β—環(huán)糊精—尿素控釋肥對大白菜產(chǎn)量及硝酸鹽含量的影響

摘要：對自行研制的β-環(huán)糊精-尿素控釋肥進(jìn)行田間試驗(yàn)，研究控釋尿素對大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）的產(chǎn)量、硝酸鹽含量的影響。結(jié)果表明，在尿素相同用量處理下，控釋尿素可以顯著提高大白菜產(chǎn)量和降低硝酸鹽含量。與普通尿素一次性施用相比，控釋肥料處理產(chǎn)量增加21.42%～30.76%，硝酸鹽含量降低9.74%～29.47%。

關(guān)鍵詞：β-環(huán)糊精-尿素；控釋肥；大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）；產(chǎn)量；硝酸鹽

中圖分類號：S634.1；S145.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）22-5565-04

Abstract： The field experiment with the self-developed β-cyclodextrin-urea controlled-release fertilizer had been done to study effect of the controlld-urea on Chinese cabbage（Brassica campestris L. ssp. pekinensis） output and nutrate content. The results showed that Chinese cabbage output could be significantly increased while the content of nitrate reduced when processed with the same amount of urea. Compared with one-time application of normal urea， controlled-release fertilizers could increase Chinese cabbage output by 21.42%～30.76% and reduce the content of nitrate by 9.74%～29.47%.

Key words：β-cyclodextrin-urea； controlled-release fertilizer； Chinese cabbage（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）；output； nitrate

大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）為葉菜類蔬菜，根系分布淺，生長周期短，整個(gè)生育期內(nèi)對肥水尤其是氮素要求較高，生產(chǎn)中過量施用氮肥現(xiàn)象普遍。而過多施氮，將導(dǎo)致蔬菜中硝酸鹽含量超標(biāo)，降低其品質(zhì)，同時(shí)也會造成土壤和水體嚴(yán)重污染[1-7]。

李曙軒等[8]認(rèn)為，大白菜的產(chǎn)量決定于單株葉球重，葉球重又與葉片數(shù)目密切相關(guān)。耿麗華等[9]認(rèn)為，構(gòu)成大白菜產(chǎn)量的主要是蓮座葉和球葉，幼苗葉與單株重沒有顯著關(guān)系，如果前期肥水過大，會造成幼苗葉貪青，影響?zhàn)B分向球葉運(yùn)轉(zhuǎn)，不足則會導(dǎo)致早衰，對產(chǎn)量的形成不利。為了保證大白菜在整個(gè)營養(yǎng)生長期對肥水的需求，目前生產(chǎn)上常采用多次施肥的方法，但這會加大成本。因此，研究一種能一次性施用，滿足大白菜整個(gè)生育期對養(yǎng)分的需求，同時(shí)對環(huán)境不會造成危害的控釋肥料尤為重要。

控釋肥料是指采用聚合物包膜，定量控制養(yǎng)分釋放數(shù)量和釋放期，使養(yǎng)分供應(yīng)與作物各生育期需肥規(guī)律吻合的包膜肥料[10]。控釋肥料克服了常規(guī)肥料的缺點(diǎn)，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。20世紀(jì)80年代，控釋肥料成為國外新型肥料的研究熱點(diǎn)[11]，國內(nèi)也在21世紀(jì)初開展了控釋肥研制與應(yīng)用研究。目前市場上控釋肥料所使用的包膜材料多為聚烯烴、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、醇酸樹脂等人工合成的高分子材料，它們有的在土壤中降解速度很慢，容易造成環(huán)境污染；有的價(jià)格貴，難以推廣。

環(huán)糊精（cyclodextrin，簡稱CD）是由環(huán)糊精葡萄糖轉(zhuǎn)移酶（CGTase）作用于淀粉得到的一組環(huán)狀低聚糖，由6～12個(gè)吡喃葡萄糖單元以α-1，4糖苷鍵聯(lián)結(jié)而成，其中由7個(gè)吡喃葡萄糖單元組成的為β-CD。β-CD內(nèi)徑0.78 nm，外徑1.53 nm，高0.78 nm，腔內(nèi)體積約0.37 nm3，分子形狀為去頂?shù)目招膱A錐體，空腔內(nèi)側(cè)呈疏水性，外腔呈親水性[12-14]。環(huán)糊精的分子空腔結(jié)構(gòu)可選擇性地結(jié)合各種有機(jī)小分子或離子，形成包合物，并且可根據(jù)環(huán)境變化來緩慢釋放有機(jī)小分子或離子[15]，環(huán)糊精作為包膜材料，本身也可被土壤微生物緩慢降解。廖文菊等[16]認(rèn)為β-CD包合尿素后，尿素的釋放速度受環(huán)境中尿素本底濃度的影響，濃度低時(shí)釋放多，反之則釋放少。

本研究將環(huán)糊精作為包膜材料制成的控釋尿素用于大白菜生產(chǎn)，通過田間試驗(yàn)，研究不同用量的β-環(huán)糊精-尿素控釋肥料對大白菜產(chǎn)量和硝酸鹽含量的影響， 以期為大白菜的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

田間試驗(yàn)于2014年7～9月在瀘定縣新興鄉(xiāng)甘孜州大白菜示范栽培基地進(jìn)行，該地海拔1 950 m，年均溫10.1 ℃，年均降水量1 200 mm，無霜期240 d。土壤為山地棕壤，質(zhì)地為中壤土。當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥每棵折算為過磷酸鈣5.0 g、氯化鉀1.5 g、尿素6.0 g。試驗(yàn)進(jìn)行前取土樣分析基本理化性質(zhì)：pH 6.5、有機(jī)質(zhì)8.5 g/kg、全氮0.102 g/kg、堿解氮93 mg/kg 、全磷0.16 g/kg、速效磷46 mg/kg、全鉀20 g/kg、速效鉀64 mg/kg 。室內(nèi)試驗(yàn)在四川民族學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)系分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)大白菜品種為當(dāng)?shù)貜V泛種植的“四季霸王”，供試肥料為當(dāng)?shù)厥惺圻^磷酸鈣（P2O5 14%）、氯化鉀（K2O 53%）、尿素（N 42%）。β-環(huán)糊精由成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)，分子量為1 134.98?？蒯尫视谑┯们霸谒拇褡鍖W(xué)院分析實(shí)驗(yàn)室自制：β-環(huán)糊精與尿素的質(zhì)量比為3∶1，充分混勻后于研缽中研磨2 h。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，尿素用量水平及設(shè)計(jì)見表1，每個(gè)處理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣施磷肥每棵5.0 g、鉀肥1.5 g。CK為對照，U3、U6、U9處理為當(dāng)?shù)啬蛩亓?xí)慣用量的0.5、1.0、1.5倍，即每棵施尿素3、6、9 g，CDU3、CDU6、CDU9為尿素含量為3、6、9 g的控釋肥處理。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。每個(gè)處理一次重復(fù)為一個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積12 m2（3 m×4 m），小區(qū)之間間隔0.6 m，窩距0.5 m，行距0.5 m，采取育苗移栽薄膜覆蓋方法。2014年7月5日育苗，7月19日選取大小一致的苗移栽，移栽時(shí)按照每棵所需肥料準(zhǔn)確稱取一次性穴施，肥料距根系10 cm，施肥后覆土5 cm，生長期內(nèi)進(jìn)行常規(guī)的水分管理和病蟲害防治，2014年9月20日收獲。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 大白菜產(chǎn)量指標(biāo)測定 考慮邊際效應(yīng)，在每個(gè)小區(qū)中間兩行隨機(jī)6棵標(biāo)記好進(jìn)行測定。在蓮座末期統(tǒng)計(jì)蓮座葉片數(shù)，在結(jié)球末期測定葉球高度、葉球直徑，收獲后統(tǒng)計(jì)大于2 cm球葉數(shù)，測定單株葉球重。

1.4.2 大白菜品質(zhì)的測定 收獲時(shí)每小區(qū)隨機(jī)選取3棵， 每棵用不銹鋼刀縱切取可食部分的1/6，剪碎后混勻，立即用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量，用2，6-二氯酚靛酚滴定法測VC含量，用蒽酮比色法測還原性糖[17]。

1.4.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法 試驗(yàn)采用Excel 2007和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對大白菜產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

尿素為中性速效氮肥，在25 ℃條件下，施入土壤后3 d可以完全分解成碳酸銨，造成氨的揮發(fā)損失。所以氮肥一次性施用對作物產(chǎn)量的影響有限。不同施肥處理對大白菜產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響見表2。

由表2可知，施氮肥對大白菜產(chǎn)量構(gòu)成因素有不同的影響，各個(gè)處理的大白菜蓮座葉片數(shù)、葉球高、葉球外圍周長、大于2 cm球葉數(shù)都高于對照，這說明施氮肥能提高大白菜產(chǎn)量。

就蓮座葉片數(shù)來看，與對照相比，施氮肥蓮座葉片數(shù)增加，且差異顯著。隨著氮肥用量的增加，葉片數(shù)逐漸增加，U3處理比對照增加33.33%，差異顯著，這說明增施氮肥能促進(jìn)大白菜前期生長；CDU3處理葉片數(shù)少于U9處理，說明大白菜生長前期是需要一定氮素養(yǎng)分的，如果供應(yīng)不足會影響其生長；U9、CDU6、CDU9處理葉片數(shù)相同，說明大白菜營養(yǎng)生長前期只能吸收一定量的氮素。

就葉球高度來說，U3處理比對照增加30.20%，U6處理比U3處理增加10.27%，U9處理比U6處理增加1.38%，這說明隨著土壤氮素養(yǎng)分的增加，增幅呈下降趨勢。CDU3比U3增加6.46%，CDU6比U6增加10.34%，CDU9比U9增加10.54%，這說明用環(huán)糊精包合尿素能顯著提高葉球高度，隨著控釋肥中尿素含量的增加，增幅呈上升趨勢。

就葉球直徑來看，施氮肥球徑有所增加，與對照相比差異顯著，不同氮肥施用量之間差異也顯著。再看葉球的緊實(shí)度情況，對照處理結(jié)球松散，而CDU3、CDU6、CDU9處理葉球緊實(shí)，這說明環(huán)糊精包合尿素后，減少了尿素的損失，在大白菜生長后期也能滿足其需要，而結(jié)球期充足的氮素供應(yīng)促進(jìn)了葉球內(nèi)葉生長，使葉球緊實(shí)。而U9處理雖然氮肥用量較多，但由于分解后損失多，難以滿足后期的需求。

就大于2 cm球葉數(shù)量來看，U3比對照增加14.29%，U6比U3增加10.00%，U6與U9處理球葉數(shù)相同。與對照相比，環(huán)糊精包合尿素增幅都在37.00%以上。在尿素用量相同的情況下，CDU3比U3增加20.00%，CDU6比U6增加15.91%，CDU9比U9增加25.00%。這說明環(huán)糊精包合尿素后，減少了尿素的損失，滿足了大白菜生長后期對養(yǎng)分的需求。

2.2 不同施肥處理對大白菜產(chǎn)量的影響

大白菜的產(chǎn)量與整個(gè)生育期土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況密切相關(guān)。不同施肥對大白菜產(chǎn)量的影響見圖1。

由圖1可知，與不施氮肥的對照處理相比較，施氮肥能顯著提高產(chǎn)量，U3處理增產(chǎn)6 063 kg/hm2，增幅也達(dá)12.81%，這說明該地塊土壤供氮能力弱，稍施氮肥增產(chǎn)效果也明顯。U9處理產(chǎn)量略高于U6處理，但差異不顯著，說明過多施用氮肥對提高產(chǎn)量效果不明顯，這與連彩云等[18]的研究一致。CDU3處理產(chǎn)量高于U9處理，這可能是因?yàn)閁9處理雖然氮肥用量多，但栽培時(shí)一次性施入，生長期內(nèi)氣溫較高，大部分氮揮發(fā)損失，到結(jié)球期土壤供氮能力減弱，不能滿足大白菜后期生長的需要，這也說明普通氮肥應(yīng)少量多次施用，CDU3處理雖然尿素含量低，但由于被環(huán)糊精包合后緩慢釋放揮發(fā)損失少，大白菜整個(gè)生育期都有供應(yīng)?？蒯尫手性霎a(chǎn)效果最好的為CDU9處理，與對照相比，增產(chǎn)32 468 kg/hm2，增幅達(dá)68.62%。本試驗(yàn)說明施β-環(huán)糊精控釋尿素能顯著地提高產(chǎn)量，隨著控釋肥中尿素含量的增加，增幅也逐漸增加。

2.3 不同施肥處理對大白菜硝酸鹽含量的影響

硝酸鹽含量是評價(jià)蔬菜質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，不同施肥處理對大白菜硝酸鹽含量的影響見圖2。

由圖2可知，與對照相比，隨著尿素用量的增加，大白菜硝酸鹽含量增加，含量最高的是U9處理，高達(dá)1 128.01 mg/kg，這可能是因?yàn)榍捌谕寥拦┑芰?qiáng)，蓮座葉內(nèi)氮素積累多，到結(jié)球期雖然土壤供氮能力下降，但由于氮素在體內(nèi)可移動(dòng)性強(qiáng)，所以球葉中硝酸鹽含量仍較高，這與張振賢等[19]的研究一致。施β-環(huán)糊精控釋尿素后硝酸鹽含量也高于對照，這說明隨著土壤供氮能力的提高，大白菜中硝酸鹽含量會逐漸增加，所以要想控制蔬菜中硝酸鹽的含量，需要嚴(yán)格控制氮肥的用量。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在尿素用量相同的情況下，施β-環(huán)糊精控釋尿素后硝酸鹽含量明顯低于只施尿素，其中CDU3比U3降低68.03 mg/kg，降幅9.74%，CDU6比U6降低119.48 mg/kg，降幅15.64%，CDU9比U9降低256.76 mg/kg，降幅29.47%。施β-環(huán)糊精控釋尿素，隨著控釋肥中尿素含量的增加，大白菜硝酸鹽含量也逐漸增加，這可能是因?yàn)棣?環(huán)糊精控釋尿素的溶出率受環(huán)境濃度的影響，也就是與大白菜的吸收有關(guān)，大白菜吸收的越多，控釋肥中的氮素就釋放的多。所以在不影響產(chǎn)量的情況下，減少控釋肥中尿素的含量將有助于降低大白菜葉球中硝酸鹽含量。

3 結(jié)論與討論

1）試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定條件下，增加氮肥用量可以提高大白菜產(chǎn)量，但是超過一定限量后增產(chǎn)效果不明顯，反而會增加大白菜體內(nèi)硝酸鹽的含量，從而降低大白菜的品質(zhì)，這與前人的研究結(jié)果一致。

2）在尿素用量相等的情況下，β-CD控釋尿素處理比單純尿素處理增產(chǎn)21.42%～30.76%，葉球中硝酸鹽含量降低9.74%～29.47%。β-CD控釋尿素0.5倍用量（CDU3處理）比習(xí)慣用量（U6處理）增產(chǎn)7.83%，硝酸鹽含量降低20.9%。這說明施用β-CD控釋尿素在減少尿素用量的情況下，不會降低產(chǎn)量，同時(shí)還能減少大白菜體內(nèi)硝酸鹽的含量，提高大白菜的品質(zhì)。尿素分次施用可能也會達(dá)到這一效果，但是分次施肥增加了勞動(dòng)投入，從而降低產(chǎn)投比。試驗(yàn)結(jié)果表明，用β-CD控釋尿素是能提高大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的。環(huán)糊精與尿素按質(zhì)量比3∶1是否是最佳比例還有待進(jìn)一步研究。

3）采收時(shí)發(fā)現(xiàn)施用β-CD控釋尿素的大白菜根際土壤潮濕度明顯高于施用尿素的，這說明β-CD可能還具有一定的保水性能，具體情況還有待進(jìn)一步研究。

4）采收時(shí)發(fā)現(xiàn)施用β-CD控釋尿素的大白菜根際土壤中蚯蚓的數(shù)量明顯多于施用尿素的，這說明β-CD可能還能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，這對改良土壤的理化性質(zhì)將有一定的作用，具體情況還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王為木，史衍璽，楊守祥，等.控釋氮肥對大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其機(jī)理研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（3）：357-362.

[2] 邱現(xiàn)奎，董元杰，胡國慶，等.新型包膜緩釋肥對大白菜生理特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2011，48（2）：375-381.

[3] 李曉林，張福鎖，米國華.平衡施肥與可持續(xù)優(yōu)質(zhì)蔬菜生產(chǎn)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[4] 朱兆良，文啟孝.中國土壤氮素[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[5] 呂殿青，同延安，孫本華.氮肥施用對環(huán)境污染影響的研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1998，4（1）：8-15.

[6] 劉永剛，陳利軍，武志杰.蔬菜中硝酸鹽的積累機(jī)制及其調(diào)控措施[J].土壤通報(bào)，2006，37（3）：612-616.

[7] 張玉鳳，董 亮，于淑芳.控釋摻混尿素對大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤硝態(tài)氮的影響[J].土壤，2013，45（1）：177-180.

[8] 李曙軒，何平和，葉自新.白菜個(gè)體產(chǎn)量的形成及其與葉生長動(dòng)態(tài)的關(guān)系[J].園藝學(xué)報(bào)，1962，1（1）：49-60.

[9] 耿麗華，張金科，黨 立，等.大白菜產(chǎn)量形成及其與各類型葉生長速率相關(guān)性的研究[J].山東科學(xué)，2000，13（1）：29-33.

[10] 樊小林，劉 芳，廖照源，等.我國控釋肥料研究的現(xiàn)狀和展望[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15（2）：463-473.

[11] 何緒生，李素霞，李旭輝，等.控效肥料的研究進(jìn)展[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1998，4（2）：97-106.

[12] 童林薈.環(huán)糊精化學(xué)——基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[13] MARTIN D V E M. Cyclodextrins and their uses：A review[J]. Process Biochemistry， 2004， 39（9）：1033-1046.

[14] SANDIER A， BROWN W， MAYS H. Interaction between an adamantane end-capped poly（ethylene oxide） and a β-cyclodextrin polymer[J]. Langmuir， 2000， 16（4）：1634-1642.

[15] 楊 郁，張國梅，雙少敏，等.環(huán)糊精包合作用及其分子識別功能的研究進(jìn)展[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2003，20（2）：169-180.

[16] 廖文菊，唐德華，程曉彬.β-環(huán)糊精-尿素緩控釋肥料的制備及應(yīng)用性能研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（13）：3823-3824，3827.

[17] 南京農(nóng)業(yè)大學(xué).土壤農(nóng)化分析[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1990.

[18] 連彩云，馬忠明.露地栽培條件下大白菜氮肥投入閾值研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技，2014（6）：6-9.

[19] 張振賢，趙德婉，梁書華.大白菜礦質(zhì)營養(yǎng)吸收與分配規(guī)律研究[J].園藝學(xué)報(bào)，1993，20（2）：150-154.

（責(zé)任編輯 蔡端午）