不同氮处理对蔬菜产量和硝酸盐含量的影响

赵长盛，胡承孝，陈庆锋

（1.山东省科学院分析测试中心，济南，250014；2.华中农业大学资源与环境学院）

本试验以华中地区常规蔬菜——小白菜、辣椒、苋菜、菠菜、萝卜为研究对象，通过田间试验，对不同氮处理水平下的蔬菜产量和硝态氮含量进行了探讨，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年10月至2005年12月在华中农业大学资源与环境学院试验田内进行，小区面积2.1 m×7.6 m=16 m2，试验土壤为红棕壤，基本理化性状见表1。试验共进行四季蔬菜种植，2004年10月22日至2005年4月18日种植小白菜（Brassica Chinensis L.），品种为上海青，由武汉市九头鸟种业提供；2005年 2月 26日至 4月 18日种植菠菜（Spinacia oleracea L.），品种为华菠一号，由武汉楚天种苗提供；4月22日至7月27日种植辣椒（Capsicum annuum L.），品种为特选二号，由北京捷利亚种业提供；9月 24日至 12月 19日种植萝卜（Raphanus sativus L.），品种为南畔洲，由武汉植丰种苗提供。

表1 供试土壤基本农化性质

1.2 试验设计

试验共设5个氮肥水平，3次重复，随机区组设计，详细氮肥施用量及施用方法见表2。氮肥（尿素，N 46%），分为基肥和追肥施用；磷肥（过磷酸钙，P2O512%）和钾肥（硫酸钾，K2O 50%）均作为基肥在蔬菜种植前一次性施入。氮肥施用后，立即浇水以减少氮素挥发。

1.3 分析测定方法

①蔬菜生物量、产量的测定 小白菜、菠菜、萝卜产量测定时取2 m×2.1 m=4.2 m2蔬菜产量为代表，换算得蔬菜产量。萝卜测产时，将萝卜与叶片分开测定。辣椒分5次采收，每次间隔10 d，累计辣椒产量，最后一次采收时将辣椒秸秆收获测定其生物量，同时取样烘干测定蔬菜含水量及氮素含量。

表2 2004年10月到2005年12月作物轮作及肥料施用

②蔬菜中硝酸盐含量测定 将蔬菜洗净，晾去表面水分，用四分法取可食部分，切碎。按照蔬菜∶水=2.5∶1的比例放入高速组织粉碎机中打碎至浆。依试样中硝酸盐含量大小，准确称取2～20 g，放入200mL烧杯中，加入5mL饱和硼砂溶液和100mL 70～80℃热水；置沸水浴中，加热15 min，并不断摇动。取出冷却至室温，再加入10mL 0.25mol/L亚铁氰化钾溶液，10 mL 1.0 mol/L乙酸锌溶液和2 g活性炭粉，每次加入后充分搅匀。然后转入250mL容量瓶中，用水定容，过滤，最后用流动注射分析仪测定其硝酸盐含量。硝酸盐提取方法见GB/T 15401-1994[8]。

③氮肥携出量的测定 氮肥携出量=作物含氮量×作物产量。

钕铁硼是金属钕、铁、硼和其他微量金属元素构成的合金磁体，是目前磁性最强的稀土永磁，有着高的磁能积和良好的矫顽力。制造工艺成熟，有严格的质量保证、完善的技术服务以及十分优良的性能价格比。

④土壤农化性状测定 蔬菜收获后取样测定土壤pH值、碱解氮、速效磷和速效钾含量，测定方法参照鲍士旦等[9]。

⑤数据处理方法 所有数据处理采用Excel整理，用统计分析软件SPSS 13.0与Sigmplot 10.0进行分析；数据显著分析采用LSD法，5%显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同氮素水平对秋小白菜产量及氮肥携出量的影响

由表3可以看出，随着氮肥施用量的增加，小白菜产量先增加后降低。当施氮量为360 kg/hm2时，小白菜干物质产量最高，为3 391.56 kg/hm2；当施氮量为270 kg/hm2时，小白菜鲜样产量最高，为53 178 kg/hm2，与赵凤艳等[10]对氮肥用量影响蔬菜产量和品质的研究结果一致。本试验中，小白菜鲜样最高产量高于张永春等[11]和余光辉等[12]的研究结果中的产量最高值，这说明不同地区的气候条件，施肥方式及耕作模式对小白菜产量影响较大；对照小白菜干样产量和鲜样产量分别为639.15 kg/hm2，5 238 kg/hm2。由此可见，在一定施氮范围内（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程度后（>360 kg/hm2），再增加施氮量，小白菜产量反而降低，这与刘宏斌等[13]的研究结果一致。

表3 氮肥施用对小白菜产量，氮肥携出量和硝酸盐含量的影响

小白菜干样产量（Z1）、鲜样产量（Z2）和氮肥施用量 （X）分别符合一元二次方程Z1=-0.028 X2+17.29 X+720.77（R2＝0.95，P<0.000 1）；Z2=-0.45 X2+288.35 X+3 943.08（R2=0.95，P<0.000 1)。 由此方程可计算出，施氮量为310.93 kg/hm2时，小白菜干样产量最高，为3 409.30 kg/hm2；施氮量为322.49 kg/hm2时，小白菜鲜样产量为50 438.80 kg/hm2，继续增加施氮量，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和土壤氮素供应的关系一致。

由表3可知，小白菜氮素吸收量（Z3）随施氮量（X）增加而增加，到一定程度后呈下降趋势，二者符合一元二次方程：Z3=-0.000 75 X2+0.55 X+14.85（R2=0.96，P<0.000 1）。由此可知，施氮量为 367.70 kg/hm2时，小白菜氮肥携出量最高，为116.14 kg/hm2，表观氮肥利用率27.41%。不同施氮处理（90，180，270，360 kg/hm2）与对照相比，氮肥的表观利用率分别为46.87%、40.91%、35.34%和27.76%，氮肥的利用率随着氮肥用量的增加而降低。当施氮量为360 kg/hm2时，小白菜的氮肥携出量最高，为115.32 kg/hm2，氮肥的利用率最低，仅22.2%，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。

如表3所示，随施氮量的增加，小白菜硝酸盐含量显著增加，施氮量为270 kg/hm2时，每1 hm2硝酸盐含量超过国家控制的叶菜类硝酸盐水平（≤3 000mg/hm2）[14]；施氮量为 360 kg/hm2时，小白菜硝酸盐含量为对照的20多倍。不同施氮处理间，硝酸盐含量达到5%显著水平，氮肥施用是导致小白菜硝酸盐含量增加的主要因素。本试验中硝酸盐含量最高为5 609.38 mg/kg，与王朝辉等[15]试验得出的高施肥量时硝酸盐含量最高的结果一致，但要高于许多其他的研究结果[16，17]，这说明高氮肥施用量条件下，小白菜对硝酸盐的吸收能力较强。有研究得出，秋冬季小白菜硝酸盐含量水平高于春季[17]，追肥比例增加能显著增加小白菜硝酸盐积累量[16]。可见，小白菜对硝酸盐的吸收累积受施肥量、施肥方式、品种、气候、土壤类型等多种因素的影响。

2.2 不同氮素水平对冬菠菜产量及氮肥携出量的影响

由表4可看出，菠菜产量随着施氮量增加而增加，当施氮量为80 kg/hm2时，菠菜鲜样产量与干物质产量均达到最高，继续增加施氮量则菠菜产量降低，这与刘伟等[19]的研究结果一致。由表3和表4可知，菠菜的变化趋势与秋季小白菜的结果类似，但氮肥施用量和产量显著低于小白菜的，这可能与菠菜的生长在冬季有关。同样，菠菜干物质产量也随着施氮量增加而增加，施氮量为80 kg/hm2时，菠菜产量最高，再继续施用氮肥则造成干物质产量降低。菠菜的最高产量和最高产量时的需氮量要小于于红梅等[20]的研究结果，这可能与上季作物小白菜残留大量的氮素和冬季生长有关。

由表4可以得出，菠菜鲜样产量（Z1），干样产量（Z2）与氮肥施用量（X）和土壤速效氮（Y）之间满足函数关系Z1=3 783.31+98.21 X-95.44 Y-0.45 X2+0.62 Y2（R2=0.84，P<0.001）；Z2=361.26+8.89 X-9.76 Y-0.041 X2+0.071 1 Y2（R2=0.78，P<0.01）；通过对菠菜种植前碱解氮含量与菠菜产量和施氮量的模拟发现，菠菜鲜样产量与施氮量和种植前土壤速效氮含量模拟函数达到极显著差异。这说明可以用氮肥施用量（X），氮肥携出量（Z3），土壤速效氮（Y1）之间的函数关系菠菜氮肥携出量与氮肥施用量及土壤碱解氮模拟函数达到极显著水平，说明可以用方程模拟来决定氮肥的携出水平，菠菜氮肥携出量在施氮量为120 kg/hm2时最大，与最高产量时的施氮量明显不一致，说明菠菜与小白菜一样，存在明显的奢侈吸收行为。

如表4所示，菠菜硝酸盐含量随着施氮量的增加增幅不明显。所有处理硝酸盐含量低于国家叶菜类蔬菜中硝酸盐限量标准（≤3 000mg/kg）[14]。菠菜的硝酸盐含量要明显低于小白菜，这与王朝辉等[15]研究结果一致。氮素施用量为80，120，160 kg/hm2时，菠菜硝酸盐含量均在2 000mg/kg以上，高于沈明珠等[19]规定的蔬菜中硝酸盐三级标准，与张宏彦等[22]研究结果类似。冬季菠菜硝酸盐含量较高的原因可能与长期低温有关，黄建国等[23]通过研究也发现，低温条件下蔬菜硝酸盐含量往往比正常条件下的要高出数倍，因此在冬季菠菜生产中，要尽量减少氮肥的施用。

表4 氮肥施用对菠菜产量，氮肥携出量和硝酸盐含量的影响

2.3 不同氮素水平对春夏辣椒产量及氮肥携出量的影响

由表5可知，施氮量为150 kg/hm2时，辣椒产量达到最高，但与施氮量为300 kg/hm2时的差异不显著，说明辣椒最佳施氮量在150～300 kg/hm2，与王金玲等[22]的研究结果类似。施氮量为300 kg/hm2时总干物质产量最高，辣椒的氮肥携出量也达到最高，氮肥的过量施用既不能增加辣椒的产量也不能增加辣椒对氮素的吸收量。因此在辣椒生产中氮肥施用量不能超过300 kg/hm2。辣椒果实产量空白处理和最高施氮处理间没有差异，施氮量过高明显抑制辣椒产量。由于露天种植辣椒生长期较温室大棚种植短，生长条件差，产量不及大棚辣椒产量[23]。在本试验中，不同处理辣椒果实干物质产量占总干物质产量的比例，按氮肥施用量由小到大的顺序分别为38.60%，43.84%，38.41%，36.91%和 35.20%，在氮肥施用量为150 kg/hm2时比例最高，超过此值则随着施氮量的增加，果实干物质产量比例逐渐下降，平均值为38.59%。说明氮肥的过量施用促进了辣椒的营养生长，抑制了其生殖生长。

辣椒鲜样产量（Z1）、干样产量（Z2）与氮肥施用量（X）和土壤碱解氮（Y）之间满足如下函数关系Z1=22 152.44+210.44 X-700.68 Y+0.090 X2+4.48 Y2（R2=0.764 7，P<0.01）；Z2=999.43+13.20 X+36.47 Y-0.022 X2-0.27 Y2（R2=0.741 0，P<0.01）。

辣椒鲜样产量和总干物质与氮肥施用量和土壤碱解氮之间达到极显著水平，因此可以用来模拟预测辣椒的鲜样产量和总干物质量。在本试验中，氮肥施用量（X），氮肥携出量（Z3），土壤碱解氮（Y）满足函数关系Z3=-19.86+0.28 X+1.89 Y-0.000 4 X2-0.015 Y2（R2=0.799 6，P<0.01）。 由此可以看出，随着施氮量的增加，氮肥的携出量增加。在施氮量为300 kg/hm2时氮肥携出量最高，此时再增加施氮量只能减少辣椒对氮肥的吸收，与菠菜和小白菜一样，辣椒存在明显的奢侈吸收行为。试验结果表明，不同处理辣椒果实氮素携出量占总氮素携出量的比例，按氮肥施用量由大到小的顺序分别为26.84%，33.63%，26.06%，23.19%和18.80%。在氮肥施用量为150 kg/hm2时，该比例最高，说明辣椒对氮素的吸收量随施氮量的增加而增加，但增加到一定程度后就会下降；同产量分析一样，氮肥的过量施用促进了辣椒的营养生长，抑制了辣椒的生殖生长。氮肥携出量与氮肥施用量和土壤碱解氮之间的函数达到极显著水平，说明可以用此来预测种植辣椒氮素的携出量。

如图1所示，辣椒果实硝酸盐含量随氮肥施用量的增加而增加，但增加幅度不明显，不同处理间变化差异不大。随着时间的推移，硝酸盐含量先降低再增加。试验过程中样品硝酸盐浓度均超过国家规定的茄果类蔬菜硝酸盐含量标准（≤440mg/kg），可能是辣椒品种以及种植管理方式等因素共同作用所致。

表5 氮肥施用对辣椒产量，氮肥携出量和硝酸盐含量的影响

图1 氮肥施用量对辣椒硝酸盐含量的影响

2.4 不同氮素水平对秋萝卜产量及氮肥携出量的影响

由表6可以看出，随施氮量增加，萝卜鲜样产量增加，施氮量为 120 kg/hm2时，产量最高，为24 761.9 kg/hm2，但 60，120，180 kg/hm23 个处理间差异不显著。随着施氮量的增加，干物质产量增加，施氮量为120 kg/hm2时最大。不同施氮处理间干物质产量无明显差异。辣椒残留氮素对萝卜产量和总干物质产量有着明显的影响，并且氮素的过量施用明显抑制了萝卜生长。试验结果还表明，不同处理萝卜干物质产量占总干物质产量的比例分别为65.63%，76.35%，70.18%，61.34%，57.51%，氮肥施用量为60 kg/hm2时比例最高，继续增施氮肥，则萝卜叶干质量比例增加，与辣椒所得结果一致。

萝卜鲜样产量（Z1）、干样产量（Z2）与氮肥施用量（X）和土壤碱解氮（Y）满足函数关系Z1=4 636.68+290.15 X+103.22 Y-1.47 X2+0.17 Y2（R2=0.82，P<0.001）；Z2=435.71+23.88 X+3.52 Y-0.12 X2+0.047 Y2（R2=0.73，P<0.01）；在本试验中，种植前土壤碱解氮含量和氮肥施用量与萝卜鲜样产量和干物质产量之间的函数关系达到极显著水平，因此可以用此方程来模拟萝卜干物质与鲜样产量。

在本试验中，氮肥施用量 （X），氮肥携出量（Z3），土壤碱解氮 （Y）满足函数关系Z3=2.169 5+0.511 2 X+0.978 6 Y-0.002 4 X2-0.002 7 Y2（R2=0.71，P<0.01）。由此可以看出，随施氮量增加，萝卜氮肥携出量增加，在施氮量为180 kg/hm2时最高，为91.09 kg/hm2。总产量与氮肥携出量不一致，说明萝卜对氮肥存在明显的奢侈吸收行为，这与菠菜、小白菜和辣椒的研究结果一致。萝卜携出氮素占总氮素携出量的比例分别为32.21%，54.00%，46.05%，42.12%，32.50%，随着施氮量的增加，萝卜携出氮素量先增加后降低，与辣椒所得结果一致。氮肥施用量、种植前土壤碱解氮含量与氮肥携出量之间的函数关系达到极显著水平，因此可以用来模拟种植萝卜时的氮素携出量。

如表6所示，随着施氮量增加，萝卜硝酸盐含量增加。在本试验中，除对照处理外，其他施氮处理间硝酸盐含量无显著差异。施氮量180，240 kg/hm2时，硝酸盐含量水平均超过国家根菜类硝酸盐控制标准（≤2 500mg/kg）[14]。从产量和硝酸盐含量综合考虑，萝卜最佳氮肥施用量为120～180 kg/hm2，最高氮肥施用量不应超过180 kg/hm2。

2.5 总氮肥施用量对蔬菜产量、硝酸盐含量和氮肥利用率的影响

不同处理总氮肥施用量分别为 0，340，680，1 020，1 360 kg/hm2，蔬菜干物质量分别为 1 966.23，8 543.11，9 549.76，8 464.80，7 377.37 kg/hm2，氮肥总平均表观利用率分别为37.48%，31.08%，21.60%，14.08%。氮肥施用量为680 kg/hm2时产量最高，氮肥表观利用率则随氮肥施用量的增加而下降。试验还发现不同蔬菜硝酸盐含量变化为小白菜>菠菜和萝卜>辣椒，秋季小白菜硝酸盐含量最高。降低氮肥的施用量是减少蔬菜硝酸盐含量最主要的方法。试验期 间，蔬菜产量（Y，kg/hm2） 与 氮 肥 施 用 量 （X，kg/hm2）满足函数关系式Y=-0.009 5 X2+15.53 X+3 428.6 （R2=0.853，P<0.000 1）。 当氮肥施用量为814.96 kg/hm2时，蔬菜产量最高，为9 756.73 kg/hm2。

3 讨论

氮素是蔬菜最主要的限制因子，在氮、磷、钾三元素中，氮素对蔬菜的生物产量、经济产量、干物质产量以及氮肥的携出量均影响较大，适当的施用氮肥可显著提高蔬菜产量，而过量施氮不仅不能提高蔬菜产量，反而引起蔬菜的减产。前人研究表明[26]，氮肥用量（x）与产量（y）之间的关系可以用一元二次方程表示y=c+b x-a x2（a>0）。本文也得出了相似的结论，在大田试验中，小白菜、辣椒、萝卜和菠菜的鲜样产量、干物质产量以及氮肥携出量均随施氮量先增加再降低。

表6 氮肥施用对萝卜产量、氮肥携出量和硝酸盐含量的影响

本试验中得出了不同蔬菜作物氮肥施用量及上季作物氮素残留量 （种植前土壤的碱解氮含量）与鲜样产量、干物质产量及氮素携出量的函数关系式，回归方程达到极显著水平，在一定程度上能反映蔬菜产量，干物质产量及氮肥携出量与氮肥施用量之间的关系。大田试验2004年秋季小白菜由于是首茬种植，种植前土壤氮素水平较一致，因此建立的是一元二次方程，菠菜，辣椒和萝卜是在考虑上季作物氮素残留的基础上建立了二元二次方程。本试验结果还表明，对茄果类和根菜类蔬菜而言，氮肥的过量施用减少了经济产量与生物产量的比值，增加了蔬菜的营养生长，减少了其生殖生长。

笔者在本试验中还得出，蔬菜作物的产量受品种特性、栽培措施及生长季节等因素的影响较大。如在秋冬季节环境温度较低，作物生长慢，因而生长期长，氮素吸收慢，产量也较低；而在春夏季种植，生长期短，生长迅速、养分吸收快，产量和氮素的吸收总量也较高。即同一种蔬菜在不同的季节栽培，其养分需求数量和吸收特性都会有很大差异。

蔬菜硝酸盐含量随施氮量的增加而增加。施氮量最高时，蔬菜硝酸盐含量均超过国家规定的标准（茄果类≤440mg/kg，根菜类≤2 500mg/kg，叶菜类≤3 000mg/kg）。在综合考虑蔬菜产量及硝酸盐含量的基础上，得出不同蔬菜作物最佳施氮量范围，秋小白菜180～270 kg/hm2，冬菠菜40～80 kg/hm2，春夏早辣椒 150～300 kg/hm2，秋萝卜 120～180 kg/hm2。这与王庆等[27]研究得出的施氮量为135～270 kg/hm2时，不但能提高蔬菜品质和产量，而且对各项生理指标无不良影响的结果一致。秦鱼生等[28]研究也表明，当萝卜施氮量150 kg/hm2时为无公害生产的最佳施肥处理。

4 结论

①随着氮肥施用量的增加，蔬菜产量呈现先增加后降低的趋势，呈现显著二次相关。氮肥施用量（X，kg/hm2），种植前土壤碱解氮含量（Y，mg/kg）与蔬菜产量（Z，kg/hm2）之间进行回归拟合，得回归方程为： 小白菜 Z=-0.028 X2+17.29 X+720.77 （R2＝0.95，P<0.000 1）；菠菜 Z=3 783.31+98.21 X-95.44 Y-0.45X2+0.62Y2（R2=0.84，P<0.001）； 辣椒 Z=22 152.44+210.44 X-700.68 Y+0.090 X2+4.48 Y2（R2=0.76，P<0.01）；萝卜Z=4 636.68+290.15 X+103.22 Y-1.47 X2+0.17 Y2（R2=0.82，P<0.001）。

②随着氮肥施用量的增加，蔬菜体内硝酸盐含量增加，二者呈显著正相关关系。不同蔬菜硝酸盐含量变化为小白菜>菠菜和萝卜>辣椒，降低氮肥的施用量是减少蔬菜硝酸盐含量最主要的方法。

③在综合考虑蔬菜产量及硝酸盐含量的基础上，不同蔬菜作物最佳施氮量范围为，秋季小白菜180～270 kg/hm2，冬季菠菜 40～80 kg/hm2，春夏季早辣椒 150～300 kg/hm2，秋萝卜 120～180 kg/hm2。

④不同季节蔬菜产量差异较大，春季产量要明显高于秋冬季。大田试验结果表明，当氮肥施用量为814.96 kg/hm2时，蔬菜产量达到最高。

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