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 嚴少華

摘要：無土栽培目前已成為我國農業的重要內容，是發展高效農業的新途徑，但不論是有機生態型的無土栽培還是其他種類基質的無土栽培通常會出現植物營養失調的問題。利用有機無機復配的無土栽培基質進行白菜[Brassica campestris L. ssp. Chinensis （L.） Makino]的栽培試驗，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、產量以及氮肥利用率的影響。結果表明，在栽培中期施入一定量的氮肥可以促進白菜的生長且能夠在一定程度上提高白菜的產量，1.25、2.50、3.75 g/kg氮肥施用量處理的白菜產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。結果可為無土基質栽培的合理施用氮肥提供理論依據。

關鍵詞：基質栽培;白菜;氮肥;促生;氮肥利用率

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

無土栽培技術于19世紀60年代被提出，經過100多年的研究和發展，特別是最近幾十年來，隨著科學技術的發展和進步，無土栽培技術的發展非常迅速。我國對無土栽培這一高新農業技術的研究與應用雖起步較晚，但在短短的30多年中已有系統的研究，并在生產上得到逐步推廣應用。與傳統的土壤栽培相比，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，而且具有節水、節肥以及生產可控性高等優點[1]，隨著蔬菜無土栽培在全國的興起，相關研究也越來越受到重視，已成為如今發展無公害綠色蔬菜生產的可靠途徑。

按照植物根系生長環境是否有固體基質的存在，將無土栽培分為固體基質栽培和無固體基質栽培（水培、氣培等）2類[2]，其中固體基質栽培是無土栽培的主要形式。本研究所采用的基質為有機無機混合型基質，其自身鈣（Ca）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）等微量元素的轉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本身的養分釋放來滿足作物需求，尤其在作物需要養分的高峰期時[3]。而這些大量元素的不足會導致作物生理機能失調，造成不正常的生長與發育，從而使作物外部形態、局部或整體表現出異常的癥狀，輕者影響作物的生育進程，重者導致嚴重減產乃至絕收，嚴重影響經濟效益[4]。因此及時追施一定量的無機肥，利用無機化肥養分集中、肥效快的特點，能夠有效緩解這些癥狀，達到補充作物所需養分的目的。

本試驗利用有機無機物料復配的固體基質進行白菜[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），觀察在基質盤式栽培模式條件下不同施氮水平對白菜生長、產量、品質及氮素利用率等的影響，旨在為無土基質栽培的合理施用氮肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試基質由江蘇省農業科學院六合動物科學基地堆肥廠生產，基質基本理化性質為pH值6.50，電導率（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%，有機質含量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號青梗菜。

1.2 試驗設計

基質栽培試驗于2016年3—4月在江蘇省農業科學院六合動物科學基地栽培大棚內進行。白菜的無土栽培試驗在內徑為52 cm×34 cm×7 cm的藍色周轉箱中進行。向周轉箱中加入1.6 kg（干質量）基質，厚度約4 cm，基質鋪平整，均勻撒入白菜種子，共20盤。隨機分成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。

在播種后21 d時對不同處理追施氮肥（尿素）。試驗處理T1（對照）：不追施氮肥;T2：基質追施氮肥1.25 g/kg（干質量）;T3：基質追施氮肥2.50 g/kg（干質量）;T4：基質追施氮肥3.75 g/kg（干質量），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中，各處理氮肥噴施結束后噴灑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時的株高、SPAD值、葉面積等促生指標。播種后35 d，測定各處理每盤白菜的產量，并采樣測定各處理白菜品質（硝酸鹽、亞硝酸鹽、可溶性還原糖含量）以及基質的理化性狀。

1.3 測定項目與方法

pH值、EC值的測定：將基質樣品與去離子水1 ∶ 5（質量比）混合，于水平搖床上振蕩40 min，靜置過濾測定pH值、EC值。化學指標采用常規測定方法[5]進行測定，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;有機質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 數據計算與處理

氮吸收量、氮肥利用率計算方法為氮吸收量=干物質量×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%。

試驗數據采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進行統計與分析，使用最小顯著差異法檢驗進行多重比較。

2 結果與分析

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。白菜生長至28 d時，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，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，但各項促生指標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量顯著高于對照處理，T2、T3、T4處理白菜產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為2.37%、2.85%、3.64%、4.57%，施氮肥的3個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個施肥處理（圖3-C）。

2.3 不同施氮量對白菜品質的影響

氮肥施加對白菜品質產生一定的影響，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束后基質理化性狀及氮肥利用率的影響

栽培結束后，即播種35 d后，基質理化性狀及不同處理的氮肥利用率見表1。種植結束后基質的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。不同處理基質中有機質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。基質中不同養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;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;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;速效養分中速效磷、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2.86 g/kg，為4個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 討論與結論

近年來，隨著農業現代化和農村種植業的結構調整，我國設施農業得到了較大發展。無土栽培是世界設施農業中廣泛采用的一種技術，是設施農業發展的一項重要措施，滿足當今對可持續農業發展的需求，能夠有效緩解農業環境污染和生態惡化。無土栽培基質-蔬菜系統內養分平衡狀況是影響基質使用效果的一個重要因素[6]，在生產實際中，即使是營養型無土栽培基質，考慮到養分利用率、基質成本以及養分流失對環境的污染，其養分也不宜大量盈余，所以對于不同種類的蔬菜在無土栽培期間，需要根據吸肥特性及基質養分供應性能，采用單肥施用技術適時補充養分，使養分得到更合理高效的利用。

本試驗在白菜生長中期施用一定量的氮肥，可顯著促進白菜的生長，結果表明，增設氮肥能夠使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葉綠素、蛋白質、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的代謝過程，從而影響植株的生長發育。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，本試驗結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量，本試驗中，在一定范圍內隨著氮肥添加量的增加白菜的產量有所增加，但是尿素施加量達到3.75 g/kg時白菜的產量則有所下降，所以當施用的氮肥超過一定范圍后，反而會出現一定負向影響。楊麗娟等研究表明，隨氮肥施用量的增加，油菜產量呈上升趨勢，當肥料用量提高到一定程度時，繼續提高施氮量對提高產量的作用明顯降低，造成肥料的浪費[8]。肖厚軍等研究表明，氮是產量的主要限制因子，大白菜產量只在一定氮肥用量水平范圍內隨施氮量的增加而增加，超過一定水平后則開始下降[9]。

蔬菜品質會直接影響其本身的價值、加工利用以及對人體的健康，因此，蔬菜生產的基本目標應不僅僅在于獲得較高的產量，而且要獲得優良的品質。本研究結果表明，化學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。硝酸鹽含量是評價蔬菜衛生品質的重要指標之一[10]。相關研究表明，蔬菜對硝酸鹽的積累除與生物學特性、光照、濕度等有關外，還與栽培基質中氮營養水平、氮素形態及各種營養狀況等有關，過量施用氮肥會造成蔬菜硝態氮吸收和還原轉化的不平衡，而這也是造成硝態氮積累的根本原因[11-15]。本試驗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。可溶性糖含量是植物體內碳素營養狀況、農產品口感及品質性狀的重要指標之一，它也與采摘后農產品的保鮮期和植物抗凍能力有關，植物為了適應逆境條件，如干旱、低溫等，會通過主動積累一些可溶性糖來降低滲透勢和冰點，以適應外界環境條件的變化[16]。合適的還原糖含量有利于提高產品口感、儲存性等。通常施氮量超過一定水平后植株中還原糖含量下降[17-18]，本試驗中施氮量超過1.25 g/kg時白菜還原糖含量隨著施氮量增加而降低。

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

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