氮肥对青菜生长及氮素营养规律的影响

黄璐璐，金海洋，王站付，徐春花，丁爱华，林天杰

（上海市农业技术推广服务中心，上海201103）

青菜（Brassica campestris ssp.chinensis L.）又名不结球白菜，在我国栽培十分广泛，深受广大消费者的青睐。氮素是影响青菜产量和品质的主要因素，在青菜生长和发育过程中起着重要作用，其通过影响作物体内的碳、氮代谢过程，进而影响作物的生长及品质的形成，高氮能显著提高青菜的产量［1］。为追求产量，氮肥被大量施用在青菜的栽培过程中［2-3］。过量施用氮肥，不仅增加了青菜的生产成本，还使得氮肥利用率十分低下［4］。同时，氮肥过量施用导致硝态氮在根区以下土层无效积累，菜田发生次生盐渍化［5-6］，加重农业环境的负担，影响农业的可持续发展。

氮肥用量与蔬菜体内亚硝酸盐和硝酸盐含量关系密切，过量施用氮肥，可导致蔬菜营养品质下降，硝酸盐积累增加。蔬菜中的硝酸盐也可以还原成亚硝酸盐［7］，过量摄入亚硝酸盐将对人体健康将造成威胁。因此，减少氮肥施用，科学施肥以降低蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐的积累，可减轻亚硝胺对人体的致癌威胁。大力开展蔬菜的亚硝酸盐积累及其控制途径研究，是当前我国蔬菜业发展所面临的一个重大课题，对发展绿色食品和无公害蔬菜以及提高人民的健康水平有极其重要的意义［8］。

本研究以‘五月慢’青菜为材料，研究不同施氮量对青菜植株性状、产量、亚硝酸盐含量、养分吸收量以及农学效率的影响，以期为科学合理地施用氮肥、提高氮肥当季利用率、减少农业面源污染、提高青菜蔬菜品质和卫生学指标提供一定的理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地及试验材料

试验于2016年9—11月在上海市闵行航育基地进行。试验地土壤类型为干沟泥，大棚育苗，露地移栽，分别在两块试验地进行0—20 cm土层土壤检验。育苗大棚土壤pH为6.03，养分含量为碱解氮301 mg/kg，速效磷161 mg/kg，速效钾214 mg/kg，有机质27.1 g/kg；露地土壤pH为7.1，养分含量为碱解氮65.3 mg/kg，速效磷33.7 mg/kg，速效钾99.2 mg/kg，有机质14.1 g/kg。

选用上海市郊区主栽青菜品种‘五月慢’为试验材料，种植密度为250 000株/hm2，设置1个无肥区（CK）、1个缺氮区（T1）以及5个施氮区，分别为67.5 kg/hm2（T2）、135.0 kg/hm2（T3）、202.5 kg/hm2（T4）、270.0 kg/hm2（T5）和337.5 kg/hm2（T6），各处理基施磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）均为67.5 kg/hm2（表1），每个处理重复3次，等行距种植，行距为20 cm，随机排列。施用氮肥为尿素，分别在基施和8叶1心时按照1∶1的比例施入。磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾。于2016年9月21日大棚育苗，因大棚菜地土壤基础肥力较高，不施任何肥料。育苗时间23 d，植株4叶1心时，选择长势均匀一致的幼苗，于10月13日移栽至露地大田定植，定植株行距为20 cm×20 cm，试验田四周根据田块情况设置保护行1.5 m，11月21日收获并测产，试验过程中防病除虫等各项管理措施均按常规进行。

表1 不同施氮量处理设计方案Table 1 Design scheme of different nitrogen app lication rates kg·hm-2

1.2 测定项目与方法

1.2.1 植株性状指标及生物量测定方法

株高（露出土壤根部至顶端的距离）和开展度（植株两侧开展最大的叶片距离）用钢卷尺测量。叶绿素含量：采用SPAD-502叶绿素仪测定植株倒数第3片叶片。生物量：每处理随机取5株，测定植株的鲜重和干重。

1.2.2 青菜养分含量的测定方法

样品前处理：测产后各小区多点留取青菜叶片，用去离子水清洗干净后，在105℃下迅速杀青15 min，然后在80℃下烘干至恒重，研磨过筛（直径1 mm）。采用浓H2SO4碳化，H2O2高温消煮。

全氮采用凯氏法测定［9］，全磷采用钒钼黄比色法测定［10］，全钾采用火焰光度法测定［11］。

1.2.3 青菜亚硝酸盐含量的测定方法

测产后各小区多点采集青菜叶片，用去离子水清洗干净后于组织捣碎机中匀浆。提取：称取匀浆样5 g于250 mL锥形瓶中，加入1 mL氢氧化钾溶液和100 mL热水（70—80℃）至沸水浴15 min，并间歇摇动，取出后冷却至室温，定容至200 mL容量瓶中。净化：以水为接收液，将试样溶液渗析10 min，留取接收液，待测。测定：取等体积试样和标准溶液于离子色谱仪作校准，以色谱峰面积积分值进行定量。结果计算：亚硝酸盐含量（mg/kg）=（亚硝酸根离子的质量浓度-空白的质量浓度）×试样总体积×1.5/试样质量［12］。

1.3 相关参数计算

根据测土配方施肥技术规范［13］，引入以下计算参数。

土壤基础供氮（磷、钾）量（kg/hm2）=无肥区产量（kg）×无肥区氮（磷、钾）含量（%）×［1-鲜样水分（%）］×10 000/小区面积（m2）

土壤养分贡献率=无肥区产量（kg）/常规施肥区产量（kg）×100%

氮肥农学效率（kg/kg）=产量（kg）/氮肥施用量（kg）

氮肥当季利用率=［施肥区产量（kg）×施肥区植株含氮量（%）-无氮区产量（kg）×无氮区植株含氮量（%）］×［1-鲜样水分（%）］/纯氮施用量（kg）×100%

1.4 数据处理与分析

数据处理采用Excel 2003软件，方差分析采用DPS 7.05统计软件，多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量处理对青菜植株性状的影响

由表2可见，不同施氮量处理（T2—T6）小区的青菜株高、开展度、叶绿素含量以及鲜重明显高于无肥区（CK）和缺氮区（T1）。T5处理的青菜株高比CK和缺氮处理（T1）极显著增加，其余处理间无显著差异，表明氮肥在一定程度上影响了青菜的株高。所有处理间青菜叶片数无显著差异，表明氮肥对青菜叶片数无明显影响。T5处理的青菜开展度比CK和缺氮处理（T1）极显著增加；T4和T6处理的青菜开展度比CK和缺氮处理（T1）显著增加；其余处理间无显著差异，表明施氮会影响青菜叶片开展度。T2、T3、T5和T6处理的青菜叶片叶绿素含量比CK和缺氮处理（T1）极显著增加；T4处理的青菜叶片叶绿素含量比CK极显著增加，比缺氮处理（T1）显著增加，表明氮肥能提高叶片的叶绿素含量；缺氮处理（T1）的叶片叶绿素含量比CK也有显著增加，表明在不施氮肥时施用磷钾肥也会显著提高叶片的叶绿素含量；T2—T6处理的叶片叶绿素含量无显著差异，表明在施用一定量的氮磷钾肥后，增施氮肥对叶片的叶绿素含量无显著影响。T5处理青菜鲜重最大，极显著高于其他处理，表明不同施氮量对增加植株质量有极显著影响；CK处理鲜重最低，极显著低于其他处理，表明施用氮、磷或钾肥对增加植株质量均有明显作用；T3—T5处理的青菜鲜重极显著高于T2处理，表明不同施氮量对植株质量有极显著影响。

表2 不同施氮量对青菜生长的影响Table 2 Effects of different nitrogen application rates on the grow th of pak choi

2.2 不同施氮量对青菜产量的影响

由表2可见，施氮处理T3—T6的青菜产量极显著高于对照与缺氮处理（T1），表明氮肥的增产作用较突出。青菜的产量随着施氮量的增加而增加，当施氮量达到270.0 kg/hm2（T5）时，青菜的产量最高，为49 535.60 kg/hm2。随着施氮量继续增加，产量反而降低。对照和缺氮处理（T1）的产量无显著差异，表明在当前地力水平下，磷、钾对产量没有显著影响。

如图1所示，施氮量与青菜产量呈现一元二次倒抛物线型的变化趋势，据此肥料效应理论方程计算，当施氮量为254.35 kg/hm2时，青菜理论产量达到最高值47 173.42 kg/hm2。

2.3 不同施氮量对青菜亚硝酸盐含量的影响

如图2所示，随着施氮量的增加，青菜叶片中亚硝酸盐含量持续上升。当施氮量为0—202.5 kg/hm2时，叶片中亚硝酸盐含量增长较为平缓，为3.18—4.93 mg/kg；当施氮量达到270.0—337.5 kg/hm2时，叶片中亚硝酸盐含量上升到15.4—20.1 mg/kg，比不施氮处理平均高出82.4%。施用氮肥大幅增加蔬菜中亚硝酸盐的含量，过量施用氮肥导致亚硝酸盐含量明显增加。食品中亚硝酸盐限量卫生标准［11］为20 mg/kg。本研究最高施氮量337.5 kg/hm2处理的青菜叶片中亚硝酸含量为20 mg/kg，处于临界值。

图1 青菜产量随施氮量变化曲线Fig.1 Variation curve of pak choi yield with nitrogen application rates

图2 青菜亚硝酸盐含量随施氮量变化曲线Fig.2 Variation curve of nitrite content of pak choi with nitrogen application rates

2.4 不同施氮量对青菜养分吸收量的影响

由表3可见，不同施氮量处理青菜的养分吸收量均显著高于对照和缺氮处理（T1）。随着施氮量的增加，青菜养分的吸收量也随之增加。当施氮量达到337.5 kg/hm2时，青菜对氮磷钾养分的吸收量均有所降低。T5处理的青菜吸氮量比CK和缺氮处理（T1）极显著增加，其余处理间无显著差异，表明氮肥在一定程度上影响青菜的吸氮量。T2—T5处理的青菜吸磷量和吸钾量比CK和缺氮处理（T1）均极显著增加，T2—T5处理间无显著差异，表明施用氮肥对青菜的吸氮量有极显著影响，不同的施氮量对青菜的吸磷量和吸钾量无显著影响。

表3 不同施氮量对青菜养分吸收量的影响Table 3 Effects of different nitrogen application rates on nutrient absorption of pak choi kg·hm-2

2.5 不同施氮量对青菜氮肥当季利用率的影响

由图3所示，随着施氮量的增加，氮肥当季利用率呈直线下降趋势，氮肥的当季利用率与施氮量呈极显著线性负相关。当施氮量在67.5—270.0 kg/hm2时，青菜氮肥当季利用率从51.27%下降至34.08%。当施氮量为337.5 kg/hm2时，青菜的氮肥当季利用率下降至22.06%，表明过量施用氮肥会大幅度降低氮肥当季利用率。

2.6 不同施氮量对青菜氮肥农学效率的影响

随着施氮量的增加，青菜的氮肥农学效率不断下降（图4），两者呈极显著线性负相关。最低施氮量67.5 kg/hm2处理的农学效率为438.03 kg/kg，最高施氮量337.5 kg/hm2处理的氮肥农学效率为127.65 kg/kg，表明过量施用氮肥较大程度地降低了肥料的农学效率。

图3 青菜氮肥当季利用率与施氮量的关系Fig.3 Relationship between nitrogen app lication rate and nitrogen use efficiency in current season of pak choi

图4 青菜氮肥农学效率与施氮量的关系Fig.4 Relationship between nitrogen application rate and nitrogen agronom ic efficiency of pak choi

3 结论与讨论

青菜适当的氮肥供应能促进作物苗期乃至整个生育期的生长与发育［14］。盆栽试验中，青菜的生物量随着施氮量的增加而增加，但当施氮量达到0.2 g/盆时，再增加施氮量，增产效果不显著［15］。这说明施氮量与青菜的产量并非完全呈正比，并不是施氮量越多产量越高，超过一定限度不再有增产效果。本研究中，施氮量与青菜生长情况也呈现类似规律。施氮量为270.0 kg/hm2的青菜长势最好，株高、叶绿素含量、开展度以及鲜重均高于其他施氮处理。

根据田间试验的结果，施氮量与青菜产量之间呈一元二次倒抛物线型的变化趋势拟合方程，当施氮量为254.35 kg/hm2时，青菜的理论产量达到最高，为47 173.42 kg/hm2，略低于本试验施氮量270.0 kg/hm2时的实际产量（49 535.60 kg/hm2），可能与小区间地力差异有关。耿建梅等［16］和闵炬等［17］研究表明，随着施氮量的增加，作物的产量会随之增加，但氮肥当季利用率会显著降低。本试验中氮肥当季利用率随着施氮量的增加呈线性递减，而且过度施用氮肥会使青菜的养分吸收量降低。施氮量在202.5—270.0 kg/hm2时，青菜的养分吸收量较高，随后有所降低。有研究指出，适宜的施氮水平可以提高植株的养分吸收总量［18］，这与本研究结果一致。在实际生产中，可以降低施氮量来提高氮肥当季利用率，但会带来作物的产量降低。如T2处理的氮肥当季利用率平均为51.27%，但产量只有29 567.30 kg/hm2。当施氮量为270.0 kg/hm2时，产量达到49 535.60 kg/hm2，氮肥当季利用率平均在34.08%。适当减少施氮量，既可以保证产量的增加，也可以提高氮的吸收量和利用率，而过量施用氮肥，不但造成养分浪费，还会引起作物体内阶段碳氮代谢失调、源库结构不合理等，导致产量下降［19］。

氮肥农学效率与氮肥利用率相似，随着施氮量的增加呈直线下降趋势，进一步说明适量施用氮肥才是提高氮肥农业生产效率的重要措施。

随着施氮量的增加，青菜中亚硝酸盐含量开始平缓上升，继续增施氮肥会导致亚硝酸盐含量急剧增加。本研究中，当施氮量为0—202.5 kg/hm2时，青菜叶片中亚硝酸盐含量增长较为平缓，在3.18—4.93 mg/kg；当施氮量为270.0—337.5 kg/hm2时，亚硝酸盐含量上升至15.4—20.1 mg/kg，比不施氮处理高出82.4%。

硝酸盐和亚硝酸盐含量是青菜重要的品质指标，肥料用量和养分配比不合理是蔬菜品质下降的主要原因。周艺敏等［20］对菠菜、青菜等6种蔬菜进行施肥试验，发现氮肥的施用量与蔬菜体内亚硝酸盐含量呈显著或极显著正相关，与本试验基本吻合。任祖淦等［21］研究发现，偏施和滥用氮肥，是造成蔬菜品质恶化的重要原因，并提出300 kg/hm2为氮肥用量的临界值，若超过此量，蔬菜硝酸盐的累积则有超标污染的可能。食品中亚硝酸盐限量卫生标准规定，蔬菜中亚硝酸盐含量的安全标准为20 mg/kg，本研究最高施氮量337.5 kg/hm2处理的青菜叶片中亚硝酸含量为20.0 mg/kg，虽未超出标准，但亚硝酸盐含量较高，会影响到蔬菜品质。

在一定的氮肥用量情况下，增加施氮量有利于青菜产量的提高，但青菜对氮素利用有所差异。在低施氮量条件下，青菜株高、叶绿素含量、鲜重均迅速增加，青菜能够对氮素有效吸收，可显著提高产量；随着施氮量的继续提高，青菜株高、叶绿素含量、鲜重和总产量、养分吸收量均不再增加，反而呈现下降趋势，且青菜中亚硝酸盐含量快速累积，可能超过亚硝酸盐控制标准，影响到食品安全。综合考虑本试验中青菜的最优产量、氮肥当季利用率、农学效率、亚硝酸盐含量等，施氮量需控制在270.0 kg/hm2以下为宜。