周 旋 彭建伟 杨嫔玲 柴慧清 钟雪梅 康兴蓉 徐章倩 张慧茹

(1 湖南省农业科学院土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125；2 湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128；3 湖南沃博特生物科技有限公司，湖南 汉寿 415907)

我国是最大的化肥生产与消费国，在蔬菜生产过程中盲目、大量投入化肥的现象普遍存在[1]。结球甘蓝(BrassicaoleraceaL. var.capitataL.)是我国最主要的蔬菜品种之一，每年种植面积达100万公顷以上。其生长周期较短，但存在施肥量不合理、养分比例失调及施用方式混乱等现象，易造成作物减产、肥料利用率降低、资源浪费、土壤养分失衡及退化、农产品质量安全水平下降、农业面源污染加重等问题[2-3]。因而，我国主要菜区在减少氮(N)、磷(P)、钾(K)养分投入总量的同时，高度重视养分的比例协调，并制订了化肥精准减量、有机肥替代化肥、施用专用新型化肥等技术对策[4]以实现化肥零增长的目标。

在当前农业可持续发展形势下，利用微生物的生命活动及代谢产物能改善土壤养分供应，为农作物提供营养元素及生长物质，从而促进作物生长、提高产量品质，并减少化肥用量、提升土壤肥力[5-6]。但部分生物菌肥在施用时效果往往受土壤养分含量、土体结构、水分含量，以及温度、湿度、光照等环境条件的限制[7-8]。目前，设施栽培蔬菜在我国发展迅速，已占蔬菜总产量30%以上，而露地栽培蔬菜占比逐渐下降[9]。针对目前消费者关注的设施蔬菜营养是否劣于露地蔬菜的问题备受关注。有研究表明，不同栽培方式疏菜的营养成分与其生长温度、光照及其他因素共同作用，各有优势[10]。

相关研究表明，甘蓝对N素营养最为敏感，P素会影响其叶片光合作用和糖分的合成，K素则与同化物的吸收和单糖、双糖的合成密切相关[11]。因而，N、P、K肥对甘蓝生长的作用效果不同，但相互间存在一定的内在联系。在不同地区、不同品种、不同栽培模式、不同种植时期，针对甘蓝高产、优质栽培的最佳施肥方法与用量存在较大差异[12-13]。故根据不同栽培品种、栽培模式及区域制定出合理的施肥策略，是甘蓝生产的重点研究方向之一[11]。同时，可利用一些具有特定功能的生物菌肥提高化肥的利用效率，替代部分化肥肥效，降低化肥施用量[14-16]。目前针对结球甘蓝的物质积累及其对养分的吸收规律和利用率的研究较少。本研究根据蔬菜的营养特点，通过露地和大棚栽培试验来研究功能菌型复合肥对结球甘蓝生育期间物质积累及N、P、K养分吸收规律效应，以期探明结球甘蓝的养分吸收参数，为优化施肥技术、减少化肥用量、提高肥料利用率、以及微生物菌肥应用推广提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

露地试验于2018年9月—2019年3月在湖南省浏阳市永安镇坪头山村进行，前茬为水稻；大棚试验于2018年11月—2019年5月在湖南省益阳市赫山区衡龙桥镇湘江西村进行，前茬为辣椒。两试验点供试土壤具体性质见表1。

表1 不同试验地点供试土壤基本性质Table 1 Basic properties of soil tested at different experimental sites

1.2 试验材料

供试露地试验品种为京丰1号，大棚试验品种为春秋双冠王甘蓝，由当地农资公司提供。供试肥料为湖北三宁化工股份有限公司生产的三宁复合肥(N-P2O5-K2O=25-10-16)、湖南沃博特生物科技有限公司生产的微生物功能菌复合肥1(N-P2O5-K2O=25-10-16，有效活性菌数≥2亿·g-1；主要菌种为枯草芽孢杆菌，内含解淀粉芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌等功能微生物)、湖南沃博特生物科技有限公司生产微生物功能菌复合肥2(N-P2O5-K2O=20-10-20，有效活性菌数≥2亿·g-1；主要菌种为枯草芽孢杆菌，内含解淀粉芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌等功能微生物)。

1.3 试验设计

露地和大棚试验均采用田间小区试验，共设置6个处理：CF，常规用量复合肥(600 kg·hm-2)；BF1，等量功能菌复合肥1(600 kg·hm-2)；BF2，等量功能菌复合肥2(600 kg·hm-2)；25%BF1，减量25%功能菌复合肥1(450 kg·hm-2)；25%BF2减量25%功能菌复合肥2(450 kg·hm-2)；CK，不施肥处理。各处理具体施肥用量见表2。基肥在结球甘蓝移栽前施入，各处理均作为底肥一次性撒施，以后不再追施肥料。露地体系小区面积39.6 m2(6.0 m×6.6 m)，定植3×104株·hm-2； 大棚体系小区面积63.0 m2(6.0 m×10.5 m)，定植6×104株·hm-2。 3次重复，随机区组排列，其他田间管理同常规处理。

表2 田间试验施肥量Table 2 Fertilizer rates in the field experiment /(kg·hm-2)

露地试验于2018年9月15日开始定植，其幼苗期、莲座期、结球期、收获期分别为定植后54、78、112、180 d。

大棚试验于2018年11月29日开始定植，其幼苗期、莲座期、结球期、收获期分别为定植后46、90、120、157 d。

1.4 测定项目与方法

分别于结球甘蓝幼苗期、莲座期、结球期和收获期等关键生育期各小区采集3株植株样品，清洗、剪碎、混匀后于105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，并测定地上部干重，计算结球甘蓝各时期植株干物质累积量。将植株样品粉碎过40目筛，采用H2SO4-H2O2消煮法进行消化后，测定各养分含量。植株全N含量采用凯氏定氮法测定，植株全P含量采用钒钼黄比色法测定，植株全K含量采用火焰光度计法测定[11]。计算结球甘蓝各时期植株N、P、K养分累积量及肥料利用率[12]。将甘蓝的生育阶段分为移栽-动苗期、动苗-莲座期、莲座-结球期和结球-收获期等4个阶段，计算结球甘蓝各阶段植株养分吸收速率。收获后按小区实收计算最终产量。

N(P、K)累积量=干物质累积量×N(P、K)含量

(1)

N(P、K)肥吸收利用率=[施肥区植株地上部N(P、K)累积量-不施肥区植株地上部N(P、K)累积量]/N(P、K)肥施用量×100%

(2)

各生育阶段N(P、K)吸收速率=各生育阶段N(P、K)累积量/间隔时间

(3)。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0数据分析软件进行统计分析，不同种植制度下各施肥处理间差异显著性分析采用最小显著性差异检验法(least significant difference, LSD)。

2 结果与分析

2.1 结球甘蓝干物质累积量

由表3可知，不同种植体系下，结球甘蓝整个生育期各处理干物质累积量均呈上升趋势，幼苗期至莲座期植株生长较为缓慢，结球期后生长加快，且随着生育期递进，处理间差异越明显，至收获期干物质累积量达最大值。CK各生育期干物质累积量处于最低水平，于生育后期与其他处理间的差异加大。说明施肥能有效增加不同种植体系下结球甘蓝生育后期的干物质累积量。

表3 不同施肥处理下结球甘蓝各生育期干物质累积量Table 3 Dry matter accumulation of head cabbage at each growth period under different fertilization treatments /(g·plant-1)

露地种植体系中，各施肥处理结球甘蓝收获期单株干物质累积量较CK增加12.0%～20.0%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2的结球甘蓝收获期单株干物质累积量分别提高2.4%、4.5%、5.7%和5.5%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥均能有效提高露地栽培结球甘蓝生长中后期单株干物质累积量。其中，以减量处理(25% BF1、25% BF2)单株干物质累积量较高，且功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。

大棚种植体系中，各施肥处理结球甘蓝收获期单株干物质累积量较CK增加13.9%～26.2%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2的结球甘蓝收获期单株干物质累积量分别提高4.9%、6.6%、9.6%和10.8%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥均能有效提高大棚栽培结球甘蓝生长中后期单株干物质累积量。其中，以减氮增钾处理(25%BF2)单株干物质累积量较高，这可能与土壤基础背景值高有关，且功能菌肥减量处理与等量处理差异不显著。说明本试验条件下，功能菌肥减量25%处理仍能有效提供蔬菜养分，促进植株生长，实现稳产甚至增产。

2.2 结球甘蓝植株养分吸收规律

2.2.1 N素吸收速率 由表4可知，各生育阶段N素吸收速率的大小表现为结球-收获期>莲座-结球期>幼苗-莲座期，说明结球甘蓝在生育前期的吸N能力较弱，随着植株生育进程推进，吸收N能力逐步增强。

表4 不同施肥处理下结球甘蓝植株N素吸收速率Table 4 N absorption rate of head cabbage under different fertilization treatments /(g·plant-1·d-1)

露地种植体系中，各施肥处理结球甘蓝结球-收获期单株N素吸收速率较CK增加16.9%～35.9%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在结球-收获期单株N素吸收速率分别提高13.2%、10.5%、16.2%和15.5%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高露地栽培结球甘蓝单株N素吸收速率，提高对N素的吸收。其中，以减量处理(25% BF1、25% BF2)结球-收获期单株N素吸收速率较高，且功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。

大棚种植体系中，各施肥处理结球甘蓝结球-收获期单株N素吸收速率较CK增加28.2%～56.6%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在结球-收获期单株N素吸收速率分别提高5.0%、9.2%、22.2%和14.1%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高大棚栽培结球甘蓝单株N素吸收速率，提高对N素的吸收。其中，以减量处理(25% BF1、25% BF2)结球-收获期单株N素吸收速率较高，且功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。说明微生物肥料可通过有益微生物自身的生命活动为作物生长发育提供N素营养与调理，而减量25%处理仍能有效提供蔬菜N素养分，促进植株生长。

2.2.2 P素吸收速率 由表5可知，各生育阶段P素吸收速率的大小表现为莲座-结球期>结球-收获期>幼苗-莲座期，说明莲座-结球期是结球甘蓝对P素吸收的关键时期。

表5 不同施肥处理下结球甘蓝植株P素吸收速率Table 5 P absorption rate of head cabbage under different fertilization treatments /(g·plant-1·d-1)

露地种植体系中，各施肥处理结球甘蓝莲座-结球期单株P素吸收速率较CK增加44.5%～71.4%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在莲座-结球期的单株P素吸收速率分别提高11.2%、12.5%、17.5%和18.6%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高露地栽培结球甘蓝单株P素吸收速率，提高对P素的吸收。其中，以减量处理(25% BF1、25% BF2)莲座-结球期单株P素吸收速率较高，且功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。

大棚种植体系中，各施肥处理结球甘蓝莲座-结球期单株P素吸收速率较CK增加1.4%～34.1%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在莲座-结球期单株P素吸收速率分别提高5.1%、17.9%、11.5%和32.2%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高大棚栽培结球甘蓝单株P素吸收速率，提高对P素的吸收。其中，以减氮增钾处理(25%BF2)莲座-结球期单株P素吸收速率较高，且同一功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。说明微生物肥料可通过有益微生物自身的生命活动为作物的生长发育提供P素营养与调理，而减量25%处理仍能有效提供蔬菜P素养分，促进植株生长。

2.2.3 K素吸收速率 由表6可知，各生育阶段K素吸收速率的大小表现为结球-收获期>莲座-结球期>幼苗-莲座期(露地)；莲座-结球期>结球-收获期>幼苗-莲座期(大棚)。说明结球甘蓝在生育前期的吸K能力较弱，而生长后期增强，且不同种植体系下，对K素吸收的关键时期存在差异。

表6 不同施肥处理下结球甘蓝植株K素吸收速率Table 6 K absorption rate of head cabbage under different fertilization treatments /(g·plant-1·d-1)

露地种植体系中，各施肥处理结球甘蓝结球-收获期单株K素吸收速率较CK增加3.5%～18.9%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在结球-收获期单株K素吸收速率分别提高6.7%、10.6%、8.9%和14.9%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高露地栽培结球甘蓝单株K素吸收速率，提高对K素的吸收。其中，相同功能菌复合肥以减量处理(25% BF1、25% BF2)结球-收获期单株K素吸收速率较高，且功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。

大棚种植体系中，各施肥处理结球甘蓝莲座-结球期单株K素吸收速率较CK增加6.1%～25.8%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在莲座-结球期单株K素吸收速率分别提高1.1%、13.1%、6.7%和18.6%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高大棚栽培结球甘蓝单株K素吸收速率，提高对K素的吸收。其中，以减氮增钾处理(25%BF2)莲座-结球期单株K素吸收速率较高，且功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。说明微生物肥料可通过有益微生物自身的生命活动为作物的生长发育提供K素营养与调理，而减量25%处理仍能有效提供蔬菜K素养分，促进植株生长。

2.3 结球甘蓝养分累积及利用效率

2.3.1 N、P、K累积量 由表7可知，各施肥处理露地种植体系中，结球甘蓝收获期N、P、K累积量较CK分别增加22.8%～40.6%、17.2%～39.0%和12.8%～28.8%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在结球甘蓝收获期的N累积量分别提高11.1%、11.7%、14.2%和14.6%，P累积量分别提高12.0%、16.4%、13.9%和18.6%，K累积量分别提高6.0%、12.6%、8.5%和14.2%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高露地栽培结球甘蓝的N、P和K累积量。其中，以减量处理(25%BF1、25%BF2)收获期的N、P和K累积量较高，且功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。

大棚种植体系中，各施肥处理结球甘蓝收获期N、P和K累积量较CK分别增加17.0%～37.7%、15.2%～46.3%和3.7%～18.5%。与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在结球甘蓝收获期的N累积量分别提高6.3%、12.3%、17.7%和17.3%，P累积量分别提高6.6%、17.3%、14.0%和26.9%，K累积量分别提高6.5%、13.2%、8.6%和14.2%。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高大棚栽培结球甘蓝的N、P和K累积量。其中，以减量处理(25% BF1、25% BF2)收获期的N、P和K累积量较高，且功能菌肥减量处理与等量处理间差异不显著。

2.3.2 肥料利用率 由表7可知，各处理结球甘蓝对N、P、K的利用率总体表现为K>N>P。露地种植体系中，与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在结球甘蓝收获期的N肥吸收利用率分别提高10.8、18.5、24.2和35.4个百分点，P肥吸收利用率分别提高4.1、5.6、8.0和10.1个百分点，K肥吸收利用率分别提高13.6、17.7、34.1和36.2个百分点。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高露地栽培结球甘蓝N、P、K肥吸收利用率。其中，以减量处理(25%BF1、25%BF2)的N、P、K肥吸收利用率较高，功能菌肥减量处理与等量处理间的N、P肥吸收利用率差异不显著，但K肥吸收利用率差异显著。

表7 不同施肥处理下结球甘蓝收获期氮磷钾累积量及其利用效率Table 7 N,P,K accumulation and utilization of head cabbage at harvest stage under different fertilization treatments

大棚种植体系中，与CF相比，BF1、BF2、25%BF1和25%BF2在结球甘蓝收获期的N肥吸收利用率分别提高9.4、28.5、42.6和57.6个百分点，P肥吸收利用率分别提高2.9、7.5、10.0和17.5个百分点，K肥吸收利用率分别提高30.4、46.3、59.2和72.5个百分点。说明施用不同养分配比功能菌型复合肥能有效提高大棚栽培结球甘蓝的N、P、K肥利用率。其中，以减氮增钾处理(25%BF2)的N、P、K肥利用率较高，功能菌肥减量处理与等量处理间的N、P肥吸收利用率差异不显著，但K肥吸收利用率差异显著。

3 讨论

3.1 功能菌型复合肥减量施用对结球甘蓝干物质累积量的影响

蔬菜由于根系浅、喜高肥水、易奢侈吸收，且生产周期短，施用化肥的增产效果明显，导致过量施肥现象越发严重[17]。微生物菌肥能为叶片提供充分且易于吸收的营养元素和活性物质，并将有效养分运输至根部，改善根系的生长环境，从而提高植株吸收养分的能力，使根系更发达，生长更健壮[18]。薛莲等[12]研究指出，甘蓝的生物累积动态呈S形曲线，苗期生物量增长较小，结球后生长加快，而成熟期后生长速度减慢。本研究中，N肥对结球甘蓝植株生物量的形成影响最大，限制作用存在于整个生育期，其次为K肥和P肥。但相较于单一元素的影响，大量元素间的耦合作用对生物量的提升效果更为明显；同时，在微生物分解过程中所产生的植物生长调节剂、大量激素及多种微量元素，进一步刺激植株的生长发育[19]。此外，本试验条件下收获期大棚种植体系中植株生物量较露地种植体系高。可能是由于适宜的栽培条件可增强根系养分与水分的吸收，增加同化物质向产品器官中输入，故地上部的干物质积累也相应增加，为提高产量奠定基础。

本研究中，与常规施肥处理相比，露地和大棚种植体系下施用等量不同养分配比功能菌型复合肥处理结球甘蓝收获期干物质累积量分别增加2.4%～4.5%和4.9%～6.6%，而减量25%处理分别增加5.5%～5.7%和9.6%～10.8%。这是由于在高施肥水平下，部分土壤养分被淋失到土壤深层，不能完全被植株根系吸收，造成养分利用率低，而分配给叶球的同化物比例减少，经济产量降低[12,20]。故在实际生产过程中，应保证作物有充足的营养供给。而微生物菌肥则能提高植株肥料利用率，降低养分损失，减少肥料投入[21]。同时高施肥水平会推迟叶球的发育，结球时间较化肥减量处理延迟；按照采收习惯，叶球大部分达采收标准后即一次性收获，但高肥处理叶球尚小，导致经济产量较低[12,22]。因此，微生物菌肥适宜减量可有效促进干物质形成并向产品器官的转移，实现稳产甚至增产。

3.2 功能菌型复合肥减量施用对结球甘蓝养分吸收速率的影响

一般而言，甘蓝中N、P、K含量会随植株的生长而逐渐增加，同时其累积量不断提高[12]。研究表明，施肥可促进甘蓝生长，增加生物量，且在其中后期生长中越发明显[23]。在设施环境条件下，微生物菌肥较常规无机肥料更有助于设施蔬菜的生长发育，增强肥料的作物有效性[19]。这与本研究结果一致，与单施无机肥相比，施用微生物菌肥后，结球甘蓝干物质累积量明显增加，养分利用效率随之提高。这是因为微生物菌肥施入土壤后会迅速增殖构建优势群体，分解土壤中被固定且植物不易吸收利用的养分，并能固定转化空气中游离的N供植物吸收利用[5]。不同种植体系下结球甘蓝对养分的吸收积累随着植株的生长而不断提高，各生育阶段对N、K(露地)的吸收速率变化均表现为：结球-收获期>莲座-结球期>幼苗-莲座期，而对P、K(大棚)均表现为：莲座-结球期>结球-收获期>幼苗-莲座期。植株对两种体系下K的吸收高峰存在差异。可见，K已成为蔬菜产量进一步提高的限制性因子。

3.3 功能菌型复合肥减量施用对结球甘蓝肥料利用率的影响

本研究中，各处理结球甘蓝对N、P、K肥利用效率基本上表现为K>N>P，与前人研究结果一致[24-25]。此外，露地与大棚种植体系下结球甘蓝对K素的吸收利用表现出较大差异，可能与土壤基础背景值有关[13]，反映出集约化农业耗竭土壤中K素的严重性和补充K肥的必要性[26]。微生物菌肥是经过科学工艺加工后形成的具有固N、解P、解K作用的新型肥料，养分全面且肥效持久，能刺激作物生长[27]。张海波等[28]研究发现，适当减量化肥与菌渣配施能提高大头菜氨基酸含量，菜叶N、P、K含量和菜头K含量。莲座后期是甘蓝吸收养分的旺盛阶段，在生长中后期保持足够的养分供给，可保证甘蓝养分吸收[29]。本研究中，与常规施肥处理相比，不同种植体系下施用功能菌型复合肥处理结球甘蓝N肥吸收利用率分别增加10.8～35.4个百分点(露地)和9.4～57.6个百分点(大棚)。此外，露地和大棚种植体系下减量25%功能菌型复合肥处理较等量处理结球甘蓝N累积量分别增加2.6%～2.7%和4.4%～10.8%，P累积量分别增加1.6%～1.9%和7.0%～8.2%，K累积量分别增加1.5%～2.3%和0.9%～2.0%。故不同种植体系下结球甘蓝各施肥处理对同一养分的利用效率存在差异，应根据不同栽培模式下蔬菜的营养特点和吸肥规律来制定具体的施肥方案。本次研究仅为一年试验结果，有待通过多点或长期定位试验进行佐证。

4 结论

结球甘蓝的生物量累积从幼苗至莲座期较为缓慢，结球后生长加快，结球至收获期时生物量增加幅度逐渐减小，生长减慢。植株N、P、K养分吸收阶段主要发生在莲座期之后。在生产实践中，应充分考虑不同种植条件下结球甘蓝的营养特点，适当减少N、P、K肥施用量，提高根系对养分的吸收，促进同化物质向产品器官中输入而增加地上部的干物质积累，为增产增效奠定基础。不同肥料配比可显著影响结球甘蓝的生物量形成、养分累积及吸收效率，微生物菌肥对养分吸收的影响从苗期延续至收获阶段。因此，不同种植体系下施用营养全面、配比适当的微生物菌肥，可有效降低化肥用量，提高蔬菜肥料利用效率，实现减肥增效。