生姜是药食兼用的多功能经济作物，其姜块富含优质的营养成分和功能物质，是我国重要的特产创汇农产品^[1-2]。我国是生姜种植、生产和出口大国，年均收获生姜面积占世界总收获面积的 39.05%，单产量达 34.92～46.95 t·hm^-2，单产水平世界第一，年出口量占世界总出口量的 40%^[3-5]。生姜是一种生长周期长，养分吸收量大的蔬菜园艺植物^[6]，通过施肥可直接影响生姜质量安全及产量。研究发现，合理施肥能促进生姜生长发育，提高姜块养分吸收，增加生姜产量，提升姜块品质。如艾希珍等^[7]发现施用 N 600 kg·hm^-2、P₂O₅ 112.5 kg·hm^-2 和 K₂O 600 kg·hm^-2 时，生姜茎秆分枝多且粗壮、叶面积大、株高增长、产量增加，同时增施适量氮肥可促进生姜对氮、磷的吸收，适量增施磷肥可显著提高生姜氮、磷、钾吸收量；李录久等^[8]在施用 N 300 kg·hm^-2 的基础上进一步增施钾肥 450 kg·hm^-2，生姜株高、茎粗、分枝数、地上部和姜块生物量均显著提高，增产量达到 36.37%，且随施用量的增加，提高效果越显著；徐坤^[9]和朱宏斌等^[10]研究发现，合理增施氮肥或钾肥可显著提高生姜株高、分枝数、姜块鲜重，促进生姜生长，增加姜块养分分配率，从而提高生姜产量；Majumdar 等^[11]对生姜适量施用钾肥后，生姜产量显著提高，氮、钾吸收量显著增加；而与有机肥配施，增产幅度更高，还能改善姜块品质，有效提升姜块蛋白质、糖分、姜辣素等含量；Sanwal 等^[12]通过田间试验研究发现，经过禽粪与适量化肥配施的处理，生姜块茎产量显著高于其他处理，增产 24.93 t·hm^-2，还可提高姜块蛋白质、可溶性糖和姜精油等含量。同样，在萝卜^[13]，水稻^[14]、辣椒^[15]和甘蔗^[16]上的研究也得到类似结果。

然而，虽然生姜是一个古老的作物，但其现代施肥技术的研究并没有得到足够的重视。近年来，不合理施肥已成为生姜养分管理的首要问题。姜农偏施氮、磷肥，不施或少施钾肥，忽视微量元素的投入，氮、磷、钾比例失调现象突出，引起土壤养分缺失和失衡，肥力下降，阻碍生姜生长和养分积累，降低品质，导致产量剧减，严重制约生姜产业的发展^[7]。目前有关生姜施肥效应的研究只是通过改变施肥水平，研究单施某种肥料对生姜生长的综合效应，只反映某种元素的适宜投入量，无法得到最适生姜的肥料组合，研究结果总体上既少又不系统，同时平衡施肥和有机无机肥配施对生姜生长发育、养分吸收、品质提升和产量的影响未见系统报道。因此，开展生姜高产高效施肥技术研究，因地制宜地推广生姜平衡施肥是当前生姜生产中急需解决的关键技术^[17]。

基于前人的研究基础及生姜营养原理，假设有机无机肥料配施及合理用量是提高生姜产量、改善生姜营养品质、促进生姜生产可持续发展的关键措施。因此，本项研究在大田条件下，通过多因素多水平随机区组试验，明确不同有机无机肥配施及用量对生姜生长、营养品质和产量的影响，筛选并探究适合生姜“高产优质”的最佳有机无机配施组合，旨在为生姜高效施肥提供技术支撑，为生姜高效优质生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于 2021 年 3—11 月在湖北省汉川市沉湖镇赵湾村田水湾生态农业园（113°47′07″E， 30°43′36″N）进行。该地区为江汉平原腹地，光照充足，气候湿润，年均气温 16～18℃，年均无霜期 246 d 左右，年降水量 997～1200 mm，其自然条件适合生姜的生长。大田供试土壤为该区广泛分布的石灰性冲积土，质地为砂壤土。试验开始前，每块试验田采用五点采样法采集原始土壤，经自然风干、磨细、过筛，储存备用。土壤基本理化性质如下：pH 值 8.24，碱解氮 52.49 mg·kg^-1，有效磷 72.26 mg·kg^-1，速效钾 113.20 mg·kg^-1，有机质 19.80 g·kg^-1。

供试农作物选用山东莱芜大姜，品种为山农一号，由湖北盈亮农业科技有限公司提供。该品种具有姜块大，地上茎粗壮，叶片色深且抗逆性强、产量高等优点。

供试肥料根据该生姜品种生长发育所需养分^[18-19]，配制有机无机复合肥。肥料养分含量设计如下： （1）专用有机肥：养分含量 N 0.89%，P₂O₅ 3.09%， K₂O 2.59%，全碳 52%；（2）专用复合肥：养分含量 N15%、P₂O₅ 6%、K₂O 20%、SiO₂ 10%（Si）；（3）专用水溶肥：N 35%、P₂O₅ 5%、K₂O 5%。

1.2 试验设计

本试验为大田小区试验，采用 2 因素 3 水平完全区组设计。设计 3 个有机肥施用量水平：22.5、 45.0、67.5 t·hm^-2； 相当于 N 200.3、400.5、607.5 kg·hm^-2；P₂O₅ 695.3、1390.5、2085.8 kg·hm^-2；K₂O 582.8、1165.5、1748.2 kg·hm^-2。设计 3 个复合肥施用量水平：0.75、1.5、2.25 t·hm^-2；相当于 N 112.5、 225.0、337.5 kg·hm^-2；P₂O₅ 45、90、135 kg·hm^-2； K₂O 150、300、450 kg·hm^-2。合计处理 3×3=9 个， 1 个不施肥对照（CK），共计 10 个处理。上述有机肥和复合肥均作为基肥施用，其中有机肥为全田均匀撒施，用旋耕机混匀。之后，用开沟机开沟 30 cm，把复合肥施用在沟中，盖一层土壤。随后播种生姜，覆土、浇透水，最后盖地膜。

在试验期间，除对照外，各处理分 3 次追施生姜专用水溶肥，每次 0.15 t·hm^-2，设计用量共 0.45 t·hm^-2，相当于 N 157.5 kg·hm^-2、P₂O₅ 22.5 kg·hm^-2、K₂O 22.5 kg·hm^-2。在 2021 年 6 月 29 日进行第 1 次追施水溶肥，7 月 30 日进行第 2 次追施，9 月 1 日进行第 3 次追施。

设计沟距 0.75 m，沟深 0.30 m。每个小区按 0.75 m×19.5 m 的矩形设计，面积为 14.6 m²。每组处理设置 3 个重复，总计 30 个小区。根据小区面积和试验设计肥料用量，计算各小区施肥用量，试验各肥料用量见表1。

于 2021 年 10 月 20 日生姜成熟期采样，每个处理随机采 3 株生姜样品，分为地上部和姜块两部分，测定各部分株高、根长、茎粗、分枝数和叶绿素含量。每个部分再分为鲜样和干样。鲜样部分迅速用去离子水洗净，快速分装后放入盛有冰块的保温箱中，然后转存于-80℃超低温冰箱保存。干样部分先用自来水将表面杂质清洗干净，再用去离子水润洗数次后擦干，置于样品袋中 105℃杀青 30 min，于 70℃烘干至恒重，称量各样品干重，用粉碎机粉碎后备用。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤 pH、有机质及养分测定

参照《土壤农化分析》^[20]的方法进行土壤基本理化性质的测定。土壤 pH 值测定采用水浸提-电位法，土水比为 1∶2.5；土壤碱解氮测定采用碱解-扩散法；土壤有效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；土壤速效钾测定采用乙酸铵交换-火焰光度法；土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法-外加热法。

1.3.2 生姜养分测定

参考《中华人民共和国农业行业标准植物中氮、磷、钾的测定》（NY/T2017—2011），准确称取 0.2 g 姜粉，采用 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮法消解后定容至 50 mL，采用 AA3 流动注射分析仪（德国 SEAL 公司，德国）测定全氮、磷含量，采用 M410 火焰光度计（英国 Sherwood 公司，英国）测定全钾含量。参考《食品安全国家标准食品中锌的测定》（GB 5009.14—2017），准确称取 2 g 鲜姜，经 10 mL 混酸（HNO₃∶HClO₄=9∶1）消化后定容至 25 mL，采用 200 Series AA 火焰原子吸收分光光度计（美国 Agilent 公司，美国）测定全铁、锰、铜、锌含量。

1.3.3 生姜生长参数及产量测定

生姜成熟期每小区随机选取 3 株代表性的生姜植株样品，每株选取第 3 片功能叶片作为测量叶片，使用叶绿素仪（SPAD-502 Plus，Konica Minolta sensing，INC.）测定姜叶 SPAD 值，随后测定生姜株高、茎粗和分枝数，洗净擦干后再分别测定姜块根长、干重、鲜重和含水率，以平均值作为各小区的实测值。生姜收获时，每小区随机采集 3 点植株样品，每点采样面积取 4.87 m²，按小区单独收获计姜块实产（鲜重），并折合成公顷产量^[21]。

1.3.4 生姜品质测定

参考《植物生理生化实验原理和技术》^[22]，准确称取 0.2 g 鲜姜，分别采用蒽酮比色法和考马斯亮蓝 G-250 法测定生姜可溶性糖和可溶性蛋白含量；采用紫外分光光度法测定生姜姜辣素和姜黄素含量^[23-24]。

1.4 数据统计分析

本研究所有数据均以 3 次平行试验的平均值作为最终结果，利用 Excel 2019 和 Origin 2018 进行数据处理及制图，应用 SPSS 22.0 对试验数据进行统计分析，5% 水平下采用 Duncan 多重比较检验各处理平均值之间的差异显著性，所有百分数数据作反正弦转换后再进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 生姜生长参数

为考察有机无机肥配施对生姜生长的促进效果，于成熟期取样分析测定了生姜各生长参数。结果由表2 可知，在本试验条件下，与对照相比，各种肥料组合处理均能促进生姜生长。如施用专用肥（T1～T9）处理分别使生姜株高、茎粗、分枝数和姜叶 SPAD 含量较 CK 提高了 13.08%～31.78%、9.29%～51.43%、4.00%～28.00% 和 10.53%～35.34%，同时 T2、T3、T4、T5、T6、T8 处理增加姜块根长 24.81%～79.40%，而姜块含水率未达到显著性增加水平，其中以 T6（有机肥 45 t·hm^-2+ 复合肥 2.25 t·hm^-2）处理综合效果最好。

2.2 生姜产量

在分叉期和成熟期分别取样的结果表明，与对照相比，不同肥料组合均能提高生姜产量，表明本试验设计的生姜专用肥具有显著的增产效果 （图1）。施用专用肥（T1～T9）处理较 CK 均能显著提高分叉期和成熟期的生姜产量，增产率分别达到 16.25%～98.25% 和 15.76%～66.38%，其中 T6 处理对成熟期生姜增产率达到 66.38%，效果最好。

2.3 生姜矿质养分

2.3.1 氮、磷、钾含量

于成熟期取生姜样品，烘干磨碎制成姜粉测定分析生姜 N、P、K 含量。结果表明，有机无机组合处理显著提升生姜对 N、P、K 的吸收，促进养分积累（ 表3）。与 CK 相比，施用肥料 （T1～T9）处理分别提高姜块 P 含量、地上部和姜块 K 含量 23.75%～67.68%、17.17%～43.33% 和 25.36%～62.37%；同时 T4～T9 处理提高地上部 N 含量 20.90%～31.07%，以 T6 处理综合效果最好，并且 T6 处理还分别提高姜块 N 含量和地上部 P 含量 25.57% 和 31.73%。

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

注：不同小写字母表示同时期不同处理间差异显著（P<0.05）。

2.3.2 铁、锰、铜、锌含量

在本试验条件下，有机无机配合处理还促进成熟期姜块对 Fe、Zn 的吸收，降低对 Mn、Cu 的吸收（表4）。与 CK 相比，施用专用肥 T5、T6 处理对姜块 Fe、Zn 含量分别显著增加 27.44% 和 42.31%、 42.40% 和 36.53%，效果最好； 而 T1～T9 处理降低姜块 Mn、Cu 含量分别为 8.31%～43.85%、 9.16%～40.96%。有关 Mn 和 Cu 的降低效应还需进一步研究。综合来看，各处理提高养分吸收的效果表现为 T6>T5>T4>T8>T3>T7>T2>T9>T1。

2.4 生姜品质

有机无机配施可显著提升生姜品质（表5）。结果表明，与 CK 相比，施用肥料（T2～T9）处理分别提高生姜可溶性糖、姜辣素和姜黄素含量 13.62%～32.42%、11.23%～35.10% 和 15.93%～49.25%，同时 T3～T9 处理还对生姜可溶蛋白含量显著提高 10.83%～54.15%，综合效果以 T6 处理最佳，其对可溶性糖、可溶性蛋白、姜辣素和姜黄素含量分别提高 32.42%、54.15%、35.10% 和 49.25%，适合该地区生姜高品质优质生产。

3 讨论

合理施肥可调控营养代谢，促进作物高优生产，而通过有机无机肥配施则能够满足作物养分平衡供应^[13]，实现作物产量高、养分吸收大、品质好的农业生产效应。研究表明，适量的有机无机肥料配比和用量可以增加土壤养分矿化率，提高肥料利用率，从而有利于作物生长，促进氮、磷、钾的吸收，改善作物营养品质，增加作物产量。如赖多等^[25]通过有机无机肥配施提高土壤 pH 值、有机质和碱解氮含量，增加土壤养分含量，使蕉柑增产 4.4%～12.1%，同时还提升果实中总糖、维生素 C 等品质的含量；丁维婷等^[26]研究发现，有机肥配施化肥可显著提高土壤酶活性 21.04%～95.74%，从而增加土壤养分转化和有效肥力，提升小麦营养品质，增产达 6.93%～111.03%；通过 Meta 分析发现，有机无机配施可以增加土壤有机质含量，进一步提升土壤养分含量，使番茄增产 7% 以上，维生素 C 和可溶性糖含量提高，硝酸盐含量降低^[27-28]。在本试验大田条件下，有机无机肥配施能促进生姜生长（表2），提高生姜对矿质养分的吸收（表3、表4），提升姜块品质（表5），进而增加生姜产量 （图1），与上述在不同作物上的研究结果相似。

此外，本研究所用有机无机肥含有丰富的硅、钙、镁、钾等养分元素和腐殖酸等活性物质，这些养分元素和活性物质的施入不仅可以改善土壤理化性质，提高土壤养分含量，而且促进作物根系生长和光合作用，进而提高作物产量和品质^[29]。涂玉婷等^[30]施用硅钙钾镁肥有效缓解土壤 pH 下降，显著提高土壤有效钙、镁等养分含量，增加香蕉果指长，提高维生素 C、可溶性糖和可溶性固形物含量，增产率达 3.82%～5.64%；刘海芝等^[31]施用硅钙钾肥补充了土壤养分含量，促进生姜生长，改善生姜可溶性糖、蛋白质、游离氨基酸等品质成分，增加生姜产量和干物质积累。另外，向土壤中施入硅肥和有机质成分对作物生长、养分吸收具有关键作用。硅对作物生长发育具有良好的作用^[32]，施硅能够缓解植物生物和非生物胁迫，促进植株营养吸收和转化，增加叶片叶绿素含量和光合能力，提高植株生物积累量和收获产量^[33]；而施用黄腐酸、氨基酸等有机质可增强土壤保肥供肥能力，并通过与阳离子交换、鳌合、络合和吸附等形式，活化土壤中的硅、氮、磷、钾等营养元素，提高肥料利用率，从而增加植物对微量元素的吸收和转运^[29]。如贺月等^[34]采用硅肥与黄腐酸钾配施改善并活化土壤大量营养元素，使土壤肥力和酶活性提高，增加植株养分含量，促进植株生长；李志鹏等^[35]在基施化肥的基础上增施黄腐酸肥料，有效地改善根系土壤环境，提高烟叶和马铃薯营养品质，其产量也有显著增加。本研究与张国芹^[36]研究结果相似，施用含硅肥料提高了生姜矿质养分含量及吸收量，显著增强生姜抗逆性，促进生姜生长，提高生姜的品质和产量。

基于以上讨论的机制，本研究中，施用的有机无机肥不仅含有硅、钙、钾、氮、镁等矿物质元素，同时还富含黄腐酸等活性有机质功能成分，施入土壤可改变土壤理化性质和有机质含量，增加土壤肥力和养分转化率，使肥料利用率提升，进而促进生姜生长，改善生姜营养品质，增产效果明显。

4 结论

本试验条件下，施用有机无机配比的肥料组合处理均增加了生姜的株高、根长、茎粗、分枝数、叶绿素含量等生长指标，促进了生姜对氮、磷、钾养分吸收，提升了姜块的内在品质，增加了生姜产量。综合各指标结果，T6 处理（有机肥 45 t·hm^-2+ 复合肥 2.25 t·hm^-2）是最佳肥料配比和用量，可用于农业生产实际。

参考文献