有机氮替代化肥氮对设施菠菜品质·土壤肥力及根际细菌群落的影响

摘要  为明确有机肥替代化肥对菠菜生长的影响，以等氮量替代为原则，设置配方施肥和有机肥等氮替代不同比例化肥处理，通过大田试验研究有机氮肥替代化肥氮对设施菠菜产量、品质、土壤肥力和根际细菌群落的影响。结果表明，有机肥替代20%最有利于提升菠菜的产量和品质，鲜干重、维生素C和可溶性糖含量均显著高于配方施肥处理。有机肥替代可显著增加土壤的pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾含量，显著降低土壤的容重。有机氮肥替代比例为20%～80%时，土壤碱解氮含量均显著低于配方施肥处理。施用有机肥可显著增加土壤细菌的α多样性，降低其β多样性。菠菜有机酸含量和土壤碱解氮含量对β多样性贡献率最高，分别为12.80%和-4.71%。施用有机肥可提高好氧菌群、耐胁迫菌群等有益菌群的相对丰度，但也会增加潜在致病菌群的相对丰度。综上，有机氮肥部分替代化学氮肥可改善菠菜品质，提升土壤肥力和抗性。

关键词  有机肥；菠菜；等氮替代；土壤肥力；细菌群落

中图分类号  S153   文献标识码  A   文章编号  0517-6611（2024）07-0152-06

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2024.07.037

Effects of Substituting Chemical Fertilizer with Organic Fertilizer Nitrogen on Quality of Greenhouse Spinach， Soil Fertility and Rhizosphere Microbial Community

XIE Rui-bin1，2， LI Ting-ting1，2， LIU Ping2，3

（1.Hai’an City Farmland Quality Protection Station， Jiangsu Province， Nantong， Jiangsu 226602;2.Jiangsu Yangzhou Agricultural Environmental Safety Technology Service Center， Yangzhou， Jiangsu 225127;3.School of Environmental Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu 225127）

Abstract  Effects of substituting chemical nitrogen fertilizer with organic nitrogen fertilizer on greenhouse spinach yield， quality， soil fertility and rhizosphere bacterial community were studied. The experiment adopted an equal nitrogen design with six treatments， i.e.， 0 （CF）， 20% （OM20）， 40% （OM40）， 60% （OM60）， 80% （OM80）， and 100% （OM100） of chemical nitrogen being replaced respectively. The results showed that 20% of chemical nitrogen replacement with organic fertilizer was most conducive to improving the yield and quality of spinach， with fresh and dry weight， vitamin C， and soluble sugar significantly higher than that of CF. In all treatments， adding organic fertilizer could significantly increase the soil pH， organic matter， nitrogen， available phosphorus， and available potassium content， and significantly reduce the bulk density. When the proportion of organic nitrogen fertilizers was 20%-80%， the content of alkaline nitrogen was significantly lower than CF.  Applying organic fertilizer could significantly increase the α diversity of soil bacteria and reduce β diversity. Spinach organic acid content and soil alkaline nitrogen content significantly contributed to β diversity， which was 12.80% and -4.71% respectively. Application of organic fertilizer can improve the relative abundance of beneficial bacteria such as aerobic and stress tolerant， but it might also increase the relative abundance of potential pathogenic bacteria. In summary， the replacement of chemical nitrogen fertilizer with organic nitrogen fertilizers can improve the quality of spinach and improve soil fertility and resistance.

Key words  Organic fertilizer;Spinach;Substituting chemical fertilizer;Soil fertility;Bacterial community

设施蔬菜中过量施用化肥虽然可以保障蔬菜营养吸收，但难以达到高效、高产，同时会破坏土壤环境，导致施用成本的增加、环境的污染、土壤的退化等一系列问题［1-2］。随着绿色农业的发展，施肥理念也随之发生了变化。有机肥替代化肥可增产增收，产品绿色健康，是提高蔬菜品质的重要途径［3-4］。在设施蔬菜栽培中，有机肥替代化肥还能使土壤得到明显改良，从而增强作物抗病虫能力［5-6］。施用有机肥可有效促进绿色种养循环农业的发展，使畜禽粪便的利用率得到明显提高，为农业可持续发展提供强有力的技术支撑与保障，实现作物增产、农民增收、农业增效的发展目标［7-8］。但由于有机肥的肥源不同，其养分含量存在差异，对土壤的地力改善效果差异较大［9］，因此，确定施用过程中有机肥替代化学氮肥的合理比例是实现作物增产和氮利用效率提高的关键。笔者以设施菠菜为材料，研究畜禽粪便腐熟的有机肥替代化肥的可行性及其对菠菜生长发育、品质、土壤理化性质以及根际细菌群落的影响，为探索适合长江中下游地区设施菠菜高产优质的施肥技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验点位于海安市霞山家庭农场（120312 737°E，32.413 364°N）。试验时间为2021年11月5日至2022年1月5日。供试土壤为设施潮土，试验前0～20 cm土壤pH、EC值分别为7.09和26.91 μS/cm，土壤中有机质、全氮、全磷、全钾、硝酸盐、有效磷及速效钾的含量分别为22.5 g/kg、5.96 g/kg、0.56 g/kg、2.77 g/kg、1753 mg/kg、25.9 mg/kg和278 mg/kg。供试菠菜品种为尖叶菠菜，生育期为55～60 d。

1.2 试验设计

设配方施肥（18-5-18复合肥1 200 kg/hm2）（CF）、有机肥等氮量替代20%化肥（OM20）、有机肥等氮量替代40%化肥（OM40）、有机肥等氮量替代60%化肥（OM60）、有机肥等氮量替代80%化肥（OM80），有机肥等氮量替代100%化肥（OM100）6个处理，每个处理3次重复，随机区组排列，区组内土壤、地形等条件保持相对一致。有机肥为海安市当地有机肥公司生产的商品有机肥，养分含量：有机质31.3 g/kg，氮（N）16.1 g/kg，磷（P2O5）13.5 g/kg，钾（K2O）15.7 g/kg。

试验前将土地平整，左右各设置0.5 m的保护行，前后各设置1.5 m的保护行用于机械作业。各小区面积为4 m×7 m，小区之间采用塑料膜隔开，埋深50 cm，避免小区间肥水相互渗透。每个小区3次重复，随机区组排列。田间管理同一般设施菠菜。

1.3 测定项目与方法

在菠菜采收期测定不同处理的株高、主根长，测定单株鲜重、干重。在每个小区选取10株长势一致的植株，利用分光光度计测定整个植株的叶绿素含量。采用2，6－二氯靛酚滴定法测定不同施肥量处理下2个菠菜品种的维生素Ｃ含量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，采用分光光度法测定草酸含量和硝酸盐含量。土壤养分测定参照鲍士旦［10］的方法。

土壤微生物特征测试方法：无菌环境条件下，取菠菜根际土壤10 g，放入10 mL的冻存管中，用封口膜封住，置于液氮中过夜，第二天将冻存管取出，立刻置于干冰中。每个处理设3个平行，共计6组18个样品。从样本中提取基因组DNA后，用带有barcode的特异引物扩增16S rDNA的V3 + V4区，构建测序文库，Illumina上机测序。基于OTU、丰度数据，开展物种注释、物种组成分析、指示物种分析、α多样性分析、β多样性分析、群落功能预测。

1.4 数据分析

试验数据用Microsoft Excel整理，SPSS 23.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 菠菜生长发育

由表1可知，OM20（有机肥替代氮肥20%）处理下菠菜生长的株高最高，且CF（优化配方施肥）与OM20之间差异显著。除主根长外，单株鲜重、单株干重均在OM20处理下最大，说明有机肥替代20%化学氮肥时，最有利于植株的生长，可增加菠菜产量。所有处理中，OM40的主根最长，但各处理之间差异不显著。菠菜叶绿素含量总体呈随着有机肥的替代比例增加而减少趋势，仅OM20和OM40这2个处理的叶绿素含量显著高于其他处理。

2.2 菠菜品质

由图1a可知，OM20处理下菠菜的维生素C含量最高，随着有机肥替代比例的增加，维生素C的 含量有下降趋势，但其他各处理差异不显著，表明适量施用有机肥有利于维生素C含量的积累。有机肥最佳替代比例为20%。

由图1b可知，可溶性糖含量在有机肥替代比例为20%时最高，随着有机肥替代比例增加，有降低趋势。由图1c可知，配方施肥处理（CF）的草酸含量最高，随着有机肥替代比例的增加，草酸含量有下降趋势，但各处理间差异不显著。菠菜硝酸盐含量低于432 mg/kg为正常。由图1d可知，配方施肥处理中菠菜硝酸盐含量最高，有机肥替代氮肥后能显著降低菠菜硝酸盐的含量，且硝酸盐含量随着替代比例的增加而降低。

2.3 土壤养分特征

有机肥替代化学氮显著改变土壤理化性质。由表2可知，随着有机肥替代比例的增加，土壤中有机质呈上升趋势，有机肥替代20%～100%处理与CF相比显著增加，有机肥替代100%处理的土壤有机质含量最高，比CF增加了30.49%。土壤中的全氮含量随有机肥替代比例的增加呈波动趋势，有机肥替代100%处理全氮含量最高。有机肥替代处理的土壤中有效磷含量与CF相比均显著上升，但有机肥替代处理的有效磷含量无显著差异，均值为28.77 mg/kg。