不同施氮水平對無土栽培白菜生長及氮肥利用率的影響

張苗 陳偉 嚴(yán)少華

摘要：無土栽培目前已成為我國農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容，是發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的新途徑，但不論是有機(jī)生態(tài)型的無土栽培還是其他種類基質(zhì)的無土栽培通常會(huì)出現(xiàn)植物營養(yǎng)失調(diào)的問題。利用有機(jī)無機(jī)復(fù)配的無土栽培基質(zhì)進(jìn)行白菜[Brassica campestris L. ssp. Chinensis （L.） Makino]的栽培試驗(yàn)，并于栽培中期追施不同量的氮肥，觀察不同施氮水平對白菜生長狀況、產(chǎn)量以及氮肥利用率的影響。結(jié)果表明，在栽培中期施入一定量的氮肥可以促進(jìn)白菜的生長且能夠在一定程度上提高白菜的產(chǎn)量，1.25、2.50、3.75 g/kg氮肥施用量處理的白菜產(chǎn)量分別比不追施氮肥處理提高18.91%、28.07%、26.80%;隨著施肥量的增加植株總氮、總磷含量提高，而總鉀含量在氮肥施用量高于2.5 g/kg后則有所降低;氮肥施加能夠在一定程度上降低亞硝酸鹽的含量，但卻提高了硝酸鹽的含量，而還原糖的含量在尿素施入量高于1.25 g/kg后逐漸降低;1.25、2.50、3.75 g/kg氮肥施用量下的氮肥利用率分別為73.82%、68.09%、62.77%，表明隨著氮肥施入量的增加其利用率反而逐漸降低，所以栽培過程中的氮肥施用量需要合理添加才能兼顧植株的生長以及肥料的利用率。結(jié)果可為無土基質(zhì)栽培的合理施用氮肥提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：基質(zhì)栽培;白菜;氮肥;促生;氮肥利用率

中圖分類號(hào)： S634.306? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）12-0186-04

無土栽培技術(shù)于19世紀(jì)60年代被提出，經(jīng)過100多年的研究和發(fā)展，特別是最近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，無土栽培技術(shù)的發(fā)展非常迅速。我國對無土栽培這一高新農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究與應(yīng)用雖起步較晚，但在短短的30多年中已有系統(tǒng)的研究，并在生產(chǎn)上得到逐步推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)的土壤栽培相比，無土栽培方法不僅能夠有效避免土壤土傳病蟲害及連作障礙，而且具有節(jié)水、節(jié)肥以及生產(chǎn)可控性高等優(yōu)點(diǎn)[1]，隨著蔬菜無土栽培在全國的興起，相關(guān)研究也越來越受到重視，已成為如今發(fā)展無公害綠色蔬菜生產(chǎn)的可靠途徑。

按照植物根系生長環(huán)境是否有固體基質(zhì)的存在，將無土栽培分為固體基質(zhì)栽培和無固體基質(zhì)栽培（水培、氣培等）2類[2]，其中固體基質(zhì)栽培是無土栽培的主要形式。本研究所采用的基質(zhì)為有機(jī)無機(jī)混合型基質(zhì)，其自身鈣（Ca）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）等微量元素的轉(zhuǎn)化釋放基本可滿足作物對元素的吸收利用，但是氮、磷、鉀這類大量元素則難以單靠基質(zhì)本身的養(yǎng)分釋放來滿足作物需求，尤其在作物需要養(yǎng)分的高峰期時(shí)[3]。而這些大量元素的不足會(huì)導(dǎo)致作物生理機(jī)能失調(diào)，造成不正常的生長與發(fā)育，從而使作物外部形態(tài)、局部或整體表現(xiàn)出異常的癥狀，輕者影響作物的生育進(jìn)程，重者導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)乃至絕收，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益[4]。因此及時(shí)追施一定量的無機(jī)肥，利用無機(jī)化肥養(yǎng)分集中、肥效快的特點(diǎn)，能夠有效緩解這些癥狀，達(dá)到補(bǔ)充作物所需養(yǎng)分的目的。

本試驗(yàn)利用有機(jī)無機(jī)物料復(fù)配的固體基質(zhì)進(jìn)行白菜[Brassica camestris L. ssp. chinensis （L.） Makino]的盤式栽培，在白菜的生長中期追施不同量的氮肥（尿素），觀察在基質(zhì)盤式栽培模式條件下不同施氮水平對白菜生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用率等的影響，旨在為無土基質(zhì)栽培的合理施用氮肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試基質(zhì)由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動(dòng)物科學(xué)基地堆肥廠生產(chǎn)，基質(zhì)基本理化性質(zhì)為pH值6.50，電導(dǎo)率（EC值） 2.35 mS/cm，容重0.22 g/cm3，總孔隙度83.35%，通氣孔隙度12.12%，有機(jī)質(zhì)含量39.89%，總氮含量1.27%，總磷含量0.38%，總鉀含量1.13%，堿解氮含量 0.92 g/kg，速效磷含量0.85 g/kg，速效鉀3.2 g/kg。供試白菜品種為夏賞味2號(hào)青梗菜。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基質(zhì)栽培試驗(yàn)于2016年3—4月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動(dòng)物科學(xué)基地栽培大棚內(nèi)進(jìn)行。白菜的無土栽培試驗(yàn)在內(nèi)徑為52 cm×34 cm×7 cm的藍(lán)色周轉(zhuǎn)箱中進(jìn)行。向周轉(zhuǎn)箱中加入1.6 kg（干質(zhì)量）基質(zhì)，厚度約4 cm，基質(zhì)鋪平整，均勻撒入白菜種子，共20盤。隨機(jī)分成4組，測定白菜播種后14、21 d的株高、SPAD值、葉面積等促生指標(biāo)。

在播種后21 d時(shí)對不同處理追施氮肥（尿素）。試驗(yàn)處理T1（對照）：不追施氮肥;T2：基質(zhì)追施氮肥1.25 g/kg（干質(zhì)量）;T3：基質(zhì)追施氮肥2.50 g/kg（干質(zhì)量）;T4：基質(zhì)追施氮肥3.75 g/kg（干質(zhì)量），氮肥追施方式為將肥料溶于水中均勻噴灑于不同的處理基質(zhì)中，各處理氮肥噴施結(jié)束后噴灑1次清水。分別測定施肥追施氮肥后7、14 d即白菜播種后28、35 d時(shí)的株高、SPAD值、葉面積等促生指標(biāo)。播種后35 d，測定各處理每盤白菜的產(chǎn)量，并采樣測定各處理白菜品質(zhì)（硝酸鹽、亞硝酸鹽、可溶性還原糖含量）以及基質(zhì)的理化性狀。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

pH值、EC值的測定：將基質(zhì)樣品與去離子水1 ∶ 5（質(zhì)量比）混合，于水平搖床上振蕩40 min，靜置過濾測定pH值、EC值?；瘜W(xué)指標(biāo)采用常規(guī)測定方法[5]進(jìn)行測定，總氮、總磷、總鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮后分別測定;堿解氮含量采用Zn-FeSO4還原擴(kuò)散吸收法測定;速效磷含量采用 0.15 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量采用1.0 mol/L CH3COONH4浸提，火焰光度法測定;有機(jī)質(zhì)含量采用燒濕法測定。

白菜中硝酸鹽含量采用水楊酸-硫酸法測定，亞硝酸鹽含量采用紫外可見分光光度法測定，可溶性還原糖含量采用苯酚-硫酸法測定。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與處理

氮吸收量、氮肥利用率計(jì)算方法為氮吸收量=干物質(zhì)量×氮含量;

氮肥利用率=[（施氮處理地上部分氮吸收量-不施氮處理地上部分氮吸收量）/施氮量]×100%。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，使用最小顯著差異法檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥施肥量對白菜生長的影響

不同氮肥施用量對白菜株高、SPAD值、葉面積的影響見圖1，未施肥前各處理間的株高、SPAD值、葉面積均無顯著差異。施肥后植株的株高、SPAD值和葉面積均有所提高，但株高變化較小，可能與所使用白菜品種有關(guān)。白菜生長至28 d時(shí)，即施肥后7 d，追施氮肥的處理T2、T3、T4的株高有所增加，并且顯著高于對照處理T1;施加氮肥后植株的SPAD值顯著提高，未施肥對照處理的SPAD值有所下降，說明植物已處于氮素缺乏的階段;追施氮肥的3個(gè)處理T2、T3、T4植株葉面積亦顯著高于對照處理T1，但是不同施肥量處理之間株高、SPAD值和葉面積無顯著差異。白菜生長至35 d時(shí)，即施肥后14 d，施加氮肥的處理T2、T3、T4的株高、SPAD值和葉面積較施肥后7 d無較大變化，但各項(xiàng)促生指標(biāo)仍顯著高于對照處理T1，而不同施肥量間植株的株高和SPAD值無顯著差異，生長至35 d時(shí)T4處理的葉面積顯著高于T2、T3處理。

2.2 不同施氮量對白菜產(chǎn)量以及植株氮、磷、鉀含量的影響

由圖2可知，播種后35 d，施加氮肥處理的白菜產(chǎn)量顯著高于對照處理，T2、T3、T4處理白菜產(chǎn)量分別比對照處理提高18.91%、28.07%、26.80%，不同施肥量之間，即T2、T3、T4處理之間產(chǎn)量差異不顯著。

白菜植株氮、磷、鉀含量見圖3，由圖3-A可知，T1、T2、T3、T4處理的植株總氮含量分別達(dá)為2.37%、2.85%、3.64%、4.57%，施氮肥的3個(gè)處理總氮含量均比對照處理高，植株總氮含量隨著氮肥施用量的增加而呈現(xiàn)增加的趨勢，不同處理間均存在顯著差異;由圖3-B可知，T2處理植株總磷含量與對照處理差異不顯著，T3、T4處理總磷含量顯著高于T2、T1處理;植株總鉀含量變化幅度較小，T3處理的總鉀含量最高，對照處理總鉀含量顯著低于其他3個(gè)施肥處理（圖3-C）。

2.3 不同施氮量對白菜品質(zhì)的影響

氮肥施加對白菜品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，不同處理白菜亞硝酸鹽、硝酸鹽、還原糖含量見圖4。從圖4-A可以看出，T1、T2、T3、T4處理亞硝酸鹽含量分別為2.30、1.93、2.07、1.91 mg/kg，未施氮肥的T1處理植株中亞硝酸鹽含量顯著高于T2、T3、T4 3個(gè)施肥處理，T3處理的亞硝酸鹽含量顯著高于T2、T4處理，T2處理與T4處理亞硝酸鹽含量差異不顯著。

從圖4-B可以看出，硝酸鹽含量隨著氮肥施用量的增加而逐漸上升，T1、T2、T3、T4處理硝酸鹽含量分別為536.96、644.35、662.63、836.29 mg/kg，T2、T3、T4處理分別比對照處理硝酸鹽含量分別提高了20.00%、23.40%、55.75%，T4處理硝酸鹽含量顯著高于其他處理，表明氮肥施用量增加在一定程度上提高了植物中硝酸鹽含量。不同處理還原糖含量見圖4-C，T2處理植株中的還原糖含量最高，達(dá)62.52 g/kg，T3處理還原糖含量低于T2處理但高于T4處理，即隨著施肥量的增加植株的還原糖含量逐漸下降，不施肥的對照處理還原糖含量最低，為51.36 g/kg。

2.4 不同施氮量對栽培結(jié)束后基質(zhì)理化性狀及氮肥利用率的影響

栽培結(jié)束后，即播種35 d后，基質(zhì)理化性狀及不同處理的氮肥利用率見表1。種植結(jié)束后基質(zhì)的pH值均有所升高，且各處理間pH值差異較小;EC值的變化趨勢則相反，均有較大程度的降低，不同處理降低幅度有一定的差異，T1、T2、T3、T4處理EC值比種植前分別下降了1.58、1.84、1.63、1.71 mS/cm。不同處理基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量均有小幅度下降，T1、T2、T3、T4處理比種植前分別下降2.94、1.55、2.50、2.18百分點(diǎn)?；|(zhì)中不同養(yǎng)分的含量也均有所降低，降低幅度有一定差異，T1、T2、T3、T4處理總氮含量比種植前分別下降0.39、0.34、0.35、0.35百分點(diǎn);T1、T2、T3、T4處理總磷含量比種植前分別下降0.09、0.07、0.06、0.07百分點(diǎn);T1、T2、T3、T4處理總鉀含量比種植前分別下降0.23、0.23、0.21、0.25百分點(diǎn);速效養(yǎng)分中速效磷、堿解氮含量比種植前均有所下降，下降范圍在0.10～0.21 g/kg，對照處理的堿解氮下降量總體大于其他施肥處理，速效鉀的含量下降幅度均大于 2.5 g/kg，氮肥施用量最高的T4處理速效鉀含量降低幅度達(dá)2.86 g/kg，為4個(gè)處理中下降量最高的。T2、T3、T4處理氮肥利用率分別為73.82%、68.09%、62.77%，氮肥利用率隨著施肥量的增加而逐漸降低。

3 討論與結(jié)論

近年來，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)村種植業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)得到了較大發(fā)展。無土栽培是世界設(shè)施農(nóng)業(yè)中廣泛采用的一種技術(shù)，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要措施，滿足當(dāng)今對可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，能夠有效緩解農(nóng)業(yè)環(huán)境污染和生態(tài)惡化。無土栽培基質(zhì)-蔬菜系統(tǒng)內(nèi)養(yǎng)分平衡狀況是影響基質(zhì)使用效果的一個(gè)重要因素[6]，在生產(chǎn)實(shí)際中，即使是營養(yǎng)型無土栽培基質(zhì)，考慮到養(yǎng)分利用率、基質(zhì)成本以及養(yǎng)分流失對環(huán)境的污染，其養(yǎng)分也不宜大量盈余，所以對于不同種類的蔬菜在無土栽培期間，需要根據(jù)吸肥特性及基質(zhì)養(yǎng)分供應(yīng)性能，采用單肥施用技術(shù)適時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分，使養(yǎng)分得到更合理高效的利用。

本試驗(yàn)在白菜生長中期施用一定量的氮肥，可顯著促進(jìn)白菜的生長，結(jié)果表明，增設(shè)氮肥能夠使SPAD值有所提高，其中白菜葉片的SPAD值以處理T4最高。氮素是合成植株體內(nèi)葉綠素、蛋白質(zhì)、核酸和酶等多種化合物的重要元素，這些化合物參與了植株體內(nèi)的代謝過程，從而影響植株的生長發(fā)育。葉片中葉綠素含量的高低在很大程度上反映了植株的生長狀況和葉片的光合能力[7]，而SPAD值是衡量植株葉綠素含量的相對參數(shù)，本試驗(yàn)結(jié)果在一定程度反映了添加一定量的氮肥能夠提高植株葉片中葉綠素的含量和植株的光合能力。合理施用氮肥能夠提高植株產(chǎn)量，本試驗(yàn)中，在一定范圍內(nèi)隨著氮肥添加量的增加白菜的產(chǎn)量有所增加，但是尿素施加量達(dá)到3.75 g/kg時(shí)白菜的產(chǎn)量則有所下降，所以當(dāng)施用的氮肥超過一定范圍后，反而會(huì)出現(xiàn)一定負(fù)向影響。楊麗娟等研究表明，隨氮肥施用量的增加，油菜產(chǎn)量呈上升趨勢，當(dāng)肥料用量提高到一定程度時(shí)，繼續(xù)提高施氮量對提高產(chǎn)量的作用明顯降低，造成肥料的浪費(fèi)[8]。肖厚軍等研究表明，氮是產(chǎn)量的主要限制因子，大白菜產(chǎn)量只在一定氮肥用量水平范圍內(nèi)隨施氮量的增加而增加，超過一定水平后則開始下降[9]。

蔬菜品質(zhì)會(huì)直接影響其本身的價(jià)值、加工利用以及對人體的健康，因此，蔬菜生產(chǎn)的基本目標(biāo)應(yīng)不僅僅在于獲得較高的產(chǎn)量，而且要獲得優(yōu)良的品質(zhì)。本研究結(jié)果表明，化學(xué)氮肥的施用提高了白菜硝酸鹽的含量，施肥量越高硝酸鹽含量越高，而亞硝酸鹽與硝酸鹽的含量變化相反，其含量有所下降。硝酸鹽含量是評價(jià)蔬菜衛(wèi)生品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[10]。相關(guān)研究表明，蔬菜對硝酸鹽的積累除與生物學(xué)特性、光照、濕度等有關(guān)外，還與栽培基質(zhì)中氮營養(yǎng)水平、氮素形態(tài)及各種營養(yǎng)狀況等有關(guān)，過量施用氮肥會(huì)造成蔬菜硝態(tài)氮吸收和還原轉(zhuǎn)化的不平衡，而這也是造成硝態(tài)氮積累的根本原因[11-15]。本試驗(yàn)中白菜硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而增加，所以適量的施氮量對其積累有很大影響?？扇苄蕴呛渴侵参矬w內(nèi)碳素營養(yǎng)狀況、農(nóng)產(chǎn)品口感及品質(zhì)性狀的重要指標(biāo)之一，它也與采摘后農(nóng)產(chǎn)品的保鮮期和植物抗凍能力有關(guān)，植物為了適應(yīng)逆境條件，如干旱、低溫等，會(huì)通過主動(dòng)積累一些可溶性糖來降低滲透勢和冰點(diǎn)，以適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化[16]。合適的還原糖含量有利于提高產(chǎn)品口感、儲(chǔ)存性等。通常施氮量超過一定水平后植株中還原糖含量下降[17-18]，本試驗(yàn)中施氮量超過1.25 g/kg時(shí)白菜還原糖含量隨著施氮量增加而降低。

化學(xué)氮肥的利用率通常會(huì)隨著化學(xué)氮肥施用量的增加而降低[19]，但白菜產(chǎn)量和品質(zhì)在一定施氮量的條件下會(huì)隨化學(xué)氮肥施用量的增加而上升，如單純從化學(xué)氮肥利用率的角度考慮，化學(xué)氮肥施用量越少越好，但是也會(huì)降低蔬菜的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。因此，在綜合考慮各個(gè)方面的因素后，選擇每盤1.25 g/kg的施氮量，可以兼顧肥料利用率、產(chǎn)量與品質(zhì)等因素。

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