氮素形態(tài)配比對基質(zhì)栽培韭菜產(chǎn)量、品質(zhì)及礦質(zhì)元素含量的影響

陳震 王麗雪 高俊杰 劉中良 閆偉強 谷端銀 秦華偉

摘要：為研究酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮及硝態(tài)氮3種氮素形態(tài)配比對基質(zhì)栽培韭菜產(chǎn)量、品質(zhì)和礦質(zhì)元素含量的影響，在等量氮素的前提下設(shè)置11個處理，即酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮配施比例分別為0-0-0（CK1）、100%-0-0（CK2）、0-100%-0（T1）、0-0-100%（T2）、50%-10%-40%（T3）、50%-20%-30%（T4）、50%-30%-20%（T5）、50%-40%-10%（T6）、50%-50%-0（T7）、50%-0-50%（T8）、0-50%-50%（T9）。結(jié)果表明，T3處理的韭菜春季產(chǎn)量最高（9 578.26 kg/667 m2），較CK2增產(chǎn)5.67%;T4處理的韭菜秋季產(chǎn)量最高（4 370.47 kg/667 m2），相較于CK2增產(chǎn)14.84%。韭菜葉片中維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸、大蒜素的含量均隨著銨態(tài)氮配施比例的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，硝酸鹽含量則隨銨態(tài)氮配施比例的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，T4處理下韭菜的綜合品質(zhì)較好。T1處理（100%銨態(tài)氮）下韭菜植株中全磷含量最高，T4處理的全氮、全鉀等礦質(zhì)元素含量最高;T4處理的氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率最高。綜上，適宜的氮素形態(tài)配施比例能夠改善基質(zhì)栽培韭菜的品質(zhì)，提高產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)效率，促進(jìn)礦質(zhì)元素的吸收，且以T4處理效果最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：氮素形態(tài);韭菜;產(chǎn)量;品質(zhì);礦質(zhì)元素

中圖分類號：S633.306 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）02-0097-05

收稿日期：2021-04-15

基金項目：山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系蔬菜創(chuàng)新團隊土壤與肥料崗位專家項目（編號：SDAIT-05-09）。

作者簡介：陳 震（1990—），男，山東曲阜人，碩士，助理農(nóng)藝師，主要從事設(shè)施蔬菜無土栽培生理研究，E-mail：chenzhen990@163.com;共同第一作者：王麗雪（1997—），女，山東聊城人，碩士，主要從事蔬菜栽培生理研究，E-mail：2024069664@qq.com。

通信作者：高俊杰，博士，研究員，主要從事蔬菜栽培生理研究。E-mail：sdau0525@foxmail.com。

氮素在植物生長發(fā)育過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，是參與合成植物蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸和葉綠素等代謝產(chǎn)物的重要礦質(zhì)元素之一[1]。土壤中可被植物直接吸收的無機氮素形態(tài)主要為硝態(tài)氮（NO-3-N）和銨態(tài)氮（NH+4-N），而生產(chǎn)實踐中人們常用酰胺態(tài)氮[（NH2）2CO-N、尿素等]作為外援氮素施用來降低成本。由于植物對不同形態(tài)氮素的吸收利用形式不同，外界氮素形態(tài)的含量和組成會密切影響植物的生長發(fā)育及產(chǎn)量、品質(zhì)等的形成[2]。賀曉輝等的研究表明，在施氮總量相同的情況下，不同的氮素施用比例對煙葉內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)產(chǎn)生影響[3];裴文梅等研究發(fā)現(xiàn)，不同硝銨比處理能夠顯著影響甘草的藥用成分含量[4];盧穎琳等的研究表明，不同形態(tài)氮素顯著影響番茄幼苗對微量營養(yǎng)元素的吸收[5]。董海榮等研究發(fā)現(xiàn)，混合態(tài)氮素營養(yǎng)對于棉花根系和葉片中可溶性蛋白的合成具有十分重要的作用[6]。郭傳友等的研究表明，在彩椒的苗期和發(fā)棵期混施銨態(tài)氮和硝態(tài)氮能夠促進(jìn)植株對氮素的吸收和利用[7]。

韭菜原產(chǎn)于中國，作為蔬菜被栽培已有3 000多年的歷史[8]。傳統(tǒng)的土壤栽培韭菜容易受到韭蛆、薊馬、灰霉病、疫病等病蟲害的危害，生產(chǎn)者為保障種植收益往往過量施用化肥、農(nóng)藥[9]，而采用無土栽培方式種植韭菜則具有病蟲害少、產(chǎn)量高、凈菜率高、種植場地靈活等優(yōu)點[10]。臧金波的研究表明，水培和沙培韭菜的根系活力、分蘗數(shù)及揮發(fā)性芳香物質(zhì)含量明顯高于土壤栽培，且硝酸鹽含量明顯降低[11];王利英等研究發(fā)現(xiàn)，使用蛭石草炭栽培韭菜與土壤栽培相比產(chǎn)量提高，硝酸鹽含量降低[12]。有機生態(tài)型無土栽培可以有效降低投資成本，緩解環(huán)境污染壓力[13]，符合農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展理念。

本研究在前期研究篩選出的韭菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)有機基質(zhì)配方下[14]，以實際生產(chǎn)中常用的酰胺態(tài)氮為基礎(chǔ)，按不同比例配施硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，以探究不同氮素形態(tài)配比對韭菜生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試韭菜品種為平韭四號，稻殼、菌渣、牛糞在使用前均進(jìn)行渥堆腐熟處理，處理期為3個月。腐熟完成后按菌渣、稻殼、牛糞、河沙體積比為 3 ∶3 ∶1 ∶1 混合均勻，制成栽培基質(zhì)，基質(zhì)理化性狀為：容重0.61 g/cm3，總孔隙度68.75%，pH值8.51，持水能力197.92%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜試驗基地開展。2019年4月8日直播育苗，9月2日移栽至塑料大棚，定植于栽培槽中，栽培槽寬1.2 m，長 3.1 m，深20 cm，槽距40 cm，槽內(nèi)填充已制作完成的栽培基質(zhì)。韭菜定植行距為25 cm，每穴10株，穴距為15 cm，韭菜苗移栽前統(tǒng)一剪根去梢，留根長3 cm，留梢長8 cm，不同處理以葉片與葉鞘交接處為準(zhǔn)，按相同深度栽平栽實。移栽當(dāng)年不收獲，于次年2月底收割清理殘株，3月初施入肥料。每茬韭菜長至35～40 cm時進(jìn)行收割，全年共收割5次，春季2次，秋季3次，每收割1次追1次肥，4月8日收割第1次。

韭菜目標(biāo)產(chǎn)量按10 t/667 m2計算，總施肥量為：氮肥36.9 kg/667 m2，P2O5 8.5 kg/667 m2，K2O 31.3 kg/667 m2[15]，磷肥、鉀肥分別由過磷酸鈣和硫酸鉀提供，氮肥以實際生產(chǎn)中常用的酰胺態(tài)氮（尿素）為基礎(chǔ)，按不同比例配施硝態(tài)氮（硝酸鈣）和銨態(tài)氮（碳酸氫銨），試驗設(shè)計如表1所示，共設(shè)置3次重復(fù)，各重復(fù)內(nèi)處理采用隨機排列。

1.3 測定項目及方法

春季分別于2020年4月8日、5月11日和6月8日收割測產(chǎn)，秋季分別于9月30日和12月9日收割測產(chǎn)。產(chǎn)量由各小區(qū)產(chǎn)量換算得到。按以下公式計算氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率：氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量;氮肥農(nóng)學(xué)效率=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮產(chǎn)量）/氮肥施用量。

于各處理間隨機取樣，截取植株相同部位測定品質(zhì)，采用蒽酮比色法[16]測定可溶性糖含量，采用2，6-二氯酚靛酚比色法[17]測定維生素C含量，游離氨基酸含量采用茚三酮顯色法[16]測定，硝酸鹽含量采用水楊酸比色法[18]測定。隨機選取各處理間完整植株，分離地上部和地下部，分別進(jìn)行烘干、研磨、過篩，采用凱氏定氮法測定植株全氮含量，采用鉬銻抗比色法測定植株全磷含量，采用火焰光度法測定植株全鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2012、SPSS 24.0軟件進(jìn)行整理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素形態(tài)配比對韭菜產(chǎn)量的影響

由圖1可知，將酰胺態(tài)氮半量（T7）或全量（T2）替換為硝態(tài)氮不能起到增產(chǎn)的作用。適宜配比的酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮混施（T3、T4）則有助于韭菜增產(chǎn);而增加銨態(tài)氮肥施用比例（T1、T5、T6、T7、T9處理）會導(dǎo)致產(chǎn)量會降低，當(dāng)只施用銨態(tài)氮肥時（T1）產(chǎn)量下降最多（P<0.05）。T3、T4處理的韭菜春季產(chǎn)量較高，其中最高的是T3處理（9 578.26 kg/667 m2），較CK1處理增產(chǎn)23.33%，較CK2處理增產(chǎn)5.67%;其次是T4處理（9 558.09 kg/667 m2），較CK1處理增產(chǎn)23.07%，較CK2處理增產(chǎn)5.45%;T1處理產(chǎn)量較CK2下降7.86%。

由圖2可知，不同處理下秋季基質(zhì)韭菜的產(chǎn)量與春季呈現(xiàn)相同趨勢。T3和T4處理韭菜的秋季產(chǎn)量較高，產(chǎn)量最高的是T4處理（4 370.47 kg/667 m2），相較于CK1增產(chǎn)65.44%，相較于CK2增產(chǎn)14.84%，其次是T3處理（4 343.57 kg/667 m2），相較于CK1增產(chǎn)64.42%，相較于CK2增產(chǎn)14.13%。T1處理產(chǎn)量較CK2減產(chǎn)17.31%。

2.2 不同氮素形態(tài)配比對韭菜品質(zhì)的影響

由圖3可知，不同氮素形態(tài)適宜配比能夠提高韭菜品質(zhì)。韭菜葉片中維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸、大蒜素的含量隨著銨態(tài)氮配施比例的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢（T2～T7處理），硝酸鹽含量則隨銨態(tài)氮配施比例的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。

由圖3-A可知，T5處理的韭菜葉片中維生素C含量最高（1.34 mg/g），比CK1增加28.85%，比CK2增加5.51%，與T4、T3處理差異不顯著。由圖3-B可知，韭菜葉片中可溶性糖含量由高到低依次為3種氮素形態(tài)配比處理（T4、T3、T5、T6處理）、2種氮素形態(tài)配比處理（T8、T9、T7處理）和單一氮素形態(tài)處理（CK2、T1、T2處理），其中T4處理韭菜葉片中可溶性糖含量最高（19.47 mg/g），比CK1增加149.30%，比CK2增加108.46%。

由圖3-C可知，銨態(tài)氮肥的加入有助于提高韭菜葉片中可溶性蛋白含量。當(dāng)銨態(tài)氮肥配施比例在10%～40%時提升效果顯著，其中T4處理的韭菜葉片中可溶性蛋白含量最高（1.47 mg/g），相較于CK1增加48.48%，相較于CK2提高40%。

由圖3-D可知，T4處理的韭菜葉片游離氨基酸含量最高（1.24 mg/g），其次是T3和T5處理，2種氮素形態(tài)配比的處理之間未達(dá)到顯著差異。

由圖3-E可知，葉片中硝酸鹽含量隨硝態(tài)氮配施比例的減小而先降低后升高（T2～T7處理），韭菜葉片中硝酸鹽含量最高的為T2處理（0.63 mg/g），含量最低的為T1處理（0.50 mg/g）。

由圖3-F可知，T4處理的韭菜葉片大蒜素含量最高（0.33%），顯著高于其他處理，相較于CK1處理增加了65%，比CK2處理提高了50%。

2.3 不同氮素形態(tài)配比對韭菜礦質(zhì)元素含量的影響

由表2可知，適宜配比的不同氮素形態(tài)處理有利于提高韭菜葉片中的氮、鉀含量。其中，T4處理下韭菜葉片中全氮和全鉀的含量最高，分別較CK2增加11.35%和11.60%。韭菜葉片中磷含量隨著銨態(tài)氮施用比例的增加而提高（T7處理除外），在T1（100%銨態(tài)氮）處理下，葉片磷含量最高（0.47%），相較于CK2增加8.29%。

由表3可知，不同處理下韭菜根系中全氮、全磷、全鉀的含量與葉片呈現(xiàn)相同趨勢，T4處理下根系中全氮、全鉀含量最高，T1處理下根系中的全磷含量最高。

2.4 不同氮素形態(tài)配比對韭菜氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率的影響

通過計算（表4）可知，T4處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高（377.47 kg/kg），其次是T3處理（377.29 kg/kg），T1處理的氮肥偏生產(chǎn)力最低（311.60 kg/kg）。T4處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率最高（95.41 kg/kg），其次是T3處理（95.23 kg/kg），T1處理的氮肥偏生產(chǎn)力最低（29.55 kg/kg）。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，多種氮素形態(tài)配施處理能夠顯著提高基質(zhì)栽培韭菜的產(chǎn)量，與前人在其他作物上取得的研究結(jié)論[19-21]一致。本研究單一施用酰胺態(tài)氮處理下的韭菜產(chǎn)量與單一施用硝態(tài)氮處理沒有顯著差異，表明單純將尿素替換為價格相對昂貴的硝態(tài)氮肥料并不能起到增產(chǎn)效果，將酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮配比施用后則起到了增產(chǎn)效果，且用銨態(tài)氮部分替代硝態(tài)氮時增產(chǎn)效果更加明顯，這一結(jié)論與盧鳳剛等在韭菜上的研究結(jié)論[22]相一致。從植物代謝的角度看，雖然吸收和同化硝酸鹽所需的能量多于銨，但除了少數(shù)喜銨植物外，單獨供給銨態(tài)氮反而會抑制植物生長[23]。有研究表明，過量施用銨態(tài)氮會導(dǎo)致植物根系發(fā)育不良，根系活力下降[24]。本研究銨態(tài)氮施用比例在30%～50%時，韭菜產(chǎn)量呈現(xiàn)出降低趨勢， 當(dāng)完全使用銨態(tài)氮進(jìn)行氮素營養(yǎng)供應(yīng)時，韭菜減產(chǎn)顯著，研究結(jié)論與前人[22]相同。

在本試驗酰胺態(tài)氮 ∶銨態(tài)氮 ∶硝態(tài)氮=5 ∶2 ∶3 處理下，韭菜的可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸、大蒜素的含量均最高，酰胺態(tài)氮 ∶銨態(tài)氮 ∶硝態(tài)氮=5 ∶3 ∶2時，韭菜維生素C含量最高，表明不同氮素形態(tài)的適宜配比處理能夠改善韭菜品質(zhì)，與前人研究結(jié)論[25-27]趨勢一致。但取得最佳品質(zhì)的具體氮素形態(tài)比例不同，可能是由供試品種、氣候條件和栽培方式等不同引起的。除作物種類、品種和施氮量外，氮素形態(tài)同樣是影響植株體內(nèi)硝酸鹽含量的重要因素。有研究表明，肥料中硝態(tài)氮施用過多會導(dǎo)致蔬菜中硝酸鹽含量增加[28]。在本試驗中，使用適量的酰胺態(tài)氮和銨態(tài)氮替代硝態(tài)氮可以顯著降低韭菜葉片中硝酸鹽的含量，且隨著銨態(tài)氮施用比例的增加，韭菜葉片中硝酸鹽含量逐漸降低，這與前人在番茄[29]和菠菜[30]上的研究結(jié)論一致。

有研究表明，氮素形態(tài)對植株吸收礦質(zhì)元素有明顯影響[31]，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮與酰胺態(tài)氮的組合施用能促進(jìn)菘藍(lán)對礦質(zhì)元素的吸收[32]。筆者發(fā)現(xiàn)，適宜比例的3種形態(tài)氮素混施能夠提高韭菜地上部和地下部全氮、全鉀等礦質(zhì)元素的含量，當(dāng)酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮三者比例為5 ∶2 ∶3時，全氮、全鉀含量最高。韭菜體內(nèi)全磷含量隨著銨態(tài)氮施用比例的增加而增加，單一銨態(tài)氮處理下，韭菜體內(nèi)全磷含量最高，與前人在煙草中取得的研究結(jié)論[33]一致。

綜上所述，酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮肥混合施用，有利于提高基質(zhì)栽培韭菜的產(chǎn)量、品質(zhì)和礦質(zhì)元素含量，其中在酰胺態(tài)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮配施比例分別為50%、20%、30%處理下，氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率最高，韭菜增產(chǎn)效果明顯，品質(zhì)較好（設(shè)施基質(zhì)栽培韭菜適宜的氮素形態(tài)配比。

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