减量施用氮肥对土壤养分及甘蓝生长与产质量的影响

李跃飞，李 彬，陶加乐，胡 莉，曹 影，靳辉勇

(宿迁市宿豫区农业技术推广中心，江苏 宿迁 223800)

氮是植株需求量最大的矿质元素之一，是构成植株体蛋白质的主要成分，又是植物体叶绿素、核酸和许多酶的重要组成成分，对作物的产量与品质影响很大[1]。氮素过多或过少都会影响植物新陈代谢及相关酶的活性，从而影响植株体内相关物质的合成运输与转化[2]。生产上为了追求较高的经济产量，大量施用氮肥，导致其品质下降，破坏土壤结构，过多的氮肥挥发或者流入水体，污染大气和水体环境，同时浪费资源，肥料利用率低，增加生产成本[3]。因此，如何合理施用氮肥已成为当前亟待解决的难题。

结球甘蓝俗称包心菜或卷心菜等，是十字花科芸薹属植物，其含有丰富的维生素、蛋白质和脂肪等营养物质，深受广大消费者的喜爱[4]。甘蓝属喜氮作物，氮肥在一定施用量范围内，对结球甘蓝具有明显的增产作用，施用量过多或过少都会对其产量与品质产生影响[5-6]。增施氮肥可提高甘蓝的产量[7]和氨基酸含量[8]，随着施氮量的增加，叶球硝酸盐含量逐渐增加[9]，可溶性糖及Vc含量降低[10]。过量施用氮肥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[11]。近年来，虽然消费者对甘蓝品质的要求越来越高，但关于甘蓝生产上氮肥减施比例的研究较少且不系统。为此，在常规施肥的基础上，研究减量施用氮肥对土壤养分及甘蓝生长与产质量的影响，以期为优质甘蓝的生产及氮肥的合理施用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 甘蓝品种 供试结球甘蓝品种为苏甘25，江苏中江种业有限公司提供。

1.1.2 肥料 氮肥为尿素(含N 46%)，江苏华昌化工股份有限公司生产；磷肥为过磷酸钙(P2O512%)，济南鸿桥化工股份有限公司生产；钾肥为硫酸钾(K2O 50%)，山东海化股份有限公司生产。

1.1.3 样品 土样：24份，于试验前后用5点取样法采集 0～20 cm土层土壤，用于测定土壤养分；甘蓝叶球：10个，收获时每小区随机选取具有代表性叶球，鲜样用于测定生长性状及产量与品质，干样用于测定干重及植株氮磷钾含量。

1.2 试验时间与地点

试验于2019年7-11月在江苏省农业科学院宿迁农科所试验基地连栋大棚内进行，土壤为壤土，基本理化性质：碱解氮59.77 mg/kg，有效磷46.56 mg/kg，速效钾117.75 mg/kg，有机质19.54 g/kg，pH 7.37，前茬种植西瓜。2019年7月29日采用50孔穴盘基质育苗，8月31日按株行距0.4 m×0.4 m定植，11月6日收获。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 施肥分基肥和追肥2种，追肥采用滴灌施肥方法，氮肥减量施用均在追肥中实施。按氮肥减量施用比例的不同共设7个处理：CK1，空白对照，基肥和追肥均不施肥；CK2，追肥氮量为当地农户的习惯施用量；T1，追肥施氮量减少10%；T2，追肥施氮量减少15%；T3，追肥施氮量减少20%；T4，追肥施氮量减少25%；T5，追肥施氮量减少30%；具体处理方案见表1和表2。3次重复，随机区组排列，小区面积20 m2。不同处理基肥相同，磷肥和钾肥用量相同；磷肥作基肥一次性施入，氮肥和钾肥分基肥和追肥2次施入，基肥和追肥各占50%；追肥分2次进行，第1 次于莲座期追施20%，第2 次于结球期追施30%。其他田间管理措施均一致。

表1 结球甘蓝氮肥减量施用的试验设计

Table 1 Experiment design of reducing N application for cabbage

处理Treatment基肥Base fertilizer追肥TopdressingCK1不施肥不施肥CK2常规基肥滴灌施肥,氮为当地农户的习惯施用量T1常规基肥滴灌施肥,减氮10%T2常规基肥滴灌施肥,减氮15%T3常规基肥滴灌施肥,减氮20%T4常规基肥滴灌施肥,减氮25%T5常规基肥滴灌施肥,减氮30%

表2 结球甘蓝氮肥减量施用的小区施肥量

1.3.2 指标测定

1) 生长性状及植株氮磷钾含量。叶球成熟时，植株分成根、散生叶和叶球3个部分，测定其根、叶球和散生叶的鲜重，烘干后测定其干重；干样用于测定植株氮磷钾的含量，参照文献[12]的方法，氮采用凯氏比色法测定，磷采用钼锑抗比色法测定，钾采用火焰光度法测定。

2) 产量及品质。准确称取其单球重，计算小区产量，并折合成单位面积产量。参照文献[13]的方法，硝酸盐采用比色法测定，Vc采用2,6-二氯靛酚滴定法测定。

3) 土壤肥力及pH。参照文献[14]的方法，有机质采用重铬酸钾容量法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用Olsen法测定，速效钾采用乙酸铵浸提法测定，pH采用电位法测定。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003及SAS 9.0对数据进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 减量施用氮肥对甘蓝植株干鲜重的影响

从表3可知，不同处理甘蓝叶球、散生叶和根的鲜重及干重变化。

2.1.1 叶球 鲜重：T3最大，为1.76 kg；T2其次，为1.69 kg；CK1最小，为1.33 kg；T3显著高于除T2外的其余处理，不同减氮量处理(除T5外)均显著高于CK2，CK2显著高于CK1，T1与T4间差异不显著。干重：T3最大，为94.23 g；T2其次，为89.10 g；CK1最小，为72.08 g；T3显著高于其余处理，不同减氮量处理(除T5外)均显著高于CK2，CK2显著高于CK1，T1与T4间差异不显著。

2.1.2 散生叶 鲜重：T3最大，为620.98 g；T2其次，为563.61 g；CK1最小，为423.58 g；T3显著高于其余处理，不同减氮量处理(除T5外)均显著高于CK2，CK2显著高于CK1，T1与T4间差异不显著。干重：T3最大，为44.31 g；T2其次，为40.86 g；CK1最小，为31.08 g；T3显著高于其余处理，T5显著低于CK2，其余减氮量处理(除T4外)均显著高于CK2，CK2显著高于CK1，不同减氮量处理间差异显著。

表3 减量施用氮肥甘蓝植株各部位的干鲜重

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level. The same below.

2.1.3 根 鲜重：T3最大，为23.86 g；T4其次，为21.48 g；CK1最小，为15.60 g；T3显著高于其余处理，不同减氮量处理(除T5外)均显著高于CK2，CK2显著高于CK1，T2与T4间差异不显著。干重：T3最大，为5.35 g；T4其次，为4.87 g；CK1最小，为3.70 g；T3显著高于其余处理，不同减氮量处理(除T5外)均显著高于CK2，CK2显著高于CK1，T1、T2与T4间差异不显著。

总体看，随着氮肥减施比例的增大，甘蓝叶球、散生叶和根的鲜重及干重均呈先升后降趋势。表明，氮肥过多或过少均不利于植株根系的生长，进而影响地上散生叶的生长，最终影响叶球产量。

2.2 减量施用氮肥对甘蓝叶球产量和品质的影响

从表4看出，不同处理甘蓝的产量及Vc与硝酸盐含量的变化。产量：不同处理依次为T3>T2>T1>T4>CK2>T5>CK1，T3最高，为5 878.9 kg/667m2；T2其次，为5 617.7 kg/667m2；CK1最低，为4 447.7 kg/667m2；T3显著高于其余处理，不同减氮量处理(除T5外)均显著高于CK2，CK2显著高于CK1，T1与T4间、CK2与T5间差异均不显著。

Vc含量：不同处理依次为T3>T2>CK1>T1>CK2>T5>T4，T3最高，为44.13 mg/ kg；T2其次，为42.50 mg/ kg；T4最低，为35.47 mg/kg；T3显著高于其余处理，T4显著低于其余处理，不同减氮量处理间差异显著，CK2显著低于CK1，CK1与T1间、CK2与T5间差异均不显著。

表4 减量施用氮肥甘蓝叶球的产量及品质

2.3 减量施用氮肥对甘蓝各部分氮磷钾含量的影响

从表5可知，不同处理甘蓝叶球、散生叶和根氮磷钾含量的变化。

2.3.1 叶球 氮含量：T3最高，为37.39 g/kg；CK2其次，为36.47 g/kg；CK1最低，为32.34 g/kg；T3显著高于其余处理，CK1显著低于其余处理，CK2显著高于T1、T2、T4和T5，T1与T2间、T4与T5间差异均不显著。磷含量：T3最高，为6.64 g/kg；T2其次，为6.23 g/kg；T5最低，为5.18 g/kg；T2与T3差异不显著，二者显著高于其余处理；T1-T4-CK1-CK2间、CK1-T1-T4-T5间差异均不显著。钾含量：T3最高，为42.82 g/kg；T2其次，为41.33 g/kg；CK1最低，为24.78 g/kg；T3显著高于其余处理，CK1显著低于其余处理，T2与T4间、T1-T4-T5间差异均不显著。

2.3.2 散生叶 氮含量：T3最高，为30.80 g/kg；CK2其次，为30.27 g/kg；CK1最低，为25.93 g/kg；T3与CK2差异不显著，二者显著高于其余处理；T1与T2差异不显著，二者显著高于T4与T5；CK1显著低于其余处理。磷含量：T3最高，为4.77 g/kg；T4其次，为4.66 g/kg；CK1最低，为3.37 g/kg；T3显著高于除T2和T4外的其余处理，T2-T4-T5间和T1-CK1-CK2间差异均不显著。钾含量：T3最高，为54.98 g/kg；T2其次，为51.20 g/kg；CK1最低，为21.42 g/kg；T3显著高于其余处理，CK2显著高于除T1、T2和T3外的其余减氮量处理，CK1显著低于其余处理，T2与T4间、T1-T4-T5间差异均不显著。

表5 减量施用氮肥甘蓝各部分氮磷钾的含量

2.3.3 根 氮含量：T3最高，为29.21 g/kg；CK2其次，为27.94 g/kg；CK1最低，为22.94 g/kg；T3显著高于其余处理；CK1显著低于其余处理，CK2显著高于除T3外的其余减氮量处理，T1与T2间和T4与T5间差异均不显著。磷含量：T2最高，为6.05 g/kg；T3其次，为5.74 g/kg；CK1最低，为3.58 g/kg；T2显著高于其余处理，CK1显著低于其余处理，CK2显著高于除T2和T3外的其余减氮量处理，T3与CK2间、T1与T5间、T1与T4间差异均不显著。钾含量：T3最高，为40.62 g/kg；T2其次，为38.35 g/kg；CK1最低，为18.16 g/kg；T3显著高于其余处理，CK1显著低于其余处理，CK2显著高于T4和T5，不同减氮量处理间差异显著，T1与CK2间差异不显著。

2.4 减量施用氮肥对甘蓝收获后土壤pH及养分含量的影响

定植甘蓝前土壤pH及有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量分别为7.37、19.54 g/kg、59.77 mg/kg、46.56 mg/kg和117.75 mg/kg。从表6看出，不同处理土壤pH及有机质和碱解氮等养分含量的变化。pH：CK1最高，为7.77；T3其次，为7.66；T5最低，为7.42；CK1显著高于其余处理，CK2显著高于除T3外的其余减氮量处理，除T3外的其余减氮量处理间差异不显著；不同处理均高于甘蓝定植前。有机质：T3最高，为24.51 g/kg；T4其次，为22.44 g/kg；CK1最低，为18.63 g/kg；T3显著高于其余处理，CK1显著低于其余处理，CK2、T1及T5间差异不显著；除CK1低于定植前外，其余处理均高于定植前。碱解氮：T3最高，为67.73 mg/kg；T4其次，为64.21 mg/kg；CK1最低，为52.43 mg/kg；T3显著高于其余处理，CK1显著低于其余处理，CK2显著低于不同减氮量处理，T1与T5间差异不显著；CK1、CK2、T1和T5低于定植前，T2、T3和T4均高于定植前。有效磷：T3最高，为94.45 mg/kg；T2其次，为90.21 mg/kg；CK1最低，为67.48 mg/kg；T3显著高于其余处理，CK1显著低于其余处理，CK2显著低于不同减氮量处理，T1与T2间差异不显著；不同处理均高于定植前，且差异显著。速效钾：T3最高，为199.19 mg/kg；T4其次，为190.55 mg/kg；CK1最低，为79.35 mg/kg；T3显著高于其余处理，CK1显著低于其余处理，CK2显著低于不同减氮量处理，不同减氮量处理间差异显著；CK1和CK2低于定植前，不同减氮量处理均高于定植前。

表6 减量施用氮肥甘蓝收获后的土壤养分含量

3 讨论与结论

氮是作物生长发育过程中需求量最大的营养元素，是限制植物生长和发育的关键因素，是决定产量的主要因素。施用氮肥是促进蔬菜生长、产量增加的有效措施[15]。适量施用氮肥可提高作物产量，过多或过少施用氮肥会导致其利用率和作物增产效果降低[16]。施氮可改变作物对氮素的吸收、积累与分配，从而影响作物干物质积累、叶面积指数、叶绿素含量、生育周期以及库源关系，最终改善品质，提高产量[17-18]。何志学等[19]研究发现，在一定施氮量范围内，辣椒单果质量随施氮量的增加而增加，当超过一定施氮量时反而抑制辣椒果实的膨大，进而影响产量。黄璐璐等[20]研究表明，青菜产量随着施氮量的增加而增加，当超过一定施氮量时其产量反而降低。贾豪语等[21]研究发现，随氮肥量的增加，花椰菜产量呈先升后降趋势。张明科等[22]通过氮肥减量追施试验发现，减量施用氮肥并未使甘蓝减产，反而呈不同程度的增产。熊亚梅等[10]研究发现：随着施氮量的增加，甘蓝产量呈先升后降趋势。研究结果表明，随着氮肥减施比例的增加，甘蓝叶球、散生叶、根的干鲜重及产量总体呈先升后降趋势。其中，施氮量减少20%时，植株叶球鲜重、产量达最大。与李俊良等[23-24]在大白上的研究结果一致。在苹果[25]、甘薯[26]和油菜[27]上也得到类似的结果。合理减氮后甘蓝产量增加，可能是一定量的氮肥能够提高植株叶片中叶绿素的含量和植株的光合能力，最终促进植株生长，产量增加[28]。高氮素供应导致产量下降，原因可能是作物吸收和利用其他营养元素时氮素与其产生协同或拮抗作用所致，或者是土壤中过高的氮素抑制了根系活力，使根系的吸收能力下降[29]。

可溶性蛋白、Vc及可溶性糖含量是反映蔬菜品质的重要指标，其含量的高低决定蔬菜的口味和营养价值。施肥量对蔬菜品质有显著影响，硝酸盐含量是评价蔬菜卫生品质的重要指标之一[30]。氮肥用量与蔬菜体内亚硝酸盐和硝酸盐含量关系密切。氮肥用量和蔬菜体内硝酸盐含量呈显著的正相关，过量施用氮肥，可导致蔬菜营养品质下降，硝酸盐积累增加[31]。人体摄取的硝酸盐81.2%来自于蔬菜，且积累的硝酸盐在体内容易转化成亚硝酸盐，导致细胞癌变，亚硝酸盐可与血红蛋白结合，使其丧失携氧能力，使人患高铁血红蛋白症[32]。随着氮肥施用量的增加，辣椒果实的可溶性蛋白、可溶性糖等含量下降，硝酸盐含量上升，影响辣椒果实的品质[33]。也有研究结果表明，在一定的施氮量范围内，随施氮量的增加，辣椒果实的Vc、可溶性糖和可溶性蛋白质含量也随之增加，当超过一定量时，其含量反而随之降低，而硝酸盐含量与施氮量成正相关关系，随着施氮量的增加而增加，并且施氮处理的硝酸盐含量显著高于不施氮肥[19]。张苗等[28]研究发现，化学氮肥的施用可提高白菜硝酸盐的含量，施肥量越高硝酸盐含量越高，而亚硝酸盐的含量变化相反，其含量有所下降。研究结果表明，随着氮肥减施比例的增大，硝酸盐含量逐渐降低，施氮处理显著增加甘蓝叶球硝酸盐含量，与不施肥相比差异显著。与熊亚梅等[10，34]在黄瓜上的研究结果一致。黄璐璐等[20]发现，随着施氮量的增加，青菜叶片中亚硝酸盐含量持续上升，过量施用氮肥导致亚硝酸盐含量明显增加。可能是施氮量超过一定程度时，大量的氮素打破了植株体内的碳氮代谢平衡，影响有机物质的积累，氮代谢受到抑制，使其品质下降。研究结果表明，随着施氮比例的减少，Vc含量呈先增后减趋势，其中施氮量减少20%时，甘蓝叶球Vc含量最高。与熊亚梅等[10]研究结果一致。唐龙等[25]研究发现，高氮水平下Vc含量降低，低氮水平苹果Vc含量提高。可见，不同种类作物生长特性及栽培条件的差异等原因可能导致Vc含量不一致，具体原因有待进一步研究验证。

优质的土壤条件对植物生长至关重要，不同施肥量对其影响较大，而合理的施肥量能改善土壤环境，对植物吸收养分、保证产量具有重要作用[35-36]。张苗等[28]研究表明，随着施氮量的增加，植株总氮、总磷和总钾含量提高[28]。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 270 kg/hm2时，植株吸收的氮磷钾均最高，氮肥继续增加，吸收的氮磷钾反而降低[20]。程玉等[37]研究发现，随着施氮量增加，火龙果枝条内氮磷钾吸收量为钾>氮>磷，植株地上部吸收的氮钾含量逐渐增加，磷含量逐渐减少。试验结果表明，随着氮肥减施比例的增大，甘蓝叶球氮磷钾含量呈先减后增再减趋势，当施氮量减少20%时，叶球中氮磷钾含量最大。散生叶和根对氮磷钾的吸收量与叶球类似。究其原因：可能是减少氮肥用量，使土壤酶活性提高，从而提高了氮磷钾肥的利用率[38]。或是过量使用氮肥会降低土壤脲酶及蔗糖酶活性，使植物对养分吸收减少[39-40]。张雅楠等[41]研究发现，减施氮肥可使水稻土壤碱解氮、有效磷和速效钾降低。试验结果表明，随着氮肥减施比例的增大，土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量呈先增后减趋势，施氮量减少20%时达最大。可能是适量施用氮肥改善了土壤碳氮比，优化了土壤微生物环境，加速土壤有效氮磷钾的生成[42]。具体原因有待进一步深入研究。

综合考虑产量、品质、植株养分含量及土壤养分等指标，氮肥减施20%时，甘蓝综合指标最好，在当地优质甘蓝栽培常规施肥的基础上，追肥时以减施氮肥20%为宜。