不同氟添加量對油菜生長及土壤化學性狀的影響

張 娟，郭新送，陳士更，洪丕正，丁方軍，3 (.山東省產品質量檢驗研究院，山東濟南 500；.山東省腐植酸高效利用工程技術研究中心，山東農業大學肥業科技有限公司，山東泰安 7600；3.山東農業大學資源與環境學院，山東泰安 708)

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不同氟添加量對油菜生長及土壤化學性狀的影響

張 娟1，郭新送2，陳士更2，洪丕正2，丁方軍2，3(1.山東省產品質量檢驗研究院，山東濟南 250102；2.山東省腐植酸高效利用工程技術研究中心，山東農業大學肥業科技有限公司，山東泰安 271600；3.山東農業大學資源與環境學院，山東泰安 271018)

[目的]探討肥料中不同氟添加量對油菜生長及土壤化學性狀的影響。[方法]采用油菜盆栽試驗，通過比較不同氟添加量下的油菜產量、品質、生長特性及土壤化學性狀，得到限制油菜生長的肥料氟化物閾值。[結果]肥料中添加氟對油菜生長有抑制作用，以200 mg/kg的添加量為臨界值，大于此添加量油菜產量顯著降低，與無氟添加量相比，油菜產量降低27.38%～37.82%；隨氟添加量的增加，油菜蛋白質含量、含油量、可溶性糖含量均呈遞減趨勢，與無氟添加量相比，其含量顯著降低的氟添加量臨界值分別為300、200、100 mg/kg；施氟處理的油菜根系活力降低12.04%～41.83%，差異顯著，而氟添加量為300～500 mg/kg處理的葉綠素含量顯著降低，降低幅度為19.09%～32.11%；當氟添加量>300 mg/kg時，土壤總氟含量顯著增加，并超過油菜的耐氟閾值，土壤pH提高3.56%～7.73%。[結論]肥料中氟化物含量不宜超過300 mg/kg。

氟；油菜；產量；品質；根系活力；葉綠素；化學性狀

氟在自然界普遍存在，且是一種與人體健康密切相關的必需微量元素，人體攝入氟元素不足或過量均會對健康產生危害[1]。植物中的氟是人體攝入氟的主要渠道之一，而在一般土壤中，氟對植物的生長影響較小，但在一些地區或某種特殊環境條件下，由于土壤氟含量較高或外源氟引入量過大以致超過植物的耐氟閾值，則土壤氟對植物產量和品質產生負面影響，此外，土壤氟含量增加，還會對土壤物理性質、化學性質等產生影響[2-4]。外源氟引入量過大(氟污染)會直接引起作物產量降低，甚至絕產，尤其是蔬菜、茶葉類耐氟閾值較低的作物[5-6]。過量的氟不僅造成作物減產，還會引起土壤一些理化性狀的改變，許中堅等[7]研究表明，氟對土壤膠體穩定性有影響，此外，還與土粒表面羥基進行配位交換，釋放羥基而提高土壤pH。若肥料中的氟超量，并隨施肥進入土壤則會引起作物生理毒害，主要是過量氟顯著降低作物根系活力，抑制葉綠素形成，減弱光合作用[8]。以往的研究主要集中于大氣中氟污染對植物的影響，對大氣中氟含量的標準，植物吸收富集氟化物的能力以及對植物毒害閾值的研究，而對土壤氟與土壤性質和植物生長的關系研究較少。筆者采用盆栽培養的方法，研究不同氟添加量對油菜產量、品質、生長特性(根系活力、葉綠素)及土壤化學性狀(土壤總氟、氮、磷、鉀及pH)的影響，探討氟對油菜的毒害機理與油菜的耐氟閾值，以期為了解氟污染的機理以及為肥料中氟含量安全閾值限定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試土壤類型為褐土，按系統命名為普通簡育濕潤淋溶土，其基本理化性狀：pH 8.11，有機質13.03 g/kg，全氮0.86 g/kg，有效磷29.10 mg/kg，速效鉀95.33 mg/kg。土壤經自然風干、去雜質、壓碎后過2 mm孔篩，備用。以油菜作為供試作物，品種為南京中桿。以NH4F作為氟來源。

1.2 試驗設計油菜盆栽試驗于2014年10月8日至2015年5月12日在山東農業大學肥業科技有限公司的溫室大棚內進行。盆栽所用盆的規格為直徑(內徑)18 cm、高10 cm 的塑料盆。每盆裝有過2 mm篩的風干土3.5 kg。

試驗共設6個處理：①無氟添加量(CK)，②氟添加量為100 mg/kg(F1)；③氟添加量為200 mg/kg(F2)；④氟添加量為300 mg/kg(F3)；⑤氟添加量為400 mg/kg(F4)；⑥氟添加量為500 mg/kg(F5)。每個處理施肥量一致，均為氮(N)135 mg/kg，磷(P2O5)70 mg/kg，鉀(K2O)100 mg/kg，分別以尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀為補充平衡養分含量，使各氟處理施入相同用量的氮、磷、鉀元素。每個處理重復5次，出苗后每盆留苗3株，各處理隨機排列，油菜按照正常管理。

1.3 測定項目與方法生物性狀：在油菜成熟時，采集盆栽3株油菜地上部分，用于油菜品質的測定。同時對每盆油菜進行單收單打，并測定產量；含油量、蛋白質、可溶性糖含量用Foss-NIR systems 5000 近紅外光譜儀進行測定；根系活力采用TTC法進行測定；葉片綠度采用SPAD-502 Plus葉綠素儀進行測定，測定葉片統一選擇從上往下第四片展開葉，每片葉測定5次并取其平均值。土壤性狀：全氟采用堿熔法，氟離子選擇性電極測定；pH采用酸度計測定，水土比 1∶5；全氮采用半微量凱式定氮法；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提鉬藍比色法；速效鉀采用NH4OAC浸提火焰光度法；有機質采用重鉻酸鉀容量法。

1.4 數據分析采用SAS(8.2)統計分析軟件進行ANOVA方差分析及Duncan差異顯著性檢驗，比較不同處理間差異，并用Microsoft Excel 2007軟件做圖。

2 結果與分析

2.1 不同施氟處理對油菜產量的影響由圖1可知，不施氟處理的油菜產量高于其他施氟處理，但與氟添加量為100 mg/kg 處理的油菜產量無顯著差異，而當氟添加量為200 mg/kg時，油菜產量顯著降低，與不施氟處理相比，產量降低27.11%。隨著氟添加量的增加，油菜產量呈遞減趨勢，當氟添加量為200～400 mg/kg時，油菜產量間差異不顯著，當氟添加量達500 mg/kg時，油菜產量顯著降低。綜上，肥料中存在氟對油菜生長有抑制作用，以200 mg/kg的添加量為臨界值，超過此添加量油菜產量顯著降低，故肥料中氟化物含量應控制在200 mg/kg以下。

圖1 不同施氟處理對油菜產量的影響

2.2 不同施氟處理對油菜品質及生長特性的影響

2.2.1不同施氟處理對油菜含油量、蛋白質及可溶性糖含量的影響。由表1可知，施氟處理對油菜蛋白質含量有顯著影響。隨氟添加量的增加，油菜蛋白質含量呈遞減趨勢。各處理的蛋白質含量由大到小依次為CK、F1、F2、F3、F4、F5，以不施氟處理的蛋白質含量最高，F5處理的蛋白質含量最低。與CK相比，當氟添加量為300 mg/kg時，油菜蛋白質含量顯著降低，降低幅度達20.65%。

不同氟處理對油菜含油量有不同影響，各處理的含油量由大到小依次為CK、F1、F2、F3、F4、F5，以不施氟處理(CK)的含油量最高，以500 mg/kg氟添加量處理最低。當氟添加量達200 mg/kg后，其含油量顯著降低，降低幅度達6.88%～17.32%?？扇苄蕴呛枯^易受氟含量的影響，與不施氟處理相比，施氟處理油菜可溶性糖含量顯著降低，其中，施氟量100 mg/kg時，可溶性糖含量顯著降低，與CK相比，降低31.31%，隨氟添加量的增加，其可溶性糖含量降低趨勢越明顯。

表1 不同施氟處理對油菜品質的影響

2.2.2不同施氟處理對根系活力及葉綠素含量的影響。由圖2可知，氟的存在能引起油菜根系活力下降，各處理以不施氟處理的根系活力最高，以施500mg/kg氟處理最低。各處理的油菜根系活力由大到小依次為CK、F1、F2、F3、F4、F5。施氟量為200和300 mg/kg的油菜根系活力無顯著差異，與CK相比，各施氟處理根系活力降低12.04%～41.83%，差異顯著。當氟添加量為500mg/kg時油菜根系活力極低，這是由于根系對氟敏感，而高氟處理土壤板結，根系穿插和水分運動均受較大影響，根系生長受到抑制。

圖2 不同施氟處理對根系活力的影響

由圖3可知，氟化物對葉綠素的影響與其濃度大小有關，不同氟處理對油菜葉綠素含量有顯著影響，以不施氟處理的葉綠素含量最高，隨氟添加量的增加，油菜葉綠素含量呈降低趨勢，當氟添加量小于200 mg/kg時，油菜葉綠素含量無顯著差異，而氟添加量為300 mg/kg時油菜葉綠素含量降低，且達顯著水平，與CK相比，氟添加量為300～500 mg/kg處理油菜的葉綠素含量降低19.09%～32.11%。這可能是由于F-取代葉綠素卟啉環中的 Mg2+或Fe2+，抑制了葉綠素合成，但相關機理有待進一步研究。

圖3 不同施氟處理對葉綠素含量的影響

2.3 不同施氟處理對土壤化學性質的影響

2.3.1不同施氟處理對土壤總氟含量的影響。由圖4可知，隨氟添加量的增加，土壤中總氟含量呈遞增趨勢。各處理以氟添加量為500 mg/kg的土壤總氟含量最高，以不施氟的CK處理最低。當氟添加量小于200 mg/kg時，土壤總氟含量差異不顯著，表明土壤自身的修復能承載此含量以下的外源氟，而當氟添加量為300 mg/kg時，土壤總氟含量顯著增加，與CK相比，土壤總氟含量升高44.44%～175.9%，呈加倍之勢增加，有可能超過一些作物的耐氟閾值，以致造成氟中毒。

圖4 不同施氟處理對土壤總氟含量的影響

2.3.2不同施氟處理對土壤pH的影響。由圖5可知，不同氟添加量施入土壤中會引起土壤pH的變化，各處理的土壤pH由大到小依次為F5、F4、F3、F2、F1、CK，隨著土壤含氟量的增加，土壤 pH 增加，以施氟500 mg/kg的土壤pH最高，以不施氟的CK處理最低。與CK相比，100 mg/kg氟添加量處理土壤pH升高1.31%，但未達顯著差異，即氟添加量小于100 mg/kg時，土壤pH無顯著變化。而當氟添加量大于200 mg/kg時土壤pH有小幅升高，且與不施氟處理差異顯著，并以F5處理的土壤pH升高幅度最大，達7.73%。這可能是由于土壤膠體表面的部分-OH被F-替代或部分-OH 與F-進行配位交換，從而提高土壤pH，還有研究[10]認為，H+與F-結合，有絡合礦物晶格溶解作用，致使難溶性的Ca2+釋放，但土壤 pH 變化受土壤酸堿緩沖能力的影響較大，具體原因有待深入研究。

2.3.3不同施氟處理對土壤碳、氮、磷和鉀的影響。由表2可知，不同氟添加量的土壤全碳含量變化較小，各處理間差異不顯著，即氟對土壤碳庫無顯著影響。不同添加量的土壤全氮含量變以化較小，100 mg/kg氟添加量處理的土壤全氮含量較高，但與其他處理的土壤全氮含量差異不顯著。

圖5 不同施氟處理對土壤pH影響

表2 不同施氟處理對土壤碳、氮、磷和鉀的影響

施用磷、鉀肥后，氟添加量為100～300 mg/kg的土壤有效磷和速效鉀含量稍高于無氟添加量處理，而大于300 mg/kg氟添加量處理的有效磷和速效鉀含量低于無氟添加量處理。不同氟添加量對土壤氮、磷、鉀養分的影響在一季油菜試驗中未達顯著差異，但已見相互作用的結果，其存在何種相互作用關系，有待進一步研究。

3 結論

(1)肥料中添加氟對油菜生長有抑制作用，以200 mg/kg的添加量為臨界值，大于此添加量的油菜產量顯著降低，與無氟添加量相比，油菜產量降低27.38%～37.82%。

(2)隨氟添加量的增加，油菜蛋白質含量、含油量、可溶性糖含量均呈遞減趨勢，與無氟添加量相比，其含量顯著降低的氟添加量臨界值分別為300、200、100 mg/kg。

(3)施氟處理的油菜根系活力降低12.04%～41.83%，差異顯著，而氟添加量為300～500 mg/kg處理的葉綠素含量顯著降低，降低幅度為19.09%～32.11%。

(4)當氟添加量>300 mg/kg時，土壤總氟含量顯著增加，并超過油菜的耐氟閾值；當氟添加量>200 mg/kg時，土壤pH提高3.56%～7.73%，差異顯著；而不同氟添加量對土壤碳、氮、磷、鉀養分含量的影響差異不顯著。

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Effects of Fluorine Quantity on Rapeseed Growth and Soil Chemical Properties

ZHANG Juan1, GUO Xin-song2, CHEN Shi-geng2et al (1. Shandong Institute for Product Quality Inspection, Jinan, Shandong 250102; 2. Engineering Technology Research Center of Efficient Utilization of Humic Acid in Shandong Province, Shandong Agricultural University Fertilizer Science Tech. Co. Ltd., Taian, Shandong 271000)

[Objective] To discuss the effects of fluorine quantity in fertilizers on rapeseed growth and soil chemical properties. [Method] Rapeseed pot test was adopted. Rapeseed yield, quality, growth characters and soil chemical properties under different fluorine quantities were compared. Thus, the fertilizer fluoride threshold for restricting the rapeseed growth was obtained. [Result] Adding fluoride to fertilizer could inhibit rapeseed growth and the amount of 200 mg/kg was the critical value. When exceeding this threshold, the rapeseed yield decreased by 27.38%-37.82%. With the increase of fluoride dosage, rapeseed protein content, oil content, soluble sugar content decreased. Compared with adding no fluoride, and the critical values of fluorine quantity was 300, 200 and 100 mg/kg, respectively. The root activity of rapeseed decreased by 12.04%-41.83%, and the difference was significant on fluorine application, and the chlorophyll content decreased by 19.09%-32.11% of 300-500 mg/kg fluorine application. The soil total fluorine content increased significantly when fluorine application was greater than 300 mg/kg, and this quantity exceeded the rapeseed growth fluoride threshold, but the soil pH enhanced by 3.56%-7.73%. [Conclusion] Fluoride content in fertilizer should not be more than 300 mg/kg.

Fluoride; Rapeseed; Yield; Quality; Root activity; Chlorophyll; Chemical properties

山東省科技計劃發展項目(2012GNC11002)。

張娟(1976- )，女，山東淄博人，高級工程師，從事各類肥料產品質量檢測及標準科研研發工作。

2016-08-29

S 153；S 154

A

0517-6611(2016)30-0118-03