施肥對蕹菜硝態(tài)氮累積和土壤酶活性的影響

曹明陽, 胡雪峰, 閆呈龍, 代會會, 羅 凡,滕 青, 楊敏勇, 王 堅

(1.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海200444; 2.上海市青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心,上海 201718; 3.上海市青浦區(qū)農(nóng)技推廣服務(wù)中心,上海 201700)

施肥對蕹菜硝態(tài)氮累積和土壤酶活性的影響

曹明陽1, 胡雪峰1, 閆呈龍1, 代會會1, 羅 凡1,滕 青1, 楊敏勇2, 王 堅3

(1.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海200444; 2.上海市青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心,上海 201718; 3.上海市青浦區(qū)農(nóng)技推廣服務(wù)中心,上海 201700)

為了研究施肥方式對蕹菜硝態(tài)氮累積和土壤酶活性的影響,在上海郊區(qū)一蔬菜園藝場設(shè)置了6個施肥處理:不施肥對照;施用復(fù)合化肥量分別為900,1 800和2 700 kg/ha;施用菜籽餅肥量分別為2 250,4 500 kg/ha,并定期監(jiān)測蕹菜硝態(tài)氮含量的變化和土壤酶活性的差異.結(jié)果表明:復(fù)合化肥的施肥量越多,蕹菜硝態(tài)氮的累積量就越高,且肥料施用量與蔬菜硝酸鹽含量呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01);在蕹菜的整個生長周期內(nèi),植株的硝態(tài)氮含量先上升,至21 d左右達到最大值,然后迅速減少,至54 d后趨于平穩(wěn),且在可食用范圍內(nèi);不同施肥處理的蕹菜在生長后期,其土壤脫氫酶、過氧化氫酶、脲酶和酸性磷酸酶的活性均顯著高于施肥前的背景土壤,說明蕹菜生長有利于增加土壤酶活性.施菜籽餅肥的土壤酶活性顯著高于施復(fù)合化肥,說明增施有機肥可提高土壤酶活性.

硝態(tài)氮;蔬菜;肥料;菜籽餅;土壤酶活性

蔬菜是典型的易累積硝酸鹽的作物[1].當蔬菜對硝酸鹽的吸收量大于蔬菜的同化量時,就會導(dǎo)致蔬菜硝酸鹽累積[2-3].研究表明,食物中的硝酸鹽在體內(nèi)被還原成亞硝酸鹽后,可在胃酸的作用下與仲胺等胺類化合物反應(yīng)生成N-亞硝基,引起核酸代謝紊亂或者突變,從而誘發(fā)動物消化器官癌變[4],并存在造成胎兒畸形的危險[5].此外,人體中的硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽進入血液后,可與血紅蛋白強有力結(jié)合,使血紅蛋白失去攜氧能力,導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥,嚴重者可致死.由于蔬菜的硝酸鹽污染問題日益突出,已引起了國內(nèi)外學(xué)者和消費者的廣泛關(guān)注.

蔬菜硝態(tài)氮累積的主要原因是蔬菜的不合理栽培和管理.人們?yōu)榱双@得高產(chǎn)盲目加大氮肥施用量,容易導(dǎo)致蔬菜體內(nèi)硝態(tài)氮含量的急劇增加,使蔬菜品質(zhì)惡化,嚴重影響人體健康.控制化肥施用,降低蔬菜硝態(tài)氮累積,是確保人類健康、保護生態(tài)環(huán)境必須解決的迫切問題.

蕹菜品質(zhì)優(yōu)良、抗逆性強、病蟲害少、農(nóng)藥污染較輕,且富含各種維生素和礦物質(zhì),速生、產(chǎn)量高、供應(yīng)期長[6].為了進一步認識施肥對蔬菜生長和品質(zhì)的影響,以蕹菜為材料在上海郊區(qū)設(shè)置田間實驗,研究了蔬菜不同生長期土壤酶活性的變化、施肥方式與土壤酶活性的關(guān)系,以期揭示施肥對蕹菜硝態(tài)氮累積和蔬菜品質(zhì)的影響,為降低蔬菜硝態(tài)氮累積、提高蔬菜品質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)方法.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗地位于上海青浦區(qū)朱家角鎮(zhèn)(31?04.621′N,121?01.883′E),屬亞熱帶季風氣候,全年四季分明,年平均氣溫為17.6?C,年降雨量為1 049.1 mm.

實驗地土壤理化性狀如下:pH=4.15,有機質(zhì)含量為34.61 g/kg,全氮含量為2.24 g/kg,堿解氮含量為53.77 mg/kg,全磷含量為1.45 g/kg,速效磷含量為98.92 mg/kg,全鉀含量為10.82 g/kg,速效鉀含量為321.86 mg/kg.供試蕹菜品種為中國臺灣“長葉”蕹菜,由汕頭市金韓種業(yè)有限公司生產(chǎn).

1.2 實驗方法

大田實驗,共設(shè)置6個施肥處理:不施肥(CK)、復(fù)合化肥900 kg/ha(CL1)、復(fù)合化肥1 800 kg/ha(CL2)、復(fù)合化肥2 700 kg/ha(CL3)、菜籽餅肥2 250 kg/ha(CL4)、菜籽餅肥4 500 kg/ha(CL5).每個處理又分為3個平行小區(qū),共18個小區(qū).小區(qū)面積為10 m2(10 m× 1 m),小區(qū)間隔為30～35 cm,并用塑料膜隔開.復(fù)合化肥的質(zhì)量比為N∶P2O5∶K2O= 15%∶15%∶15%;菜籽餅肥的配方為全氮3.2 g/kg+全磷20.4 g/kg+全鉀10.2 g/kg.

2013年5月14日進行小區(qū)劃分和施肥,然后播撒蕹菜種子,7月中旬實驗結(jié)束.整個生長周期內(nèi),未追施肥料,也未施用任何農(nóng)藥.

1.3 樣品采集

植物樣品:每隔5～7天,在各小區(qū)采集蔬菜莖和葉樣品,去除泥土、黃葉,保證莖葉質(zhì)量比為8∶1,迅速帶至實驗室,用自來水、二次蒸餾水洗滌三次,并用濾紙擦干.

土壤樣品:分別于施肥前(5月12日)、生長中期(6月6日)和生長后期(7月14日)采集土樣.每個小區(qū)采用梅花多點(5～12點)取樣,采樣深度為0～20 cm.土壤樣品采集后去除植物根系、沙礫、石塊等雜物,立即帶回實驗室.每份樣品再分為兩份:一份置于4?C下保存,用于土壤酶分析;另一份自然風干、過篩,用于土壤理化分析.土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量均以烘干土為基準表示.

蕹菜生長測定:7月1日在各個小區(qū)內(nèi)隨機選擇10個點,進行植株株高、葉長、葉寬、莖葉數(shù)、莖長和株數(shù)等指標的測定.

1.4 樣品測定與分析

蔬菜中硝酸鹽含量的測定采用水楊酸法比色法[7];葉綠素含量的測定采用乙醇法比色法[7];可溶性蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍染色法[7];可溶性總糖含量的測定采用蒽酮染色法[7];亞硝酸鹽含量的測定采用分光光度法測定[8];土壤pH值采用型號為PHS-3D的pH計測得;有機質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀-硫酸消化法;全氮含量的測定采用凱氏定氮法;堿解氮含量的測定采用堿解擴散法;全磷含量的測定采用酸溶-鉬銻抗比色法;有效磷含量的測定采用氟化銨、鹽酸浸提-鉬銻抗比色法;全鉀含量的測定采用酸溶-火焰光度法;速效鉀含量的測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法[9].

脫氫酶活性的測定采用三苯基氯代四氮唑(TTC)還原法,結(jié)果以三苯基甲臢(TPF)含量μg/g(30?C,24 h)表示;過氧化氫酶活性的測定采用高錳酸鉀滴定法,結(jié)果以0.01 mol/L高錳酸鉀含量mL/g表示;脲酶活性的測定采用靛酚藍比色法,結(jié)果以NH3-N含量mg/(100 g) (37?C,24 h)表示;蔗糖酶活性的測定采用水楊酸比色法,結(jié)果以葡萄糖含量mg/g(37?C, 24 h)表示;酸性磷酸酶活性的測定采用磷酸苯二鈉比色法,結(jié)果以酚含量mg/g(37?C,3 h)表示[10].

運用Origin 8.5對實驗數(shù)據(jù)進行整理,用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA),用最小顯著差數(shù)法(Duncan)對不同處理間的差異程度進行多重比較檢驗,用Pearson相關(guān)統(tǒng)計方法分析變量間的相關(guān)關(guān)系.

1.5 蔬菜硝酸鹽含量標準

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對蔬菜硝態(tài)氮含量的影響

復(fù)合化肥處理(CL1,CL2,CL3)的蕹菜在6月6日(21天)的硝態(tài)氮含量達到最大值(見圖1),其中CL3處理的硝態(tài)氮含量最高,達到了577.58 mg/kg,但未超過國家食品安全標準(3 000 mg/kg FW).隨著施肥量的增加,經(jīng)復(fù)合化肥處理的新鮮蔬菜植株中硝態(tài)氮含量依次增高.復(fù)合化料施用量與蔬菜硝態(tài)氮含量呈極顯著正相關(guān)(r=0.915).這是由于施氮量的提高增加了植株對硝態(tài)氮的吸收,使得吸收量與同化量的差值增大,進而使硝態(tài)氮累積量增加.但在生長后期,不同肥料處理的蕹菜的硝態(tài)氮含量顯著降低(見圖1).這可能是由于生長后期,復(fù)合化肥的肥效降低,也可能是植株生長發(fā)育已經(jīng)達到平衡,對氮素的需求和液泡中的硝態(tài)氮輸出保持平衡,使得硝態(tài)氮累積量處于較低的水平.

相對于復(fù)合化肥處理和不施肥處理,菜籽餅肥處理(CL4,CL5)的植株的硝態(tài)氮累積量在6月19日(33天)達到最大值,分別為174.20和316.90 mg/kg,不僅時間滯后,而且累積量顯著低于復(fù)合化肥處理(見圖1).這表明菜籽餅肥肥效緩,不會導(dǎo)致蔬菜硝態(tài)氮的超量累積.

圖1 不同施肥處理的蕹菜生長周期內(nèi)硝態(tài)氮含量變化Fig.1 Variation of nitrate content in swamp cabbage with the di ff erent fertilizer treatments during the entire growth period

由圖1可見,CL1,CL2,CL3處理的硝態(tài)氮含量的最大值高于對照134.74%,182.10%, 194.76%;而CL4和CL5處理的硝態(tài)氮含量的最大值高于對照14.42%,61.72%.由此可見,復(fù)合化肥和菜籽餅肥處理都會促進蔬菜中硝態(tài)氮的累積,但復(fù)合化肥處理更加明顯,相關(guān)性更大.

在蕹菜的整個生長周期中,復(fù)合化肥和菜籽餅肥處理都出現(xiàn)了硝態(tài)氮含量先增加,達到最大值后開始下降,然后趨于穩(wěn)定,保持在可食用范圍內(nèi)的現(xiàn)象.復(fù)合化肥處理(CL1,CL2, CL3)在20～25 d內(nèi)出現(xiàn)了硝態(tài)氮累積最大值;而菜籽餅肥處理(CL4,CL5)在30～35 d內(nèi)達到最大值.這表明施用菜籽餅肥,蔬菜硝態(tài)氮增幅緩,累積量低.

2.2 施肥對蔬菜亞硝態(tài)氮含量的影響

在蕹菜施肥前期,6月6日(21天)～6月12日(27天)之間,CL1,CL2,CL3和CL5處理的蕹菜亞硝態(tài)氮含量出現(xiàn)了大于4 mg/kg的現(xiàn)象(見圖2),但在其他生長期都基本符合國家食品標準(4 mg/kg FW).

無論是復(fù)合化肥,還是菜籽餅肥都可以提供氮素.作物吸收氮素后,硝酸還原酶將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽.亞硝酸鹽進入葉綠體或質(zhì)體中,被亞硝酸還原酶降解成銨.最終銨參與到蛋白質(zhì)合成中去.硝酸還原酶和亞硝酸還原酶受到很多環(huán)境因子(如氮源、光、O2/CO2、pH和溫度)和內(nèi)在因素(如代謝物和植物激素)的調(diào)節(jié).施用復(fù)合化肥和高量菜籽餅肥后,短期內(nèi)蕹菜累積的硝態(tài)氮過多,使得亞硝態(tài)氮含量超標.但隨著蕹菜生長,代謝加強,以及肥效的減弱,蕹菜亞硝酸的含量逐漸降低,處于安全范圍.由于亞硝酸鹽具有很強的生理毒性,因此建議在蔬菜施肥前期,不要去采摘食用.

2.3 施肥對蔬菜葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)和可溶性總糖含量的影響

圖2 不同施肥處理的蕹菜生長周期內(nèi)亞硝態(tài)氮含量變化Fig.2 Variation of nitrite content in swamp cabbage with the di ff erent fertilizer treatments during the entire growth period

在蔬菜生長發(fā)育過程中,將吸收的氮素及營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細胞組織.葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)和可溶性總糖的含量是蔬菜生長發(fā)育的重要生理指標.適宜的復(fù)合化肥施用量可提高葉菜類蔬菜功能葉葉綠素的含量,延長蔬菜功能葉的功能期,有助于蔬菜光合產(chǎn)物的合成與累積.過量使用氮肥反而會導(dǎo)致蔬菜葉片葉綠素含量減少,加速葉片的衰老,縮短蔬菜功能葉的功能期,不利于蔬菜的生長.蕹菜葉片葉綠素的含量總體上是隨施肥量的增加而增加.CL3處理的植株中的葉綠素含量顯著高于其他處理(見圖3).各施肥處理的植株中的葉綠素含量也顯著高于對照,且在生長中后期,植株中的葉綠素含量要高于前期(見圖4).

圖3 不同施肥處理的蕹菜中葉綠素含量變化Fig.3 Variation of chlorophyll content in swamp cabbage with the di ff erent fertilizer treatments

圖4 實驗中期(2013年6月22日),CL3處理的蕹菜顏色更濃綠Fig.4 Photo on June 22,2013,showing greener color of swamp cabbage treated with CL3 at the middle stage of growth

由圖5可見,不同施肥處理的蕹菜中可溶性蛋白質(zhì)含量大小為CL3＞CL2＞CL5＞CL1＞CL4＞CK,可溶性總糖含量大小為CL3＞CL2＞CL1＞CL5＞CL4＞CK.這說明隨著施肥量的增加,蔬菜中可溶性蛋白質(zhì)和可溶性總糖含量顯著增加,尤其是經(jīng)復(fù)合化肥處理,施肥量與蔬菜可溶性蛋白質(zhì)的含量呈顯著正相關(guān).與復(fù)合化肥處理相比,菜籽餅肥處理的可溶性蛋白質(zhì)和可溶性總糖含量均偏低.這可能與菜籽餅肥氮素釋放較緩有關(guān).

圖5 不同施肥處理的蕹菜可溶性蛋白質(zhì)和可溶性總糖含量變化Fig.5 Variation of total soluble protein and soluble sugar in swamp cabbage with the di ff erent fertilizer treatments

2.4 施肥對蔬菜生長的影響

不同施肥處理的植株株高和葉長,都顯著高于對照(見表1),尤其是經(jīng)復(fù)合化肥高量處理(CL3)的植株,株高、葉長、葉寬和莖長均為最大;菜籽餅肥高量處理(CL5)的植株,株高、葉長等指標也較優(yōu).這一結(jié)果充分表明,施肥可促進蔬菜的生長,且隨施肥量的增加,植株長幅也增加;不同施肥處理的植株的株高、葉長、葉寬和莖長都有顯著性差異,說明不同的施肥處理可以影響蕹菜的生長,但每株的莖數(shù)和每平方的株數(shù)沒顯著差異,這可能與品種和空間布局有關(guān).

表1 不同施肥處理的蕹菜植株的株高和葉寬比較Table 1 Comparison of the plant height and leaf width of swamp cabbage with the di ff erent fertilizer treatments

由表2可見,株高和莖長呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01),株高和每株莖數(shù)、每平方米株數(shù)呈顯著正相關(guān)(p＜0.05),葉寬和葉長呈極顯著正相關(guān).這說明施肥量的增加可以增加植株株高和莖長,同時也對葉片的生長有一定的促進作用.由表1還可以看出,CL4,CL5處理的植株的葉長、葉寬和莖長等指標均顯著高于CK,CL1,CL2處理,但CL3處理的植株的生長指標依然最高.

表2 不同處理的蕹菜植株生長指數(shù)兩兩間相關(guān)性分析Table 2 Correlations between the two of the growth indices of the swamp cabbage plants with the di ff erent fertilizer treatments

2.5 施肥對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要參與者,參與了土壤的發(fā)生、發(fā)育及土壤肥力形成和演變的全過程,是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分之一.不同植物的根系在生長發(fā)育過程中的分泌物、死亡根茬的礦化分解及不同的耕作和管理方式等都會影響土壤酶活性.

蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶是土壤的幾種主要水解酶類,其分別表征土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分的循環(huán)狀況.蔗糖酶主要是將碳水化合物水解成葡萄糖和果糖,為微生物的繁殖提供營養(yǎng),對增加土壤的易溶性營養(yǎng)起到了重要的作用,其活性與土壤中的腐殖質(zhì)、水溶性有機質(zhì)、粘粒含量、碳水化合物的分解及微生物的數(shù)量及其活動有關(guān).脲酶是催化尿素水解的唯一酶,脲酶活性的變化與土壤氮素狀況及土壤理化性狀有關(guān)[13].蔬菜地脲酶活性的顯著提高有利于土壤有機態(tài)氮向有效氮的轉(zhuǎn)化,提高土壤氮素供應(yīng)水平.酸性磷酸酶是促進有機磷化合物分解的酶類.

土壤過氧化氫酶可以促進土壤中多種化合物的氧化,有利于防止過氧化氫的積累對生物體的毒害.過氧化氫酶的活性表征了土壤腐殖化強度的大小和有機質(zhì)的積累程度[14],也參與了土壤有機氯污染的生物修復(fù)[15].脫氫酶能催化有機物質(zhì)脫氫.由于氫起著中間轉(zhuǎn)化傳遞作用,因此脫氫酶活性可以作為微生物氧化還原系統(tǒng)的指標,被認為能很好地表征土壤中微生物的氧化能力.

由表3可見,在生長后期,脫氫酶活性沒有顯著性差異,其中以CL3處理的酶活性最大,為17.76 mg/kg干土,其他處理基本分布在14.61～15.67 mg/kg干土范圍內(nèi),說明在生長后期,不同處理的土壤微生物活性基本處于無差別狀態(tài).這與前人得出的規(guī)律是相似的,即不同施肥處理對過氧化氫酶活性影響不顯著;但活性都高于背景值,說明肥料的施加可以提高土壤的生物氧化能力.

在生長后期,脲酶活性有了顯著性差異.相對于其他處理,CL5處理的脲酶活性有明顯的增加,比土壤背景值增加了55.49%.可見,菜籽餅肥更能提高脲酶的活性.CL3處理的脲酶活性要高于CL1,CL2處理,原因是脲酶是催化尿素水解的唯一酶,氮素量大,脲酶的活性也會相應(yīng)地增加.菜籽餅肥處理的蔗糖酶活性普遍高于復(fù)合化肥處理和常規(guī)處理.這可能是土壤施加菜籽餅肥后碳氮元素循環(huán)較快,土壤質(zhì)量明顯改善的緣故.

酸性磷酸酶活性表現(xiàn)為CL5＞CL4＞CL2＞CL1＞CK＞CL3,且隨著菜籽餅肥的施加,增幅分別為125.44%,139.79%,109.33%,96.82%,91.65%和84.63%.這說明適量的氮肥可以提高酸性磷酸酶的活性,同時菜籽餅肥的促進效果更明顯.CL3處理的相對增幅低于CK,CL1, CL2處理,可能是氮肥施加量過多,對土壤酶活性產(chǎn)生了一定的抑制作用.

由這些結(jié)果可以得出,氮肥對提高土壤酶活性有一定的促進作用,且菜籽餅肥對酶活性的促進作用比復(fù)合化肥更加明顯.

表3 不同處理的蕹菜生長后期土壤脫氫酶、過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性Table 3 Activities of dehydrogenase,catalase,urease,invertase and phosphatase in the plot soils with the di ff erent fertilizer treatments during the latter stage of swamp cabbage growth

脫氫酶活性(見圖6)在整個生長周期中先下降后上升.相對于背景土壤,復(fù)合化肥處理的酶活性在生長中期下降幅度比較大,生長后期又出現(xiàn)了大幅度的提升,而菜籽餅肥處理的則降幅和增幅都不大.這說明菜籽餅肥對穩(wěn)定土壤微生物的活性有顯著的效果,而復(fù)合化肥的施加對微生物的活動會產(chǎn)生顯著影響,不利于土壤質(zhì)量的長期發(fā)展.在生長中期,復(fù)合化肥施加量的增加會引起酶活性的相應(yīng)增加,但菜籽餅肥處理的酶活性比復(fù)合化肥處理偏高.在生長后期,不同施肥處理的酶活性之間沒有太大差別.

圖6 蕹菜生長不同時期土壤脫氫酶活性的變化Fig.6 Variation of dehydrogenase activities in the plot soils at the di ff erent growth stages of swamp cabbage

脲酶活性(見圖7)在整個生長周期中先上升后下降.在生長中期,氮素累積,植株根部開始大量地從土壤中吸收氮素,促使土壤中氮的轉(zhuǎn)化加劇,所以脲酶活性大幅提高,其中CL3和CL5處理的酶活性提高比例更大.在生長后期,氮素含量開始逐步在土壤中穩(wěn)定,脲酶的活性也相應(yīng)降低,除了CL5處理比前期有相當大的增幅外,其余基本和前期保持一樣的水平.可見,菜籽餅肥更能提高蔗糖酶的活性.CL4處理沒有CL5處理增加明顯的原因可能是菜籽餅肥施加量少,氮肥供應(yīng)不足.

圖7 蕹菜生長不同時期土壤脲酶活性的變化Fig.7 Variation of urease activities in the plot soils at the di ff erent growth stages of swamp cabbage

蔗糖酶(見圖8)和脫氫酶在生長周期內(nèi)的變化趨勢是一樣的.在生長中期,酶活性降低,其中復(fù)合化肥處理的降幅為CL3＜CL2＜CL1,菜籽餅肥處理的酶活性降低很少.這說明復(fù)合化肥對土壤中微生物的抑制作用更明顯.在生長后期,蔗糖酶活性都偏高.隨著復(fù)合化肥施加量的增加,酶活性也相應(yīng)增加;菜籽餅肥處理也使酶活性得到了提高,但兩個處理的酶活性之間沒有差別.可見,肥料可以提高蔗糖酶的活性,菜籽餅肥為土壤帶來了有機碳,復(fù)合化肥的無機碳調(diào)節(jié)了土壤的碳氮比,從而為微生物的活動和酶活性的提高提供了條件.

圖8 蕹菜生長不同時期土壤蔗糖酶活性的變化Fig.8 Variation of invertase activities in the plot soils at the di ff erent growth stages of swamp cabbage

在整個生長周期中逐步增大的是酸性磷酸酶(見圖9).酸性磷酸酶是促進有機磷化合物分解的酶類,其逐步增大可能與作物腐爛,含磷化合物在地下水和土壤之間進行遷移和轉(zhuǎn)化有關(guān).相比復(fù)合化肥處理,菜籽餅肥CL4和CL5處理的酶活性都高,其中CL5處理在生長中后期酸性磷酸酶的活性都是最大的,說明菜籽餅肥更能促進酸性磷酸酶活性的提高.

圖9 蕹菜生長不同時期土壤酸性磷酸酶活性的變化Fig.9 Variation of phosphatase activities in the plot soils at the di ff erent growth stages of swamp cabbage

通過測定不同時期各種酶的活性,相比施肥前背景土壤酶的活性,生長中期土壤中脫氫酶、過氧化氫酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均有一定程度的增幅,分別為190.26%,137.61%, 129.25%和32.61%,生長后期的增幅分別為為220.19%,56.67%,5.04%和104.86%.可見施肥可以提高土壤中酶的活性.

3 討論

土壤硝態(tài)氮是高等植物的主要氮素來源,且硝態(tài)氮同化是一個受到高度調(diào)控的過程[16].植物主要以硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的形式從土壤中吸收氮元素.土壤中的氮素來源主要是殘留作物、微生物體的腐敗和氮肥的施加.施肥技術(shù)、光照、溫度、水分、收獲時期和方法等都不同程度地影響了蔬菜中硝態(tài)氮的累積,其中施肥是最主要的因素之一[17].氮肥是影響作物硝態(tài)氮累積的最主要因素之一.任祖淦等[18]的田間實驗結(jié)果表明,氯化銨和硫酸銨處理的蕹菜累積硝態(tài)氮量最低,均值分別為466.7和515.0 mg/kg;尿素、碳酸氫銨、硝酸銨處理的硝態(tài)氮含量依次增大.章家騏[19]對油菜施用尿素、硫銨、硝銨和碳銨4種氮肥的實驗結(jié)果表明,油菜的葉片含量大小為尿素＞碳銨＞硝銨＞硫銨;葉柄含量為尿素＞硝銨＞硫銨＞碳銨.

一般情況下,蔬菜硝態(tài)氮鹽積累量隨氮肥用量的增加而增加.葉菜類蔬菜中以菠菜最為明顯,在施用無機氮肥的各個處理中,無論是中量還是高量的施肥處理,菠菜中硝態(tài)氮形成的高峰均在追肥后10 d出現(xiàn);而茄果類蔬菜中硝酸鹽含量不受氮肥品種和施用量的影響[20].小白菜在施純氮量為0.20,0.40,0.60和0.80 g/kg土時,硝態(tài)氮總量分別比不施氮肥時增加了32.8, 204.7,366.8和326.9 mg/kg,而生長量僅分別增加了4.2,4.4,4.9和3.1倍.由此可見,增加氮肥用量后,累積硝態(tài)氮的增加程度遠大于生長量的增加程度.這種因生長滯后而引起的養(yǎng)分富集效應(yīng)是蔬菜硝態(tài)氮含量和施氮量呈正相關(guān)的主要原因[21].

本研究結(jié)果已充分表明,蕹菜硝態(tài)氮的含量隨復(fù)合化肥使用量的提高而迅速增加,對食用安全構(gòu)成威脅.葉菜類蔬菜,硝態(tài)氮超標現(xiàn)象十分常見,應(yīng)嚴格控制化肥的使用量.本研究結(jié)果還表明,葉菜類蔬菜生長前期(約20 d),亞硝酸鹽和硝酸鹽的積累出現(xiàn)峰值,然后逐漸降低且平穩(wěn).因此,應(yīng)注意蔬菜采摘的時機,避開硝酸鹽和亞硝酸鹽累積的高峰值,以確保食用安全.

施肥方式對蔬菜的生長有顯著影響,施加合理的復(fù)合化肥用量,可增加土壤氮素,顯著提高蔬菜葉綠素含量和各種生化指標.相比之下,施用菜籽餅肥,肥效較緩,對生長的促進作用沒有復(fù)合化肥迅速.

施肥對土壤酶的活性也有顯著影響.施肥可顯著提高土壤脲酶的活性,但會抑制土壤脫氫酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶的活性.在蔬菜生長后期,隨著肥效減弱,土壤酶活性迅速回升.

相比復(fù)合化肥處理,菜籽餅肥處理更能提高蔬菜生長后期土壤酶的活性,特別是脲酶和酸性磷酸酶的活性有了大幅提高,通過增加土壤微生物的活性,促進土壤有機態(tài)氮向有效氮的轉(zhuǎn)化以及有機磷化合物的分解,進而提高土壤氮磷的供應(yīng)水平.

為了保證蔬菜的安全品質(zhì),蔬菜栽培種植應(yīng)該適時適量地使用肥料.綜合考慮蔬菜生長、土壤活動和食用安全,嘗試無機有機復(fù)合肥料可能會有較好效果,最佳配施比例有待進一步探究.

4 結(jié)束語

在復(fù)合化肥處理時,施肥量越多,蕹菜硝態(tài)氮的累積量就越高,且肥料施用量與蔬菜硝酸鹽含量呈極顯著正相關(guān).菜籽餅肥處理可以減少蔬菜硝酸鹽和亞硝酸鹽的累積,從而為安全農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供保證.

在整個蕹菜生長周期中,植株硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)一定的規(guī)律,表現(xiàn)為先上升,至21 d左右達到最大值,然后迅速減少,至54 d后趨于平穩(wěn),且在可食用范圍內(nèi).

復(fù)合化肥處理可以避免蔬菜硝態(tài)氮超量積累,同時可以相對增加植株可溶性蛋白質(zhì)和可溶性總糖的含量,有助于改善植株生長品質(zhì).菜籽餅肥中含有豐富的微量營養(yǎng)元素和有機物,更有利于提高蕹菜中某些酶的活力,從而使蛋白質(zhì)和可溶性總糖含量增加,植株生長更加旺盛.

不同施肥處理后,蕹菜生長后期土壤脫氫酶、過氧化氫酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均顯著高于施肥前的背景土壤.這說明蕹菜生長有利于增加土壤酶活性.菜籽餅肥處理的土壤酶活性顯著高于復(fù)合化肥處理,說明增施有機肥可提高土壤酶活性.酶活性的提高,可以促進植株對土壤中氮磷鉀的吸收,減少土壤營養(yǎng)殘留.菜籽餅肥處理更能促進水解酶的活性,蔬菜長勢更好.

菜籽餅肥通過改善土壤環(huán)境,更加有效地改善了土壤氮素供應(yīng)狀況和過程,提高了土壤供氮能力,同時減少了蔬菜硝態(tài)氮的累積,為作物生長提供了良好的氮素營養(yǎng)條件,獲得了比單施復(fù)合化肥更好的品質(zhì).這說明在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中菜籽餅肥具有廣闊的應(yīng)用前景.

本研究結(jié)果可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的施肥管理提供一定的理論依據(jù),也可以為食品安全提供一定的參考依據(jù).

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In fl uences of di ff erent fertilizer applications on nitrate accumulation in swamp cabbage and soil enzyme activity

CAO Ming-yang1,HU Xue-feng1,YAN Cheng-long1,DAI Hui-hui1, LUO Fan1,TENG Qing1,YANG Min-yong2,WANG Jian3
(1.School of Environmental and Chemical Engineering,Shanghai University,Shanghai 200444,China; 2.Agriculture Service Centre of Jinze Town of Qingpu District,Shanghai 201718,China; 3.Agriculture Service and Promotion Centre of Qingpu District,Shanghai 201700,China)

To study in fl uences of di ff erent fertilizing patterns on nitrate accumulation in swamp cabbage and soil enzyme activity,a fi eld experiment was carried out in the suburb of Shanghai.It includes six di ff erent fertilizer treatments:no-fertilizer control;synthetic chemical fertilizer at 900,1 800 and 2 700 kg/ha respectively;rapeseed cake manure at 2 250 and 4 500 kg/ha respectively.Content of nitrate in the vegetable and the activity of soil enzymes were analyzed throughout the growth period.The results as follows.(1)The more the applied chemical fertilizer,the higher content of nitrate is accumulated in thevegetable.The nitrate content in the vegetable has signi fi cant positive correlation with the amount of chemical fertilizer application(p＜0.01).(2)During the entire growth period, the nitrate content in the vegetable increases quickly at the beginning,reaches maximum after 21 days,then declines sharply and maintains a stable and edible range after 54 days. (3)During the latter stage of growth,activities of soil enzymes including dehydrogenase, catalase,urease and phosphatase are all signi fi cantly higher than those of the background soil,suggesting that the vegetable growth improves soil enzyme activities.Moreover,activities of soil enzymes with cake manure treatments are signi fi cantly higher than those with treatments of synthetic chemical fertilizer,suggesting that application of organic manure can increase the enzyme activities more signi fi cantly.

nitrate;vegetable;fertilizer;cake manure;soil enzyme activity

S 3

A

1007-2861(2015)04-0503-12

10.3969/j.issn.1007-2861.2014.03.006

2014-04-04

國家自然科學(xué)基金重點資助項目(41130526)

胡雪峰(1968—),男,教授,博士生導(dǎo)師,博士,研究方向為土壤環(huán)境、農(nóng)業(yè)生態(tài)等.

E-mail:xfhu@shu.edu.cn