莴笋-空心菜-莴笋种植模式下不同改良剂对退化土壤中植株养分利用的影响

黄容，高明，叶夏伊，汪文强，刘彬彬，刘江，代文才

(西南大学资源环境学院，重庆 400715)



莴笋-空心菜-莴笋种植模式下不同改良剂对退化土壤中植株养分利用的影响

黄容，高明*，叶夏伊，汪文强，刘彬彬，刘江，代文才

(西南大学资源环境学院，重庆 400715)

摘要：在退化土壤中添加不同改良剂，通过莴笋-空心菜-莴笋的盆栽试验，对比分析了6种改良剂对蔬菜产量、品质、养分的影响，以期为评价改良剂对退化土壤中的植株养分的利用效果提供科学依据。结果表明，1)不同改良剂处理能有效提高蔬菜产量，其中化肥配施生物质灰渣(NPKH)和化肥配施生物肥(NPKW)处理的蔬菜产量增幅最大。2)各处理较CK提高了蔬菜体内NO3--N含量，本试验中莴笋的硝酸盐含量符合GB/T15401规定，未对莴笋品质产生不利影响；而化肥配施改良剂比单施化肥(NPK)有利于降低莴笋中NO3--N含量，以NPKW处理最佳，较NPK处理下降了7.8%～63.0%。与单施化肥相比，NPKH处理提高了蔬菜氨基酸含量，降低了硝酸盐含量，提高了氮肥表观利用率。3)NPKH处理的肥料农学利用率较高，可以有效提高莴笋中全磷、全钾含量，其中全钾含量较CK显著提高了43.4%～58.9%；NPKH和NPKW处理在空心菜种植期间，对氮肥、磷肥、钾肥的农学利用率较高，提高了空心菜对全氮、全磷、全钾营养元素的吸收量。研究表明化肥配施改良剂，特别是化肥配施生物质灰渣或生物肥可以提高蔬菜养分利用率，增加产量的同时降低硝酸盐的累积。

关键词：改良剂；生物质灰渣；退化土壤；作物养分

近年来，随着社会工业化的快速发展，我国耕地面积不断缩小，由于人类不合理的利用，加快了土壤退化，严重威胁了农业可持续发展，土壤酸化、贫瘠化、盐渍化等均是土壤退化的表现[1-2]，土壤酸化作为土壤退化的重要表现之一，引起了人们的关注，众多学者对不同地方的土壤酸化进行了调查，一致认为：土壤pH较第二次土壤普查结果都有不同程度的下降[3-5]。目前，随着蔬菜产业的迅猛发展，尤其是一些复种指数高的蔬菜种植地，土壤退化现象比较严重，加上长期大量的施用化肥[6]，造成土壤酸化，使得土壤理化性质恶化，不利于为蔬菜作物的生长发育供应氮、磷、钾等元素，严重威胁了作物产量和品质[7]，蔡泽江等[8]18年的长期定位试验表明，长期施用化肥，尤其是单施氮肥，土壤的pH值明显降低，酸化土壤会抑制作物的生长，减少蔬菜对氮素的吸收，导致氮肥的利用率降低，造成恶性循环[9]，氮肥的过量施用不仅会降低氮素利用率，作物产量下降，病虫害发生严重，也会造成严重的环境污染[10]。因此，提高肥料利用率，特别是氮肥利用率，可以有效缓解土壤酸化，改善退化土壤，提高作物的产量和品质。对于退化土壤的改良剂已有大量研究，石灰是一种传统的酸化土改良剂，但是长期施用石灰会加强土壤复酸化程度，加快了酸化进程[11]。赵庆雷等[12]研究表明有机肥和化肥配施促进了土壤中磷素的活化，改善了磷素肥力水平。增施有机肥，虽能增强土壤保肥保水能力，起到改善退化土壤的目的，但是有机肥容易造成微生物和作物争氮现象，不利于作物生长[7]。生物改良剂可以有效缓解土壤酸化[13-14]，俞映倞等[9]研究表明，生物炭添加可以提高酸性土壤的pH值，对土壤氮素具有“削峰填谷”的调节功能，促进氮素转化吸收，提高作物产量。生物质灰渣是农业废弃物包括秸秆等在高温800～900 ℃下热解形成的副产品，富含磷、钾等营养元素，呈碱性，具有疏松多孔的结构[15]，但现有的研究主要集中在对退化土壤理化性质改良[16-19]，对改良剂添加条件下退化土壤中作物养分利用的研究并不多，尤其是连续多季种植的养分利用研究更少。本研究以退化黄壤为研究对象，通过莴笋-空心菜-莴笋的盆栽试验，对比分析几种改良剂对蔬菜产量、氮素贮存形态、肥料利用率、养分利用情况等影响，从植株角度选取较优的退化土壤改良剂。

1材料与方法

1.1供试材料

供试土壤为黄壤，采集地位于重庆市武隆县仙女山(东经107°13′-108°05′，北纬29°02′-29°40′)，均采集0～20 cm表层土壤。其基本理化性质如下：pH=4.8(呈强酸性)，全氮1.72 g/kg，全磷1.49 g/kg，全钾20.71 g/kg，土壤肥力不高。

供试改良剂为熟石灰、沸石、生物质灰渣、生物有机肥、草炭。熟石灰为氢氧化钙85%～90%，含水量≤0.20%，白度≥90%，细度(过0.05 mm筛)98%。沸石为乳白色无定型颗粒状(0.45～0.85 mm)，颗粒度≥70.0%，可溶性盐类≤1.5%，钙离子交换能力≥15.0 mg/g。生物质灰渣为锯木灰(pH=12.8，全N 0.078%，P2O50.599%，K2O 2.489%)，于2013年4月在重庆生息节能公司采集，通过从工厂以及农户中收集的锯木生物质经粉碎并筛分后，放入锅炉中在800～900 ℃下焚烧，所产生的副产品即本试验所需的生物质灰渣。生物有机肥(简称生物肥)为善耕原生物有机肥，全N 2.44%，P2O53.74%，K2O 3.61%，有机碳11.85%。草炭为东北泥炭土，全N 1.458%，P2O50.312%，K2O 0.242%，腐殖酸 27.4%。

供试植株为莴笋(Lactucasativavar.angustana)和空心菜(Ipomoeaaquatica)。供试肥料氮肥为含N 46%的市售商品尿素，磷肥为含P2O512%的过磷酸钙，钾肥为含K2O 60%的市售商品氯化钾。

1.2试验设计

图1　盆栽试验装置Fig.1　Pot experiment apparatus

盆栽试验于2014年4月开始，4-5月种植莴笋，6-8月种植空心菜，9-10月种植莴笋。试验用白瓷盆钵分上下两部分，上部分高22 cm、直径20 cm，用于装土种植植株，下部分高10 cm、直径20 cm，用于承接从上部分渗漏下来的水(图1)，每盆装风干土(过2 mm筛)4 kg，试验设7个处理，连续种植三季植株，在每季作物收获后，每个处理随机取3个进行植株样分析，每个处理重复9次，共63盆：1)CK(无肥)，不施任何肥和改良剂；2)单施化肥(NPK)；3)化肥与2 g/kg 熟石灰配合施用(NPKS)；4)化肥与2 g/kg 熟石灰、5 g/kg 沸石配合施用(NPKSF)；5)化肥与50 g/kg 生物质灰渣配合施用(NPKH)；6)化肥与2 g/kg生物肥配合施用(NPKW)；7)化肥与2 g/kg 草炭配合施用(NPKC)[20-21]。各改良剂在装盆时一次性施入，与土样一起充分混匀，每个处理中除CK外所施入化学肥料的氮磷钾含量均保持一致。试验施肥标准：莴笋氮肥按N 0.15 g/kg，磷肥按P2O50.075 g/kg，钾肥按K2O 0.075 g/kg；空心菜氮肥按N 0.10 g/kg，磷肥按P2O50.04 g/kg，钾肥按K2O 0.08 g/kg。

移栽2叶1心的莴笋苗2株于盆钵中，在莴笋移栽第10天后，除CK外，施入全部磷肥和钾肥，氮肥施入总量的40%，施肥后的第7天追施剩余的60%氮肥。莴笋生长过程中，按田间持水量60%定时定量浇水，防治病虫害，在莴笋生长45 d后收获，测定莴笋的产量、品质及养分含量。

在莴笋收获后，移栽形态和长势基本一致的空心苗5株于盆钵中，在空心菜移栽第10天后，除CK处理外，施入全部氮肥、磷肥和钾肥。空心菜生长过程中，及时浇水，防治病虫害，在空心菜生长30 d后收获第1茬，测定空心菜的产量、品质及养分含量；在第1茬收获7 d后，除CK外施入全部氮肥、磷肥和钾肥，按田间持水量75%定时定量浇水，按常规作物栽培管理方式管理，于成熟期收获第2茬，测定空心菜产量、品质及养分含量。

空心菜收获后，待盆钵中的水分沥干后，同样移栽2叶1心的莴笋苗2株于盆钵中，施肥方式及管理同于第1季莴笋，在莴笋生长45 d后收获，测定莴笋的产量、品质及养分含量。

1.3测定方法

植株全N：采用H2SO4—H2O2消煮，蒸馏水滴定测定；植株全P：采用H2SO4—H2O2消煮，钒钼黄比色法测定；植株全K：采用H2SO4—H2O2消煮，火焰光度计法测定；植株游离氨基酸和硝酸盐含量分别采用水合茚三酮溶液显色法，紫外分光光度法测定。土壤pH值采用1 mol/L KCl浸提(水土比为1∶1)，电位法测定。

具体测定步骤参见《土壤农业化学分析方法》[22]和《土壤农化分析与环境监测》[23]。

以上比色法所用仪器为TU-1901双光束紫外可见光光度计和721-P可见分光光度计。

1.4数据处理及分析

蔬菜肥料利用率的计算[24]：

数据处理采用Excel 2003、SPSS 18.0等统计软件，对数据进行方差分析(LSD法)。

2结果与分析

图2　不同改良剂处理对蔬菜产量的影响Fig.2　Effects of different amendments on vegetable production　　　不同字母表示同一季度下各处理间在5%水平差异显著。Different letters in the same crop season mean significant differences at 5% level between the groups.

图3　不同改良剂对莴笋氨基酸及硝酸盐含量的影响Fig.3　Effects of different amendments on amino acid contents and nitrate contents of lettuce

图4　不同改良剂对空心菜氨基酸及硝酸盐含量的影响Fig.4　Effects of different amendments on amino acid contents and nitrate contents of water spinach

2.1不同改良剂处理对蔬菜产量的影响

从图2可以看出，与对照CK相比，各处理能有效提高蔬菜产量，其中化肥配施生物质灰渣(NPKH)处理的蔬菜产量的增幅最大，每一季产量分别较CK显著增加了170，136，98和170 g/株，同时较单施化肥(NPK)处理增加了62.5%，522.7%，405.0%，100.0%。经过空心菜轮作后，对比前后两季莴笋产量发现，第2季产量较第1季均下降，NPKH和NPKW处理的下降幅度最小，仅10 g/株，而单施化肥(NPK)处理的下降幅度达到了40 g/株，可见化肥配施生物质灰渣(NPKH)处理，经过莴笋-空心菜-莴笋轮作之后，依然能够保持该处理最初的产量水平，较NPK处理产量高出近一倍。在空心菜种植期间，各处理的产量较CK均提高了，其中在第2茬空心菜收获后，NPKW处理的产量达到了234 g/株，较CK显著提高了231 g/株。

2.2不同改良剂处理对蔬菜氮贮存形态的影响

2.2.1莴笋氮贮存形态植株体内的氨基酸和硝酸盐含量是氮素的主要贮存形态。如图3所示，两季莴笋的氨基酸含量变化趋势基本一致，与对照CK相比，除化肥配施生物肥的NPKW处理的莴笋氨基酸含量降低了16.1%～18.6%外，其他处理的莴笋氨基酸含量均增加，其中NPKH处理增幅最大，比对照CK增加了92.8%～114.5%。对比前后两季发现，经过轮种后，第2季莴笋的氨基酸含量较第1季均有下降，其中单施化肥的NPK处理的氨基酸含量下降幅度最大，较第1季下降了33.6%，而NPKH、NPKSF、NPKC处理的前后两季莴笋的氨基酸含量基本不变。从图3还可以看出，各处理的莴笋硝酸盐(NO3--N)含量较CK均提高，且前后两季的莴笋NO3--N含量变化趋势也基本一致，大小表现为NPK>NPKC>NPKS>NPKH>NPKSF>NPKW>CK，其中NPKW处理的NO3--N增加幅度最小，比CK增加了33.51%，而单施化肥NPK比CK增加了260.1%，可见化肥配施改良剂比单施化肥有利于降低莴笋中NO3--N含量，以NPKW处理最佳，其次为NPKSF处理。

2.2.2空心菜氮贮存形态在空心菜种植期间，各试验处理的氨基酸含量差异较大。如图4所示，化肥配施生物质灰渣的NPKH处理较其他处理能显著提高氨基酸的含量，较对照CK增加了55.6%～147.1%，而连续种植两茬空心菜使NPKS、NPKSF、NPKW、NPKC处理的氨基酸含量下降。空心菜属浅根系蔬菜，对水肥依赖性很高，容易富集硝酸盐，使其含量相对偏高，因此空心菜体内的硝酸盐含量普遍高于莴笋。与CK相比，各处理的空心菜硝酸盐(NO3--N)含量均增加，且前后两茬的NO3--N含量变化趋势一致，同时第2茬的NO3--N含量均高于第1茬；与单施化肥NPK处理相比，化肥配施改良剂处理能降低空心菜中的NO3--N含量，以NPKSF处理最佳。

2.3不同改良剂处理对蔬菜全氮、全磷和全钾养分的影响

2.3.1莴笋全氮、全磷和全钾养分不同改良剂对蔬菜养分含量的影响存在差异。从表1可以看出，在种植莴笋期间，两季莴笋的全氮、全磷、全钾含量变化趋势相似。与对照CK相比，NPK、NPKS和NPKSF处理的莴笋全氮含量分别提高了53.1%～55.5%，34.9%～38.7%和34.0%～41.2%，而NPKH、NPKW和NPKC处理全氮含量较CK显著下降了9.0%～19.1%，32.5%～41.9%和3.5%～10.2%。对比前后两季的莴笋全氮含量，经轮作后的第2季莴笋全氮含量增加幅度高于第1季，可见轮作有助于提高莴笋的全氮含量。

各处理莴笋全磷含量均不同程度的提高，其中NPK、NPKSF、NPKH和NPKW处理显著高于对照CK，且NPKH和NPKW处理较其他处理的高，增幅分别为348.7%～485.1%，933.7%～1565.9%，1383.4%～2076.5%，1742.5%～2519.1%。从表1还可以看出，NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC处理的莴笋全钾含量与对照CK存在显著差异，除NPKH处理的全钾含量显著提高了43.4%～58.9%外，其他处理较对照CK均有不同程度的下降，而NPK和NPKS处理与对照CK无显著差异。可见，化肥配施生物质灰渣可以显著提高莴笋全磷、全钾的含量。

表1　不同改良剂对莴笋养分含量的影响Table 1　Effects of different amendments on nutrient contents of lettuce 　g/kg

数据以干基计算。同列不同字母表示各处理间在5%水平差异显著。下同。The dates are calculated by dry weight. Different letters in the same column mean significant differences at 5% level between the groups. The same below.

2.3.2空心菜全氮、全磷和全钾养分空心菜喜较高的空气湿度、湿润的土壤及充足光照。因其喜肥喜水，以比较黏重、保水保肥力强的土壤为好。空心菜的叶梢大量而迅速地生长，需肥量大，耐肥力强，对氮肥的需要量特大。从表2可以看出，与对照CK相比，NPKS、NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC处理的空心菜全氮含量均不同程度增加，增幅为28.5%～50.9%，6.5%～37.9%，25.3%～43.4%，15.4%～50.3%，23.4%～55.7%，且第2茬全氮含量的增幅明显高于第1茬。对全磷而言，NPKH和NPKW处理较CK提高了50.0%～77.4%和10.1%～11.1%；各处理的空心菜全钾含量较对照CK显著增加了63.8%～150.7%，30.3%～192.5%，9.9%～155.5%，62.9%～630.4%，43.6%～223.1%，26.2%～313.7%，且第2茬全钾含量的增幅明显低于第1茬。总体上，NPKH处理的空心菜全氮、全磷、全钾的含量较高，其次为NPKW处理。

2.4不同改良剂处理下的肥料利用率

2.4.1肥料农学利用率从表3可以看出，不同改良剂处理的肥料农学利用率存在差异。在种植莴笋期间，各处理对钾肥的农学利用率低于氮肥和磷肥，其中NPKH处理对氮肥、磷肥、钾肥的农学利用率均最高，分别较NPK处理提高了142.8%～240.4%，142.9%～240.0%，111.1%～240.0%，其次为NPKC处理；而NPKW处理的氮肥、磷肥、钾肥的农学利用率最低，比单施化肥即NPK处理分别降低了19.9%～57.2%，20.0%～57.1%，20.0%～44.4%。从表3还可以看出，在空心菜种植期间，与NPK处理相比，除NPKS、NPKC处理的第1茬空心菜，NPKSF处理的第2茬空心菜对氮肥、磷肥、钾肥的农学利用率下降外，其他处理的均提高，其中NPKH和NPKW处理的氮肥、磷肥、钾肥的农学利用率较高，NPKH处理较单施化肥即NPK处理分别提高了447.0%～546.6%，475.5%～548.0%，402.6%～547.4%，NPKW处理分别提高了75.9%～1260.1%，76.3%～1256.6%，76.1%～1084.6%。总体上，化肥配施生物质灰渣可以有效地提高氮肥、磷肥和钾肥的农学利用率。

表2　不同改良剂对空心菜养分含量的影响Table 2　Effects of different amendments on nutrient contents of water spinach 　g/kg

表3　不同改良剂处理的肥料农学利用率Table 3　Agronomic fertilizer utilization efficiency of plants in different amendments 　kg/kg

2.4.2氮肥表观利用率通过计算各处理的氮肥表观利用率(表4)发现，在种植莴笋期间，各处理的第1季莴笋对氮肥表观利用率表现为NPK>NPKS>NPKH>NPKC>NPKSF>MPKW，其中NPK处理的氮肥表观利用率最高，达到了6.24%，但单施化肥处理所吸收的氮素并未转化为产量(即产量不高)，而是累积在莴笋叶片中，导致了单施化肥处理的硝酸盐含量高。随着种植时间的增加，与第1季莴笋相比，NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC处理的第2季莴笋对氮肥表观利用率分别增加了1.51%，0.85%，0.97%和0.03%，而NPK处理的氮肥表观利用率下降幅度最大，下降了1.76%，可见长期施用化肥会影响莴笋对氮的利用。从表4可以看出，在第1茬空心菜种植收获后，NPKH处理的氮肥表观利用率最大，比NPK处理增加了14.25%，其次为NPKW处理，而NPKC处理的氮肥表观利用率最低，比NPK处理减少了0.49%；在第2茬空心菜收获后，NPKW处理的氮肥表观利用率最大，达到了25.51%，这时由于生物肥含有多种的微生物菌群，固氮、解磷和解钾能力较强，促进了空心菜对氮肥的表观利用率，但NPKW处理的蔬菜产量并不高，导致其硝酸盐含量较高。

2.5不同改良剂处理下的土壤pH值

盆栽试验结果表明(表5)，不同改良剂可以有效提高土壤pH值，但随着种植时间的增加，pH值呈下降趋势。在同一季度下，各处理对土壤pH值的影响表现为NPKH>NPKSF>NPKS>NPKW>NPKC>CK>NPK，可见化肥配施改良剂处理的土壤pH值均高于对照CK和单施化肥NPK处理。从表5可以看出，与原始土样(pH=4.8)相比，CK和NPK处理的pH值均下降，NPK处理的土壤pH值较对照CK下降了0.1～0.2，可见长时间施用化肥降低了土壤pH值，提高土壤酸性。

3讨论

菜地土壤由于复种指数高，长期大量的施用化肥，特别是氮肥，引发了一系列土壤环境问题[6,25-26]，以土壤酸化最为突出，在20世纪80年代，氮肥的施用引发的土壤酸化已经得到肯定。土壤酸性越强会导致土壤结构破坏，土壤板结，物理性变差，抗逆能力下降，严重影响作物生长，土壤改良剂是修复酸化土壤的有效措施之一，试验中不同改良剂处理的土壤pH值较原土(pH=4.8)均有所提高(表5)，化肥配施改良剂处理的土壤pH值比单施化肥和对照CK高，生物质灰渣呈强碱性，富含磷、钾等营养元素，其在与化肥混合施用之后即NPKH处理的土壤pH值提高了1.99～2.92个单位，大大提高了莴笋和空心菜的产量，而且随着种植时间的增加，NPKH处理的蔬菜产量仍保持较高的水平，说明化肥配施生物质灰渣可以更加长效的促进蔬菜增产。大量研究表明[20,27]，石灰施入土壤后，可以发生酸碱中和反应，使土壤pH值上升，本试验中化肥配施熟石灰NPKS和化肥配施熟石灰与沸石的NPKSF处理的土壤pH值分别提高了0.44～0.90和0.61～1.07个单位，因此这两个处理下的蔬菜产量也得到了提高，但是随着种植时间的增加，土壤中的熟石灰被消耗，改良效果下降，土壤易板结，因此在试验后期，植株产量均明显下降。生物肥增产的原因很可能与其富含的腐殖酸有关，腐殖酸结构中存在羧基和酚羧基含氧的活性官能团，提高了土壤中多种营养元素的有效性，有利于作物营养平衡；腐殖酸结构中多元酚的存在能加强作物呼吸作用，增强蔬菜体内的氧化酶活性，使蔬菜生长加快，产量提高[28]，李杰等[29]研究也表明，化肥配施生物肥在不影响花椰菜(Brassicaoleraceavar.botrytis)产量的同时，还能够显著改善作物品质，提高肥料利用率，本试验研究结果与此类似。

表4　不同改良剂处理的氮肥表观利用率Table 4　Apparent nitrogen recovery efficiency of plants in different amendments 　%

表5　不同改良剂处理的土壤pHTable 5　The soil pH after the experiment in treatments applied with urea

通过计算肥料农学利用率发现(表3)，在莴笋种植期间，化肥配施生物质灰渣的NPKH处理的肥料包括氮肥、磷肥、钾肥的农学利用率均明显高于其他改良剂处理。有研究表明[30]，土壤pH值的提高可以有效降低酸性土壤对磷的吸持能力，增加土壤中磷酸盐的溶解度。本试验的土壤呈强酸性，而生物质灰渣属强碱性，施入土壤后不仅提高了土壤pH，而且生物质灰渣富含磷、钾等营养元素，除了磷、钾肥供应莴笋磷、钾元素之外，生物质灰渣中磷、钾亦可以补充土壤速效 P、K养分。李晶等[15]研究结果发现，生物质灰渣与化肥配施可以增加土壤中有效养分，特别是有效磷和速效钾的含量，从而显著提高了叶片中P、K含量。陈龙等[18]在对生物质灰渣与化肥配施对土壤性质及油菜生长的影响研究表明，生物质灰渣配施化肥可以提高油菜(Brassicanapus)植株吸收钾的能力，油菜全钾含量最大增幅达44.43%。因此，本研究中NPKH处理的莴笋磷、钾含量明显高于其他处理。

空心菜具有喜肥喜水的特征，在保水保肥能力强的土壤中生长较好。试验中NPKH处理的生物质灰渣比表面积大，孔隙结构发达，表面大量的Si-O-Si键与水作用后，使颗粒表面产生大量的羟基而显示出亲水性，这种高的水分渗透性提高了生物质灰渣的持水性能，使之在调整土壤结构，提高保水保肥性能方面有重要的作用[31]，同时，NPKH处理的肥料农学利用率相对较高，因此化肥配施生物质灰渣不仅可以增强植株氮肥、磷肥及钾肥的农学利用率，且生物质灰渣中的营养元素除了供给植物生长的大量营养元素外，还具有较强的保水保肥性能，为空心菜的生长创造良好的环境。在第2茬空心菜种植期间，NPKW处理的肥料农学利用率达到了175.0～444.2 kg/kg，同时生物肥含有多种微生物菌群，固氮、解磷和解钾能力较强，能够改善根系营养，此外生物肥中亦含有丰富的微生物肥料[29,32]，不仅改善了空心菜对营养元素的需求，还能够促进大量元素的平衡吸收，促进空心菜营养更加协调。

氨基酸和硝酸盐是植株体内氮素的主要贮存形态，蔬菜尤其是叶类蔬菜是一类极易富集硝酸盐(NO3--N)的作物，人体摄取的硝酸盐中81.2%来自蔬菜[9]，近年来，由于蔬菜体内硝酸盐的含量过高会直接影响人们的身体健康而被越来越多的人视为一个重要的品质指标。本试验中，在旱地栽培下，莴笋吸收的氮素以硝态氮为主，化肥配施改良剂促进了莴笋对养分的吸收，产量显著提高(图2)，其对硝酸盐的吸收也快速增加，当硝酸盐的吸收大于还原转化时，导致莴笋硝酸盐含量提高。但是，参比我国蔬菜的国家标准(无公害叶菜硝酸盐含量≤2000 mg/kg，GB/T15401)，本试验中莴笋的硝酸盐含量在76.7～297.2 mg/kg，符合GB/T15401规定，不会对莴笋品质产生不利影响。空心菜属浅根系蔬菜，对水肥依赖性很高，容易富集硝酸盐，使其含量相对偏高[33]，因此空心菜体内的硝酸盐含量普遍高于莴笋。

通过计算各处理的氮肥表观利用率，莴笋种植期间的单施化肥即NPK处理的氮肥表观利用率较高，但其硝酸盐含量也相对高(图3)，且随着种植时间的增加，氮肥表观利用率下降，说明NPK处理下蔬菜吸收的氮素并未转化成产量，而是累积在蔬菜体内，因此在单施化肥的情况下，在增加蔬菜产量的同时，也相应提高了硝酸盐含量，且长期单施化肥降低了氮肥的利用率。在整个盆栽试验过程中，化肥配施生物质灰渣NPKH处理的氮肥利用率相对较高，但与单施化肥相比，NPKH处理降低了植株的硝酸盐含量，提高了氨基酸含量，一方面由于生物质灰渣中富含磷，磷对作物氮的代谢有重要的作用，可以促进蔬菜对硝态氮的吸收和还原[34]；另一方面是因为生物质灰渣促进了植株体内硝态氮向铵态氮的转化，同时也与土壤环境pH的变化具有一定的关联性，俞映倞等[9]报告也证实了这点。

4结论

不同改良剂处理能有效提高作物产量，其中NPKH和NPKW处理的蔬菜产量增幅最大。各处理较CK提高了蔬菜体内NO3--N含量，本试验中莴笋的硝酸盐含量符合GB/T15401规定，不会对莴笋品质产生不利影响；而化肥配施改良剂比单施化肥有利于降低植株中NO3--N含量，以NPKW处理最佳，较NPK处理下降了7.8%～63.0%。NPKH处理的氮肥表观利用率较高，提高了作物氨基酸和降低硝酸盐含量。

NPK、NPKS和NPKSF处理的莴笋全氮含量显著提高，经轮作后的第2季莴笋全氮含量增加幅度高于第1季；NPKH和NPKW处理较其他处理可以显著提高磷肥农学利用率，增加莴笋全磷含量；除NPKH处理的莴笋全钾含量显著提高了43.4%～58.9%外，其他处理较对照CK均有不同程度的下降。NPKH处理和NPKW处理在空心菜种植期间，对氮肥、磷肥、钾肥的农学利用率较高，增强了空心菜对全氮、全磷、全钾营养元素的贮存能力。

References：

[1]van Oost K, Quine T A, Govers G,etal. The impact of agricultural soil erosion on the global carbon cycle. Science, 2007, 318: 626-629.

[2]Qing Y, Sun F D, Li Y,etal. Analysis of soil carbon, nitrogen and phosphorous in degraded alpine wetland, Zoige, southwest China. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(3): 38-47.

[3]Shen Y, Yi Y L, Zhang D G,etal. Research on pH buffer capacity and acidification rate of arable brown soil. Journal of Soil and Water Conservation, 2012, 26(1): 95-100.

[4]Guo Z X, Wang J, Chai M,etal. Spatiotemporal variation of soil pH in Guangdong Province of China in past 30 years. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(2): 425-430.

[5]Yuan Z G, Yang J, Guo L L,etal. Research progress on effect of acidification on soil quality and main improving measures for acidified soil. Journal of Agriculture, 2015, 5(7): 51-55.

[6]Huang R, Wan Y L, Gao M. Effects of planting years on soil microbial carbon, nitrogen and enzyme activity of vegetable fields. Hubei Agricultural Sciences, 2013, 52(20): 4903-4907.

[7]Mahanta D, Bhattachaaryya R, Gopinath K A,etal. Influence of farmyard manure application and mineral fertilization on yield sustainability, carbon sequestration potential and soil property of gardenpea-french bean cropping system in the Indian Himalayas. Scientia Horticulturae, 2013, 164: 414-427.

[8]Cai Z J, Sun N, Wang B R,etal. Effects of long-term fertilization on pH of red soil, crop yields and uptakes of nitrogen, phosphorous and potassium. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(1): 71-78.

[9]Yu Y Q, Xue L H, Yang L Z,etal. Effect of biochar application on pakchoi (BrassicaChinensisL) utilizing nitrogen in acid soil. Acta Pedologica Sinica, 2015, 52(4): 759-767.

[10]Xu G W, Li S, Zhao Y F,etal. Effects of straw returning and nitrogen fertilizer application on root secretion and nitrogen utilization of rice. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(2): 140-146.

[11]Cai D, Xiao W F, Li G H. Advance on study of liming on acid soils. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(9):206-213.

[12]Zhao Q L, Wu X, Yuan S J,etal. A study on the dynamics of phosphorus adsorption and desorption characteristics of paddy soil with long-term fertilization. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(1): 113-122.

[13]Zhang X, Wang D, Jiang C C,etal. Biochar and research advances of biochar in acidic soil improvement. Hubei Agricultural Sciences, 2013, 52(5): 997-1000.

[14]Wu Z D, You Z M, Jiang F Y,etal. Ameliorating effect of biochar on acidity of tea garden soil. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2012, (2): 167-172.

[15]Li J, Yang H Z, Hu H Q,etal. Effect of plant fly ash application onBrassicachinensisgrowth and amendment of acid soil. Hubei Agricultural Sciences, 2010, 49(4): 822-824.

[16]Huang R, Gao M, Liao Y N,etal. Effects of bio-ash mixed with chemical fertilizer on ammonia volatilization. Acta Pedologica Sinica, 2014, 51(5): 1160-1167.

[17]Huang R, Gao M, Liao Y N. Phosphorus adsorption and desorption kinetics capacity of different biomass ash. Journal of Soil and Water Conservation, 2014, 28(1): 156-160.

[18]Chen L, Wang M, Wang S,etal. Effects of integrated fertilization with bio-ash and chemical fertilizers on soil properties and growth of rape. Journal of Huazhong Agricultural University, 2011, 30(6): 727-733.

[19]Aronsson K A, Ekelund N G A. Biological effects of wood ash application to forest and aquatic ecosystems. Journal of Environmental Quality, 2004, 33(5): 1595-1605.

[20]Chen Y X, Tang X D, You Y,etal. Improved effects of lime and zeolite on acidizing vegetable soil. Guangxi Agricultural Sciences, 2009, 40(6): 700-704.

[21]Xie K Z, Xu P Z, Yan C,etal. Study the effects of soil improvement on acid soil in the South of China (in Chinese). Chinese Agricultural Science Bulletin, 2009, 25(20): 160-165.

[22]Bao S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis (3rd ed)[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[23]Yang J H. Agricultural Soil Analysis and Environmental Monitoring[M]. Beijing: China Land Press, 2008.

[24]Dobermann A R. Nitrogen Use Efficiency-State of the Art[M]. Frankfurt, Germany: IFA International Workshop on Enhanced Efficiency Fertilizers, 2005.

[25]Li J L, Chen X P, Li X L,etal. Effect of N fertilization on yield, nitrate content and N apparent losses of Chinese cabbage. Acta Pedologica Sinica, 2003, 40(2): 261-266.

[26]Cao B, He F Y, Xu Q M,etal. Nitrogen use efficiency and fate of N fertilizers applied to open field vegetables. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2008, 22(3): 343-347.

[27]Ao J H, Huang Z R, Jiang Y,etal. Effects of applying lime on the properties of acid soil and the growth of sugarcane. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(15): 266-269.

[28]Lin J Z, Liu S, Yang X H,etal. Application of peat to agriculture. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2004, (3): 24-27.

[29]Li J, Jia H Y, Xie J M,etal. Effects of partial substitution of mineral fertilizer by bio-fertilizer on yield, quality, photosynthesis and fertilizer utilization rate in broccoli. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(1): 47-55.

[30]Zhao X Q, Lu R K. Effects of applying lime on phosphorus adsorption by soils. Soil, 1991, 23(2): 82-86.

[31]Huang R, Gao Y, Gao M,etal. Study on material properties and water absorption capacity of biomass ash. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(6): 130-133.

[32]Cao D, Zong L G, Xiao J,etal. Effects of bio-fertilizer on organically cultured cucumber growth and soil biological characteristics. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(10): 2587-2592.

[33]Liu M Q, Deng Z W. Research advances on effects of fertilization and cultivation patterns on nitrate content inIpomoeaaquaticaForsk. Modern Agricultural Science and Technology, 2013, (3): 76-77.

[34]Chen Y, Wang Z Y, Tang J,etal. Effects of phosphate fertilizer on yield, quality and plant nutrient form in lettuce in ‘calcareous purple’ soil. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(10): 183-193.

参考文献：

[2]青烨, 孙飞达, 李勇, 等. 若尔盖高寒退化湿地土壤碳氮磷比及相关性分析. 草业学报, 2015, 24(3): 38-47.

[3]沈月, 依艳丽, 张大庚, 等. 耕地棕壤酸碱缓冲性能及酸化速率研究. 水土保持学报, 2012, 26(1): 95-100.

[4]郭治兴, 王静, 柴敏, 等. 近30 年来广东省土壤pH值的时空变化. 应用生态学报, 2011, 22(2): 425-430.

[5]袁珍贵, 杨晶, 郭莉莉, 等. 酸化对土壤质量的影响及酸化土壤的主要改良措施研究进展. 农学学报, 2015, 5(7): 51-55.

[6]黄容, 万毅林, 高明. 种植年限对菜地土壤微生物生物量碳、氮及酶活性的影响. 湖北农业科学, 2013, 52(20): 4903-4907.

[8]蔡泽江, 孙楠, 王伯仁, 等. 长期施肥对红壤pH、作物产量及氮、磷、钾养分吸收的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(1): 71-78.

[9]俞映倞, 薛利红, 杨林章, 等. 生物炭添加对酸化土壤中小白菜氮素利用的影响. 土壤学报, 2015, 52(4): 759-767.

[10]徐国伟, 李帅, 赵永芳, 等. 秸秆还田与施氮对水稻根系分泌物及氮素利用的影响研究. 草业学报, 2014, 23(2): 140-146.

[11]蔡东, 肖文芳, 李国怀. 施用石灰改良酸性土壤的研究进展. 中国农学通报, 2010, 26(9): 206-213.

[12]赵庆雷, 吴修, 袁守江, 等. 长期不同施肥模式下稻田土壤磷吸附与解吸的动态研究. 草业学报, 2014, 23(1): 113-122.

[13]张祥, 王典, 姜存仓, 等. 生物炭及其对酸性土壤改良的研究进展. 湖北农业科学, 2013, 52(5): 997-1000.

[14]吴志丹, 尤志明, 江福英, 等. 生物黑炭对酸化茶园土壤的改良效果. 福建农业学报, 2012, (2): 167-172.

[15]李晶, 杨海征, 胡红青, 等. 生物灰渣对小白菜生长的影响及对酸性土壤的改良. 湖北农业科学, 2010, 49(4): 822-824.

[16]黄容, 高明, 廖燕妮, 等. 生物质灰渣与化肥混合对氨挥发的影响. 土壤学报, 2014, 51(5): 1160-1167.

[17]黄容, 高明, 廖燕妮. 不同生物质灰渣对磷的吸附解吸动力学特征. 水土保持学报, 2014, 28(1): 156-160.

[18]陈龙, 王敏, 王硕, 等. 生物质灰渣与化肥配施对土壤性质及油菜生长的影响. 华中农业大学学报, 2011, 30(6): 727-733.

[20]陈燕霞, 唐晓东, 游媛, 等. 石灰和沸石对酸化菜园土壤改良效应研究. 广西农业科学, 2009, 40(6): 700-704.

[21]解开治, 徐培智, 严超, 等. 不同土壤改良剂对南方酸性土壤的改良效果研究. 中国农学通报, 2009, 25(20): 160-165.

[22]鲍士旦. 土壤农业化学分析方法(第三版)[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 2000.

[23]杨剑虹. 土壤农化分析与环境监测[M]. 北京: 中国大地出版社, 2008.

[25]李俊良, 陈新平, 李晓林, 等. 大白菜氮肥施用的产量效应、品质效应和环境效应. 土壤学报, 2003, 40(2): 261-266.

[26]曹兵, 贺发云, 徐秋明, 等. 露地蔬菜的氮肥效应与氮素去向. 核农学报, 2008, 22(3): 343-347.

[27]敖俊华, 黄振瑞, 江永, 等. 石灰施用对酸性土壤养分状况和甘蔗生长的影响. 中国农学通报, 2010, 26(15): 266-269.

[28]林军章, 刘森, 杨翔华, 等. 泥炭在农业上的应用. 矿产保护与利用, 2004, (3): 24-27.

[29]李杰, 贾豪语, 颉建明, 等. 生物肥部分替代化肥对花椰菜产量、品质、光合特性及肥料利用率的影响. 草业学报, 2015, 24(1): 47-55.

[30]赵小齐, 鲁如坤. 施用石灰对土壤吸附磷的影响. 土壤, 1991, 23(2): 82-86.

[31]黄容, 高瑗, 高明, 等. 生物质灰渣物质特性和保水性的研究. 水土保持学报, 2013, 27(6): 130-133.

[32]曹丹, 宗良纲, 肖峻, 等. 生物肥对有机黄瓜生长及土壤生物学特性的影响. 应用生态学报, 2010, 21(10): 2587-2592.

[33]刘美琴, 邓宙武. 施肥与栽培方式对蕹菜硝酸盐含量影响的研究进展. 现代农业科技, 2013, (3): 76-77.

[34]陈益, 王正银, 唐静, 等. 磷肥用量对石灰性紫色土壤油麦菜产量、品质和养分形态的影响. 草业学报, 2015, 24(10): 183-193.

DOI：10.11686/cyxb2015441

*收稿日期：2015-09-14；改回日期：2015-11-23

基金项目：国家十二五科技支撑计划项目(2012BAD14B18)和大学生科技创新“光炯”培育项目(20140101)资助。

作者简介：黄容(1989-)，女，福建福州人，在读博士。E-mail：277840241@qq.com *通信作者Corresponding author. E-mail: gaoming@swu.edu.cn

* 1Effects of fertilizer and soil additives on plant nutrient utilization in a degraded soil

HUANG Rong, GAO Ming*, YE Xia-Yi, WANG Wen-Qiang, LIU Bin-Bin, LIU Jiang, DAI Wen-Cai

CollegeofResourceandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China

Abstract:The objective for this study was to provide a scientific basis for evaluating the effects of different amelioration methods on plant nutrient utilization in degraded soil by analyzing their influence on yield, quality and nutrient content of vegetables. Seven amelioration treatments were assessed across four different vegetables including lettuce and water spinach. Compared with the control (CK), amelioration treatments improved the yield of vegetables, especially NPKH (N-P-K fertilizer+biomass ash) and NPKW (N-P-K fertilizer+biological fertilizer). Amelioration treatments increased the nitrate (NO3--N) content of vegetables compared with CK. The nitrate content of lettuce complied with Regulation GB/T15401, suggesting it did not reduce the quality of lettuce. Nitrate contents under the fertilizer plus amendment treatments were lower than those under the fertilizer (NPK) only treatments; nitrate content for the NPKW treatment was 7.8%-63.0% lower than NPK treatments. The NPKH treatment increased amino acid content, reduced nitrate content and improved apparent N recovery rate of N fertilizer. NPKH also markedly improved P and K contents in lettuce. However, compared with the CK, the K content of lettuce under NPKH was reduced by 43.4%-58.9%. The fertilizer utilization efficiency under NPKH and NPKW was higher than other treatments in water spinach, increasing the N, P, K content of water spinach under these treatments. This research indicates that fertilizer application with amendments can maintain high vegetable crop yields and stimulate N uptake and transformation by the crop.

Key words:modifier; biomass ash; degraded soil; crop nutrient

http://cyxb.lzu.edu.cn

黄容, 高明, 叶夏伊, 汪文强, 刘彬彬, 刘江, 代文才. 莴笋-空心菜-莴笋种植模式下不同改良剂对退化土壤中植株养分利用的影响. 草业学报, 2016, 25(7): 148-157.

HUANG Rong, GAO Ming, YE Xia-Yi, WANG Wen-Qiang, LIU Bin-Bin, LIU Jiang, DAI Wen-Cai. Effects of fertilizer and soil additives on plant nutrient utilization in a degraded soil. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(7): 148-157.