氮肥配施硝化抑制剂对菠菜安全品质及土壤氮素的影响

亓文田，李 彦，刘兆辉，孙 明，仲子文，薄录吉，井永苹，张英鹏*

(1.山东省莱芜市农业局，山东 莱芜 271100；2.山东省农业科学院 农业资源与环境研究所，山东 济南 250100；3.农业部 黄淮海平原农业环境重点实验室，山东 济南 250100；4.山东省农业面源污染防控重点实验室，山东 济南 250100)



氮肥配施硝化抑制剂对菠菜安全品质及土壤氮素的影响

亓文田1，李 彦2,3,4，刘兆辉2,3，孙 明2,3，仲子文2,4，薄录吉2,3，井永苹2,3，张英鹏2,3,4*

(1.山东省莱芜市农业局，山东 莱芜 271100；2.山东省农业科学院 农业资源与环境研究所，山东 济南 250100；3.农业部 黄淮海平原农业环境重点实验室，山东 济南 250100；4.山东省农业面源污染防控重点实验室，山东 济南 250100)

摘要：采用土培试验研究了不同氮肥种类配施硝化抑制剂对菠菜的营养品质及土壤氮素的影响，结果表明：氮肥配施双氰胺与单供氮肥相比，可显著提高菠菜的生物量，降低菠菜可食部位的硝酸盐和草酸含量，提高菠菜的安全品质；另外可提高土壤铵态氮含量和降低硝态氮的积累，从而降低蔬菜生产中氮肥污染生态环境的风险。

关键词：氮肥种类；双氰胺；草酸；硝酸盐；菠菜

菠菜含有丰富的Vc、氨基酸和矿物质，在我国南北各省分布广泛，栽培面积大，供应期长，是春、秋、冬三季的主要的绿叶蔬菜之一，但是菠菜是一种既能积累高量的硝酸盐，又能累积草酸的蔬菜[1-2]。大量施用氮肥而造成的土壤硝酸盐积累，易使菠菜出现生理性障碍，引起产量降低和营养品质变劣。同时土壤中大量积累的硝酸盐容易对地下水和饮用水产生污染[3]，又能通过反硝化作用产生N2O、NO和N2而污染大气，导致生态环境恶化[4]，还会造成菠菜的硝酸盐污染，影响人体健康[5]。

氮素是影响菠菜生长以及硝酸盐和草酸积累的一个重要因素[1-2]。研究表明，适当提高营养液中铵态氮/硝态氮比例可显著降低蔬菜体内硝酸盐[6]和草酸的含量[7]。目前，无土栽培生产叶菜类蔬菜尚不普遍，土壤仍是当前蔬菜栽培的主要介质。由于铵硝比能够调控蔬菜硝酸盐和草酸的含量[7]，假设在土壤条件下如果采用适宜的方法维持一定的NH4+/ NO3-比例的话，在生产中就有可能降低人们日常所食用的一些蔬菜中的硝酸盐和草酸含量，这将大大降低人体缺乏矿质元素、患结石病和高铁血红蛋白症等疾病的风险。但是，铵态氮被施入土壤后由于硝化作用会迅速转化成硝态氮，土壤中难以维持一定比例的硝/铵比。研究表明，硝化抑制剂如双氰胺能有效地抑制土壤的硝化作用[8]，因此有可能通过双氰胺来抑制硝化作用，从而达到维持一定硝/铵比的目的。氮肥配施硝化抑制剂对蔬菜硝酸盐含量的影响已有一些研究报道[1,9-10]，但几乎没有对草酸含量影响的报道[1]。

本文采用土培试验研究了不同氮肥种类配施双氰胺对菠菜硝酸盐和草酸含量的影响以及对土壤理化性状的影响，旨在为生产优质蔬菜的氮肥管理提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验设计

盆栽试验于2012年10月初至11月中旬在山东省农业科学院农业资源与环境研究所的温室进行。供试土壤为山东潮土，其主要农化性状见表1。试验采用裂区设计，主区处理设N1(0 g/kg)、N2(0.2 g/kg)、N3(0.4 g/kg)3个施氮量；副区为硫酸铵(NS)、硫酸铵+双氰胺 (NS+DCD)、尿素(U)、尿素+双氰胺(U+DCD)、硝酸钙(CN) 5个氮肥种类处理，其中DCD的用量占施氮量的10%(已包括在施氮总量中)，各处理的磷、钾用量相同，均为 0.2 g/kg P2O5和0.3 g/kg K2O，以过磷酸钙和硫酸钾作为基肥施入。氮肥分基肥 (50%)和追肥 (50%)两次施用，DCD在菠菜生长20 d后随追肥一起施入。每盆装土2.0 kg，每个处理设3次重复，随机排列。

供试蔬菜采用圆叶品种日本超能菠菜 (SpinaciaoleraceaL.)。筛选籽粒饱满的种子，待土壤装盆后，浇水，平衡1夜后，每盆播种20粒左右，然后覆盖1～2 cm厚的土。待长出4片叶子时，每盆定植10株；按正常生产管理生长1个月后，收获。测定菠菜的地上部生物量，并测定叶片和叶柄的硝酸盐和草酸含量；同时采集土壤 (0～20 cm)，风干后磨细过筛，测定土壤硝态氮和铵态氮含量。

表1　供试土壤的主要农化性状

1.2测定方法

草酸总量的测定参照Baker[11]的方法。可溶态草酸含量的测定是用2 mL的蒸馏水研磨，其它步骤同上。可食部位的硝酸盐和草酸含量分别由测定的叶片和叶柄的硝酸盐和草酸含量加权计算而得。

植株硝态氮含量采用水杨酸法测定[12]。

土壤无机态氮含量的测定：按照鲁如坤等[13]的方法，取10 g过筛的土样于250 mL广口瓶中，加入2 mmol/L氯化钾100 mL振荡浸提1 h，提取土壤无机态氮。过滤取上清液进行硝态氮[14]和铵态氮的测定。

1.3统计方法

采用DPS 6.05软件进行数据统计分析[15]，每个处理共3组重复数据，进行方差分析和Duncan新复极差法多重比较，检验不同处理间在P<0.05水平上的差异显著性。

2结果与分析

2.1不同种类氮肥配施双氰胺对菠菜生物量的影响

由表2可知，施氮量对菠菜生物量具有明显影响。随着施氮量由0 g/kg提高到0.2 g/kg，各处理的菠菜生物量均明显提高；施氮量再提高到0.4 g/kg时，菠菜生物量只略有提高。在相同施氮水平下，NS+DCD和U+DCD处理的菠菜产量分别显著高于NS和U处理的，CN处理的菠菜产量相对较高。

2.2不同种类氮肥配施双氰胺对菠菜可食部位硝酸盐含量的影响

由图1可知，各施氮处理的菠菜可食部位的硝酸盐含量均随着施氮量的提高而明显增加。在相同供氮水平下，硝酸钙处理的菠菜可食部位的硝酸盐含量最高，其次是尿素处理。与单施尿素处理相比，尿素配施双氰胺处理能明显降低硝酸盐的含量；而硫酸铵配施双氰胺的处理与单施硫酸铵处理相比，菠菜可食部位的硝酸盐含量也明显下降(图1)。

表2氮肥配施双氰胺对菠菜生物量的影响

g/株

注：每列数字后不同字母表示差异达到5%显著水平。下同。

图1　氮肥配施双氰胺对菠菜可食部位硝酸盐含量的影响

2.3氮肥配施双氰胺对菠菜可食部位草酸含量的影响

可溶态草酸是菠菜体内草酸的主要存在形态。由图2可知，各处理可食部位的可溶态草酸含量均随着施氮量的提高而明显升高；而在同一施氮量下，硝酸钙处理的菠菜可溶态草酸含量最高。在0.2、0.4 g/kg施氮量水平下，硫酸铵和尿素配施DCD与单施硫酸铵或尿素处理相比可以显著降低菠菜可食部位的可溶态草酸含量。

图2　不同施肥处理对菠菜可食部位的可溶态草酸含量的影响

由图3可知，各处理可食部位的草酸总量的变化趋势与可溶态草酸含量相吻合，都是随着施氮量的提

高而明显升高；在同一施氮量下，硝酸钙处理的菠菜草酸总量最高。硫酸铵和尿素配施DCD与单施硫酸铵或尿素处理相比可以显著降低菠菜可食部位的草酸总量。

图3　不同施肥处理对菠菜可食部位草酸总量的影响

2.4氮肥配施双氰胺对土壤硝态氮和铵态氮含量的影响

由表3可知，随着氮肥用量的提高，土壤的NO3--N和NH4+-N含量明显增加。在同一施氮量条件下，硝酸钙处理的硝态氮含量最高，而铵态氮含量最低；硫酸铵和尿素配施DCD处理的硝态氮含量要明显低于其单独供氮处理，而NH4+-N含量却明显高于其单独供氮处理，在较高供氮水平下尤为明显。

表3　氮肥配施双氰胺对土壤硝态氮和铵态氮含量的影响 mg/kg

3讨论

氮是蔬菜作物生长所必需的营养元素，但其对蔬菜的增产幅度在一定程度上受到肥料种类、作物品种以及土壤氮素营养状况的影响[16]。据Wang和Li 报道[17]，随着氮肥用量由0 kg/hm2提高到180 kg/hm2，蔬菜产量明显增加，但进一步提高氮肥用量到270 kg/hm2, 则对几种蔬菜的生长产生抑制作用而引起产量下降。本试验的结果表明，施氮量的提高在一定程度上提高了菠菜的生物量，但在氮用量为0.4 g/kg时生物量增加不明显 ，这可能与土壤本身的氮素营养水平较高有关。从理论上讲，植物吸收铵态氮可直接合成氨基酸，并且同化1 mol的NH4+-N仅需耗能296个光量子；而硝酸盐在同化之前必须先进行还原作用，同化1 mol的NO3--N即使是耗能最低的途径也需305个光量子[18]。因此，供应NH4+-N的植株要比供NO3--N的植株能够获得更高的生物产量。这可能是硫酸铵配施DCD和尿素配施DCD与单施硫酸铵和尿素相比可明显提高菠菜的生物量的主要原因之一。

硝酸盐是衡量蔬菜品质优劣一个重要指标。本研究发现菠菜硝酸盐含量随着施氮量的增加而明显升高(图1)，这与王朝辉等[19]报道氮肥用量与蔬菜硝酸盐含量呈显著正相关的结果基本一致，说明在高氮供应下菠菜体内吸收的硝酸盐量超出了菠菜本身代谢还原的能力，从而引起硝酸盐的大量积累。另外，氮肥配合硝化抑制剂对蔬菜硝酸盐含量的影响已有一些报道。Bakr和Gawish[1]报道不同氮肥种类配合硝化抑制剂 (N-Serve) 处理下菠菜体内硝酸盐含量的顺序为：硫酸铵+N-Serve<硝酸钙∶硫酸铵 (1∶1)+N-Serve<硫酸铵<硝酸钙∶硫酸铵 (1∶1)<尿素<硝酸钙。McCall和Willumsen的研究[20]也发现铵态氮肥配施DCD能显著降低莴苣的硝酸盐含量。

从营养角度讲，草酸是一种抗营养因子和毒素。已有研究证明在溶液中保持一定的铵态氮/硝态氮比例可显著降低蔬菜体内草酸的含量[8,21]，而关于氮肥配施硝化抑制剂对不同形态草酸含量的影响则少见研究报道。Bakr和Gawish发现，不同氮肥配合硝化抑制剂(N-Serve) 处理下菠菜中草酸总量的顺序为：硫酸铵+N-Serve<硝酸钙∶硫酸铵(1∶1) + N- Serve <硝酸钙∶硫酸铵(1∶1)<硫酸铵<硝酸钙<尿素，表明铵态氮配施硝化抑制剂能够降低菠菜体内草酸含量。本研究的结果与Bakr和Gawish的结果基本吻合。研究表明[22-23]不同形态的草酸对人体健康影响是不同的：难溶态草酸一般不会进一步影响其它食物和人体内钙的有效性，但草酸钙晶体易对消化道组织产生刺激作用，引起人体的不适[20]；而可溶态草酸不仅能与其它食物中的许多矿质元素结合形成不能被肠道吸收的难溶性盐类，引起Ca、Fe、Mg、Cu等矿质元素的缺乏症[23]，而且易被人体肠道吸收，增加尿草酸分泌量而导致高草酸盐尿，从而大大提高了人体患泌尿系结石如肾结石的风险[20]。本研究的结果表明硫酸铵和尿素配施DCD可以显著降低对人体健康危害极大的可溶态草酸的含量，因此可以提高膳食中钙、镁和铁等矿质元素的有效性，进而降低人体患泌尿系结石的风险，增进人体健康。

铵态氮被施入旱地土壤后，由于土壤的硝化作用而迅速转化为硝态氮，因此在通常条件下土壤中的铵态氮含量一般较低[17]。已有研究表明，在铵态氮被施入土壤后DCD可抑制其硝化作用的进行[8]。本研究也发现无论是硫酸铵还是尿素配施双氰胺后土壤铵态氮含量明显升高，而土壤硝态氮含量则明显下降，这样减少了土壤硝态氮在土壤中的积累，减少了硝态氮淋失污染地下水的风险，有利于蔬菜生产的生态环境安全。

4结论

提高施氮量在一定程度上均能提高菠菜的生物量；在相同施氮水平下，硫酸铵和尿素配施双氰胺(DCD)与单独供应硫酸铵和尿素处理相比均能显著提高菠菜的生物量。

不同处理的菠菜可食部位的硝酸盐含量均随着施氮量的提高而增加；在相同施氮量下，无论硫酸铵还是尿素配施双氰胺，菠菜可食部位的硝酸盐含量均显著低于单供硫酸铵和尿素处理的，而且显著低于单供硝酸钙处理的。

菠菜可食部位的可溶态草酸和草酸总量均随着施氮量的提高而升高；在同一施氮水平下，硫酸铵和尿素配施DCD不仅可显著降低菠菜可食部位的草酸总量，而且显著降低可溶态草酸含量，这与配施DCD能保持较高的铵态氮含量有关。

氮肥配施双氰胺在一定程度上提高了土壤铵态氮含量，降低了硝态氮的含量，减少了硝态氮污染地下水和饮用水的风险，有利于实现优质蔬菜生产的生态环境安全。

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(责任编辑：许晶晶)

收稿日期：2016-02-16

基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAD15B02)；山东省泰山学者“农业面源污染防控”岗位建设基金；山东省自然科学基金(Y2007YD62)。

作者简介：亓文田(1962─)，男，山东莱芜人，高级农艺师，硕士，主要从事农作物养分技术应用推广的研究。�通讯作者：张英鹏。

中图分类号：S636.106

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)07-0058-05

Effects of Combined Application of Nitrogen Fertilizer with Nitrification Inhibitor on Safety Quality ofSpinachand Soil Nitrogen Content

QI Wen-tian1, LI Yan2,3,4, LIU Zhao-hui2,3, SUN Ming2,3,ZHONG Zi-wen2,4, BO Lu-ji2,3, JING Yong-ping2,3, ZHANG Ying-peng2,3,4*

(1. Agricultural Bureau of Laiwu City in Shandong Province, Laiwu 271100, China; 2. Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Ji’nan 250100, China; 3. Key Laboratory of Agricultural Environment in Huang-Huai-Hai Plain, Ministry of Agriculture, Ji’nan 250100, China; 4. Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-point Source Pollution Control, Ji’nan 250100, China)

Abstract：A soil culture test was carried out to investigate the effects of combined application of various nitrogen fertilizers with nitrification inhibitor dicyandiamide (DCD) on the nutrient quality of Spinach and soil nitrogen content. The results showed that: in comparison with the sole application of nitrogen fertilizer, the combined application of nitrogen fertilizer with DCD could significantly enhance the biomass of Spinach, and reduce the contents of nitrate and oxalate in the edible parts of Spinach, thus improve its safety quality; the combined application of nitrogen fertilizer with DCD also could enhance the content of ammonium nitrogen in soil, and reduce the accumulation of nitrate nitrogen in soil, thus could decrease the risk of nitrogen fertilizer pollution to ecological environment.

Key words：Kind of nitrogen fertilizer; Dicyandiamide; Oxalate; Nitrate; Spinach