丛枝菌根真菌对基质栽培叶用莴苣和菠菜氮肥用量的减施效果

周佳琦 张 钰 张梦燚 薄 宇 季 为 孙 锦

（南京农业大学园艺学院，江苏南京 210095）

我国氮肥施用量居世界前列（宋亚娜 等，2017），单位面积平均施用化肥量远超世界平均水平（靳前龙 等，2018）。过量施用氮肥不仅无法增产，还会造成土壤酸化、地力下降、地下水污染等环境危害。此外，过量施用氮肥导致作物内累积的硝酸盐会在人体中被细菌还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐与血红蛋白结合会引起高铁血红蛋白症（都韶婷等，2007；王流国和王雪蒙，2016）；在酸性环境中，亚硝酸盐会与次级胺反应生成亚硝胺，诱导消化系统发生癌变（李智文 等，2005）。

叶菜是一类以新鲜叶片与叶柄为食用部位的蔬菜，富含多种营养成分，是人体内无机盐和维生素的主要来源（刘俐和方芳，2008）。随着绿色农业的发展，叶菜类蔬菜越来越受大众喜爱。我国是世界上最大的蔬菜产销国，自2012 年以来，蔬菜种植面积及产量逐年增加，叶菜在蔬菜生产中的种植比例也不断提高（肖体琼 等，2017），2016 年全国蔬菜种植面积为2 232.83 万hm2，其中叶菜类蔬菜种植面积高达792.41 万hm2（廖禺 等，2018）。叶菜的生长点位于叶尖，易于积累营养物质，从土壤中吸收硝酸盐的能力强（毛青秀 等，2012；汪莹 等，2016），故植株内硝酸盐含量显著高于根菜类、茄果类等其他蔬菜（盖屏卓 等，2020）。同时，叶菜生长周期短，种植者为获取高产常不均衡地施用氮肥，这是造成硝酸盐累积的主要外部因素（李殿波 等，2014）。叶用莴苣（Lactuca sativaL.var.ramoseHort.）与菠菜（Spinacia oleraceaL.）为日常生活中常见的叶菜，生产中氮肥施用过量导致其叶片中硝酸盐积累过量，长时间食用或危害人体健康，因此如何在不减产并保持品质的条件下减少植株内硝酸盐含量是叶菜生产中亟待解决的难题。

丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizae fungi，AMF）广泛分布于自然界，能与80%以上的植物形成共生组织——丛枝菌根，宿主为AMF 提供碳源以完成各项生命活动，AMF 也改善宿主生理状态，促进植株生长、改善宿主品质（Harley &Smith，2008）。研究表明，AMF 的根外菌丝可延展到根外近10 cm（张宇亭 等，2012），大大增加植株的营养吸收面积。一方面，AMF 可与植株共生分泌出多种酶类（Saia et al.，2014）以及有机酸（Tawaraya et al.，2006），促进土壤中P、N 等矿质元素的活化；另一方面，接种AMF 菌剂有助于植株间形成菌丝网络与菌丝桥（Whitfield，2007），菌丝巨大的表面积能有效提升植株与土壤的相互作用，促进根系活动（Balogh-Brunstad et al.，2008）。AMF 会显著增加植株对N、P 等元素的吸收（贺超兴 等，2006），菌丝桥可以直接转运从土壤中吸收的N 与P，促进植株对铵态氮与硝态氮的利用（邹碧莹和张云翼，2008），将直接吸收的氮素转运至宿主根系，进而实现氮素营养再分配（Govindarajulu et al.，2005）。AMF 能显著提高菜豆（李敏 等，1999）和生姜（王维华 等，2003）的产量与氮含量，在促进植物氮吸收、提升氮含量、改善植株产量等方面发挥重要作用，在降低叶菜氮肥施用方面具有巨大潜力。

目前生产中常采用商品基质栽培叶菜，可快速生产出洁净、绿色的优质叶菜产品。为了保证叶菜生长健壮，商品基质中往往含有大量养分，生产中还要根据植株生长情况适当补充养分，一般追肥时先将适量氮肥溶解于水中，然后采用水肥一体化施肥机喷灌或滴灌，但氮肥追施量往往超标，不仅造成浪费，而且还会增加叶菜硝酸盐含量超标的风险。本试验以叶用莴苣和菠菜为材料，采用穴盘栽培方式，探讨AMF 对叶菜氮肥用量的减施效果，以期为AMF 在叶菜高品质栽培中的应用提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试叶用莴苣（Lactuca sativaL.var.ramoseHort.）品种为绿领四季生菜（南京绿领种业有限公司生产），菠菜（Spinacia oleraceaL.）品种为圆叶菠菜（山东威尔种子有限公司生产），种子均购自市场。供试氮肥为酰胺态氮肥尿素，纯氮含量46.7%。栽培基质为商品基质产品（江苏兴农基质科技有限公司生产），pH 7.37，EC 值4.56 mS·cm-1，有效N 含量0.48 mg·g-1、有效P 含量0.26 mg·g-1、有效K含量7.91 mg·g-1。供试AMF菌剂（淮安柴米河农业科技股份有限公司生产）为混合型丛枝真菌，含有Acaulospora morrowiae、Glomus clarum等，孢子密度为45 个·g-1。栽培容器为15孔塑料穴盘，外围尺寸540 mm × 280 mm，单穴高度75 mm，上口径95 mm，下口径60 mm，单孔容积400 mL。

1.2 试验方法

试验于2019 年2 月至2021 年4 月分别在南京农业大学牌楼试验基地（东经118.86°，北纬32.02°）和人工气候室开展。

1.2.1 叶用莴苣与菠菜适宜氮肥用量的筛选试验 将叶用莴苣和菠菜种子在温水中浸泡7～8 h，取出后用湿润纱布包裹，置于22～25 ℃温度下催芽，待80%以上种子露白后播种至15 孔穴盘，置于塑料大棚内育苗。育苗期间昼/夜温度为25℃/14 ℃，空气相对湿度60%～70%，光周期14 h/10 h（昼/夜）。试验设置8 个氮肥用量（纯氮）处理，每个处理3 次重复，每个重复15 株，每种蔬菜播种24 盘。叶用莴苣8 个氮肥追施量处理如下：4.7（N1）、6.0（N2）、7.3（N3）、8.7（N4）、10.0（N5）、11.3（N6）、12.7（N7）、14.0（N8）kg·hm-2；菠菜8 个氮肥追施量处理如下：6.0（N1）、8.0（N2）、10.0（N3）、12.0（N4）、14.0（N5）、16.0（N6）、18.0（N7）、20.0（N8）kg·hm-2。待幼苗长出子叶后，将上述纯氮用量的尿素以0.1%～0.3%的比例溶于水，先后隔10 d 分2 次在植株根际随机取3 点注入。保持基质湿润，定期在植株周围松土，保持土壤透气性。播种40 d 后取样，每个处理随机取样5株，测定植株的生长指标、硝酸盐含量、可溶性糖含量以及VC 含量，采用隶属函数法综合评估各项指标，筛选出叶用莴苣与菠菜长势最优时对应的氮肥追施量。

1.2.2 叶用莴苣与菠菜适宜AMF 用量的筛选试验 AMF 菌剂接菌量设置5 个处理，分别为100（A1）、125（A2）、150（A3）、175（A4）、200（A5）g·kg-1，以不加AMF 菌剂（A0）为对照。将AMF菌剂与高温灭菌基质混匀后装入15 孔穴盘，80%以上种子露白后浅播，每个处理3 次重复，每个重复15 株。塑料大棚内育苗，育苗期间光周期为14 h/10 h（昼/夜），昼/夜均温为26 ℃/15 ℃，空气相对湿度为60%～75%，每隔2 d 浇灌1 次清水，保持供水充足。播种40 d 后取样，每个处理随机取样5 株，测定植株的生长指标、硝酸盐含量、可溶性糖含量和VC 含量，采用隶属函数法分析筛选出叶用莴苣和菠菜长势最优时对应的AMF 用量。

1.2.3 AMF 对叶菜氮肥用量的减施效果试验 在基质中加入1.2.2 筛选出的适宜AMF 用量，以

1.2.1 筛选出的2 种蔬菜生长量最大时对应的氮肥追施量为对照（C0），分别减少20%（C1）、40%（C2）、60%（C3）、80%（C4）、100%（C5）的氮肥追施量，即叶用莴苣6 个氮肥处理分别为：C0（6.0 kg·hm-2氮肥）、C1（4.8 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF）、C2（3.6 kg·hm-2氮肥 +200 g·kg-1AMF）、C3（2.4 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF）、C4（1.2 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF）、C5（200 g·kg-1AMF）；菠菜6 个氮肥处理分别为：C0（8.0 kg·hm-2氮肥）、C1（6.4 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF）、C2（4.8 kg·hm-2氮肥 +175 g·kg-1AMF）、C3（3.2 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF）、C4（1.6 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF）、C5（175 g·kg-1AMF）。每组处理3 次重复，每个重复15 株。播种后置于人工气候室，昼/夜温度25 ℃/15 ℃，光周期14 h/10 h（昼/夜），白天平均光照强度为400 μmol·m-2·s-1。播种35 d后取样，每个处理随机取样5 株，测定全株鲜质量。

1.3 测定指标及测定方法

1.3.1 生长指标 植株用清水冲洗根部并用吸水纸吸去多余水分，用电子天平测定全株鲜质量，然后装入信封置于105 ℃烘箱中杀青30 min，将烘箱温度调至75 ℃，烘干至恒重后测定全株干质量。

1.3.2 品质指标 每个处理随机取样5 株，每株取1～2 片叶片，混合后测定。可溶性糖含量采用蒽酮比色法（Ryckov，1966）测定，VC 含量采用紫外快速滴定法（李泽鸿 等，2011）测定，硝酸盐含量采用水杨酸法（李合生，2000）测定。

1.4 数据处理

1.4.1 数据统计 采用SPSS 统计软件（IBM SPSS statistics 25，Chinese version）与Microsoft Excel 2007 进行数据分析，采用Duncan’s 多重比较法进行差异显著性分析（P＜0.05），采用Origin 2020作图。

1.4.2 综合评价 隶属函数法可对多指标进行综合评估，消除单一指标评价的片面性，使供试材料的各项指标具有可比性，客观合理地反映评估对象的综合价值。隶属函数平均值越大说明综合价值越高。

与生长和品质呈正相关的指标（如全株鲜质量、全株干质量、可溶性糖含量、VC 含量等）采用隶属函数公式：

与生长和品质呈负相关的硝酸盐含量采用隶属函数公式：

其中，Uij是i处理中j指标的隶属函数值；Xij为第i个处理的第j个指标测定值；Xmin与Xmax分别为品种中此指标的最小值与最大值；Ui是第i个处理各项指标的平均隶属函数值。

2 结果与分析

2.1 氮肥对叶用莴苣和菠菜生长与品质的影响

2.1.1 氮肥追施量对叶用莴苣和菠菜生长的影响 如图1 所示，8 个不同氮肥用量处理下，随着氮肥用量的增加，叶用莴苣与菠菜的全株鲜质量、全株干质量均呈现先升高后降低的趋势，其中叶用莴苣在N6（11.3 kg·hm-2）处理下全株鲜质量、全株干质量均最大，菠菜全株鲜质量、全株干质量均在N5（14.0 kg·hm-2）处理下最大。

2.1.2 氮肥追施量对叶用莴苣和菠菜品质的影响 如图2 所示，随着氮肥用量的增加，叶用莴苣可溶性糖含量持续降低，而菠菜可溶性糖含量持续升高；叶用莴苣硝酸盐含量呈现先减后增的趋势，菠菜趋势相反，二者分别在N6、N8处理下最低；叶用莴苣与菠菜VC 含量变化趋势与硝酸盐含量的变化趋势相似，分别在N1、N2处理下最高。

2.1.3 氮肥追施量对叶用莴苣和菠菜隶属函数值的影响 分别对叶用莴苣与菠菜全株鲜质量、全株干质量和品质指标的隶属值求平均值，平均值越高则说明综合价值越高，平均隶属函数值最大的组排序为1。综合分析可知（表1、2），在8 个不同氮肥追施量处理下，叶用莴苣与菠菜隶属函数平均值最大的处理均为N2处理。因此，在基质栽培条件下，叶用莴苣最佳氮肥追施量为6.0 kg·hm-2，菠菜最佳氮肥追施量为8.0 kg·hm-2。

表1 氮肥追施量对叶用莴苣隶属函数值的影响

表2 氮肥追施量对菠菜隶属函数值的影响

2.2 AMF 用量对叶用莴苣和菠菜生长与品质的影响

2.2.1 AMF 用量对叶用莴苣和菠菜生长的影响 图3 显示，随着AMF 用量的增加，叶用莴苣全株鲜质量呈现先升高后降低的趋势，而全株干质量呈先降低后升高的趋势；菠菜全株鲜质量与全株干质量均呈先升高后略微降低趋势。其中，叶用莴苣全株鲜质量在A3处理下最高，全株干质量在A5处理下最高；菠菜全株鲜质量与全株干质量分别在A4和A2处理下最高。

2.2.2 AMF 用量对叶用莴苣和菠菜品质的影响 由图4 可以看出，随着AMF 用量的增加，叶用莴苣可溶性糖含量呈现先减少后增加的趋势，菠菜则呈现持续升高趋势，二者分别在A4、A3处理下最高；叶用莴苣的硝酸盐含量先减后增，而菠菜硝酸盐含量呈现持续降低趋势，二者均在A3处理时最低；叶用莴苣VC 含量先降低后升高，而菠菜VC 含量呈先升高后降低趋势，分别在A5、A4处理下达到最大值。

2.2.3 AMF 用量对叶用莴苣和菠菜隶属函数值的影响 表3、表4 数据表明，当AMF 菌剂接菌量为200 g·kg-1（A5 处理）时，叶用莴苣的隶属函数值平均值最大；当AMF 菌剂接菌量为175 g·kg-1（A4 处理）时，菠菜的隶属函数值平均值最大。

表3 AMF 用量对叶用莴苣隶属函数值的影响

2.3 AMF 对叶用莴苣和菠菜氮肥用量的减施效果

如图5 所示，随着AMF 替代氮肥比例的增加，叶用莴苣和菠菜的全株鲜质量均呈现先升高后降低的趋势。当减施40%氮肥时叶用莴苣全株鲜质量最大，且与对照差异显著；减施60%氮肥时菠菜全株鲜质量最大，并且显著高于对照。说明在基质栽培条件下，AMF 可替代叶用莴苣40%的氮肥用量（减施方案为3.6 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF），可替代菠菜60%的氮肥用量（减施方案为3.2 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF）。也就是说，AMF 可减施叶用莴苣40%、菠菜60%的氮肥施用量。

3 讨论与结论

氮素是植物的必需营养元素，影响植株体内各生理生化反应，在干物质积累、产量提升等方面发挥不可替代的作用。在一定范围内，作物产量与品质均随氮用量的增加而提升，适宜的氮肥用量可促进植株营养生长，塑造高效的叶片结构（吕丽华等，2008），提升植株光合效能，进而促进植株的干物质积累、营养吸收以及产量提升。当氮肥施用过量时，氮素利用率下降（张伟 等，2016），根系吸水能力降低，气孔关闭，叶绿素含量减少（李静等，2016），光合作用减弱，植株生长受到抑制。同时，土壤中未被利用的氮素还会造成土壤酸化与水体富营养化。本试验结果表明，随着氮肥追施量的增加，叶用莴苣与菠菜的全株鲜质量均呈现先增加后减少的趋势，与前人研究结论（孔德工 等，1999；孙治强 等，2007；刘舒娅 等，2015）基本一致。目前研究发现，可以采用科学的环境调控措施和优化的施肥模式等农艺措施（郭丽娜 等，2005；孙治强 等，2005；黄东风 等，2009）、有机无机肥配施（廉华 等，2006；卢树昌 等，2015；王煌平 等，2016）、新型肥料或发酵物配施（史雅娟 等，2002；张百俊 等，2009）等手段减少氮肥施用量，在不降低产量的情况下提升作物品质。

AMF 是一类常见真菌，在控制氮肥用量方面有较大潜力，目前已有研究表明AMF 能显著增加生菜（冯希环 等，2016）、黄瓜（任志雨 等，2008）、胡萝卜（Affokpon et al.，2011）等蔬菜的生物量。本试验采用基质栽培，通过添加5 种不同用量的AMF 菌剂发现，适量的AMF 菌剂对叶用莴苣与菠菜的生长与品质均有提升作用。近年来研究发现，AMF 可促进宿主营养吸收（李敏和刘润进，2000）与光合作用（贺忠群 等，2008），改善宿主碳源状况，增加干物质积累。接种AMF 后的洋葱根系中谷氨酰合成酶（GS）和硝酸还原酶（NR）活性均有提升（Azcón &Tobar，1998），说明AMF可通过调节酶活性提高氮同化。AMF 还能够通过改变植株内源激素水平调节植株代谢（Susan &Denis，2000），进而对植株生长发育产生影响。可见，AMF 在促进氮素吸收与生物量累积方面具有巨大潜力，能为氮肥减施提供新的可能性。本试验结果表明，基质栽培条件下，在不降低叶用莴苣和菠菜全株鲜质量的前提下，基质中分别添加200 g·kg-1和175 g·kg-1AMF 可减少叶用莴苣40%和菠菜60%的氮肥用量，即叶用莴苣氮肥减施方案为3.6 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF，菠菜氮肥减施方案为3.2 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF 时，植株生长不受影响，证实了AMF 具有减施叶用莴苣和菠菜氮肥施用量的潜力，为叶用莴苣和菠菜高品质栽培提供了新途径。