小白菜高产优质高效施用氮肥的研究

赵长盛 苏欣 胡承孝 黄魏

（华中农业大学资源与环境学院，湖北武汉，430070）

小白菜高产优质高效施用氮肥的研究

赵长盛 苏欣 胡承孝 黄魏

（华中农业大学资源与环境学院，湖北武汉，430070）

本试验以小白菜为供试材料，通过田间小区试验，研究了氮肥施用量对小白菜产量和品质的影响以及生长期范围内小白菜品质随时间的变化。结果表明，施氮量为270 kg/hm2时，小白菜的产量最高，且与施氮量呈显著相关（R2=0.9823）。随着施氮量的增加，小白菜的硝酸盐含量、叶绿素指数、含氮量和含水量逐渐增加；而抗坏血酸（VC）、可溶性糖、可溶性蛋白、可滴定酸含量、糖酸比则逐渐降低。综合产量和品质等各项因素，小白菜的最佳施氮量为180～270 kg/hm2。在整个生长过程中，小白菜VC、可溶性糖、含水量、叶绿素指数（SPAD值）为先增加后降低；相对于高氮处理来说，低氮处理的变化较大。

氮肥施用量 小白菜 产量 品质

近年来，随着我国蔬菜产业的发展，蔬菜种植面积不断加大。2004年我国蔬菜种植面积达17650万hm2，占耕地总面积的11.4%，产量达5.51亿t，是继谷物之后的第2大种植作物[1]，蔬菜在农业生产和人类营养方面起着重要的作用。随着人们生活水平的提高，人们对优质蔬菜的市场需求也日益增加。绿叶蔬菜的产量和品质与氮肥施用是否合理关系密切[2～3]。

蔬菜的氮肥施用量一般都要高于粮食作物，除内蒙古外，所有省市蔬菜化学氮肥投入量都在250 kg/hm2以上，有6个省市还超过400 kg/hm2，而且蔬菜通过有机肥施入的氮也高于粮食作物，多数省市蔬菜通过有机肥施入的氮肥量达100 kg/hm2。然而，我国化学氮肥的当季利用率仅为30%～35%，氮肥的损失率可能为30%～50%，据此推算，我国每年从农田中损失的氮肥近1000万t，相当于损失近2000万t尿素[4]。同时，人们为了获得更高的蔬菜产量，超量施用氮肥，致使土壤养分失衡、产量下降、蔬菜硝酸盐积累，风味变劣，并且对人的健康和生态环境构成了潜在的威胁[5]。因此，提高蔬菜产量和品质，降低氮肥的施用量是蔬菜施肥工作者面临的一道难题。

本试验以小白菜为材料，通过田间试验，对不同氮水平下小白菜的产量和品质以及生长期内小白菜品质随时间的变化进行了初步探讨，以期为蔬菜的科学施肥提供理论依据，从而经济有效地指导农业生产。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2004-2005年在华中农业大学资源与环境学院试验田内进行，小区面积16 m2。试验地土壤基本理化性质见表1，以小白菜（Brassica campestrisssp.Pekinensis）为供试蔬菜，品种为上海青；2004年10月22日播种，11月12日第3片真叶出现时定苗，株距5 cm，行距20 cm；2005年1月4日收获，全生育期74 d。

1.2 试验处理

试验设置5个氮水平，各处理氮肥施用量分别为：0，90，180，270，360 kg/hm2，其中基肥占40%，追肥60%，分别在小白菜播种后30 d和50 d分2次追施，每次追30%。各处理的磷、钾肥用量相同，分别为120 kg/hm2（P2O5）和180 kg/hm2（K2O），并作为基肥一次性施入。试验所用的肥料：氮肥为尿素（N，46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5，12%），钾肥为硫酸钾（K2O，50%）。试验采用随机区组设计，3次重复。

表1 供试土壤基本农化性质

图1 氮肥施用对小白菜产量的影响

图2 氮肥施用量对小白菜氮肥吸收量（a）和氮肥利用率（b）的影响

1．3 试验方法

收获时，每个小区采集4．2 m2测定产量，小白菜的产量以鲜质量表示，同时用SPAD仪在小区内均匀选取20个点测定小白菜的SPAD值，测定部位为从上部开始第1片完全展开叶中部。每个小区均匀采取500 g左右植物样品放入塑料袋中，标记密封后放在冰盒中带回实验室，用水冲洗干净，迅速切碎混匀，放入-20℃冰箱中保存，以测定硝酸盐、VC、可溶性糖、可溶性蛋白、可滴定酸含量等指标。同时，取部分植株样品放入干净的信封中放入烘箱，在105℃鼓风条件下杀青30 min，然后在60℃下烘干至恒重，用来测定小白菜的含水量和制备小白菜干物质样品。

在小白菜播种后25，39，57 d，每个小区取20株（采样方法同上）测定小白菜VC、可溶性糖、含水量和全氮含量，并且在播种25 d后每周测定1次小白菜叶片SPAD值。

小白菜各项指标的测定在采样后的一周内测定完成。全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮，流动分析注射仪测定（FIAstar 5000，Foss公司，瑞典）；VC含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可滴定酸含量采用酸碱中和法；可溶性蛋白含量采用G-250染色法测定；硝酸盐含量的测定用改进的紫外分光光度法[6]；SPAD值用SPAD-502（日本Minolta公司生产）叶绿素采集仪测定。

2 结果与分析

2．1 不同氮素水平对小白菜产量的影响

如图1所示，小白菜施氮量为270 kg/hm2时产量最高，为42458 kg/hm2；而对照条件下，小白菜产量仅为4800 kg/hm2，各施氮处理小白菜的产量顺序为：N270＞N360＞N180＞N90＞N0。可见，在一定的施氮范围内（0～270 kg/hm2），小白菜产量随着施氮量的增加而增加，但当施氮量增加到一定的程度后（＞270 kg/hm2）再增加施氮量，小白菜产量反而降低，这与刘宏斌等[7]的研究结果一致。在本试验中小白菜产量最高时，与空白对照相比平均每1 kg氮肥增产115 kg。

在本试验中，小白菜施氮量（X）与产量（Y）的关系符合一元二次方程：Y＝－0．357X2+230．25X+ 3148．47（R2＝0．9823），由此方程可计算出当施氮量为323．44 kg/hm2时，小白菜产量最高为40274 kg/hm2，而当施氮量高于此值时，只能造成投入的增加和经济效益的下降，这与小白菜等叶菜类蔬菜的生长吸收和土壤氮素供应的关系有关[8]。

2．2 不同施氮水平对小白菜氮素吸收量的影响

由图2a可知，在试验范围内小白菜氮素的吸收量（Y）随着氮肥施用量（X）的增加而增加，二者符合一元二次方程：Y＝-0．0006X2+0．4399X+11．86（R2＝0．9985）。当施氮量为360 kg/hm2时，小白菜的氮素吸收量最高，约为92．08 kg/hm2，由方程计算出的氮素吸收量为92．70 kg/hm2，说明此方程可以模拟菜地中氮肥的吸收量。

表2 收获时氮肥施用量对小白菜主要品质指标的影响

由图2b可知，不同施氮处理90，180，270和360 kg/hm2中，氮肥的表观利用率分别为：37.4%，32.7%，28.2%和22.2%，氮肥的利用率随着氮肥施用量的增加而降低。在施氮量为360 kg/hm2时，小白菜的氮肥吸收量最高，为92.08 kg/hm2，而氮肥的利用率最低，仅22.2%，说明在此条件下小白菜对氮肥的奢侈吸收导致最高产量与氮肥的最大需求量不一致，造成氮肥的浪费。

2.3 施氮量对小白菜品质的影响

由表2可知，随着施氮量的增加，小白菜中硝酸盐的含量明显增加，在施氮量为360 kg/hm2时，硝酸盐含量达到5609.38 mg/kg，为对照条件下硝酸盐含量的20多倍，采用LSD法进行多重比较，表明不同施氮水平间硝态氮含量达到显著水平。在本试验中，氮肥施用量增加是小白菜硝酸盐含量增加的主要原因。随着氮肥用量的增加，小白菜的SPAD值逐渐增加。对照条件下SPAD值为42.20个单位，而高氮处理（360 kg/hm2）则达到57.20个单位；各施氮处理分别比对照增加：21.09%，27.57%，33.10%，35.55%，除90 kg/hm2处理外，其他3个处理间没有显著性差异。小白菜VC含量以对照的最高，为890.01 mg/kg，在270 kg/hm2处理条件下VC含量明显低于其他施氮水平，施氮量过多对小白菜VC有负面影响。小白菜的可溶性糖含量也以对照处理最高，达到 4.17%，分别比其他处理高 31.11%，58.09%，60.11%和62.40%，施氮处理间差异不显著。可溶性蛋白以对照处理最高为5.88 mg/g，分别比其他处理高10.98%，23.08%，48.44%，41.04%，在270 kg/hm2时可溶性蛋白含量达到最低，除90 kg/hm2处理外，其他3个处理间没有显著性差异。可滴定酸在对照条件下含量最高，为0.183%，分别比其他处理高3.77%，25.00%，34.14%和37.49%，同样，除90 kg/hm2处理外，其他3个处理间没有显著性差异。糖酸比在对照处理条件下最高，为22.97，分别比其他4个施氮处理高24.84%，25.66%，17.65%和17.4%，不同处理间差异不显著。小白菜含水量在一定施氮量范围内随着施氮量的增加而增加，在270 kg/hm2时达到最大值，为93.77%，随后随施氮量增加含水量下降。这可能就是VC和可溶性蛋白含量在施氮量为270 kg/hm2时最低的原因之一，由于稀释作用而使其含量降低。小白菜干物质含氮量随着施氮量的增加而增加，但增加到一定水平后变化不明显，不同氮肥处理含氮量分别比对照处理高出14.25%，43.22%，71.75%和62.75%，在施氮量为270 kg/hm2时小白菜干物质含氮量最高，这可能与在适合的氮肥施用量下，小白菜对氮肥的利用转化率较高有关。

综上所述，随着施氮量的增加小白菜中硝酸盐含量，干物质含氮量和SPAD值逐渐增加，而VC、可溶性糖、可溶性蛋白和可滴定酸含量则显著下降。由此可知，氮肥水平较低时，施用氮肥对改进提高小白菜品质有利，但过量施用氮肥反而使小白菜品质下降。因此控制氮肥施用量是改善小白菜品质的主要措施之一。

2.4 不同施氮水平下，小白菜品质随时间的变化

如图3a所示，在整个生长期内各处理小白菜VC含量均呈现先增加后降低的趋势。在39 d时达到最高值，随后各处理的变化不同，但总体呈现下降趋势。处理270 kg/hm2下降最快，收获时VC含量最低；对照和90 kg/hm2处理VC含量要高于其他3个施氮处理；180 kg/hm2处理和360 kg/hm2处理在39 d时下降，但57 d后略有上升。综上所述，施用氮肥能降低小白菜中VC含量，并且随产量的增加而降低。在本试验中小白菜产量与VC的含量呈显著性负相关，相关系数为：r=-0.8786（n=14，r0.01=0.623）。

由图3c可知，可溶性糖含量在整个生长期内，对照、90 kg/hm2和180 kg/hm2处理均为先增加后降低，并且降低的幅度随着产量的增加逐渐减小，在57 d时小白菜可溶性糖含量最高，并且可溶性糖含量高于270，360kg/hm2两个处理；270，360kg/hm2处理可溶性糖含量随时间推移不断上升，但两处理间差异不显著。

图3 不同施氮水平下小白菜VC（a）、SPAD值（b）、可溶性糖（c）、含水量（d）、干物质含氮量（e）和硝态氮含量（f）随时间的变化

小白菜SPAD值在生长期内先增加后降低，并且高氮肥处理SPAD值要高于低氮肥处理，说明氮肥水平对小白菜SPAD值影响较大（图3b）。小白菜含水量不同处理间变化不同，对照处理一直呈现下降趋势，其他施氮水平变化基本上呈现先增加后降低的趋势，最高值出现在播种后57 d，其中270 kg/hm2处理含水量最高，180，360 kg/hm2处理次之，但差异很小，这说明氮肥施用量在一定范围内能增加小白菜对水分的吸收，过量施用则抑制对水分的吸收（图3d）。小白菜干物质含氮量在对照和90kg/hm2两个处理中呈现先降低后增加的趋势，而其他3个施氮处理，则一直呈现下降趋势（图3e）。硝酸盐含量在低氮处理（对照，90，180 kg/hm2）时随时间的推移而降低，而高氮处理（270，360 kg/hm2）则上升（图3f）。

3 讨论

试验结果表明，氮素水平较低时，小白菜产量随着氮肥供应量的增加而增加，但当氮肥施用量达到一定程度后，继续增加施氮量小白菜生长会受到抑制，产量下降。小白菜在施氮量为270 kg/hm2时小白菜的产量最高，与对照相比每 1 kg氮肥增产115 kg。小白菜产量与氮肥施用量符合方程Y=-2891.5X2＋26505X-20465（R2=0.9823），而小白菜氮肥吸收量与氮肥施用量符合方程Y＝-0.0006X2+0.4399X+ 11.86（R2＝0.9985）。由二次方程计算得出，施氮量为323.44 kg/hm2时小白菜产量最高，此时氮肥的利用率为24.51%，高于氮肥施用量为360 kg/hm2时的产量和氮肥利用率。由此可知，在氮过量的情况下，小白菜的生长会受到严重抑制。王朝辉等[9]也认为氮肥是获得蔬菜作物高产的保证，但是氮肥施用量过高反而降低增产效益，甚至引起减产。

小白菜对氮肥的吸收随着氮肥施用量的增加而增加，试验中在施氮量为360 kg/hm2时小白菜对氮肥的吸收量达到最高。小白菜对氮肥的吸收效应与产量效应相似，但出现峰值要晚，说明小白菜对氮肥有明显的奢侈吸收现象。由模拟方程计算出小白菜在施氮量为367.70 kg/hm2时氮肥吸收量最高，为92.73 kg/hm2，氮肥利用率为21.88%。而超过此氮肥施用量，氮肥的利用率则随着施氮量的增加而减小。由此可以看出，供应充足的氮素是满足小白菜正常生长获得较高产量的保证，而过高的氮素供应易造成植物的奢侈吸收、增产幅度和经济效益下降，甚至造成减产，这与国内的许多试验结果相吻合[10～11]。

对小白菜收获时品质的研究发现，其硝酸盐含量随着施氮量的增加而显著增加，当施氮量达到一定程度后，继续增加施氮量小白菜的产量减少，而硝酸盐含量持续增加，这体现了叶菜类蔬菜累积硝酸盐的典型特点。本试验中，小白菜硝酸盐含量在施氮量为270 kg/hm2时已超过国家叶菜类蔬菜硝酸盐控制标准≤3000 mg/kg（GB19338-2003）。陶正平等[12]对不同氮素水平下小白菜硝酸盐含量的研究中也得出了相同的结论。Mccall等[13]曾研究发现，氮素是引起硝酸盐含量增加的主要因素，因此硝酸盐含量随着施氮量的增加而增加。小白菜叶片SPAD值与施氮量的变化趋势相同，但是后3个氮肥处理间差异不显著，说明当施氮量达到一定水平后叶绿素的含量变化不再明显。小白菜干物质含氮量变化与SPAD值变化类似，当施氮量达到一定水平后氮素含量变化不再明显，并有下降趋势。可溶性糖、可溶性蛋白、VC、可滴定酸含量、糖酸比均随着施氮量的增加而降低，并且高氮处理间差异不显著，这与胡承孝等[14]对小白菜，孙兴祥等[15]对菠菜，孙小凤[16]对油白菜，孙彭寿等[17]对大白菜等的研究结果相似，主要是由于施氮量的增加使植株生长快，代谢旺盛，稀释效应引起上述品质指标的下降。Chapagain B P等[18]也曾报道氮肥施用量过多可能导致蔬菜抗病、抗逆性以及品质的降低。XU H L等[19]则认为单纯的施用化肥已达不到叶菜类蔬菜产量和品质的要求，配合施用有机肥则会取得较好的效果。可见，氮肥施用量增加不仅不能提高蔬菜的品质反而引起品质的下降。

在整个生长期内，小白菜的VC、可溶性糖以及SPAD值出现先增加后降低的趋势，低氮肥处理的增长趋势要高于高氮处理，并且在生长后期随着温度的降低，低氮肥处理下降较快，而高氮肥处理出现不变或略有上升的趋势，说明低温能在一定程度上提高氮水平下小白菜的品质。对小白菜不同生长期内含水量和干物质含氮量的分析表明，高氮肥处理小白菜含氮量和含水量变化不大，而低氮肥处理变化较明显。硝酸盐含量表现为，在低氮处理时随时间推移含量下降，高氮处理则对硝态氮持续吸收，这可能是在低氮水平下小白菜体内硝态氮转化成蛋白质的原因。

综上所述，在小白菜生产过程中，合理施用氮肥及适时的采收，既能保证蔬菜产量，也能达到高品质的要求。在本试验中综合产量和品质等各项因素，秋季小白菜氮肥施用量为180～270 kg/hm2，小白菜收获的时期应在小白菜播种后60 d左右。

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Study on Nitrogen Application for High Yield and Excellent Quality in Chinese Cabbage

ZHAO Changsheng,SU Xin,HU Chengxiao,HUANG Wei
(College of Resources and Environment,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070)

The effect of nitrogen on the yield and quality was studied in Chinese cabbage (Brassica campestris ssp. Pekinensis).The results showed that the yield of Chinese cabbage was the highest in the level of 270 kg/hm2,and there was second correlation between the yield and nitrogen applied (R2=0.9823).The SPAD value and the nitrate,total nitrogen and water content was increased with the nitrogen applied,however the soluble sugar,soluble protein,titratable acid contents and sugar-acid ratio was decreased.As a result the optimal nitrogen applicant was 180-270 kg/hm2.The contents of VC,soluble sugar,water and SPAD value were increased at first and thereafter reduced.And the high nitrogen treatments changes greatly than low nitrogen treatments.

Nitrogen applied;Chinese cabbage;Yield;Quality

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.025

国家“948”项目“氮淋失预测模型引进及其在菜地氮营养管理上的应用”（2003-z54）资助。

赵长盛（1980-），男，博士，主要从事菜地中氮素运移方面的研究

胡承孝，通信作者，电话：027-87287044。E-mail：hucx@mail.hzau.edu.cn

2009-01-03