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   有机栽培及惯行栽培下苦瓜及东方甜瓜之生长及产量效应





    摘 要

    本研究目的为探讨有机栽培及惯行栽培下对苦瓜及东方甜瓜果实产量、叶片养分含量及土壤肥力之影响。试验园圃设置于彰化县大村乡,试区土壤属于石灰性粘板岩冲积土,有机栽培处理采用堆肥及有机液肥,惯行栽培处理采用化学复合肥料及化学即溶液肥。由试验结果显示,惯行栽培处理区的“ 小月” 品种苦瓜之瓜果产量高于有机栽培处理区约28% ,“ 翠妃” 品种苦瓜之瓜果产量亦以惯行栽培处理区较高,比有机栽培处理区高约31% ,东方甜瓜瓜果纵径、瓜果横径、单果鲜重、果实可溶性固形物含量及瓜果产量在不同处理间差异不显著。苦瓜的瓜果之还原能力(FRAP value) 、DPPH自由基清除能力在不同处理间差异不显著,有机栽培处理的“小月”品种苦瓜叶片之DPPH自由基清除能力高于惯行栽培处理,惟对于“翠妃”品种则无明显差异,另有机栽培处理的“翠妃”品种苦瓜之瓜果维生素C含量高于惯行栽培处理,惟对于“小月”品种则无明显差异。经过连续栽种苦瓜及东方甜瓜后,有机栽培处理区的土壤EC值、有机质含量、Bray no. 1萃取性磷含量、交换性钾及镁含量较高于惯行栽培处理区。

    关键字:有机栽培、惯行栽培、土壤肥力、苦瓜、东方甜瓜。

    前 言

    有机农业为遵守自然资源循环永续利用原则,不允许使用合成化学物质,强调水土资源保育与生态平衡之管理系统,并达到生产自然安全农产品目标之农业(1)。因此,推广有机农业经营理念,不仅可以维护农业生产环境,确保农业永续经营,且可生产健康安全之农产品供消费者享用(5,9)。尤其农田土壤是孕育作物的基础,所以要生产有利人类健康的食物,必先维护农田土壤的健康(13,23)。中国袓先很早即懂得种植作物,除发展犁具以犁田并中耕除草等,并已懂得将动物排泄废弃物、植物之残体,甚至收集野外植生加入农田( 绿肥) ,以永保土壤肥力(4),如此耕作制度合乎自然,亦为农业自古相传且永续发展的关键之一。

    有机农业经营的基本原理是设法让土壤及作物本来的潜力充分发挥出来,以生产安全而又有生命力的农产品(13)。在有机农业生产过程中,十分注重加强自然资源的循环再利用,以期能兼具维护自然生态及提升农业产能的多重效益(19,30)。因此,采用安全无污染的农业废弃物,再经由适当的分解与腐熟,制作成品质优良稳定的有机质肥料,才能有效的提升农田土壤肥力,产出生产安全健康的有机农产品(12,15,25)。一般农业废弃物均兼具污染性及资源性,如妥为处理,将能转化为农业生产系统中的养分源( 氮、磷、钾) 及能量源( 碳)(7,16,32)。因此将农业废弃物再生利用制成有机质肥料回归于农田,不仅符合资源循环应用的自然法则,而且也是发展有机农业的重要方向之一(17,23)。现今台湾地区化学肥料用量始终高居世界前茅,农家自给有机质肥料用量却逐年降低(7,16)。目前盛行的农耕法密切地依赖化学性的石化产品,往往危及某些土壤微生物之生存、活动及平衡,长久行之必将直接或间接影响自然生态之品质及平衡(13,27)。所以充分开发及应用有机质肥料替代或减少使用化学肥料,以生产自然且健康的农产品是未来农业发展必然的趋势。现今有机农业在台湾地区逐渐受到消费者的注重与肯定,日后颇具有发展的空间与潜力(2,5)。本研究目的为探讨实行有机栽培及惯行栽培管理下,分析苦瓜与东方甜瓜之生育、产量、果实品质及土壤肥力之影响效应,以供日后研究与应用之参考。

    材料与方法

    一、试验苦瓜及东方甜瓜栽植

    本研究试验圃设置于彰化县大村乡台中区农业改良场试验园圃,采用简易温网室设施,第一期作栽种苦瓜,第二期作栽种东方甜瓜。苦瓜试验采用“ 小月” 及“ 翠妃” 品种,于2010年3月5 日播种,3 月19日定植,行株距2.5 m×1.0 m 。有机栽培处理区整地前施用有机质肥料10t/ha ;定植后,每周喷施有机液肥10 L/ha (加水稀释200 倍) 1次;开始着果后,每周喷施有机液肥10 L/ha ( 加水稀释200 倍) 2~3次,直到采收结束。惯行栽培处理区整地前施用台肥43号肥料400 kg/ha;定植后,每周喷施台肥即溶1 号肥料2 L/ha (NP2 O 5 -K2 O:26-13-13)加水稀释1,000倍1 次;开始着果后,每周以喷施台肥即溶1 号肥料2 L/ha +硫酸钾0.5 kg/ha (K2O: 50%)加水稀释800 倍2~3 次,直到采收结束。苦瓜试验依两个品种分成两个试区,分别采取完全逢机(CBD)排列设计,四重覆,共计2 处理×4重复=8 小区,每小区10 m×2.5 m=25 m2。东方甜瓜试验采用“ 嘉玉” 品种,于2010年8 月13日以直播方式种植,行株距2.5 m×0.6 m。有机栽培处理区整地前施用有机质肥料10 t/ha ;于直播后第10日起,每周喷施有机液肥10 L/ha ( 加水稀释200 倍) 1次;开始着果后,每周喷施有机液肥10 L/ha ( 加水稀释200 倍) 2~3次,直到采收结束。惯行栽培处理区于直播后第25日施用台肥43号复合肥料400 kg/ha,另于直播后第10日起,每周喷施台肥即溶43号2 L/ha (N-P2 O 5 -K2 O:15-15-15-4 )加水稀释1,000倍1 次;开始着果后,每周喷施台肥即溶43号2 L/ha ( 加水稀释1,000倍) 2~3 次,直到采收结束。东方甜瓜试区采取完全逢机(CBD) 排列设计,四重覆,共计2 处理×4重复=8 小区,每小区10 m×2.5 m=25 m2。苦瓜及东差异3方甜瓜调查项目包括茎粗、叶片长及宽( 从植株顶梢第1 叶算起,取第4~6 叶)、单果重、果长、果宽、果肉厚、果实糖度等。

    二、土壤及施肥管理

    试区土壤属于石灰性粘板岩冲积土,试验前土壤肥力分析结果如表一所示。试验用有机质肥料采用蔗渣、太空包废木屑及菜仔粕等材料,并经过充分堆积腐熟,有机质肥料的氮含量约22.5 g/kg、磷含量约9.56 g/kg 、钾含量约10.2 g/kg、钙含量约16.3 g/kg、镁含量约7.78 g/kg 、锌含量约16 mg/kg、铜含量约5 mg/kg 、有机质含量616 g/kg 、pH值6.60 。有机液肥采用黄豆粕:米糠:糖蜜:水为1:1:1:10比例混合,经过二周定期打气搅拌而发酵为有机液肥成品,电导度为9.98 dS/m,pH值为4.22 ,氮含量为6.11 g/L ,磷含量为1.22 g/L ,钾含量7.24 g/L ,钙含量为6.54 g/L ,镁含量为4.29 g/L 、锌含量12 mg/L 、铜含量6 mg/L。有机质肥料及台肥43号复合肥料依试验处理用量做基肥施用,于整地时混入土中。有机液肥及化学液肥依处理用量做追肥施用,分别加水稀释后,灌注于根部土壤。于试验前、苦瓜及东方甜瓜采收后分别采取土壤样品进行土壤肥力分析,于采收期分别采取叶片样品进行养分含量分析等工作。

    三、分析项目及方法

    ( 一) 基本化学特性分析

    有机材料及叶片样品经70℃烘箱烘干,以湿灰法( 硫酸) 分解后测定氮、磷、钾、钙及镁量,其中以微量扩散法测定全氮量(18),利用钼黄法呈色及分光光度计( 于420 nm下) 比色法测定其全磷量(29),利用焰光分析仪测定其全钾量(24),利用原子吸收分析仪测定其钙及镁含量(26)。有机质含量采用Walkley-Black法测定(27)。 pH、EC值以水:材料为10:1 比率萃取后,利用电极测定。土壤样品先经风干处理,经2 mm过筛后分别测定土壤化学性质,以BrayNo. 1方法抽取并用钼蓝法测土壤有效性磷含量(29),1 M 醋酸铵(pH 7.0) 土:溶液比1:10 抽出液,用焰光分析仪测土壤交换性钾含量(24),用原子吸收光谱仪测土壤交换性钙及镁含量(26)。土壤pH、EC值以水:土1:1萃取后,利用电极测定。土壤有机质含量采用Walkley-Black法测定(27)。

    ( 二) 抗氧化力分析

    1. 样品萃取

    取5 g 新鲜样品,加入50 mL 80% methanol (Mallinckrodt, USA) 以均质机POLYTRON○RPT3100 (Kinematica AG., Switzerland)均匀打碎,取1 mL均质液与9 mL 80%甲醇混合,静置于冰浴中1 小时后以80% 甲醇萃取。所得萃取液以124000 g n 、4 ℃离心10分钟后取上清液并保存在-20 ℃冰箱中待分析。差异4

    2. 清除DPPH (1, 1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 自由基能力测定

    參考Shimada 等(1992) 之方法经部分修正而成,将1 mM DPPH 之甲醇溶液与样品混合均匀(1:4, v/v),避光反应约30分钟后以微量盘光谱分析仪Bio-Rad Model 680 (Bio-RadLaboratories Ltd., UK)量测517 nm波长之吸光值,并以80% 甲醇作为空白组计算DPPH清除率(%) = [1-(样品于517 nm之吸光值)/(空白组于517 nm之吸光值)]×100% 。

    3. 铁离子还原抗氧化力FRAP (ferric reducing antioxidant power) 测定

    參考张(2008) 之方法经部分修正而成,FRAP 分析试剂包括:300 mM 醋酸缓冲溶液,pH 3.6 ;10 mM 2,4,6-tripyridyl-s-triazine (TPTZ) (Sigma-aldrich, St. Louis, USA) 溶于40 mM HCl (Merck Co., Germany)中;20 mmol·L-1FeCl3 . 6H2O (Mallinckrodt, USA),试剂在实验前依体积10:1:1 之比例混合后置于37℃培养箱中备用。以微量盘光谱分析仪进行FRAP 分析,将10 μ L 样品萃取液及0、62.5 、125、250、500及1,000 μ M FeSO4.7H2O (Sigma-aldrich, St. Louis, USA) 标准品分别注入96孔微量反应盘中,再加入300 μ L FRAP反应液,反应盘置于37℃培养箱中4 分钟后以微量盘光谱分析仪量测595 nm波长之吸光值,每克鲜重之抗氧化力FRAP 值以FeSO4 当量( μ mol·g-1FW)表示,计算公式= (样品于595 nm之吸光值- 标准曲线截距)/ 标准曲线斜率× 均质液体积(L)×稀释倍数× 样品重量(g)。

    4. 维生素C 含量分析

    维生素C 分析参考自郑(1997) 之方法经部分修正而成,样品分析利用均质机均匀搅碎后过滤且收集滤液,利用维生素C 测试纸(Merck, Germany) 浸置在滤液中13秒后抽出,并轻甩除去多余滤液,于2 秒内插入反射式光度计Rqflex (Merck, Germany)判读。

    结果与讨论

    有机农业是一种完全不用化学肥料和农药之生产方式,为提高有机农作物栽培之可行性,生产安全健康的农产品,必须先培育安全肥沃的土壤(17,23,32)。有机农业生产方式有赖于充分利用各种作物残株、禽畜废弃物、绿肥植物、油粕类及农场内外其他各种未受污染之有机废弃物,各富含养分之矿石等制成堆肥,以改善地力,同时供应作物所需养分(16,21,22)。本研究有机栽培处理区采用有机质肥料与有机液肥,惯行栽培处理区施用化学复合肥料及即溶肥料,分别探讨对苦瓜及东方甜瓜果实产量、叶片养分含量及土壤肥力之影响效应。由苦瓜果实性状及产量调查结果显示( 表二),“ 小月” 及“ 翠妃” 品种之瓜果纵径、瓜果横径及单果鲜重在不同处理间差异不显著,惯行栽培处理区的“ 小月” 品种瓜果产量高于有机栽培处理区约28% ,“ 翠妃” 品种瓜果产量亦以惯行栽培处理区较高,比有机栽培处理区高约31% 。由东方甜瓜果实性状及产量调查结果显示( 表三) ,瓜果纵径、瓜果横径、单果鲜重、果实可溶性固形物含量及瓜果产量在不同处理间差异不显著。

    由苦瓜叶片及果实之还原能力(FRAP value) 、DPPH自由基清除能力及维生素C 含量分析结果显示( 表四) ,“ 小月” 品种苦瓜叶片及果实还原能力(FRAP value)、果实之DPPH自由基清除能力及维生素C 含量在不同处理间差异不显著,有机栽培处理区苦瓜叶片之DPPH自由基清除能力高于惯行栽培处理区。 “ 翠妃” 品种苦瓜叶片及果实还原能力(FRAP value) 、叶片及果实之DPPH自由基清除能力在不同处理间差异不显著,有机栽培处理区苦瓜果实维生素C 含量高于惯行栽培处理区。一般FRAP 法并非利用样品中抗氧化物来清除特定的自由基,而是以样品整体的还原能力做为抗氧化力(8,10)。于酸性环境(pH 3.6 以下) ,FRAP 试剂中的三价铁(Fe3+) 会因抗氧化物质的作用而还原成二价铁(Fe2+),利用TPTZ (2,4,6-tripyridyl-s-triazine)(Sigma, USA)的呈色特性可测得样品的还原能力。当Fe3+-TPTZ 复合物被还原成Fe2+-TPTZ 时,会由黄色转成蓝色,蓝色程度越深表示抗氧化力越强,因此,测量反应物之吸光值即可知其量的变化。DPPH是一种较稳定的自由基,当DPPH自由基与抗氧化物质作用后,抗氧化物质提供氢质子而清除自由基之能力,因而自由基就会失去本身蓝紫色特性,而造成吸光值下降。因此,借由测定DPPH的吸光值可判断样品抗氧化能力之强弱(8,31)。综合表四结果,有机栽培与惯行栽培处理对于苦瓜的果实之抗氧化力并无显著影响,其中有机栽培处理有增加“ 小月” 品种苦瓜叶片之DPPH自由基清除能力,惟对于“ 翠妃” 品种则无明显效应,另有机栽培处理有增加“ 翠差异6妃” 品种苦瓜果实维生素C 含量情形,惟对于“ 小月” 品种则无明显效应,上述结果是否导因于品种间差异或其它因素影响,仍有待进一步研究。

    有机质肥料施入农田土壤中,必须经由土壤微生物的分解,才能够释出养分供作物吸收利用(19,32)。一般要让农作物的产能发挥最大,必须力求有机质肥料的养分矿化特性与作物养分吸收特性互相配合(6,12),如此不仅能够有效地使用有机质肥料,并且获得最大的经济效益。

    由苦瓜采收期叶片中主要养分含量分析结果显示( 表五),在栽种“ 小月” 品种试区,氮、磷及钾含量在不同处理间差异不显著,钙及镁含量在不同处理间略有差异,其中惯行栽培处理区苦瓜采收期叶片钙及镁含量较高于有机栽培处理区。在栽种“ 翠妃” 品种试区,钾及钙含量在不同处理间差异不显著,氮、磷及镁含量在不同处理间略有差异,其中有机栽培处理区苦瓜采收期叶片氮及磷含量较高于惯行栽培处理区,惯行栽培处理区苦瓜采收期叶片镁含量较高于有机栽培处理区。

    由东方甜瓜采收期叶片中主要养分含量分析结果显示( 表六) ,氮、钾、钙及镁含量在不同处理间差异不显著,磷含量在不同处理间略有差异,其中有机栽培处理区东方甜瓜采收期叶片磷含量较高于惯行栽培处理区。综合上述结果,除了镁含量外,不同品种苦瓜采收期叶片中主要养分含量在有机栽培处理区或惯行栽培处理区并无一致的反应。由于惯行栽培处理区施用台肥43号复合肥料及台肥即溶43号肥料中均含有镁近4%,显然对于苦瓜叶片镁含量有显著影响。对于东方甜瓜而言,除了有机栽培处理区叶片磷含量较高外,氮、钾、钙及镁含量在不同处理间差异不显著,显然有机栽培处理区的肥料供应效应已接近于惯行栽培处理区。

    由于有机作物吸收养分的来源,除了农田土壤肥力外,肥料供给必须依赖有机肥料( 包括有机质肥料及有机液肥等) 为供应大宗,因此有机肥料的供应速率及总量将影响到有机农作物的产量与品质,又将持续影响到有机农田土壤肥力之特性(25,33)。由苦瓜采收后土壤肥力分析

    结果显示( 表六) ,在栽种“ 小月” 品种试区土壤pH值、交换性钾含量、交换性钙含量及交换性镁含量在不同处理间差异不显著,土壤EC值、有机质含量及Bray no. 1萃取性磷含量在不同处理间互有差异,而以有机栽培处理区的土壤EC值、有机质含量及Bray no. 1萃取性磷含量较高于惯行栽培处理区。在栽种“ 翠妃” 品种试区土壤pH值、EC值、交换性钾含量、交换性钙含量及交换性镁含量在不同处理间差异不显著,土壤有机质含量及Bray no. 1萃取性磷含量在不同处理间互有差异,而以有机栽培处理区的土壤有机质含量及Bray no. 1萃取性磷含量较高于惯行栽培处理区。

    由甜瓜采收后土壤肥力分析结果显示( 表七),土壤pH值、 EC值、交换性钙含量及交换性镁含量在不同处理间差异不显著,土壤有机质含量、Bray no. 1萃取性磷含量及交换性钾含量在不同处理间互有差异,而以有机栽培处理区的土壤有机质含量、Bray no. 1萃取性磷含量及交换性钾含量较高于惯行栽培处理区。有机质在土壤中营养要素之转化及利用机制中扮演着极重要的关键角色(16,27),因此,发展有机农业首要策略之一,即须强化农田土壤有机质管理差异8以维持农田土壤永续经营发展。由本研究连续栽种苦瓜及东方甜瓜后,有机栽培处理区的土壤EC值、有机质含量、Bray no. 1萃取性磷含量、交换性钾及镁含量已有较高于惯行栽培处理区情形,其中土壤有机质含量、Bray no. 1萃取性磷含量及交换性钾含量分别增加约36% 、57%及28% ,显然相较于施用化学肥料,施用有机质肥料较能增进土壤肥力特性。一般长期施用堆肥可以增加土壤有机碳( 质) 含量,且土壤氮素的蓄积约倍增于化学氮肥区(3),所以施用堆肥可以提高及稳定土壤肥力(14,32),惟为避免不当施用有机质肥料,造成土壤中某些养分含量失衡,而不利作物生长,必须合理的施用有机质肥料,才可以兼顾增进作物产能与农田永续经营(12,20,25)。因此,实行定期的土壤肥力分析诊断,并据以调整有机质肥料成分含量与用量,才能维护有机栽培走的更安全与长久。


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