生物有机肥部分替代化肥对生姜产量、养分利用效率及土壤肥力的影响

摘    要：以冀姜5号为试验材料，在田间试验条件下，研究生物有机肥部分替代化肥对生姜产量、养分利用效率及土壤肥力的影响。结果表明，生物有机肥替代10%～30%化肥可显著增加生姜产量，促进氮磷钾素向生姜根茎中积累和分配，提高肥料表观利用率、农学效率和偏生产力，其中20%生物有机肥+80%化肥（T2）处理生姜产量和肥料表观利用率、农学效率及偏生产力最高，较单施化肥（CF）增产25.60%，纯收益增加22.57%；T2处理氮磷钾肥表观利用率、农学效率和偏生产力分别显著提高43.25%～173.93%、49.55%～70.40%和13.77%～29.63%。随生物有机肥的增加，土壤有机质含量提高，硝态氮含量显著降低，T2处理土壤全氮、有效磷、速效钾含量增幅最大。综上所述，20%生物有机肥+80%化肥（4560 kg·hm-2生物有机肥配施+2400 kg·hm-2化肥）处理为试验条件下生姜最为适宜的施肥模式。

关键词：生姜；生物有机肥；化肥；养分利用效率；土壤肥力

中图分类号：S632.5+S606+.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）08-077-07

Abstract： Jijiang No. 5 was used as experimental material， a field experiment was conducted to study the effects of bio-organic fertilizer partially replacing chemical fertilizer on ginger yield， nutrient utilization and soil fertility under equal chemical fertilizer supplying. The results showed that bio-organic fertilizer replacing 10%-30% chemical fertilizer could significantly increase the yield of ginger， promote the accumulation and distribution of nitrogen， phosphorus and potassium to ginger rhizomes， and improve fertilizer apparent utilization rate， agronomic efficiency and partial productivity. Among them， the treatment of 20% bio-organic fertilizer combined with 80% chemical fertilizer（T2） had the highest ginger yield， fertilizer apparent utilization rate， agronomic efficiency and partial productivity， significantly increased the yield by 25.60%， and the net income increased by 22.57%， respectively， compared with the single chemical fertilizer treatment（CF）. Compared with CF， the apparent utilization rate， agronomic efficiency and partial productivity of nitrogen， phosphorus and Potassium of T2 treatment were significantly increased by 43.25%-173.93%， 49.55%-70.40% and 13.77%-29.63%， respectively. With the increase of bio-organic fertilizer， the content of soil organic matter improved， and the content of nitrate nitrogen decreased significantly. The content of total nitrogen， available phosphorus and available potassium in T2 treatment increased the most. In conclusion， 20% bio-organic fertilizer combined with 80% chemical fertilizer（4560 kg·hm-2 bio-organic fertilizer combined with 2400 kg·hm-2 chemical fertilizer）was the best fertilization mode for ginger production under the experimental conditions.

Key words： Ginger; Bio-organic fertilizer; Chemical fertilizer; Nutrient utilization rate; Soil fertility

我国是化肥生产和消费大国，单位面积化肥用量超世界平均水平3倍之多[1]。过量施肥是农田土壤功能退化、养分比例失调、肥料利用率降低的重要原因，由此引发了农作物产量、品质下降，病虫害加重和环境生态安全等一系列问题[2-3]。合理施肥是农作物增产的基础，施肥制度不仅影响作物的产量和品质，还会显著影响土壤的生态环境和生产力，关系到我国现代农业的健康可持续发展[4]。随着2015年农业部化肥、农药“双减”政策的提出，有关有机类肥料替代化肥的研究成为农业领域的热点之一。生物有机肥是一类兼具微生物肥和有机肥特点，能够为作物生长提供必要的养分和营养物质，实现有机、无机养分一体和功能互补的肥料[5]。已有研究结果表明，生物有机肥和化肥合理配施可以显著提高作物产量，改善土壤理化性状，提升土壤肥力，促进作物对养分的吸收利用[6-7]。宋以玲等[8]研究发现，增施生物有机肥部分替代化肥有利于提高土壤酶活性和有效养分含量，增加和改善油菜根际土壤微生物群落的数量和结构，增强植株抗逆性。姜蓉等[9]研究表明，化肥减量配施生物有机肥能够显著提高设施菊花的株高和花径，增加产量和观赏品质，并提高养分在菊花体内的吸收、分配。王成等[10]研究表明，与单施化肥相比，配施生物有机肥显著提高了韭菜产量，同时提高了氮、磷、钾肥利用率及其吸收量，氮、磷肥利用率随着生物有机肥用量的增加而提高。

生姜（Zingiber officinale Rosc.）作为人们日常生活中主要的香辛调味蔬菜之一，近年来由于种植效益较高，产业规模不断扩大。生姜属于根茎类作物，对养分需求量大，生产上偏施化肥和过量施肥现象十分严重，造成了资源浪费、生产成本增加，显著降低了生姜的产量和品质[11]。因此，合理施肥是我国生姜产业健康可持续发展急需解决的关键问题。目前关于生姜施肥技术的研究多集中在提高生姜产量方面，关于生物有机肥和化肥配施对生姜氮、磷、钾素吸收利用以及对土壤肥力影响的研究相对较少。为此，笔者通过田间试验，在等量养分投入下，研究生物有机肥部分替代化肥对生姜产量、养分利用效率和土壤肥力的影响，以期探索适宜的生姜化肥减量施肥技术方法，为实现生姜优质高产和科学合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年4－10月在河北省唐山市开平区唐山市农业科学研究院生姜试验田进行，地处北纬39°37′，东经118°13′，年平均气温12.4 ℃，年平均降水量1086 mm，无霜期190 d。试验区土壤为砂壤土，有机质含量（w，后同）1.05%，碱解氮含量32.7 mg·kg-1，速效磷含量48.6 mg·kg-1，速效钾含量129.6 mg·kg-1，pH 6.9。

1.2 材料

供试生姜品种为冀姜5号，由唐山市农业科学研究院生姜课题组提供。供试生物有机肥为腐熟牛粪、多种矿质元素和枯草芽孢杆菌、胶冻类芽孢杆菌、巨大芽孢菌等微生物原料加工而成，含有机质≥45%，有效活菌数≥2亿·g-1，N、P2O5、K2O含量分别为2.0%、1.0%、2.0%；供试化肥为三元复合肥，含N 15%、P2O5 5%、K2O 18%，均由河北沣田宝农业科技有限公司提供。

1.3 试验设计

采用田间试验法，共设置5个处理：CK（不施肥），CF（常规施肥，100%化肥），T1（10%生物有机肥+90%化肥），T2（20%生物有机肥+80%化肥），T3（30%生物有机肥+70%化肥），CF～T3处理氮磷钾总养分相同，各处理肥料用量见表1。生物有机肥分别于播种期、小培土期、大培土期按40%、30%和30%比例施入，化肥于同时期分别按20%、30%和50%比例施入。小区面积39.2 m2，随机区组排列，3次重复。生姜采用小拱棚覆盖栽培，播种前整地，试验田均匀撒施商品有机肥（纯羊粪发酵，有机质含量≥45%，N+P2O5+K2O≥6%）15 000 kg·hm-2作为基肥，深翻土壤，按行距70 cm开沟起垄，4月13日播种，株距18 cm，每小区种植310株（7.905×104 株·hm-2），10月20日收获，其他田间管理措施一致，均按当地生姜常规栽培模式管理。

1.4 项目测定

1.4.1 产量测定 生姜收获后，每小区随机选取3个点，每点随机取10株，称量单株根茎鲜质量，按小区测产并折合单位面积产量。

1.4.2 植株氮、磷、钾含量测定 收获后每小区随机取生姜植株3株，分别称量根、地上茎、叶、地下根茎的鲜质量，在鼓风烘箱中90 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒质量。干样称质量、粉碎、过筛，采用凯氏定氮法、钼锑抗吸光光度法和火焰原子吸收分光光度法分别测定植株各器官氮、磷、钾含量[12]。

1.4.3 土壤养分指标测定 于生姜根茎膨大期（9月28日），每小区随机选取5个点，每个点采集生姜根际、两株中间和两行间0～30 cm土壤，混合、风干、过筛，采用重铬酸钾容量法[13]测定土壤有机质含量，电导法[13]测定土壤pH，紫外分光光度法[14]测定土壤硝态氮含量，半微量开氏法[15]测定土壤全氮含量，火焰光度计法[16]测定土壤速效钾含量，钼锑抗比色法[17]测定土壤有效磷含量。

1.5 肥料利用效率相关参数计算

参照前人的方法，计算公式如下[18-19]：

氮（磷、钾）积累量/（kg·hm-2）=氮（磷、钾）养分含量×干物质质量；                                             （1）

肥料表观利用率/%=（施肥区植株养分积累量－不施肥区植株养分积累量）／纯养分施入量×100%；                                                                  （2）

肥料农学利用率/（kg·kg-1）＝（施肥区作物产量－不施肥区作物产量）／纯养分施入量；     （3）

肥料偏生产力/（kg·kg-1）＝ 施肥区作物产量／纯养分施入量。                                                 （4）

1.6 数据处理与分析