β—环糊精—尿素控释肥对大白菜产量及硝酸盐含量的影响

摘要：对自行研制的β-环糊精-尿素控释肥进行田间试验，研究控释尿素对大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）的产量、硝酸盐含量的影响。结果表明，在尿素相同用量处理下，控释尿素可以显著提高大白菜产量和降低硝酸盐含量。与普通尿素一次性施用相比，控释肥料处理产量增加21.42%～30.76%，硝酸盐含量降低9.74%～29.47%。

关键词：β-环糊精-尿素；控释肥；大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）；产量；硝酸盐

中图分类号：S634.1；S145.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）22-5565-04

Abstract： The field experiment with the self-developed β-cyclodextrin-urea controlled-release fertilizer had been done to study effect of the controlld-urea on Chinese cabbage（Brassica campestris L. ssp. pekinensis） output and nutrate content. The results showed that Chinese cabbage output could be significantly increased while the content of nitrate reduced when processed with the same amount of urea. Compared with one-time application of normal urea， controlled-release fertilizers could increase Chinese cabbage output by 21.42%～30.76% and reduce the content of nitrate by 9.74%～29.47%.

Key words：β-cyclodextrin-urea； controlled-release fertilizer； Chinese cabbage（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）；output； nitrate

大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）为叶菜类蔬菜，根系分布浅，生长周期短，整个生育期内对肥水尤其是氮素要求较高，生产中过量施用氮肥现象普遍。而过多施氮，将导致蔬菜中硝酸盐含量超标，降低其品质，同时也会造成土壤和水体严重污染[1-7]。

李曙轩等[8]认为，大白菜的产量决定于单株叶球重，叶球重又与叶片数目密切相关。耿丽华等[9]认为，构成大白菜产量的主要是莲座叶和球叶，幼苗叶与单株重没有显著关系，如果前期肥水过大，会造成幼苗叶贪青，影响养分向球叶运转，不足则会导致早衰，对产量的形成不利。为了保证大白菜在整个营养生长期对肥水的需求，目前生产上常采用多次施肥的方法，但这会加大成本。因此，研究一种能一次性施用，满足大白菜整个生育期对养分的需求，同时对环境不会造成危害的控释肥料尤为重要。

控释肥料是指采用聚合物包膜，定量控制养分释放数量和释放期，使养分供应与作物各生育期需肥规律吻合的包膜肥料[10]。控释肥料克服了常规肥料的缺点，对农业的可持续发展具有重大意义。20世纪80年代，控释肥料成为国外新型肥料的研究热点[11]，国内也在21世纪初开展了控释肥研制与应用研究。目前市场上控释肥料所使用的包膜材料多为聚烯烃、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、醇酸树脂等人工合成的高分子材料，它们有的在土壤中降解速度很慢，容易造成环境污染；有的价格贵，难以推广。

环糊精（cyclodextrin，简称CD）是由环糊精葡萄糖转移酶（CGTase）作用于淀粉得到的一组环状低聚糖，由6～12个吡喃葡萄糖单元以α-1，4糖苷键联结而成，其中由7个吡喃葡萄糖单元组成的为β-CD。β-CD内径0.78 nm，外径1.53 nm，高0.78 nm，腔内体积约0.37 nm3，分子形状为去顶的空心圆锥体，空腔内侧呈疏水性，外腔呈亲水性[12-14]。环糊精的分子空腔结构可选择性地结合各种有机小分子或离子，形成包合物，并且可根據环境变化来缓慢释放有机小分子或离子[15]，环糊精作为包膜材料，本身也可被土壤微生物缓慢降解。廖文菊等[16]认为β-CD包合尿素后，尿素的释放速度受环境中尿素本底浓度的影响，浓度低时释放多，反之则释放少。

本研究将环糊精作为包膜材料制成的控释尿素用于大白菜生产，通过田间试验，研究不同用量的β-环糊精-尿素控释肥料对大白菜产量和硝酸盐含量的影响， 以期为大白菜的高产、优质生产环境可持续发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

田间试验于2014年7～9月在泸定县新兴乡甘孜州大白菜示范栽培基地进行，该地海拔1 950 m，年均温10.1 ℃，年均降水量1 200 mm，无霜期240 d。土壤为山地棕壤，质地为中壤土。当地习惯施肥每棵折算为过磷酸钙5.0 g、氯化钾1.5 g、尿素6.0 g。试验进行前取土样分析基本理化性质：pH 6.5、有机质8.5 g/kg、全氮0.102 g/kg、碱解氮93 mg/kg 、全磷0.16 g/kg、速效磷46 mg/kg、全钾20 g/kg、速效钾64 mg/kg 。室内试验在四川民族学院环境与生命科学系分析实验室进行。

1.2 试验材料

试验大白菜品种为当地广泛种植的“四季霸王”，供试肥料为当地市售过磷酸钙（P2O5 14%）、氯化钾（K2O 53%）、尿素（N 42%）。β-环糊精由成都科龙化工试剂厂生产，分子量为1 134.98。控释肥于施用前在四川民族学院分析实验室自制：β-环糊精与尿素的质量比为3∶1，充分混匀后于研钵中研磨2 h。

1.3 试验设计与方法

试验共设7个处理，尿素用量水平及设计见表1，每个处理按当地习惯施磷肥每棵5.0 g、钾肥1.5 g。CK为对照，U3、U6、U9处理为当地尿素习惯用量的0.5、1.0、1.5倍，即每棵施尿素3、6、9 g，CDU3、CDU6、CDU9为尿素含量为3、6、9 g的控释肥处理。每个处理设3次重复，随机区组排列。每个处理一次重复为一个小区，小区面积12 m2（3 m×4 m），小区之间间隔0.6 m，窝距0.5 m，行距0.5 m，采取育苗移栽薄膜覆盖方法。2014年7月5日育苗，7月19日选取大小一致的苗移栽，移栽时按照每棵所需肥料准确称取一次性穴施，肥料距根系10 cm，施肥后覆土5 cm，生长期内进行常规的水分管理和病虫害防治，2014年9月20日收获。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 大白菜产量指标测定 考虑边际效应，在每个小区中间两行随机6棵标记好进行测定。在莲座末期统计莲座叶片数，在结球末期测定叶球高度、叶球直径，收获后统计大于2 cm球叶数，测定单株叶球重。

1.4.2 大白菜品质的测定 收获时每小区随机选取3棵， 每棵用不锈钢刀纵切取可食部分的1/6，剪碎后混匀，立即用紫外分光光度法测定硝酸盐含量，用2，6-二氯酚靛酚滴定法测VC含量，用蒽酮比色法测还原性糖[17]。

1.4.3 数据统计方法 试验采用Excel 2007和SPSS 19.0进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对大白菜产量构成因素的影响

尿素为中性速效氮肥，在25 ℃条件下，施入土壤后3 d可以完全分解成碳酸铵，造成氨的挥发损失。所以氮肥一次性施用对作物产量的影响有限。不同施肥处理对大白菜产量构成因素的影响见表2。

由表2可知，施氮肥对大白菜产量构成因素有不同的影响，各个处理的大白菜莲座叶片数、叶球高、叶球外围周长、大于2 cm球叶数都高于对照，这说明施氮肥能提高大白菜产量。

就莲座叶片数来看，与对照相比，施氮肥莲座叶片数增加，且差异显著。随着氮肥用量的增加，叶片数逐渐增加，U3处理比对照增加33.33%，差异显著，这说明增施氮肥能促进大白菜前期生长；CDU3处理叶片数少于U9处理，说明大白菜生长前期是需要一定氮素养分的，如果供应不足会影响其生长；U9、CDU6、CDU9处理叶片数相同，说明大白菜营养生长前期只能吸收一定量的氮素。

就叶球高度来说，U3处理比对照增加30.20%，U6处理比U3处理增加10.27%，U9处理比U6处理增加1.38%，这说明随着土壤氮素养分的增加，增幅呈下降趋势。CDU3比U3增加6.46%，CDU6比U6增加10.34%，CDU9比U9增加10.54%，这说明用环糊精包合尿素能显著提高叶球高度，随着控释肥中尿素含量的增加，增幅呈上升趋势。

就叶球直径来看，施氮肥球径有所增加，与对照相比差异显著，不同氮肥施用量之间差异也显著。再看叶球的紧实度情况，对照处理结球松散，而CDU3、CDU6、CDU9处理叶球紧实，这说明环糊精包合尿素后，减少了尿素的损失，在大白菜生长后期也能满足其需要，而结球期充足的氮素供应促进了叶球内叶生长，使叶球紧实。而U9处理虽然氮肥用量较多，但由于分解后损失多，难以满足后期的需求。

就大于2 cm球叶数量来看，U3比对照增加14.29%，U6比U3增加10.00%，U6与U9处理球叶数相同。与对照相比，环糊精包合尿素增幅都在37.00%以上。在尿素用量相同的情况下，CDU3比U3增加20.00%，CDU6比U6增加15.91%，CDU9比U9增加25.00%。这说明环糊精包合尿素后，减少了尿素的损失，满足了大白菜生长后期对养分的需求。

2.2 不同施肥处理对大白菜产量的影响

大白菜的产量与整个生育期土壤养分供应状况密切相关。不同施肥对大白菜产量的影响见图1。

由图1可知，与不施氮肥的对照处理相比较，施氮肥能显著提高产量，U3处理增产6 063 kg/hm2，增幅也达12.81%，这说明该地块土壤供氮能力弱，稍施氮肥增产效果也明显。U9处理产量略高于U6处理，但差异不显著，说明过多施用氮肥对提高产量效果不明显，这与连彩云等[18]的研究一致。CDU3处理产量高于U9处理，这可能是因为U9处理虽然氮肥用量多，但栽培时一次性施入，生长期内气温较高，大部分氮挥发损失，到结球期土壤供氮能力减弱，不能满足大白菜后期生长的需要，这也说明普通氮肥应少量多次施用，CDU3处理虽然尿素含量低，但由于被環糊精包合后缓慢释放挥发损失少，大白菜整个生育期都有供应。控释肥中增产效果最好的为CDU9处理，与对照相比，增产32 468 kg/hm2，增幅达68.62%。本试验说明施β-环糊精控释尿素能显著地提高产量，随着控释肥中尿素含量的增加，增幅也逐渐增加。

2.3 不同施肥处理对大白菜硝酸盐含量的影响

硝酸盐含量是评价蔬菜质量好坏的重要指标，不同施肥处理对大白菜硝酸盐含量的影响见图2。

由图2可知，与对照相比，随着尿素用量的增加，大白菜硝酸盐含量增加，含量最高的是U9处理，高达1 128.01 mg/kg，这可能是因为前期土壤供氮能力强，莲座叶内氮素积累多，到结球期虽然土壤供氮能力下降，但由于氮素在体内可移动性强，所以球叶中硝酸盐含量仍较高，这与张振贤等[19]的研究一致。施β-环糊精控释尿素后硝酸盐含量也高于对照，这说明随着土壤供氮能力的提高，大白菜中硝酸盐含量会逐渐增加，所以要想控制蔬菜中硝酸盐的含量，需要严格控制氮肥的用量。试验结果显示，在尿素用量相同的情况下，施β-环糊精控释尿素后硝酸盐含量明显低于只施尿素，其中CDU3比U3降低68.03 mg/kg，降幅9.74%，CDU6比U6降低119.48 mg/kg，降幅15.64%，CDU9比U9降低256.76 mg/kg，降幅29.47%。施β-环糊精控释尿素，随着控释肥中尿素含量的增加，大白菜硝酸盐含量也逐渐增加，这可能是因为β-环糊精控释尿素的溶出率受环境浓度的影响，也就是与大白菜的吸收有关，大白菜吸收的越多，控释肥中的氮素就释放的多。所以在不影响产量的情况下，减少控释肥中尿素的含量将有助于降低大白菜叶球中硝酸盐含量。

3 结论与讨论

1）试验结果表明，在一定条件下，增加氮肥用量可以提高大白菜产量，但是超过一定限量后增产效果不明显，反而会增加大白菜体内硝酸盐的含量，从而降低大白菜的品质，这与前人的研究结果一致。

2）在尿素用量相等的情况下，β-CD控释尿素处理比单纯尿素处理增产21.42%～30.76%，叶球中硝酸盐含量降低9.74%～29.47%。β-CD控释尿素0.5倍用量（CDU3处理）比习惯用量（U6处理）增产7.83%，硝酸盐含量降低20.9%。这说明施用β-CD控释尿素在减少尿素用量的情况下，不会降低产量，同时还能减少大白菜体内硝酸盐的含量，提高大白菜的品质。尿素分次施用可能也会达到这一效果，但是分次施肥增加了劳动投入，从而降低产投比。试验结果表明，用β-CD控释尿素是能提高大白菜产量和品质的。环糊精与尿素按质量比3∶1是否是最佳比例还有待进一步研究。

3）采收时发现施用β-CD控释尿素的大白菜根际土壤潮湿度明显高于施用尿素的，这说明β-CD可能还具有一定的保水性能，具体情况还有待进一步研究。

4）采收时发现施用β-CD控释尿素的大白菜根际土壤中蚯蚓的数量明显多于施用尿素的，这说明β-CD可能还能提高土壤有机质含量，这对改良土壤的理化性质将有一定的作用，具体情况还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 王为木，史衍玺，杨守祥，等.控释氮肥对大白菜产量和品质的影响及其机理研究[J].植物营养与肥料学报，2005，11（3）：357-362.

[2] 邱现奎，董元杰，胡国庆，等.新型包膜缓释肥对大白菜生理特性、产量及品质的影响[J].土壤学报，2011，48（2）：375-381.

[3] 李晓林，张福锁，米国华.平衡施肥与可持续优质蔬菜生产[M].北京：中国农业出版社，2000.

[4] 朱兆良，文启孝.中国土壤氮素[M].南京：江苏科学技术出版社，1992.

[5] 吕殿青，同延安，孙本华.氮肥施用对环境污染影响的研究[J].植物营养与肥料学报，1998，4（1）：8-15.

[6] 刘永刚，陈利军，武志杰.蔬菜中硝酸盐的积累机制及其调控措施[J].土壤通报，2006，37（3）：612-616.

[7] 张玉凤，董 亮，于淑芳.控释掺混尿素对大白菜产量、品质及土壤硝态氮的影响[J].土壤，2013，45（1）：177-180.

[8] 李曙轩，何平和，叶自新.白菜个体产量的形成及其与叶生长动态的关系[J].园艺学报，1962，1（1）：49-60.

[9] 耿丽华，张金科，党 立，等.大白菜产量形成及其与各类型叶生长速率相关性的研究[J].山东科学，2000，13（1）：29-33.

[10] 樊小林，刘 芳，廖照源，等.我国控释肥料研究的现状和展望[J].植物营养与肥料学报，2009，15（2）：463-473.

[11] 何绪生，李素霞，李旭辉，等.控效肥料的研究进展[J].植物营养与肥料学报，1998，4（2）：97-106.

[12] 童林荟.环糊精化学——基础与应用[M].北京：科学出版社，2001.

[13] MARTIN D V E M. Cyclodextrins and their uses：A review[J]. Process Biochemistry， 2004， 39（9）：1033-1046.

[14] SANDIER A， BROWN W， MAYS H. Interaction between an adamantane end-capped poly（ethylene oxide） and a β-cyclodextrin polymer[J]. Langmuir， 2000， 16（4）：1634-1642.

[15] 杨 郁，张国梅，双少敏，等.环糊精包合作用及其分子识别功能的研究进展[J].光谱实验室，2003，20（2）：169-180.

[16] 廖文菊，唐德华，程晓彬.β-环糊精-尿素缓控释肥料的制备及应用性能研究[J].安徽农业科学，2014，42（13）：3823-3824，3827.

[17] 南京農业大学.土壤农化分析[M].北京：农业出版社，1990.

[18] 连彩云，马忠明.露地栽培条件下大白菜氮肥投入阈值研究[J].甘肃农业科技，2014（6）：6-9.

[19] 张振贤，赵德婉，梁书华.大白菜矿质营养吸收与分配规律研究[J].园艺学报，1993，20（2）：150-154.

（责任编辑 蔡端午）