萵筍-空心菜-萵筍種植模式下不同改良劑對退化土壤中植株養分利用的影響

黃容，高明，葉夏伊，汪文強，劉彬彬，劉江，代文才

(西南大學資源環境學院，重慶 400715)

?

萵筍-空心菜-萵筍種植模式下不同改良劑對退化土壤中植株養分利用的影響

黃容，高明*，葉夏伊，汪文強，劉彬彬，劉江，代文才

(西南大學資源環境學院，重慶 400715)

摘要：在退化土壤中添加不同改良劑，通過萵筍-空心菜-萵筍的盆栽試驗，對比分析了6種改良劑對蔬菜產量、品質、養分的影響，以期為評價改良劑對退化土壤中的植株養分的利用效果提供科學依據。結果表明，1)不同改良劑處理能有效提高蔬菜產量，其中化肥配施生物質灰渣(NPKH)和化肥配施生物肥(NPKW)處理的蔬菜產量增幅最大。2)各處理較CK提高了蔬菜體內NO3--N含量，本試驗中萵筍的硝酸鹽含量符合GB/T15401規定，未對萵筍品質產生不利影響；而化肥配施改良劑比單施化肥(NPK)有利于降低萵筍中NO3--N含量，以NPKW處理最佳，較NPK處理下降了7.8%～63.0%。與單施化肥相比，NPKH處理提高了蔬菜氨基酸含量，降低了硝酸鹽含量，提高了氮肥表觀利用率。3)NPKH處理的肥料農學利用率較高，可以有效提高萵筍中全磷、全鉀含量，其中全鉀含量較CK顯著提高了43.4%～58.9%；NPKH和NPKW處理在空心菜種植期間，對氮肥、磷肥、鉀肥的農學利用率較高，提高了空心菜對全氮、全磷、全鉀營養元素的吸收量。研究表明化肥配施改良劑，特別是化肥配施生物質灰渣或生物肥可以提高蔬菜養分利用率，增加產量的同時降低硝酸鹽的累積。

關鍵詞：改良劑；生物質灰渣；退化土壤；作物養分

近年來，隨著社會工業化的快速發展，我國耕地面積不斷縮小，由于人類不合理的利用，加快了土壤退化，嚴重威脅了農業可持續發展，土壤酸化、貧瘠化、鹽漬化等均是土壤退化的表現[1-2]，土壤酸化作為土壤退化的重要表現之一，引起了人們的關注，眾多學者對不同地方的土壤酸化進行了調查，一致認為：土壤pH較第二次土壤普查結果都有不同程度的下降[3-5]。目前，隨著蔬菜產業的迅猛發展，尤其是一些復種指數高的蔬菜種植地，土壤退化現象比較嚴重，加上長期大量的施用化肥[6]，造成土壤酸化，使得土壤理化性質惡化，不利于為蔬菜作物的生長發育供應氮、磷、鉀等元素，嚴重威脅了作物產量和品質[7]，蔡澤江等[8]18年的長期定位試驗表明，長期施用化肥，尤其是單施氮肥，土壤的pH值明顯降低，酸化土壤會抑制作物的生長，減少蔬菜對氮素的吸收，導致氮肥的利用率降低，造成惡性循環[9]，氮肥的過量施用不僅會降低氮素利用率，作物產量下降，病蟲害發生嚴重，也會造成嚴重的環境污染[10]。因此，提高肥料利用率，特別是氮肥利用率，可以有效緩解土壤酸化，改善退化土壤，提高作物的產量和品質。對于退化土壤的改良劑已有大量研究，石灰是一種傳統的酸化土改良劑，但是長期施用石灰會加強土壤復酸化程度，加快了酸化進程[11]。趙慶雷等[12]研究表明有機肥和化肥配施促進了土壤中磷素的活化，改善了磷素肥力水平。增施有機肥，雖能增強土壤保肥保水能力，起到改善退化土壤的目的，但是有機肥容易造成微生物和作物爭氮現象，不利于作物生長[7]。生物改良劑可以有效緩解土壤酸化[13-14]，俞映倞等[9]研究表明，生物炭添加可以提高酸性土壤的pH值，對土壤氮素具有“削峰填谷”的調節功能，促進氮素轉化吸收，提高作物產量。生物質灰渣是農業廢棄物包括秸稈等在高溫800～900 ℃下熱解形成的副產品，富含磷、鉀等營養元素，呈堿性，具有疏松多孔的結構[15]，但現有的研究主要集中在對退化土壤理化性質改良[16-19]，對改良劑添加條件下退化土壤中作物養分利用的研究并不多，尤其是連續多季種植的養分利用研究更少。本研究以退化黃壤為研究對象，通過萵筍-空心菜-萵筍的盆栽試驗，對比分析幾種改良劑對蔬菜產量、氮素貯存形態、肥料利用率、養分利用情況等影響，從植株角度選取較優的退化土壤改良劑。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土壤為黃壤，采集地位于重慶市武隆縣仙女山(東經107°13′-108°05′，北緯29°02′-29°40′)，均采集0～20 cm表層土壤。其基本理化性質如下：pH=4.8(呈強酸性)，全氮1.72 g/kg，全磷1.49 g/kg，全鉀20.71 g/kg，土壤肥力不高。

供試改良劑為熟石灰、沸石、生物質灰渣、生物有機肥、草炭。熟石灰為氫氧化鈣85%～90%，含水量≤0.20%，白度≥90%，細度(過0.05 mm篩)98%。沸石為乳白色無定型顆粒狀(0.45～0.85 mm)，顆粒度≥70.0%，可溶性鹽類≤1.5%，鈣離子交換能力≥15.0 mg/g。生物質灰渣為鋸木灰(pH=12.8，全N 0.078%，P2O50.599%，K2O 2.489%)，于2013年4月在重慶生息節能公司采集，通過從工廠以及農戶中收集的鋸木生物質經粉碎并篩分后，放入鍋爐中在800～900 ℃下焚燒，所產生的副產品即本試驗所需的生物質灰渣。生物有機肥(簡稱生物肥)為善耕原生物有機肥，全N 2.44%，P2O53.74%，K2O 3.61%，有機碳11.85%。草炭為東北泥炭土，全N 1.458%，P2O50.312%，K2O 0.242%，腐殖酸 27.4%。

供試植株為萵筍(Lactucasativavar.angustana)和空心菜(Ipomoeaaquatica)。供試肥料氮肥為含N 46%的市售商品尿素，磷肥為含P2O512%的過磷酸鈣，鉀肥為含K2O 60%的市售商品氯化鉀。

1.2試驗設計

圖1　盆栽試驗裝置Fig.1　Pot experiment apparatus

盆栽試驗于2014年4月開始，4-5月種植萵筍，6-8月種植空心菜，9-10月種植萵筍。試驗用白瓷盆缽分上下兩部分，上部分高22 cm、直徑20 cm，用于裝土種植植株，下部分高10 cm、直徑20 cm，用于承接從上部分滲漏下來的水(圖1)，每盆裝風干土(過2 mm篩)4 kg，試驗設7個處理，連續種植三季植株，在每季作物收獲后，每個處理隨機取3個進行植株樣分析，每個處理重復9次，共63盆：1)CK(無肥)，不施任何肥和改良劑；2)單施化肥(NPK)；3)化肥與2 g/kg 熟石灰配合施用(NPKS)；4)化肥與2 g/kg 熟石灰、5 g/kg 沸石配合施用(NPKSF)；5)化肥與50 g/kg 生物質灰渣配合施用(NPKH)；6)化肥與2 g/kg生物肥配合施用(NPKW)；7)化肥與2 g/kg 草炭配合施用(NPKC)[20-21]。各改良劑在裝盆時一次性施入，與土樣一起充分混勻，每個處理中除CK外所施入化學肥料的氮磷鉀含量均保持一致。試驗施肥標準：萵筍氮肥按N 0.15 g/kg，磷肥按P2O50.075 g/kg，鉀肥按K2O 0.075 g/kg；空心菜氮肥按N 0.10 g/kg，磷肥按P2O50.04 g/kg，鉀肥按K2O 0.08 g/kg。

移栽2葉1心的萵筍苗2株于盆缽中，在萵筍移栽第10天后，除CK外，施入全部磷肥和鉀肥，氮肥施入總量的40%，施肥后的第7天追施剩余的60%氮肥。萵筍生長過程中，按田間持水量60%定時定量澆水，防治病蟲害，在萵筍生長45 d后收獲，測定萵筍的產量、品質及養分含量。

在萵筍收獲后，移栽形態和長勢基本一致的空心苗5株于盆缽中，在空心菜移栽第10天后，除CK處理外，施入全部氮肥、磷肥和鉀肥?？招牟松L過程中，及時澆水，防治病蟲害，在空心菜生長30 d后收獲第1茬，測定空心菜的產量、品質及養分含量；在第1茬收獲7 d后，除CK外施入全部氮肥、磷肥和鉀肥，按田間持水量75%定時定量澆水，按常規作物栽培管理方式管理，于成熟期收獲第2茬，測定空心菜產量、品質及養分含量。

空心菜收獲后，待盆缽中的水分瀝干后，同樣移栽2葉1心的萵筍苗2株于盆缽中，施肥方式及管理同于第1季萵筍，在萵筍生長45 d后收獲，測定萵筍的產量、品質及養分含量。

1.3測定方法

植株全N：采用H2SO4—H2O2消煮，蒸餾水滴定測定；植株全P：采用H2SO4—H2O2消煮，釩鉬黃比色法測定；植株全K：采用H2SO4—H2O2消煮，火焰光度計法測定；植株游離氨基酸和硝酸鹽含量分別采用水合茚三酮溶液顯色法，紫外分光光度法測定。土壤pH值采用1 mol/L KCl浸提(水土比為1∶1)，電位法測定。

具體測定步驟參見《土壤農業化學分析方法》[22]和《土壤農化分析與環境監測》[23]。

以上比色法所用儀器為TU-1901雙光束紫外可見光光度計和721-P可見分光光度計。

1.4數據處理及分析

蔬菜肥料利用率的計算[24]：

數據處理采用Excel 2003、SPSS 18.0等統計軟件，對數據進行方差分析(LSD法)。

2結果與分析

圖2　不同改良劑處理對蔬菜產量的影響Fig.2　Effects of different amendments on vegetable production　　　不同字母表示同一季度下各處理間在5%水平差異顯著。Different letters in the same crop season mean significant differences at 5% level between the groups.

圖3　不同改良劑對萵筍氨基酸及硝酸鹽含量的影響Fig.3　Effects of different amendments on amino acid contents and nitrate contents of lettuce

圖4　不同改良劑對空心菜氨基酸及硝酸鹽含量的影響Fig.4　Effects of different amendments on amino acid contents and nitrate contents of water spinach

2.1不同改良劑處理對蔬菜產量的影響

從圖2可以看出，與對照CK相比，各處理能有效提高蔬菜產量，其中化肥配施生物質灰渣(NPKH)處理的蔬菜產量的增幅最大，每一季產量分別較CK顯著增加了170，136，98和170 g/株，同時較單施化肥(NPK)處理增加了62.5%，522.7%，405.0%，100.0%。經過空心菜輪作后，對比前后兩季萵筍產量發現，第2季產量較第1季均下降，NPKH和NPKW處理的下降幅度最小，僅10 g/株，而單施化肥(NPK)處理的下降幅度達到了40 g/株，可見化肥配施生物質灰渣(NPKH)處理，經過萵筍-空心菜-萵筍輪作之后，依然能夠保持該處理最初的產量水平，較NPK處理產量高出近一倍。在空心菜種植期間，各處理的產量較CK均提高了，其中在第2茬空心菜收獲后，NPKW處理的產量達到了234 g/株，較CK顯著提高了231 g/株。

2.2不同改良劑處理對蔬菜氮貯存形態的影響

2.2.1萵筍氮貯存形態植株體內的氨基酸和硝酸鹽含量是氮素的主要貯存形態。如圖3所示，兩季萵筍的氨基酸含量變化趨勢基本一致，與對照CK相比，除化肥配施生物肥的NPKW處理的萵筍氨基酸含量降低了16.1%～18.6%外，其他處理的萵筍氨基酸含量均增加，其中NPKH處理增幅最大，比對照CK增加了92.8%～114.5%。對比前后兩季發現，經過輪種后，第2季萵筍的氨基酸含量較第1季均有下降，其中單施化肥的NPK處理的氨基酸含量下降幅度最大，較第1季下降了33.6%，而NPKH、NPKSF、NPKC處理的前后兩季萵筍的氨基酸含量基本不變。從圖3還可以看出，各處理的萵筍硝酸鹽(NO3--N)含量較CK均提高，且前后兩季的萵筍NO3--N含量變化趨勢也基本一致，大小表現為NPK>NPKC>NPKS>NPKH>NPKSF>NPKW>CK，其中NPKW處理的NO3--N增加幅度最小，比CK增加了33.51%，而單施化肥NPK比CK增加了260.1%，可見化肥配施改良劑比單施化肥有利于降低萵筍中NO3--N含量，以NPKW處理最佳，其次為NPKSF處理。

2.2.2空心菜氮貯存形態在空心菜種植期間，各試驗處理的氨基酸含量差異較大。如圖4所示，化肥配施生物質灰渣的NPKH處理較其他處理能顯著提高氨基酸的含量，較對照CK增加了55.6%～147.1%，而連續種植兩茬空心菜使NPKS、NPKSF、NPKW、NPKC處理的氨基酸含量下降?？招牟藢贉\根系蔬菜，對水肥依賴性很高，容易富集硝酸鹽，使其含量相對偏高，因此空心菜體內的硝酸鹽含量普遍高于萵筍。與CK相比，各處理的空心菜硝酸鹽(NO3--N)含量均增加，且前后兩茬的NO3--N含量變化趨勢一致，同時第2茬的NO3--N含量均高于第1茬；與單施化肥NPK處理相比，化肥配施改良劑處理能降低空心菜中的NO3--N含量，以NPKSF處理最佳。

2.3不同改良劑處理對蔬菜全氮、全磷和全鉀養分的影響

2.3.1萵筍全氮、全磷和全鉀養分不同改良劑對蔬菜養分含量的影響存在差異。從表1可以看出，在種植萵筍期間，兩季萵筍的全氮、全磷、全鉀含量變化趨勢相似。與對照CK相比，NPK、NPKS和NPKSF處理的萵筍全氮含量分別提高了53.1%～55.5%，34.9%～38.7%和34.0%～41.2%，而NPKH、NPKW和NPKC處理全氮含量較CK顯著下降了9.0%～19.1%，32.5%～41.9%和3.5%～10.2%。對比前后兩季的萵筍全氮含量，經輪作后的第2季萵筍全氮含量增加幅度高于第1季，可見輪作有助于提高萵筍的全氮含量。

各處理萵筍全磷含量均不同程度的提高，其中NPK、NPKSF、NPKH和NPKW處理顯著高于對照CK，且NPKH和NPKW處理較其他處理的高，增幅分別為348.7%～485.1%，933.7%～1565.9%，1383.4%～2076.5%，1742.5%～2519.1%。從表1還可以看出，NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC處理的萵筍全鉀含量與對照CK存在顯著差異，除NPKH處理的全鉀含量顯著提高了43.4%～58.9%外，其他處理較對照CK均有不同程度的下降，而NPK和NPKS處理與對照CK無顯著差異。可見，化肥配施生物質灰渣可以顯著提高萵筍全磷、全鉀的含量。

表1　不同改良劑對萵筍養分含量的影響Table 1　Effects of different amendments on nutrient contents of lettuce 　g/kg

數據以干基計算。同列不同字母表示各處理間在5%水平差異顯著。下同。The dates are calculated by dry weight. Different letters in the same column mean significant differences at 5% level between the groups. The same below.

2.3.2空心菜全氮、全磷和全鉀養分空心菜喜較高的空氣濕度、濕潤的土壤及充足光照。因其喜肥喜水，以比較黏重、保水保肥力強的土壤為好?？招牟说娜~梢大量而迅速地生長，需肥量大，耐肥力強，對氮肥的需要量特大。從表2可以看出，與對照CK相比，NPKS、NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC處理的空心菜全氮含量均不同程度增加，增幅為28.5%～50.9%，6.5%～37.9%，25.3%～43.4%，15.4%～50.3%，23.4%～55.7%，且第2茬全氮含量的增幅明顯高于第1茬。對全磷而言，NPKH和NPKW處理較CK提高了50.0%～77.4%和10.1%～11.1%；各處理的空心菜全鉀含量較對照CK顯著增加了63.8%～150.7%，30.3%～192.5%，9.9%～155.5%，62.9%～630.4%，43.6%～223.1%，26.2%～313.7%，且第2茬全鉀含量的增幅明顯低于第1茬?？傮w上，NPKH處理的空心菜全氮、全磷、全鉀的含量較高，其次為NPKW處理。

2.4不同改良劑處理下的肥料利用率

2.4.1肥料農學利用率從表3可以看出，不同改良劑處理的肥料農學利用率存在差異。在種植萵筍期間，各處理對鉀肥的農學利用率低于氮肥和磷肥，其中NPKH處理對氮肥、磷肥、鉀肥的農學利用率均最高，分別較NPK處理提高了142.8%～240.4%，142.9%～240.0%，111.1%～240.0%，其次為NPKC處理；而NPKW處理的氮肥、磷肥、鉀肥的農學利用率最低，比單施化肥即NPK處理分別降低了19.9%～57.2%，20.0%～57.1%，20.0%～44.4%。從表3還可以看出，在空心菜種植期間，與NPK處理相比，除NPKS、NPKC處理的第1茬空心菜，NPKSF處理的第2茬空心菜對氮肥、磷肥、鉀肥的農學利用率下降外，其他處理的均提高，其中NPKH和NPKW處理的氮肥、磷肥、鉀肥的農學利用率較高，NPKH處理較單施化肥即NPK處理分別提高了447.0%～546.6%，475.5%～548.0%，402.6%～547.4%，NPKW處理分別提高了75.9%～1260.1%，76.3%～1256.6%，76.1%～1084.6%?？傮w上，化肥配施生物質灰渣可以有效地提高氮肥、磷肥和鉀肥的農學利用率。

表2　不同改良劑對空心菜養分含量的影響Table 2　Effects of different amendments on nutrient contents of water spinach 　g/kg

表3　不同改良劑處理的肥料農學利用率Table 3　Agronomic fertilizer utilization efficiency of plants in different amendments 　kg/kg

2.4.2氮肥表觀利用率通過計算各處理的氮肥表觀利用率(表4)發現，在種植萵筍期間，各處理的第1季萵筍對氮肥表觀利用率表現為NPK>NPKS>NPKH>NPKC>NPKSF>MPKW，其中NPK處理的氮肥表觀利用率最高，達到了6.24%，但單施化肥處理所吸收的氮素并未轉化為產量(即產量不高)，而是累積在萵筍葉片中，導致了單施化肥處理的硝酸鹽含量高。隨著種植時間的增加，與第1季萵筍相比，NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC處理的第2季萵筍對氮肥表觀利用率分別增加了1.51%，0.85%，0.97%和0.03%，而NPK處理的氮肥表觀利用率下降幅度最大，下降了1.76%，可見長期施用化肥會影響萵筍對氮的利用。從表4可以看出，在第1茬空心菜種植收獲后，NPKH處理的氮肥表觀利用率最大，比NPK處理增加了14.25%，其次為NPKW處理，而NPKC處理的氮肥表觀利用率最低，比NPK處理減少了0.49%；在第2茬空心菜收獲后，NPKW處理的氮肥表觀利用率最大，達到了25.51%，這時由于生物肥含有多種的微生物菌群，固氮、解磷和解鉀能力較強，促進了空心菜對氮肥的表觀利用率，但NPKW處理的蔬菜產量并不高，導致其硝酸鹽含量較高。

2.5不同改良劑處理下的土壤pH值

盆栽試驗結果表明(表5)，不同改良劑可以有效提高土壤pH值，但隨著種植時間的增加，pH值呈下降趨勢。在同一季度下，各處理對土壤pH值的影響表現為NPKH>NPKSF>NPKS>NPKW>NPKC>CK>NPK，可見化肥配施改良劑處理的土壤pH值均高于對照CK和單施化肥NPK處理。從表5可以看出，與原始土樣(pH=4.8)相比，CK和NPK處理的pH值均下降，NPK處理的土壤pH值較對照CK下降了0.1～0.2，可見長時間施用化肥降低了土壤pH值，提高土壤酸性。

3討論

菜地土壤由于復種指數高，長期大量的施用化肥，特別是氮肥，引發了一系列土壤環境問題[6,25-26]，以土壤酸化最為突出，在20世紀80年代，氮肥的施用引發的土壤酸化已經得到肯定。土壤酸性越強會導致土壤結構破壞，土壤板結，物理性變差，抗逆能力下降，嚴重影響作物生長，土壤改良劑是修復酸化土壤的有效措施之一，試驗中不同改良劑處理的土壤pH值較原土(pH=4.8)均有所提高(表5)，化肥配施改良劑處理的土壤pH值比單施化肥和對照CK高，生物質灰渣呈強堿性，富含磷、鉀等營養元素，其在與化肥混合施用之后即NPKH處理的土壤pH值提高了1.99～2.92個單位，大大提高了萵筍和空心菜的產量，而且隨著種植時間的增加，NPKH處理的蔬菜產量仍保持較高的水平，說明化肥配施生物質灰渣可以更加長效的促進蔬菜增產。大量研究表明[20,27]，石灰施入土壤后，可以發生酸堿中和反應，使土壤pH值上升，本試驗中化肥配施熟石灰NPKS和化肥配施熟石灰與沸石的NPKSF處理的土壤pH值分別提高了0.44～0.90和0.61～1.07個單位，因此這兩個處理下的蔬菜產量也得到了提高，但是隨著種植時間的增加，土壤中的熟石灰被消耗，改良效果下降，土壤易板結，因此在試驗后期，植株產量均明顯下降。生物肥增產的原因很可能與其富含的腐殖酸有關，腐殖酸結構中存在羧基和酚羧基含氧的活性官能團，提高了土壤中多種營養元素的有效性，有利于作物營養平衡；腐殖酸結構中多元酚的存在能加強作物呼吸作用，增強蔬菜體內的氧化酶活性，使蔬菜生長加快，產量提高[28]，李杰等[29]研究也表明，化肥配施生物肥在不影響花椰菜(Brassicaoleraceavar.botrytis)產量的同時，還能夠顯著改善作物品質，提高肥料利用率，本試驗研究結果與此類似。

表4　不同改良劑處理的氮肥表觀利用率Table 4　Apparent nitrogen recovery efficiency of plants in different amendments 　%

表5　不同改良劑處理的土壤pHTable 5　The soil pH after the experiment in treatments applied with urea

通過計算肥料農學利用率發現(表3)，在萵筍種植期間，化肥配施生物質灰渣的NPKH處理的肥料包括氮肥、磷肥、鉀肥的農學利用率均明顯高于其他改良劑處理。有研究表明[30]，土壤pH值的提高可以有效降低酸性土壤對磷的吸持能力，增加土壤中磷酸鹽的溶解度。本試驗的土壤呈強酸性，而生物質灰渣屬強堿性，施入土壤后不僅提高了土壤pH，而且生物質灰渣富含磷、鉀等營養元素，除了磷、鉀肥供應萵筍磷、鉀元素之外，生物質灰渣中磷、鉀亦可以補充土壤速效 P、K養分。李晶等[15]研究結果發現，生物質灰渣與化肥配施可以增加土壤中有效養分，特別是有效磷和速效鉀的含量，從而顯著提高了葉片中P、K含量。陳龍等[18]在對生物質灰渣與化肥配施對土壤性質及油菜生長的影響研究表明，生物質灰渣配施化肥可以提高油菜(Brassicanapus)植株吸收鉀的能力，油菜全鉀含量最大增幅達44.43%。因此，本研究中NPKH處理的萵筍磷、鉀含量明顯高于其他處理。

空心菜具有喜肥喜水的特征，在保水保肥能力強的土壤中生長較好。試驗中NPKH處理的生物質灰渣比表面積大，孔隙結構發達，表面大量的Si-O-Si鍵與水作用后，使顆粒表面產生大量的羥基而顯示出親水性，這種高的水分滲透性提高了生物質灰渣的持水性能，使之在調整土壤結構，提高保水保肥性能方面有重要的作用[31]，同時，NPKH處理的肥料農學利用率相對較高，因此化肥配施生物質灰渣不僅可以增強植株氮肥、磷肥及鉀肥的農學利用率，且生物質灰渣中的營養元素除了供給植物生長的大量營養元素外，還具有較強的保水保肥性能，為空心菜的生長創造良好的環境。在第2茬空心菜種植期間，NPKW處理的肥料農學利用率達到了175.0～444.2 kg/kg，同時生物肥含有多種微生物菌群，固氮、解磷和解鉀能力較強，能夠改善根系營養，此外生物肥中亦含有豐富的微生物肥料[29,32]，不僅改善了空心菜對營養元素的需求，還能夠促進大量元素的平衡吸收，促進空心菜營養更加協調。

氨基酸和硝酸鹽是植株體內氮素的主要貯存形態，蔬菜尤其是葉類蔬菜是一類極易富集硝酸鹽(NO3--N)的作物，人體攝取的硝酸鹽中81.2%來自蔬菜[9]，近年來，由于蔬菜體內硝酸鹽的含量過高會直接影響人們的身體健康而被越來越多的人視為一個重要的品質指標。本試驗中，在旱地栽培下，萵筍吸收的氮素以硝態氮為主，化肥配施改良劑促進了萵筍對養分的吸收，產量顯著提高(圖2)，其對硝酸鹽的吸收也快速增加，當硝酸鹽的吸收大于還原轉化時，導致萵筍硝酸鹽含量提高。但是，參比我國蔬菜的國家標準(無公害葉菜硝酸鹽含量≤2000 mg/kg，GB/T15401)，本試驗中萵筍的硝酸鹽含量在76.7～297.2 mg/kg，符合GB/T15401規定，不會對萵筍品質產生不利影響?？招牟藢贉\根系蔬菜，對水肥依賴性很高，容易富集硝酸鹽，使其含量相對偏高[33]，因此空心菜體內的硝酸鹽含量普遍高于萵筍。

通過計算各處理的氮肥表觀利用率，萵筍種植期間的單施化肥即NPK處理的氮肥表觀利用率較高，但其硝酸鹽含量也相對高(圖3)，且隨著種植時間的增加，氮肥表觀利用率下降，說明NPK處理下蔬菜吸收的氮素并未轉化成產量，而是累積在蔬菜體內，因此在單施化肥的情況下，在增加蔬菜產量的同時，也相應提高了硝酸鹽含量，且長期單施化肥降低了氮肥的利用率。在整個盆栽試驗過程中，化肥配施生物質灰渣NPKH處理的氮肥利用率相對較高，但與單施化肥相比，NPKH處理降低了植株的硝酸鹽含量，提高了氨基酸含量，一方面由于生物質灰渣中富含磷，磷對作物氮的代謝有重要的作用，可以促進蔬菜對硝態氮的吸收和還原[34]；另一方面是因為生物質灰渣促進了植株體內硝態氮向銨態氮的轉化，同時也與土壤環境pH的變化具有一定的關聯性，俞映倞等[9]報告也證實了這點。

4結論

不同改良劑處理能有效提高作物產量，其中NPKH和NPKW處理的蔬菜產量增幅最大。各處理較CK提高了蔬菜體內NO3--N含量，本試驗中萵筍的硝酸鹽含量符合GB/T15401規定，不會對萵筍品質產生不利影響；而化肥配施改良劑比單施化肥有利于降低植株中NO3--N含量，以NPKW處理最佳，較NPK處理下降了7.8%～63.0%。NPKH處理的氮肥表觀利用率較高，提高了作物氨基酸和降低硝酸鹽含量。

NPK、NPKS和NPKSF處理的萵筍全氮含量顯著提高，經輪作后的第2季萵筍全氮含量增加幅度高于第1季；NPKH和NPKW處理較其他處理可以顯著提高磷肥農學利用率，增加萵筍全磷含量；除NPKH處理的萵筍全鉀含量顯著提高了43.4%～58.9%外，其他處理較對照CK均有不同程度的下降。NPKH處理和NPKW處理在空心菜種植期間，對氮肥、磷肥、鉀肥的農學利用率較高，增強了空心菜對全氮、全磷、全鉀營養元素的貯存能力。

References：

[1]van Oost K, Quine T A, Govers G,etal. The impact of agricultural soil erosion on the global carbon cycle. Science, 2007, 318: 626-629.

[2]Qing Y, Sun F D, Li Y,etal. Analysis of soil carbon, nitrogen and phosphorous in degraded alpine wetland, Zoige, southwest China. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(3): 38-47.

[3]Shen Y, Yi Y L, Zhang D G,etal. Research on pH buffer capacity and acidification rate of arable brown soil. Journal of Soil and Water Conservation, 2012, 26(1): 95-100.

[4]Guo Z X, Wang J, Chai M,etal. Spatiotemporal variation of soil pH in Guangdong Province of China in past 30 years. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(2): 425-430.

[5]Yuan Z G, Yang J, Guo L L,etal. Research progress on effect of acidification on soil quality and main improving measures for acidified soil. Journal of Agriculture, 2015, 5(7): 51-55.

[6]Huang R, Wan Y L, Gao M. Effects of planting years on soil microbial carbon, nitrogen and enzyme activity of vegetable fields. Hubei Agricultural Sciences, 2013, 52(20): 4903-4907.

[7]Mahanta D, Bhattachaaryya R, Gopinath K A,etal. Influence of farmyard manure application and mineral fertilization on yield sustainability, carbon sequestration potential and soil property of gardenpea-french bean cropping system in the Indian Himalayas. Scientia Horticulturae, 2013, 164: 414-427.

[8]Cai Z J, Sun N, Wang B R,etal. Effects of long-term fertilization on pH of red soil, crop yields and uptakes of nitrogen, phosphorous and potassium. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(1): 71-78.

[9]Yu Y Q, Xue L H, Yang L Z,etal. Effect of biochar application on pakchoi (BrassicaChinensisL) utilizing nitrogen in acid soil. Acta Pedologica Sinica, 2015, 52(4): 759-767.

[10]Xu G W, Li S, Zhao Y F,etal. Effects of straw returning and nitrogen fertilizer application on root secretion and nitrogen utilization of rice. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(2): 140-146.

[11]Cai D, Xiao W F, Li G H. Advance on study of liming on acid soils. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(9):206-213.

[12]Zhao Q L, Wu X, Yuan S J,etal. A study on the dynamics of phosphorus adsorption and desorption characteristics of paddy soil with long-term fertilization. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(1): 113-122.

[13]Zhang X, Wang D, Jiang C C,etal. Biochar and research advances of biochar in acidic soil improvement. Hubei Agricultural Sciences, 2013, 52(5): 997-1000.

[14]Wu Z D, You Z M, Jiang F Y,etal. Ameliorating effect of biochar on acidity of tea garden soil. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2012, (2): 167-172.

[15]Li J, Yang H Z, Hu H Q,etal. Effect of plant fly ash application onBrassicachinensisgrowth and amendment of acid soil. Hubei Agricultural Sciences, 2010, 49(4): 822-824.

[16]Huang R, Gao M, Liao Y N,etal. Effects of bio-ash mixed with chemical fertilizer on ammonia volatilization. Acta Pedologica Sinica, 2014, 51(5): 1160-1167.

[17]Huang R, Gao M, Liao Y N. Phosphorus adsorption and desorption kinetics capacity of different biomass ash. Journal of Soil and Water Conservation, 2014, 28(1): 156-160.

[18]Chen L, Wang M, Wang S,etal. Effects of integrated fertilization with bio-ash and chemical fertilizers on soil properties and growth of rape. Journal of Huazhong Agricultural University, 2011, 30(6): 727-733.

[19]Aronsson K A, Ekelund N G A. Biological effects of wood ash application to forest and aquatic ecosystems. Journal of Environmental Quality, 2004, 33(5): 1595-1605.

[20]Chen Y X, Tang X D, You Y,etal. Improved effects of lime and zeolite on acidizing vegetable soil. Guangxi Agricultural Sciences, 2009, 40(6): 700-704.

[21]Xie K Z, Xu P Z, Yan C,etal. Study the effects of soil improvement on acid soil in the South of China (in Chinese). Chinese Agricultural Science Bulletin, 2009, 25(20): 160-165.

[22]Bao S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis (3rd ed)[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[23]Yang J H. Agricultural Soil Analysis and Environmental Monitoring[M]. Beijing: China Land Press, 2008.

[24]Dobermann A R. Nitrogen Use Efficiency-State of the Art[M]. Frankfurt, Germany: IFA International Workshop on Enhanced Efficiency Fertilizers, 2005.

[25]Li J L, Chen X P, Li X L,etal. Effect of N fertilization on yield, nitrate content and N apparent losses of Chinese cabbage. Acta Pedologica Sinica, 2003, 40(2): 261-266.

[26]Cao B, He F Y, Xu Q M,etal. Nitrogen use efficiency and fate of N fertilizers applied to open field vegetables. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2008, 22(3): 343-347.

[27]Ao J H, Huang Z R, Jiang Y,etal. Effects of applying lime on the properties of acid soil and the growth of sugarcane. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(15): 266-269.

[28]Lin J Z, Liu S, Yang X H,etal. Application of peat to agriculture. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2004, (3): 24-27.

[29]Li J, Jia H Y, Xie J M,etal. Effects of partial substitution of mineral fertilizer by bio-fertilizer on yield, quality, photosynthesis and fertilizer utilization rate in broccoli. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(1): 47-55.

[30]Zhao X Q, Lu R K. Effects of applying lime on phosphorus adsorption by soils. Soil, 1991, 23(2): 82-86.

[31]Huang R, Gao Y, Gao M,etal. Study on material properties and water absorption capacity of biomass ash. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(6): 130-133.

[32]Cao D, Zong L G, Xiao J,etal. Effects of bio-fertilizer on organically cultured cucumber growth and soil biological characteristics. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(10): 2587-2592.

[33]Liu M Q, Deng Z W. Research advances on effects of fertilization and cultivation patterns on nitrate content inIpomoeaaquaticaForsk. Modern Agricultural Science and Technology, 2013, (3): 76-77.

[34]Chen Y, Wang Z Y, Tang J,etal. Effects of phosphate fertilizer on yield, quality and plant nutrient form in lettuce in ‘calcareous purple’ soil. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(10): 183-193.

參考文獻：

[2]青燁, 孫飛達, 李勇, 等. 若爾蓋高寒退化濕地土壤碳氮磷比及相關性分析. 草業學報, 2015, 24(3): 38-47.

[3]沈月, 依艷麗, 張大庚, 等. 耕地棕壤酸堿緩沖性能及酸化速率研究. 水土保持學報, 2012, 26(1): 95-100.

[4]郭治興, 王靜, 柴敏, 等. 近30 年來廣東省土壤pH值的時空變化. 應用生態學報, 2011, 22(2): 425-430.

[5]袁珍貴, 楊晶, 郭莉莉, 等. 酸化對土壤質量的影響及酸化土壤的主要改良措施研究進展. 農學學報, 2015, 5(7): 51-55.

[6]黃容, 萬毅林, 高明. 種植年限對菜地土壤微生物生物量碳、氮及酶活性的影響. 湖北農業科學, 2013, 52(20): 4903-4907.

[8]蔡澤江, 孫楠, 王伯仁, 等. 長期施肥對紅壤pH、作物產量及氮、磷、鉀養分吸收的影響. 植物營養與肥料學報, 2011, 17(1): 71-78.

[9]俞映倞, 薛利紅, 楊林章, 等. 生物炭添加對酸化土壤中小白菜氮素利用的影響. 土壤學報, 2015, 52(4): 759-767.

[10]徐國偉, 李帥, 趙永芳, 等. 秸稈還田與施氮對水稻根系分泌物及氮素利用的影響研究. 草業學報, 2014, 23(2): 140-146.

[11]蔡東, 肖文芳, 李國懷. 施用石灰改良酸性土壤的研究進展. 中國農學通報, 2010, 26(9): 206-213.

[12]趙慶雷, 吳修, 袁守江, 等. 長期不同施肥模式下稻田土壤磷吸附與解吸的動態研究. 草業學報, 2014, 23(1): 113-122.

[13]張祥, 王典, 姜存倉, 等. 生物炭及其對酸性土壤改良的研究進展. 湖北農業科學, 2013, 52(5): 997-1000.

[14]吳志丹, 尤志明, 江福英, 等. 生物黑炭對酸化茶園土壤的改良效果. 福建農業學報, 2012, (2): 167-172.

[15]李晶, 楊海征, 胡紅青, 等. 生物灰渣對小白菜生長的影響及對酸性土壤的改良. 湖北農業科學, 2010, 49(4): 822-824.

[16]黃容, 高明, 廖燕妮, 等. 生物質灰渣與化肥混合對氨揮發的影響. 土壤學報, 2014, 51(5): 1160-1167.

[17]黃容, 高明, 廖燕妮. 不同生物質灰渣對磷的吸附解吸動力學特征. 水土保持學報, 2014, 28(1): 156-160.

[18]陳龍, 王敏, 王碩, 等. 生物質灰渣與化肥配施對土壤性質及油菜生長的影響. 華中農業大學學報, 2011, 30(6): 727-733.

[20]陳燕霞, 唐曉東, 游媛, 等. 石灰和沸石對酸化菜園土壤改良效應研究. 廣西農業科學, 2009, 40(6): 700-704.

[21]解開治, 徐培智, 嚴超, 等. 不同土壤改良劑對南方酸性土壤的改良效果研究. 中國農學通報, 2009, 25(20): 160-165.

[22]鮑士旦. 土壤農業化學分析方法(第三版)[M]. 北京: 中國農業科技出版社, 2000.

[23]楊劍虹. 土壤農化分析與環境監測[M]. 北京: 中國大地出版社, 2008.

[25]李俊良, 陳新平, 李曉林, 等. 大白菜氮肥施用的產量效應、品質效應和環境效應. 土壤學報, 2003, 40(2): 261-266.

[26]曹兵, 賀發云, 徐秋明, 等. 露地蔬菜的氮肥效應與氮素去向. 核農學報, 2008, 22(3): 343-347.

[27]敖俊華, 黃振瑞, 江永, 等. 石灰施用對酸性土壤養分狀況和甘蔗生長的影響. 中國農學通報, 2010, 26(15): 266-269.

[28]林軍章, 劉森, 楊翔華, 等. 泥炭在農業上的應用. 礦產保護與利用, 2004, (3): 24-27.

[29]李杰, 賈豪語, 頡建明, 等. 生物肥部分替代化肥對花椰菜產量、品質、光合特性及肥料利用率的影響. 草業學報, 2015, 24(1): 47-55.

[30]趙小齊, 魯如坤. 施用石灰對土壤吸附磷的影響. 土壤, 1991, 23(2): 82-86.

[31]黃容, 高瑗, 高明, 等. 生物質灰渣物質特性和保水性的研究. 水土保持學報, 2013, 27(6): 130-133.

[32]曹丹, 宗良綱, 肖峻, 等. 生物肥對有機黃瓜生長及土壤生物學特性的影響. 應用生態學報, 2010, 21(10): 2587-2592.

[33]劉美琴, 鄧宙武. 施肥與栽培方式對蕹菜硝酸鹽含量影響的研究進展. 現代農業科技, 2013, (3): 76-77.

[34]陳益, 王正銀, 唐靜, 等. 磷肥用量對石灰性紫色土壤油麥菜產量、品質和養分形態的影響. 草業學報, 2015, 24(10): 183-193.

DOI：10.11686/cyxb2015441

*收稿日期：2015-09-14；改回日期：2015-11-23

基金項目：國家十二五科技支撐計劃項目(2012BAD14B18)和大學生科技創新“光炯”培育項目(20140101)資助。

作者簡介：黃容(1989-)，女，福建福州人，在讀博士。E-mail：277840241@qq.com *通信作者Corresponding author. E-mail: gaoming@swu.edu.cn

* 1Effects of fertilizer and soil additives on plant nutrient utilization in a degraded soil

HUANG Rong, GAO Ming*, YE Xia-Yi, WANG Wen-Qiang, LIU Bin-Bin, LIU Jiang, DAI Wen-Cai

CollegeofResourceandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China

Abstract:The objective for this study was to provide a scientific basis for evaluating the effects of different amelioration methods on plant nutrient utilization in degraded soil by analyzing their influence on yield, quality and nutrient content of vegetables. Seven amelioration treatments were assessed across four different vegetables including lettuce and water spinach. Compared with the control (CK), amelioration treatments improved the yield of vegetables, especially NPKH (N-P-K fertilizer+biomass ash) and NPKW (N-P-K fertilizer+biological fertilizer). Amelioration treatments increased the nitrate (NO3--N) content of vegetables compared with CK. The nitrate content of lettuce complied with Regulation GB/T15401, suggesting it did not reduce the quality of lettuce. Nitrate contents under the fertilizer plus amendment treatments were lower than those under the fertilizer (NPK) only treatments; nitrate content for the NPKW treatment was 7.8%-63.0% lower than NPK treatments. The NPKH treatment increased amino acid content, reduced nitrate content and improved apparent N recovery rate of N fertilizer. NPKH also markedly improved P and K contents in lettuce. However, compared with the CK, the K content of lettuce under NPKH was reduced by 43.4%-58.9%. The fertilizer utilization efficiency under NPKH and NPKW was higher than other treatments in water spinach, increasing the N, P, K content of water spinach under these treatments. This research indicates that fertilizer application with amendments can maintain high vegetable crop yields and stimulate N uptake and transformation by the crop.

Key words:modifier; biomass ash; degraded soil; crop nutrient

http://cyxb.lzu.edu.cn

黃容, 高明, 葉夏伊, 汪文強, 劉彬彬, 劉江, 代文才. 萵筍-空心菜-萵筍種植模式下不同改良劑對退化土壤中植株養分利用的影響. 草業學報, 2016, 25(7): 148-157.

HUANG Rong, GAO Ming, YE Xia-Yi, WANG Wen-Qiang, LIU Bin-Bin, LIU Jiang, DAI Wen-Cai. Effects of fertilizer and soil additives on plant nutrient utilization in a degraded soil. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(7): 148-157.