张立成，李 娟，章明清，辜祖超

（1.福建省农业科学院土壤肥料研究所，福建 福州 350013；2.永春县农业农村局，福建 永春 362600）

施肥是提高土壤肥力和作物生产力的重要措施。目前，我国农业生产中在土壤施肥方面普遍存在过量施用化肥、忽视有机肥施用的现象[1]。化肥过量投入不仅降低养分利用效率、影响土壤肥力质量，甚至会对农业生态环境产生破坏作用[2-3]。农业生产系统中土壤最佳养分管理的要求是经济产出、养分资源利用效率和生态环境保护相协调[4]。在确保农作物稳产、增产的同时，减少农业生产系统化肥投入、建立高效作物养分管理策略是农业可持续发展的前进方向[5-6]。较多研究表明，化肥和有机肥配施不仅能增加作物生产力的稳定性和可持续性，同时也能够显著改善土壤质量[7-10]。有机肥含有丰富的有机质和作物所需的养分资源，增加有机肥的投入能够实现对化学肥料的部分替代，降低农业生产对化学肥料的依赖性，对维持农业生态系统平衡具有重要意义[11-12]。近年来，前人在对有机肥配施的研究中发现，根据作物对养分的需求特征，减少一定比例的化肥投入并配施有机肥不仅不会造成作物产量下降，而且配施有机肥后对土壤肥力质量具有明显改善作用[13-14]。然而，由于不同区域的气候条件、种植结构、土壤质地存在差异，采用有机肥替代化肥时作物增产效应差异明显。因此，制定区域化、有针对性的养分管理策略对农业生产可持续发展具有重要意义。

闽南丘陵种植区的土壤类型是我国南方典型赤红壤耕地，主要种植蔬菜和水稻，蔬菜和水稻轮作在该地较为常见。甘蓝是闽南赤红壤区种植面积较大的蔬菜作物，当地种植者在甘蓝种植过程中存在化肥过量投入、忽视有机肥施用的现状。鉴于此，拟以闽南赤红壤菜-稻轮作区种植的蔬菜作物甘蓝为研究对象，基于田间试验，探讨化肥不同比例减施并配施有机肥对作物生产力及养分吸收利用的影响，旨在为赤红壤菜-稻轮作区甘蓝种植中有机肥替减化肥提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验区域概况

田间试验于2019 年11 月—2020 年3 月在福建省永春县五里街镇埔头村（地理坐标：118°10′E、25°12′N；海拔：60 m）进行。试验区土壤类型为赤红壤，其特征是具有较强的风化淋溶作用，土层较厚，土壤腐殖质偏少，质地偏黏重，常年种植2 季蔬菜和1 季水稻。试验区属于亚热带季风气候，年平均气温22 ℃，冬季温度在5 ℃以上，全年无霜，光照充足，年平均降水量1 400 mm左右。

1.2 田间试验设计

选择地势平整、地块方正且肥力均匀的田块作为试验田，前茬作物种植水稻。供试作物品种为中甘8号圆球甘蓝。甘蓝定植移栽至试验田前采集耕层土壤样品，测定土壤基本理化性质：有机质23.47 g∕kg、全磷0.89 g∕kg、全钾20.23 g∕kg、碱解氮135.37 mg∕kg、速效磷52.18 mg∕kg、速效钾107.00 mg∕kg、土壤pH 值5.74。以不施肥处理为对照（CK），设计5种不同施肥处理，每个处理施肥量具体如表1 所示。其中，习惯施肥处理是采用当地种植者的习惯施肥量，推荐施肥处理是福建省农田建设与土壤肥料技术总站基于当地种植户往年所施用肥料和产量数据，结合试验前测得的土壤理化性质，采用作物肥料效应函数模型[15]计算后确定。有机肥替代施肥处理是以推荐施肥方式的氮肥用量为基准，采用等量有机肥替代的施肥方式补充相应的氮肥减少量。由于有机肥中含有磷、钾肥，因此，也将有机肥替代处理施用的磷、钾肥作相应的调减。各试验处理按小区分块随机排列布置在试验田中，试验小区之间采用分垄方式隔开，每个处理进行3次重复。试验小区为长15 m、宽1 m 的田垄，田垄之间的间距为0.3 m，甘蓝的种植间距为0.5 m，种植密度为30 000株∕hm2。供试肥料：氮肥选用尿素（含N 46%），磷肥选用过磷酸钙（含P2O514%），钾肥选用氯化钾（含K2O 60%），有机肥为市售商品有机肥（含N 3.4%、含P2O52.2%、含K2O 1.6%，福建省田伯生物肥有限公司）。

表1 田间试验各处理施肥量Tab.1 Fertilization amount of each treatment in the field experimentkg∕hm2

1.3 样品采集与指标测定

采用五点S 形混合采样法，分别于甘蓝移栽前和甘蓝收获后采集土壤样品，每个试验小区采集土壤样品1 kg 左右，带回实验室检测分析土壤理化性质，参照鲍士旦[16]的方法进行测试。采收甘蓝期间，分别在每个试验小区随机选取5 株甘蓝，用电子天秤称量甘蓝单个叶球质量，用游标卡尺测量叶球纵径和叶球横径，并计算甘蓝叶球紧实度，计算公式[17]：

式中，K为甘蓝叶球紧实度，W为甘蓝叶球质量，D为甘蓝叶球直径，H为甘蓝叶球纵径。

在甘蓝成熟期采集不同施肥处理的甘蓝叶球新鲜样品，对其生物学性状特征进分析，并将采收完成的甘蓝茎叶、叶球样品分别称取鲜质量后带回实验室风干，测定其含水量以及氮、磷、钾含量。甘蓝茎叶和叶球氮、磷、钾含量测定方法：将烘干后的样品磨细过0.5 mm 筛，经浓硫酸和过氧化氢消煮，消煮液氮含量采用凯氏定氮仪测定，磷含量采用钼锑抗显色-紫外分光光度计测定，钾含量采用火焰光度计测定。甘蓝采收时将整个植株从根部切下，统计每个试验小区甘蓝地上部生物量，然后再将甘蓝叶球从植株上切下，统计甘蓝产量，并计算甘蓝经济系数。甘蓝经济系数为甘蓝产量与甘蓝地上部生物量的比值。通过甘蓝茎叶和叶球的含水量，氮、磷、钾含量结果结合试验小区甘蓝茎叶生物量和产量，分别计算出不同施肥处理甘蓝吸收氮、磷、钾养分的利用效率。甘蓝叶球氮、磷、钾的养分利用效率计算公式：

式中，E为甘蓝叶球氮、磷、钾的养分利用效率，S为甘蓝叶球氮、磷、钾吸收量，V为甘蓝茎叶氮、磷、钾吸收量。

甘蓝的养分吸收量是指甘蓝植株体从土壤中吸收的氮、磷、钾养分在干物质中的积累量。不施肥处理甘蓝的氮、磷、钾养分吸收量绝大部分来自土壤基础肥力供给，本研究中，将施肥处理甘蓝的氮、磷、钾养分吸收量减去不施肥处理所余下的氮、磷、钾养分吸收量视为由肥料中获得。因此，根据施肥处理的施肥量和作物对养分的吸收量计算甘蓝的肥料利用效率，计算公式：

式中，Q为甘蓝对氮、磷、钾肥的肥料利用效率，T为施肥处理甘蓝对氮、磷、钾养分的累积吸收量，T0为不施肥处理甘蓝对氮、磷、钾养分的累积吸收量，R为施肥处理中所施入的氮、磷、钾肥养分量。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对甘蓝叶球农艺性状的影响

由表2 可知，有机肥替代50%化肥处理甘蓝叶球质量最高，达到1 418.05 g，显著高于其他施肥处理以及不施肥处理（CK）；推荐施肥处理甘蓝叶球质量1 361.21 g，显著高于有机肥替代25%化肥、有机肥替代100%化肥、习惯施肥和不施肥处理。不同施肥处理甘蓝叶球纵径相比较，推荐施肥、有机肥替代25%化肥、有机肥替代50%化肥、有机肥替代100%化肥施肥处理之间无显著差异，这几种施肥处理的叶球纵径在15.39～15.72 cm，均显著高于习惯施肥和不施肥处理。不同施肥处理甘蓝叶球横径相比较，推荐施肥、有机肥替代25%化肥、有机肥替代50%化肥、有机肥替代100%化肥施肥处理之间无显著差异，这几种施肥处理的叶球横径在17.18～17.43 cm，显著高于习惯施肥处理和不施肥处理。有机肥替代50%化肥处理甘蓝叶球的紧实度为0.58 g∕cm3，显著高于其他施肥处理以及不施肥处理；习惯施肥处理甘蓝紧实度为0.53 g∕cm3，显著小于其他施肥处理以及不施肥处理；不施肥、推荐施肥、有机肥替代25%化肥、有机肥替代100%化肥，这几种施肥处理甘蓝叶球紧实度之间无显著差异。有机肥替代50%化肥处理甘蓝叶球紧实度和叶球质量均较高，表明该施肥处理下甘蓝具有较好的收获指数。

表2 不同施肥处理赤红壤甘蓝叶球农艺性状特征Tab.2 Agronomic traits of cabbage balls under different fertilization treatments in the lateritic red soil

2.2 不同施肥处理对甘蓝地上部生物量和产量的影响

表3 为不同施肥处理下甘蓝的生物量和产量。通过对甘蓝地上部生物量比较发现，有机肥替代50% 化肥处理甘蓝地上部生物量最高，达到6 042.28 kg∕hm2，显著大于其他各个施肥处理和不施肥处理。推荐施肥、有机肥替代25%化肥、有机肥替代100%化肥，3种施肥处理甘蓝地上部生物量无显著差异，但其均显著高于习惯施肥和不施肥处理。通过对甘蓝的产量进行比较发现，依然是有机肥替代50% 化肥的施肥处理产量最高，达到3 824.13 kg∕hm2，显著高于有机肥替代25%化肥、有机肥替代100%化肥、习惯施肥和不施肥处理，但与推荐施肥处理相比较无显著差异。甘蓝的经济系数指标在0.59～0.64，不同施肥处理以及不施肥处理之间甘蓝经济系数相比较均无显著差异。各个施肥处理与不施肥处理相比较，有机肥替代50%化肥施肥处理甘蓝地上部生物量和产量最高，与不施肥相比较，地上部生物量增加1 829.30 kg∕hm2，增幅达43.42%；产量增加1 145.50，增幅达42.76%。推荐施肥处理甘蓝产量增加量低于有机肥替代50%化肥的施肥处理，但相差不大。相比不施肥处理，推荐施肥处理地上部生物量增加1 727.77 kg∕hm2，增幅达41.01%；产量增加1 123.27 kg∕hm2，增幅达41.93%。

表3 不同施肥处理赤红壤甘蓝地上部生物量和产量特征Tab.3 Above-ground biomass and yield characteristics of cabbage under different fertilization treatments in the lateritic red soil

2.3 不同施肥处理对甘蓝氮、磷、钾养分含量的影响

表4 为不同施肥处理赤红壤甘蓝茎叶和叶球氮、磷、钾含量，有机肥替代50%化肥处理茎叶氮含量为5.67%，显著高于有机肥替代25%化肥、习惯施肥和不施肥处理，但与推荐施肥和有机肥替代100%化肥的施肥处理无显著差异。有机肥替代50%化肥的施肥处理甘蓝叶球氮含量为3.48%，显著高于不施肥、推荐施肥、有机肥替代25%化肥处理，但与有机肥替代100%化肥处理无显著差异。有机肥替代50%化肥的施肥处理甘蓝茎叶磷含量为0.86%，显著高于习惯施肥和不施肥处理，与其他施肥处理相比较无显著差异。所有施肥处理甘蓝叶球磷含量无显著差异，但均显著高于不施肥处理，其中有机肥替代25%化肥的施肥处理甘蓝叶球磷含量最高，为0.64%。推荐施肥以及有机肥替代施肥处理之间甘蓝茎叶、叶球钾含量无显著差异，但均显著高于习惯施肥和不施肥处理，其中有机肥替代50%化肥的施肥处理茎叶、叶球钾含量最高，分别为3.72%、3.17%。

2.4 不同施肥处理对甘蓝氮、磷、钾养分吸收利用及肥效的影响

表5为不同施肥处理赤红壤甘蓝含水量及其对氮、磷、钾养分的吸收利用效率。由表5 可知，不同施肥处理以及不施肥处理甘蓝茎叶、叶球的含水量无显著差异，茎叶含水量在93.06%～93.72%，叶球含水量在91.63%～92.43%。甘蓝含水量测定结果说明，施肥处理对甘蓝的含水量影响不大。整体上，有机肥替代25%化肥的施肥处理甘蓝对氮、磷、钾养分的利用效率显著高于其他处理，分别为58.90%、64.34%、65.98%。有机肥替代100%化肥的施肥处理甘蓝对氮、磷、钾养分的利用效率最低，分别为52.74%、55.24%、59.81%。

表5 不同施肥处理赤红壤甘蓝含水量及其对氮、磷、钾养分的吸收利用效率Tab.5 Water content of cabbage and efficiency of N，P，K absorption under different fertilization treatments in the lateritic red soil%

表6为不同施肥处理甘蓝对土壤供应养分的吸收量和肥料利用效率。由表6 可知，不同施肥处理之间相比较，甘蓝对氮的养分吸收量差异明显，推荐施肥处理甘蓝对氮养分的吸收量为46.42 kg∕hm2，显著高于其他有机肥替代施肥、习惯施肥和不施肥处理。所有施肥处理之间相比较，甘蓝对磷、钾的养分吸收量无显著差异，但均显著高于不施肥处理。不施肥处理甘蓝对氮、磷、钾养分吸收量最低，分别为27.49、4.37、23.24 kg∕hm2。不同施肥处理之间甘蓝对氮、磷肥的利用效率具有显著差异：氮肥利用效率依次为有机肥替代50%化肥＞推荐施肥＞有机肥替代100%化肥＞有机肥替代25%化肥＞习惯施肥；磷肥利用效率依次为有机肥替代25%化肥＞推荐施肥＞有机肥替代50%化肥＞有机肥替代100%化肥＞习惯施肥。不同施肥处理甘蓝对钾肥的利用效率方面，推荐施肥、有机肥替代25%化肥、习惯施肥之间无显著差异，均显著高于有机肥替代50%化肥和有机肥替代100%化肥的施肥处理。从整体上来看，有机肥替代50%化肥、有机肥替代25%化肥的施肥处理分别具有较高的氮、磷肥利用效率，其分别为40.82%、30.82%。有机肥替代50%化肥的施肥处理氮肥利用效率相比习惯施肥处理增加了13.14个百分点。

表6 不同施肥处理赤红壤甘蓝吸收氮、磷、钾养分积累量和肥料利用效率Tab.6 N，P，K accumulation and utilization rate of fertilizer of cabbage under different fertilization treatments in the lateritic red soil

3 结论与讨论

3.1 化肥减量配施有机肥对甘蓝生长和产量的影响

甘蓝是一种对养分需求量大的蔬菜作物，种植者通过施用化肥提高土壤养分供应，以期获得更高的产量，但长期过量施用化肥会对土壤质量产生不良影响。土壤养分资源合理利用是维持耕地土壤可持续发展的重要途径[18]。有机肥是保持土壤生产力稳定和减少化肥施用的一种传统而有效的方法[19]。有机肥所含的有机养分在土壤中经过一系列的生化反应后转化为作物吸收利用的缓效养分，具有持续性供应特征，而化肥是可直接被作物吸收利用的速效养分[20]。因此，有机肥与化肥配施对维持农业生态平衡稳定和可持续性耕作具有积极作用。本研究中，有机肥替代50%化肥的施肥处理甘蓝叶球质量、紧实度最好。甘蓝叶球特征指标一定程度上反映了作物的整体生长状况。对甘蓝叶球生物学性状特征的研究结果表明，推荐施肥处理以及有机肥替代50%化肥的施肥处理能提高甘蓝叶球紧实度，获得较好的经济效益。SALEHA 等[21]的研究结果表明，化肥配施有机肥对甘蓝各农艺性状指标均有不同程度促进作用，尤其是对甘蓝叶球质量有明显的提升效果。杨鹏等[22]的研究结果表明，在四川紫色土区化肥减量配施有机肥能显著增加春甘蓝产量和品质，这和本究结果一致。耿川雄等[23]在云南中南部进行了有机肥替代30%化肥试验后发现，其可使甘蓝的植物学性状和经济产量均获得最佳效益，而有机肥替代超过30%时，甘蓝产量与单施化肥处理相比较呈现负增长，这与本研究结果不同，说明不同区域土壤基础肥力以及气候环境在有机肥替代对甘蓝生长效果方面有不同的影响。

3.2 化肥减量配施有机肥对甘蓝养分吸收的影响

作物养分吸收和积累状况与土壤养分的供应密切相关。土壤中养分的丰缺情况，可以通过植株的长势状况表现出来，因此，植株和农产品中氮、磷、钾含量可反映土壤养分的供应是否充足。本研究中，不同施肥处理甘蓝对氮、磷、钾养分吸收具有明显不同的效果，不施肥处理甘蓝茎叶和叶球中的氮、磷、钾含量均低于施肥处理，表明不施肥条件下，仅依靠土壤基础肥力无法满足甘蓝对氮、磷、钾养分的需求。不同施肥处理甘蓝对氮、磷、钾养分吸收量的差异主要体现在氮上，磷和钾之间则无显著差异。有机肥替代50%化肥的施肥处理甘蓝茎叶和叶球氮含量均要明显高于其他施肥处理。表明甘蓝生长与化肥和有机肥中的氮素肥效相关，化肥和有机肥配施优化了土壤氮素养分的供应，使甘蓝获得了充足的氮素养分。作物吸收养分后除了一部分用于形成自身组织以及进行组织内的生化反应外，另一部分会转移至叶球中，转移至叶球的养分越多则养分利用效率越高[24]。甘蓝喜肥，在持续不充足的养分供应下，大部分养分积累在茎叶上，而向叶球转移量较少[25]。有机肥是一种缓效态肥，肥效持续时间长，但其释放效率较慢，当有机肥替代氮肥量较高时，甘蓝生长后期获得养分增多，在甘蓝生长成熟期提高了茎叶干物质积累量，而叶球干物质积累量减少[26-27]。本研究中，有机肥替代化肥施用量为100%时，甘蓝氮、磷、钾养分利用效率分别为52.74%、55.24%、59.81%，低于其他施肥处理，此时养分利用效率偏低，而适量的有机肥与化肥配施能够提高甘蓝的养分利用效率，这和前人[28]研究结果一致。不同施肥处理甘蓝对土壤肥料养分的利用效率比较方面，有机肥替代50%化肥处理甘蓝对氮肥的利用效率高于其他施肥处理，有机肥替代25%化肥处理甘蓝对磷肥的利用效率高于其他施肥处理。有机肥属于缓释性肥料，合理的有机肥与化肥配施可使土壤养分供应平衡，从而提高甘蓝对氮、磷肥料的利用效率。有机肥除了富含氮、磷、钾等养分元素外，还含有一些微量元素，可提高土壤有机质含量和增强土壤微生物活动，改善土壤质地结构，有利于作物对肥料养分的吸收[29]。

综上，闽南赤红壤菜-稻轮作区有机肥替代50%化肥对甘蓝产量的增加最有利，并能促进甘蓝叶球生长，经济效益最佳。与单施化肥相比较，有机肥替减化肥处理提高了甘蓝的养分吸收利用效率和肥料利用效率。综合甘蓝的产量和肥料利用效率，推荐有机肥替代50%化肥作为甘蓝有机肥替减化肥的施用量。