化肥減施下生物有機(jī)肥對甜菜生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響

張強(qiáng)，郭曉霞，田露，翟泰宇，黃春燕，樊福義，李智，張鵬，蘇文斌

（1.烏蘭察布市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古集寧 012000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院特色作物研究所，呼和浩特 010031；3.包頭市城鄉(xiāng)統(tǒng)籌一體化促進(jìn)中心，內(nèi)蒙古包頭 014000）

0 引言

甜菜是我國重要的糖料作物，在我國主要有東北、華北及西北三大產(chǎn)區(qū)[1]，其中華北地區(qū)已成為我國甜菜種植面積最大的區(qū)域，2018 年和2019 年的菜種植面積分別達(dá)到了14.07 萬hm2和13.67 萬hm2[2]，內(nèi)蒙古是華北甜菜的主要產(chǎn)區(qū)，其2018年和2019年的種植面積達(dá)到了12.67萬hm2和13.07萬hm2[3]。隨著甜菜在內(nèi)蒙古地區(qū)種植面積的不斷擴(kuò)大，甜菜生產(chǎn)中的施肥問題也不斷突顯，由于甜菜生長中需肥量較大，施肥是保證甜菜高產(chǎn)高糖的必要條件，種植戶為了獲得較高的單產(chǎn)，逐年增加化肥施用量，化肥的大量施用又造成了甜菜含糖率降低、品質(zhì)下降，同時(shí)易造成土壤板結(jié)、土壤肥力及其物理性質(zhì)下降、環(huán)境污染等問題[4]，因此尋求內(nèi)蒙古地區(qū)甜菜生產(chǎn)高效施肥方式將成為解決甜菜化肥施用過量問題的直接途徑。

生物有機(jī)肥是指特定功能微生物與腐熟的有機(jī)物料復(fù)合而成的一類兼具微生物肥料和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料，可以被認(rèn)為是具有生物活性的有機(jī)肥，其具有增強(qiáng)土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)[5]、增強(qiáng)作物抗逆性[6]、提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)[7]等作用，研究表明施用生物有機(jī)肥及有機(jī)無機(jī)肥合理配施能夠有效降低作物生產(chǎn)中化肥施用量，提高肥料利用效率[8-9]，提高作物對養(yǎng)分的吸收和利用率[10-12]。因此，化肥減施下，有機(jī)肥替代部分化肥對維持土壤肥力，改善作物產(chǎn)量、品質(zhì)具有重要意義。近年來生物有機(jī)肥替代化肥已廣泛被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其在不同作物、不同生態(tài)區(qū)域的應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)，國內(nèi)外有機(jī)肥替代化肥對土壤性質(zhì)、作物生長發(fā)育、作物產(chǎn)量品質(zhì)以及肥料利用率的影響研究較多。但最佳有機(jī)肥替代化肥比例在不同地區(qū)、不同作物上的研究結(jié)果并不一致[13-15]，截至當(dāng)前生物有機(jī)肥在茄科作物[16]、水稻[17]等作物的研究應(yīng)用上較多，在甜菜上有微生物菌劑改善甜菜產(chǎn)質(zhì)量及抗病性的報(bào)道[18-20]，未見將生物有機(jī)肥作為底肥替代部分化肥在甜菜栽培中的研究報(bào)道。本研究旨在化肥減施下設(shè)置生物有機(jī)肥不同用量，探討其作為底肥施用后對甜菜生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量水平的影響，為內(nèi)蒙古地區(qū)甜菜穩(wěn)產(chǎn)穩(wěn)糖提供一種新的施肥策略，指導(dǎo)該區(qū)域甜菜生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用甜菜品種為‘IM1162’。試驗(yàn)用甜菜專用化肥總養(yǎng)分≥40%，N∶P∶K=12∶18∶15。試驗(yàn)用生物有機(jī)肥為生物菌劑與有機(jī)肥按照配比（1∶250）進(jìn)行復(fù)配而成，生物菌劑主要是由芽孢桿菌、木酶菌屬復(fù)合而成，其有效活菌含量為≥5.0億個(gè)/g，有機(jī)肥為腐熟羊糞，其有機(jī)質(zhì)含量≥40%，N+P2O5+K2O≥9%。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市察右前旗平地泉鎮(zhèn)（40.9232°N，113.1196°E），屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多寒干燥，風(fēng)多雨少，晝夜溫差大，年均氣溫為4.5 ℃，最高氣溫為39.7 ℃，最低氣溫?34.4 ℃；年降水量376.1 mm，且多集中在7—8月上旬；年均無霜期131 d；土壤類型為栗鈣土，其土壤有機(jī)質(zhì)含量18.21 g/kg、全氮含量0.71 g/kg、土壤全磷含量0.46 g/kg、全鉀含量16.31 g/kg、堿解氮含量111.07 mg/kg、速效磷含量9.23 mg/kg、速效鉀含量153.01 mg/kg，pH8.4。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6 個(gè)處理，以常規(guī)施肥（900 kg/hm2甜菜專用化肥）為對照（L0）、設(shè)置5 個(gè)化肥減量配施生物有機(jī)肥處理，其中甜菜專用化肥施用量均為450 kg/hm2，配施不同用量生物有機(jī)肥，其用量分別為L1（1 500 kg/hm2）、L2（3 000 kg/hm2）、L3（4 500 kg/hm2）、L4（6 000 kg/hm2）、L5（7 500 kg/hm2）。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，24個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積10 m×6 m=60 m2。甜菜采用紙筒育苗移栽栽培模式，種植行距50 cm，株距25 cm，理論株數(shù)80 000 株/hm2。甜菜專用化肥和生物有機(jī)肥均以基肥的形式一次性施入大田，灌溉采用滴灌的方式，田間管理方式與大田生產(chǎn)一致。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 株高、葉面積指數(shù)、植株干重和根冠比測定

在甜菜苗期、葉叢快速增長期、塊根及糖分增長期、糖分積累期、收獲期進(jìn)行測定。每個(gè)小區(qū)取樣3 個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)分別取3株甜菜，用卷尺測量最長葉片的高度，為植株株高；葉面積指數(shù)的測定采用圓孔取樣稱重法，具體方法為：以葉片基部第一個(gè)側(cè)脈發(fā)出點(diǎn)作為葉片和葉柄的分界處,選每個(gè)樣本有代表性的大、中、小葉片各10片，用直徑4 cm的環(huán)刀在葉片尖端中脈三分之一處鉆孔取樣，稱鮮重計(jì)算得到葉面積指數(shù)；將甜菜植株分為莖葉、根2 個(gè)部分，在105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干至恒重，稱重測定干重；根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.4.2 含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量

甜菜收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取15 株塊根，采用日本產(chǎn)Atago Refractometer PAL-1數(shù)字手持折射儀測定塊根錘度，折算其含糖率，含糖率=PAL-1測定的錘度×80%；每個(gè)小區(qū)選取10 m2測定塊根產(chǎn)量，計(jì)算產(chǎn)糖量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、處理和作圖，采用SPASS 25.0軟件進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機(jī)肥對甜菜株高的影響

由表1 可知，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，各處理甜菜株高整體呈現(xiàn)先增加后在收獲期降低的趨勢，在糖分積累期各處理株高達(dá)到最大值；除葉叢快速生長期處理L5 株高低于處理L2、L3，其余各生育時(shí)期甜菜株高表現(xiàn)為L4>L5>L3>L2>L1>L0，可見減施化肥配施生物有機(jī)肥的5個(gè)處理均能不同程度地促進(jìn)甜菜生長，增加株高。與L0相比，L1、L2、L3、L4和L5在全生育期株高增加幅度分別為0.74%～4.42%、2.22%～8.17%、6.83%～20.75%、13.19%～24.28%和5.96%～17.95%，分析不同生育時(shí)期各處理顯著性差異可知，與L0 相比，苗期僅有L4可顯著（P<0.05）增加甜菜株高，其余4 個(gè)時(shí)期處理L3、L4 和L5 可以顯著（P<0.05）增加甜菜株高，且除苗期外，L4在其余4個(gè)時(shí)期與L3和L5 之間差異顯著（P<0.05），L3和L5之間除葉叢快速增長期外，其余時(shí)期均不顯著（P<0.05）。綜上所述，減施化肥配施生物有機(jī)肥以L4（6 000 kg/hm2）表現(xiàn)較優(yōu)。

表1 生物有機(jī)肥對甜菜株高的影響（cm）Table 1 Effects of bio-organic fertilizer on plant height of sugarbeet (cm)

2.2 生物有機(jī)肥對甜菜葉面積指數(shù)的影響

由圖1 可知，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，各處理甜菜葉面積指數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在塊根及糖分增長期各處理葉面積指數(shù)均達(dá)到最大值。除苗期外，各處理各生育時(shí)期甜菜葉面積指數(shù)表現(xiàn)為處理L4>L5>L3>L2>L1>L0，苗期表現(xiàn)為L5>L4>L3>L2>L1>L0，可見減施化肥下配施生物有機(jī)肥的5個(gè)處理均能不同程度地促進(jìn)甜菜生長，提高葉面積指數(shù)，與L0 相比，L1、L2、L3、L4 和L5 在全生育時(shí)期葉面積指數(shù)提高幅度分別為3.28%～25.80%、12.30%～37.10%、13.11%～42.76%、32.29%～63.25%和28.33%～56.18%。同時(shí)，各處理在塊根及糖分增長期達(dá)到最大值后，葉面積指數(shù)下降，各處理下降幅度表現(xiàn)為L4>L3>L2>L5>L0>L1?？梢娀蕼p量后配合適宜生物有機(jī)肥施用，能夠較好保持地上部和地下部“源—庫”平衡，促進(jìn)“源”向“庫”轉(zhuǎn)化，減施化肥配施生物有機(jī)肥以L4（6 000 kg/hm2）表現(xiàn)較優(yōu)。

圖1 生物有機(jī)肥對甜菜葉面積指數(shù)的影響Fig.1 Effects of bio-organic fertilizer on leaf area index of sugar beet

2.3 生物有機(jī)肥對甜菜干物質(zhì)積累量的影響

圖2 生物有機(jī)肥對甜菜干物質(zhì)積累的影響Fig.2 Effects of bio-organic fertilizer on dry matter accumulation of sugar beet

由圖2 可知，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，甜菜莖葉干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，到糖分積累期達(dá)到最大；甜菜根干物質(zhì)積累量則呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。不同生育時(shí)期，甜菜莖葉干物質(zhì)積累量在處理間整體表現(xiàn)為L4>L5>L3>L2>L1>L0，根干物質(zhì)積累量則表現(xiàn)為L4>L3>L5>L2>L1>L0?？梢?，減施化肥配施生物有機(jī)肥的5 個(gè)處理均能不同程度促進(jìn)甜菜干物質(zhì)積累，與L0相比，L1、L2、L3、L4、L5 在全生育時(shí)期莖葉干物質(zhì)積累量和根干物質(zhì)積累量提高幅度分別為4.07%～14.43%和4.72%～21.60%、8.61%～22.22%和10.23%～32.45%、18.96%～27.11% 和18.89%～40.70%、24.61%～49.91% 和36.22%～65.49%、21.00%～32.09% 和24.20%～34.21%?？梢娀蕼p量后配合適宜生物有機(jī)肥施用，能夠較好促進(jìn)甜菜莖葉和根干物質(zhì)積累，為產(chǎn)量增加奠定基礎(chǔ)，其中減施化肥配施生物有機(jī)肥以L4（6 000 kg/hm2）表現(xiàn)較優(yōu)。

2.4 生物有機(jī)肥對甜菜根冠比的影響

根冠比是衡量植株源庫關(guān)系的重要指標(biāo)，尤其甜菜是以塊根為收獲器官的經(jīng)濟(jì)作物，合理的根冠比有利于甜菜獲得高產(chǎn)高糖。由表2 可知，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，不同處理甜菜根冠比均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，在塊根及糖分增長期之后，根冠比增加幅度增大。分析不同生育時(shí)期各處理根冠比顯著性可知，在甜菜生長前期，以地上部生長為主，苗期、葉叢快速增長期，根冠比處理間規(guī)律不明顯，且均差異不顯著；進(jìn)入塊根及糖分增長期，減施化肥配施生物有機(jī)肥的5 個(gè)處理根冠比均高于L0，但僅有L3、L4 和L5三個(gè)處理與L0之間差異顯著；至糖分積累期和收獲期，各處理根冠比均表現(xiàn)為L4>L3>L2>L1>L5>L0，除L5之外，其余各處理與L0之間均表現(xiàn)差異顯著，糖分積累期L4 顯著高于L1 和L2，但與L3 之間差異不顯著，收獲期L4 與L1、L2 和L3 之間均差異顯著，但L1、L2和L3 之間差異均不顯著。以收獲期為例，L1、L2、L3、L4和L5 較L0根冠比分別提高6.74%、8.21%、9.09%、13.78%、2.64%，L4 較L1、L2、L3 和L5 分別提高了6.59%、5.15%、4.30%和10.86%?？梢姡瑴p施化肥下配施生物有機(jī)肥能夠改善甜菜根冠分配，促進(jìn)地上部向地下轉(zhuǎn)移，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)量形成，減施化肥配施生物有機(jī)肥以L4（6 000 kg/hm2）表現(xiàn)較優(yōu)。

表2 生物有機(jī)肥對甜菜根冠比的影響Table 2 Effects of bio-organic fertilizer on root shoot ratio of sugar beet

2.5 生物有機(jī)肥對甜菜塊根產(chǎn)質(zhì)量的影響

由圖3可知，不同處理甜菜根產(chǎn)量表現(xiàn)為L4>L5>L3>L2>L1>L0；含糖率表現(xiàn)為隨著生物有機(jī)肥施用量的增大呈現(xiàn)降低趨勢，含糖率處理間表現(xiàn)為L0>L1>L3>L2>L4>L5；產(chǎn)糖量表現(xiàn)為L4>L3>L2>L1>L0>L5。分析根產(chǎn)量、含糖率、產(chǎn)糖量處理間顯著性可知，除處理L1 外，其余4 個(gè)減施化肥配施生物有機(jī)肥處理均可顯著提高甜菜根產(chǎn)量；含糖率則表現(xiàn)為除處理L1外，其余4個(gè)減施化肥配施生物有機(jī)肥處理均顯著低于L0；產(chǎn)糖量則僅有L4 顯著高于L0，其它處理與L0 之間差異不顯著，同時(shí)L4 產(chǎn)糖量顯著高于其他生物有機(jī)肥處理。甜菜產(chǎn)質(zhì)量是由產(chǎn)量和含糖率共同決定，綜上所述，減施化肥配施生物有機(jī)肥僅有L4（6 000 kg/hm2）處理能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)質(zhì)量平衡，其中根產(chǎn)量較L0提高16.01%、產(chǎn)糖量提高10.65%。

圖3 生物有機(jī)肥對甜菜塊根產(chǎn)質(zhì)量的影響Fig.3 Effects of bio-organic fertilizer on root yield and quality of sugar beet

3 討論與結(jié)論

生物有機(jī)肥在菌種繁殖、肥力發(fā)揮作用的同時(shí)，因其含有許多功能微生物，在施入土壤后，會(huì)產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物，代謝產(chǎn)物使土壤結(jié)構(gòu)變松散而得到改善[21-22]，同時(shí)其能夠促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化利用，為作物提供良好的生長條件。部分關(guān)于生物有機(jī)肥與化肥配施的研究均表明生物有機(jī)肥能夠替代部分化肥促進(jìn)作物生長及產(chǎn)量形成，其中何東霞等人[23]研究表明生物有機(jī)肥部分替代化肥顯著促進(jìn)韭菜生長、提高其產(chǎn)量，改善品質(zhì)，提高氮磷肥利用率，促進(jìn)土壤養(yǎng)分平衡；王家寶等人[24]研究表明化肥減量基礎(chǔ)上施用生物有機(jī)肥，油菜產(chǎn)量較單施化肥可提高31.2%。甜菜株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量、根冠比是反映甜菜生長群體狀況的重要指標(biāo)，部分研究表明適當(dāng)增加株高、提高葉面積指數(shù)和增加干物質(zhì)積累量，有利于甜菜產(chǎn)量的提高[25]，本研究表明減施化肥下配施生物有機(jī)肥能夠不同程度的提高甜菜株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量，其中以施用量6 000 kg/hm2表現(xiàn)較優(yōu)，這與前人研究結(jié)果一致。

生物有機(jī)肥為微生物制劑與有機(jī)肥復(fù)配而成，大量研究表明其在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量增加和改善農(nóng)作物品質(zhì)上具有較好效果，左燁[26]研究表明，生物有機(jī)肥可提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)，楊文莉等人[27]研究表明適宜用量的生物有機(jī)肥能夠改善葡萄品質(zhì)，但過量的施用反而會(huì)對葡萄的品質(zhì)起到負(fù)面作用。甜菜產(chǎn)量和品質(zhì)是綜合評價(jià)甜菜生產(chǎn)優(yōu)劣的指標(biāo)，一味追求產(chǎn)量的提高而過度施用化肥，直接會(huì)導(dǎo)致甜菜含糖率的下降，合理的肥料施用才能實(shí)現(xiàn)甜菜高產(chǎn)高糖。本研究結(jié)果表明甜菜含糖率在減施化肥的基礎(chǔ)上隨著生物有機(jī)肥施肥量的增加不斷降低，而根產(chǎn)量較常規(guī)施化肥處理均有所提高，但綜合考慮甜菜產(chǎn)糖量，可以發(fā)現(xiàn)僅有適宜用量（6 000 kg/hm2）較常規(guī)施化肥可以顯著提高甜菜產(chǎn)糖量，過少的施用量（1 500 kg/hm2、3 000 kg/hm2、4 500 kg/hm2）對甜菜產(chǎn)糖量影響不顯著，過多的施用量（7 500 kg/hm2）則起到了負(fù)面作用，降低了甜菜產(chǎn)糖量，這與前人研究結(jié)果基本一致。

在綜合考慮甜菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，化肥減施條件下如何實(shí)現(xiàn)甜菜生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效是當(dāng)前生產(chǎn)面臨的主要問題，本研究結(jié)果表明在減施化肥下配施生物有機(jī)肥能夠不同程度促進(jìn)甜菜生長發(fā)育，改善根冠比，提高產(chǎn)量，綜合分析生長發(fā)育、根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量形成，以減施化肥配施6 000 kg/hm2生物有機(jī)肥（L4）表現(xiàn)較優(yōu)，甜菜全生育時(shí)期株高增加13.19%～24.28%，葉面積指數(shù)增加32.29%～63.25%，莖葉和根干物質(zhì)積累量分別增加24.61%～49.91%和36.22%～65.49%，根產(chǎn)量提高16.01%，產(chǎn)糖量提高10.65%。