氮肥對青菜生長及氮素營養(yǎng)規(guī)律的影響

黃璐璐，金海洋，王站付，徐春花，丁愛華，林天杰

（上海市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，上海201103）

青菜（Brassica campestris ssp.chinensis L.）又名不結(jié)球白菜，在我國栽培十分廣泛，深受廣大消費者的青睞。氮素是影響青菜產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素，在青菜生長和發(fā)育過程中起著重要作用，其通過影響作物體內(nèi)的碳、氮代謝過程，進而影響作物的生長及品質(zhì)的形成，高氮能顯著提高青菜的產(chǎn)量［1］。為追求產(chǎn)量，氮肥被大量施用在青菜的栽培過程中［2-3］。過量施用氮肥，不僅增加了青菜的生產(chǎn)成本，還使得氮肥利用率十分低下［4］。同時，氮肥過量施用導(dǎo)致硝態(tài)氮在根區(qū)以下土層無效積累，菜田發(fā)生次生鹽漬化［5-6］，加重農(nóng)業(yè)環(huán)境的負擔(dān)，影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

氮肥用量與蔬菜體內(nèi)亞硝酸鹽和硝酸鹽含量關(guān)系密切，過量施用氮肥，可導(dǎo)致蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)下降，硝酸鹽積累增加。蔬菜中的硝酸鹽也可以還原成亞硝酸鹽［7］，過量攝入亞硝酸鹽將對人體健康將造成威脅。因此，減少氮肥施用，科學(xué)施肥以降低蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽的積累，可減輕亞硝胺對人體的致癌威脅。大力開展蔬菜的亞硝酸鹽積累及其控制途徑研究，是當(dāng)前我國蔬菜業(yè)發(fā)展所面臨的一個重大課題，對發(fā)展綠色食品和無公害蔬菜以及提高人民的健康水平有極其重要的意義［8］。

本研究以‘五月慢’青菜為材料，研究不同施氮量對青菜植株性狀、產(chǎn)量、亞硝酸鹽含量、養(yǎng)分吸收量以及農(nóng)學(xué)效率的影響，以期為科學(xué)合理地施用氮肥、提高氮肥當(dāng)季利用率、減少農(nóng)業(yè)面源污染、提高青菜蔬菜品質(zhì)和衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)提供一定的理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地及試驗材料

試驗于2016年9—11月在上海市閔行航育基地進行。試驗地土壤類型為干溝泥，大棚育苗，露地移栽，分別在兩塊試驗地進行0—20 cm土層土壤檢驗。育苗大棚土壤pH為6.03，養(yǎng)分含量為堿解氮301 mg/kg，速效磷161 mg/kg，速效鉀214 mg/kg，有機質(zhì)27.1 g/kg；露地土壤pH為7.1，養(yǎng)分含量為堿解氮65.3 mg/kg，速效磷33.7 mg/kg，速效鉀99.2 mg/kg，有機質(zhì)14.1 g/kg。

選用上海市郊區(qū)主栽青菜品種‘五月慢’為試驗材料，種植密度為250 000株/hm2，設(shè)置1個無肥區(qū)（CK）、1個缺氮區(qū)（T1）以及5個施氮區(qū)，分別為67.5 kg/hm2（T2）、135.0 kg/hm2（T3）、202.5 kg/hm2（T4）、270.0 kg/hm2（T5）和337.5 kg/hm2（T6），各處理基施磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）均為67.5 kg/hm2（表1），每個處理重復(fù)3次，等行距種植，行距為20 cm，隨機排列。施用氮肥為尿素，分別在基施和8葉1心時按照1∶1的比例施入。磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。于2016年9月21日大棚育苗，因大棚菜地土壤基礎(chǔ)肥力較高，不施任何肥料。育苗時間23 d，植株4葉1心時，選擇長勢均勻一致的幼苗，于10月13日移栽至露地大田定植，定植株行距為20 cm×20 cm，試驗田四周根據(jù)田塊情況設(shè)置保護行1.5 m，11月21日收獲并測產(chǎn)，試驗過程中防病除蟲等各項管理措施均按常規(guī)進行。

表1 不同施氮量處理設(shè)計方案Table 1 Design scheme of different nitrogen app lication rates kg·hm-2

1.2 測定項目與方法

1.2.1 植株性狀指標(biāo)及生物量測定方法

株高（露出土壤根部至頂端的距離）和開展度（植株兩側(cè)開展最大的葉片距離）用鋼卷尺測量。葉綠素含量：采用SPAD-502葉綠素儀測定植株倒數(shù)第3片葉片。生物量：每處理隨機取5株，測定植株的鮮重和干重。

1.2.2 青菜養(yǎng)分含量的測定方法

樣品前處理：測產(chǎn)后各小區(qū)多點留取青菜葉片，用去離子水清洗干凈后，在105℃下迅速殺青15 min，然后在80℃下烘干至恒重，研磨過篩（直徑1 mm）。采用濃H2SO4碳化，H2O2高溫消煮。

全氮采用凱氏法測定［9］，全磷采用釩鉬黃比色法測定［10］，全鉀采用火焰光度法測定［11］。

1.2.3 青菜亞硝酸鹽含量的測定方法

測產(chǎn)后各小區(qū)多點采集青菜葉片，用去離子水清洗干凈后于組織搗碎機中勻漿。提?。悍Q取勻漿樣5 g于250 mL錐形瓶中，加入1 mL氫氧化鉀溶液和100 mL熱水（70—80℃）至沸水浴15 min，并間歇搖動，取出后冷卻至室溫，定容至200 mL容量瓶中。凈化：以水為接收液，將試樣溶液滲析10 min，留取接收液，待測。測定：取等體積試樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液于離子色譜儀作校準(zhǔn)，以色譜峰面積積分值進行定量。結(jié)果計算：亞硝酸鹽含量（mg/kg）=（亞硝酸根離子的質(zhì)量濃度-空白的質(zhì)量濃度）×試樣總體積×1.5/試樣質(zhì)量［12］。

1.3 相關(guān)參數(shù)計算

根據(jù)測土配方施肥技術(shù)規(guī)范［13］，引入以下計算參數(shù)。

土壤基礎(chǔ)供氮（磷、鉀）量（kg/hm2）=無肥區(qū)產(chǎn)量（kg）×無肥區(qū)氮（磷、鉀）含量（%）×［1-鮮樣水分（%）］×10 000/小區(qū)面積（m2）

土壤養(yǎng)分貢獻率=無肥區(qū)產(chǎn)量（kg）/常規(guī)施肥區(qū)產(chǎn)量（kg）×100%

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=產(chǎn)量（kg）/氮肥施用量（kg）

氮肥當(dāng)季利用率=［施肥區(qū)產(chǎn)量（kg）×施肥區(qū)植株含氮量（%）-無氮區(qū)產(chǎn)量（kg）×無氮區(qū)植株含氮量（%）］×［1-鮮樣水分（%）］/純氮施用量（kg）×100%

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003軟件，方差分析采用DPS 7.05統(tǒng)計軟件，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量處理對青菜植株性狀的影響

由表2可見，不同施氮量處理（T2—T6）小區(qū)的青菜株高、開展度、葉綠素含量以及鮮重明顯高于無肥區(qū)（CK）和缺氮區(qū)（T1）。T5處理的青菜株高比CK和缺氮處理（T1）極顯著增加，其余處理間無顯著差異，表明氮肥在一定程度上影響了青菜的株高。所有處理間青菜葉片數(shù)無顯著差異，表明氮肥對青菜葉片數(shù)無明顯影響。T5處理的青菜開展度比CK和缺氮處理（T1）極顯著增加；T4和T6處理的青菜開展度比CK和缺氮處理（T1）顯著增加；其余處理間無顯著差異，表明施氮會影響青菜葉片開展度。T2、T3、T5和T6處理的青菜葉片葉綠素含量比CK和缺氮處理（T1）極顯著增加；T4處理的青菜葉片葉綠素含量比CK極顯著增加，比缺氮處理（T1）顯著增加，表明氮肥能提高葉片的葉綠素含量；缺氮處理（T1）的葉片葉綠素含量比CK也有顯著增加，表明在不施氮肥時施用磷鉀肥也會顯著提高葉片的葉綠素含量；T2—T6處理的葉片葉綠素含量無顯著差異，表明在施用一定量的氮磷鉀肥后，增施氮肥對葉片的葉綠素含量無顯著影響。T5處理青菜鮮重最大，極顯著高于其他處理，表明不同施氮量對增加植株質(zhì)量有極顯著影響；CK處理鮮重最低，極顯著低于其他處理，表明施用氮、磷或鉀肥對增加植株質(zhì)量均有明顯作用；T3—T5處理的青菜鮮重極顯著高于T2處理，表明不同施氮量對植株質(zhì)量有極顯著影響。

表2 不同施氮量對青菜生長的影響Table 2 Effects of different nitrogen application rates on the grow th of pak choi

2.2 不同施氮量對青菜產(chǎn)量的影響

由表2可見，施氮處理T3—T6的青菜產(chǎn)量極顯著高于對照與缺氮處理（T1），表明氮肥的增產(chǎn)作用較突出。青菜的產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量達到270.0 kg/hm2（T5）時，青菜的產(chǎn)量最高，為49 535.60 kg/hm2。隨著施氮量繼續(xù)增加，產(chǎn)量反而降低。對照和缺氮處理（T1）的產(chǎn)量無顯著差異，表明在當(dāng)前地力水平下，磷、鉀對產(chǎn)量沒有顯著影響。

如圖1所示，施氮量與青菜產(chǎn)量呈現(xiàn)一元二次倒拋物線型的變化趨勢，據(jù)此肥料效應(yīng)理論方程計算，當(dāng)施氮量為254.35 kg/hm2時，青菜理論產(chǎn)量達到最高值47 173.42 kg/hm2。

2.3 不同施氮量對青菜亞硝酸鹽含量的影響

如圖2所示，隨著施氮量的增加，青菜葉片中亞硝酸鹽含量持續(xù)上升。當(dāng)施氮量為0—202.5 kg/hm2時，葉片中亞硝酸鹽含量增長較為平緩，為3.18—4.93 mg/kg；當(dāng)施氮量達到270.0—337.5 kg/hm2時，葉片中亞硝酸鹽含量上升到15.4—20.1 mg/kg，比不施氮處理平均高出82.4%。施用氮肥大幅增加蔬菜中亞硝酸鹽的含量，過量施用氮肥導(dǎo)致亞硝酸鹽含量明顯增加。食品中亞硝酸鹽限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［11］為20 mg/kg。本研究最高施氮量337.5 kg/hm2處理的青菜葉片中亞硝酸含量為20 mg/kg，處于臨界值。

圖1 青菜產(chǎn)量隨施氮量變化曲線Fig.1 Variation curve of pak choi yield with nitrogen application rates

圖2 青菜亞硝酸鹽含量隨施氮量變化曲線Fig.2 Variation curve of nitrite content of pak choi with nitrogen application rates

2.4 不同施氮量對青菜養(yǎng)分吸收量的影響

由表3可見，不同施氮量處理青菜的養(yǎng)分吸收量均顯著高于對照和缺氮處理（T1）。隨著施氮量的增加，青菜養(yǎng)分的吸收量也隨之增加。當(dāng)施氮量達到337.5 kg/hm2時，青菜對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收量均有所降低。T5處理的青菜吸氮量比CK和缺氮處理（T1）極顯著增加，其余處理間無顯著差異，表明氮肥在一定程度上影響青菜的吸氮量。T2—T5處理的青菜吸磷量和吸鉀量比CK和缺氮處理（T1）均極顯著增加，T2—T5處理間無顯著差異，表明施用氮肥對青菜的吸氮量有極顯著影響，不同的施氮量對青菜的吸磷量和吸鉀量無顯著影響。

表3 不同施氮量對青菜養(yǎng)分吸收量的影響Table 3 Effects of different nitrogen application rates on nutrient absorption of pak choi kg·hm-2

2.5 不同施氮量對青菜氮肥當(dāng)季利用率的影響

由圖3所示，隨著施氮量的增加，氮肥當(dāng)季利用率呈直線下降趨勢，氮肥的當(dāng)季利用率與施氮量呈極顯著線性負相關(guān)。當(dāng)施氮量在67.5—270.0 kg/hm2時，青菜氮肥當(dāng)季利用率從51.27%下降至34.08%。當(dāng)施氮量為337.5 kg/hm2時，青菜的氮肥當(dāng)季利用率下降至22.06%，表明過量施用氮肥會大幅度降低氮肥當(dāng)季利用率。

2.6 不同施氮量對青菜氮肥農(nóng)學(xué)效率的影響

隨著施氮量的增加，青菜的氮肥農(nóng)學(xué)效率不斷下降（圖4），兩者呈極顯著線性負相關(guān)。最低施氮量67.5 kg/hm2處理的農(nóng)學(xué)效率為438.03 kg/kg，最高施氮量337.5 kg/hm2處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率為127.65 kg/kg，表明過量施用氮肥較大程度地降低了肥料的農(nóng)學(xué)效率。

圖3 青菜氮肥當(dāng)季利用率與施氮量的關(guān)系Fig.3 Relationship between nitrogen app lication rate and nitrogen use efficiency in current season of pak choi

圖4 青菜氮肥農(nóng)學(xué)效率與施氮量的關(guān)系Fig.4 Relationship between nitrogen application rate and nitrogen agronom ic efficiency of pak choi

3 結(jié)論與討論

青菜適當(dāng)?shù)牡使?yīng)能促進作物苗期乃至整個生育期的生長與發(fā)育［14］。盆栽試驗中，青菜的生物量隨著施氮量的增加而增加，但當(dāng)施氮量達到0.2 g/盆時，再增加施氮量，增產(chǎn)效果不顯著［15］。這說明施氮量與青菜的產(chǎn)量并非完全呈正比，并不是施氮量越多產(chǎn)量越高，超過一定限度不再有增產(chǎn)效果。本研究中，施氮量與青菜生長情況也呈現(xiàn)類似規(guī)律。施氮量為270.0 kg/hm2的青菜長勢最好，株高、葉綠素含量、開展度以及鮮重均高于其他施氮處理。

根據(jù)田間試驗的結(jié)果，施氮量與青菜產(chǎn)量之間呈一元二次倒拋物線型的變化趨勢擬合方程，當(dāng)施氮量為254.35 kg/hm2時，青菜的理論產(chǎn)量達到最高，為47 173.42 kg/hm2，略低于本試驗施氮量270.0 kg/hm2時的實際產(chǎn)量（49 535.60 kg/hm2），可能與小區(qū)間地力差異有關(guān)。耿建梅等［16］和閔炬等［17］研究表明，隨著施氮量的增加，作物的產(chǎn)量會隨之增加，但氮肥當(dāng)季利用率會顯著降低。本試驗中氮肥當(dāng)季利用率隨著施氮量的增加呈線性遞減，而且過度施用氮肥會使青菜的養(yǎng)分吸收量降低。施氮量在202.5—270.0 kg/hm2時，青菜的養(yǎng)分吸收量較高，隨后有所降低。有研究指出，適宜的施氮水平可以提高植株的養(yǎng)分吸收總量［18］，這與本研究結(jié)果一致。在實際生產(chǎn)中，可以降低施氮量來提高氮肥當(dāng)季利用率，但會帶來作物的產(chǎn)量降低。如T2處理的氮肥當(dāng)季利用率平均為51.27%，但產(chǎn)量只有29 567.30 kg/hm2。當(dāng)施氮量為270.0 kg/hm2時，產(chǎn)量達到49 535.60 kg/hm2，氮肥當(dāng)季利用率平均在34.08%。適當(dāng)減少施氮量，既可以保證產(chǎn)量的增加，也可以提高氮的吸收量和利用率，而過量施用氮肥，不但造成養(yǎng)分浪費，還會引起作物體內(nèi)階段碳氮代謝失調(diào)、源庫結(jié)構(gòu)不合理等，導(dǎo)致產(chǎn)量下降［19］。

氮肥農(nóng)學(xué)效率與氮肥利用率相似，隨著施氮量的增加呈直線下降趨勢，進一步說明適量施用氮肥才是提高氮肥農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的重要措施。

隨著施氮量的增加，青菜中亞硝酸鹽含量開始平緩上升，繼續(xù)增施氮肥會導(dǎo)致亞硝酸鹽含量急劇增加。本研究中，當(dāng)施氮量為0—202.5 kg/hm2時，青菜葉片中亞硝酸鹽含量增長較為平緩，在3.18—4.93 mg/kg；當(dāng)施氮量為270.0—337.5 kg/hm2時，亞硝酸鹽含量上升至15.4—20.1 mg/kg，比不施氮處理高出82.4%。

硝酸鹽和亞硝酸鹽含量是青菜重要的品質(zhì)指標(biāo)，肥料用量和養(yǎng)分配比不合理是蔬菜品質(zhì)下降的主要原因。周藝敏等［20］對菠菜、青菜等6種蔬菜進行施肥試驗，發(fā)現(xiàn)氮肥的施用量與蔬菜體內(nèi)亞硝酸鹽含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與本試驗基本吻合。任祖淦等［21］研究發(fā)現(xiàn)，偏施和濫用氮肥，是造成蔬菜品質(zhì)惡化的重要原因，并提出300 kg/hm2為氮肥用量的臨界值，若超過此量，蔬菜硝酸鹽的累積則有超標(biāo)污染的可能。食品中亞硝酸鹽限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，蔬菜中亞硝酸鹽含量的安全標(biāo)準(zhǔn)為20 mg/kg，本研究最高施氮量337.5 kg/hm2處理的青菜葉片中亞硝酸含量為20.0 mg/kg，雖未超出標(biāo)準(zhǔn)，但亞硝酸鹽含量較高，會影響到蔬菜品質(zhì)。

在一定的氮肥用量情況下，增加施氮量有利于青菜產(chǎn)量的提高，但青菜對氮素利用有所差異。在低施氮量條件下，青菜株高、葉綠素含量、鮮重均迅速增加，青菜能夠?qū)Φ赜行?，可顯著提高產(chǎn)量；隨著施氮量的繼續(xù)提高，青菜株高、葉綠素含量、鮮重和總產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量均不再增加，反而呈現(xiàn)下降趨勢，且青菜中亞硝酸鹽含量快速累積，可能超過亞硝酸鹽控制標(biāo)準(zhǔn)，影響到食品安全。綜合考慮本試驗中青菜的最優(yōu)產(chǎn)量、氮肥當(dāng)季利用率、農(nóng)學(xué)效率、亞硝酸鹽含量等，施氮量需控制在270.0 kg/hm2以下為宜。