溫度與氮素形態(tài)和用量對葉用萵苣生長和硝酸鹽含量的影響

李惠霞++張玲麗++馬紅軍++劉永衡

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.053

摘要：在田間調(diào)查寧夏回族自治區(qū)不同地區(qū)日光溫室蔬菜收獲后土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量的基礎(chǔ)上，設(shè)置水培試驗(yàn)，研究不同溫度以及不同形態(tài)氮素比例與用量對葉用萵苣（Lactuca sativa var. ramosa，別稱生稱）生長及可食用部分硝酸鹽含量的影響。結(jié)果表明，日光溫室在蔬菜收獲后土壤的氮素殘留量很高，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的比例約為10 ∶1；溫度對葉用萵苣生長有明顯的影響，25 ℃更有利于其生長；在一定范圍內(nèi)，氮素對葉用萵苣總生物量有明顯的促進(jìn)作用，但當(dāng)?shù)剡^量時(shí)，生物量并未隨氮素施用量的增加而增加；不同溫度下，隨著氮素投入量的增加，葉用萵苣可食用部分的硝酸鹽含量增加；同等氮素投入條件下，25 ℃下種植的葉用萵苣其硝酸鹽含量相對較低，單施硝態(tài)氮比硝態(tài)氮、銨態(tài)氮2種形態(tài)氮共存時(shí)葉用萵苣的硝酸鹽含量要高；低濃度氮素時(shí)，15 ℃時(shí)葉用萵苣吸收的硝酸鹽較多，但高濃度氮素時(shí)，25 ℃吸收的硝酸鹽較多。因此，建議在日光溫室蔬菜栽培中應(yīng)減少氮素的投入量，避免長期使用單一肥料。

關(guān)鍵詞：氮素形態(tài)；施肥量；硝酸鹽；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；溫度；葉用萵苣

中圖分類號： S636.206文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0205-03

收稿日期：2016-02-02

基金項(xiàng)目：寧夏教育廳高?？蒲许?xiàng)目（編號：2014-179）。

作者簡介：李惠霞（1976—），女，甘肅靈臺(tái)人，碩士，高級農(nóng)藝師，主要從事土壤與植物營養(yǎng)學(xué)教學(xué)與科研工作。Tel：（0951）7831296；E-mail：lihuixia_76@163.com。設(shè)施栽培是我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整的重要方向，是農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的重要手段，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，在整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。近20多年來，設(shè)施農(nóng)業(yè)在寧夏回族自治區(qū)發(fā)展十分迅速，2010年的栽培面積是1990年的近70倍[1-2]。但隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和日光溫室栽培年限的延長，生產(chǎn)上出現(xiàn)許多問題，施肥過量尤其是氮肥過量、施肥品種單一等問題尤為突出[3-7]，而氮肥過量、單施硝態(tài)氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡、地下水被污染、蔬菜硝酸鹽含量超標(biāo)等。硝酸鹽含量是蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)，人體攝入的硝態(tài)氮81.2%來自蔬菜，當(dāng)攝取量較大時(shí)，會(huì)引起人體肌體中毒或形成強(qiáng)制癌物質(zhì)，因此，蔬菜硝酸鹽含量關(guān)系到食品安全與人體健康[8-10]。

寧夏回族自治區(qū)秋冬倒茬設(shè)施栽培的葉菜類蔬菜，由于施入大量氮肥，外觀明顯表現(xiàn)為氮素過量癥狀，葉片極其濃綠，對其葉片進(jìn)行采樣分析，硝酸鹽含量為700～1 200 mg/kg，已不宜生食或生、熟皆不宜食用的水平。為確保當(dāng)?shù)鼗蛑苓叺貐^(qū)居民的身體健康，本試驗(yàn)在田間調(diào)查寧夏不同地區(qū)日光溫室蔬菜收獲后土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量的基礎(chǔ)上，設(shè)置水培試驗(yàn)，研究土壤氮素殘留與蔬菜硝酸鹽吸收的關(guān)系，為日光溫室蔬菜栽培合理施肥提供技術(shù)依據(jù)。

1材料與方法

1.1田間調(diào)查

銀川市位光照充足，熱量豐富，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，無霜期短；溫差大，氣溫年較差平均為31.5 ℃，日較差平均為136 ℃，年平均氣溫為8.7 ℃，平均積溫為3 245.6 ℃，有效積溫高。調(diào)查區(qū)域位于銀川市周邊地區(qū)，調(diào)查點(diǎn)主要有寧夏賀蘭、寧夏農(nóng)墾（平吉堡）、銀川掌鎮(zhèn)、寧夏永寧、寧夏靈武五大設(shè)施農(nóng)業(yè)示范基地。調(diào)查的溫室均種植蔬菜，栽培年限為5～15年。溫室均為一面坡式，東西向，長60～80 m不等，跨度 8 m，北墻高1.8 m、脊高 2.15 m，溫室用0.065 mm聚乙烯無滴膜覆蓋，冬季覆蓋棉被不加熱。每座溫室在秋冬茬蔬菜收獲后，采用“S”形9點(diǎn)法采集1個(gè)混合樣，共采集樣品206個(gè)，采用1 mol/L KCl浸提法（水土比為5 ∶1） 提取土壤礦質(zhì)氮、連續(xù)流動(dòng)分析儀（BRAN+LUEBBE） 測定土壤礦質(zhì)態(tài)氮（銨態(tài)氮及硝態(tài)氮）含量。

1.2水培試驗(yàn)

1.2.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)于2015年3—5月在銀川能源學(xué)院進(jìn)行，供試蔬菜為葉用萵苣（Lactuca sativa var. ramosa，別稱生稱）。將葉用萵苣種子用0.1% HgCl2消毒，清水浸泡，均勻播于育苗穴盤；5～8 d出苗，出苗早期澆灌清水，后期澆灌1/8霍格蘭氏營養(yǎng)液；間苗，每孔留1株，培育15 d，備用；挑選長勢均一的培育苗，自來水洗根，再用去離子水沖洗；濾紙吸干根表面水分，稱質(zhì)量。根據(jù)地上部和根系長勢，挑選相對均一的植株用于試驗(yàn)。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法以溫度和硝態(tài)氮（NO-3-N）、銨態(tài)氮（NH+4-N） 2種不同形態(tài)氮素比例為條件，設(shè)計(jì)2因素試驗(yàn)。溫度主要模擬寧夏回族自治區(qū)設(shè)施栽培秋冬茬、春茬的平均溫度，分別設(shè)15、25 ℃；氮素設(shè)5個(gè)比例，硝態(tài)氮 ∶銨態(tài)氮（mmol/L ∶mmol/L）分別為2 ∶1、3 ∶0、6 ∶1、7 ∶0、10 ∶1，處理編號分別為T1、T2、T3、T4、T5，設(shè)置2種形態(tài)肥料均不施為對照（CK）。試驗(yàn)采用水培方法，硝態(tài)氮使用NaNO3，銨態(tài)氮使用NH4HCO3，2種不同形態(tài)的氮素按比例和用量加入，如T1處理硝態(tài)氮用量為2 mmol/L、銨態(tài)氮用量為 1 mmol/L，其他處理類同。水培液中除氮素外，其他元素采用霍格蘭氏（Hoaglands）營養(yǎng)液配方補(bǔ)充，用0.01 mol/L NaOH和HNO3調(diào)節(jié)培養(yǎng)液，使pH值為6.5左右，并監(jiān)測培養(yǎng)液電導(dǎo)率，使其符合水培條件。試驗(yàn)在人工氣候室進(jìn)行，培養(yǎng)前期用1/4營養(yǎng)液，后期用1/2營養(yǎng)液。每培養(yǎng)7 d更換1次營養(yǎng)液，采用人工通氧6～8 h/d，LED燈補(bǔ)光8 h/d，夜間黑暗。

1.2.3樣品測定將葉用萵苣苗地上部新鮮組織及烘干后的組織分別用研缽迅速研細(xì)，采用水楊酸-硫酸比色法測定硝酸鹽含量。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 2007制表作圖，用SAS 8軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1寧夏日光溫室土壤中不同形態(tài)氮素的含量差異

由表1可見，銀川周邊5大設(shè)施蔬菜基地春茬收獲后殘留在土壤中的礦質(zhì)態(tài)氮素含量平均為116.68 mg/kg；賀蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)基地的硝態(tài)氮含量相對最低，而掌鎮(zhèn)設(shè)施農(nóng)業(yè)基地的硝態(tài)氮含量相對最高，與溫室使用年限長短較為一致，據(jù)調(diào)查，掌鎮(zhèn)日光溫室建于2000年，而賀蘭日光溫室建于2008年，這說明硝態(tài)氮可能隨溫室使用年限的延長而累積量越來越大；寧夏地區(qū)蔬菜收獲后殘留在土壤中的礦質(zhì)態(tài)氮以硝態(tài)氮為主，占礦質(zhì)氮的比例平均為90.69%，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的比例約為10 ∶1。經(jīng)走訪農(nóng)戶肥料的使用情況發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶每年向土壤投入的氮素較多，一般在春茬蔬菜定植前施有機(jī)肥約45～105 m3/hm2，以雞糞、羊糞為主，底肥與追施共施化學(xué)純氮素肥料約900 kg/hm2。

2.2不同處理對葉用萵苣生長的影響

將2個(gè)不同溫度下的各生理指標(biāo)經(jīng)t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同溫度對葉用萵苣生長有顯著影響。由表2可見，25 ℃下葉用萵苣地上部、根系生物量的累積比15 ℃的相對更快一些；隨著硝態(tài)氮用量的增加，地上部鮮質(zhì)量、根系鮮質(zhì)量呈先增加后減少的趨勢；25 ℃時(shí)T2處理的葉用萵苣地上部鮮質(zhì)量、根系鮮質(zhì)量相對最大，T2、T3、T4處理的含水量均大于90%；15 ℃時(shí)T3處理的葉用萵苣地上部鮮質(zhì)量、根系鮮質(zhì)量相對最大，T2、T3處理的含水量大于90%；T5處理的葉用萵苣總生物量與對照差異不明顯；不同溫度下，T5處理的株高相對最矮，T3處理的根系最長；25 ℃時(shí)，T1處理與T2處理、T3處理與T4處理相比發(fā)現(xiàn)，單施硝態(tài)氮更有利于總生物量的累積，而 15 ℃ 時(shí)這一表現(xiàn)不明顯。

2.3不同處理對葉用萵苣地上部硝酸鹽含量的影響

將2個(gè)不同溫度下葉用萵苣地上部的硝酸鹽含量經(jīng)t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同溫度對葉用萵苣硝酸鹽的含量有顯著影響。由圖1可見，葉用萵苣新鮮組織在15 ℃時(shí)各處理的硝酸鹽含量均大于25 ℃；烘干后，T3處理2種溫度的地上部硝酸鹽含量相差不大，其他處理有明顯差異；對新鮮組織而言，隨著氮素總用量的增加，不同溫度下地上部的硝酸鹽含量增加，T5處理的硝酸鹽含量是T1處理的3.6倍；T1處理與T2處理、T3處理與T4處理相比，兩者之間投入的氮素總量相同，但葉用萵苣地上部的硝酸含量有明顯不同，單一氮源處理的地上部硝酸鹽含量大于2種形態(tài)氮源共存，這可能是由于當(dāng)溶液中僅存在NO-3時(shí)，葉用萵苣根系對NO-3有更強(qiáng)的親和力，當(dāng)NO-3和NH+4共存時(shí)，根系對氮素的吸收量減少，NH+4的加入使其根系對NO-3的親和力也下降。

2.4不同處理對葉用萵苣地上部硝酸鹽吸收量的影響

由圖2可見，15 ℃時(shí)T1、T3處理葉用萵苣對硝酸鹽的吸收量高于25 ℃，T2、T4、T5處理在25 ℃時(shí)對硝酸鹽的吸收量高于15 ℃；T1處理與T2處理（投入3 mmol/L氮素）相比，15 ℃ 時(shí)2個(gè)處理對硝酸鹽的吸收量相差不大，25 ℃時(shí)，單一氮素時(shí)地上部對硝酸鹽的吸收量明顯高于2種氮源共存；T3處理與T4處理（投入7 mmol/L）相比，2種溫度條件下，單一氮素時(shí)地上部對硝酸鹽的吸收量均明顯高于2種氮源共存；低濃度氮素條件下，15 ℃時(shí)葉用萵苣地上部對硝酸鹽的吸收量相對較多，高濃度氮素條件下，25 ℃時(shí)對硝酸鹽的吸收量相對較多。

3結(jié)論與討論

經(jīng)取樣測定及走訪農(nóng)戶發(fā)現(xiàn)，銀川周邊5大設(shè)施蔬菜基地春茬收獲后殘留在土壤中的礦質(zhì)態(tài)氮素含量平均為11668 mg/kg，與其他省份同期設(shè)施土壤[11]相比，礦質(zhì)態(tài)氮含量高1倍左右；寧夏地區(qū)蔬菜收獲后殘留在土壤中的礦質(zhì)態(tài)氮以硝態(tài)氮為主，占礦質(zhì)氮的比例平均為90.69%， 硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的比例約為10 ∶1；農(nóng)戶每年一般在春茬蔬菜定植前施有機(jī)肥約45～105 m3/hm2，以雞糞、羊糞為主，底肥與追施共施化學(xué)純氮素肥料約900 kg/hm2。這說明寧夏春茬設(shè)施蔬菜栽培中，氮肥過量較為嚴(yán)重，而蔬菜當(dāng)季吸收量約為其投入量的1/5～1/3[12-13]，除以氣體形式揮發(fā)和向深層土壤少量淋溶外，其他氮素均殘留于土壤中，寧夏地區(qū)蔬菜種植戶的高氮投入將會(huì)導(dǎo)致土壤中殘留的氮素含量非常高，并以硝態(tài)氮形式存在于土壤中，長期累積會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致耕層土壤pH值的下降，引起土壤酸化。

氮素與蛋白質(zhì)合成、核酸、細(xì)胞膜等微結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度對葉用萵苣生長有明顯的影響，25 ℃更有利于其生長，NO-3-N、NH+4-N比為3 ∶0時(shí)，葉用萵苣地上部和根系的生物量、株高均相對最大；在一定范圍內(nèi)，氮素對葉用萵苣總生物量有明顯的促進(jìn)作用，但當(dāng)?shù)剡^量時(shí)，并未提高葉用萵苣生物量的累積；NO-3-N、NH+4-N比為6 ∶1時(shí)更有利于根系的伸長，這與Kirk的研究結(jié)論[14]一致；施入相同量氮素時(shí)，單一存在的NO-3比NO-3、NH+4 2種離子共存時(shí)更有利于生物量的形成，NH+4的加入會(huì)降低根系對NO-3載體的親和力，從而影響其吸收速率，進(jìn)一步明顯影響根系對NO-3的吸收，這與李彩鳳等研究結(jié)果[15-20]一致；不同溫度下，隨著氮素投入量的增加，葉用萵苣可食用部分硝酸鹽含量增加，同等氮素投入條件下，25 ℃下種植的葉用萵苣硝酸鹽含量相對較低，對人體健康更為有利一些。

因此，在日光溫室蔬菜栽培中應(yīng)減少氮素的投入量，合理施入不同形態(tài)的氮素肥料，避免長期使用單一肥料；從食品安全角度看，春茬種植的葉用萵苣比秋茬種植的相對更好一些。

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