1.4.2 生姜根区土壤理化性质及土壤酶活性测定

生姜采收后，在每个处理中间3垄采集地表0～20 cm的土壤样品，每垄采集5点，混合均匀后自然风干，再粉碎过筛，用于土壤理化性质和酶活性的测定。

土壤pH值测定采用土∶水＝1.0∶2.5（质量∶体积）法，将10 g自然通风阴干的土壤样品与25 mL去离子水混合，然后用pH计来测定土壤的pH值；通过重铬酸盐氧化-外部加热法测定土壤有机质含量；分别采用半微量凯氏定氮法及碱水解扩散法测定全氮及碱解氮含量；通过氢氧化钠熔融钼比色法和钼反相比色法测定全磷和有效磷含量；用火焰光度计法和乙酸铵萃取/火焰光度计法测定土壤全钾和速效钾含量。

土壤蔗糖酶的测定使用3,5-二硝基水杨酸比色法；土壤脲酶的测定使用苯酚钠-次氯酸钠比色法；土壤硝酸还原酶的测定采用试剂盒；土壤过氧化氢酶的测定使用高锰酸钾滴定法；土壤碱性磷酸酶的测定使用磷酸苯二钠比色法。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件处理数据和作图，利用SPSS 17.0软件对数据进行单因素方差分析，并运用Duncan检验法对显著性差异（＜0.05）进行多重比较。图表中数据均为平均值±SD（标准差）。

2 结果与分析

2.1 不同追肥量对生姜植株生长及产量的影响

由表2可知，除地上部茎叶鲜质量外，其他5个指标均以T处理最高，说明较常规追肥减施20%对植株生长有一定的促进作用，且有利于增产；T处理除分枝数外，其他指标均较CK低，且株高表现出了显著差异，说明较常规追肥减施40%不利于植株生长和增产；而T处理的株高、分枝数、地上部茎叶鲜质量均高于CK，而其他3个指标均低于CK，说明较常规追肥增施20%对植株生长有一定的促进作用，但不有利于增产。综合来看，过量追肥不利于增产，适量减施追肥量却有利于增产增效。

表2 不同处理生姜植株生长及产量情况

2.2 不同追肥量对生姜植株、姜块干物质含量及其营养元素含量的影响

由表3结果可知，生姜地上部茎叶的干物质含量为10.18%～12.79%，地下部姜块的干物质含量为7.28%～8.22%，生姜地下部姜块干物质含量在各处理间虽然无显著差异，但地上部茎叶干物质含量明显要高于姜块干物质含量，以较常规追肥减施20%的T处理的地下部姜块干物质含量最高，但其干质量经济系数低于鲜质量经济系数，因为地下部姜块干物质含量低于地上部茎叶干物质含量。干质量经济系数、单株干质量、地下部姜块干物质含量均以T处理最高，说明较常规追肥减施20%有利于物质积累。

表3 不同处理生姜的地上、地下部干物质含量比较

由表4可知，不同施肥处理的生姜地上部植株和地下部姜块的N元素含量虽有差异，但差异均不显著，生姜地上部的N含量高于地下部，地上部植株N含量以T最高，地下部则以T最高。生姜P元素含量除T为地上部分高于地下部分外，其他处理均表现为地上部含量低于地下部含量，可见不同追肥量影响到了营养元素的运移，适量追肥提高了磷元素的运输，影响到植株同化物的分配。对生姜的钾含量分析可见，地上部植株以追肥量最多的T处理的植株钾含量最高，显著高于其他处理，且高于地下部的钾含量；地下部姜块钾含量以T最高，T显著高于T，但与T差异不显著。

表4 生姜不同部位各处理的N、P、K含量分析

2.3 不同追肥量对生姜根区土壤pH值和养分含量的影响

由表5可知，处理T的土壤pH值最低，而T和T的土壤pH值均显著高于对照T和T。对土壤有机质含量的分析可见，追肥量高的T处理有机质含量也最高，而追肥量最低的T处理有机质含量也最低，二者差异达显著水平，表明生姜根区既可以利用化肥，亦可利用有机肥；另外，T与T、T差异不显著。追肥增施的处理T会抑制微生物生长，减少有机质分解利用，因而其土壤有机质增高，而追肥减施更有利于根区微生物活动，促进有机质的降解利用，因此T处理的有机质含量最低，可见较常规追肥增施20%可促进根区营养物质积累，提高地力。对土壤全氮、全磷、全钾的含量分析与有机质有类似趋势，其含量水平与追肥量密切相关，以较常规追肥增施20%的T处理的土壤中氮、磷、钾含量最高，且较常规追肥增施20%提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量。综合来看，除pH值外，其他7个指标均表现为T与CK无显著差异，而减施化肥会减少土壤营养元素含量和有机质含量，可适当增施有机肥改善根区环境。

表5 生姜根区土壤pH值和养分元素含量分析

2.4 不同追肥量对生姜根区土壤酶活性的影响

由表6可知，在蔗糖酶活性方面，以T处理最高，显著高于T和T处理，表明减少追肥量有利于其活性提高；而土壤脲酶活性表现则相反，表现为T处理显著高于其他处理，且T与CK无显著差异，说明增加追肥量有利于其活性提高。土壤硝酸还原酶活性表现为T和T显著高于T和T处理。土壤中的碱性磷酸酶和过氧化氢酶可以反映土壤微生物活动的强度，各处理间没有表现出显著差异，表明其受追肥量影响较小。

表6 不同施肥处理对相关土壤酶活性的影响

3 讨论与结论

3.1 讨论

在本试验中，较常规追肥减施20%有利于植株生长和增产，而较常规追肥增施20%有利于植株生长，但无增产效果。而有研究表明，在减施化肥时，增加生物炭肥料、农家肥等有机肥料，不仅不会影响生姜产量而且还能改善品质。

王绍辉等研究表明，不同遮阳处理的莱芜片姜经济系数在0.52～0.58，其最高产量的经济系数为0.55，而本研究中采收期生姜的鲜质量经济系数高达0.651，明显较高的可能原因除了品种不同外，本试验栽培期较长，营养转移地下储存器官较多；此外，栽培后期的生姜采收前遭遇了霜降天气，低温使生姜茎叶部分失水干枯和营养物质向根茎转移运输，从而使姜块部分生物量增加。对生姜的植株和姜块干物质含量测定结果表明，采收期生姜地上的干物质含量在10.18%～12.79%，而姜块的干物质含量仅在7.28%～8.22%。

氮（N）、磷（P）和钾（K）是蔬菜吸收最多的大量营养元素和主要化肥元素，在植物代谢的许多方面起着至关重要的作用，其中钾元素是植物体内的一种可移动元素，是钾离子通道和辅酶因子的组成成分，在根系吸收钾、气孔运动、光合作用和调控光合产物分配等过程中发挥着重要作用，且在促进植物产品器官的膨大上作用显著，而生姜对钾元素最为敏感。本研究测定的生姜植株N、P、K比例为7.37∶1.00∶13.69，姜块N、P、K含量比例为3.59∶1.00∶7.61。由此可见，生姜植株营养元素吸收量顺序为K＞N＞P，其中N和K元素在生姜茎叶中含量较高，P元素在姜块中含量较高，与前人研究结果相一致。

早期研究曾发现，施化肥会降低土壤pH值，造成土壤酸化，这一现象本研究中也有发现，对生姜增施化肥，土壤pH值则下降。土壤酶介导了土壤有机质的分解、转化和矿化，在土壤分解和养分循环中起着关键作用，是反映土壤有机质分解和养分循环的良好指标。本研究中，施肥量越多，土壤有机质含量越高，土壤中参与有机质分解的蔗糖酶活性越低；反之亦然，表明施用化肥满足了植物生长需要的同时，会抑制土壤中微生物对有机质的分解作用。

此外，采收期的土壤全氮和碱解氮含量均低于生姜种植前，且追肥量较高的处理中参与氮素循环的土壤脲酶和硝酸还原酶活性相对较高，表明过量投入的氮肥并没有被植物吸收利用或在土壤中累积，很可能是通过淋溶和反硝化作用减少了，而在较常规追肥增施20%的条件下，土壤中的全磷、全钾、有效磷和速效钾的含量相比于种植前的含量有所上升。生姜植株对磷元素的吸收量较低，且各处理的土壤碱性磷酸酶活性没有显著差异。生姜植株各部位钾含量随施肥量的增大而增加，表明生姜对钾肥需求量较大，但120%的过量施肥处理，因投入的钾肥过多，超出了生姜生长的需求，导致其在土壤中累积。

3.2 结论

本研究表明，在生姜生产中，较常规追肥减施20%有利于植株生长和增产。生姜对钾肥吸收量大，适当增施钾肥，有助于生姜植株的钾元素的吸收和转运。过量施肥会导致土壤pH值下降和土壤蔗糖酶活性降低，抑制土壤有机质的分解。过量施氮肥既没有被植物吸收，也没有在土壤中累积，很可能通过淋溶和反硝化作用而流失，但过量施用的磷、钾肥则会在土壤中富集。