β—環糊精—尿素控釋肥對大白菜產量及硝酸鹽含量的影響

摘要：對自行研制的β-環糊精-尿素控釋肥進行田間試驗，研究控釋尿素對大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）的產量、硝酸鹽含量的影響。結果表明，在尿素相同用量處理下，控釋尿素可以顯著提高大白菜產量和降低硝酸鹽含量。與普通尿素一次性施用相比，控釋肥料處理產量增加21.42%～30.76%，硝酸鹽含量降低9.74%～29.47%。

關鍵詞：β-環糊精-尿素；控釋肥；大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）；產量；硝酸鹽

中圖分類號：S634.1；S145.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）22-5565-04

Abstract： The field experiment with the self-developed β-cyclodextrin-urea controlled-release fertilizer had been done to study effect of the controlld-urea on Chinese cabbage（Brassica campestris L. ssp. pekinensis） output and nutrate content. The results showed that Chinese cabbage output could be significantly increased while the content of nitrate reduced when processed with the same amount of urea. Compared with one-time application of normal urea， controlled-release fertilizers could increase Chinese cabbage output by 21.42%～30.76% and reduce the content of nitrate by 9.74%～29.47%.

Key words：β-cyclodextrin-urea； controlled-release fertilizer； Chinese cabbage（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）；output； nitrate

大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）為葉菜類蔬菜，根系分布淺，生長周期短，整個生育期內對肥水尤其是氮素要求較高，生產中過量施用氮肥現象普遍。而過多施氮，將導致蔬菜中硝酸鹽含量超標，降低其品質，同時也會造成土壤和水體嚴重污染[1-7]。

李曙軒等[8]認為，大白菜的產量決定于單株葉球重，葉球重又與葉片數目密切相關。耿麗華等[9]認為，構成大白菜產量的主要是蓮座葉和球葉，幼苗葉與單株重沒有顯著關系，如果前期肥水過大，會造成幼苗葉貪青，影響養分向球葉運轉，不足則會導致早衰，對產量的形成不利。為了保證大白菜在整個營養生長期對肥水的需求，目前生產上常采用多次施肥的方法，但這會加大成本。因此，研究一種能一次性施用，滿足大白菜整個生育期對養分的需求，同時對環境不會造成危害的控釋肥料尤為重要。

控釋肥料是指采用聚合物包膜，定量控制養分釋放數量和釋放期，使養分供應與作物各生育期需肥規律吻合的包膜肥料[10]?？蒯尫柿峡朔顺Ｒ幏柿系娜秉c，對農業的可持續發展具有重大意義。20世紀80年代，控釋肥料成為國外新型肥料的研究熱點[11]，國內也在21世紀初開展了控釋肥研制與應用研究。目前市場上控釋肥料所使用的包膜材料多為聚烯烴、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、醇酸樹脂等人工合成的高分子材料，它們有的在土壤中降解速度很慢，容易造成環境污染；有的價格貴，難以推廣。

環糊精（cyclodextrin，簡稱CD）是由環糊精葡萄糖轉移酶（CGTase）作用于淀粉得到的一組環狀低聚糖，由6～12個吡喃葡萄糖單元以α-1，4糖苷鍵聯結而成，其中由7個吡喃葡萄糖單元組成的為β-CD。β-CD內徑0.78 nm，外徑1.53 nm，高0.78 nm，腔內體積約0.37 nm3，分子形狀為去頂的空心圓錐體，空腔內側呈疏水性，外腔呈親水性[12-14]。環糊精的分子空腔結構可選擇性地結合各種有機小分子或離子，形成包合物，并且可根據環境變化來緩慢釋放有機小分子或離子[15]，環糊精作為包膜材料，本身也可被土壤微生物緩慢降解。廖文菊等[16]認為β-CD包合尿素后，尿素的釋放速度受環境中尿素本底濃度的影響，濃度低時釋放多，反之則釋放少。

本研究將環糊精作為包膜材料制成的控釋尿素用于大白菜生產，通過田間試驗，研究不同用量的β-環糊精-尿素控釋肥料對大白菜產量和硝酸鹽含量的影響， 以期為大白菜的高產、優質生產環境可持續發展提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

田間試驗于2014年7～9月在瀘定縣新興鄉甘孜州大白菜示范栽培基地進行，該地海拔1 950 m，年均溫10.1 ℃，年均降水量1 200 mm，無霜期240 d。土壤為山地棕壤，質地為中壤土。當地習慣施肥每棵折算為過磷酸鈣5.0 g、氯化鉀1.5 g、尿素6.0 g。試驗進行前取土樣分析基本理化性質：pH 6.5、有機質8.5 g/kg、全氮0.102 g/kg、堿解氮93 mg/kg 、全磷0.16 g/kg、速效磷46 mg/kg、全鉀20 g/kg、速效鉀64 mg/kg 。室內試驗在四川民族學院環境與生命科學系分析實驗室進行。

1.2 試驗材料

試驗大白菜品種為當地廣泛種植的“四季霸王”，供試肥料為當地市售過磷酸鈣（P2O5 14%）、氯化鉀（K2O 53%）、尿素（N 42%）。β-環糊精由成都科龍化工試劑廠生產，分子量為1 134.98?？蒯尫视谑┯们霸谒拇褡鍖W院分析實驗室自制：β-環糊精與尿素的質量比為3∶1，充分混勻后于研缽中研磨2 h。

1.3 試驗設計與方法

試驗共設7個處理，尿素用量水平及設計見表1，每個處理按當地習慣施磷肥每棵5.0 g、鉀肥1.5 g。CK為對照，U3、U6、U9處理為當地尿素習慣用量的0.5、1.0、1.5倍，即每棵施尿素3、6、9 g，CDU3、CDU6、CDU9為尿素含量為3、6、9 g的控釋肥處理。每個處理設3次重復，隨機區組排列。每個處理一次重復為一個小區，小區面積12 m2（3 m×4 m），小區之間間隔0.6 m，窩距0.5 m，行距0.5 m，采取育苗移栽薄膜覆蓋方法。2014年7月5日育苗，7月19日選取大小一致的苗移栽，移栽時按照每棵所需肥料準確稱取一次性穴施，肥料距根系10 cm，施肥后覆土5 cm，生長期內進行常規的水分管理和病蟲害防治，2014年9月20日收獲。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 大白菜產量指標測定 考慮邊際效應，在每個小區中間兩行隨機6棵標記好進行測定。在蓮座末期統計蓮座葉片數，在結球末期測定葉球高度、葉球直徑，收獲后統計大于2 cm球葉數，測定單株葉球重。

1.4.2 大白菜品質的測定 收獲時每小區隨機選取3棵， 每棵用不銹鋼刀縱切取可食部分的1/6，剪碎后混勻，立即用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量，用2，6-二氯酚靛酚滴定法測VC含量，用蒽酮比色法測還原性糖[17]。

1.4.3 數據統計方法 試驗采用Excel 2007和SPSS 19.0進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對大白菜產量構成因素的影響

尿素為中性速效氮肥，在25 ℃條件下，施入土壤后3 d可以完全分解成碳酸銨，造成氨的揮發損失。所以氮肥一次性施用對作物產量的影響有限。不同施肥處理對大白菜產量構成因素的影響見表2。

由表2可知，施氮肥對大白菜產量構成因素有不同的影響，各個處理的大白菜蓮座葉片數、葉球高、葉球外圍周長、大于2 cm球葉數都高于對照，這說明施氮肥能提高大白菜產量。

就蓮座葉片數來看，與對照相比，施氮肥蓮座葉片數增加，且差異顯著。隨著氮肥用量的增加，葉片數逐漸增加，U3處理比對照增加33.33%，差異顯著，這說明增施氮肥能促進大白菜前期生長；CDU3處理葉片數少于U9處理，說明大白菜生長前期是需要一定氮素養分的，如果供應不足會影響其生長；U9、CDU6、CDU9處理葉片數相同，說明大白菜營養生長前期只能吸收一定量的氮素。

就葉球高度來說，U3處理比對照增加30.20%，U6處理比U3處理增加10.27%，U9處理比U6處理增加1.38%，這說明隨著土壤氮素養分的增加，增幅呈下降趨勢。CDU3比U3增加6.46%，CDU6比U6增加10.34%，CDU9比U9增加10.54%，這說明用環糊精包合尿素能顯著提高葉球高度，隨著控釋肥中尿素含量的增加，增幅呈上升趨勢。

就葉球直徑來看，施氮肥球徑有所增加，與對照相比差異顯著，不同氮肥施用量之間差異也顯著。再看葉球的緊實度情況，對照處理結球松散，而CDU3、CDU6、CDU9處理葉球緊實，這說明環糊精包合尿素后，減少了尿素的損失，在大白菜生長后期也能滿足其需要，而結球期充足的氮素供應促進了葉球內葉生長，使葉球緊實。而U9處理雖然氮肥用量較多，但由于分解后損失多，難以滿足后期的需求。

就大于2 cm球葉數量來看，U3比對照增加14.29%，U6比U3增加10.00%，U6與U9處理球葉數相同。與對照相比，環糊精包合尿素增幅都在37.00%以上。在尿素用量相同的情況下，CDU3比U3增加20.00%，CDU6比U6增加15.91%，CDU9比U9增加25.00%。這說明環糊精包合尿素后，減少了尿素的損失，滿足了大白菜生長后期對養分的需求。

2.2 不同施肥處理對大白菜產量的影響

大白菜的產量與整個生育期土壤養分供應狀況密切相關。不同施肥對大白菜產量的影響見圖1。

由圖1可知，與不施氮肥的對照處理相比較，施氮肥能顯著提高產量，U3處理增產6 063 kg/hm2，增幅也達12.81%，這說明該地塊土壤供氮能力弱，稍施氮肥增產效果也明顯。U9處理產量略高于U6處理，但差異不顯著，說明過多施用氮肥對提高產量效果不明顯，這與連彩云等[18]的研究一致。CDU3處理產量高于U9處理，這可能是因為U9處理雖然氮肥用量多，但栽培時一次性施入，生長期內氣溫較高，大部分氮揮發損失，到結球期土壤供氮能力減弱，不能滿足大白菜后期生長的需要，這也說明普通氮肥應少量多次施用，CDU3處理雖然尿素含量低，但由于被環糊精包合后緩慢釋放揮發損失少，大白菜整個生育期都有供應?？蒯尫手性霎a效果最好的為CDU9處理，與對照相比，增產32 468 kg/hm2，增幅達68.62%。本試驗說明施β-環糊精控釋尿素能顯著地提高產量，隨著控釋肥中尿素含量的增加，增幅也逐漸增加。

2.3 不同施肥處理對大白菜硝酸鹽含量的影響

硝酸鹽含量是評價蔬菜質量好壞的重要指標，不同施肥處理對大白菜硝酸鹽含量的影響見圖2。

由圖2可知，與對照相比，隨著尿素用量的增加，大白菜硝酸鹽含量增加，含量最高的是U9處理，高達1 128.01 mg/kg，這可能是因為前期土壤供氮能力強，蓮座葉內氮素積累多，到結球期雖然土壤供氮能力下降，但由于氮素在體內可移動性強，所以球葉中硝酸鹽含量仍較高，這與張振賢等[19]的研究一致。施β-環糊精控釋尿素后硝酸鹽含量也高于對照，這說明隨著土壤供氮能力的提高，大白菜中硝酸鹽含量會逐漸增加，所以要想控制蔬菜中硝酸鹽的含量，需要嚴格控制氮肥的用量。試驗結果顯示，在尿素用量相同的情況下，施β-環糊精控釋尿素后硝酸鹽含量明顯低于只施尿素，其中CDU3比U3降低68.03 mg/kg，降幅9.74%，CDU6比U6降低119.48 mg/kg，降幅15.64%，CDU9比U9降低256.76 mg/kg，降幅29.47%。施β-環糊精控釋尿素，隨著控釋肥中尿素含量的增加，大白菜硝酸鹽含量也逐漸增加，這可能是因為β-環糊精控釋尿素的溶出率受環境濃度的影響，也就是與大白菜的吸收有關，大白菜吸收的越多，控釋肥中的氮素就釋放的多。所以在不影響產量的情況下，減少控釋肥中尿素的含量將有助于降低大白菜葉球中硝酸鹽含量。

3 結論與討論

1）試驗結果表明，在一定條件下，增加氮肥用量可以提高大白菜產量，但是超過一定限量后增產效果不明顯，反而會增加大白菜體內硝酸鹽的含量，從而降低大白菜的品質，這與前人的研究結果一致。

2）在尿素用量相等的情況下，β-CD控釋尿素處理比單純尿素處理增產21.42%～30.76%，葉球中硝酸鹽含量降低9.74%～29.47%。β-CD控釋尿素0.5倍用量（CDU3處理）比習慣用量（U6處理）增產7.83%，硝酸鹽含量降低20.9%。這說明施用β-CD控釋尿素在減少尿素用量的情況下，不會降低產量，同時還能減少大白菜體內硝酸鹽的含量，提高大白菜的品質。尿素分次施用可能也會達到這一效果，但是分次施肥增加了勞動投入，從而降低產投比。試驗結果表明，用β-CD控釋尿素是能提高大白菜產量和品質的。環糊精與尿素按質量比3∶1是否是最佳比例還有待進一步研究。

3）采收時發現施用β-CD控釋尿素的大白菜根際土壤潮濕度明顯高于施用尿素的，這說明β-CD可能還具有一定的保水性能，具體情況還有待進一步研究。

4）采收時發現施用β-CD控釋尿素的大白菜根際土壤中蚯蚓的數量明顯多于施用尿素的，這說明β-CD可能還能提高土壤有機質含量，這對改良土壤的理化性質將有一定的作用，具體情況還有待進一步研究。

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（責任編輯 蔡端午）