养分管理对生菜生物量与硝酸盐含量影响

夏体渊，张彩仙，年耀萍，高志文，达良俊，陈泽斌

(1.昆明学院农学院，云南 昆明 650214；2.云南省高校特色生物资源开发与利用重点实验室，云南 昆明 650214；3.云南省农业科学院科研管理处，云南 昆明 650205；4.西南林业大学环境科学与工程学院，云南 昆明 650224；5.华东师范大学生态与环境科学学院，上海 200062；6.云南省高校生物炭工程研究中心，云南 昆明 650214)

养分管理对生菜生物量与硝酸盐含量影响

夏体渊1,2，张彩仙3，年耀萍4*，高志文5，达良俊5，陈泽斌6

(1.昆明学院农学院，云南 昆明 650214；2.云南省高校特色生物资源开发与利用重点实验室，云南 昆明 650214；3.云南省农业科学院科研管理处，云南 昆明 650205；4.西南林业大学环境科学与工程学院，云南 昆明 650224；5.华东师范大学生态与环境科学学院，上海 200062；6.云南省高校生物炭工程研究中心，云南 昆明 650214)

【目的】为了研究养分管理对生菜生物量与硝酸盐含量影响。【方法】以滇池流域晋宁县上蒜乡田间试验的9个典型处理为基础，分析了生菜硝酸盐含量的变化，探索在不同施肥状况下，地上、地下部分生物量间的关系。【结果】试验结果表明,地上生物量在T5(N405P120K300)处理时达到最大，地上、地下生物量之比在9～17；硝酸盐含量除T7(N270P60K300)外，其余处理均超过3000 mg/kg，污染等级均为四级；在滇池流域生菜对氮施肥量需求不高，当氮施肥量为135 kg/hm2，磷施肥量为120 kg/hm2时，生菜地上生物量较高，且地上、地下生物量之比较大；无论任何处理生菜硝酸盐的含量都较高。【结论】说明当地土壤和灌溉水氮含量很高，应减少氮肥的施用；控制氮肥施用，合理进行氮磷配比，是提高蔬菜品质，控制滇池农业面源污染的重要途径。

养分; 生菜; 生物量; 硝酸盐

【研究意义】滇池流域的蔬菜花卉集约化生产是中国化肥用量最高的生产之一，也是中国水污染和富营养化最严重的地区之一[1]。随着农业的集约化发展、耕作方式的改变以及土地利用率的提高，化肥的使用量也随之增加，导致土壤盐碱化，经调查统计，滇池流域已成为国内最大花卉、蔬菜基地，化肥施用量达到(纯氮)18 000 kg/hm2/年[2]。施肥量远超过平均化肥使用量(纯氮)5625 kg/hm2年[3-4]。随着农户在蔬菜种植过程中进行频繁的化肥投入，造成土壤、地下水的硝酸盐污染，进而通过食物链富集到动、植物食品中[5]。因此，探索不同营养控制对蔬菜生物量和硝酸盐含量的影响，不仅能够改善蔬菜质量，还可以改善土壤质量，减少肥料流失对滇池富营养化的影响，取得环境与经济双赢的效果。【前人研究进展】目前，国内外对蔬菜硝酸盐的研究主要集中在食用后对人体的影响，以此为基础，对不同地区的蔬菜进行质量测评[6]；生物量方面，国外学者进行了许多诸如不同施肥配比、不同施肥方式的试验，研究不同施肥对蔬菜生物量的影响[7-8]。国内学者则进行了许多关于不同施肥量对蔬菜硝酸盐含量影响的研究，结果表明，随着施肥量的增加，蔬菜硝酸盐的含量也随之增加，并且单施化肥处理的蔬菜比施用有机肥和有机～无机肥配施的蔬菜硝酸盐含量高[9-11]。氮肥施用量对蔬菜产量的研究结果表明，施用一定量的氮肥，可以增加蔬菜的产量，然而，一旦氮肥施用量超过一定限度，其作用就会大大降低，甚至引起蔬菜的减产，产生“烧苗”现象，威胁作物生长[12]。【本研究切入点】国内众多学者对菠菜、小白菜等蔬菜进行了相关研究，而滇池流域不同养分管理对生菜硝酸盐及生物量有何影响，研究报道甚少。【拟解决的关键问题】文章以滇池流域农田实验中对生菜种植过程中进行养分管理为基础，分析不同施肥情况对生菜硝酸盐及生物量的影响，旨在为生菜高产优质提供理论依据，同时，为缓减滇池流域农业面源污染的氮、磷污染负荷提供必要的实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试蔬菜为生菜(LactucasativaL.)即叶用莴苣，属菊科莴苣属，散叶型早熟品种，生长速度快，半直立，耐高温，抗病，抗虫性好。

1.2 供试土壤

试验地位于滇池流域的昆明市晋宁县上蒜乡，酸性红壤，土壤母质为湖积物，质地为粘壤，地下水位大约50 cm。土壤的基础肥力见表1。

1.3 试验方法

以15 m2为一小区进行试验，每个小区栽种220株，株行距为30 cm×20 cm。试验分为9个处理，分别为T1～T9，其中T1为空白试验、T4为当地农户习惯施肥水平，其余处理按照农业部测土配方施肥技术规范中“3414”方案进行，3次重复。作物大田生长时间为35 d，不施基肥，第1次施肥在定植后9 d，第2次施肥于定植后22 d，施肥方式为兑水浇施(表2)。

收获时在每个小区内分别随机选取10株样株，测量单株的地上长、总长、总重、地上重、地下重。对每个小区进行植株样的采集后，取鲜样使用德国 Merck RQflex2 型反射仪测定。测试前用标准试条校准仪器[13-14]。

表1 供试土壤基本性质

表2 试验处理

1.4 数据分析

试验数据采用OriginPro7.0和Excel2003进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同养分管理对生菜地上、地下生物量的影响

由表3可以看出，T2(N0P120K300)～T5(N405P120K300)处理随着氮素的增加，地上生物量呈现出先减少后增加，在T5(N405P120K300)处理时达到最大值，同时，T2(N0P120K300)～T5(N405P120K300)处理较其他处理地上生物量处于较高的水平。T6(N270P0K300)、T7(N270P60K300)、T4(N270P120K300)、T8(N270P180K300)处理，在氮素施用量一定的条件下，随着磷素施用量的增加，地上生物量呈先减后增的趋势。从T5(N405P120K300)～T9(N135P60K300)处理地上生物量出现持续降低趋势。而T1(CK)～T9(N135P60K300)处理，无论是随着氮素施用量的增加还是磷的增加，地下生物量都是先增后降，呈折线往复形式，在T2(N0P120K300)处理得到最大值。随着氮磷施用量的增加，生菜地上、地下生物量的比值也在9～17波动，这说明不同施肥条件下，地上、地下生物量的相对增长速率不同。生菜地上生物量的多少与施氮肥的多少没有直接联系，这可能是由于滇池流域浇灌水都是受严重污染的滇池水，其中含有大量的氮磷和重金属，同时土壤本底值养分含量较高，对蔬菜的的生长影响较大。

2.2 不同养分管理对生菜硝酸盐含量的影响

从表4可以看出，本试验处理的结果T1(CK)-T9(N135P60K300)生菜硝酸盐的含量都较高，T2(N0P120K300)、T3(N135P120K300)、T5(N405P120K300)、T7(N270P60K300)、T9(N135P60K300)处理的硝酸盐含量都明显高于其他处理。T2(N0P120K300)-T5(N405P120K300)处理随着氮肥施用量的增加也有所提高，T3(N135P120K300)、T5(N405P120K300)、T9(N135P60K300)处理的硝酸盐含量基本处于同一水平。对生菜各处理的硝酸盐含量进行分级，除T7(N270P60K300)处理的硝酸盐含量高于国家限量标准外，其余都低于国家限量标准。

表3 不同养分管理生菜的生物量

表4 不同营养管理生菜的硝酸盐含量

注：“*”代表超出范围；“√”代表≤3000 mg/ kg，“×”代表gt;3000 mg/kg。

Note: ‘*’ standed for out of range; ‘√’standed for ≤ 3000 mg/kg, ‘×’ standed for gt; 3000 mg/kg.

3 讨 论

3.1 养分管理对生菜产量的影响

T2(N0P120K300)～T5(N405P120K300)处理未通过氮单因素控制，T5(N405P120K300)处理，地上生物量达到最大值，4个处理并未出现明显的随着氮素增加地上生物量也随之增加的现象，这可能是由于肥料的大量施用导致土壤本底值较高；其次是在设施农业的条件下，需要大量灌溉水，而灌溉水源是水质为劣五类的滇池污染水源，属于污水灌溉[15]，污水中含有较丰富的N、P、K、Cu、Zn等，能为作物提供多种营养元素，在一定范围内使作物增产[16]。T2(N0P120K300)处理产量较高可能是因为施钾肥后，促进了蔬菜对氮、磷元素的吸收[17]。而T3(N135P120K300)、T4(N270P120K300)处理由于在土壤养分本底值较高状况下，施用氮肥后改变了土壤pH，妨碍了作物根系对水的吸收，从而影响植株生长[10]，导致地上生物量减少，出现产量下降的趋势。在磷单因素控制的处理中，即T6(N270P0K300)～T8(N270P180K300)及T4(N270P120K300)，地上、地下生物量均呈现出先降再升最后又降的趋势。相关研究表明[17]，磷素对生菜生物量的影响没有氮素的影响大，这是因为氮是植物生活中具有特殊意义的一种重要营养元素，其超过一定量后会引起生物量的减少。在对小青菜[18]、小白菜[19]、菠菜[20]的研究中也得到了相同的结论，只是各类蔬菜之间的耐受性范围不同。从地上生物量与地下生物量的比值来看，不同氮、磷的配比，会使得地上、地下生物量相对增长率差异很大，比值有波动，也就相当于每单位地下生物量所能承载的地上生物量能力不同。本试验中，T3(N135P120K300)处理在获得较高的地上生物量的同时，地下生物量承载力也较高，也符合投加较低施肥量的要求。因此，只有投入适当的养分配比，才能使二者都有较好的增长率，获得较高产的同时，肥料利用率较高，减少化肥的流失和对环境的污染[21-22]。

3.2 养分管理对生菜硝酸盐积累的影响

研究表明，大量施用氮肥在提高农作物产量的同时，会导致蔬菜硝酸盐含量严重超标[21]，特别是在单施无机肥的条件下，比不施肥处理高了23.8倍、比有机-无机肥料配施高了3.67倍[9]。也有一些研究表明适量磷肥并没有降低硝酸盐的含量[23-24]。本实验得出，当氮磷施肥量为T2(N0P120K300)处理时，生菜地上生物量较高，同时硝酸盐含量也较低，表明控制氮磷的合理配施只是有效降低硝酸盐含量的一个重要方面，除此之外，还要考虑当地的土壤本底值和灌溉水水质，特别是在像滇池流域等有严重水污染的地区，污水中所含大量氮磷化合物在土壤微生物的作用下，会转化为硝酸盐和磷酸盐[17]。

3.3 设施条件下蔬菜生产的建议

试验结果表明，在用氮量相同的条件下，磷肥的递增对蔬菜地上生物量的增加并不明显，可见当P120时施磷量已能满足作物的正常生长需要，继续增加磷肥的施用量并不能达到增产的效果，因此，可继续按当地农民的习惯施肥，进行磷素养分管理；冬季蔬菜少施氮肥，冬季气温低、光照弱、硝酸盐还原酶活性下降，容易积累硝酸盐；控制氮肥用量，本地区灌溉水富营养情况严重，氮肥用量应控制在135 kg/hm2以内，其中70 %～80 %作为基肥，20 %～30 %作为追肥。

4 结 论

对氮磷敏感的蔬菜，氮磷用量不足或过量都会导致生物量的减少，而生菜属于氮磷敏感型蔬菜[4]。通过试验发现，污水灌溉时，生菜生物量随着氮磷施用量的增加无显著增加，但磷钾肥对地下生物量的增产作用明显。此外，试验结果表明，在滇池流域，生菜对氮施用量需求不高，氮施用量为135 kg/hm2，磷施用量为120 kg/hm2时，生菜地上生物量较高，且地上、地下生物量之比较大。导致生菜硝酸盐积累的重要因素是氮肥的过量投入，这也是大多数叶菜类蔬菜生产中存在的严重问题。该试验中，无论采用何种处理，生菜硝酸盐的含量均较高，这说明叶菜类蔬菜的硝酸盐积累能力很强。在目前的习惯施肥用量下，应降低因常年施用化肥土壤富集大量氮磷营养元素，缓减对农业面源污染造成的负荷，实现经济、环境、社会的协调发展。

[1]曹 娜,张乃明.滇池周边地区农田土壤硝酸盐迁移累积特征[J].安全与环境学报,2007,7(1):20-22.

[2]雷宝坤,张维理,段宗颜.滇池流域设施条件下生菜地氮磷减控研究[J].西南农业大学学报,2005,27(1):55-59.

[3]邹瑞菖,王青丽.全国农业面源污染与综合防治学术研讨会论文集[C].燕惠民.中国农业面源污染现状与防治对策[A].中国农学通报,2004,25(2):50-58.

[4]李保国,李珠韵.土壤溶质运移[M].北京:科学出版社,1998:158-181.

[5]薛珠政,温庆放,李大忠,等.不同氮肥种类及用量对蔬菜硝酸盐积累动态的影响[J].扬州大学学报,2007，28(4):81-84.

[6]Bao Ming Chen,Zhao Hui Wang,Sheng Xiu Li,et al.Effects of nitrate supply on plant growth,nitrate accumulation,metabolic nitrate concentration and nitrate reductase activity in three leafy vegetables[J].Plant Science,2004,167:635-643.

[7]Sylwester Smolen,Wlodzimierz Sady.The effect of various nitrogen fertilization and foliar nutrition regimes on the concentrations of nitrates, ammonium ions,dry matter and N-total in carrot (DaucuscarotaL.) roots[J].Scientia Horticurae,2009,119: 219-231.

[8]C. Mariano Cossani,Gustavo A. Safer,Roxana Savin.Yield and biomass in wheat and barley under a range of conditions in a Mediterranean site[J].Field Crops Rearch,2009(2):9.

[9]周柳强,谭宏伟,黄美福,等.有机肥、化肥及其配施对生菜产量和质量的影响[J].广西农业科学,2008,39(2):192-195.

[10]孙治强,张 楠,赵卫星,等.氮肥施用量对生菜产量、硝酸盐积累及土壤EC值、pH值的影响[J].江西农业学报,2007,19(4):44-45.

[11]李战国.有机N与无机N配比施肥对大白菜产量和硝酸盐含量的影响研究[J].安徽农业科学,2008,36(6):2384-2385.

[12]邹碧莹,张云翼.氮肥对蔬菜产量和品质的影响研究进展[J].现代农业科技,2008(18):116-119.

[13]金桂梅,刘宏斌,胡万里,等. 凤羽河流域典型降雨径流氮磷污染物排放特征[J]. 西南农业学报,2017,30(2):394-400.

[14]段昌群,王红华,杨双兰.无公害蔬菜生产理论与调控技术[M].北京:科学出版社,2006.

[15]王建新,胡万里,段宗颜,等.滇池流域西芹保护地土壤硝酸盐的空间变化[J].西南农业学报,2007,20(3):435-438.

[16]朱文东.污水灌溉对农业生产的影响[J].安徽农业科学,2007,35(12):3623-3625.

[17]马 磊,梅凤娴,郑少玲,等.不同氮磷钾水平对生菜产量及体内养分的影响[J].仲恺农业技术学院学报,2006,19(4):13-16.

[18]王 强,姜丽娜,符建荣,等.氮素形态、用量及施用时期对小青菜产量和硝酸盐含量的影响[J].植物营养与肥料学报,2008,14(1):126-131.

[19]于红梅,龚元石,李子中,等.不同水氮管理对苋菜和菠菜的产量及硝酸盐含量的影响[J].植物营养与肥料学报,2004,10(3):302-305.

[20]陶正平,边鸣镝,李梦玲,等.提高氮素水平对小白菜生长及硝酸盐含量的影响[J].吉林农业大学学报,2001,23(2):46-49.

[21]艾绍英,唐拴虎,李生秀,等.氮素供应水平对蔬菜硝酸盐累积与分布的影响[J].华南农业大学学报,2000,21(2):14-17.

[22]张兰勤，唐新莲，黎晓峰，等.水肥一体化减量施肥对樱桃番茄产质量的影响[J].南方农业学报,2015,46(7):1270-1274.

[22]王朝辉,宗志强,李生秀.蔬菜的硝态氮累积及菜地土壤的硝态氮残留[J].环境科学,2002，23(3):79-84.

[23]陈新平,邹春琴,刘亚萍,等.菠菜不同品种累积硝酸盐能力的差异及其原因[J].植物营养与肥料学报,2000,6(1):30-34.

(责任编辑 王家银)

EffectofNutritionManagementonAbovegroundBiomass,UndergroundBiomassandNitrateAccumulationinLettuce

XIA Ti-yuan1,2, ZHANG Cai-xian3, NIAN Yao-ping4*, GAO Zhi-wen5，DA Liang-jun5, CHEN Ze-bin6

(1.College of Agriculture, Kunming University, Yunnan Kunming 650214, China; 2.Key Laboratory of Special Biological Resource Development and Utilization of Universities in Yunnan Province, Yunnan Kunming 650214, China; 3.Science and Technological Division, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Kunming 650231, China; 4.Environmental Science and Engineering College, Sourthwest Forestry University, Yunnan Kuming 650224, China; 5.Ecology and Environmental Science College, East China Normal University, Shanghai 200062, China; 6.Engineering Research Center for Biochar of High Education in Yunnan Province, Yunnan Kunming 650214, China)

【Objective】The study aims to study the effects of nutrition management on aboveground biomass, underground biomass and nitrate accumulation in lettuce, 【Method】Nitrate accumulation of lettuce and the relationship between above-biomass and below-biomass were investigated in 9 typical field experiments in Shang Suan Village, Jin Ning County, Dian Chi Area. 【Result】The max above-biomass appeared in T5(N405P120K300) and the ratio of above-biomass and below-biomass is from 9 to 17.The nitrate content were over 3000 mg/kg except T7(N270P60K300), and all of their contamination levels were Lv.4. Lettuce in Dian Chi Area didn’t demand too much N. The above-biomass was higher, and the ratio between above-biomass and below-biomass was bigger when the use of N was 13 kg/hm2and P was 120 kg/hm2. No matter how many fertilization treated to the lettuce the content of nitrate was high. 【Conclusion】It meant the N in irrigated water and soil was high, too. Less N should be applied to. It was a highly significant way to control the agriculture area-source pollution of Dian Chi and the quality of vegetable with N controlled, matched up with high usage of fertilizer.

Nutrition management； Lettuce；Biomass；Nitrate

Q948

A

1001-4829(2017)11-2552-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.11.028

2017-01-26

国家自然科学基金项目(41361056)；昆明学院“人才引进项目”(YJL14005)；云南省高校优势特色重点学科(生态学)建设项目(05000511311)；云南省特色生物资源开发与利用重点实验室开放基金项目(GXKJ201631)

夏体渊(1978-)，男，云南宣威人，博士，副研究员，主要从事山区农业可持续发展研究工作，E-mail: 149162175@qq.com，*为通讯作者：年耀萍，E-mail: nyp230@126.com。