腐植酸尿素對土壤礦質氮含量及生菜品質的影響

錢成宇 郭景麗 任榮奎 徐靈穎 續勇波

摘? ? 要：為探究腐植酸尿素對蔬菜品質的影響，以半結球生菜為指示作物，設CK（不施氮肥）、T1（常規尿素）、T2（腐植酸尿素）、T3（商品有機肥）4個處理，測定根際和非根際土壤銨態氮、硝態氮含量及變化，以及生菜硝酸鹽、草酸、亞硝酸鹽、可溶性總糖、維生素C含量等品質指標，采用隸屬函數法評價腐植酸尿素對生菜品質的綜合影響。結果表明，與非根際土壤結果一致，腐植酸尿素處理的平均根際土壤礦質氮（銨態氮+硝態氮）含量（w）為137.77 mg·kg-1，高于其他處理，且以硝態氮為主。隨著種植茬數增加，腐植酸尿素處理的土壤銨態氮、硝態氮富集率由正轉負。腐植酸尿素處理的生菜可食部分鮮質量顯著高于常規尿素處理。土壤銨態氮含量與可食部分鮮質量呈顯著正相關，蔬菜硝酸鹽含量與土壤硝態氮含量呈顯著正相關。綜上所述，腐植酸尿素有利于高品質蔬菜生產，但其對土壤銨態氮、硝態氮的調控機制仍需進一步研究。

關鍵詞：生菜；腐植酸尿素；礦質氮形態；根際土壤；品質

中圖分類號：S636.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）01-110-07

Impacts of humic acid urea on soil mineral N content and quality of lettuce

QIAN Chengyu1， 2， GUO Jingli3， REN Rongkui3， XU Lingying2， XU Yongbo4

（1. College of Resources and Environment， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， Yunnan， China; 2. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture/Changshu National Agro-Ecosystem Observation and Research Station/Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences， Nanjing 210008， Jiangsu， China; 3. Henan Xinlianxin Chemical Industry Group Co.， LTD， Xinxiang 453731， Henan， China; 4. College of Tobacco Science， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， Yunnan， China）

Abstract： To investigate the impact of humic acid urea on vegetable quality， semi-heading lettuce was chosen as the indicator crop， and four treatments were implemented： CK （no nitrogen fertilizer）， T1 （conventional urea）， T2 （humic acid urea）， and T3 （commercial organic manure）. We measured the ammonium and nitrate nitrogen content and changes in both rhizosphere and non-rhizosphere soils， as well as various indicators of lettuce quality， including nitrate， oxalic acid， nitrite， soluble total sugar， and vitamin C. Using the membership function method， we analyzed the comprehensive effect of humic acid urea on lettuce quality. The results showed that the average mineral nitrogen content （ammonium nitrogen + nitrate nitrogen）in the rhizosphere soils under humic acid urea treatment was 137.77 mg·kg-1， consistent with the results in non-rhizosphere soils. The nitrate nitrogen was the main soil mineral nitrogen type under humic acid urea treatment. The enrichment rates of soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen change from positive to negative followed the increase of cultivation. The fresh mass of the edible portion and the average quality membership function values under humic acid urea treatment was higher compared with common urea treatment. The correlation analysis showed that the soil ammonium nitrogen was significantly positive correlated with fresh weight of edible part， and the vegetable nitrate was significantly positive correlated with soil nitrate nitrogen. To sum up， humic acid urea is beneficial to high quality vegetable production， but its regulation mechanism of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in soil needs further studied.

Key words： Lettuce; Humic acid urea; Mineral nitrogen types; Rhizosphere soil; Quality

隨著國民經濟飛速發展，我國的蔬菜需求量不斷增加。截至2022年底，我國蔬菜播種面積達到2 237.5萬hm2，與1985年末的475萬hm2相比增加了4倍[1-2]。與此同時，《中國統計年鑒》[2]表明，截至2021年，我國的人均蔬菜年占有量達到549.10 kg，而蔬菜的人均年消費量只有109.8 kg，我國蔬菜生產仍處于飽和狀態。我國蔬菜生產已經從低層次的“溫飽需求”逐步向高層次的“高品質的綜合需求”邁進。氮素是蔬菜需求量最大的礦質營養元素，在蔬菜生長和發育過程中起到重要作用。氮素可以通過影響蔬菜體內碳、氮代謝過程，進而影響硝酸鹽、可溶性糖、維生素C含量等，改變蔬菜品質[3-4]。過量施氮會降低蔬菜維生素C含量和含糖量，增加蔬菜體內的有害物質[5-8]。因此，依靠提高氮肥用量改良蔬菜品質已經處于“瓶頸”狀態，新型肥料研發迫在眉睫。

銨態氮和硝態氮是蔬菜吸收氮素的主要形態[9-11]，其含量多少與蔬菜品質密切相關。有研究認為，土壤中硝態氮含量高，生長的作物總生物量和根冠比較高，有助于根系中可溶性糖的累積和相關代謝酶活性的提高[12]；土壤銨態氮含量過高則可能會出現銨鹽毒害現象[13]。但也有學者研究發現，硝態氮作為主要氮源，會增加蔬菜可食部分的硝酸鹽含量，對健康造成潛在威脅[14]。施肥的本質是土壤養分庫擴容。相較于普通尿素，新型尿素對土壤銨態氮、硝態氮的影響有何差異，目前尚不明確。這一差異對生菜品質有何影響并不清楚。

腐植酸是一類高分子物質，具有較強的吸附性能和生物活性，與尿素結合可以抑制脲酶活性，減緩尿素水解，同時將養分固定在根際來促進作物吸收，從而提高養分利用效率[15]。此外，腐植酸還在調控土壤氨有效性、保蓄土壤銨和通過酸化作用降低氨揮發等方面具有重要作用[16]。蔬菜生長所需的氮素有超過一半來自于土壤[4，17]，肥料投入土壤后并未被作物完全吸收，肥料中大部分養分會滯留在土壤中，成為土壤養分庫的一部分。因此，筆者的研究以蔬菜品質為出發點，以生菜作為指示作物，通過觀察一次性施肥后連續3季不同施肥處理（尿素、腐植酸尿素、商品有機肥）根際和非根際土壤銨態氮、硝態氮含量變化及其對生菜品質的影響，為腐植酸尿素在高質量蔬菜生產中的推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2021年4月至2022年3月在江蘇省南京市中國科學院南京土壤研究所溫室進行。供試生菜為半結球生菜（全年耐抽薹生菜，購自山東威爾種子有限公司）。供試土壤來自于江蘇省南京市溧水區高塘村普朗克有機農場處于轉化期的設施菜地土壤，轉化之前為水稻田。土壤類型為黃棕壤，土壤有機碳含量（w，后同）7.01 g·kg-1、全氮含量0.59 g·kg-1、堿解氮含量65.48 mg·kg-1、有效磷含量4.82 mg·kg-1、速效鉀含量111.00 mg·kg-1。采集0～20 cm土壤風干研磨過2 mm篩備用。試驗所用的普通尿素和腐植酸尿素為河南心連心化學工業集團股份有限公司提供的普通尿素（含N 45.6%）和腐植酸尿素（含N 42.8%，腐植酸含量2.7%）。供試有機肥為當地商品有機肥（主要成分為雞糞肥，有機質含量≥15%）。

1.2 試驗設計

試驗設置CK（不施氮肥）、T1（常規尿素）、T2（腐植酸尿素）、T3（商品有機肥）4個處理，每個處理4次重復，完全隨機排列。按照等量氮、磷、鉀設置試驗，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）投入量分別為180、180和280 kg·hm-2，所有處理均采用一次性施入方式，試驗期間不再追肥。試驗共種植3季，每季收獲后休耕。試驗采用直徑25 cm、高25 cm的圓柱筒，盆底鋪上60目尼龍網，先裝入深5 cm的土作為底層土，將1 kg土與對應的肥料混勻放入300目根際袋（高20 cm，周長30 cm），隨后在袋外填充剩余土壤，保持土壤含水量為田間持水量的60%左右。待穩定5 d后播種，每個根際袋中心距離土表0.5 cm處放入6粒種子，待種子出芽后，在幼苗2葉期進行間苗至每盆1株，株行距為50 cm×50 cm。長至15～20片葉收獲（2021年7月29日、2021年12月1日、2022年3月8日）。每季收獲后，利用根際袋將生菜移出，利用抖根法取20 g根際土壤，其余根際土放回盆內同時采集非根區20 g土壤，置于4 ℃冰柜以供后續分析；將生菜按照根、葉分開，分別測定生物量，對葉片品質進行進一步分析，每個樣品4次重復。

1.3 測定方法

生菜品質指標測定，主要包括葉片硝酸鹽、亞硝酸鹽、草酸、可溶性總糖、維生素C、粗蛋白含量和全磷、全鉀元素含量，采用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量[18]；采用鹽酸萘乙二胺法測定亞硝酸鹽含量[19]；采用鐵絡合比色法測定草酸含量[20]；采用蒽酮比色法測定可溶性總糖含量[20]；采用分光光度法測定維生素C含量[20]；采用Kjeltec 8200半自動定氮儀測定植物全氮、粗蛋白含量[21]；采用電感耦合等離子體質譜儀測定全磷、全鉀含量[21]。采用隸屬函數法（membership function）對生菜品質進行分析，平均隸屬函數值越大，綜合品質越好[22]，計算公式如下：

R（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；

式中，Xi為指標測定值，Xmin、Xmax為某一指標的最小值和最大值。

土壤樣品分析：利用AA3連續流動分析儀測定根際和非根際土壤銨態氮、硝態氮含量[23]。利用“富集率（enrichment ratio，E）”表示根際對土壤銨態氮、硝態氮的富集程度。E值越大，根際效應越強，計算公式如下[24]：

E = [（根際養分含量-非根際養分含量）/非根際養分含量]×100%。

1.4 數據分析

采用Excel 2013對試驗數據進行處理，采用IBM SPSS Statistics 23對試驗結果進行統計分析，采用Excel 2013進行圖表繪制，以LSD最小顯著差異法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤銨態氮、硝態氮的影響

從表1可以看出，不同處理在第一季到第三季的根際土壤銨態氮、非根際土壤銨態氮含量均呈先升后降的趨勢。在第一季，T3處理的根際土壤銨態氮含量最高（2.55 mg·kg-1），其次是CK處理（2.52 mg·kg-1）、T1處理（1.34 mg·kg-1），T2處理最低，為0.94 mg·kg-1。第二季各處理的根際土壤銨態氮含量總體呈上升趨勢，含量高低順序為T3 （4.60 mg·kg-1）>T2 （4.56 mg·kg-1）> CK （3.76 mg·kg-1）>T1（3.72 mg·kg-1）。與根際土壤銨態氮不同，第二季的非根際土壤銨態氮含量高低順序為CK （9.76 mg·kg-1）>T2（5.70 mg·kg-1） > T3（5.12 mg·kg-1）>T1（4.52 mg·kg-1）。第三季各處理根際和非根際土壤銨態氮含量均無顯著差異。就硝態氮含量而言，在第一季，無論是根際還是非根際土壤硝態氮含量均以T2處理最高，分別為400.51、273.70 mg·kg-1，T1處理次之，CK和T3處理最低。第二季不同施肥處理下根際土壤硝態氮含量高低順序為T1 （13.26 mg·kg-1）>T3（11.23 mg·kg-1）>CK（5.87 mg·kg-1）>T2（5.53 mg·kg-1）；非根際土壤硝態氮含量高低順序為T1（68.75 mg·kg-1）>T2（15.11 mg·kg-1）>T3（10.61 mg·kg-1）>CK（2.31 mg·kg-1）。第三季T1處理的根際和非根際土壤硝態氮含量要顯著高于其他處理。

根際是植物-土壤生態系統進行養分交換的活躍微域，富集率可以較好地反映根際對土壤養分的富集程度。由表1可知，除T3處理外，各處理的土壤銨態氮富集率隨種植季延長由正轉負且逐漸趨于穩定。其中，在第一季土壤銨態氮富集率高低表現為：CK（3.18%）>T1（1.22%）>T2（0.04%）>T3 （-0.76%）。第二季T3處理的土壤銨態氮富集率最高，其次為T2和T1處理，CK最低。第三季各處理間的土壤銨態氮富集率與第二季的結果相似。就土壤硝態氮富集率而言，第一季T1、T2處理的土壤硝態氮富集率顯著高于T3和CK處理。第二季和第三季CK處理的土壤硝態氮富集率均顯著高于其他處理。綜上可知，隨著種植季的延長土壤氮富集率會逐漸趨于穩定；此外，施肥會明顯改變土壤銨態氮和硝態氮富集特征。

2.2 不同施肥處理對生菜產量、品質的影響

由表2可知，T2處理的生菜可食部分鮮質量顯著高于其他3個處理。硝酸鹽、亞硝酸鹽和草酸含量越高，蔬菜可食用風險越大。T1和T2處理的生菜硝酸鹽含量高于CK和T3處理，分別為1 645.96和1 514.08 mg·kg-1，但各處理之間差異并未達到顯著水平。T1處理的生菜亞硝酸鹽含量最高，為2.18 mg·kg-1，較CK處理提高20.44%。T3處理硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均為最低，分別為648.33、0.64 mg·kg-1。生菜草酸含量各處理之間并未達到顯著差異水平。可溶性糖和維生素C含量對蔬菜口感和人體健康具有重要意義，數值越高，蔬菜風味和營養品質越高。不同處理的可溶性糖含量最高為T2處理，為41.06 mg·g-1，較CK、T1、T3處理可溶性糖含量分別增加17.45%、9.06%和49.31%。除T1處理外，CK、T2和T3處理的維生素C含量無顯著差異。生菜粗蛋白、全磷、全鉀含量可以反映作物對土壤養分的吸收效率，CK處理的粗蛋白含量顯著低于其他處理，不同處理間的全磷、全鉀含量無顯著差異。

為縮小單一指標對綜合風味品質的影響偏差，采用隸屬函數法對各處理指標的隸屬函數值進行分析，來評價不同施肥處理對生菜風味品質的影響效果。筆者的研究將可溶性糖、維生素C含量歸為有利風味品質指標類，將硝酸鹽、亞硝酸鹽和草酸含量歸為不利風味品質指標類。通過將有利指標類和不利指標類的平均隸屬函數值進行差減，發現平均隸屬函數值最高的處理為T3，CK處理次之，其次是T2處理，T1處理最低。這說明相較于施用普通尿素，腐植酸尿素和純有機肥處理均有利于提高蔬菜風味品質（表3）。

2.3 土壤銨態氮、硝態氮與生菜品質之間的關系

由表4可知，生菜可食部分鮮質量與根際土壤銨態氮含量、非根際土壤銨態氮含量之間均呈極顯著或顯著正相關，與非根際土壤硝態氮含量呈極顯著負相關。生菜硝酸鹽含量、粗蛋白含量與根際土壤硝態氮含量、非根際土壤硝態氮含量、硝態氮富集率均呈極顯著或顯著正相關。生菜草酸含量與土壤銨態氮含量、硝態氮富集率均呈顯著或極顯著正相關，與非根際土壤銨態氮含量呈極顯著負相關。維生素C含量與根際土壤硝態氮含量、非根際土壤硝態氮含量均呈顯著或極顯著負相關。生菜全磷含量與根際土壤銨態氮含量、硝態氮含量和非根際土壤硝態氮含量均呈極顯著正相關。生菜全鉀含量與土壤銨態氮、硝態氮富集率均呈極顯著正相關。上述結果表明，生菜產量和品質受土壤銨態氮、硝態氮含量的調控。

3 討論與結論

影響蔬菜生產的因素有很多，其中以氮為主的礦質營養吸收對蔬菜產量、品質維持至關重要[25]。土壤氮素是蔬菜氮素的主要來源，其中銨態氮和硝態氮作為作物氮素吸收的主要來源，其含量多少與蔬菜健康生長密切相關。本研究結果表明，就第一季而言，施用腐植酸尿素的根際土壤銨態氮含量顯著低于其他處理，純有機肥處理的土壤銨態氮含量最高；第二季腐植酸尿素處理的根際土壤銨態氮含量高于普通尿素處理，非根際土壤銨態氮含量高于普通尿素處理和有機肥處理。就硝態氮而言，施用腐植酸尿素后，第一季土壤硝態氮含量顯著高于其他處理，第二季土壤硝態氮含量顯著低于普通尿素處理。這種變化可能與腐植酸本身的特性有關：一方面，腐植酸尿素中的腐植酸作為一種尿素增效劑，可為硝化細菌等提供生長必需的碳源和能量，促使銨態氮向硝態氮轉化[26]；另一方面，腐植酸能夠與尿素反應形成腐植酸-脲絡合物，增強對土壤銨態氮和硝態氮的吸附作用，收到緩釋效果[27]。此外，隨著種植茬數的增加，施用腐植酸尿素的根際土壤銨態氮、硝態氮含量逐漸低于非根際土壤。這可能是由于本試驗中采用一次施肥觀察后續肥效的方式，第二季開始土壤沒有額外的氮源投入，蔬菜對根際土壤礦質氮需求不變，導致根際土壤銨態氮、硝態氮含量減少。由此可見，腐植酸尿素對土壤銨態氮、硝態氮的調控作用與土壤本身礦質氮含量關系密切。有機肥處理的銨態氮富集率隨種植茬數增加，可能是后期有機肥礦化分解釋放礦質氮，在蔬菜氮素需求不變的情況下導致土壤礦質氮總量增加，進而使得銨態氮逐漸富集。

本研究結果表明，相較于普通尿素，施用腐植酸尿素可以提高蔬菜產量，改善蔬菜品質。此外，相較于CK處理，施用氮肥處理的生菜生物量和品質指標值并未發生顯著增加。這說明，在筆者的研究中，土壤氮素供應總量并非是生菜產量和品質的關鍵因素，不同施肥處理生菜品質差異可能與土壤銨態氮、硝態氮形態有關。筆者研究分析了土壤氮素與生菜產量、品質的相關關系，發現土壤銨態氮含量與生菜可食用部分的鮮質量呈顯著正相關。這與車旭升等[28]在西藍花土壤中試驗結果相一致，銨態氮肥作用效果要優于硝態氮肥。這可能是由于蔬菜吸收高度氧化態的硝態氮后，只有通過還原作用轉化為銨態氮，才能參與進一步的代謝過程，促進生長發育。就蔬菜品質而言，蔬菜硝酸鹽含量與根際土壤硝態氮、非根際土壤硝態氮含量和硝態氮富集率呈顯著正相關。這說明土壤硝態氮作為主要氮源，會增加蔬菜可食部分的硝酸鹽含量[14]。蔬菜的草酸含量與非根際土壤銨態氮含量呈顯著負相關，與土壤銨態氮、硝態氮富集率呈顯著正相關，這說明根際土壤礦質氮富集效應越明顯，蔬菜草酸過量風險越高。此外，銨態氮含量增加可能會抑制蔬菜草酸積累[29-30]，這是由于銨態氮同化所需的能量較少，作物更易獲取自身利用的氮素，吸收的銨態氮直接與有機酸結合后形成氨基酸或者酞胺[10，31]。此外，高硝態氮還可能會減少蔬菜維生素C含量，造成品質退化。從上述結果可知，提高土壤銨態氮含量更有利于蔬菜增產和品質改良。公華銳等[32]在北方冬季設施栽培環境的高溫滅菌混合基質（草炭、混合發酵物、珍珠巖、蛭石）研究中也發現，與全量硝態氮相比，隨著銨態氮比例不斷增高，白菜的硝酸鹽含量下降幅度可達26%，可溶性糖含量增加幅度可達53%，銨態氮比例增加到40%時效果最好。Petropoulos等[10]在泥炭和珍珠巖混合基質上分析了棘豆風味品質對銨態氮、硝態氮的響應，結果表明，與100%硝態氮相比，銨態氮比例增加到50%～75%，總糖含量增加25.8%～28.8%，草酸含量下降5%～6%。

綜上所述，與常規尿素相比，腐植酸尿素可以改善蔬菜風味，有利于高品質蔬菜生產，在后續新型尿素研發工作中，要充分利用腐植酸的結構特性，關注其對土壤礦化、硝化的作用機制和效果，為進一步提高農產品產量和品質提供理論依據。

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