三類(lèi)土壤不同酰硝比供應(yīng)下的辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素?fù)p失

管西林，王孝忠，劉彬，范珊珊，陳新平

（農(nóng)業(yè)部土壤與作物相互作用實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境與糧食安全中心/中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

三類(lèi)土壤不同酰硝比供應(yīng)下的辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素?fù)p失

管西林，王孝忠，劉彬，范珊珊，陳新平*

（農(nóng)業(yè)部土壤與作物相互作用實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境與糧食安全中心/中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

【目的】酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是蔬菜施肥的主要氮源，不同氮素形態(tài)配比既影響蔬菜的產(chǎn)量品質(zhì)，又影響氮素?fù)p失，而氮素在不同土壤中轉(zhuǎn)化進(jìn)程不同。為確定辣椒主產(chǎn)區(qū)主要土壤類(lèi)型上合適的氮素形態(tài)配比，本試驗(yàn)選用廣東赤紅壤 (pH 5.97)、安徽菜園土 (pH 7.09) 和山東潮土 (pH 8.33) 為供試土壤，研究辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)在三種不同類(lèi)型土壤上對(duì)不同氮素形態(tài)配比的響應(yīng)，確定適宜各土壤類(lèi)型上辣椒生長(zhǎng)的酰硝比，以期為辣椒主產(chǎn)區(qū)氮肥調(diào)控提供理論依據(jù)。 【方法】采用土壤培養(yǎng)試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)，土壤培養(yǎng)試驗(yàn)每種土壤類(lèi)型設(shè)兩個(gè)處理：?jiǎn)问┠蛩?(對(duì)照)、尿素添加硝化抑制劑處理。盆栽試驗(yàn)設(shè)：不施氮肥 (CK)、NO3-N 100% (T1)；CO(NH2)2-N 25% + NO3-N 75% (T2)、CO(NH2)2-N 50% + NO3-N 50% (T3)、CO(NH2)2-N 75% + NO3-N 25% (T4)、CO(NH2)2-N 100% (T5) 6 個(gè)處理。培養(yǎng)試驗(yàn)測(cè)定不同培養(yǎng)時(shí)期土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量；盆栽試驗(yàn)在辣椒收獲期測(cè)定辣椒的產(chǎn)量與品質(zhì)、植株氮濃度，在施肥后不同時(shí)期測(cè)定土壤無(wú)機(jī)氮的含量。 【結(jié)果】土壤培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明三類(lèi)土壤的硝化能力強(qiáng)弱順序是潮土 > 菜園土 > 赤紅壤，添加硝化抑制劑 2-氯-6-(三氯甲基) 吡啶 (NServe) 后能調(diào)控三類(lèi)土壤的氮素轉(zhuǎn)化速率，在培養(yǎng)第 4 天表觀硝化率分別降低了 30.3%、38.0% 和 8.3%。盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明與不施氮肥處理相比，施氮處理能顯著提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)，產(chǎn)量的提高源于單果重和果實(shí)數(shù)的增加，品質(zhì)提升主要包括維生素 C 和可溶性固形物含量的提高；在添加 N-Serve (酰胺態(tài)氮純氮量的 1%) 的基礎(chǔ)上，三類(lèi)土壤上辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)酰硝比的響應(yīng)不同，赤紅壤、菜園土和潮土最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的硝態(tài)氮占氮肥供應(yīng)總量的 75%，25% 和 50%，品質(zhì)較優(yōu)對(duì)應(yīng)的硝態(tài)氮占比分別是 75%，50% 和 25%；辣椒氮素吸收量也表現(xiàn)為菜園土 > 潮土 > 赤紅壤，且與單施硝態(tài)氮相比，硝態(tài)氮與酰胺態(tài)氮配施在赤紅壤、菜園土和潮土上氮肥利用率分別提高 25.3%、9.0% 和 22.4%，淋洗液氮素?fù)p失量分別降低 58.4%，53.6% 和 51.7%。 【結(jié)論】統(tǒng)籌考慮辣椒優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)以及環(huán)境代價(jià)等因素，在赤紅壤、菜園土和潮土上適宜的硝態(tài)氮占比分別是 50%～75%，25%～50%和 25%～50%。

辣椒；酰硝比；產(chǎn)量；品質(zhì)；氮素?fù)p失

辣椒是我國(guó)重要的蔬菜作物，因其富含維生素C、辣椒素、辣椒堿等營(yíng)養(yǎng)成分，得到廣大種植者和消費(fèi)者的青睞，其種植面積僅次于白菜類(lèi)蔬菜[1]。氮肥施用對(duì)辣椒生產(chǎn)意義重大，一方面，氮肥是影響辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮以一定比例配施能顯著促進(jìn)辣椒、番茄、菠菜等蔬菜的生長(zhǎng)，提升其產(chǎn)量品質(zhì)[2–5]，前人研究結(jié)果表明基質(zhì)盆栽番茄果實(shí)中還原糖、Vc 含量隨著銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮比例的增加而增加，而果實(shí)中硝酸鹽含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，總酸含量不受影響[6]。水培試驗(yàn)結(jié)果表明以銨態(tài)氮替代部分硝態(tài)氮可以提高白菜產(chǎn)量，降低硝酸鹽含量[7]。另一方面，氮肥的不合理施用會(huì)增加環(huán)境代價(jià)，近年來(lái)在蔬菜生產(chǎn)中硝態(tài)氮肥受到廣泛重視，如果施用不合理，很容易造成硝酸鹽淋失等環(huán)境問(wèn)題[8]。

目前氮肥形態(tài)主要有酰胺態(tài)氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮。酰胺態(tài)氮肥尿素因具有含氮量高、物理性狀較好、無(wú)副成分和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，成為我國(guó)主要的農(nóng)用氮肥[9]，2009 年尿素在我國(guó)氮肥產(chǎn)品構(gòu)成中占66.7%[8]。尿素施入土壤后，在土壤中的轉(zhuǎn)化是需要經(jīng)過(guò)水解、硝化等過(guò)程，其中尿素水解過(guò)程是一個(gè)較為迅速的過(guò)程。Nkrumah 等[10]在壤土上的研究結(jié)果表明，尿素施入土壤后，在三到七個(gè)小時(shí)內(nèi)酰胺態(tài)氮就水解轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，而硝化作用是一個(gè)較為緩慢的過(guò)程。這些過(guò)程受土壤本身性質(zhì)以及外界環(huán)境的影響，主要包括土壤脲酶活性、pH 值、溫度、水分、質(zhì)地、尿素起始濃度等。土壤 pH 值對(duì)氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程有顯著影響，研究表明土壤硝化速率與土壤 pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系[11]，同時(shí)，添加硝化抑制劑在一定程度上能抑制銨鹽的硝化速率，減緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，是減少氮素?fù)p失、降低果蔬等作物中硝酸鹽含量的重要途徑，其效果也因土壤類(lèi)型不同而異[12]。而我國(guó)幅員遼闊，土壤類(lèi)型較多，pH 值變異較大。我國(guó)辣椒主產(chǎn)區(qū)主要分布在華南、西南、長(zhǎng)江流域、華北和西北等地區(qū)，這些區(qū)域典型的土壤類(lèi)型為赤紅壤、菜園土和潮土。

本研究選用赤紅壤、菜園土和潮土為供試土壤，研究不同的酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮配比對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，揭示不同土壤上氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律，并且通過(guò)計(jì)算氮肥的利用率和損失量來(lái)評(píng)價(jià)各種配比氮肥的環(huán)境效益，以期對(duì)辣椒主產(chǎn)區(qū)的氮素調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤類(lèi)型為赤紅壤、菜園土、潮土，分別取自廣東省廣州市南區(qū)，安徽省合肥市西北郊，山東省濰坊市壽光，土壤的基本性質(zhì)如表 1 所示。供試?yán)苯菲贩N為好農(nóng) 11F1，由河南紅綠辣椒種業(yè)有限公司提供；硝化抑制劑 2-氯-6-(三氯甲基) 吡啶 (簡(jiǎn)稱(chēng)N-Serve) 由上海碧晶農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。設(shè)計(jì)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定培養(yǎng)后不同時(shí)間內(nèi)土壤無(wú)機(jī)氮含量，比較三類(lèi)土壤氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程；設(shè)計(jì)盆栽試驗(yàn)，研究三種類(lèi)型土壤中辣椒產(chǎn)量品質(zhì)和氮素?fù)p失對(duì)不同酰硝比的響應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

土壤培養(yǎng)試驗(yàn)每種土壤類(lèi)型設(shè)兩個(gè)處理，分別為：1) 單施尿素處理 (CK)；2) 尿素加硝化抑制劑處理 (NI)。土壤培養(yǎng)試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，每千克土加入尿素的量折純 N 200 mg，硝化抑制劑 N-Serve 按純氮量的 1% 施用[13]。置于 25℃ 的恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)，培養(yǎng)周期 42 天。分別在培養(yǎng)后的第 0、2、4、7、14、21、28、42 天取樣測(cè)定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量[14]。

盆栽試驗(yàn)于 2015 年 4 月至 8 月在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)日光溫室中進(jìn)行，于 2015 年 4 月 19 日育苗，待幼苗長(zhǎng)到 6～8 片真葉時(shí) (5 月 22 日) 定植于直徑 18 cm ×高 25 cm 的花盆中，每盆裝風(fēng)干土 5 kg，定植 1 株。

試驗(yàn)共設(shè)計(jì) 6 個(gè)處理，分別為：不施氮肥(CK)、NO3-N 100% (T1)、CO(NH2)2-N 25% + NO3-N 75% (T2)、CO(NH2)2-N 50% + NO3-N 50% (T3)、CO(NH2)2-N 75% + NO3-N 25% (T4)、CO(NH2)2-N 100% (T5)。每個(gè)處理設(shè)置 4 次重復(fù)，每重復(fù) 1 盆。T1～T5 處理 35% 的氮肥作為基肥施入，基肥 P2O5和 K2O 的用量與氮相同，均是 750 mg/pot，氮、磷、鉀肥分別選用尿素、硝酸鈣、磷酸二氫鉀、硫酸鉀。追肥 4 次，每次追肥用量為 N 533 mg/pot、P2O5180 mg/pot 和 K2O 440 mg/pot，追肥及灌水時(shí)間如圖 1 所示。此外，按照尿素態(tài)氮純氮量的 1% 添加硝化抑制劑 N-Serve，對(duì)照處理除不施氮肥外，其他施肥和管理措施與其他處理相同。每次澆水后 24 h收集淋洗液，測(cè)量淋洗液體積并且取樣測(cè)定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。并在第三次施肥后第 1、3、8、15天取土測(cè)定土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量，取土方法模擬田間試驗(yàn)用直徑 10 mm 的 PVC 管取土 20 cm。辣椒于 7 月 20 日、7 月 28 日和 8 月 10 日分 3 次采收，每次采收計(jì)產(chǎn)，存樣測(cè)定品質(zhì)和果實(shí)及植株氮含量。

表1 供試土壤基本性質(zhì)Table1 Basic properties of the tested soils

圖1 定植后追肥及灌水時(shí)間Fig. 1 Date for fertilizer top-dressing and irrigation since the transplanting of pepper seedlings [注（Note）：小箭頭代表澆水 Thin arrows represent irrigation.]

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

培養(yǎng)試驗(yàn)每次采樣測(cè)土壤含水量及 NO3–-N、NH4+-N 含量；盆栽試驗(yàn)測(cè)定基礎(chǔ)土樣的 pH 值、有機(jī)質(zhì)含量、土壤全氮、無(wú)機(jī)氮；土壤無(wú)機(jī)氮含量采用 CaCl2浸提流動(dòng)分析方法測(cè)定[15]；辣椒果實(shí)可溶性固形物含量采用手持式折光儀測(cè)定；Vc 含量采用 2%草酸浸提-2,6二氯靛酚滴定法測(cè)定，硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測(cè)定 (NY/T1279-2007)；辣椒植株氮含量采用 H2SO4–H2O2消煮—半微量蒸餾法測(cè)定[16]。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算及統(tǒng)計(jì)方法收獲指數(shù) (HI) = 果實(shí)干物質(zhì)重/植株干物質(zhì)重；土壤表觀硝化速率 = 硝態(tài)氮含量/(硝態(tài)氮含量 +銨態(tài)氮含量) × 100%[13]；

氮肥利用率 = (施氮處理氮肥吸收量 – 無(wú)氮處理氮肥吸收量)/施氮量 × 100%。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2010、SigmaPlot 12.5 及 SAS 8.0 軟件進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果分析

2.1 添加硝化抑制劑對(duì)三類(lèi)土壤無(wú)機(jī)氮含量變化的影響

土壤培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，尿素施入土壤后迅速轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮，銨態(tài)氮經(jīng)過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，銨態(tài)氮的含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，硝態(tài)氮的變化趨勢(shì)是先升高后達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài) (圖 2)。比較三類(lèi)土壤可以發(fā)現(xiàn)，潮土氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程最快，尿素轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮后迅速轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，而赤紅壤上雖然很快轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮，但是硝化過(guò)程較慢。潮土、菜園土、赤紅壤上硝態(tài)氮達(dá)到平臺(tái)所需的時(shí)間分別是 7、14 和 42 d。

添加硝化抑制劑處理的銨態(tài)氮含量隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后降低再趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，硝態(tài)氮含量先升高后降低再緩慢升高 (圖 2)。但是硝態(tài)氮的絕對(duì)含量均低于不添加硝化抑制劑處理，三類(lèi)土壤上的銨態(tài)氮達(dá)到峰值的時(shí)間均是培養(yǎng)后第 4 到 7天，此后，銨態(tài)氮含量逐漸降低，而硝態(tài)氮含量逐漸升高，施用硝化抑制劑不同程度上減緩了三類(lèi)土壤的氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程。在赤紅壤、菜園土和潮土上，添加 N-Serve 均能不同程度地降低表觀硝化率，與單施尿素處理相比，在培養(yǎng)第 4 天表觀硝化率分別降低了 8.3%、38.0% 和 30.3%。

圖2 三類(lèi)土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化Fig. 2 Soil nitrate and ammonium contents in three types of soil with the elongation of incubation time

2.2 盆栽試驗(yàn)

2.2.1 不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤上辣椒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響 在菜園土和潮土上辣椒的產(chǎn)量顯著高于在赤紅壤上的辣椒產(chǎn)量，主要是因?yàn)樵诓藞@土和潮土上的果實(shí)數(shù)顯著高于赤紅壤，而單果重?zé)o顯著性差異；不同酰硝比處理的辣椒果實(shí)產(chǎn)量為 289～567 g/plant，均顯著高于對(duì)照的產(chǎn)量 (49～156 g/plant)。而氮素形態(tài)與土壤類(lèi)型對(duì)產(chǎn)量的交互作用未達(dá)到顯著水平 (表 2)。

不同酰硝比對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響以在菜園土和赤紅壤上最為顯著，其中，當(dāng)酰硝比分別為 3∶1 和1∶3 時(shí)辣椒產(chǎn)量最高，顯著高于其他施氮處理，雖然在潮土上辣椒產(chǎn)量對(duì)酰硝比的響應(yīng)沒(méi)達(dá)到顯著水平，但是在潮土上當(dāng)酰硝比為 1∶1 時(shí)辣椒產(chǎn)量較高，主要是由于各處理單果重有顯著差異 (表 2)。

為明確不同比例氮源與產(chǎn)量的關(guān)系，通過(guò)回歸分析建立了赤紅壤、菜園土和潮土上酰胺態(tài)氮占比(x) 與辣椒產(chǎn)量關(guān)系模型，其函數(shù)表達(dá)式分別為：y =–131.75x2+ 76.034x + 343.79 (R2= 0.8756)；y =–173.13x2+ 209.96x + 488.57 (R2= 0.8462)；y =–50.328x2+ 57.062x + 542.18 (R2= 0.4071)。產(chǎn)量最高時(shí)對(duì)應(yīng)的酰胺態(tài)氮占比分別為 28.9%、60.6% 和56.7%。

2.2.2 不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤上辣椒品質(zhì)的影響 施用氮肥可以顯著提高各土壤上辣椒果實(shí)維生素 C、可溶性固形物及果實(shí)硝酸鹽含量 (表 3)。不同土壤類(lèi)型和酰硝比以及兩者的交互作用對(duì)辣椒果實(shí)維生素C、可溶性固形物的影響均達(dá)到極顯著水平，對(duì)果實(shí)硝酸鹽的影響達(dá)到顯著水平。在菜園土上辣椒果實(shí)維生素 C、可溶性固形物含量顯著高于其他兩種土壤。

在不同土壤類(lèi)型上酰硝比對(duì)辣椒果實(shí)品質(zhì)的影響不同，在三類(lèi)土壤上果實(shí)維生素 C 含量隨著酰胺態(tài)氮比例的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，維生素C 含量最大值對(duì)應(yīng)的酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮之比分別為1∶3、3∶1 和 3∶1；可溶性固形物含量的變化趨勢(shì)與之類(lèi)似，其最大值對(duì)應(yīng)的酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮之比分別為 3∶1、1∶1 和 3∶1 (表 3)；在三類(lèi)土壤上果實(shí)硝酸鹽含量隨著酰胺態(tài)氮比例的增加而出現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，硝酸鹽含量最大值對(duì)應(yīng)的酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮之比分別為 3∶1、1∶3 和 1∶3。

2.2.3 不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤上辣椒氮素吸收的影響 在不同土壤上辣椒氮素吸收量存在顯著性差異，辣椒吸氮量由大到小依次為菜園土 > 潮土 > 赤紅壤，不同酰硝比對(duì)辣椒吸氮量的影響也因土壤類(lèi)型不同而異，其中在潮土上辣椒吸氮量隨著酰胺態(tài)氮占比的增加而增加，而在赤紅壤和菜園土上辣椒吸氮量隨酰胺態(tài)氮比例的增加而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，最大吸氮量對(duì)應(yīng)的酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮之比均為1∶1(表 4)。

表2 不同酰硝比辣椒鮮果產(chǎn)量、單果重及果實(shí)數(shù)Table2 Pepper yield, fruit weight and fruit number affected by CO(NH2)2-N/NO3-N ratios

表3 不同酰硝比辣椒果實(shí)維生素 C，可溶性固形物及硝酸鹽含量Table3 Fruit vitamin C, total soluble solid and nitrate content of pepper affected by CO(NH2)2-N/NO3-N ratios

硝態(tài)氮與酰胺態(tài)氮配施能顯著提高氮肥的利用率，與單施硝態(tài)氮相比，硝態(tài)氮與酰胺態(tài)氮配施在赤紅壤、菜園土和潮土上氮肥利用率分別提高 25.3%、9.0% 和 22.4%。

2.2.4 不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤無(wú)機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)變化及其損失量的影響 在三類(lèi)土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮濃度在施肥后 15 天內(nèi)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在施肥后 3天銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度達(dá)到峰值。在施肥后的不同時(shí)間內(nèi)隨著各處理酰胺態(tài)氮占比增加土壤硝態(tài)氮濃度遞減，而土壤銨態(tài)氮濃度變化趨勢(shì)與之相反。在不同土壤類(lèi)型上土壤中硝態(tài)氮變化趨勢(shì)不同，在施肥后第 3 天赤紅壤中硝態(tài)氮含量達(dá)到峰值，直到第 8天仍保持較高水平，而在菜園土和潮土上到第 8 天時(shí)硝態(tài)氮含量已經(jīng)低于 24 mg/kg，銨態(tài)氮濃度變化趨勢(shì)與之相反。三類(lèi)土壤上無(wú)機(jī)氮濃度的變化趨勢(shì)也是先升高后降低，在施肥后第 3 天達(dá)到峰值，之后逐漸降低 (圖 3)。

表4 不同酰硝比辣椒氮素吸收和氮肥利用率Table4 N uptake of pepper and N recovery affected by CO(NH2)2-N/NO3-N ratios

與之相對(duì)應(yīng)的是不同土壤的氮素淋失量，在三類(lèi)土壤上氮素淋失量赤紅壤 > 菜園土 > 潮土，淋失的氮素 95% 以上是硝態(tài)氮，各種土壤上氮素淋失量均是施氮處理顯著高于不施氮處理，而且在赤紅壤和菜園土上隨著酰胺態(tài)氮比例的增加，氮素淋失量逐漸降低，在潮土上以酰胺態(tài)氮占比 25% 時(shí)淋失量最大。在三類(lèi)土壤上硝態(tài)氮與酰胺態(tài)氮配施或者單施酰胺態(tài)氮比單施硝態(tài)氮肥分別降低氮素?fù)p失量58.4%，53.6% 和 51.7% (圖 4)。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤上辣椒產(chǎn)量的影響

施用氮肥能顯著提高三類(lèi)土壤上辣椒的產(chǎn)量，這與 Vos 和 Frinking[17]的研究結(jié)果氮肥對(duì)辣椒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率超過(guò) 32% 一致，分析原因是施用氮肥顯著提高了單株結(jié)果數(shù)和單果重 (表 2)。就土壤類(lèi)型而言，產(chǎn)量由高到低排列是潮土略高于菜園土，兩者均顯著高于赤紅壤，這一方面與土壤的基本性質(zhì)相關(guān)，由于赤紅壤質(zhì)地黏重，pH 較低 (表 1)，硝化能力較弱 (圖 2)，尿素施入土壤在脲酶的作用下轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮后進(jìn)一步向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程較慢，辣椒根際銨態(tài)氮濃度較高，而辣椒吸收銨態(tài)氮后降低了根際環(huán)境的 pH，辣椒生長(zhǎng)適宜的 pH 是 7.0～7.5[18]，赤紅壤上低 pH 抑制了辣椒生長(zhǎng)，不利于辣椒產(chǎn)量形成，結(jié)果數(shù)顯著低于其他兩類(lèi)土壤 (表 2)。另一方面是由于赤紅壤上辣椒對(duì)氮素的吸收量顯著低于水稻土 (表 4)，而氮素淋失量顯著高于其他兩類(lèi)土壤 (圖 4)。

圖3 不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮及無(wú)機(jī)氮濃度的影響Fig. 3 Effects of different CO(NH2)2-N/NO3-N on soil NO3–-N, NH4+-N and Nmincontent in three types of soil

圖4 不同酰硝比三類(lèi)土壤無(wú)機(jī)氮淋失量Fig. 4 Nitrate leaching rates in three tested soils affected by CO(NH2)2-N/NO3-N ratio[注（Note）：柱上不同大寫(xiě)字母表示三類(lèi)土壤間的差異顯著，不同小寫(xiě)字母表示同種土壤不同處理間的差異 Different capital and small letters indicate statistical differences among soils and among treatments at P< 0.05.]

同種土壤上辣椒產(chǎn)量隨著酰胺態(tài)氮比例的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在三類(lèi)土壤上產(chǎn)量達(dá)到最高水平對(duì)應(yīng)的酰硝比不同，這不僅取決于辣椒本身對(duì)不同氮素形態(tài)吸收的偏好，還取決于施用不同形態(tài)氮肥后土壤提供不同形態(tài)氮素的能力。

以往的研究表明，單獨(dú)供應(yīng)單一形態(tài)的氮素往往不利于蔬菜的產(chǎn)量形成，甚至對(duì)植株造成毒害[19, 20]，Bar-Tal 等[2]的水培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)利于辣椒植株干物質(zhì)累積的最優(yōu)硝銨比是 3.5∶1。徐坤和趙青春[21]對(duì)甜椒不同時(shí)期需氮規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明幼苗期及發(fā)棵期銨態(tài)氮對(duì)生長(zhǎng)有利，而盛果期則以硝態(tài)氮有利，原因是硝態(tài)氮還原需要較高的能量，甜椒生長(zhǎng)前期光合能力低，不利于硝態(tài)氮還原，而后期銨態(tài)氮拮抗鉀鈣鎂等陽(yáng)離子的吸收。本試驗(yàn)中選用酰胺態(tài)氮和硝態(tài)氮為氮源，酰胺態(tài)氮水解成銨態(tài)氮的過(guò)程較快，在三類(lèi)土壤上辣椒產(chǎn)量達(dá)到最大值對(duì)應(yīng)的處理均是酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮配施處理，與其研究結(jié)果一致。

但是，不同土壤類(lèi)型上辣椒產(chǎn)量最大值對(duì)應(yīng)的酰硝比不同，這與土壤的硝化能力密切相關(guān)。鮑俊丹等[14]研究表明土壤最大硝化作用速率與土壤 pH 呈顯著正相關(guān)，本試驗(yàn)中三類(lèi)土壤 pH 值大小順序是赤紅壤 < 菜園土 < 潮土，赤紅壤上辣椒最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮之比是 1∶3，原因是其硝化能力較弱 (圖 2)，銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮過(guò)程緩慢，所以需要供應(yīng)較高比例的硝態(tài)氮肥；而菜園土和潮土本身的硝化能力較強(qiáng)，酰胺態(tài)氮比例的提高有利于在辣椒生長(zhǎng)后期供應(yīng)氮素營(yíng)養(yǎng)，與辣椒的需氮規(guī)律更加匹配，即酰硝比為 3∶1 和 1∶1 時(shí)辣椒產(chǎn)量相對(duì)較高。三類(lèi)土壤上單施硝態(tài)氮肥處理的產(chǎn)量均低于硝態(tài)氮肥與酰胺態(tài)氮肥配施處理，主要原因是單施硝態(tài)氮肥會(huì)造成辣椒吸氮量降低 (表 4)，氮素淋洗損失嚴(yán)重 (圖 4)。

3.2 不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤上辣椒品質(zhì)的影響

辣椒品質(zhì)的提高與施用氮肥顯著相關(guān)，土壤類(lèi)型和氮素形態(tài)對(duì)辣椒果實(shí)中維生素 C 和可溶性固形物的含量均有顯著影響。這與劉遂飛等[22]的研究結(jié)果一致，Ghoname 等[23]的研究結(jié)果表明氮素形態(tài)對(duì)可溶性糖的影響顯著，原因可能是施氮增加了辣椒光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物。本研究結(jié)果表明不同土壤類(lèi)型上辣椒維生素 C 和可溶性固形物含量以菜園土最高，原因可能是菜園土上辣椒的吸氮量顯著高于其它兩種土壤 (表 4)，而植物光合作用的每個(gè)環(huán)節(jié)都受氮素供應(yīng)的影響，例如，肖凱等[24]研究發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氮與尿素混施的小麥葉綠素含量較高。

在赤紅壤、菜園土和潮土上的結(jié)果表明維生素C 和可溶性固形物含量隨酰胺態(tài)氮比例的增加而增加，但是超過(guò)一定比例會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這說(shuō)明適宜濃度的酰胺態(tài)氮以及施入土壤后轉(zhuǎn)化成的銨態(tài)氮對(duì)辣椒維生素 C 和可溶性固形物含量的增加有促進(jìn)作用，這與邢素芝等[25]的結(jié)果一致。因?yàn)榈匦螒B(tài)對(duì)光合碳同化酶活性影響較大，當(dāng)銨態(tài)氮濃度增大時(shí)，植物根系吸收的多余銨態(tài)氮可以輸送到葉片轉(zhuǎn)化成氨，而氨使質(zhì)膜去極化，此時(shí)光合磷酸化解偶聯(lián)，抑制 CO2的暗固定，降低光合效率[26]。有研究表明在基質(zhì)栽培情況下番茄果實(shí)維生素 C 含量隨著酰胺態(tài)氮和銨態(tài)氮比例的增加而增加[6]，但在本試驗(yàn)土壤條件下單施酰胺態(tài)氮會(huì)限制維生素 C 含量的提升，可能與氮素在土壤中的轉(zhuǎn)化過(guò)程不同有關(guān)。

蔬菜可食部分硝酸鹽含量的高低是其主要的品質(zhì)指標(biāo)，茄果類(lèi)蔬菜硝酸鹽含量安全標(biāo)準(zhǔn)是小于等于 440 mg/kg[27]，針對(duì)不同土壤類(lèi)型的氮素調(diào)控是降低辣椒果實(shí)硝酸鹽含量的重要手段。本試驗(yàn)中在三類(lèi)土壤上辣椒果實(shí)硝酸鹽含量隨著酰胺態(tài)氮比例的增加先升高后降低，主要原因是單施硝態(tài)氮處理氮素淋洗量大，辣椒吸收量少，其后隨著酰胺態(tài)氮量的增加，硝酸鹽累積量逐漸降低，這也說(shuō)明酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮配施可以有效降低辣椒果實(shí)硝酸鹽含量。王朝輝等[3]在水培試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在單施硝態(tài)氮的情況下，增加銨態(tài)氮的比例有利于蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育以及硝酸鹽含量的降低，結(jié)果與之類(lèi)似。

3.3 不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤上辣椒氮素吸收與損失的影響

氮素在不同土壤中轉(zhuǎn)化過(guò)程不同，土壤的氮素含量、有機(jī)質(zhì)含量、粘粒含量和 pH 等基本性質(zhì)一方面直接導(dǎo)致土壤的供氮強(qiáng)度不同，另一方面，通過(guò)影響土壤中微生物和脲酶活性、氨氧化活性、亞硝酸鹽氧化活性和異化硝酸還原酶活性等間接影響土壤的氮素供應(yīng)[28]。

辣椒的氮素吸收在不同土壤上表現(xiàn)不同，與產(chǎn)量和干物質(zhì)重對(duì)應(yīng)的辣椒氮素吸收量也表現(xiàn)為菜園土 > 潮土 > 赤紅壤，所以前兩種土壤上氮肥利用率也較高，而氮素?fù)p失量較低。不同酰硝比對(duì)三類(lèi)土壤上辣椒氮素吸收產(chǎn)生影響，氮素吸收量最大值對(duì)應(yīng)的酰胺態(tài)氮的占比分別是 50%、50% 和 100%，而氮素?fù)p失量變化趨勢(shì)與之相反，因硝態(tài)氮受淋溶影響顯著，三類(lèi)土壤上均在硝態(tài)氮占比較高時(shí)損失量最大，這也說(shuō)明，硝態(tài)氮與酰胺態(tài)氮配施，在一定程度上能提高辣椒產(chǎn)量，減少氮素?fù)p失。而氮素?fù)p失量與土壤中無(wú)機(jī)氮的含量關(guān)系密切，土壤中無(wú)機(jī)氮的含量在三類(lèi)土壤上呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，都是在施肥后第 3 天達(dá)到峰值，其中，土壤中硝態(tài)氮含量因不同酰硝比的不同而異，施肥后相同天數(shù)內(nèi)土壤硝態(tài)氮含量隨著施用的酰胺態(tài)氮肥料占比的增加而減少，而銨態(tài)氮的變化趨勢(shì)與之相反。這與硝化抑制劑的添加有關(guān)，顧艷等[29]研究發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)第30 天時(shí)，乳油劑在砂土上的硝化抑制劑率達(dá)到 91.4%，顯著高于粘土的 50.9%，硝化抑制效果表現(xiàn)為砂土 >粘土，本試驗(yàn)中赤紅壤質(zhì)地粘重 (表 1)，所以硝化抑制效果不佳，氮素?fù)p失量顯著高于其它兩種土壤。綜合考慮辣椒氮素吸收與淋洗液中氮素的損失，在赤紅壤、菜園土和潮土上較優(yōu)的硝態(tài)氮與酰胺態(tài)氮的比例分別是 1∶1、3∶1 和 3∶1。

統(tǒng)籌考慮優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)以及環(huán)境代價(jià)等因素，在本試驗(yàn)條件下，華南地區(qū)酸性較強(qiáng)的赤紅壤上，辣椒氮肥施用最好是 25%～50% 的酰胺態(tài)氮 (添加適量的硝化抑制劑) 配施 50%～75% 的硝態(tài)氮，在長(zhǎng)江流域地區(qū)和華北地區(qū)中性或偏堿性的土壤上辣椒氮肥施用加入 50%～75% 的酰胺態(tài)氮 (添加適量的硝化抑制劑) 配施 25%～50% 的硝態(tài)氮，既能避免硝態(tài)氮淋失的負(fù)面影響，又能保障辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)。

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Yield, fruit quality of pepper and nitrogen loss under different amide/nitrate ratios in three types of soils

GUAN Xi-lin, WANG Xiao-zhong, LIU Bin, FAN Shan-shan, CHEN Xin-ping*
( Key Laboratory of Plant-Soil Interaction, MOA/Center for Resources, Environment and Food Security, CAU/College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China )

【Objectives】The main nitrogen sources of vegetable fertilization are amide nitrogen, ammonium nitrogen and nitrate nitrogen, and nitrogen transformation process differs from soil to soil. In order to determine the appropriate nitrogen forms and ratios of main soil types in the major pepper producing areas, the red soil (pH 5.97), vegetable soil (pH 7.09) and fluvo-aquic soil (pH 8.33) from Guangdong, Anhui and Shandong were selected to study the response of pepper yield and quality under different forms and ratios of nitrogen, todetermine the appropriate CO(NH2)2-N/NO3-N in different soil types, and furthermore, to provide the theoretical basis for the control of nitrogen fertilizer in the main pepper production areas. 【Methods】Soil culture experiment and pot experiment were conducted. In the soil culture experiment, there were two treatments in each soil type: control (single urea) and the urea and nitrification inhibitor addition treatment. Six treatments were designed in the pot experiment: no nitrogen application (CK), NO3-N 100% (T1), CO(NH2)2-N 25% + NO3-N 75% (T2), CO(NH2)2-N 50% + NO3-N 50% (T3), CO(NH2)2-N 75% + NO3-N 25% (T4) and CO(NH2)2-N 100% (T5). In the soil culture experiment, the soil ammonium and nitrate nitrogen contents were determined during different culture periods. In the pot experiment, the yield, quality and plant nitrogen content of pepper were determined after the harvest, and the soil inorganic nitrogen was determined after the fertilization. 【Results】The results obtained from the soil culture experiment indicated that the nitrification ability of the three soil types were in order: fluvo-aquic soil > vegetable soil > red soil. Adding nitrification inhibitors N-Serve can slow down the process of nitrogen transformation in three kinds of soils, and the apparent nitrification rates were decreased by 30.3%, 38.0% and 8.3% respectively after four incubation days. The pot experiment showed that compared with the CK treatment, applying nitrogen can improve the yield and quality of pepper significantly, furthermore, the increase in yield was duing to the increase in fruit weight and fruit number, and the improvement in quality was duing to the increases in vitamin Cand soluble solids content. Under the condition of adding N-Serve (1% of pure amide nitrogen) in soil, the response of yield and quality of pepper to the CO(NH2)2-N/NO3-N was different in different soils. The highest yield was obtained with aproportion of nitrate nitrogen at 75%, 25% and 50% in fluvo-aquic soil, vegetable soil and red soil respectively, and the proportion for quality was 75%, 50% and 25% respectively. The nitrogen uptakes also showed vegetable soil > fluvo-aquic soil > red soil. Compared with the only applying nitrate treatment, applying nitrate nitrogen and amide nitrogen with aproper ratio can improve the nitrogen use efficiencies by 22.4%, 9.0% and 25.3% in fluvo-aquic soil, vegetable soil and red soil respectively, and reduce nitrogen losses by 51.7%, 53.6% and 58.4% respectively. 【Conclusions】Considering the factors of high yield and high quality of pepper and the environmental cost together, the appropriate proportions of nitrate nitrogen in red soil, vegetable soil and fluvo-aquic soil were 50%–75%, 25%–50% and 25%–50% respectively.

pepper; amide/nitrate ratio; yield; quality; nitrogen loss

2016–11–04 接受日期：2017–02–18

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（973 計(jì)劃，2015CB150402）；農(nóng)大–司爾特測(cè)土配方施肥研究項(xiàng)目資助。

管西林（1993—），男，山東日照人，碩士研究生，主要從事蔬菜養(yǎng)分資源綜合管理研究。E-mail：guanxilin1102@163.com * 通信作者 E-mail：chenxp@cau.edu.cn