设施蔬菜可以实现以10%的蔬菜种植面积达到30%的蔬菜产量和45%的蔬菜产值[1]。近年来，设施蔬菜产业发展迅速，成为有效保障蔬菜周年平衡供应、提高菜农经济效益的重要产业之一。由于设施蔬菜栽培长期处于高集约化、高复种指数、高肥料投入的状态，普遍存在化肥施用过量等现象，可能会引发土壤养分失衡、次生盐渍化、土壤酸化等一系列连作障碍问题[2-3]，影响蔬菜产量和品质，制约设施蔬菜产业的发展。针对上述问题，越来越多的学者指出采用有机肥与无机肥配合施用措施，对于改善设施菜地土壤质量，减轻次生盐渍化和连作障碍，维持可持续发展具有积极作用[4-6]。有机肥替代部分化肥作为化肥减量增效的重要技术路径之一，已在粮油、蔬菜等大田作物上进行了大量研究[7-10]，普遍认为有机肥替代部分化肥能够有效提升土壤肥力，增加土壤微生物群落多样性，改善土壤环境，从而提高作物产量和品质，是提高肥料利用率、减少化肥施用量的重要途径。目前，关于畜禽粪便有机肥或生物有机肥的应用效果报道较多[11]，而针对秸秆有机肥在蔬菜生产上部分替代化学氮肥的施用效果有待进一步明确。
农作物秸秆是生产有机肥料的重要资源之一，可通过覆盖、翻压、堆沤、生物反应堆等方式直接还田或离田处置，实现肥料化利用，形成秸秆粉碎还田、快速腐熟还田、过腹还田、离田堆腐制肥等多种技术模式[12]。实际生产中，秸秆直接还田主要用于水田、旱地或果园，设施栽培则以施用商品有机肥或堆腐制肥还田为主。然而，受秸秆自身碳氮比高，以及纤维素、木质素等难降解有机物含量高、养分含量低等因素的影响[13]，其综合利用成本较高、效率低，离田肥料化利用率不高，秸秆肥料化利用生产有机肥的研究还有待进一步深入。
为探讨秸秆离田处置和肥料化利用技术，本试验应用秸秆纤维化促腐制肥技术工艺[14]，将水稻秸秆纤维化搅融处理后，制备秸秆颗粒有机肥，并进行秸秆有机肥替代化肥的田间应用试验，研究其在设施蔬菜上施用对作物产量、品质和土壤理化性质的影响，为秸秆离田肥料化利用提供技术依据和实践指导。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验地设在浙江杭州余杭区瓶窑镇南山村（30°22′ N，119°56′ E）杭州满山红蔬果专业合作社，位于杭嘉湖平原南端，属中亚热带气候，气候湿润，四季分明，雨量充沛，光照充足，年平均气温16.2 ℃，年平均降水量1 550 mm，年雨日数140 d左右，常年无霜期240 d。试验点土壤为培泥砂田，质地为黏质壤土。试验前土壤理化性状：土壤pH 4.42，有机质32.2 g/kg，全氮 0.241%，有效磷396.5 mg/kg，速效钾427 mg/kg。
1.2 肥料种类
以水稻秸秆为原料的秸秆颗粒有机肥由杭州互利粮油专业合作社加工而成。采用秸秆搅融加工设备及纤维化促腐制肥工艺，水稻秸秆经旋切搅融机械进行纤维化预处理40 min、快速堆腐发酵30 d后，按物料质量分数添加复合肥（N∶P2O5∶K2O为15∶15∶15）2%+尿素2%，经二次搅融、辊压造粒制备秸秆颗粒有机肥[有机质含量65.3%，pH 8.5，总氮（N）含量1.77%，总磷（P2O5）含量1.28%，总钾（K2O）含量2.07%]，作为作物基肥。
其他肥料，以猪粪为原料、木屑为辅料的商品有机肥由杭州绿宝有机化肥有限公司（余杭）生产，有机质含量38.6%，pH 8.4，总氮（N）含量1.70%，总磷（P2O5）含量2.66%，总钾（K2O）含量1.79%；生物有机肥由山东雷力绿色肥业有限公司生产，总养分含量25%（N∶P2O5∶K2O为15∶4∶6）；40%复合肥（N∶P2O5∶K2O为22∶5∶13）由比利时A-PLANTS能源化工集团有限公司生产。
1.3 试验设计
试验在蔬菜基地单体大棚中进行。在等氮条件下，根据不同有机肥种类和化肥施用量，设6个处理（表1），分别为青菜移栽前施底肥秸秆有机肥（SOF）3 750、7 500、11 250 kg/hm2，商品有机肥（COF）4 500 kg/hm2，生物有机肥（BOF）1 200 kg/hm2，以不施有机肥作为对照（CK）。按田间小区试验设计，每个处理1个小区，面积为20 m2，随机排列，3次重复。青菜品种为上海青，前茬为叶菜。2023年4月10日播种，5月6日施肥后翻耕整地，5月8日移栽，6月2日采收。青菜移栽密度18 cm×18 cm。有机肥和复合肥作底肥一次性施入，不同处理除底肥种类和施用量外，其他田间管理措施均一致。
表1 不同肥料及施用量试验设计 (kg/hm2) |
| 处理 | 施肥量 | 氮肥用量折纯 | ||
|---|---|---|---|---|
| 有机肥 | 化肥 | 有机肥 | 化肥 | |
| CK | 不施有机肥 | 复合肥750 | 0 | 165.0 |
| SOF1 | 秸秆有机肥3 750 | 复合肥525 | 49.5 | 115.5 |
| SOF2 | 秸秆有机肥7 500 | 复合肥300 | 99.0 | 66.0 |
| SOF3 | 秸秆有机肥11 250 | 复合肥75 | 150.0 | 16.5 |
| COF | 商品有机肥4 500 | 复合肥525 | 57.0 | 115.5 |
| BOF | 生物有机肥1 200 | 复合肥0 | 180.0 | 0 |
1.4 测定指标与方法
1.4.1 青菜产量和品质
试验结束时，分别对各小区青菜地上、地下部分称重测产。各小区取10株考察单株重、株高性状，并采用分光光度比色法测定叶绿素含量。取3株送检测机构进行品质检测，参照《植物生理学实验技术》[15]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；硝酸盐含量采用水杨酸硝化比色法测定；维生素C含量采用2，4-二硝基苯肼比色法测定。
1.4.2 土壤理化性质
试验前后分别采集各小区0～20 cm耕层土样，分析土壤理化性质。土样用常规方法预处理后，采用风干土常规法测定土壤理化指标[16]。土壤pH采用土水质量比1∶2.5浸提―酸度计测定；阳离子交换量采用乙酸铵交换―氧化镁蒸馏法测定；有机质含量采用重铬酸钾氧化―容量法测定；全氮含量采用自动定氮仪法测定；有效磷含量采用氟化铵―盐酸溶液浸提―钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提―火焰光度法测定；腐殖质含量测定方法参照标准NY/T 1867—2010《土壤腐殖质组成的测定 焦磷酸钠―氢氧化钠提取 重铬酸钾氧化容量法》。
1.5 数据处理与分析
数据采用Microsoft Excel 2020软件处理，统计分析采用SPSS 12.0软件完成，采用LSD法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 有机肥施用对青菜生长的影响
2.1.1 叶绿素含量
蔬菜的生长状况可通过植株的叶绿素含量间接得到体现。由图1可知，底肥施用有机肥的青菜叶绿素含量比CK（不施有机肥）处理均有所提高，增幅在12.35%～65.84%；随着秸秆有机肥施用量的增加，叶绿素含量呈增加趋势，SOF3处理最高，为1.34 mg/g。统计分析表明，SOF2、SOF3、COF、BOF与CK差异具有统计学意义（P<0.05），可见有机肥等氮量替代化学氮肥，有利于青菜的叶绿素含量增加。
2.1.2 植株性状
比较不同底肥处理的青菜生物性状差异（图2），底肥施用有机肥的处理与CK相比，青菜平均单株重表现出一定的正向效果，增幅在7.73%～27.90%，尤以SOF3和BOF处理的增幅最明显，分别较CK增加27.90%、23.25%。统计分析表明，SOF2、SOF3、COF、BOF与CK差异具有统计学意义（P<0.05）。平均株高除SOF1处理较CK略降低外，其他处理均有一定增幅，其中SOF2、SOF3增幅分别为5.17%、8.31%，与对照差异具有统计学意义（P<0.05）。可见，青菜移栽前基施秸秆有机肥7 500～11 250 kg/hm2作底肥，有利于青菜生产，提高作物株高和单株重。
2.1.3 产量
比较不同底肥处理的产量差异（图3），底肥施用有机肥的处理与CK相比，均表现出一定的增产效果，增产幅度在1 107.6～2 672.7 kg/hm2，增幅4.21%～10.15%，尤以SOF3、BOF和SOF2处理增产最明显，分别较CK增产10.15%、9.35%和7.43%。统计分析表明，SOF2、SOF3、BOF的产量与CK差异具有统计学意义（P<0.05）。可见，青菜移栽前基施秸秆有机肥7 500～11 250 kg/hm2或生物有机肥1 200 kg/hm2作底肥，有利于青菜生产，提高作物产量。本试验仅以基施秸秆有机肥11 250 kg/hm2作为最大施用量，继续提高秸秆有机肥用量对青菜产量的影响，有待进一步试验。
2.2 有机肥施用对青菜品质的影响
2.2.1 可溶性糖含量
可溶性糖含量是反映植物体内碳素营养状况及农产品品质的重要指标之一。由表2可知，不同底肥处理对青菜可溶性糖含量有一定影响，施用一定量的有机肥可增加植株可溶性糖含量，随着秸秆有机肥施用量的增加，可溶性糖含量呈上升趋势。底肥施用有机肥的处理，青菜中可溶性糖含量均高于CK处理，增幅在11.24%～34.11%，差异无统计学意义（P>0.05）。
表2 有机肥施用对青菜品质的影响 |
| 处理 | 可溶性糖含量/% | 维生素C含量/（mg/100 g） | 硝酸盐含量/（mg/kg） |
|---|---|---|---|
| CK | 2.58 ± 0.13 a | 31.85 ± 2.78 b | 548.60 ± 65.94 b |
| SOF1 | 2.87 ± 0.07 a | 38.20 ± 3.50 ab | 455.50 ± 19.83 ab |
| SOF2 | 3.03 ± 0.10 a | 40.07 ± 1.99 ab | 424.82 ± 40.48 a |
| SOF3 | 3.41 ± 0.07 a | 42.95 ± 2.67 a | 417.94 ± 48.01 a |
| COF | 3.45 ± 0.13 a | 42.58 ± 4.70 a | 438.18 ± 15.27 a |
| BOF | 3.46 ± 0.08 a | 43.59 ± 2.31 a | 417.33 ± 76.63 a |
|
2.2.2 维生素C含量
维生素C含量是衡量青菜营养品质的重要指标之一。由表2可知，底肥施用有机肥的处理青菜中维生素C含量均高于CK，增幅在19.94%～36.86%，其中SOF3、COF、BOF与CK差异具有统计学意义（P<0.05）。青菜中维生素C含量随秸秆有机肥施用量的增加呈上升趋势，施用商品有机肥和生物有机肥也可促进青菜中维生素C含量的增加。
2.2.3 硝酸盐含量
硝酸盐含量是蔬菜卫生品质中的一个限制指标。由表2可知，底肥施用有机肥的处理青菜中硝酸盐含量均低于CK，降幅在16.97%～23.93%，其中SOF2、SOF3、COF、BOF与CK差异具有统计学意义（P<0.05）。这表明纯化肥施用一定程度上促进了青菜体内硝酸盐的积累，而有机肥的施用对硝酸盐的生成有一定的抑制作用。
2.3 有机肥施用对土壤理化性状的影响
不同底肥处理的青菜地土壤理化性状相关指标数据见表3。底肥施用有机肥后，土壤pH较CK略有上升，增幅在0.06～0.19个单位；不同底肥处理的土壤阳离子交换量变化不大；土壤有机质、全氮和腐殖质含量较CK分别提高1.54%～7.41%、2.24%～7.62%和1.75%～5.26%，其中SOF3处理的增幅最大。综合来看，青菜移栽前施用秸秆有机肥、商品有机肥和生物有机肥作底肥，可以提高土壤pH以及有机质、全氮和腐殖质含量，起到改良土壤、提升土壤肥力的作用；随着秸秆有机肥施用量的增加，土壤有机质、全氮和腐殖质含量呈上升趋势。设施蔬菜地常年施肥水平较高，有效磷、速效钾含量比较丰盈，因此不同施肥种类、用量对单季青菜栽培后土壤中磷、钾含量变化的影响不大。
表3 不同底肥处理的土壤理化性状 |
| 处理 | pH | 阳离子交换量/（cmol+/kg） | 有机质/（g/kg） | 全氮/（%） | 腐殖质/（g/kg） | 有效磷/（mg/kg） | 速效钾/（mg/kg） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CK | 4.50 | 18.85 | 32.4 | 0.223 | 17.1 | 394.7 | 414.7 |
| SOF1 | 4.64 | 18.46 | 32.9 | 0.228 | 17.4 | 391.6 | 398.3 |
| SOF2 | 4.67 | 18.63 | 34.7 | 0.234 | 17.6 | 401.3 | 424.3 |
| SOF3 | 4.58 | 18.55 | 34.8 | 0.240 | 18.4 | 404.1 | 450.7 |
| COF | 4.69 | 18.50 | 34.2 | 0.238 | 18.0 | 410.1 | 487.7 |
| BOF | 4.56 | 18.99 | 34.7 | 0.236 | 18.3 | 397.5 | 450.7 |
3 结论与讨论
秸秆颗粒肥含有丰富的有机质及植物生长所需的氮、磷、钾等营养成分，特别是含有较高的钾素，能够有效补充土壤中作物生长所需养分，促进作物生长。杨玲[17]研究认为，秸秆堆腐有机肥对改善酸化土壤具有显著作用，施用后有利于增加土壤有机质含量，促进土壤团聚体形成，降低土壤容重，提高土壤通透性，加速土壤淋盐，降低表层盐分积累，促进作物根系生长和营养物质吸收，从而提高产量。金梅娟等[18]研究表明，秸秆源土壤调理剂耦合化肥减量措施可有效减轻设施菜地次生盐渍化障碍、缓解土壤酸化程度，促进叶菜的正常生长及产量的提高与品质的提升。潘亚杰等[11]研究表明，秸秆有机肥替代化学氮肥有利于土壤氮素的维持和提高，施用蔬菜秸秆肥对菜心产量提高较为明显[19]。本试验结果表明，秸秆有机肥具有较好的土壤培肥作用，可以提高土壤pH以及有机质、全氮和腐殖质含量，起到改良土壤、提升土壤肥力的作用；此外，促进了青菜根系的生长发育，增强了植株对养分和水分的吸收能力，使青菜地上部分生物量明显增加。
研究表明，有机肥替代化肥施用可提高蔬菜品质。王冰清等[20]研究表明，化肥减量及配施不同比例的有机肥可显著提高黄瓜、苦瓜和甘蓝3种蔬菜的可溶性糖、维生素C及蛋白质含量，降低蔬菜中的硝酸盐含量。梁乐缤等[21]研究表明，在小青菜生产中施用有机肥能够明显增加土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量，降低土壤容重；施用有机肥后小青菜中维生素C、可溶性糖含量明显提高，硝酸盐积累显著降低，有效提高了青菜品质。齐维强等[22]研究表明，施用不同配比的秸秆有机肥可明显促进番茄产量与品质提升。本试验中，不同有机肥处理的青菜中可溶性糖、维生素C含量均高于纯化肥处理，表明施用有机肥有助于提高青菜中可溶性糖和维生素C含量；随着秸秆有机肥施用量的增加，可溶性糖、维生素C含量呈上升的趋势；纯化肥处理的青菜中硝酸盐积累量最多，而施用有机肥的青菜中硝酸盐含量有所下降。这与刘丽鹃等[23]和罗佳等[24]的研究结论一致。
秸秆有机肥作为一种有机物料，可有效替代部分化肥，在减少化肥用量的情况下，为作物生长提供必要的养分，同时提高土壤有机质含量和改善土壤理化性状，其与化肥配施可提高农田养分循环利用效率及肥料利用率[25]。武星魁等[5]研究提出，叶菜类蔬菜有机肥氮替代化肥氮的比例在25%左右时可实现较佳的增效减排效果。潘亚杰等[11]研究表明，利用秸秆有机肥等氮量替代10%～25%化学氮肥是维持和提高菠菜产量及氮肥利用效率的适宜比例。罗佳等[24]研究表明，与单施化肥相比，配施20%有机肥处理显著提高了生菜产量，配施40%有机肥时生菜产量与单施化肥无差异。本试验中，由于有机肥中含有较高的速效氮、磷、钾养分，秸秆有机肥施用量11 250 kg/hm2、商品有机肥施用量4 500 kg/hm2时，化肥配施量可降至常规用量的10%、70%，生物有机肥施用量1 200 kg/hm2时，可不需要施用化肥。
本研究结果表明，与单施化肥相比，基肥施用秸秆有机肥和商品有机肥、生物有机肥的处理，其土壤有机质、腐殖质及全氮含量均有不同程度的增加，表明秸秆有机肥可以部分替代商品有机肥，实现秸秆肥料化利用，起到改良土壤、提升土壤肥力的作用。综合青菜的产量和品质指标，设施青菜基施秸秆有机肥11 250 kg/hm2或生物有机肥1 200 kg/hm2作底肥的施肥模式，可以在化肥减量的基础上，实现较稳定的作物产量，并提高蔬菜品质，具有较好的化肥减量增效作用，值得在生产上推广和应用。