不同施氮水平对无土栽培白菜生长及氮肥利用率的影响

张苗 陈伟 严少华

摘要：无土栽培目前已成为我国农业的重要内容，是发展高效农业的新途径，但不论是有机生态型的无土栽培还是其他种类基质的无土栽培通常会出现植物营养失调的问题。利用有机无机复配的无土栽培基质进行白菜[Brassica campestris L. ssp. Chinensis （L.） Makino]的栽培试验，并于栽培中期追施不同量的氮肥，观察不同施氮水平对白菜生长状况、产量以及氮肥利用率的影响。结果表明，在栽培中期施入一定量的氮肥可以促进白菜的生长且能够在一定程度上提高白菜的产量，1.25、2.50、3.75 g/kg氮肥施用量处理的白菜产量分别比不追施氮肥处理提高18.91%、28.07%、26.80%;随着施肥量的增加植株总氮、总磷含量提高，而总钾含量在氮肥施用量高于2.5 g/kg后则有所降低;氮肥施加能够在一定程度上降低亚硝酸盐的含量，但却提高了硝酸盐的含量，而还原糖的含量在尿素施入量高于1.25 g/kg后逐渐降低;1.25、2.50、3.75 g/kg氮肥施用量下的氮肥利用率分别为73.82%、68.09%、62.77%，表明随着氮肥施入量的增加其利用率反而逐渐降低，所以栽培过程中的氮肥施用量需要合理添加才能兼顾植株的生长以及肥料的利用率。结果可为无土基质栽培的合理施用氮肥提供理论依据。

关键词：基质栽培;白菜;氮肥;促生;氮肥利用率

中图分类号： S634.306  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）12-0186-04

无土栽培技术于19世纪60年代被提出，经过100多年的研究和发展，特别是最近几十年来，随着科学技术的发展和进步，无土栽培技术的发展非常迅速。我国对无土栽培这一高新农业技术的研究与应用虽起步较晚，但在短短的30多年中已有系统的研究，并在生产上得到逐步推广应用。与传统的土壤栽培相比，无土栽培方法不仅能够有效避免土壤土传病虫害及连作障碍，而且具有节水、节肥以及生产可控性高等优点[1]，随着蔬菜无土栽培在全国的兴起，相关研究也越来越受到重视，已成为如今发展无公害绿色蔬菜生产的可靠途径。

按照植物根系生长环境是否有固体基质的存在，将无土栽培分为固体基质栽培和无固体基质栽培（水培、气培等）2类[2]，其中固体基质栽培是无土栽培的主要形式。本研究所采用的基质为有机无机混合型基质，其自身钙（Ca）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）等微量元素的转化释放基本可满足作物对元素的吸收利用，但是氮、磷、钾这类大量元素则难以单靠基质本身的养分释放来满足作物需求，尤其在作物需要养分的高峰期时[3]。而这些大量元素的不足会导致作物生理机能失调，造成不正常的生长与发育，从而使作物外部形态、局部或整体表现出异常的症状，轻者影响作物的生育进程，重者导致严重减产乃至绝收，严重影响经济效益[4]。因此及时追施一定量的无机肥，利用无机化肥养分集中、肥效快的特点，能够有效缓解这些症状，达到补充作物所需养分的目的。

本试验利用有机无机物料复配的固体基质进行白菜[Brassica camestris L. ssp. chinensis （L.） Makino]的盤式栽培，在白菜的生长中期追施不同量的氮肥（尿素），观察在基质盘式栽培模式条件下不同施氮水平对白菜生长、产量、品质及氮素利用率等的影响，旨在为无土基质栽培的合理施用氮肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试基质由江苏省农业科学院六合动物科学基地堆肥厂生产，基质基本理化性质为pH值6.50，电导率（EC值） 2.35 mS/cm，容重0.22 g/cm3，总孔隙度83.35%，通气孔隙度12.12%，有机质含量39.89%，总氮含量1.27%，总磷含量0.38%，总钾含量1.13%，碱解氮含量 0.92 g/kg，速效磷含量0.85 g/kg，速效钾3.2 g/kg。供试白菜品种为夏赏味2号青梗菜。

1.2 试验设计

基质栽培试验于2016年3—4月在江苏省农业科学院六合动物科学基地栽培大棚内进行。白菜的无土栽培试验在内径为52 cm×34 cm×7 cm的蓝色周转箱中进行。向周转箱中加入1.6 kg（干质量）基质，厚度约4 cm，基质铺平整，均匀撒入白菜种子，共20盘。随机分成4组，测定白菜播种后14、21 d的株高、SPAD值、叶面积等促生指标。

在播种后21 d时对不同处理追施氮肥（尿素）。试验处理T1（对照）：不追施氮肥;T2：基质追施氮肥1.25 g/kg（干质量）;T3：基质追施氮肥2.50 g/kg（干质量）;T4：基质追施氮肥3.75 g/kg（干质量），氮肥追施方式为将肥料溶于水中均匀喷洒于不同的处理基质中，各处理氮肥喷施结束后喷洒1次清水。分别测定施肥追施氮肥后7、14 d即白菜播种后28、35 d时的株高、SPAD值、叶面积等促生指标。播种后35 d，测定各处理每盘白菜的产量，并采样测定各处理白菜品质（硝酸盐、亚硝酸盐、可溶性还原糖含量）以及基质的理化性状。

1.3 测定项目与方法

pH值、EC值的测定：将基质样品与去离子水1 ∶ 5（质量比）混合，于水平摇床上振荡40 min，静置过滤测定pH值、EC值。化学指标采用常规测定方法[5]进行测定，总氮、总磷、总钾含量采用H2SO4-H2O2消煮后分别测定;碱解氮含量采用Zn-FeSO4还原扩散吸收法测定;速效磷含量采用 0.15 mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定;速效钾含量采用1.0 mol/L CH3COONH4浸提，火焰光度法测定;有机质含量采用烧湿法测定。

白菜中硝酸盐含量采用水杨酸-硫酸法测定，亚硝酸盐含量采用紫外可见分光光度法测定，可溶性还原糖含量采用苯酚-硫酸法测定。

1.4 数据计算与处理

氮吸收量、氮肥利用率计算方法为氮吸收量=干物质量×氮含量;

氮肥利用率=[（施氮处理地上部分氮吸收量-不施氮处理地上部分氮吸收量）/施氮量]×100%。

试验数据采用Excel 2003和SPSS 18.0软件进行统计与分析，使用最小显著差异法检验进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥施肥量对白菜生长的影响

不同氮肥施用量对白菜株高、SPAD值、叶面积的影响见图1，未施肥前各处理间的株高、SPAD值、叶面积均无显著差异。施肥后植株的株高、SPAD值和叶面积均有所提高，但株高变化较小，可能与所使用白菜品种有关。白菜生长至28 d时，即施肥后7 d，追施氮肥的处理T2、T3、T4的株高有所增加，并且显著高于对照处理T1;施加氮肥后植株的SPAD值显著提高，未施肥对照处理的SPAD值有所下降，说明植物已处于氮素缺乏的阶段;追施氮肥的3个处理T2、T3、T4植株叶面积亦显著高于对照处理T1，但是不同施肥量处理之间株高、SPAD值和叶面积无显著差异。白菜生长至35 d时，即施肥后14 d，施加氮肥的处理T2、T3、T4的株高、SPAD值和叶面积较施肥后7 d无较大变化，但各项促生指标仍显著高于对照处理T1，而不同施肥量间植株的株高和SPAD值无显著差异，生长至35 d时T4处理的叶面积显著高于T2、T3处理。

2.2 不同施氮量对白菜产量以及植株氮、磷、钾含量的影响

由图2可知，播种后35 d，施加氮肥处理的白菜产量显著高于对照处理，T2、T3、T4处理白菜产量分别比对照处理提高18.91%、28.07%、26.80%，不同施肥量之间，即T2、T3、T4处理之间产量差异不显著。

白菜植株氮、磷、钾含量见图3，由图3-A可知，T1、T2、T3、T4处理的植株总氮含量分别达为2.37%、2.85%、3.64%、4.57%，施氮肥的3个处理总氮含量均比对照处理高，植株总氮含量随着氮肥施用量的增加而呈现增加的趋势，不同处理间均存在显著差异;由图3-B可知，T2处理植株总磷含量与对照处理差异不显著，T3、T4处理总磷含量显著高于T2、T1处理;植株总钾含量变化幅度较小，T3处理的总钾含量最高，对照处理总钾含量显著低于其他3个施肥处理（图3-C）。

2.3 不同施氮量对白菜品质的影响

氮肥施加对白菜品质产生一定的影响，不同处理白菜亚硝酸盐、硝酸盐、还原糖含量见图4。从图4-A可以看出，T1、T2、T3、T4处理亚硝酸盐含量分别为2.30、1.93、2.07、1.91 mg/kg，未施氮肥的T1处理植株中亚硝酸盐含量显著高于T2、T3、T4 3个施肥处理，T3处理的亚硝酸盐含量显著高于T2、T4处理，T2处理与T4处理亚硝酸盐含量差异不显著。

从图4-B可以看出，硝酸盐含量随着氮肥施用量的增加而逐渐上升，T1、T2、T3、T4处理硝酸盐含量分别为536.96、644.35、662.63、836.29 mg/kg，T2、T3、T4处理分别比对照处理硝酸盐含量分别提高了20.00%、23.40%、55.75%，T4处理硝酸盐含量显著高于其他处理，表明氮肥施用量增加在一定程度上提高了植物中硝酸盐含量。不同处理还原糖含量见图4-C，T2处理植株中的还原糖含量最高，达62.52 g/kg，T3处理还原糖含量低于T2处理但高于T4处理，即随着施肥量的增加植株的还原糖含量逐渐下降，不施肥的对照处理还原糖含量最低，为51.36 g/kg。

2.4 不同施氮量对栽培结束后基质理化性状及氮肥利用率的影响

栽培结束后，即播种35 d后，基质理化性状及不同处理的氮肥利用率见表1。种植结束后基质的pH值均有所升高，且各处理间pH值差异较小;EC值的变化趋势则相反，均有较大程度的降低，不同处理降低幅度有一定的差异，T1、T2、T3、T4处理EC值比种植前分别下降了1.58、1.84、1.63、1.71 mS/cm。不同处理基质中有机质含量均有小幅度下降，T1、T2、T3、T4处理比种植前分别下降2.94、1.55、2.50、2.18百分点。基质中不同养分的含量也均有所降低，降低幅度有一定差异，T1、T2、T3、T4处理总氮含量比种植前分别下降0.39、0.34、0.35、0.35百分点;T1、T2、T3、T4处理总磷含量比种植前分别下降0.09、0.07、0.06、0.07百分点;T1、T2、T3、T4处理总钾含量比种植前分别下降0.23、0.23、0.21、0.25百分点;速效养分中速效磷、碱解氮含量比种植前均有所下降，下降范围在0.10～0.21 g/kg，对照处理的碱解氮下降量总体大于其他施肥处理，速效钾的含量下降幅度均大于 2.5 g/kg，氮肥施用量最高的T4处理速效钾含量降低幅度達2.86 g/kg，为4个处理中下降量最高的。T2、T3、T4处理氮肥利用率分别为73.82%、68.09%、62.77%，氮肥利用率随着施肥量的增加而逐渐降低。

3 讨论与结论

近年来，随着农业现代化和农村种植业的结构调整，我国设施农业得到了较大发展。无土栽培是世界设施农业中广泛采用的一种技术，是设施农业发展的一项重要措施，满足当今对可持续农业发展的需求，能够有效缓解农业环境污染和生态恶化。无土栽培基质-蔬菜系统内养分平衡状况是影响基质使用效果的一个重要因素[6]，在生产实际中，即使是营养型无土栽培基质，考虑到养分利用率、基质成本以及养分流失对环境的污染，其养分也不宜大量盈余，所以对于不同种类的蔬菜在无土栽培期间，需要根据吸肥特性及基质养分供应性能，采用单肥施用技术适时补充养分，使养分得到更合理高效的利用。

本试验在白菜生长中期施用一定量的氮肥，可显著促进白菜的生长，结果表明，增设氮肥能够使SPAD值有所提高，其中白菜叶片的SPAD值以处理T4最高。氮素是合成植株体内叶绿素、蛋白质、核酸和酶等多种化合物的重要元素，这些化合物参与了植株体内的代谢过程，从而影响植株的生长发育。叶片中叶绿素含量的高低在很大程度上反映了植株的生长状况和叶片的光合能力[7]，而SPAD值是衡量植株叶绿素含量的相对参数，本试验结果在一定程度反映了添加一定量的氮肥能够提高植株叶片中叶绿素的含量和植株的光合能力。合理施用氮肥能够提高植株产量，本试验中，在一定范围内随着氮肥添加量的增加白菜的产量有所增加，但是尿素施加量达到3.75 g/kg时白菜的产量则有所下降，所以当施用的氮肥超过一定范围后，反而会出现一定负向影响。杨丽娟等研究表明，随氮肥施用量的增加，油菜产量呈上升趋势，当肥料用量提高到一定程度时，继续提高施氮量对提高产量的作用明显降低，造成肥料的浪费[8]。肖厚军等研究表明，氮是产量的主要限制因子，大白菜产量只在一定氮肥用量水平范围内随施氮量的增加而增加，超过一定水平后则开始下降[9]。

蔬菜品质会直接影响其本身的价值、加工利用以及对人体的健康，因此，蔬菜生产的基本目标应不仅仅在于获得较高的产量，而且要获得优良的品质。本研究结果表明，化学氮肥的施用提高了白菜硝酸盐的含量，施肥量越高硝酸盐含量越高，而亚硝酸盐与硝酸盐的含量变化相反，其含量有所下降。硝酸盐含量是评价蔬菜卫生品质的重要指标之一[10]。相关研究表明，蔬菜对硝酸盐的积累除与生物学特性、光照、湿度等有关外，还与栽培基质中氮营养水平、氮素形态及各种营养状况等有关，过量施用氮肥会造成蔬菜硝态氮吸收和还原转化的不平衡，而这也是造成硝态氮积累的根本原因[11-15]。本试验中白菜硝酸盐含量随着施氮量的增加而增加，所以适量的施氮量对其积累有很大影响。可溶性糖含量是植物体内碳素营养状况、农产品口感及品质性状的重要指标之一，它也与采摘后农产品的保鲜期和植物抗冻能力有关，植物为了适应逆境条件，如干旱、低温等，会通过主动积累一些可溶性糖来降低渗透势和冰点，以适应外界环境条件的变化[16]。合适的还原糖含量有利于提高产品口感、储存性等。通常施氮量超过一定水平后植株中还原糖含量下降[17-18]，本试验中施氮量超过1.25 g/kg时白菜还原糖含量随着施氮量增加而降低。

化学氮肥的利用率通常会随着化学氮肥施用量的增加而降低[19]，但白菜产量和品质在一定施氮量的条件下会随化学氮肥施用量的增加而上升，如单纯从化学氮肥利用率的角度考虑，化学氮肥施用量越少越好，但是也会降低蔬菜的产量和经济效益。因此，在综合考虑各个方面的因素后，选择每盘1.25 g/kg的施氮量，可以兼顾肥料利用率、产量与品质等因素。

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