氮肥减量施用条件下配施土壤调理剂对白菜生长、产量和品质的影响

王亚晨 蒋芳玲 唐静

摘要：以白菜品种青蓝为试材，以常规氮肥施用量的50%为对照，设置申祗、养耘牌和时科竹炭3种土壤调理剂3种不同施用量的处理，探讨氮肥减量施用条件下配施不同土壤调理剂对白菜生长、产量、品质和经济效益的影响。结果表明，时科竹炭土壤调理剂处理可增加植株株高，申祗土壤调理剂处理可增加叶宽，2个处理均可增加植株地上部鲜质量，3种土壤调理剂处理均可显著增加白菜产量，其中时科竹炭土壤调理剂和养耘牌土壤调理剂可显著增加其经济效益。配施3种土壤调理剂可增加白菜可溶性糖含量，减少硝酸盐含量，改善其营养和安全品质。综合分析，以施用纯氮90 kg/hm2+时科竹炭土壤调理剂600 kg/hm2处理的产量和经济效益最好，品质较佳。

关键词：氮肥减施;土壤调理剂;白菜;产量;品质;经济效益

中图分类号： S143.1;S634.06  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）17-0132-06

白菜（Brassica campestris ssp.chinensis Makino）俗称青菜、小白菜、油菜（北方），具有营养丰富、生长快速、适应性广、消费需求大等特点。在长江流域有“三天不吃青，肚里冒火星”的俗语，说明其在蔬菜周年供应中具有重要地位[1-2]。但蔬菜属于喜氮肥作物，尤其是叶类蔬菜，易富集硝酸盐[3]。白菜作为一种主要的叶菜，也易富集硝酸盐。因此，氮肥减量施用技术在白菜栽培中显得尤为重要。

化肥是蔬菜优质高产的物质基础。据联合国粮农组织统计，化肥对世界农作物的增产贡献率在60%以上，我国化肥对粮食增产贡献率也高达40%。然而，为追求高产，我国化学肥料过量施用严重。据黄绍文等统计，我国主要设施蔬菜氮肥施用总量是推荐量的1.9倍，主要露地蔬菜氮肥施用总量是推荐量的2.7倍[4]。化肥过量施用导致土壤有机质含量降低、速效养分大量富集、次生盐渍化、蔬菜可食部分和地下水硝酸盐超标等一系列较为严重的问题，严重制约着我国蔬菜产业的可持续发展[5-7]。

土壤调理剂是氮肥减施增效的主要技术之一，可以改善土壤状况、提高土壤肥力，从而为作物创造良好的生长环境、提高产量。目前，在蔬菜生产上施用土壤调理剂增产的研究已有报道[8-9]。但关于土壤调理剂配合氮肥减施对白菜产量和品质影响的研究还少见报道。本试验根据前期研究结果[10]，在常规施氮量基础上，减少50%的施氮量（折合纯氮施用量为90 kg/hm2，对照），配合施用3种不同调理剂，明确氮肥减施条件下，土壤调理剂对白菜生长、产量、品质及经济效益的影响，筛选出减氮保产、提质增效的土壤调理剂种类和施用量，为土壤调理剂在白菜减氮栽培上的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年11—12月在南京农业大学昆山蔬菜产业研究院（江苏省昆山市玉山镇姜巷村）进行。试验所用白菜品种为青蓝，种子由南京农业大学园艺学院白菜系统生物学实验室提供。该品种耐寒性强，适宜春秋栽培。

供试土壤调理剂有3种：申祗土壤调理剂（A），广东省台山市申祗农业科技有限公司生产，主要成分为阳起石、华乳石、杏仁、乳香、松香、方解石、汉白玉、麦饭石、桃花石、地榆、芥末、胡椒及其他有机物;（2）养耘牌土壤调理剂（B），河北中瑞农业科技有限公司生产，主要成分为有效硅（SiO2≥25.0%）、有效钾（K2O≥4.0%）、氧化钙（CaO≥300%）、有效镁（MgO≥6.0%），水分（H2O≥3.0%），pH值9.5～11.5;（3）时科竹炭土壤调理剂（C），时科生物科技（上海）有限公司生产，主要成分包括有效活菌数（≥0.2亿CFU/g）、有机质（≥45%）、生物炭（≥35%）、钙（≥3.3%）、镁（≥3.5%）、硅（≥2.6%）、锌（≥2.3%）。

1.2 试验设计

试验设10个处理。根据前期研究结果，以氮肥减施50%（折合纯氮施用量为90 kg/hm2）为对照（CK），3种土壤调理剂均在对照施肥量的基础上配施。试验处理分别为：（1）对照（CK），折合施用纯氮90 kg/hm2，不施入土壤调理剂;（2）施用3 000 kg/hm2申祗土壤调理剂（A3000）;（3）施用4 500 kg/hm2申祗土壤调理剂（A4500）;（4）施用 6 000 kg/hm2 申祗土壤调理剂（A6000）;（5）施用300 kg/hm2养耘牌土壤调理剂（B300）;（6）施用450 kg/hm2养耘牌土壤调理剂（B450）;（7）施用600 kg/hm2养耘牌土壤调理剂（B600）;（8）施用300 kg/hm2时科竹炭土壤调理剂（C300）;（9）施用450 kg/hm2时科竹炭土壤调理剂（C450）;（10）600 kg/hm2 时科竹炭土壤调理剂（C600）。除氮肥外，每个处理均施用钾肥（折合K2O 45 kg/hm2）、磷肥（折合P2O5 45 kg/hm2）。每个处理设3次重复，完全随机区组排列。所有肥料以及土壤调理剂均作为基肥一次性撒施在试验小区。小区长4.0 m，宽1.3 m，面积为5.2 m2。采用畦栽，沟宽为0.4 m，沟深为0.3 m，保护行宽为1.0 m。小区用种量为 6 g/个。

试验在四连栋大棚中进行，连栋大棚长为50 m，宽为 32 m，顶高为4.0 m，顶部覆盖塑料薄膜避雨，四周加盖25目防虫网防虫，前茬作物为白菜。采用机械翻耕土壤、开沟和做畦。

在播种前，试验小区按照“S”形取0～20 cm土壤，供试土壤基本理化性质为pH值5.8，有机质含量2.57%，速效磷（P2O5）含量255.71 mg/kg，速效钾（K2O）含量7.79 mg/kg，碱解氮含量1.19 mg/kg。

1.3 測定指标及方法

1.3.1 植株生长指标测定 当植株展开6～7张叶片时，每个小区选取10株生长一致的健康植株，用于测定白菜植株生长指标，结果取平均值。

植株生长指标主要按常规方法测定株高、下胚轴粗、地上部鲜质量、地下部鲜质量。将称过鲜质量的各部分材料放入牛皮纸袋里，置于电热鼓风干燥箱，在105 ℃下杀青30 min，然后调节温度至80 ℃，继续烘干至恒质量并称量。将称质量后的地上部分干样磨成粉末，过筛后保存，用以测定可溶性糖含量及矿质元素含量。

1.3.2 生理指标测定 当植株完全展开4～5张叶片时，每个小区随机选取5株生长一致的健康植株，取第3～4张展开叶测定以下生理指标。

叶绿素含量参照李合生的方法[11]测定;超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶活性（APX）、谷胱甘肽还原酶（GR）活性均参照曹建康等的方法[12]测定。

1.3.3 品质指标测定 当植株完全展开5～6张叶片时，在每个小区随机选取5株生长一致的健康植株，取第3～5张完全展开叶进行以下品质指标测定。

可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[12]测定;维生素C含量采用2，6-二氯靛酚法测定[13]测定;有机酸含量采用滴定法[14]测定;硝酸盐含量采用水杨酸硝化法[15]测定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[11]测定。

1.3.4 矿质元素含量 全氮含量测定采用H2SO4-H2O2消化法，定容后用全自动流动分析仪测定;全磷含量测定方法如下：样品加入HNO3后置于Ethos T微波消解系统（Milestone，意大利）消煮，消煮完毕后定容，利用Optima 2100DV电感耦合等离子体发射光谱仪（Perkin Elmer公司，美国）测定样品全磷含量[16];全钾、全钙、全镁和全钠含量的测定参照全磷测定方法。

1.3.5 产量及经济效益分析 （1）产量的测定。当植株完全展开6～7张叶片时，在每个小区随机选取植株生長密度、高度一致的地块（面积S=0.5 m2），将选取地块上的植株采收后在电子天平上称质量，折算为产量。（2）经济效益分析。土壤调理剂及白菜产品的价格均按批发价计算。申祗土壤调理剂价格为7.6元/kg，养耘牌土壤调理剂价格为1.6元/kg，时科竹炭土壤调理剂价格为3.8元/kg。

总产值=产量×单价;经济效益=总产值-生产成本;生产成本=无机肥料成本+人工成本+用地成本+土壤调理剂成本。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS Statistics 17.0软件进行数据统计与分析，使用Duncans新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 氮肥减施条件下配施土壤调理剂对白菜植株生长的影响

氮肥减量条件下配施土壤调理剂可促进白菜生长（表1）。C450、C600对株高促进明显，处理后株高分别达到 16.76、16.75 cm，而CK仅为15.61 cm;A6000处理可显著增加叶宽，处理下最大叶宽为5.24 cm，显著大于CK、A4500、C300、C450、C600;A3000、A6000、C600对地上部鲜质量有显著促进作用，其中以A3000和C600较高，单株质量分别达到12.50、12.83 g，显著高于CK（10.22 g）和C300（9.73 g）处理;C600处理下植株的地上部干质量为0.65 g，显著高于CK、A4500及C300处理。各处理间下胚轴粗、最大叶长、地下部鲜质量和干质量与CK差异不显著（表1）。

2.2 氮肥减施条件下配施土壤调理剂对白菜光合色素含量的影响

氮肥减施条件下配施土壤调理剂对白菜光合色素含量的影响见表2。CK的叶绿素a含量为0.635 mg/g，显著低于添加土壤调理剂的处理，而各土壤调理剂处理间叶绿素a含量无显著差异;各处理的叶绿素b和类胡萝卜素含量与CK无显著差异;总叶绿素含量以处理B300、B600、C300较高，显著高于CK。

2.3 氮肥减施条件下配施土壤调理剂对白菜矿质元素含量的影响

土壤调理剂对白菜中矿质元素的积累有一定影响（表3）。添加土壤调理剂的植株全氮含量均显著高于CK，其中以B600和C600较高;同种土壤调理剂处理相比，植株中全氮含量随调理剂施用量增加而增加。全钾含量以A6000、B300、B600、C600较高，其余处理与CK无显著差异，其中A6000最高，为50.42 g/kg（DW）。全钠含量较高的依次为C450>B300>B600>A6000，同种调理剂不同用量之间的全钠含量差异不显著。添加土壤调理剂处理的全磷、全钙及全镁含量与CK没有显著差异。

2.4 氮肥减施条件下配施土壤调理剂对白菜抗氧化酶活性的影响

减氮条件下配施土壤调理剂对白菜植株的抗氧化酶活性影响不大（表4）。在不同土壤调理剂处理下，植株的SOD活性、POD活性与CK相比没有显著差异。B300、C300、C450、C600处理的CAT活性显著高于CK。A4500、B300、C450的APX活性显著低于CK，其他处理间没有显著差异。与CK相比，A3000、B450的GR活性显著下降。

2.5 氮肥减施条件下配施土壤调理剂对白菜品质的影响

施用土壤调理剂可以不同程度地改善白菜的品质（表5）。与对照相比，C450、A6000、B600、C600的可溶性糖含量均显著升高;可溶性蛋白含量以C600、C450较高，其他处理与对照无显著差异;B600、C300、C450、C600的维生素C含量显著低于CK，其余处理间无显著差异;有机酸含量以C300、C450、C600显著低于对照，但B450显著高于对照，其余处理与对照间无显著差异;各调理剂处理的白菜硝酸盐含量均显著低于CK，并且在可食用限量标准（≤3 100 mg/kg，FW）[17]以下。

2.6 氮肥减施条件下配施土壤调理剂对白菜产量的影响及经济效益分析

与CK相比，配施土壤调理剂的白菜产量均显著增加了（表6）。3种调理剂中，以时科竹炭土壤调理剂（C处理）增产效果最显著，其中以C600效果最好，比CK增产 17.78%。养耘牌土壤调理剂（B处理）中，B600产量最高，与CK相比增产7.79%，显著高于B300，但与B450差异不显著。申祗土壤调理剂（A处理）增产效果幅度较小，但均显著高于CK，3个处理（A3000、A4500和A6000）之间没有显著差异。

土壤调理剂配施能提高产量，但也会产生额外的生产成本。为了明确土壤调理剂施用的成本和效益情况，笔者进行了效益分析。本试验所在地昆山市城区农副产品实业有限公司全年用地成本45 000元/hm2，全年用水成本9 000元/hm2，耕地成本750元/hm2，人工成本50元/d，种子成本 150元/hm2，50 kg尿素成本110元，50 kg过磷酸钙成本 90元，10 g硫酸钾成本55元，申祗土壤调理剂7.6元/kg，养耘牌土壤调理剂1.8元/kg，时科土壤调理剂3.8元/kg。

经济效益分析（表6）表明，因施用土壤调理剂而产生的生产成本依次为A6000>A4500>A3000>C600>C450>C300>B600>B450>B300>CK，各调理剂处理产生的经济效益由高到低为C600>C450>B600>B450>B300>C300>CK>A3000>A4500>A6000。在减氮条件下配施时科土壤调理剂（C）和养耘牌土壤调理剂（B），其经济效益与CK相比均有增加，其中以C600处理的效益最高，为 186 663.00元/hm2，比CK增加了30 856.50元/hm2;以C300最低，仅比CK增加了7 504.20元/hm2。A3000、A4500、A6000处理的经济效益比CK还低，分别低14 635.80、27 236.25、35 034.45元/hm2。

3 讨论

化肥的过量施用对作物生长及品质造成的不良影响日益加剧，造成土壤退化和食品安全问题，但氮肥减量施用易导致作物产量下降，如何达到氮肥减施增效是推进氮肥减量施用的关键。土壤调理剂在改良土壤、提高作物产量和品质方面能起到重要作用[18]，但土壤调理剂种类繁多且不断更新。不同作物中，在氮肥减量施用基础上筛选适宜土壤调理剂种类和施用量进行配施对作物减氮增效和安全生产有重要指导意义。笔者前期研究表明，减氮50%（折合纯氮施用量为 90 kg/hm2）对白菜产量品质影响不显著，本研究在减氮50%基础上，添加3种土壤调理剂，研究氮肥减量条件下配施土壤调理剂对白菜生长、产量和品质的影响。

研究发现，申祗、养耘和时科竹炭3种土壤调理剂均可显著增加白菜产量，其中以时科竹炭土壤调理剂（600 kg/hm2）增产效果最好，产量达到60 963.75 kg/hm2，比较对照产量增加17.78%。这可能是因为时科土壤调理剂中同时包含生物菌肥、有机质、生物炭和中微量元素，对土壤和植株有综合的促进作用，而另2种土壤调理剂组成不够全面。申袛土壤调理剂主要为多种矿物质及植物成分合成（芥末和胡椒），养耘牌土壤仅添加了大量元素钾及中微量元素。研究认为，生物菌肥可通过固定和分解营养元素为蔬菜提供生长发育必需的多种营养成分，同时微生物的代谢可改善土壤理化性质，杀灭有害细菌，为蔬菜生长创造良好的条件，因此可提高其产量[19-20]。中微量元素在提高作物的产量和品质方面也起一定作用，乌学敏研究发现，锌、硼、钼、硫肥的处理均起到了增产的作用[21];王秀娟等研究发现，中微量元素中以镁肥和钙肥的增产效果最好[22]。钙可促进光合产物的运转、碳水化合物和蛋白质的合成[21]。锰和锌均是叶绿素的组成成分，锌肥施用可延长光合作用时间[23]、增加植物的光合叶面积，从而增强光合能力，提高产量[24]。而适量的生物碳在提高番茄产量和品质方面有一定功效[25]。可见，本研究中的时科竹炭土壤调理剂因同时含有生物菌、中微量元素以及生物碳等，在提高产量上效果最理想，且因为售价适中，经济效益最好。申祗和养耘牌土壤调理剂也增加了白菜产量，但因申祗土壤调理剂售价和推荐施用量较高，经济效益反而低于对照。冯映祺等研究发现，申祗土壤调理劑可深度调理土壤环境结构、活化及补充土壤不足的中量及微量元素、分解土壤金属残留、消解硝酸盐和化学毒素、清除常见病原菌，并可改善农产品品质和产量，因此对改良土壤结构和农业的可持续发展有益[26]。

矿质元素是植株生长必需的，光合作用是地球上一切生物直接或间接的能量来源。陈之群等认为，土壤调理剂配施能提高甘蓝的光合能力[27]。本研究中，3种土壤调理剂处理均显著增加植株叶绿素a含量，在提高植株光合作用、提高产量方面也有一定功效。叶片的叶绿素含量是一个反映植株光合能力的重要指标[28]，叶绿素的合成需要N和Mg的参与。本研究发现，3种土壤调理剂均促进了植株对N的吸收，这与叶绿素含量增加相符。在一定浓度处理下，3种土壤调理剂均可促进K的吸收。钾虽不属于植物组织或化合物的组成部分，但在维持植物生命的所有过程、增加植株抗性中均必不可少，可帮助植物有效利用土壤和肥料中的水分和氮，这与本研究中“植株中氮含量增加的结论”相符。

蔬菜营养价值高，富含人体正常生长发育和生理功能所需要的各种营养物质[29-31]，给人体提供了各种必需的氨基酸、蛋白质、维生素C和纤维素。但是蔬菜喜硝态氮，且极易积累硝酸盐。人体摄取的硝酸盐81.2%来自于蔬菜[17]。廉晓娟等对芹菜番茄2茬作物研究发现，施用土壤调理剂使番茄的维生素C含量升高，硝酸盐含量和总酸度降低[32]。在本研究中，3种调理剂处理的植株的硝酸盐含量均极显著降低，表明土壤调理剂有利于改善蔬菜作物的安全品质，提高产品安全性。这也与李育鹏等在雍菜上的研究结果[8]类似。本试验中，土壤调理剂处理后可溶性糖含量也增加了，这与钾含量增加相符，钾可以促进碳水化合物的代谢和淀粉的合成、解体、转移，因此促进了可溶性糖含量增加。但本研究中部分土壤调理剂配施后，维生素C含量下降，有机酸含量上升，这可能是由于处理时间及浓度不当引起的。氮肥减施条件下配施土壤调理剂对白菜抗氧化系统影响不大，仅CAT活性稍有增强，部分APX及GR活性反而减弱，可能是因为生长环境条件较好，未受到胁迫，因此抗氧化系统保持在相对稳定水平。