小白菜高產優質高效施用氮肥的研究

趙長盛 蘇欣 胡承孝 黃魏

（華中農業大學資源與環境學院，湖北武漢，430070）

小白菜高產優質高效施用氮肥的研究

趙長盛 蘇欣 胡承孝 黃魏

（華中農業大學資源與環境學院，湖北武漢，430070）

本試驗以小白菜為供試材料，通過田間小區試驗，研究了氮肥施用量對小白菜產量和品質的影響以及生長期范圍內小白菜品質隨時間的變化。結果表明，施氮量為270 kg/hm2時，小白菜的產量最高，且與施氮量呈顯著相關（R2=0.9823）。隨著施氮量的增加，小白菜的硝酸鹽含量、葉綠素指數、含氮量和含水量逐漸增加；而抗壞血酸（VC）、可溶性糖、可溶性蛋白、可滴定酸含量、糖酸比則逐漸降低。綜合產量和品質等各項因素，小白菜的最佳施氮量為180～270 kg/hm2。在整個生長過程中，小白菜VC、可溶性糖、含水量、葉綠素指數（SPAD值）為先增加后降低；相對于高氮處理來說，低氮處理的變化較大。

氮肥施用量 小白菜 產量 品質

近年來，隨著我國蔬菜產業的發展，蔬菜種植面積不斷加大。2004年我國蔬菜種植面積達17650萬hm2，占耕地總面積的11.4%，產量達5.51億t，是繼谷物之后的第2大種植作物[1]，蔬菜在農業生產和人類營養方面起著重要的作用。隨著人們生活水平的提高，人們對優質蔬菜的市場需求也日益增加。綠葉蔬菜的產量和品質與氮肥施用是否合理關系密切[2～3]。

蔬菜的氮肥施用量一般都要高于糧食作物，除內蒙古外，所有省市蔬菜化學氮肥投入量都在250 kg/hm2以上，有6個省市還超過400 kg/hm2，而且蔬菜通過有機肥施入的氮也高于糧食作物，多數省市蔬菜通過有機肥施入的氮肥量達100 kg/hm2。然而，我國化學氮肥的當季利用率僅為30%～35%，氮肥的損失率可能為30%～50%，據此推算，我國每年從農田中損失的氮肥近1000萬t，相當于損失近2000萬t尿素[4]。同時，人們為了獲得更高的蔬菜產量，超量施用氮肥，致使土壤養分失衡、產量下降、蔬菜硝酸鹽積累，風味變劣，并且對人的健康和生態環境構成了潛在的威脅[5]。因此，提高蔬菜產量和品質，降低氮肥的施用量是蔬菜施肥工作者面臨的一道難題。

本試驗以小白菜為材料，通過田間試驗，對不同氮水平下小白菜的產量和品質以及生長期內小白菜品質隨時間的變化進行了初步探討，以期為蔬菜的科學施肥提供理論依據，從而經濟有效地指導農業生產。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2004-2005年在華中農業大學資源與環境學院試驗田內進行，小區面積16 m2。試驗地土壤基本理化性質見表1，以小白菜（Brassica campestrisssp.Pekinensis）為供試蔬菜，品種為上海青；2004年10月22日播種，11月12日第3片真葉出現時定苗，株距5 cm，行距20 cm；2005年1月4日收獲，全生育期74 d。

1.2 試驗處理

試驗設置5個氮水平，各處理氮肥施用量分別為：0，90，180，270，360 kg/hm2，其中基肥占40%，追肥60%，分別在小白菜播種后30 d和50 d分2次追施，每次追30%。各處理的磷、鉀肥用量相同，分別為120 kg/hm2（P2O5）和180 kg/hm2（K2O），并作為基肥一次性施入。試驗所用的肥料：氮肥為尿素（N，46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5，12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O，50%）。試驗采用隨機區組設計，3次重復。

表1 供試土壤基本農化性質

圖1 氮肥施用對小白菜產量的影響

圖2 氮肥施用量對小白菜氮肥吸收量（a）和氮肥利用率（b）的影響

1．3 試驗方法

收獲時，每個小區采集4．2 m2測定產量，小白菜的產量以鮮質量表示，同時用SPAD儀在小區內均勻選取20個點測定小白菜的SPAD值，測定部位為從上部開始第1片完全展開葉中部。每個小區均勻采取500 g左右植物樣品放入塑料袋中，標記密封后放在冰盒中帶回實驗室，用水沖洗干凈，迅速切碎混勻，放入-20℃冰箱中保存，以測定硝酸鹽、VC、可溶性糖、可溶性蛋白、可滴定酸含量等指標。同時，取部分植株樣品放入干凈的信封中放入烘箱，在105℃鼓風條件下殺青30 min，然后在60℃下烘干至恒重，用來測定小白菜的含水量和制備小白菜干物質樣品。

在小白菜播種后25，39，57 d，每個小區取20株（采樣方法同上）測定小白菜VC、可溶性糖、含水量和全氮含量，并且在播種25 d后每周測定1次小白菜葉片SPAD值。

小白菜各項指標的測定在采樣后的一周內測定完成。全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮，流動分析注射儀測定（FIAstar 5000，Foss公司，瑞典）；VC含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可滴定酸含量采用酸堿中和法；可溶性蛋白含量采用G-250染色法測定；硝酸鹽含量的測定用改進的紫外分光光度法[6]；SPAD值用SPAD-502（日本Minolta公司生產）葉綠素采集儀測定。

2 結果與分析

2．1 不同氮素水平對小白菜產量的影響

如圖1所示，小白菜施氮量為270 kg/hm2時產量最高，為42458 kg/hm2；而對照條件下，小白菜產量僅為4800 kg/hm2，各施氮處理小白菜的產量順序為：N270＞N360＞N180＞N90＞N0。可見，在一定的施氮范圍內（0～270 kg/hm2），小白菜產量隨著施氮量的增加而增加，但當施氮量增加到一定的程度后（＞270 kg/hm2）再增加施氮量，小白菜產量反而降低，這與劉宏斌等[7]的研究結果一致。在本試驗中小白菜產量最高時，與空白對照相比平均每1 kg氮肥增產115 kg。

在本試驗中，小白菜施氮量（X）與產量（Y）的關系符合一元二次方程：Y＝－0．357X2+230．25X+ 3148．47（R2＝0．9823），由此方程可計算出當施氮量為323．44 kg/hm2時，小白菜產量最高為40274 kg/hm2，而當施氮量高于此值時，只能造成投入的增加和經濟效益的下降，這與小白菜等葉菜類蔬菜的生長吸收和土壤氮素供應的關系有關[8]。

2．2 不同施氮水平對小白菜氮素吸收量的影響

由圖2a可知，在試驗范圍內小白菜氮素的吸收量（Y）隨著氮肥施用量（X）的增加而增加，二者符合一元二次方程：Y＝-0．0006X2+0．4399X+11．86（R2＝0．9985）。當施氮量為360 kg/hm2時，小白菜的氮素吸收量最高，約為92．08 kg/hm2，由方程計算出的氮素吸收量為92．70 kg/hm2，說明此方程可以模擬菜地中氮肥的吸收量。

表2 收獲時氮肥施用量對小白菜主要品質指標的影響

由圖2b可知，不同施氮處理90，180，270和360 kg/hm2中，氮肥的表觀利用率分別為：37.4%，32.7%，28.2%和22.2%，氮肥的利用率隨著氮肥施用量的增加而降低。在施氮量為360 kg/hm2時，小白菜的氮肥吸收量最高，為92.08 kg/hm2，而氮肥的利用率最低，僅22.2%，說明在此條件下小白菜對氮肥的奢侈吸收導致最高產量與氮肥的最大需求量不一致，造成氮肥的浪費。

2.3 施氮量對小白菜品質的影響

由表2可知，隨著施氮量的增加，小白菜中硝酸鹽的含量明顯增加，在施氮量為360 kg/hm2時，硝酸鹽含量達到5609.38 mg/kg，為對照條件下硝酸鹽含量的20多倍，采用LSD法進行多重比較，表明不同施氮水平間硝態氮含量達到顯著水平。在本試驗中，氮肥施用量增加是小白菜硝酸鹽含量增加的主要原因。隨著氮肥用量的增加，小白菜的SPAD值逐漸增加。對照條件下SPAD值為42.20個單位，而高氮處理（360 kg/hm2）則達到57.20個單位；各施氮處理分別比對照增加：21.09%，27.57%，33.10%，35.55%，除90 kg/hm2處理外，其他3個處理間沒有顯著性差異。小白菜VC含量以對照的最高，為890.01 mg/kg，在270 kg/hm2處理條件下VC含量明顯低于其他施氮水平，施氮量過多對小白菜VC有負面影響。小白菜的可溶性糖含量也以對照處理最高，達到 4.17%，分別比其他處理高 31.11%，58.09%，60.11%和62.40%，施氮處理間差異不顯著。可溶性蛋白以對照處理最高為5.88 mg/g，分別比其他處理高10.98%，23.08%，48.44%，41.04%，在270 kg/hm2時可溶性蛋白含量達到最低，除90 kg/hm2處理外，其他3個處理間沒有顯著性差異。可滴定酸在對照條件下含量最高，為0.183%，分別比其他處理高3.77%，25.00%，34.14%和37.49%，同樣，除90 kg/hm2處理外，其他3個處理間沒有顯著性差異。糖酸比在對照處理條件下最高，為22.97，分別比其他4個施氮處理高24.84%，25.66%，17.65%和17.4%，不同處理間差異不顯著。小白菜含水量在一定施氮量范圍內隨著施氮量的增加而增加，在270 kg/hm2時達到最大值，為93.77%，隨后隨施氮量增加含水量下降。這可能就是VC和可溶性蛋白含量在施氮量為270 kg/hm2時最低的原因之一，由于稀釋作用而使其含量降低。小白菜干物質含氮量隨著施氮量的增加而增加，但增加到一定水平后變化不明顯，不同氮肥處理含氮量分別比對照處理高出14.25%，43.22%，71.75%和62.75%，在施氮量為270 kg/hm2時小白菜干物質含氮量最高，這可能與在適合的氮肥施用量下，小白菜對氮肥的利用轉化率較高有關。

綜上所述，隨著施氮量的增加小白菜中硝酸鹽含量，干物質含氮量和SPAD值逐漸增加，而VC、可溶性糖、可溶性蛋白和可滴定酸含量則顯著下降。由此可知，氮肥水平較低時，施用氮肥對改進提高小白菜品質有利，但過量施用氮肥反而使小白菜品質下降。因此控制氮肥施用量是改善小白菜品質的主要措施之一。

2.4 不同施氮水平下，小白菜品質隨時間的變化

如圖3a所示，在整個生長期內各處理小白菜VC含量均呈現先增加后降低的趨勢。在39 d時達到最高值，隨后各處理的變化不同，但總體呈現下降趨勢。處理270 kg/hm2下降最快，收獲時VC含量最低；對照和90 kg/hm2處理VC含量要高于其他3個施氮處理；180 kg/hm2處理和360 kg/hm2處理在39 d時下降，但57 d后略有上升。綜上所述，施用氮肥能降低小白菜中VC含量，并且隨產量的增加而降低。在本試驗中小白菜產量與VC的含量呈顯著性負相關，相關系數為：r=-0.8786（n=14，r0.01=0.623）。

由圖3c可知，可溶性糖含量在整個生長期內，對照、90 kg/hm2和180 kg/hm2處理均為先增加后降低，并且降低的幅度隨著產量的增加逐漸減小，在57 d時小白菜可溶性糖含量最高，并且可溶性糖含量高于270，360kg/hm2兩個處理；270，360kg/hm2處理可溶性糖含量隨時間推移不斷上升，但兩處理間差異不顯著。

圖3 不同施氮水平下小白菜VC（a）、SPAD值（b）、可溶性糖（c）、含水量（d）、干物質含氮量（e）和硝態氮含量（f）隨時間的變化

小白菜SPAD值在生長期內先增加后降低，并且高氮肥處理SPAD值要高于低氮肥處理，說明氮肥水平對小白菜SPAD值影響較大（圖3b）。小白菜含水量不同處理間變化不同，對照處理一直呈現下降趨勢，其他施氮水平變化基本上呈現先增加后降低的趨勢，最高值出現在播種后57 d，其中270 kg/hm2處理含水量最高，180，360 kg/hm2處理次之，但差異很小，這說明氮肥施用量在一定范圍內能增加小白菜對水分的吸收，過量施用則抑制對水分的吸收（圖3d）。小白菜干物質含氮量在對照和90kg/hm2兩個處理中呈現先降低后增加的趨勢，而其他3個施氮處理，則一直呈現下降趨勢（圖3e）。硝酸鹽含量在低氮處理（對照，90，180 kg/hm2）時隨時間的推移而降低，而高氮處理（270，360 kg/hm2）則上升（圖3f）。

3 討論

試驗結果表明，氮素水平較低時，小白菜產量隨著氮肥供應量的增加而增加，但當氮肥施用量達到一定程度后，繼續增加施氮量小白菜生長會受到抑制，產量下降。小白菜在施氮量為270 kg/hm2時小白菜的產量最高，與對照相比每 1 kg氮肥增產115 kg。小白菜產量與氮肥施用量符合方程Y=-2891.5X2＋26505X-20465（R2=0.9823），而小白菜氮肥吸收量與氮肥施用量符合方程Y＝-0.0006X2+0.4399X+ 11.86（R2＝0.9985）。由二次方程計算得出，施氮量為323.44 kg/hm2時小白菜產量最高，此時氮肥的利用率為24.51%，高于氮肥施用量為360 kg/hm2時的產量和氮肥利用率。由此可知，在氮過量的情況下，小白菜的生長會受到嚴重抑制。王朝輝等[9]也認為氮肥是獲得蔬菜作物高產的保證，但是氮肥施用量過高反而降低增產效益，甚至引起減產。

小白菜對氮肥的吸收隨著氮肥施用量的增加而增加，試驗中在施氮量為360 kg/hm2時小白菜對氮肥的吸收量達到最高。小白菜對氮肥的吸收效應與產量效應相似，但出現峰值要晚，說明小白菜對氮肥有明顯的奢侈吸收現象。由模擬方程計算出小白菜在施氮量為367.70 kg/hm2時氮肥吸收量最高，為92.73 kg/hm2，氮肥利用率為21.88%。而超過此氮肥施用量，氮肥的利用率則隨著施氮量的增加而減小。由此可以看出，供應充足的氮素是滿足小白菜正常生長獲得較高產量的保證，而過高的氮素供應易造成植物的奢侈吸收、增產幅度和經濟效益下降，甚至造成減產，這與國內的許多試驗結果相吻合[10～11]。

對小白菜收獲時品質的研究發現，其硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而顯著增加，當施氮量達到一定程度后，繼續增加施氮量小白菜的產量減少，而硝酸鹽含量持續增加，這體現了葉菜類蔬菜累積硝酸鹽的典型特點。本試驗中，小白菜硝酸鹽含量在施氮量為270 kg/hm2時已超過國家葉菜類蔬菜硝酸鹽控制標準≤3000 mg/kg（GB19338-2003）。陶正平等[12]對不同氮素水平下小白菜硝酸鹽含量的研究中也得出了相同的結論。Mccall等[13]曾研究發現，氮素是引起硝酸鹽含量增加的主要因素，因此硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而增加。小白菜葉片SPAD值與施氮量的變化趨勢相同，但是后3個氮肥處理間差異不顯著，說明當施氮量達到一定水平后葉綠素的含量變化不再明顯。小白菜干物質含氮量變化與SPAD值變化類似，當施氮量達到一定水平后氮素含量變化不再明顯，并有下降趨勢。可溶性糖、可溶性蛋白、VC、可滴定酸含量、糖酸比均隨著施氮量的增加而降低，并且高氮處理間差異不顯著，這與胡承孝等[14]對小白菜，孫興祥等[15]對菠菜，孫小鳳[16]對油白菜，孫彭壽等[17]對大白菜等的研究結果相似，主要是由于施氮量的增加使植株生長快，代謝旺盛，稀釋效應引起上述品質指標的下降。Chapagain B P等[18]也曾報道氮肥施用量過多可能導致蔬菜抗病、抗逆性以及品質的降低。XU H L等[19]則認為單純的施用化肥已達不到葉菜類蔬菜產量和品質的要求，配合施用有機肥則會取得較好的效果。可見，氮肥施用量增加不僅不能提高蔬菜的品質反而引起品質的下降。

在整個生長期內，小白菜的VC、可溶性糖以及SPAD值出現先增加后降低的趨勢，低氮肥處理的增長趨勢要高于高氮處理，并且在生長后期隨著溫度的降低，低氮肥處理下降較快，而高氮肥處理出現不變或略有上升的趨勢，說明低溫能在一定程度上提高氮水平下小白菜的品質。對小白菜不同生長期內含水量和干物質含氮量的分析表明，高氮肥處理小白菜含氮量和含水量變化不大，而低氮肥處理變化較明顯。硝酸鹽含量表現為，在低氮處理時隨時間推移含量下降，高氮處理則對硝態氮持續吸收，這可能是在低氮水平下小白菜體內硝態氮轉化成蛋白質的原因。

綜上所述，在小白菜生產過程中，合理施用氮肥及適時的采收，既能保證蔬菜產量，也能達到高品質的要求。在本試驗中綜合產量和品質等各項因素，秋季小白菜氮肥施用量為180～270 kg/hm2，小白菜收獲的時期應在小白菜播種后60 d左右。

[1]中國統計年鑒[M].北京:中國統計出版社，2005.

[2]沈明珠.蔬菜硝酸鹽積累的研究[J].園藝學報，1982，9（4）：41-48.

[3]Vieira I S,Vasconcelos E P,Monteiro A A.Nitrate accumulation,yield and leaf quality of turnip greens in response to nitrogen fertilization[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems,1998(51):249-258.

[4]高祥照，馬文奇，杜森，等.我國施肥中存在問題的分析[J].土壤通報，2001，32（6）：258-261.

[5]張新民，李華興，吳文良.氮素肥料對環境與蔬菜的污染及其合理調控的途徑[J].土壤通報，2002，33（6）：471-474. [6]羅雪華，蔡秀娟.紫外分光光度法測定蔬菜硝酸鹽含量[J].華南熱帶農業大學學報，2004，10（1）：13-16.

[7]劉宏斌，李志宏，張維理，等.露地栽培條件下大白菜氮肥利用率與硝態氮淋溶損失研究[J].植物營養與肥料學報，2004，10（3）：286-291.

[8]郭熙盛，吳禮樹.施用氮鉀肥料對蔬菜品質影響的研究進展[J].華中農業大學學報，2002，21（6）：593-598.

[9]王朝輝，李生秀，田霄鴻，等.不同氮肥用量對蔬菜硝態氮累積的影響[J].植物營養與肥料學報，1998，4（1）：22-28.

[10]王朝輝，田霄鴻，李生秀，等.土壤水分對蔬菜硝態氮積累的影響[J].西北農業大學學報，1997，25（6）：15-20.

[11]李俊良，陳新平，李曉林，等.大白菜氮肥施用的產量效應、品質效應和環境效應[J].土壤學報，2003，40（2）：261-266.

[12]陶正平，邊鳴鏑，李夢玲，等.提高氮素水平對小白菜生長及硝酸鹽含量的影響[J].吉林農業大學學報，2001，23（2）：46-49.

[13]Mccall D,Willumsen J.Effects of nitrogen availability and supplementary light on the nitrate content of soil-grown lettuce [J].Journal of Horticultural Science and Biotechnology,1999,74(4):458-463.

[14]胡承孝，鄧波兒，劉同仇.氮肥水平對蔬菜品質的影響[J].土壤肥料，1996（3）：34-36.

[15]孫興祥，王健，周毅，等.不同氮素水平對菠菜生長和品質的影響[J].南京農業大學學報，2005，28（3）：126-128. [16]孫小鳳.不同供氮水平對油白菜產量和品質的影響[J].土壤肥料，2005（4）：11-13.

[17]孫彭壽，李會合，戴亨林.氮鉀肥對葉菜產量和品質的效應[J].西南農業大學學報：自然科學版，2004，26（6）：710-714.

[18]Chapagain B P,Wiesman Z,Zaccai M，et al.Potassium chloride enhances fruit appearance and improves quality of fertigated greenhouse tomato as compared to potassium nitrate[J].Journal of Plant Nutrition,2003,26(3):643-658. [19]Xu H L,Wang R,Xu R Y,et al.Yield and quality of leafy vegetables grown with organic fertilizations[J].Acta Hort(ISHS),2003,627:25-33.

Study on Nitrogen Application for High Yield and Excellent Quality in Chinese Cabbage

ZHAO Changsheng,SU Xin,HU Chengxiao,HUANG Wei
(College of Resources and Environment,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070)

The effect of nitrogen on the yield and quality was studied in Chinese cabbage (Brassica campestris ssp. Pekinensis).The results showed that the yield of Chinese cabbage was the highest in the level of 270 kg/hm2,and there was second correlation between the yield and nitrogen applied (R2=0.9823).The SPAD value and the nitrate,total nitrogen and water content was increased with the nitrogen applied,however the soluble sugar,soluble protein,titratable acid contents and sugar-acid ratio was decreased.As a result the optimal nitrogen applicant was 180-270 kg/hm2.The contents of VC,soluble sugar,water and SPAD value were increased at first and thereafter reduced.And the high nitrogen treatments changes greatly than low nitrogen treatments.

Nitrogen applied;Chinese cabbage;Yield;Quality

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.025

國家“948”項目“氮淋失預測模型引進及其在菜地氮營養管理上的應用”（2003-z54）資助。

趙長盛（1980-），男，博士，主要從事菜地中氮素運移方面的研究

胡承孝，通信作者，電話：027-87287044。E-mail：hucx@mail.hzau.edu.cn

2009-01-03