β-环糊精控释尿素对大白菜产质量与氮肥利用率的影响

程晓彬

(四川民族学院环境与生命科学系， 四川 康定 626001)

β-环糊精控释尿素对大白菜产质量与氮肥利用率的影响

程晓彬

(四川民族学院环境与生命科学系， 四川 康定 626001)

为研究不同配比环糊精控释尿素对大白菜产量、品质和氮肥利用率的影响，用自行研制的β-环糊精控释尿素进行田间试验。结果表明，与尿素习惯用量相比，在尿素用量减半的情况下，环糊精控释尿素能显著提高大白菜产量、品质和氮肥利用率，效果最佳的环糊精与尿素配比为1∶1，在尿素用量相同的情况下，该处理可增产61.7%，硝酸盐含量降低8.1%，VC含量增加4.7%，还原性糖含量增加16.2%，氮肥当季利用率提高35.1%。

大白菜； β-环糊精； 控释尿素； 产质量； 氮肥利用率

氮是肥料三要素之一，是限制作物生长、产量形成、品质改善的重要因素。叶菜类蔬菜一般生长周期短、对氮素需求多，施氮是保证其产量的重要措施[1]。大量研究证实，过量施用氮肥会使蔬菜硝酸盐含量过高，也给水体环境带来严重的负面影响[2-4]。国内外相关研究表明，平衡施肥能使作物获得优质高产[5]，但就目前我国的农业生产条件和农民的整体素质很难做到，研发新型肥料控释肥则具有广阔的应用前景。

控释肥能依据作物的营养特性，调控各种养分供应强度，使养分的释放速度与作物吸收速度相吻合，以减少肥料用量、保证作物高产、有效降低因施肥造成的环境污染[6-8]。樊小林等[9]认为，控释肥即包膜肥料。目前，用于控释肥的包膜材料主要有天然的和人工合成的高分子材料，人工合成的高分子材料具有控制时间长、效果好等特点，但是其价格贵，容易造成二次污染；天然材料虽然时间短，但价格便宜，容易被微生物降解，对环境无污染[6]。

环糊精(cyclodextrin，CD)是由环糊精葡萄糖转移酶(CGTase)作用于淀粉得到的一组环状低聚糖，由6～12个吡喃葡萄糖单元以α-1,4糖苷键联结而成，其中由7个吡喃葡萄糖单元组成的为β-CD，分子形状为去顶的空心圆锥体空腔，内径0.78 nm，外径1.53 nm，高0.78 nm，内侧呈疏水性，外腔呈亲水性[10-12]。环糊精的分子空腔结构可选择性地结合各种有机小分子或离子，形成包合物[13]。廖文菊等[14]研究了环糊精包合尿素的养分释放特点，认为尿素的释放速度受环境中氮素浓度的控制，浓度低时释放多，反之，则释放少。笔者将环糊精作为包膜材料制成控释尿素用于大白菜生产，通过田间试验，研究不同比例的β-环糊精控释尿素对大白菜产量、品质和氮肥利用率的影响,以期为大白菜的高产、优质生产和环境可持续发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2014年9—12月在泸定县新兴乡甘孜州大白菜示范栽培基地进行，该地海拔1 950 m，年均温10.1℃，平均降水量1 200 mm，无霜期240 d。土壤为山地棕壤，质地为砂壤土，基本理化性质：pH 6.5，有机质8.5 g/kg，全氮0.102 g/kg，碱解氮93 mg/kg，全磷0.16 g/kg，速效磷46 mg/kg，全钾20 g/kg，速效钾64 mg/kg。

1.2 试验材料

试验大白菜品种为当地广泛种植的四季霸王。供试肥料：当地市售过磷酸钙(P2O514%)、氯化钾(K2O 53%)、尿素(N 42%)，β-环糊精(成都科龙化工试剂厂生产，分子量为1 134.98)，自制包膜尿素：环糊精与尿素按质量比0.5∶1、1∶1、1.5∶1充分混匀后于研钵中研磨2 h。

1.3 试验设计

试验为氮素单因素设计，共设6个处理，每个处理按当地习惯施磷肥200 kg/hm2、钾肥80 kg/hm2。氮素6个处理分别为：对照(CK)，不施氮肥；U0.5，普通尿素，用量为习惯用量的0.5倍，200 kg/hm2；U1，普通尿素，习惯用量，400 kg/hm2；CD0.5U，控释尿素，环糊精与尿素质量比为0.5∶1，用量为300 kg/hm2；CD1U，控释尿素，环糊精与尿素质量比为1∶1，用量为400 kg/hm2；CD1.5U，控释尿素，环糊精与尿素质量比1.5∶1，用量为500 kg/hm2。每个处理设3次重复，随机区组排列。小区面积12 m2(3 m×4 m)，小区间隔0.6 m。窝距0.50 m，行距0.50 m。采取育苗移栽薄膜覆盖栽培方式。试验于2014年9月5日育苗，9月28日移栽，所需肥料一次性穴施，肥料距根系10 cm，施肥后覆土5 cm。生长期内进行常规的水分管理和病虫害防治，12月30日收获。室内分析在四川民族学院环境与生命科学系分析实验室进行。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 大白菜产量 收获时将每个小区48棵白菜全部采收，逐一称重统计小区产量，根据小区面积换算成公顷产量。

1.4.2 大白菜品质和氮肥利用率 收获时在每小区中间位置随机选取4棵，每棵纵切取可食部分八分之一，一同用组织捣碎机捣碎，用紫外分光光度法测定硝酸盐含量，用2,6-二氯酚靛酚滴定法测VC含量，用蒽酮比色法测还原性糖。另取八分之一于烘箱中烘干，用浓H2SO4-H2O2比色法测定植株全氮含量[15]。用差值法计算氮肥利用率:

氮肥利用率=[(施氮区植株总含氮量-无氮区植株总含氮)/施氮量]×100%

1.5 数据统计

试验采用Excel2007和SPSS进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 控释尿素对大白菜产量的影响

耿丽华等[16]认为，大白菜单株重与莲座叶和球叶的生长速率呈显著正相关，与幼苗叶的正生长速率无明显关系，但如果前期水肥过多，幼苗叶衰老过慢，会影响养分向球叶运转，如果肥水不足，又会造成幼苗叶的早衰，从而影响产量的形成，所以在大白菜生长过程中适时适量地供给养分是获得高产的保证。

由表1可知，与不施氮肥的对照(CK)相比，施普通尿素能显著提高大白菜产量，当地菜农的习惯施肥量(U1处理)产量提高23.9%，尿素用量减半时(U0.5处理)产量提高20.5%，二者的提高幅度相差3.4%，说明靠增加氮肥用量来提高产量，其投入与产出是不成正比的。与尿素用量相同的U0.5处理相比，环糊精控释尿素能显著提高大白菜产量，增幅最大的为CD1U处理，达61.4%；其次是CD1.5U处理，为44.0%；CD0.5U处理为17.0%。与氮肥习惯用量U1相比，环糊精控释肥在氮肥减半的情况下也能显著提高其产量，提高幅度最低的也有13.8%，这可能与环糊精包合尿素后减少了氮的损失有关。说明，用环糊精包膜尿素，既能减少尿素的用量，又能提高大白菜产量，最佳比例是1∶1；而0.5∶1可能环糊精没能将尿素完全包结，溶出率较高，导致前期养分偏多而后期养分不足；1.5∶1可能是包膜较厚导致养分溶出率偏低，释放周期延长，而大白菜生长期较短，所以不太适合。

表1 不同施肥处理大白菜的产量与品质

注：同列不同大、小写字母分别表示处理间差异在P<0.01和P< 0.05水平显著(下同)。

Note：Different capital and lowercase letters in the same column indicated 1% and 5% significant levels respectively. The same below.

2.2 控释尿素对大白菜品质的影响

2.2.1 硝酸盐 正常情况下，植物从土壤中主动吸收硝态氮，在体内能迅速经硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的作用转化为氨，用于氨基酸和蛋白质的合成，不会造成硝酸盐和亚硝酸的积累。但是大量研究证实，当土壤氮素过高，植物的吸收速度大于同化速度，则会在体内富集[17]。人体摄取的硝酸盐81.2%来自蔬菜，而硝酸盐富集到一定程度会危害人体健康[18]。故硝酸盐含量成为评价蔬菜质量好坏的重要指标之一。不同施肥处理对大白菜硝酸盐含量的影响见表1。与对照相比，施用普通尿素，随着用量的增加，大白菜硝酸盐含量增加，差异极显著，尿素习惯用量(U1处理)比对照增加20.8%，尿素用量减半(U0.5)比对照增加11.1%，说明大白菜硝酸盐含量与尿素施用量呈正相关，这与前人的研究结果一致[19]。施控释尿素，硝酸盐含量也有所增加，其中：CD0.5U处理增幅为4.0%，差异极显著；CD1U处理增幅为1.9%，差异极显著；CD1.5U处理增幅为0.8%，差异不显著。CD0.5U和CD1U处理与对照相比差异极显著，这可能是因为土壤中速效氮含量较高，虽然环糊精包合尿素后降低了尿素在土壤中浓度，但大白菜吸收的氮素仍较高，导致体内硝酸盐含量也偏高；而CD1.5U处理因环糊精包膜较厚，尿素的溶出率偏低，大白菜的吸收速度与体内同化速度基本相当。

与尿素用量相同的U0.5处理相比，施控释尿素能降低硝酸盐含量，差异达极显著水平。其中，CD0.5U处理下降6.4%，CD1U处理下降8.2%，CD1.5U处理下降9.3%。试验结果说明，随着土壤供氮能力的提高，硝酸盐含量也在增加，生产上应严格控制氮肥的用量；环糊精包合尿素后，能降低尿素在土壤中浓度，限制大白菜对氮元素的吸收，使大白菜吸收氮元素的速度与体内同化速度一致，从而减少硝酸盐在体内的积累，环糊精所占的比例越大，控释效果越好。

2.2.2 VC维持人体正常生命活动必需的VC体内不能合成，主要通过果蔬补充，果蔬中VC含量是判定品质优劣的一项重要指标。控释尿素对大白菜VC含量的影响见表1。

与对照相比，施普通尿素能提高大白菜体内VC含量，尿素减半处理提高8.4%，习惯用量处理提高6.5%，这可能是因为补充氮素后，改善了大白菜体内的营养条件，但是尿素用量过多则不利于VC的积累，这与前人研究的一致[20-21]。与对照相比，施环糊精控释尿素能显著增加大白菜体内VC含量，增幅最大的为CD1.5U处理，达16.3%;最小的为CD0.5U处理，为11.9%。

与尿素用量相同的U0.5处理相比，环糊精控释尿素能显著提高VC含量，差异达极显著水平，其中CD0.5U增加2.8%，CD1U增加4.7%，CD1.5U增加6.9%。说明，随着环糊精比例的增加，VC含量增加。

2.2.3 还原性糖 植物体内的还原糖主要是葡萄糖、果糖和麦芽糖，是食物中的风味成分和营养成分，因此蔬菜中含糖量的多少，是鉴定其品质好坏的重要指标之一。由表1可知，与对照相比，U0.5处理还原性糖增加6.5%，U1处理则下降1.6%，说明施一定量的氮肥能提高大白菜还原性糖的含量，但超过一定限度反而会降低。与对照相比，控释尿素能显著提高大白菜还原性糖的含量，差异达极显著水平，其中，CD0.5U增幅为8.1%，CD1U增幅为16.2%，CD1.5U增幅为11.0%。与尿素用量相同的U0.5处理相比，控释尿素也能提高大白菜还原性糖的含量，CD1U处理增幅为9.1%，CD1.5U处理增幅为4.2%，CD0.5U处理增幅为1.5%。

表2 不同施肥处理氮肥的利用率

2.3 控释尿素对大白菜当季氮肥利用率的影响

施入土壤中的氮肥常常会通过挥发、淋失和反硝化脱氮对环境带来危害。为了防止环境被污染，应提高氮肥利用率。由表2可知，施普通尿素，氮肥利用率较低，随着氮肥用量的增加，利用率显著降低。尿素减半的情况下，利用率也只有20.8%，习惯用量只有15.6%，造成利用率低下的原因可能与该地质地偏砂有一定关系。环糊精控释尿素的利用率显著高于普通尿素，利用率最高的是环糊精与尿素质量比为1∶1，达55.9%；其次是质量比为0.5∶1的，当季利用率为48.1%；质量比为1.5∶1的最低，这可能是因为1.5∶1的由于包膜较厚，影响了尿素的溶出率，而大白菜生长周期较短，所以当季利用率不高。

3 结论与讨论

1) 试验结果表明，在一定条件下，增加氮肥施用量可以提高大白菜产量，但超过一定限量后增产效果不明显，反而会增加硝酸盐的含量，降低VC和还原性糖的含量，造成大白菜品质下降，目前当地菜农的尿素用量不太合理，建议做适当调整。

2) 在尿素用量相同的情况下，环糊精控释尿素能显著增加大白菜产量，增产效果最好的为环糊精与尿素按质量比1∶1(CD1U处理)，增幅达94.6%；环糊精控释尿素能降低硝酸盐含量，降低幅度最大的是CD1.5U处理，为9.3%，而CD1U处理降低幅度为8.2%；环糊精控释尿素能增加VC含量，效果最好的是CD1.5U为6.9%，CD1U为4.7%；在增加还原性糖方面，效果最好的是CD1U处理9.1%，CD1.5U处理为4.2%。根据本次试验结果，综合各方面因素，建议环糊精与尿素按照质量比1∶1比较合适。

3) 环糊精控释尿素能显著提高氮肥利用率，效果最好的为环糊精与尿素质量比为1∶1，0.5∶1因为溶出率较大，使土壤中铵态氮含量过多造成损失，而1.5∶1的因为溶出率过低，当季难以利用，此质量比在生长周期长的作物上是否可行还有待研究。

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(责任编辑： 刘 海)

Effects of β-cyclodextrin’s Controlled Release Urea on the Production and Nitrogen-used Efficiency of Chinese Cabbage

CHENG Xiaobin

(DepartmentofEnvironment&Biology,SichuanMinzuCollege,Kangding,Sichuan626001,China)

In order to get cyclodextrin’s effects on the production of Chinese cabbage and its nitrogen-used efficiency, self-developed β-cyclodextrin was applied for the field experiment with Chinese cabbage. Results: β-cyclodextrin’s CRU at the best mixed ratio of one to one with β-cyclodextrin and urea could clearly improve the yield and quality of Chinese cabbage and raise nitrogen-used efficiency with half the amount of urea used usually, and it could increase the cabbage in the yield by 61.7%, and the content of nitrate by -8.1%, VCby 4.7% and sugar by 16.2%, and improve the nitrogen use efficiency by 35.1% with the same amount of urea in the same way.

Chinese cabbage； β-Cyclodextrin； controlled release urea(CRU)； production； nitrogen-use efficiency

2015-05-16； 2015-12-10修回

四川省教育厅自然科学重点科研项目“环糊精控释肥料对高寒山区大白菜产量与品质的影响”(14ZA0294)

程晓彬(1968-)，女，副教授，从事土壤肥料教学与科研工作。E-mail：834390598@qq.com

1001-3601(2016)01-0023-0084-04

S143.1+4

A