施用不同阻隔材料对小白菜产量、品质及氮磷吸收的影响

张运红，骆晓声，寇长林，郭战玲

(河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所/河南省农业生态与环境重点实验室，河南 郑州 450002)

我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国。2019年全国蔬菜播种面积约2 086.3万hm2，总产量约7.21亿t，产值占种植业总产值的30%以上，已成为种植业中仅次于粮食的第二大类农作物[1-3]。蔬菜生产的一个重要方向是设施栽培，2016年我国设施蔬菜栽培面积已达391.47万hm2，产量为2.52亿t，产值占蔬菜总产值的1/3，在保障市场供应、农业增产增收、扩大出口创汇等方面发挥重要作用[4-5]。合理施肥是保证蔬菜优质高产的关键。然而，当前我国蔬菜化肥使用量占农作物化肥使用量的近1/5，用量在600 kg/hm2左右，为粮食作物的1.67倍，是其正常需求量的2～4倍[6]；设施蔬菜的施肥量高于露地蔬菜[7-8]，主要设施蔬菜氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)施用总量平均是各自推荐量的2.7、5.9和1.5倍[8]。化肥使用过量，不仅导致化肥利用率低，而且会造成速效养分(氮、磷等)在土壤中大量富集，从而对地下水造成污染[9-10]。袁丽金等[9]研究表明，设施蔬菜栽培区表层地下水(地下饮用水，20 m)硝态氮超标率和严重超标率为39.3%和7.1%；深层地下水(农田和大棚灌溉水，40 m)硝态氮超标率分别为25.0%和37.5%。设施菜田已成为重要的农业面源污染源，如何控制并有效消减农业面源污染已成为各国面临的环境难题。目前农田氮磷防控主要有施肥控制技术[11]、应用化学添加剂技术、填闲置作物技术、种植制度优化技术、汇源景观组合和生态草带拦截技术等，然而这些技术存在成本过高、效果不稳定、改变种植结构影响收益等缺点[11-12]。近些年研究发现，一些材料利用物理吸附法除去废水中的氮磷效果良好，主要包括黏土矿物类和生物废弃物类等[13-15]，如粉煤灰对水体中的总磷、总氮具有良好的去除效果[14]，多孔颗粒型沸石对废水中氨氮、磷酸盐有较好的去除效果，其对氮磷的吸附符合二级动力学模型[15]。这类材料价格低廉，以物理吸附为主，通常被称为氮磷的物理阻隔材料。然而目前，这些材料在农田氮磷防控中的应用还较少，其环境效应也不清楚。鉴于此，采用盆栽试验，选择海泡石、粉煤灰、沸石3种对氮磷吸附较好的阻隔材料，进行配方设计，考察不同材料单施或组合施用对蔬菜生长及氮磷吸收的影响，旨在明确上述材料的生物学效应，为设施菜田土壤氮磷负荷消减提供技术参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试阻隔材料有粉煤灰、海泡石和沸石，均购自灵寿县天泽矿产品加工厂，其基本性质见表1。其余化学试剂均为分析纯。

供试蔬菜为绿冠四季青帮小白菜(BrassicacampestrisL.ssp.chinensis)。

供试土壤为潮土，采自河南省郑州市郊区，土壤基本理化性质为有机质含量2.78 g/kg、速效氮含量44.92 mg/kg、速效磷含量9.1 mg/kg、速效钾含量98.62 mg/kg，pH 值为8.12。

表1 阻隔材料基本性质Tab.1 Basic properties of the barrier materials

1.2 试验设计

于2019年4—5月在河南省农业科学院科研园区(113.67°E、37.79°N)进行。采用盆栽试验，选用直径30 cm、高20 cm的聚乙烯塑料盆，每盆装土10 kg。试验设置6个处理，分别为T1：不添加阻隔材料,对照(CK)；T2：粉煤灰(A)；T3：海泡石(B)；T4：沸石(C)；T5：复合材料1(A1B2C2)； T6：复合材料2(A2B2C1)。每个处理3次重复。每个处理土壤中阻隔材料添加量均为10 g/kg，其中，复合材料1中分别加入粉煤灰2 g/kg、海泡石4 g/kg、沸石4 g/kg，复合材料2中分别加入粉煤灰4 g/kg、海泡石4 g/kg、沸石2 g/kg，和土壤混合均匀后装盆。每个处理施入N 0.25 g/kg、P2O50.15 g/kg和K2O 0.15 g/kg，施入平衡1周后种植小白菜，生长10 d后间苗至每盆6株。于4月1日播种，5月6日收获，并用相机(Canon IXUS 90IS)拍照记录小白菜长势。

1.3 测定指标及方法

收获时沿盆内土壤表面剪下小白菜地上部，用清水将植株洗净、吸干水分后，用千分之一电子天平测其地上部鲜质量。取部分鲜样用于品质测定，其中光合色素含量测定采用95%乙醇浸提比色法，可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量测定采用紫外吸收法，维生素C含量测定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，硝态氮(NO3--N)含量测定采用水杨酸比色法，均参照王学奎[16]的方法进行。取另外一部分样品置于105 ℃下杀青30 min后，65 ℃烘干至恒质量，粉碎过筛后采用浓硫酸(H2SO4)-双氧水(H2O2)消煮，流动分析仪(德国布朗卢比公司生产)测定植株全氮、全磷含量。

收获后测定土壤全氮、NO3--N、铵态氮(NH4+-N)、全磷和速效磷(Olsen-P)含量，其中NO3--N含量的测定采用紫外分光光度计比色法，NH4+-N含量测定采用靛酚蓝比色法[17]，速效磷含量测定采用钼锑抗比色法[18]。

1.4 数据处理

采用Excel 2007 对数据进行处理，利用SPSS 17.0进行方差分析，并采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 施用不同阻隔材料对小白菜生长的影响

图1显示，施用不同阻隔材料对小白菜生长有一定的影响，其中A和C处理小白菜长势好于对照，A2B2C1处理小白菜长势最弱，B和A1B2C2处理小白菜长势和对照差别不大。除长势有差异外，小白菜没有出现其他不良症状。

图1 施用不同阻隔材料对小白菜生长的影响

2.2 施用不同阻隔材料对小白菜农艺指标的影响

图2显示，和对照相比，A、C处理的小白菜株高有轻微增加，A2B2C1处理有轻微降低，但均与对照未达到显著性差异；不同阻隔材料间相比，A和C处理株高显著高于A2B2C1处理。叶片数以C处理最高，显著高于对照12.3%；A和B处理较对照也分别显著增加9.2%和6.2%，其余处理和对照无显著差异。叶长以A和C处理最高，但和对照相比未达到显著性差异，A2B2C1处理则较对照显著降低10.7%。叶宽除A2B2C1处理显著低于对照10.4%外，其余处理和对照无显著差异。

图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同

2.3 施用不同阻隔材料对小白菜叶片光合色素含量的影响

表2显示，C处理叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均显著高于对照，增幅分别为4.9%、16.8%和8.0%，类胡萝卜素含量较对照也有轻微增加，但未达到显著差异。A1B2C2和A2B2C1处理的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量较对照均显著降低，降幅分别为15.8%、10.6%、12.2%、14.4%和18.3%、8.4%、20.6%和15.7%。A处理各类光合色素含量和对照无显著差异。不同阻隔材料处理的小白菜叶绿素a/b值均显著低于对照，降幅为4.0%～10.9%，以A2B2C1下降幅度最大。

表2 施用不同阻隔材料对小白菜叶片光合色素含量的影响

2.4 施用不同阻隔材料对小白菜产量的影响

图3显示，以C、A处理的小白菜产量最高，分别较对照显著增加42.8%和37.1%，其次是B处理，较对照显著增加15.7%，A2B2C1处理则较之显著降低17.0%，A1B2C2处理和对照无显著差异。

图3 施用不同阻隔材料对小白菜产量的影响

2.5 施用不同阻隔材料对小白菜品质的影响

表3显示，A处理的小白菜可溶性蛋白含量最高，较对照显著增加7.9%，B处理最低，较对照显著下降31.2%，A1B2C2和A2B2C1处理也分别较对照显著降低2.5%和4.0%；可溶性糖含量，C处理显著高于对照6.9%，A1B2C2、A、A2B2C1处理分别较对照显著降低13.4%、26.0%和49.1%。维生素C含量以A2B2C1处理最高，较对照增加1.99倍，其次是B、A1B2C2处理，分别较对照增加68.9%和27.3%，A处理则较对照显著降低30.9%。NO3--N含量，A、B、C处理均显著小于对照，降幅分别为20.3%、21.6%、12.8%，A2B2C1处理显著高于对照8.5%，A1B2C2处理和对照无显著差异。

表3 施用不同阻隔材料对小白菜品质的影响

2.6 施用不同阻隔材料对小白菜氮磷吸收的影响

表4显示，和对照相比，B和C处理的小白菜氮含量分别显著降低7.8%和7.3%，A1B2C2和A2B2C1处理则分别显著增加11.4%和22.1%。植株氮累积量，A和C处理分别显著高于对照22.7%和26.7%，A1B2C2处理较对照也增加14.3%，但未达到显著性差异；B和A2B2C1处理则分别较对照显著降低16.3%和12.9%。除B处理外，其余处理的小白菜磷含量均显著低于对照，降幅为25.6%～35.6%，这几个处理间无显著差异。植株磷累积量，不同阻隔材料处理均显著低于对照，降幅为11.8%～46.6%，以A2B2C1处理降幅最大，其次是A1B2C2和A处理，降幅分别为24.8%和21.7%，B和C处理降幅分别为12.4%和11.8%。该结果表明，施用阻隔材料可一定程度降低蔬菜对磷的吸收。

表4 施用不同阻隔材料对小白菜氮磷吸收的影响Tab.4 Effects of applying different barrier materials on nitrogen and phosphorus absorption of Chinese cabbage

2.7 施用不同阻隔材料对土壤速效磷含量的影响

图4显示，以C和A处理的土壤速效磷含量最高，分别较对照显著增加19.8%和18.9%，A1B2C2处理也显著增加10.4%，A2B2C1处理则较对照显著降低4.8%。该结果说明，施用阻隔材料A、C和A1B2C2可将更多的速效磷滞留在土壤中，从而降低植株的吸收；A2B2C1处理土壤速效磷供应能力明显降低。

2.8 施用不同阻隔材料对土壤NO3--N和NH4+-N含量的影响

图5显示，除A2B2C1处理的土壤NO3--N含量显著高于对照73.4%外，其余阻隔材料处理和对照无显著差异。土壤NH4+-N含量，A处理显著高于对照63.4%，B和C处理分别显著低于对照63.2%和31.4%，A1B2C2和A2B2C1处理和对照无显著差异。该结果说明，A2B2C1处理可促进土壤NH4+-N向NO3--N的转化，从而有利于植株对NO3--N的吸收。B处理土壤NH4+-N含量和植株氮累积量均显著降低，NO3--N含量和对照无显著差异，说明B处理土壤氮素供应能力有所降低。

图4 施用不同阻隔材料对土壤速效磷含量的影响

图5 施用不同阻隔材料对土壤NO3--N和NH4+-N含量的影响

3 结论与讨论