氮肥配施硝化抑制劑對(duì)菠菜安全品質(zhì)及土壤氮素的影響

亓文田，李 彥，劉兆輝，孫 明，仲子文，薄錄吉，井永蘋，張英鵬*

(1.山東省萊蕪市農(nóng)業(yè)局，山東 萊蕪 271100；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，山東 濟(jì)南 250100；3.農(nóng)業(yè)部 黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；4.山東省農(nóng)業(yè)面源污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100)

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氮肥配施硝化抑制劑對(duì)菠菜安全品質(zhì)及土壤氮素的影響

亓文田1，李 彥2,3,4，劉兆輝2,3，孫 明2,3，仲子文2,4，薄錄吉2,3，井永蘋2,3，張英鵬2,3,4*

(1.山東省萊蕪市農(nóng)業(yè)局，山東 萊蕪 271100；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，山東 濟(jì)南 250100；3.農(nóng)業(yè)部 黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；4.山東省農(nóng)業(yè)面源污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100)

摘要：采用土培試驗(yàn)研究了不同氮肥種類配施硝化抑制劑對(duì)菠菜的營養(yǎng)品質(zhì)及土壤氮素的影響，結(jié)果表明：氮肥配施雙氰胺與單供氮肥相比，可顯著提高菠菜的生物量，降低菠菜可食部位的硝酸鹽和草酸含量，提高菠菜的安全品質(zhì)；另外可提高土壤銨態(tài)氮含量和降低硝態(tài)氮的積累，從而降低蔬菜生產(chǎn)中氮肥污染生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：氮肥種類；雙氰胺；草酸；硝酸鹽；菠菜

菠菜含有豐富的Vc、氨基酸和礦物質(zhì)，在我國南北各省分布廣泛，栽培面積大，供應(yīng)期長(zhǎng)，是春、秋、冬三季的主要的綠葉蔬菜之一，但是菠菜是一種既能積累高量的硝酸鹽，又能累積草酸的蔬菜[1-2]。大量施用氮肥而造成的土壤硝酸鹽積累，易使菠菜出現(xiàn)生理性障礙，引起產(chǎn)量降低和營養(yǎng)品質(zhì)變劣。同時(shí)土壤中大量積累的硝酸鹽容易對(duì)地下水和飲用水產(chǎn)生污染[3]，又能通過反硝化作用產(chǎn)生N2O、NO和N2而污染大氣，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化[4]，還會(huì)造成菠菜的硝酸鹽污染，影響人體健康[5]。

氮素是影響菠菜生長(zhǎng)以及硝酸鹽和草酸積累的一個(gè)重要因素[1-2]。研究表明，適當(dāng)提高營養(yǎng)液中銨態(tài)氮/硝態(tài)氮比例可顯著降低蔬菜體內(nèi)硝酸鹽[6]和草酸的含量[7]。目前，無土栽培生產(chǎn)葉菜類蔬菜尚不普遍，土壤仍是當(dāng)前蔬菜栽培的主要介質(zhì)。由于銨硝比能夠調(diào)控蔬菜硝酸鹽和草酸的含量[7]，假設(shè)在土壤條件下如果采用適宜的方法維持一定的NH4+/ NO3-比例的話，在生產(chǎn)中就有可能降低人們?nèi)粘Ｋ秤玫囊恍┦卟酥械南跛猁}和草酸含量，這將大大降低人體缺乏礦質(zhì)元素、患結(jié)石病和高鐵血紅蛋白癥等疾病的風(fēng)險(xiǎn)。但是，銨態(tài)氮被施入土壤后由于硝化作用會(huì)迅速轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，土壤中難以維持一定比例的硝/銨比。研究表明，硝化抑制劑如雙氰胺能有效地抑制土壤的硝化作用[8]，因此有可能通過雙氰胺來抑制硝化作用，從而達(dá)到維持一定硝/銨比的目的。氮肥配施硝化抑制劑對(duì)蔬菜硝酸鹽含量的影響已有一些研究報(bào)道[1,9-10]，但幾乎沒有對(duì)草酸含量影響的報(bào)道[1]。

本文采用土培試驗(yàn)研究了不同氮肥種類配施雙氰胺對(duì)菠菜硝酸鹽和草酸含量的影響以及對(duì)土壤理化性狀的影響，旨在為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蔬菜的氮肥管理提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2012年10月初至11月中旬在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所的溫室進(jìn)行。供試土壤為山東潮土，其主要農(nóng)化性狀見表1。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)處理設(shè)N1(0 g/kg)、N2(0.2 g/kg)、N3(0.4 g/kg)3個(gè)施氮量；副區(qū)為硫酸銨(NS)、硫酸銨+雙氰胺 (NS+DCD)、尿素(U)、尿素+雙氰胺(U+DCD)、硝酸鈣(CN) 5個(gè)氮肥種類處理，其中DCD的用量占施氮量的10%(已包括在施氮總量中)，各處理的磷、鉀用量相同，均為 0.2 g/kg P2O5和0.3 g/kg K2O，以過磷酸鈣和硫酸鉀作為基肥施入。氮肥分基肥 (50%)和追肥 (50%)兩次施用，DCD在菠菜生長(zhǎng)20 d后隨追肥一起施入。每盆裝土2.0 kg，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)排列。

供試蔬菜采用圓葉品種日本超能菠菜 (SpinaciaoleraceaL.)。篩選籽粒飽滿的種子，待土壤裝盆后，澆水，平衡1夜后，每盆播種20粒左右，然后覆蓋1～2 cm厚的土。待長(zhǎng)出4片葉子時(shí)，每盆定植10株；按正常生產(chǎn)管理生長(zhǎng)1個(gè)月后，收獲。測(cè)定菠菜的地上部生物量，并測(cè)定葉片和葉柄的硝酸鹽和草酸含量；同時(shí)采集土壤 (0～20 cm)，風(fēng)干后磨細(xì)過篩，測(cè)定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。

表1　供試土壤的主要農(nóng)化性狀

1.2測(cè)定方法

草酸總量的測(cè)定參照Baker[11]的方法。可溶態(tài)草酸含量的測(cè)定是用2 mL的蒸餾水研磨，其它步驟同上?？墒巢课坏南跛猁}和草酸含量分別由測(cè)定的葉片和葉柄的硝酸鹽和草酸含量加權(quán)計(jì)算而得。

植株硝態(tài)氮含量采用水楊酸法測(cè)定[12]。

土壤無機(jī)態(tài)氮含量的測(cè)定：按照魯如坤等[13]的方法，取10 g過篩的土樣于250 mL廣口瓶中，加入2 mmol/L氯化鉀100 mL振蕩浸提1 h，提取土壤無機(jī)態(tài)氮。過濾取上清液進(jìn)行硝態(tài)氮[14]和銨態(tài)氮的測(cè)定。

1.3統(tǒng)計(jì)方法

采用DPS 6.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析[15]，每個(gè)處理共3組重復(fù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行方差分析和Duncan新復(fù)極差法多重比較，檢驗(yàn)不同處理間在P<0.05水平上的差異顯著性。

2結(jié)果與分析

2.1不同種類氮肥配施雙氰胺對(duì)菠菜生物量的影響

由表2可知，施氮量對(duì)菠菜生物量具有明顯影響。隨著施氮量由0 g/kg提高到0.2 g/kg，各處理的菠菜生物量均明顯提高；施氮量再提高到0.4 g/kg時(shí)，菠菜生物量只略有提高。在相同施氮水平下，NS+DCD和U+DCD處理的菠菜產(chǎn)量分別顯著高于NS和U處理的，CN處理的菠菜產(chǎn)量相對(duì)較高。

2.2不同種類氮肥配施雙氰胺對(duì)菠菜可食部位硝酸鹽含量的影響

由圖1可知，各施氮處理的菠菜可食部位的硝酸鹽含量均隨著施氮量的提高而明顯增加。在相同供氮水平下，硝酸鈣處理的菠菜可食部位的硝酸鹽含量最高，其次是尿素處理。與單施尿素處理相比，尿素配施雙氰胺處理能明顯降低硝酸鹽的含量；而硫酸銨配施雙氰胺的處理與單施硫酸銨處理相比，菠菜可食部位的硝酸鹽含量也明顯下降(圖1)。

表2氮肥配施雙氰胺對(duì)菠菜生物量的影響

g/株

注：每列數(shù)字后不同字母表示差異達(dá)到5%顯著水平。下同。

圖1　氮肥配施雙氰胺對(duì)菠菜可食部位硝酸鹽含量的影響

2.3氮肥配施雙氰胺對(duì)菠菜可食部位草酸含量的影響

可溶態(tài)草酸是菠菜體內(nèi)草酸的主要存在形態(tài)。由圖2可知，各處理可食部位的可溶態(tài)草酸含量均隨著施氮量的提高而明顯升高；而在同一施氮量下，硝酸鈣處理的菠菜可溶態(tài)草酸含量最高。在0.2、0.4 g/kg施氮量水平下，硫酸銨和尿素配施DCD與單施硫酸銨或尿素處理相比可以顯著降低菠菜可食部位的可溶態(tài)草酸含量。

圖2　不同施肥處理對(duì)菠菜可食部位的可溶態(tài)草酸含量的影響

由圖3可知，各處理可食部位的草酸總量的變化趨勢(shì)與可溶態(tài)草酸含量相吻合，都是隨著施氮量的提

高而明顯升高；在同一施氮量下，硝酸鈣處理的菠菜草酸總量最高。硫酸銨和尿素配施DCD與單施硫酸銨或尿素處理相比可以顯著降低菠菜可食部位的草酸總量。

圖3　不同施肥處理對(duì)菠菜可食部位草酸總量的影響

2.4氮肥配施雙氰胺對(duì)土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的影響

由表3可知，隨著氮肥用量的提高，土壤的NO3--N和NH4+-N含量明顯增加。在同一施氮量條件下，硝酸鈣處理的硝態(tài)氮含量最高，而銨態(tài)氮含量最低；硫酸銨和尿素配施DCD處理的硝態(tài)氮含量要明顯低于其單獨(dú)供氮處理，而NH4+-N含量卻明顯高于其單獨(dú)供氮處理，在較高供氮水平下尤為明顯。

表3　氮肥配施雙氰胺對(duì)土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的影響 mg/kg

3討論

氮是蔬菜作物生長(zhǎng)所必需的營養(yǎng)元素，但其對(duì)蔬菜的增產(chǎn)幅度在一定程度上受到肥料種類、作物品種以及土壤氮素營養(yǎng)狀況的影響[16]。據(jù)Wang和Li 報(bào)道[17]，隨著氮肥用量由0 kg/hm2提高到180 kg/hm2，蔬菜產(chǎn)量明顯增加，但進(jìn)一步提高氮肥用量到270 kg/hm2, 則對(duì)幾種蔬菜的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用而引起產(chǎn)量下降。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，施氮量的提高在一定程度上提高了菠菜的生物量，但在氮用量為0.4 g/kg時(shí)生物量增加不明顯 ，這可能與土壤本身的氮素營養(yǎng)水平較高有關(guān)。從理論上講，植物吸收銨態(tài)氮可直接合成氨基酸，并且同化1 mol的NH4+-N僅需耗能296個(gè)光量子；而硝酸鹽在同化之前必須先進(jìn)行還原作用，同化1 mol的NO3--N即使是耗能最低的途徑也需305個(gè)光量子[18]。因此，供應(yīng)NH4+-N的植株要比供NO3--N的植株能夠獲得更高的生物產(chǎn)量。這可能是硫酸銨配施DCD和尿素配施DCD與單施硫酸銨和尿素相比可明顯提高菠菜的生物量的主要原因之一。

硝酸鹽是衡量蔬菜品質(zhì)優(yōu)劣一個(gè)重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)菠菜硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而明顯升高(圖1)，這與王朝輝等[19]報(bào)道氮肥用量與蔬菜硝酸鹽含量呈顯著正相關(guān)的結(jié)果基本一致，說明在高氮供應(yīng)下菠菜體內(nèi)吸收的硝酸鹽量超出了菠菜本身代謝還原的能力，從而引起硝酸鹽的大量積累。另外，氮肥配合硝化抑制劑對(duì)蔬菜硝酸鹽含量的影響已有一些報(bào)道。Bakr和Gawish[1]報(bào)道不同氮肥種類配合硝化抑制劑 (N-Serve) 處理下菠菜體內(nèi)硝酸鹽含量的順序?yàn)椋毫蛩徜@+N-Serve<硝酸鈣∶硫酸銨 (1∶1)+N-Serve<硫酸銨<硝酸鈣∶硫酸銨 (1∶1)<尿素<硝酸鈣。McCall和Willumsen的研究[20]也發(fā)現(xiàn)銨態(tài)氮肥配施DCD能顯著降低萵苣的硝酸鹽含量。

從營養(yǎng)角度講，草酸是一種抗?fàn)I養(yǎng)因子和毒素。已有研究證明在溶液中保持一定的銨態(tài)氮/硝態(tài)氮比例可顯著降低蔬菜體內(nèi)草酸的含量[8,21]，而關(guān)于氮肥配施硝化抑制劑對(duì)不同形態(tài)草酸含量的影響則少見研究報(bào)道。Bakr和Gawish發(fā)現(xiàn)，不同氮肥配合硝化抑制劑(N-Serve) 處理下菠菜中草酸總量的順序?yàn)椋毫蛩徜@+N-Serve<硝酸鈣∶硫酸銨(1∶1) + N- Serve <硝酸鈣∶硫酸銨(1∶1)<硫酸銨<硝酸鈣<尿素，表明銨態(tài)氮配施硝化抑制劑能夠降低菠菜體內(nèi)草酸含量。本研究的結(jié)果與Bakr和Gawish的結(jié)果基本吻合。研究表明[22-23]不同形態(tài)的草酸對(duì)人體健康影響是不同的：難溶態(tài)草酸一般不會(huì)進(jìn)一步影響其它食物和人體內(nèi)鈣的有效性，但草酸鈣晶體易對(duì)消化道組織產(chǎn)生刺激作用，引起人體的不適[20]；而可溶態(tài)草酸不僅能與其它食物中的許多礦質(zhì)元素結(jié)合形成不能被腸道吸收的難溶性鹽類，引起Ca、Fe、Mg、Cu等礦質(zhì)元素的缺乏癥[23]，而且易被人體腸道吸收，增加尿草酸分泌量而導(dǎo)致高草酸鹽尿，從而大大提高了人體患泌尿系結(jié)石如腎結(jié)石的風(fēng)險(xiǎn)[20]。本研究的結(jié)果表明硫酸銨和尿素配施DCD可以顯著降低對(duì)人體健康危害極大的可溶態(tài)草酸的含量，因此可以提高膳食中鈣、鎂和鐵等礦質(zhì)元素的有效性，進(jìn)而降低人體患泌尿系結(jié)石的風(fēng)險(xiǎn)，增進(jìn)人體健康。

銨態(tài)氮被施入旱地土壤后，由于土壤的硝化作用而迅速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，因此在通常條件下土壤中的銨態(tài)氮含量一般較低[17]。已有研究表明，在銨態(tài)氮被施入土壤后DCD可抑制其硝化作用的進(jìn)行[8]。本研究也發(fā)現(xiàn)無論是硫酸銨還是尿素配施雙氰胺后土壤銨態(tài)氮含量明顯升高，而土壤硝態(tài)氮含量則明顯下降，這樣減少了土壤硝態(tài)氮在土壤中的積累，減少了硝態(tài)氮淋失污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)，有利于蔬菜生產(chǎn)的生態(tài)環(huán)境安全。

4結(jié)論

提高施氮量在一定程度上均能提高菠菜的生物量；在相同施氮水平下，硫酸銨和尿素配施雙氰胺(DCD)與單獨(dú)供應(yīng)硫酸銨和尿素處理相比均能顯著提高菠菜的生物量。

不同處理的菠菜可食部位的硝酸鹽含量均隨著施氮量的提高而增加；在相同施氮量下，無論硫酸銨還是尿素配施雙氰胺，菠菜可食部位的硝酸鹽含量均顯著低于單供硫酸銨和尿素處理的，而且顯著低于單供硝酸鈣處理的。

菠菜可食部位的可溶態(tài)草酸和草酸總量均隨著施氮量的提高而升高；在同一施氮水平下，硫酸銨和尿素配施DCD不僅可顯著降低菠菜可食部位的草酸總量，而且顯著降低可溶態(tài)草酸含量，這與配施DCD能保持較高的銨態(tài)氮含量有關(guān)。

氮肥配施雙氰胺在一定程度上提高了土壤銨態(tài)氮含量，降低了硝態(tài)氮的含量，減少了硝態(tài)氮污染地下水和飲用水的風(fēng)險(xiǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)蔬菜生產(chǎn)的生態(tài)環(huán)境安全。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

收稿日期：2016-02-16

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD15B02)；山東省泰山學(xué)者“農(nóng)業(yè)面源污染防控”崗位建設(shè)基金；山東省自然科學(xué)基金(Y2007YD62)。

作者簡(jiǎn)介：亓文田(1962─)，男，山東萊蕪人，高級(jí)農(nóng)藝師，碩士，主要從事農(nóng)作物養(yǎng)分技術(shù)應(yīng)用推廣的研究。?通訊作者：張英鵬。

中圖分類號(hào)：S636.106

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-8581(2016)07-0058-05

Effects of Combined Application of Nitrogen Fertilizer with Nitrification Inhibitor on Safety Quality ofSpinachand Soil Nitrogen Content

QI Wen-tian1, LI Yan2,3,4, LIU Zhao-hui2,3, SUN Ming2,3,ZHONG Zi-wen2,4, BO Lu-ji2,3, JING Yong-ping2,3, ZHANG Ying-peng2,3,4*

(1. Agricultural Bureau of Laiwu City in Shandong Province, Laiwu 271100, China; 2. Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Ji’nan 250100, China; 3. Key Laboratory of Agricultural Environment in Huang-Huai-Hai Plain, Ministry of Agriculture, Ji’nan 250100, China; 4. Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-point Source Pollution Control, Ji’nan 250100, China)

Abstract：A soil culture test was carried out to investigate the effects of combined application of various nitrogen fertilizers with nitrification inhibitor dicyandiamide (DCD) on the nutrient quality of Spinach and soil nitrogen content. The results showed that: in comparison with the sole application of nitrogen fertilizer, the combined application of nitrogen fertilizer with DCD could significantly enhance the biomass of Spinach, and reduce the contents of nitrate and oxalate in the edible parts of Spinach, thus improve its safety quality; the combined application of nitrogen fertilizer with DCD also could enhance the content of ammonium nitrogen in soil, and reduce the accumulation of nitrate nitrogen in soil, thus could decrease the risk of nitrogen fertilizer pollution to ecological environment.

Key words：Kind of nitrogen fertilizer; Dicyandiamide; Oxalate; Nitrate; Spinach