不同質地土壤施用控釋氮肥對小白菜生長發育的影響

關鍵詞： 控釋氮肥；土壤質地；小白菜；施肥量

中圖法分類號： S636.4 文獻標識碼： Ａ 文章編號： 1000-2324（2024）02-0210-08

化肥對于我國糧食的豐收和增產起到了40%以上的作用［1，2］。其中，氮素作為作物生長發育過程中必不可少的營養元素，長期以來在農業生產中發揮著重要的作用，世界上50%的糧食產量來自于氮肥的貢獻［3］。我國肥料利用率遠低于發達國家，其中氮肥的當季利用率約為30%-35%，磷肥約為10%-20%，鉀肥約為35%-50%［4］。肥料利用率低下，投入卻居高不下，肥料的高投入低利用率不僅浪費了肥料資源，降低了作物的品質、增產幅度和農業生產的經濟效益，而且會造成農業生態環境的污染。因此，提高氮肥利用率、減少由于不合理施用氮肥而造成的污染、發展可持續綠色高效農業成為當前土壤肥料研究的熱點［5］，其中控釋氮肥的研制施用是重要措施。

控釋氮肥可以通過各種包膜技術的調控，使養分的釋放時間和有效期延長，實現養分釋放與作物生長需求相同步，從而提高氮肥利用效率、減少環境污染［6， 7］。有研究表明，與速效氮肥相比，施用控釋氮肥可使NO3--N 淋洗損失減少34%-49%，氨揮發降低80%［8］。控釋氮肥由于一次性施肥即能滿足作物整個生育期的養分需求，且不易燒根燒苗，已成為目前肥料研究的前沿方向之一。目前對控釋肥的肥效研究較多，但與普通肥相比，不同質地土壤對控釋氮肥的安全用量研究較少。本試驗以普通尿素為對照，研究不同施用量的控釋氮肥在砂土、壤土、粘壤土上對小白菜生長發育的影響，進一步探討控釋氮肥在不同土壤中的養分釋放特性，為其安全施用提供基礎數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試小白菜品種為“上海青”。

供試土壤：土壤類型為棕壤（簡育濕潤淋溶土），質地分別為粘壤土、壤土、砂土，土壤肥力均為低等肥力。

試驗肥料：控釋氮肥（山東農業大學研制，N44%，控釋期50 天）；普通尿素肥為商品肥尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P₂O₅ 16%）和硫酸鉀（K₂O50%）。

1.2 試驗方法

盆栽試驗于2022 年4 月至5 月進行，試驗地點為眾德肥料（煙臺）有限公司，粘壤土、壤土、砂土分別設置8個施肥處理：

CK：氮空白，土壤純養分量N、P₂O₅、K₂O分別為0.0 g/kg、0.11 g/kg、0.1 g/kg；

F1：普通肥，土壤純養分量N、P₂O₅、K₂O分別為0.1 g/kg、0.11 g/kg、0.1 g/kg；

F2：普通肥，土壤純養分量N、P₂O₅、K₂O分別為0.2 g/kg、0.11 g/kg、0.1 g/kg；

F3：普通肥，土壤純養分量N、P₂O₅、K₂O分別為0.4 g/kg、0.11 g/kg、0.1 g/kg；

F4：普通肥，土壤純養分量N、P₂O₅、K₂O分別為0.8 g/kg、0.11 g/kg、0.1 g/kg；

CF1：控釋氮肥，土壤純養分量N、P₂O₅、K₂O分別為0.4 g/kg、0.11 g/kg、0.1 g/kg；

CF2：控釋氮肥，土壤純養分量N、P₂O₅、K₂O分別為0.8 g/kg、0.11 g/kg、0.1 g/kg；

CF3：控釋氮肥，土壤純養分量N、P₂O₅、K₂O分別為1.6 g/kg、0.11 g/kg、0.1 g/kg。

每個處理設置3次重復。供試容器為陶土盆，上部直徑21cm，高13cm，每盆裝干土2.5kg。每盆播小白菜種30粒。2022年4月10日點種，一葉一心期進行間苗，每盆留6棵苗，2022年5月29日收獲。整個生育期內各處理管理措施相同。

1.3 指標測定

小白菜收獲時使用SPAD 儀（SPAD -502D）測得葉片葉綠素的SPAD值；采收后每盆6 株合并稱得鮮重，然后將小白菜植株置于105 ℃殺青2 h，75 ℃烘干至恒重后稱得干重，根據《土壤農業化學分析方法》所描述的方法測定小白菜植株全氮含量［9］；植株硝態氮含量、土壤堿解氮含量分別參照GB/F15401-1994、DB51/F1975-2014 進行測定。

1.4 數據處理與分析方法

試驗數據的統計分析采用SPSS 24.0 軟件對數據進行單因素方差分析，進行顯著性差異分析（Plt;0.05）。采用TBtools 軟件進行聚類分析，采用Origin 2021進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥處理對小白菜出苗成活率的影響

不同氮肥處理顯著影響了小白菜的出苗成活率（表1）。粘壤土處理中，普通氮肥0.8 g/kg的F4 處理所有植株均死亡，成活率為0%，嚴重抑制了小白菜的發芽生長，而施肥量高出很多的控釋氮肥處理沒有明顯的燒苗現象，氮肥施用量1.6 g/kg 的CF3 處理，出苗率還達到86.67%；各處理中壤土的出苗成活率普遍低于粘壤土處理，其中F4、CF3 處理小白菜出苗成活率為0%，F2、F3處理嚴重影響了小白菜苗期生長，苗期成活率分別只有64.33%、50.67%，控釋氮肥處理CF1、CF2小白菜苗期成活率也分別只有70.50%、45.33%；砂土處理中，F3、F4、CF3 的成活率均為0%，嚴重抑制了小白菜的出苗，而控釋氮肥處理CF1、CF2苗期成活率還有59.67%、65%。總體不同質地成活率比較，是粘壤土gt;壤土gt;砂土，相同濃度下，控釋氮肥的成活率高于普通氮肥。出苗成活率總體上隨著氮肥施用量的增加而降低，較高的氮濃度會對小白菜的出苗成活率產生一定的抑制作用。

2.2 不同氮肥處理對小白菜生物量的影響

不同氮肥處理對小白菜植株產量有著顯著影響（表2）。不同質地土壤小白菜生物量有較大差異，粘壤土中的小白菜生物量明顯高于壤土和砂土。粘壤土中，小白菜鮮重在處理F2、CF1、CF2 下顯著高于其它處理，干重則在CF2 處理為最大值，而與CF2 處理相同氮用量的F4 處理，植株成活率為0%。在壤土中，小白菜的鮮干重均在施用0.4 g/kg 控釋氮肥的CF1 處理下顯著高于其他處理，而與CF1 處理相同氮用量的F3 處理嚴重抑制了小白菜的生長，6 株小白菜植株鮮重僅為4.6 g，高于0.4 g/kg 的普通氮肥和高于0.8 g/kg 的控釋氮肥均抑制了壤土中小白菜的生長。在砂土中，F1、F2、CF1 處理的小白菜干鮮重顯著高于其他幾個處理，說明砂土并不適合小白菜的生長，且濃度較高的氮肥對小白菜的抑制作用更為明顯。

2.3 不同氮肥處理對小白菜葉綠素含量的影響

植株葉片的SPAD值在一定程度上可以反應植株葉綠素的相對含量，不同氮肥及施用量顯著影響了小白菜葉片的SPAD值（圖1）。SPAD值有隨著氮肥施用濃度提高而提高的趨勢，其中，粘壤土中控釋氮肥的SPAD值整體高于普通氮肥，并在CF3處理下顯著高于其他幾個處理。壤土中，F3、CF2處理的SPAD值最高，但與除CK外其他處理無顯著性差異。砂土中，控釋氮肥的SPAD值同樣整體高于普通氮肥，且在CF1處理下顯著高于其他處理。

2.4 不同氮肥處理對植株氮素含量的影響

植株硝態氮含量與全氮含量表現類似（圖2），粘壤土栽培下的小白菜均在CF3 處理下顯著高于其他處理；壤土栽培下的小白菜在F2、F3、CF1和CF2處理下顯著提高了硝態氮含量，植株全氮含量則在F2、F3 和CF1 處理下顯著提高；砂土栽培下的小白菜在CF2處理下顯著提高了硝態氮含量，CF1處理下植株全氮含量顯著提高。

2.5 不同氮肥處理對土壤堿解氮含量的影響

土壤堿解氮含量可以反應土壤中速效氮含量的高低，堿解氮含量有隨著氮肥施用量增加而提高的趨勢（圖3）。5 月4 日粘壤土和壤土的堿解氮含量均在CF3 處理顯著高于其他處理，其次是F4 處理；砂土則在F4 處理顯著高于其他處理，其次是CF3 處理，而F4、CF3 處理氮肥使用量大、植株成活率低、生物量小，土壤中的有效氮被小白菜植株吸收的量更少。CF1、CF2 處理的堿解氮含量均低于同等施氮量的F3、F4 處理。說明CF1、CF2 處理的控釋氮肥在土壤中釋放的速度更慢，且植株吸收利用的效果更好。5 月18 日和5 月29 日同樣在F4、CF3 處理下顯著高于其他處理，且緩釋氮肥的CF1、CF2 處理相較于同等施氮量的F3、F4 處理有不同程度上的提高。說明普通氮肥在前期釋放迅速，而控釋氮肥在前期釋放緩慢，后期持續釋放，與小白菜生長周期的氮素需求相適應。

2.6 熱圖分析

為了獲得不同氮肥處理對小白菜農藝性狀的綜合觀點，運用熱圖聚類分析對小白菜生物量、SPAD、硝態氮含量、植株全氮含量和土壤堿解氮含量進行綜合分析（見圖4）。

熱圖聚類分析結果發現，粘壤土的8 個處理可以劃分為三類（圖4A），其中F4 可以被歸為一類，其特點是土壤堿解氮含量較高；CF3 被歸為一類，其特點是堿解氮含量、硝態氮和植株全氮含量較高；CK、F1、F2、F3、CF1、CF2 被歸為一類，其特點是有較高的生物量和較低的土壤堿解氮含量。壤土的8 個處理可以劃分為三類（圖4B），其中F4、CF3 可以被歸為一類，其特點是土壤堿解氮含量較高；CK和F3 可以被歸為一類，其特點是成活率、SPAD值和植株全氮含量較高；F1、F2、F3、CF1、CF2可以被歸為一類，其特點是有較高的成活率、生物量、SPAD值、硝態氮和植株全氮含量。砂土的8 個處理可以劃分為兩類（圖4C），其中F4 和CF3 處理可以被歸為一類，其特點是土壤堿解氮含量較高，而其他指標較低；CK、F1、F2、F3、CF1、CF2 處理可以被歸為一類，其特點是土壤堿解氮含量較低，而其他指標較高。

2.7 主成分分析

主成分分析的前兩個因素（PC1 和PC2）分別解釋了小白菜粘壤土、壤土、砂土數據方差的91.0%、90.7%和78.8%（見圖5），這表明，這兩個指標能夠反映原有指標的大部分信息。相關箭頭通過識別兩個指標之間的夾角（0°lt;正相關lt;90°；不相關=90°；90°lt;負相關lt;180°），說明了小白菜生物量、SPAD、硝態氮含量、植株全氮含量和土壤堿解氮含量之間的相關性。主成分分析圖（圖5）可以明顯看出本試驗中土壤堿解氮含量與鮮干重、植株全氮含量等生長指標存在著負相關的關系。試驗的8 個處理較為分散，說明8個處理之間存在著較大的差異。

運用主成分分析法計算綜合評分的結果列于表3 中。將不同氮肥處理對小白菜的生長、生理等各項指標進行簡化，提取主成分中方差貢獻率最大的兩個主成分PC1、PC2。根據特征向量與相對指標的標準化數據乘積再相加得到2 個主成分得分，以各個主成分貢獻率除以總貢獻率為加權數，得出綜合得分模型公式為PC 綜合得分=PC1 貢獻率×PC1 得分+PC2 貢獻率×PC2 得分。排名情況為：粘壤土、壤土、砂土排名第一的處理為CF2（控釋氮肥0.8 g/kg）、CF1（ 控釋氮肥0.4 g/kg）和CF1（ 控釋氮肥0.4 g/kg）。

3 討論

緩控釋氮肥因具有肥效長、養分利用率高、環境污染小、使用方便快捷等特點備受關注［10］。研究表明，控釋氮肥對作物增產效果明顯，一次性施入包膜尿素控釋氮肥相較于常規氮肥玉米增產8.8%、大白菜增產9-12%［11］。不同包膜尿素使得小白菜產量顯著提高了51%-371%［12］。本研究中，相同施氮量的條件下，控釋氮肥處理的鮮重始終大于常規氮肥，這種現象在壤土和砂土中尤為明顯。相同施氮量的情況下（0.4 g/kg），施用控釋氮肥在壤土和砂土條件下相較于普通氮肥，小白菜鮮重提高了10 倍左右。壤土中0.4 g/kg 的控釋氮肥不會對小白菜植株產生抑制作用，而施用普通氮肥出苗成活率相較于CK降低了20%。這說明了控釋氮肥前期養分釋放緩慢，不會燒苗，而小白菜生育期中后期，控釋氮肥仍然會持續釋放養分，從而供給小白菜生物量快速積累所需的氮源。

葉綠素作為重要的光合色素，在光合作用過程中擔負著光能吸收和轉化的重要作用。SPAD值可以反映植株葉綠素的相對含量，緩控釋氮肥對甜瓜的葉綠素含量有明顯促進作用，其中，亞甲基脲和樹脂包膜尿素顯著提高了甜瓜葉片的總葉綠素含量［13］。本研究結果與之類似，控釋氮肥處理的SPAD值普遍高于普通氮肥，其中在粘壤土和砂土尤為明顯，達到顯著效果。

土壤堿解氮是作物氮營養的主要來源，這部分氮容易被植物吸收，在植物生長中起著重要作用［14，15］。因此，土壤中堿解氮含量和變化趨勢是判斷氮素豐缺的重要指標。顏冬云等人對控釋復合肥的研究表明，控釋復合肥處理土壤堿解氮含量的變化曲線比普通復合肥處理平緩，普通復合肥處理施肥后第10 日土壤中累積的堿解氮素為231.5 mg/kg，相對空白對照增加了112%，而控釋復合肥處理第5 日僅為123.2 mg/kg，第10 日僅為137.9 mg/kg［4］。本研究中，施用普通氮肥的堿解氮含量呈下降趨勢，控釋氮肥的土壤堿解氮含量平穩。以施氮量同為0.4 g/kg 的F3和CF1 處理為例，5 月29 日相較于5 月4 日的普通氮肥（F3）的土壤堿解氮含量3 種土壤質地的土壤中分別下降了36.80%、36.38% 和64.94%，施用控釋氮肥（CF1）的3 種土壤質地的土壤堿解氮含量分別提高了9.36%、43.10% 和25.47%。可見普通氮肥前期養分釋放過快，容易燒苗，后期養分不足滿足不了小白菜生長后期的養分需求，而控釋氮肥的氮素釋放緩慢，可以與小白菜整個生育周期的氮素需求相同步。

4結論

小白菜施用控釋氮肥，與同等施氮量的常規氮肥相比，植株出苗成活率大幅度提高，總體成活率粘壤土gt;壤土gt;砂土。控釋氮肥處理下植株鮮干重顯著提高，粘壤土下0.8 g/kg 的控釋氮肥更有利于小白菜生物量的提高和干物質的積累。壤土和砂土下0.4 g/kg 的控釋氮肥更有利于小白菜生物量的提高和干物質的積累。SPAD值、硝態氮含量、植株全氮含量均表現出控釋氮肥優于普通氮肥的規律，且在粘壤土和砂土中表現的更為明顯。綜合各項指標進行評分分析，粘壤土、壤土、砂土表現最佳的處理分別為：CF2（控釋氮肥0.8 g/kg）、CF1（控釋氮肥0.4 g/kg）和CF1（控釋氮肥0.4 g/kg）。