施氮量對有機基質栽培韭菜生長、品質及氮素利用的影響

摘 要：為篩選適宜有機基質栽培韭菜生長的最佳施氮量，以獨根紅品種為試材，設置CK（0 kg·667 m-2）、T1（4 kg·667 m-2）、T2（8 kg·667 m-2）、T3（12 kg·667 m-2）、T4（16 kg·667 m-2）、T5（20 kg·667 m-2）、T6（24 kg·667 m-2）、T7（28 kg·667 m-2）、T8（32 kg·667 m-2）、T9（36 kg·667 m-2）共10個尿素處理，探究施氮量對基質栽培韭菜生長、品質及氮素利用的影響。結果表明，T3處理的韭菜總產(chǎn)量最高，較CK、T9處理分別顯著增產(chǎn)21.58%、17.19%，分蘗數(shù)較CK顯著增加37.69%。T3處理有較好的根系形態(tài)，且分蘗數(shù)、根系形態(tài)及礦質養(yǎng)分含量之間存在不同程度的正相關性（r=0.352～0.952）。氮肥農學效率、偏生產(chǎn)力和氮素利用率隨施氮量的增加整體上呈降低趨勢。采用隸屬函數(shù)法對產(chǎn)量及可溶性糖、丙酮酸、纖維素和硝酸鹽含量等指標進行綜合評價，T3處理得分最高，綜合品質最好。綜上，適宜的施氮量能提高韭菜的產(chǎn)量、品質，促進礦質養(yǎng)分的吸收，其中T3處理能較好地協(xié)調產(chǎn)量、品質和氮肥利用率的關系，效果最佳。

關鍵詞：韭菜；施氮量；有機基質；產(chǎn)量；品質；氮素利用

中圖分類號：S633.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）10-141-08

收稿日期：2024-04-07；修回日期：2024-07-26

基金項目：山東省蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系（SDAIT-05）

作者簡介：韓 瓏，女，助理農藝師，研究方向為設施蔬菜栽培生理。E-mail：hanlonghello2008@163.com

通信作者：高俊杰，男，研究員，研究方向為蔬菜栽培生理。E-mail：sdau0525@foxmail.com

Effects of nitrogen application on growth， quality and nitrogen utilization of Chinese chives in organic substrate culture

HAN Long， WANG Ting， Gao Junjie， LIU Zhongliang， CHEN Zhen， GU Duanyin， YAN Weiqiang

（Tai’an Academy of Agricultural Sciences， Tai’an 271000， Shandong， China）

Abstract： In order to screen out the best nitrogen application level suitable for the growth of Chinese chives in organic substrate culture， the variety Dugenhong was used as experimental material， and ten urea treatments including CK（0 kg·667 m-2）， T1（4 kg·667 m-2）， T2（8 kg·667 m-2）， T3（12 kg·667 m-2）， T4（16 kg·667 m-2）， T5（20 kg·667 m-2）， T6（24 kg·667 m-2）， T7（28 kg·667 m-2）， T8（32 kg·667 m-2）， T9（36 kg·667 m-2） were set to investigate the effect of nitrogen application rate on the growth， quality and nitrogen utilization of Chinese chives in organic substrate culture. The results showed that the total yield of Chinese chives with T3 treatment was the highest， increasing by 21.58% and 17.19% compared to CK and T9 treatments， respectively， and the tiller number increased by 37.69% in comparison with CK. The T3 treatment had better root morphology， and positive correlations（r = 0.352-0.952）were observed among the tiller number， root morphology， and mineral nutrient content. The yield， soluble sugar， pyruvate， cellulose， nutrient content and other indicators were evaluated by membership function method. The T3 treatment achieved the highest score among all the treatments and had the best overall quality. With the increase of nitrogen application， the agronomic efficiency， partial productivity， and nitrogen utilization efficiency of nitrogen fertilizer showed an overall declining trend. In summary， an appropriate amount of nitrogen application could improve the yield and quality of Chinese chives， promote the absorption of mineral nutrients.. The T3 treatment exhibited the best performance in coordinating the relationship between yield， quality and nitrogen utilization efficiency.

Key words： Chinese chives; Nitrogen application rate; Organic substrate; Yield; Quality; Nitrogen utilization

韭菜（Allium tuberosum Rottl. ex Spr.）是百合科蔥屬多年生蔬菜，風味獨特，一年可多次收割，除葉具有食用價值外，還可生產(chǎn)韭薹、韭花等，有較高的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)土栽韭菜易發(fā)韭蛆，農藥防治時常引起藥物殘留，食用安全令人擔憂。有機基質栽培，以菌渣、畜禽糞便、秸稈等為原料，病蟲害發(fā)生相對較輕[1]，可節(jié)肥、節(jié)藥[2]，提高韭菜的食用安全水平。此外，基質中富含礦質元素和有機質[3-4]，可提高根系活力，提高韭菜品質和產(chǎn)量[5-6]，實現(xiàn)農業(yè)廢棄物的高值化利用[7]。

氮素作為生命元素，水平的高低影響植物的整個生長發(fā)育進程[8]。研究表明，氮水平過高會通過減少植物體內糖分積累來阻礙營養(yǎng)生長[9]，并且高氮會抑制生長素的合成和運輸，降低根系分支密度和表面積[10]。對韭菜的研究表明，在沙質土壤溫室栽培條件下，韭菜適宜施氮量為36.84～45.96 kg·667 m-2[11]；華仁銳等[12]研究認為，以珍珠巖為栽培基質時，營養(yǎng)液氮素濃度超過14 mmol·L-1，韭菜的增產(chǎn)速率低于硝酸鹽含量的增長速率。有機栽培基質養(yǎng)分含量較高，生產(chǎn)中極易造成施肥過量。因此，根據(jù)基質的養(yǎng)分供應與韭菜吸收特性來確定適宜施氮量極為重要。

目前，關于韭菜的氮肥研究主要集中在土壤栽培及營養(yǎng)液栽培方面，針對有機基質栽培韭菜的氮肥用量研究較為缺乏。此外，隨著基質配方的不斷更新，其養(yǎng)分的供應也有較大差異，韭菜種植適宜的氮用量亦有不同。筆者基于前期篩選的基質配方（菌渣、稻殼、牛糞、雞糞、河沙質量比為2∶3∶1∶1∶1），研究不同施氮量對韭菜生長、品質及氮素利用的影響，并采用隸屬函數(shù)值法進行綜合評價，以期為設施有機基質栽培韭菜合理施氮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試韭菜品種為獨根紅，由河南久星生物科技研究院有限公司提供。

栽培基質為前期篩選的配方基質，理化性質如下：pH 7.33、EC值2.88 mS·cm-1、堿解氮含量（w，后同）486.60 mg·kg-1、有效磷含量620.18 mg·kg-1、速效鉀含量2 723.94 mg·kg-1。

試驗肥料：普通尿素（N含量≥46.0%）、過磷酸鈣（P2O5含量≥12%）、硫酸鉀（K2O含量≥51%），均購自山東農大肥業(yè)科技股份有限公司。

1.2 試驗設計

試驗于2023年3—10月在泰安市農業(yè)科學院蔬菜試驗基地開展。韭菜于3月6日定植在塑料拱棚的栽培槽中，規(guī)格為3 m×1.2 m×0.2 m，槽距40 cm，槽內填充栽培基質。韭菜定植行距20 cm，穴距25 cm，每穴10株，折合每小區(qū)600株。定植前韭菜按相同長度統(tǒng)一剪根，栽入基質后壓實。

韭菜生產(chǎn)中常用尿素為氮肥，試驗設置10個處理，采用隨機區(qū)組設計，每處理3次重復。各處理每茬韭菜尿素用量如下：CK（0 kg·667 m-2）、T1（4 kg·667 m-2）、T2（8 kg·667 m-2）、T3（12 kg·667 m-2）、T4（16 kg·667 m-2）、T5（20 kg·667 m-2）、T6（24 kg·667 m-2）、T7（28 kg·667 m-2）、T8（32 kg·667 m-2）、T9（36 kg·667 m-2）。各處理磷、鉀肥用量相同，均為P2O5 7.5 kg·667 m-2、K2O 7.5 kg·667 m-2，一次性基施。除氮肥用量不同外，每小區(qū)管理措施相同。追氮時間為每茬韭菜生長期內分2次隨水施入。

1.3 測定指標與方法

韭菜長至35～40 cm時收割，全年共收割7茬。分別于5月11日、6月2日、6月27日、7月24日、8月18日、9月22日和10月21日測產(chǎn)，由各小區(qū)產(chǎn)量換算成667 m2產(chǎn)量。另取韭菜鮮葉烘干、研磨、消煮后，用凱氏定氮儀測定韭菜葉片全氮含量[13]。

葉片氮素積累量=干物質量×氮素含量。（1）

氮肥偏生產(chǎn)力、農學效率和氮素利用率計算公式如下：

氮肥偏生產(chǎn)力/（kg·kg-1）＝施氮區(qū)韭菜總產(chǎn)量/總施氮量； （2）

氮肥農學效率/（kg·kg-1）＝（施氮區(qū)韭菜總產(chǎn)量－不施氮區(qū)韭菜總產(chǎn)量）/總施氮量； （3）

氮素利用率/%＝（施氮區(qū)韭菜葉片氮素積累量－不施氮區(qū)韭菜葉片氮素積累量）/總施氮量×100。 （4）

第3茬韭菜收割時，從各處理隨機選取15株韭菜，剪取葉片中段的相同部位混勻后進行品質及礦質元素含量的測定，設置3次重復。分別采用蒽酮比色法[14]、考馬斯亮藍法[14]、乙醇浸提法[15]、酸水解-蒽酮比色法[15]、2，6-二氯靛酚比色法[16]測定韭菜葉片可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素、纖維素及維生素C含量；采用水楊酸比色法測定硝酸鹽含量[15]；采用2，4-二硝基苯肼法測定丙酮酸含量[17]。韭菜鮮葉經(jīng)烘干、研磨、消煮后，采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法分別測定韭菜葉片全氮、全磷、全鉀含量[13]。

韭菜收割后，每處理選取長勢一致的韭菜，取出根系清洗干凈，用 Win RHIZO（2007年版）根系分析儀掃描并統(tǒng)計根系總長度、直徑、表面積和體積。此外，每處理隨機選擇10穴韭菜，統(tǒng)計分蘗數(shù)。分蘗及根系形態(tài)統(tǒng)計均設置3次重復。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理及制圖，采用SPSS24.0軟件進行統(tǒng)計分析，顯著性檢驗采用Duncan新復極差法，采用Pearson進行相關性分析。

采用隸屬函數(shù)值法對韭菜進行綜合評價[18]。權重系數(shù)參考相關文獻[18-20]，設定如下：產(chǎn)量為0.30，丙酮酸含量為0.20，可溶性糖含量為0.15，可溶性蛋白、維生素C、葉綠素和纖維素含量均為0.10，全氮、全磷和全鉀含量均為0.05，硝酸鹽含量為-0.20。

2 結果與分析

2.1 施氮量對有機基質栽培韭菜總產(chǎn)量的影響

由圖1可知，隨施氮量增加，韭菜總產(chǎn)量的響應趨勢為先增加后降低。T3處理的韭菜產(chǎn)量最高（11 348.57 kg·667 m-2），較不施氮CK顯著增產(chǎn)21.58%，較高氮量T9處理顯著增產(chǎn)17.19%。T2、T4和T5處理間無顯著差異，較CK顯著增產(chǎn)16.07%～17.24%；T9處理產(chǎn)量僅為9 684.16 kg·667 m-2，與T7、T8處理無顯著差異，但三者均顯著高于CK。

2.2 施氮量對有機基質韭菜分蘗數(shù)、根系形態(tài)的影響

如表1所示，除T7和T8處理外，隨著施氮量的增加，韭菜分蘗數(shù)、根總長度、根表面積及根體積均呈先增加后減少的變化趨勢。CK分蘗數(shù)最少，T3、T4處理分別較CK顯著增加37.69%、37.07%。各氮肥處理的根總長度較CK顯著增加34.52%～57.53%；T8、T9處理的根直徑較T5處理顯著降低；根表面積和根體積在各處理間差異較明顯，T4處理的根表面積較CK顯著增加69.06%，較T9顯著增加40.79%；T9處理的根體積較小，與CK無顯著差異。

2.3 施氮量對有機基質栽培韭菜葉綠素含量的影響

除T6和T9處理外，隨施氮量的增加，韭菜葉片葉綠素含量呈先升高后降低的變化趨勢（表2）。CK的葉綠素含量最低，T3處理的葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量均最高，分別比CK顯著提高34.70%、47.90%、37.74%，比T9顯著提高15.14%、24.12%、17.37%。

2.4 施氮量對有機基質栽培韭菜品質的影響

由圖2-A可知，施氮量較低時，增施氮肥能夠促進韭菜葉片可溶性糖的合成，當施氮量超過一定范圍后則起抑制作用；T5處理的葉片可溶性糖含量顯著高于其他處理，分別較CK和T9處理顯著提高了50.13%、19.16%。

韭菜葉片可溶性蛋白含量（圖2-B）與可溶性糖含量類似，呈先升高后降低的變化趨勢。與CK相比，T1、T2和T3處理的可溶性蛋白含量顯著提高24.88%～52.07%；T3處理的可溶性蛋白含量最高，T9處理最低，但也較CK顯著提高21.66%。

由圖2-C可知，T2、T3處理的韭菜葉片維生素C含量與其他處理差異顯著，分別較CK顯著提高12.36%、13.96%；T9處理的葉片維生素C含量最低，是T3處理的82.77%。

由圖2-D所示，CK和T1處理的韭菜葉片丙酮酸含量較低；T4處理的丙酮酸含量（0.26 mg·g-1）最高，較CK顯著提高35.05%；T3、T5和T6處理間未達到顯著差異水平，但均具有較高的丙酮酸含量。

由圖2-E可知，適量的氮肥可降低韭菜葉片纖維素含量。與CK相比，T1～T5處理葉片的纖維素含量顯著降低，T3、T4處理的纖維素含量分別為1.29%、1.25%。繼續(xù)增加施氮量，葉片纖維素含量有所回升，T7、T8和T9處理的纖維素含量差異不顯著，但均顯著高于CK。

由圖2-F可知，CK處理的硝酸鹽含量（0.43 mg·g-1）最低；T2、T3和T4處理的硝酸鹽含量無顯著差異，在0.55～0.59 mg·g-1之間，均顯著高于CK；T9處理的葉片硝酸鹽含量最高，約是CK的2倍，與T8處理差異不顯著。

2.5 施氮量對有機基質栽培韭菜葉片礦質養(yǎng)分含量的影響

由表3可知，適宜的施氮量對韭菜葉片礦質養(yǎng)分的吸收有促進作用。在T3、T4和T5處理下，韭菜葉片全氮含量較高，分別比CK顯著提高18.33%、19.26%和20.42%，較高的施氮量抑制了葉片對氮素的吸收利用，T9處理的葉片全氮含量僅比CK提高11.60%。T5處理的韭菜葉片全磷含量最高，比CK顯著提高43.33%，T3、T4、T6和T7處理的全磷含量在1.14%～1.19%，處理間無顯著差異，但均顯著高于CK，T1和T9處理的葉片全磷含量與CK無顯著差異。T3～T6處理的韭菜葉片的全鉀含量較高，較CK顯著提高21.82%～29.20%。

2.6 施氮量對有機基質栽培韭菜氮素利用的影響

如表4所示，隨韭菜施氮量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力、農學效率和氮素利用率（T9處理除外）逐漸降低，均在T1處理最高。氮肥偏生產(chǎn)力在各處理間差異達顯著水平；氮肥農學效率分別在T2和T3，T4和T5，T7、T8和T9處理間無顯著差異；T1處理的氮素利用率最高（40.53%），T7、T8、T9處理的氮素利用率較低，均不到10%。

2.7 有機基質栽培韭菜生長指標及礦質養(yǎng)分含量的相關性分析

韭菜分蘗數(shù)、根系形態(tài)、礦質養(yǎng)分含量之間存在不同程度的正相關性（表5）。其中，分蘗數(shù)與總根長度、根表面積、根體積呈極顯著正相關；韭菜總根長度與根表面積、根體積分別呈極顯著、顯著正相關，根直徑則與根體積呈顯著正相關。韭菜分蘗數(shù)、根表面積、根體積均與葉片全氮、全磷、全鉀含量呈極顯著相關（r=0.787～0.952，p<0.01），總根長度與全氮、全鉀含量呈極顯著正相關，而根直徑與全磷含量呈顯著正相關（r=0.736，p<0.05），可能與土壤中磷的移動性較差有關；葉片全氮、全磷、全鉀含量之間呈極顯著正相關（r=0.804～0.935，p<0.01）。

2.8 不同處理基質栽培韭菜的綜合評價

不同施氮處理的韭菜產(chǎn)量、品質、礦質養(yǎng)分含量等指標的隸屬函數(shù)值及綜合排名如表6所示。T3處理的隸屬函數(shù)累加值最高（0.874），綜合評價最好，排名第一；T4和T5處理依次位列第二和第三，品質較好；除CK外，T9處理的累加值最低（0.285），排名第九。

3 討論與結論

基質中含有的有機氮、纖維素等成分需要在微生物及酶的礦化、分解后才能供植物吸收利用。研究表明，基質中氮素礦化微生物數(shù)量、酶活性受氮素水平的影響較大[21]。合理的施氮量可促進基質中纖維素分解為單糖供作物吸收[21]，維持生物量的高積累[22]，而氮素過高或缺乏均不利于產(chǎn)量提升。在本試驗中，韭菜產(chǎn)量與氮素供應量呈二次曲線關系，T3處理的增產(chǎn)率最高，較CK顯著增產(chǎn)21.58%，繼續(xù)增加氮肥用量，產(chǎn)量反而降低，與前人的研究結論一致[23]。

韭菜具有分蘗特性，與根系的生長相互依存[24]。根系構型可反映養(yǎng)分吸收的生物學潛力[25]。研究表明，適宜施氮量會促進基質中遲效養(yǎng)分向速效養(yǎng)分轉化[26]，對磷、鉀元素的協(xié)同吸收有利[27]。氮素過度缺乏會抑制側根生長[28]，而高氮則降低根系空間生態(tài)位，減弱養(yǎng)分吸收能力 [22]。本研究表明，韭菜分蘗數(shù)、根系各生長參數(shù)及葉片礦質養(yǎng)分含量均隨著施氮量的增加呈先上升后下降的變化趨勢，且相互之間呈現(xiàn)不同程度的正相關（r=0.352～0.952），表明合理施氮能夠維持韭菜分蘗和根系生長的平衡，促進地上部對礦質養(yǎng)分的吸收。任勝茂等[22]研究表明，氮肥通過調節(jié)光合作用及產(chǎn)物的分配影響根系生長。葉綠素是光合作用的主導色素，反映了植物的光合性能。氮素缺乏或過量均會對葉綠素代謝基因的表達產(chǎn)生一定影響，不利于葉綠素合成[29-30]，本試驗也證實了這一觀點，T3處理的總葉綠素含量最高，分別較CK、T9處理顯著提高37.74%、17.37%。

適宜的氮素水平能夠平衡植物的碳-氮代謝[31]，提高碳、氮同化酶的活性，對營養(yǎng)品質的提升有利，當施氮量過高時，碳骨架和還原力過分消耗而積累有害氮，造成品質下降，硝酸鹽富集[32]。本研究表明，隨施氮量的增加，韭菜葉片可溶性糖、可溶性蛋白和維生素C含量先增后降，硝酸鹽含量則逐漸升高，并且適宜的氮肥對纖維素含量的降低有促進作用，這與前人的研究結論一致[33-34]。韭菜葉片受損時，其中的有機硫化物可裂解產(chǎn)生酶促丙酮酸，丙酮酸含量是評估蔥屬植物辛辣程度的重要指標[18]。李俊玲等[35]研究表明，紅蔥的丙酮酸含量在不同濃度的氮素處理下無明顯差異，與本研究的結論不同，丙酮酸含量對施氮量的響應表現(xiàn)為先增大后減小，原因可能是含硫揮發(fā)性物的形成還受硫素、溫度等因子的多重影響[36]。

以產(chǎn)量、品質等作為評價指標，利用隸屬函數(shù)法對不同處理的韭菜進行綜合評價。結果表明，T3處理的隸屬函數(shù)累加值最大，即綜合品質最好。氮肥的施用在提升產(chǎn)量、品質的同時，也加大了養(yǎng)分的流失。為更好地評價氮肥用量，筆者同時分析了不同處理韭菜的氮肥利用效率。氮肥農學效率、偏生產(chǎn)力和氮素利用率隨施氮量的增加整體上呈降低趨勢，這與櫻桃番茄[37]、馬鈴薯[38]等作物上的研究結論相同。T3處理的氮肥農學效率、氮素利用率低于T1處理，但與T2處理無顯著差異?？梢?，T3處理的韭菜除有最佳的綜合品質外，還保持了較高的氮素利用率。

綜上所述，適宜的施氮量可促進韭菜生長及養(yǎng)分的吸收，提高產(chǎn)量和品質。T3處理，即每茬追施12 kg·667 m-2尿素（對應氮素5.5 kg·667 m-2）韭菜的分蘗數(shù)、根系形態(tài)、產(chǎn)量、品質等指標表現(xiàn)較好，綜合評價最高，且有較高的氮肥利用效率，可作為有機基質栽培韭菜的氮肥參考用量。

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