β-環(huán)糊精控釋尿素對大白菜產(chǎn)質(zhì)量與氮肥利用率的影響

程曉彬

(四川民族學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)系， 四川 康定 626001)

β-環(huán)糊精控釋尿素對大白菜產(chǎn)質(zhì)量與氮肥利用率的影響

程曉彬

(四川民族學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)系， 四川 康定 626001)

為研究不同配比環(huán)糊精控釋尿素對大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)和氮肥利用率的影響，用自行研制的β-環(huán)糊精控釋尿素進(jìn)行田間試驗(yàn)。結(jié)果表明，與尿素習(xí)慣用量相比，在尿素用量減半的情況下，環(huán)糊精控釋尿素能顯著提高大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)和氮肥利用率，效果最佳的環(huán)糊精與尿素配比為1∶1，在尿素用量相同的情況下，該處理可增產(chǎn)61.7%，硝酸鹽含量降低8.1%，VC含量增加4.7%，還原性糖含量增加16.2%，氮肥當(dāng)季利用率提高35.1%。

大白菜； β-環(huán)糊精； 控釋尿素； 產(chǎn)質(zhì)量； 氮肥利用率

氮是肥料三要素之一，是限制作物生長、產(chǎn)量形成、品質(zhì)改善的重要因素。葉菜類蔬菜一般生長周期短、對氮素需求多，施氮是保證其產(chǎn)量的重要措施[1]。大量研究證實(shí)，過量施用氮肥會使蔬菜硝酸鹽含量過高，也給水體環(huán)境帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響[2-4]。國內(nèi)外相關(guān)研究表明，平衡施肥能使作物獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[5]，但就目前我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和農(nóng)民的整體素質(zhì)很難做到，研發(fā)新型肥料控釋肥則具有廣闊的應(yīng)用前景。

控釋肥能依據(jù)作物的營養(yǎng)特性，調(diào)控各種養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度，使養(yǎng)分的釋放速度與作物吸收速度相吻合，以減少肥料用量、保證作物高產(chǎn)、有效降低因施肥造成的環(huán)境污染[6-8]。樊小林等[9]認(rèn)為，控釋肥即包膜肥料。目前，用于控釋肥的包膜材料主要有天然的和人工合成的高分子材料，人工合成的高分子材料具有控制時間長、效果好等特點(diǎn)，但是其價格貴，容易造成二次污染；天然材料雖然時間短，但價格便宜，容易被微生物降解，對環(huán)境無污染[6]。

環(huán)糊精(cyclodextrin，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個吡喃葡萄糖單元組成的為β-CD，分子形狀為去頂?shù)目招膱A錐體空腔，內(nèi)徑0.78 nm，外徑1.53 nm，高0.78 nm，內(nèi)側(cè)呈疏水性，外腔呈親水性[10-12]。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[13]。廖文菊等[14]研究了環(huán)糊精包合尿素的養(yǎng)分釋放特點(diǎn)，認(rèn)為尿素的釋放速度受環(huán)境中氮素濃度的控制，濃度低時釋放多，反之，則釋放少。筆者將環(huán)糊精作為包膜材料制成控釋尿素用于大白菜生產(chǎn)，通過田間試驗(yàn)，研究不同比例的β-環(huán)糊精控釋尿素對大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)和氮肥利用率的影響,以期為大白菜的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和環(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)地概況

田間試驗(yàn)于2014年9—12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℃，平均降水量1 200 mm，無霜期240 d。土壤為山地棕壤，質(zhì)地為砂壤土，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。

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：當(dāng)?shù)厥惺圻^磷酸鈣(P2O514%)、氯化鉀(K2O 53%)、尿素(N 42%)，β-環(huán)糊精(成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)，分子量為1 134.98)，自制包膜尿素：環(huán)糊精與尿素按質(zhì)量比0.5∶1、1∶1、1.5∶1充分混勻后于研缽中研磨2 h。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)為氮素單因素設(shè)計，共設(shè)6個處理，每個處理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣施磷肥200 kg/hm2、鉀肥80 kg/hm2。氮素6個處理分別為：對照(CK)，不施氮肥；U0.5，普通尿素，用量為習(xí)慣用量的0.5倍，200 kg/hm2；U1，普通尿素，習(xí)慣用量，400 kg/hm2；CD0.5U，控釋尿素，環(huán)糊精與尿素質(zhì)量比為0.5∶1，用量為300 kg/hm2；CD1U，控釋尿素，環(huán)糊精與尿素質(zhì)量比為1∶1，用量為400 kg/hm2；CD1.5U，控釋尿素，環(huán)糊精與尿素質(zhì)量比1.5∶1，用量為500 kg/hm2。每個處理設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積12 m2(3 m×4 m)，小區(qū)間隔0.6 m。窩距0.50 m，行距0.50 m。采取育苗移栽薄膜覆蓋栽培方式。試驗(yàn)于2014年9月5日育苗，9月28日移栽，所需肥料一次性穴施，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，12月30日收獲。室內(nèi)分析在四川民族學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)系分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 大白菜產(chǎn)量 收獲時將每個小區(qū)48棵白菜全部采收，逐一稱重統(tǒng)計小區(qū)產(chǎn)量，根據(jù)小區(qū)面積換算成公頃產(chǎn)量。

1.4.2 大白菜品質(zhì)和氮肥利用率 收獲時在每小區(qū)中間位置隨機(jī)選取4棵，每棵縱切取可食部分八分之一，一同用組織搗碎機(jī)搗碎，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。另取八分之一于烘箱中烘干，用濃H2SO4-H2O2比色法測定植株全氮含量[15]。用差值法計算氮肥利用率:

氮肥利用率=[(施氮區(qū)植株總含氮量-無氮區(qū)植株總含氮)/施氮量]×100%

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗(yàn)采用Excel2007和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋尿素對大白菜產(chǎn)量的影響

耿麗華等[16]認(rèn)為，大白菜單株重與蓮座葉和球葉的生長速率呈顯著正相關(guān)，與幼苗葉的正生長速率無明顯關(guān)系，但如果前期水肥過多，幼苗葉衰老過慢，會影響?zhàn)B分向球葉運(yùn)轉(zhuǎn)，如果肥水不足，又會造成幼苗葉的早衰，從而影響產(chǎn)量的形成，所以在大白菜生長過程中適時適量地供給養(yǎng)分是獲得高產(chǎn)的保證。

由表1可知，與不施氮肥的對照(CK)相比，施普通尿素能顯著提高大白菜產(chǎn)量，當(dāng)?shù)夭宿r(nóng)的習(xí)慣施肥量(U1處理)產(chǎn)量提高23.9%，尿素用量減半時(U0.5處理)產(chǎn)量提高20.5%，二者的提高幅度相差3.4%，說明靠增加氮肥用量來提高產(chǎn)量，其投入與產(chǎn)出是不成正比的。與尿素用量相同的U0.5處理相比，環(huán)糊精控釋尿素能顯著提高大白菜產(chǎn)量，增幅最大的為CD1U處理，達(dá)61.4%；其次是CD1.5U處理，為44.0%；CD0.5U處理為17.0%。與氮肥習(xí)慣用量U1相比，環(huán)糊精控釋肥在氮肥減半的情況下也能顯著提高其產(chǎn)量，提高幅度最低的也有13.8%，這可能與環(huán)糊精包合尿素后減少了氮的損失有關(guān)。說明，用環(huán)糊精包膜尿素，既能減少尿素的用量，又能提高大白菜產(chǎn)量，最佳比例是1∶1；而0.5∶1可能環(huán)糊精沒能將尿素完全包結(jié)，溶出率較高，導(dǎo)致前期養(yǎng)分偏多而后期養(yǎng)分不足；1.5∶1可能是包膜較厚導(dǎo)致養(yǎng)分溶出率偏低，釋放周期延長，而大白菜生長期較短，所以不太適合。

表1 不同施肥處理大白菜的產(chǎn)量與品質(zhì)

注：同列不同大、小寫字母分別表示處理間差異在P<0.01和P< 0.05水平顯著(下同)。

Note：Different capital and lowercase letters in the same column indicated 1% and 5% significant levels respectively. The same below.

2.2 控釋尿素對大白菜品質(zhì)的影響

2.2.1 硝酸鹽 正常情況下，植物從土壤中主動吸收硝態(tài)氮，在體內(nèi)能迅速經(jīng)硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的作用轉(zhuǎn)化為氨，用于氨基酸和蛋白質(zhì)的合成，不會造成硝酸鹽和亞硝酸的積累。但是大量研究證實(shí)，當(dāng)土壤氮素過高，植物的吸收速度大于同化速度，則會在體內(nèi)富集[17]。人體攝取的硝酸鹽81.2%來自蔬菜，而硝酸鹽富集到一定程度會危害人體健康[18]。故硝酸鹽含量成為評價蔬菜質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一。不同施肥處理對大白菜硝酸鹽含量的影響見表1。與對照相比，施用普通尿素，隨著用量的增加，大白菜硝酸鹽含量增加，差異極顯著，尿素習(xí)慣用量(U1處理)比對照增加20.8%，尿素用量減半(U0.5)比對照增加11.1%，說明大白菜硝酸鹽含量與尿素施用量呈正相關(guān)，這與前人的研究結(jié)果一致[19]。施控釋尿素，硝酸鹽含量也有所增加，其中：CD0.5U處理增幅為4.0%，差異極顯著；CD1U處理增幅為1.9%，差異極顯著；CD1.5U處理增幅為0.8%，差異不顯著。CD0.5U和CD1U處理與對照相比差異極顯著，這可能是因?yàn)橥寥乐兴傩У枯^高，雖然環(huán)糊精包合尿素后降低了尿素在土壤中濃度，但大白菜吸收的氮素仍較高，導(dǎo)致體內(nèi)硝酸鹽含量也偏高；而CD1.5U處理因環(huán)糊精包膜較厚，尿素的溶出率偏低，大白菜的吸收速度與體內(nèi)同化速度基本相當(dāng)。

與尿素用量相同的U0.5處理相比，施控釋尿素能降低硝酸鹽含量，差異達(dá)極顯著水平。其中，CD0.5U處理下降6.4%，CD1U處理下降8.2%，CD1.5U處理下降9.3%。試驗(yàn)結(jié)果說明，隨著土壤供氮能力的提高，硝酸鹽含量也在增加，生產(chǎn)上應(yīng)嚴(yán)格控制氮肥的用量；環(huán)糊精包合尿素后，能降低尿素在土壤中濃度，限制大白菜對氮元素的吸收，使大白菜吸收氮元素的速度與體內(nèi)同化速度一致，從而減少硝酸鹽在體內(nèi)的積累，環(huán)糊精所占的比例越大，控釋效果越好。

2.2.2 VC維持人體正常生命活動必需的VC體內(nèi)不能合成，主要通過果蔬補(bǔ)充，果蔬中VC含量是判定品質(zhì)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)?？蒯屇蛩貙Υ蟀撞薞C含量的影響見表1。

與對照相比，施普通尿素能提高大白菜體內(nèi)VC含量，尿素減半處理提高8.4%，習(xí)慣用量處理提高6.5%，這可能是因?yàn)檠a(bǔ)充氮素后，改善了大白菜體內(nèi)的營養(yǎng)條件，但是尿素用量過多則不利于VC的積累，這與前人研究的一致[20-21]。與對照相比，施環(huán)糊精控釋尿素能顯著增加大白菜體內(nèi)VC含量，增幅最大的為CD1.5U處理，達(dá)16.3%;最小的為CD0.5U處理，為11.9%。

與尿素用量相同的U0.5處理相比，環(huán)糊精控釋尿素能顯著提高VC含量，差異達(dá)極顯著水平，其中CD0.5U增加2.8%，CD1U增加4.7%，CD1.5U增加6.9%。說明，隨著環(huán)糊精比例的增加，VC含量增加。

2.2.3 還原性糖 植物體內(nèi)的還原糖主要是葡萄糖、果糖和麥芽糖，是食物中的風(fēng)味成分和營養(yǎng)成分，因此蔬菜中含糖量的多少，是鑒定其品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一。由表1可知，與對照相比，U0.5處理還原性糖增加6.5%，U1處理則下降1.6%，說明施一定量的氮肥能提高大白菜還原性糖的含量，但超過一定限度反而會降低。與對照相比，控釋尿素能顯著提高大白菜還原性糖的含量，差異達(dá)極顯著水平，其中，CD0.5U增幅為8.1%，CD1U增幅為16.2%，CD1.5U增幅為11.0%。與尿素用量相同的U0.5處理相比，控釋尿素也能提高大白菜還原性糖的含量，CD1U處理增幅為9.1%，CD1.5U處理增幅為4.2%，CD0.5U處理增幅為1.5%。

表2 不同施肥處理氮肥的利用率

2.3 控釋尿素對大白菜當(dāng)季氮肥利用率的影響

施入土壤中的氮肥常常會通過揮發(fā)、淋失和反硝化脫氮對環(huán)境帶來危害。為了防止環(huán)境被污染，應(yīng)提高氮肥利用率。由表2可知，施普通尿素，氮肥利用率較低，隨著氮肥用量的增加，利用率顯著降低。尿素減半的情況下，利用率也只有20.8%，習(xí)慣用量只有15.6%，造成利用率低下的原因可能與該地質(zhì)地偏砂有一定關(guān)系。環(huán)糊精控釋尿素的利用率顯著高于普通尿素，利用率最高的是環(huán)糊精與尿素質(zhì)量比為1∶1，達(dá)55.9%；其次是質(zhì)量比為0.5∶1的，當(dāng)季利用率為48.1%；質(zhì)量比為1.5∶1的最低，這可能是因?yàn)?.5∶1的由于包膜較厚，影響了尿素的溶出率，而大白菜生長周期較短，所以當(dāng)季利用率不高。

3 結(jié)論與討論

1) 試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定條件下，增加氮肥施用量可以提高大白菜產(chǎn)量，但超過一定限量后增產(chǎn)效果不明顯，反而會增加硝酸鹽的含量，降低VC和還原性糖的含量，造成大白菜品質(zhì)下降，目前當(dāng)?shù)夭宿r(nóng)的尿素用量不太合理，建議做適當(dāng)調(diào)整。

2) 在尿素用量相同的情況下，環(huán)糊精控釋尿素能顯著增加大白菜產(chǎn)量，增產(chǎn)效果最好的為環(huán)糊精與尿素按質(zhì)量比1∶1(CD1U處理)，增幅達(dá)94.6%；環(huán)糊精控釋尿素能降低硝酸鹽含量，降低幅度最大的是CD1.5U處理，為9.3%，而CD1U處理降低幅度為8.2%；環(huán)糊精控釋尿素能增加VC含量，效果最好的是CD1.5U為6.9%，CD1U為4.7%；在增加還原性糖方面，效果最好的是CD1U處理9.1%，CD1.5U處理為4.2%。根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，綜合各方面因素，建議環(huán)糊精與尿素按照質(zhì)量比1∶1比較合適。

3) 環(huán)糊精控釋尿素能顯著提高氮肥利用率，效果最好的為環(huán)糊精與尿素質(zhì)量比為1∶1，0.5∶1因?yàn)槿艹雎瘦^大，使土壤中銨態(tài)氮含量過多造成損失，而1.5∶1的因?yàn)槿艹雎蔬^低，當(dāng)季難以利用，此質(zhì)量比在生長周期長的作物上是否可行還有待研究。

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(責(zé)任編輯： 劉 海)

Effects of β-cyclodextrin’s Controlled Release Urea on the Production and Nitrogen-used Efficiency of Chinese Cabbage

CHENG Xiaobin

(DepartmentofEnvironment&Biology,SichuanMinzuCollege,Kangding,Sichuan626001,China)

In order to get cyclodextrin’s effects on the production of Chinese cabbage and its nitrogen-used efficiency, self-developed β-cyclodextrin was applied for the field experiment with Chinese cabbage. Results: β-cyclodextrin’s CRU at the best mixed ratio of one to one with β-cyclodextrin and urea could clearly improve the yield and quality of Chinese cabbage and raise nitrogen-used efficiency with half the amount of urea used usually, and it could increase the cabbage in the yield by 61.7%, and the content of nitrate by -8.1%, VCby 4.7% and sugar by 16.2%, and improve the nitrogen use efficiency by 35.1% with the same amount of urea in the same way.

Chinese cabbage； β-Cyclodextrin； controlled release urea(CRU)； production； nitrogen-use efficiency

2015-05-16； 2015-12-10修回

四川省教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)科研項(xiàng)目“環(huán)糊精控釋肥料對高寒山區(qū)大白菜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響”(14ZA0294)

程曉彬(1968-)，女，副教授，從事土壤肥料教學(xué)與科研工作。E-mail：834390598@qq.com

1001-3601(2016)01-0023-0084-04

S143.1+4

A