氮素浓度对无土栽培韭菜产量与硝酸盐含量的影响

华仁锐，孙世海，张卫华，刘玉玲，尹超群，张萌

氮素浓度对无土栽培韭菜产量与硝酸盐含量的影响

华仁锐，孙世海通信作者，张卫华，刘玉玲，尹超群，张萌

（天津农学院 园艺园林学院，天津 300392）

为研究韭菜无土栽培营养液氮素浓度对韭菜产量、硝酸盐含量、氮肥利用率及韭菜生长的影响，并为韭菜水培营养液配方的研发提供依据，以韭菜‘棚宝’二年生植株为试材，以珍珠岩为栽培基质，分别采用不同氮素浓度（6、8、10、12、14、16和18 mmol/L）的营养液进行韭菜无土栽培，观测了韭菜生长发育情况。结果表明：当营养液氮素浓度较低时，提高氮素浓度，韭菜产量显著增长，继续提高氮素浓度，则韭菜产量增长变缓，表现出明显的边际效应，总产量以氮素浓度为16 mmol/L时最高，为5 078.1 kg/667m2；韭菜食用部分的硝酸盐含量与营养液氮素浓度呈显著正相关，在氮素浓度6～18 mmol/L范围内，其随着营养液氮素浓度的提高而增大；当氮素浓度超过14 mmol/L时，随着氮素浓度的提高，韭菜硝酸盐含量的增长速率明显高于韭菜产量的增长速率，同时氮肥利用率下降；只有当氮素浓度低于14 mmol/L时，韭菜硝酸盐含量才低于1 500 mg/kg；提高营养液氮素浓度，也显著提高了韭菜植株全氮含量、促进了韭菜的分蘖、使植株变高。综合权衡韭菜品质、产量及氮素利用率，韭菜珍珠岩无土栽培营养液最佳氮素浓度为10～12 mmol/L。

韭菜；氮素浓度；硝酸盐含量；产量；无土栽培

韭菜（Rottl.ex Spr.）是一种多年生宿根蔬菜，在中国古代就已经被栽培利用，在北魏的《齐民要术》中记载了韭菜的从播种到采收等方面技术[1]。近年来中国韭菜栽培面积达到了40万hm2，全产值700亿元左右，并且在价格上呈现出波动上升趋势[2-3]。但是现行栽培方式多为传统土壤栽培模式，韭蛆发生严重，防治韭蛆常导致农药残留问题。采用营养液浇灌的韭菜无土栽培方式可有效减轻韭蛆危害，结合使用防虫网等技术甚至能够避免韭蛆发生，从而避免农药的过量使用[4-6]。

氮素为植物生长必需的营养元素，氮肥用量直接影响作物的产量[7]，并且环境中氮素含量同样会影响植物对其他元素的吸收[8]。但是提高氮肥用量也会导致植物体内硝酸盐的快速积累[9]，韭菜贮藏期又短，因此，韭菜栽培中食用部分的硝酸盐含量与氮肥施用量的平衡是一个重要的研究方向。韭菜在生长过程中由于栽培基质的差异，其根系活力、氮素利用和韭菜产量等都有明显的不同[10]。宋羽等经试验发现宁夏地区设施韭菜每年氮素适宜施用量为27.72～33.73 kg/667m2[11]，张丽娟等也得出了砂质土壤温室种植韭菜每667 m2适宜的施氮量为36.84～45.96 kg的结论[12]。目前关于韭菜无土栽培营养液中氮素浓度对韭菜产量影响的研究较少，因此本试验采用珍珠岩为基质的营养液栽培方式，通过改变营养液氮素浓度，研究氮素对韭菜生长的影响，以期筛选出适宜的氮素浓度范围，为韭菜营养液配方的研发提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在天津农学院园艺园林学院试验实习基地进行。试验材料为两年生‘棚宝’韭菜植株，‘棚宝’韭菜种子购自河南省平顶山市平丰种业有限公司。为避免化学杂质造成的试验误差，试验过程中营养液以蒸馏水配制，配制营养液的全部肥料均为分析纯化学试剂。在使用前将珍珠岩用清水浸泡24 h，冲洗3次。花盆与穴盘提前以1%高锰酸钾溶液浸泡15 min杀菌。

1.2 试验方法

2020年9月将‘棚宝’韭菜种子用1%硫酸铜溶液浸种5 min，放入20 ℃恒温箱催芽，种子萌发后于日光温室中播种在珍珠岩为基质的50孔穴盘育苗。2021年5月取生长健壮的韭菜，不剪根叶，定植于边长12 cm方盆中，每盆4穴，每穴8株，置于塑料拱棚中，浇灌处理营养液，35 d后剪掉地上部分继续用处理营养液培养。

采用随机区组试验设计，以营养液不同氮素浓度（6、8、10、12、14、16、18 mmol/L）为处理，分别记作N6、N8、N10、N12、N14、N16和N18，各处理营养液中P、K、Ca、Mg用量保持不变，具体配方为各处理营养液均含有Ca（NO3）2·4H2O236.15 mg/L、KH2PO4272.18 mg/L、MgSO4·7H2O246.47 mg/L、（NH4）2SO4132.14 mg/L；此外，处理N6、N8、N10、N12、N14、N16和N18还分别含有KNO3202.2、269.94、336.66、404.4、404.4、404.4、404.4 mg/L，NH4NO30、53.63、106.45、160.08、213.71、266.53、320.16 mg/L，K2SO4174.26、116.75、57.51、0、0、0、0 mg/L，NaNO30、0、0、0、56.94、113.89、169.98 mg/L；各处理营养液铵硝比均为 2∶4，微量元素按通用配方。

使用SPAD-502叶绿素仪测定叶色指数（SPAD）；使用紫外分光光度计测定硝酸盐含量[13]，采用自动定氮仪法测定了植株全氮含量（NY/T2419—2013植株全氮含量测定），每次测产后，均折算成667 m2的产量[14]。

采用Microsoft 2007结合SPSS Statistics 22.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 营养液氮素浓度对韭菜生长及产量的影响

韭菜是连续生长、多次收获的蔬菜，产量是韭菜生产中的重要经济指标，本试验测定了前2茬收获的产量，并在第二次收获时调查了韭菜分蘖情况及外部形态指标（见表1）。

表1 氮素浓度对韭菜产量和形态指标的影响

处理产量/kg·667m-2分蘖/株·穴-1SPAD株高/cm叶鞘粗/mm 第一茬第二茬总产量 N6849.3±92.3eD 1 154.7±79.4eE2 005.4±32.5eE955.7±2.3aA27.6±1.8dD2.72±0.10cB N81 179.8±54.0dCD1 682.3±351.1dD2 862.2±382.5dD1149.2±4.5bcBC35.0±3.0bcBC2.92±0.14abcAB N101 522.2±63.1cBC2 002.5±247.3cdCD3 524.7±193.7cCD1146.1±1.2cC34.1±1.4cC2.81±0.07bcAB N121 944.7±143.5bAB2 187.8±108.9bcBCD4 130.9±252.3bcBC1149.1±1.7bcBC37.1±1.3abABC3.03±0.07aA N142 224.8±135.4abA2 524.2±185.3abABC4 621.6±76.5abAB1148.6±1.5bcBC37.6±2.0aAB3.02±0.10abA N162 352.3±320.1aA2 727.3±382.2aAB5 078.1±585.5aA1151.7±4.3bAB38.5±1.5aA2.94±0.39abAB N182 190.7±263.1abA2 829.6±233.8aA5 020.3±495.4aA1249.6±1.9bcBC37.8±1.2aAB3.04±0.08aA

注：表中同列不同小写字母表示＜0.05，不同大写字母表示＜0.01水平的差异显著性。下同

由表1可知，随着营养液中氮素浓度增加，韭菜产量呈现出不断上升的趋势，且在部分处理间存在着显著差异。N6处理的韭菜各茬产量最低，均显著低于其他处理；N16处理的韭菜第一茬产量和总产量均最高，分别为2 352.3、5 078.1 kg/ 667m2，均显著高于N6～N12处理；N18处理的第二茬产量最高，为2 829.6 kg/667m2，但与N16无显著差异。说明营养液的氮素浓度（即氮素施用量）明显影响韭菜产量。

随着营养液中氮素浓度升高，韭菜的株高随之增大，韭菜分蘖现象也增强；但SPAD值没有表现出明显的规律性，这可能与韭菜的分蘖特性有关，N8～N18处理的分蘖现象均比N6明显，本茬生长期内分蘖形成的韭菜新植株其叶色明显较未分蘖的植株浅，会降低处理的SPAD平均值。叶鞘粗更是明显受到韭菜分蘖的影响。

2.2 氮素在韭菜植株中的积累分析

取韭菜地上部分，烘干后，测定了全氮含量，结果见图1。

由图1看出，营养液氮素浓度不同，韭菜地上部分的含氮量有显著差异，部分处理间还达到了极显著差异，总体上来说，韭菜地上部分的含氮量随着营养液氮素浓度的增加而增大。N18的韭菜地上部分的含氮量最高，为4.52%（干样），极显著高于其他处理；N8的韭菜地上部分的含氮量最低，为3.08%（干样），但与N6处理无显著差异。说明，随着氮素浓度的增加，促进了氮素在韭菜植株中的积累。

2.3 不同处理间韭菜硝酸盐含量分析

韭菜无法直接利用空气中的氮气，在水培和珍珠岩为基质的无土栽培中，韭菜生长发育所需要的氮营养需要由营养液提供。人体摄入的硝酸盐85%～90%来自蔬菜[15]，尽管摄入过量的硝酸盐会引起正铁血红蛋白症，但硝酸盐在一定含量下本身无毒，蔬菜中的硝酸盐危害主要是通过亚硝酸盐表现出来，亚硝酸盐是有害物质，且硝酸盐在微生物的作用下极易还原成亚硝酸盐。在第二茬韭菜收获时，测定了各处理的硝酸盐含量，见图2。

图2 不同氮浓度营养液培育的韭菜食用部分硝酸盐含量

由图2看出，营养液氮素浓度不同，韭菜食用部分的硝酸盐含量有显著差异，部分处理间还达到了极显著差异。总体上来说，韭菜食用部分的硝酸盐含量随着营养液氮素浓度的增加而增 加。N18韭菜食用部分的硝酸盐含量最高，达 2 815.24 mg/kg，显著高于其他处理；N6韭菜食用部分的硝酸盐含量最低，为348.78 mg/kg，与N8处理无显著差异，但显著低于其他处理；N12韭菜食用部分的硝酸盐含量为1 424.22 mg/kg；在营养液氮素浓度≥14 mmol/L时，韭菜食用部分的硝酸盐含量均超过了1 500 mg/kg。

2.4 处理间氮肥利用率分析

氮肥高效利用同时受环境因素、试验材料及试验方法等影响，氮肥偏生产力（Partial factor productivity of applied N，PFP）指单位氮投入所生产的作物产量，是适合我国肥料效应评价的重要指标，也是国际上用来描述作物对氮素或氮肥利用率的指标之一[16]。

本试验采用无土栽培，韭菜吸收的氮素来自于营养液，试验过程中各处理的营养液浇灌量V（单位为L）相同，因此各处理的氮素用量决定于营养液氮素浓度。各处理N6、N8……N18的氮肥偏生产力（kg/kg）分别为23.87×106/V、25.56×106/V、25.18×106/V、24.59×106/V、23.58×106/V、22.67×106/V和19.92×106/V，因为营养液浇灌量V为正数，因此各处理氮肥偏生产力大小排序为N8＞N10＞N12＞N6＞N14＞N16＞N18，为了更直观地描述各处理的氮肥偏生产力的差异，计算了各处理的氮肥偏生产力的相对百分数（为描述方便，界定为氮肥相对偏生产力），结果见图3。

图3 不同氮浓度营养液培育的韭菜氮肥相对偏生产力

由图3可知，各处理的氮肥相对偏生产力有显著差异，氮肥相对偏生产力最低的处理是N18，其极显著低于N8和N10，显著低于N6、N12和N14，与N16无显著差异。说明氮素利用率在营养液氮素浓度为6～14 mmol/L时较高，之后，增加氮素浓度，氮素利用率随之下降。结合表1分析，N18的氮素用量是N6的3倍，但N18的产量仅是N6的2.50倍。说明当营养液中氮素浓度超过12～14 mmol/L时，随着营养液中氮素浓度的提高韭菜的增产速率逐渐降低，即韭菜产量对营养液氮素浓度有明显的边际效应，增施氮肥的增产效果下降，氮肥利用率降低。

2.5 营养液氮素浓度的综合分析

在无土栽培中，当营养液浇灌量相同时，营养液中氮素的浓度就代表了氮素用量。韭菜产量（设为）与氮素浓度（设为）显著相关，相关系数为0.972，且二者的关系更趋近于非线性关系，当水平较低时，随着的增加而迅速增大，当达到较高水平时，随着的增加增大的速率变小，出现明显的边际效应。求得二者的关系方程为＝－17.363²＋676.953－1 453.429，可求得当氮素浓度19.49 mmol/L时，将获得最高产量 5 144.8 kg/667m。

韭菜硝酸盐含量与氮素浓度亦显著相关，相关系数为0.991，在营养液氮素浓度为6～18 mmol/L范围内，且二者呈正相关。

随着营养液中氮素浓度的增加，韭菜硝酸盐含量的增长速率超过了产量的增长速率，并且二者增长速率的差距随着营养液中氮素浓度的增加而扩大，如图4所示。

图4 韭菜总产量与硝酸盐含量随施氮量变化的比较

营养液中氮素浓度超过12～14 mmol/L时，随着营养液中氮素浓度的提高氮肥利用率下降。氮肥损失也将随着氮浓度的增加而大幅增加，同时对生态环境也会带来一定的影响。

控制韭菜硝酸盐含量与提高韭菜氮肥利用率是一致的，但控制韭菜硝酸盐含量与提高韭菜产量是相矛盾的，本试验随着氮素浓度的增加韭菜硝酸盐含量迅速增大；而韭菜产量却有明显的边际效应。N6及N8的韭菜硝酸盐含量虽然较低（均低于1 000 mg/kg），但其产量仅达到N10产量的56.9%和81.2%，因此，综合权衡韭菜品质、产量及氮素利用率，韭菜珍珠岩无土栽培营养液的最佳氮素浓度为10～12 mmol/L。

3 讨论与结论

国际上硝酸盐的ADI值（日允许摄入量）为NO3-0～3.7 mg/kg体重（JECFA，1995），按此标准，相当于体重60 kg的人日摄入硝酸盐量应不超过222 mg。如果按每人每日食用0.5 kg蔬菜计算，生食蔬菜硝酸盐的限量应为444 mg/kg。韭菜经过烹调后，硝酸盐损失按70%计算，韭菜硝酸盐限量标准应为1 480 mg/kg[15]。

我国曾在2001年开始实施的GB18406.1—2001标准中规定叶菜类蔬菜硝酸盐限量标准不超过3 000 mg/kg，目前我国国标对硝酸盐在蔬菜中的含量未作限定[17-18]。但绿色食品蔬菜和有机蔬菜生产规范中，均对蔬菜生产过程中使用的肥料种类进行了限定，按规定标准生产的蔬菜硝酸盐含量能控制在较低水平。无土栽培生产成本高，其目的是为市场提供高质量的蔬菜，但由于无土栽培中肥料供应的特点及蔬菜叶片对硝酸盐的富集作用，控制叶菜类蔬菜的硝酸盐含量难度大，因此笔者认为，无土栽培韭菜食用部分硝酸盐含量应控制在1 500 mg/kg以下。据此，韭菜无土栽培中营养液氮素浓度须低于14 mmol/L。

以珍珠岩为基质进行韭菜无土栽培时，韭菜生长发育需要的氮素完全依靠营养液提供。营养液提供给韭菜的氮素量为营养液氮素浓度与浇灌量的乘积。在营养液浇灌量相同的前提下，韭菜产量、韭菜地上部分的含氮量、韭菜食用部分的硝酸盐含量均与营养液氮素浓度显著相关，在营养液中氮素浓度6～16 mmol/L范围内，均随着营养液氮素浓度的增加而增大，这与前人在多项土壤栽培中得到的试验结果一致[12，18-24]。当氮素浓度较低时，提高氮素浓度，韭菜产量增长速度快；继续增加营养液氮素浓度，则韭菜产量增长速度变缓慢，韭菜产量的边际效应明显，韭菜产量与营养液氮素浓度的关系更趋近非线性关系。

在营养液氮素浓度6～18 mmol/L范围内，韭菜硝酸盐含量与氮素浓度呈正相关，二者相关系数为0.991。当营养液中氮素浓度超过14 mmol/L时，随着氮素浓度的增加，韭菜硝酸盐含量的增长速率明显高于韭菜产量的增长速率。

韭菜对氮素有明显的富集作用，增加氮素浓度，也显著提高了韭菜植株全氮含量。提高营养液氮素浓度，还能够促进韭菜的分蘖及株高。

中国是世界氮肥消耗大国，占世界总消耗量的30%，但是对于氮肥的利用却并不充分。氮肥利用效率低不仅造成了浪费问题，对于环境的破坏也严重制约了我国农业的发展，同时过量施用氮肥还会导致植物中硝酸盐含量过高，影响人类身体健康[19-24]。在营养液氮素浓度6～18 mmol/L范围内，提高营养液氮素浓度，韭菜对氮肥的利用率先提高，随后降低，当营养液氮素浓度超过14 mmol/L时，韭菜对氮肥利用率加速下降。其他作物的氮肥利用效应也呈现出这种趋势，并且多个关于肥料效应的研究发现氮肥效应曲线呈现出一元二次方程的特征[25-27]。

综上所述，以韭菜品质、产量、氮素利用率综合权衡，韭菜珍珠岩无土栽培营养液最佳氮素浓度为10～12 mmol/L。

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Effects of nitrogen concentration on yield and nitrate content of Chinese chive in soilless culture

Hua Renrui, Sun ShihaiCorresponding Author, Zhang Weihua, Liu Yuling, Yin Chaoqun, Zhang Meng

（College of Horticulture and Landscape, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China）

In order to study the effect of nitrogen concentration in nutrient solution on the yield, nitrate content, nitrogen utilization efficiency and growth of Chinese chive in soilless culture, and provide a basis for the research and development of nutrient solution formula for Chinese chive in hydroponic, the nutrient solutions with different nitrogen concentrations（6, 8, 10, 12, 14, 16 and 18 mmol/L）were used for Chinese chive cultivation respectively with perlite being used as the matrixin and the biennial plant of Chinese chive ‘Pengbao’ being used as the test material, and the growth and development of Chinese chives were observed. The results showed that the yield of Chinese chives increased significantly as the nitrogen concentration was increased, but the rate of yield increase of Chinese chives slowed down when the nitrogen concentration was more increased, which showed a significant marginal utility. The total yield was the highest when the nitrogen concentration was 16 mmol/L, which was 5 078.1 kg/667m2. The nitrate content in the edible parts of Chinese chives was significantly positively correlated with the nitrogen concentration of nutrient solution, and it increased with the increase of nitrogen concentration in the range of nitrogen concentration from 6 to 18 mmol/L. The growth rate of nitrate content in Chinese chives was significantly higher than that of the yield with the increase of nitrogen concentration when the nitrogen concentration exceeded 14 mmol/L. At the same time, nitrogen fertilizer utilization rate decreased. The nitrate content of Chinese chives was lower than 1 500 mg/kg only when the nitrogen concentration was lower than 14 mmol/L. The total nitrogen content of Chinese chive plants also increased significantly with the increasing of the nitrogen concentration of nutrient solution. The optimum nitrogen concentration of the nutrient solution was 10-12 mmol/L for Chinese chive in perlite soilless culture to weigh the quality, yield and nitrogen utilization of Chinese chives comprehensively.

Chinese chive; nitrogen concentration; nitrate content; yield; soilless culture

1008-5394（2023）02-0018-05

10.19640/j.cnki.jtau.2023.02.004

S633.3

A

2022-04-10

天津市科技计划项目（16ZXBFNC00010）

华仁锐（1996—），男，硕士在读，主要从事园艺植物栽培生理方面的研究。E-mail：2497656581@qq.com。

孙世海（1963—），男，教授，硕士，主要从事园艺植物繁殖及设施蔬菜安全生产技术方面的研究。E-mail：sunshihai1980@sina.com。

责任编辑：杨霞