小白菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效施用氮肥的研究

趙長盛 蘇欣 胡承孝 黃魏

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢，430070）

小白菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效施用氮肥的研究

趙長盛 蘇欣 胡承孝 黃魏

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢，430070）

本試驗(yàn)以小白菜為供試材料，通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了氮肥施用量對小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響以及生長期范圍內(nèi)小白菜品質(zhì)隨時(shí)間的變化。結(jié)果表明，施氮量為270 kg/hm2時(shí)，小白菜的產(chǎn)量最高，且與施氮量呈顯著相關(guān)（R2=0.9823）。隨著施氮量的增加，小白菜的硝酸鹽含量、葉綠素指數(shù)、含氮量和含水量逐漸增加；而抗壞血酸（VC）、可溶性糖、可溶性蛋白、可滴定酸含量、糖酸比則逐漸降低。綜合產(chǎn)量和品質(zhì)等各項(xiàng)因素，小白菜的最佳施氮量為180～270 kg/hm2。在整個(gè)生長過程中，小白菜VC、可溶性糖、含水量、葉綠素指數(shù)（SPAD值）為先增加后降低；相對于高氮處理來說，低氮處理的變化較大。

氮肥施用量 小白菜 產(chǎn)量 品質(zhì)

近年來，隨著我國蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，蔬菜種植面積不斷加大。2004年我國蔬菜種植面積達(dá)17650萬hm2，占耕地總面積的11.4%，產(chǎn)量達(dá)5.51億t，是繼谷物之后的第2大種植作物[1]，蔬菜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類營養(yǎng)方面起著重要的作用。隨著人們生活水平的提高，人們對優(yōu)質(zhì)蔬菜的市場需求也日益增加。綠葉蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)與氮肥施用是否合理關(guān)系密切[2～3]。

蔬菜的氮肥施用量一般都要高于糧食作物，除內(nèi)蒙古外，所有省市蔬菜化學(xué)氮肥投入量都在250 kg/hm2以上，有6個(gè)省市還超過400 kg/hm2，而且蔬菜通過有機(jī)肥施入的氮也高于糧食作物，多數(shù)省市蔬菜通過有機(jī)肥施入的氮肥量達(dá)100 kg/hm2。然而，我國化學(xué)氮肥的當(dāng)季利用率僅為30%～35%，氮肥的損失率可能為30%～50%，據(jù)此推算，我國每年從農(nóng)田中損失的氮肥近1000萬t，相當(dāng)于損失近2000萬t尿素[4]。同時(shí)，人們?yōu)榱双@得更高的蔬菜產(chǎn)量，超量施用氮肥，致使土壤養(yǎng)分失衡、產(chǎn)量下降、蔬菜硝酸鹽積累，風(fēng)味變劣，并且對人的健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了潛在的威脅[5]。因此，提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)，降低氮肥的施用量是蔬菜施肥工作者面臨的一道難題。

本試驗(yàn)以小白菜為材料，通過田間試驗(yàn)，對不同氮水平下小白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)以及生長期內(nèi)小白菜品質(zhì)隨時(shí)間的變化進(jìn)行了初步探討，以期為蔬菜的科學(xué)施肥提供理論依據(jù)，從而經(jīng)濟(jì)有效地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2004-2005年在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行，小區(qū)面積16 m2。試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)見表1，以小白菜（Brassica campestrisssp.Pekinensis）為供試蔬菜，品種為上海青；2004年10月22日播種，11月12日第3片真葉出現(xiàn)時(shí)定苗，株距5 cm，行距20 cm；2005年1月4日收獲，全生育期74 d。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)氮水平，各處理氮肥施用量分別為：0，90，180，270，360 kg/hm2，其中基肥占40%，追肥60%，分別在小白菜播種后30 d和50 d分2次追施，每次追30%。各處理的磷、鉀肥用量相同，分別為120 kg/hm2（P2O5）和180 kg/hm2（K2O），并作為基肥一次性施入。試驗(yàn)所用的肥料：氮肥為尿素（N，46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5，12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O，50%）。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。

表1 供試土壤基本農(nóng)化性質(zhì)

圖1 氮肥施用對小白菜產(chǎn)量的影響

圖2 氮肥施用量對小白菜氮肥吸收量（a）和氮肥利用率（b）的影響

1．3 試驗(yàn)方法

收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)采集4．2 m2測定產(chǎn)量，小白菜的產(chǎn)量以鮮質(zhì)量表示，同時(shí)用SPAD儀在小區(qū)內(nèi)均勻選取20個(gè)點(diǎn)測定小白菜的SPAD值，測定部位為從上部開始第1片完全展開葉中部。每個(gè)小區(qū)均勻采取500 g左右植物樣品放入塑料袋中，標(biāo)記密封后放在冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室，用水沖洗干凈，迅速切碎混勻，放入-20℃冰箱中保存，以測定硝酸鹽、VC、可溶性糖、可溶性蛋白、可滴定酸含量等指標(biāo)。同時(shí)，取部分植株樣品放入干凈的信封中放入烘箱，在105℃鼓風(fēng)條件下殺青30 min，然后在60℃下烘干至恒重，用來測定小白菜的含水量和制備小白菜干物質(zhì)樣品。

在小白菜播種后25，39，57 d，每個(gè)小區(qū)取20株（采樣方法同上）測定小白菜VC、可溶性糖、含水量和全氮含量，并且在播種25 d后每周測定1次小白菜葉片SPAD值。

小白菜各項(xiàng)指標(biāo)的測定在采樣后的一周內(nèi)測定完成。全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮，流動分析注射儀測定（FIAstar 5000，F(xiàn)oss公司，瑞典）；VC含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可滴定酸含量采用酸堿中和法；可溶性蛋白含量采用G-250染色法測定；硝酸鹽含量的測定用改進(jìn)的紫外分光光度法[6]；SPAD值用SPAD-502（日本Minolta公司生產(chǎn)）葉綠素采集儀測定。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同氮素水平對小白菜產(chǎn)量的影響

如圖1所示，小白菜施氮量為270 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量最高，為42458 kg/hm2；而對照條件下，小白菜產(chǎn)量僅為4800 kg/hm2，各施氮處理小白菜的產(chǎn)量順序?yàn)椋篘270＞N360＞N180＞N90＞N0。可見，在一定的施氮范圍內(nèi)（0～270 kg/hm2），小白菜產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，但當(dāng)施氮量增加到一定的程度后（＞270 kg/hm2）再增加施氮量，小白菜產(chǎn)量反而降低，這與劉宏斌等[7]的研究結(jié)果一致。在本試驗(yàn)中小白菜產(chǎn)量最高時(shí)，與空白對照相比平均每1 kg氮肥增產(chǎn)115 kg。

在本試驗(yàn)中，小白菜施氮量（X）與產(chǎn)量（Y）的關(guān)系符合一元二次方程：Y＝－0．357X2+230．25X+ 3148．47（R2＝0．9823），由此方程可計(jì)算出當(dāng)施氮量為323．44 kg/hm2時(shí)，小白菜產(chǎn)量最高為40274 kg/hm2，而當(dāng)施氮量高于此值時(shí)，只能造成投入的增加和經(jīng)濟(jì)效益的下降，這與小白菜等葉菜類蔬菜的生長吸收和土壤氮素供應(yīng)的關(guān)系有關(guān)[8]。

2．2 不同施氮水平對小白菜氮素吸收量的影響

由圖2a可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)小白菜氮素的吸收量（Y）隨著氮肥施用量（X）的增加而增加，二者符合一元二次方程：Y＝-0．0006X2+0．4399X+11．86（R2＝0．9985）。當(dāng)施氮量為360 kg/hm2時(shí)，小白菜的氮素吸收量最高，約為92．08 kg/hm2，由方程計(jì)算出的氮素吸收量為92．70 kg/hm2，說明此方程可以模擬菜地中氮肥的吸收量。

表2 收獲時(shí)氮肥施用量對小白菜主要品質(zhì)指標(biāo)的影響

由圖2b可知，不同施氮處理90，180，270和360 kg/hm2中，氮肥的表觀利用率分別為：37.4%，32.7%，28.2%和22.2%，氮肥的利用率隨著氮肥施用量的增加而降低。在施氮量為360 kg/hm2時(shí)，小白菜的氮肥吸收量最高，為92.08 kg/hm2，而氮肥的利用率最低，僅22.2%，說明在此條件下小白菜對氮肥的奢侈吸收導(dǎo)致最高產(chǎn)量與氮肥的最大需求量不一致，造成氮肥的浪費(fèi)。

2.3 施氮量對小白菜品質(zhì)的影響

由表2可知，隨著施氮量的增加，小白菜中硝酸鹽的含量明顯增加，在施氮量為360 kg/hm2時(shí)，硝酸鹽含量達(dá)到5609.38 mg/kg，為對照條件下硝酸鹽含量的20多倍，采用LSD法進(jìn)行多重比較，表明不同施氮水平間硝態(tài)氮含量達(dá)到顯著水平。在本試驗(yàn)中，氮肥施用量增加是小白菜硝酸鹽含量增加的主要原因。隨著氮肥用量的增加，小白菜的SPAD值逐漸增加。對照條件下SPAD值為42.20個(gè)單位，而高氮處理（360 kg/hm2）則達(dá)到57.20個(gè)單位；各施氮處理分別比對照增加：21.09%，27.57%，33.10%，35.55%，除90 kg/hm2處理外，其他3個(gè)處理間沒有顯著性差異。小白菜VC含量以對照的最高，為890.01 mg/kg，在270 kg/hm2處理?xiàng)l件下VC含量明顯低于其他施氮水平，施氮量過多對小白菜VC有負(fù)面影響。小白菜的可溶性糖含量也以對照處理最高，達(dá)到 4.17%，分別比其他處理高 31.11%，58.09%，60.11%和62.40%，施氮處理間差異不顯著。可溶性蛋白以對照處理最高為5.88 mg/g，分別比其他處理高10.98%，23.08%，48.44%，41.04%，在270 kg/hm2時(shí)可溶性蛋白含量達(dá)到最低，除90 kg/hm2處理外，其他3個(gè)處理間沒有顯著性差異。可滴定酸在對照條件下含量最高，為0.183%，分別比其他處理高3.77%，25.00%，34.14%和37.49%，同樣，除90 kg/hm2處理外，其他3個(gè)處理間沒有顯著性差異。糖酸比在對照處理?xiàng)l件下最高，為22.97，分別比其他4個(gè)施氮處理高24.84%，25.66%，17.65%和17.4%，不同處理間差異不顯著。小白菜含水量在一定施氮量范圍內(nèi)隨著施氮量的增加而增加，在270 kg/hm2時(shí)達(dá)到最大值，為93.77%，隨后隨施氮量增加含水量下降。這可能就是VC和可溶性蛋白含量在施氮量為270 kg/hm2時(shí)最低的原因之一，由于稀釋作用而使其含量降低。小白菜干物質(zhì)含氮量隨著施氮量的增加而增加，但增加到一定水平后變化不明顯，不同氮肥處理含氮量分別比對照處理高出14.25%，43.22%，71.75%和62.75%，在施氮量為270 kg/hm2時(shí)小白菜干物質(zhì)含氮量最高，這可能與在適合的氮肥施用量下，小白菜對氮肥的利用轉(zhuǎn)化率較高有關(guān)。

綜上所述，隨著施氮量的增加小白菜中硝酸鹽含量，干物質(zhì)含氮量和SPAD值逐漸增加，而VC、可溶性糖、可溶性蛋白和可滴定酸含量則顯著下降。由此可知，氮肥水平較低時(shí)，施用氮肥對改進(jìn)提高小白菜品質(zhì)有利，但過量施用氮肥反而使小白菜品質(zhì)下降。因此控制氮肥施用量是改善小白菜品質(zhì)的主要措施之一。

2.4 不同施氮水平下，小白菜品質(zhì)隨時(shí)間的變化

如圖3a所示，在整個(gè)生長期內(nèi)各處理小白菜VC含量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在39 d時(shí)達(dá)到最高值，隨后各處理的變化不同，但總體呈現(xiàn)下降趨勢。處理270 kg/hm2下降最快，收獲時(shí)VC含量最低；對照和90 kg/hm2處理VC含量要高于其他3個(gè)施氮處理；180 kg/hm2處理和360 kg/hm2處理在39 d時(shí)下降，但57 d后略有上升。綜上所述，施用氮肥能降低小白菜中VC含量，并且隨產(chǎn)量的增加而降低。在本試驗(yàn)中小白菜產(chǎn)量與VC的含量呈顯著性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為：r=-0.8786（n=14，r0.01=0.623）。

由圖3c可知，可溶性糖含量在整個(gè)生長期內(nèi)，對照、90 kg/hm2和180 kg/hm2處理均為先增加后降低，并且降低的幅度隨著產(chǎn)量的增加逐漸減小，在57 d時(shí)小白菜可溶性糖含量最高，并且可溶性糖含量高于270，360kg/hm2兩個(gè)處理；270，360kg/hm2處理可溶性糖含量隨時(shí)間推移不斷上升，但兩處理間差異不顯著。

圖3 不同施氮水平下小白菜VC（a）、SPAD值（b）、可溶性糖（c）、含水量（d）、干物質(zhì)含氮量（e）和硝態(tài)氮含量（f）隨時(shí)間的變化

小白菜SPAD值在生長期內(nèi)先增加后降低，并且高氮肥處理SPAD值要高于低氮肥處理，說明氮肥水平對小白菜SPAD值影響較大（圖3b）。小白菜含水量不同處理間變化不同，對照處理一直呈現(xiàn)下降趨勢，其他施氮水平變化基本上呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，最高值出現(xiàn)在播種后57 d，其中270 kg/hm2處理含水量最高，180，360 kg/hm2處理次之，但差異很小，這說明氮肥施用量在一定范圍內(nèi)能增加小白菜對水分的吸收，過量施用則抑制對水分的吸收（圖3d）。小白菜干物質(zhì)含氮量在對照和90kg/hm2兩個(gè)處理中呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，而其他3個(gè)施氮處理，則一直呈現(xiàn)下降趨勢（圖3e）。硝酸鹽含量在低氮處理（對照，90，180 kg/hm2）時(shí)隨時(shí)間的推移而降低，而高氮處理（270，360 kg/hm2）則上升（圖3f）。

3 討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，氮素水平較低時(shí)，小白菜產(chǎn)量隨著氮肥供應(yīng)量的增加而增加，但當(dāng)?shù)适┯昧窟_(dá)到一定程度后，繼續(xù)增加施氮量小白菜生長會受到抑制，產(chǎn)量下降。小白菜在施氮量為270 kg/hm2時(shí)小白菜的產(chǎn)量最高，與對照相比每 1 kg氮肥增產(chǎn)115 kg。小白菜產(chǎn)量與氮肥施用量符合方程Y=-2891.5X2＋26505X-20465（R2=0.9823），而小白菜氮肥吸收量與氮肥施用量符合方程Y＝-0.0006X2+0.4399X+ 11.86（R2＝0.9985）。由二次方程計(jì)算得出，施氮量為323.44 kg/hm2時(shí)小白菜產(chǎn)量最高，此時(shí)氮肥的利用率為24.51%，高于氮肥施用量為360 kg/hm2時(shí)的產(chǎn)量和氮肥利用率。由此可知，在氮過量的情況下，小白菜的生長會受到嚴(yán)重抑制。王朝輝等[9]也認(rèn)為氮肥是獲得蔬菜作物高產(chǎn)的保證，但是氮肥施用量過高反而降低增產(chǎn)效益，甚至引起減產(chǎn)。

小白菜對氮肥的吸收隨著氮肥施用量的增加而增加，試驗(yàn)中在施氮量為360 kg/hm2時(shí)小白菜對氮肥的吸收量達(dá)到最高。小白菜對氮肥的吸收效應(yīng)與產(chǎn)量效應(yīng)相似，但出現(xiàn)峰值要晚，說明小白菜對氮肥有明顯的奢侈吸收現(xiàn)象。由模擬方程計(jì)算出小白菜在施氮量為367.70 kg/hm2時(shí)氮肥吸收量最高，為92.73 kg/hm2，氮肥利用率為21.88%。而超過此氮肥施用量，氮肥的利用率則隨著施氮量的增加而減小。由此可以看出，供應(yīng)充足的氮素是滿足小白菜正常生長獲得較高產(chǎn)量的保證，而過高的氮素供應(yīng)易造成植物的奢侈吸收、增產(chǎn)幅度和經(jīng)濟(jì)效益下降，甚至造成減產(chǎn)，這與國內(nèi)的許多試驗(yàn)結(jié)果相吻合[10～11]。

對小白菜收獲時(shí)品質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，其硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而顯著增加，當(dāng)施氮量達(dá)到一定程度后，繼續(xù)增加施氮量小白菜的產(chǎn)量減少，而硝酸鹽含量持續(xù)增加，這體現(xiàn)了葉菜類蔬菜累積硝酸鹽的典型特點(diǎn)。本試驗(yàn)中，小白菜硝酸鹽含量在施氮量為270 kg/hm2時(shí)已超過國家葉菜類蔬菜硝酸鹽控制標(biāo)準(zhǔn)≤3000 mg/kg（GB19338-2003）。陶正平等[12]對不同氮素水平下小白菜硝酸鹽含量的研究中也得出了相同的結(jié)論。Mccall等[13]曾研究發(fā)現(xiàn)，氮素是引起硝酸鹽含量增加的主要因素，因此硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而增加。小白菜葉片SPAD值與施氮量的變化趨勢相同，但是后3個(gè)氮肥處理間差異不顯著，說明當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平后葉綠素的含量變化不再明顯。小白菜干物質(zhì)含氮量變化與SPAD值變化類似，當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平后氮素含量變化不再明顯，并有下降趨勢。可溶性糖、可溶性蛋白、VC、可滴定酸含量、糖酸比均隨著施氮量的增加而降低，并且高氮處理間差異不顯著，這與胡承孝等[14]對小白菜，孫興祥等[15]對菠菜，孫小鳳[16]對油白菜，孫彭壽等[17]對大白菜等的研究結(jié)果相似，主要是由于施氮量的增加使植株生長快，代謝旺盛，稀釋效應(yīng)引起上述品質(zhì)指標(biāo)的下降。Chapagain B P等[18]也曾報(bào)道氮肥施用量過多可能導(dǎo)致蔬菜抗病、抗逆性以及品質(zhì)的降低。XU H L等[19]則認(rèn)為單純的施用化肥已達(dá)不到葉菜類蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的要求，配合施用有機(jī)肥則會取得較好的效果。可見，氮肥施用量增加不僅不能提高蔬菜的品質(zhì)反而引起品質(zhì)的下降。

在整個(gè)生長期內(nèi)，小白菜的VC、可溶性糖以及SPAD值出現(xiàn)先增加后降低的趨勢，低氮肥處理的增長趨勢要高于高氮處理，并且在生長后期隨著溫度的降低，低氮肥處理下降較快，而高氮肥處理出現(xiàn)不變或略有上升的趨勢，說明低溫能在一定程度上提高氮水平下小白菜的品質(zhì)。對小白菜不同生長期內(nèi)含水量和干物質(zhì)含氮量的分析表明，高氮肥處理小白菜含氮量和含水量變化不大，而低氮肥處理變化較明顯。硝酸鹽含量表現(xiàn)為，在低氮處理時(shí)隨時(shí)間推移含量下降，高氮處理則對硝態(tài)氮持續(xù)吸收，這可能是在低氮水平下小白菜體內(nèi)硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)的原因。

綜上所述，在小白菜生產(chǎn)過程中，合理施用氮肥及適時(shí)的采收，既能保證蔬菜產(chǎn)量，也能達(dá)到高品質(zhì)的要求。在本試驗(yàn)中綜合產(chǎn)量和品質(zhì)等各項(xiàng)因素，秋季小白菜氮肥施用量為180～270 kg/hm2，小白菜收獲的時(shí)期應(yīng)在小白菜播種后60 d左右。

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Study on Nitrogen Application for High Yield and Excellent Quality in Chinese Cabbage

ZHAO Changsheng,SU Xin,HU Chengxiao,HUANG Wei
(College of Resources and Environment,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070)

The effect of nitrogen on the yield and quality was studied in Chinese cabbage (Brassica campestris ssp. Pekinensis).The results showed that the yield of Chinese cabbage was the highest in the level of 270 kg/hm2,and there was second correlation between the yield and nitrogen applied (R2=0.9823).The SPAD value and the nitrate,total nitrogen and water content was increased with the nitrogen applied,however the soluble sugar,soluble protein,titratable acid contents and sugar-acid ratio was decreased.As a result the optimal nitrogen applicant was 180-270 kg/hm2.The contents of VC,soluble sugar,water and SPAD value were increased at first and thereafter reduced.And the high nitrogen treatments changes greatly than low nitrogen treatments.

Nitrogen applied;Chinese cabbage;Yield;Quality

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.025

國家“948”項(xiàng)目“氮淋失預(yù)測模型引進(jìn)及其在菜地氮營養(yǎng)管理上的應(yīng)用”（2003-z54）資助。

趙長盛（1980-），男，博士，主要從事菜地中氮素運(yùn)移方面的研究

胡承孝，通信作者，電話：027-87287044。E-mail：hucx@mail.hzau.edu.cn

2009-01-03