叢枝菌根真菌對基質栽培葉用萵苣和菠菜氮肥用量的減施效果

周佳琦 張 鈺 張夢燚 薄 宇 季 為 孫 錦

（南京農業大學園藝學院，江蘇南京 210095）

我國氮肥施用量居世界前列（宋亞娜 等，2017），單位面積平均施用化肥量遠超世界平均水平（靳前龍 等，2018）。過量施用氮肥不僅無法增產，還會造成土壤酸化、地力下降、地下水污染等環境危害。此外，過量施用氮肥導致作物內累積的硝酸鹽會在人體中被細菌還原為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與血紅蛋白結合會引起高鐵血紅蛋白癥（都韶婷等，2007；王流國和王雪蒙，2016）；在酸性環境中，亞硝酸鹽會與次級胺反應生成亞硝胺，誘導消化系統發生癌變（李智文 等，2005）。

葉菜是一類以新鮮葉片與葉柄為食用部位的蔬菜，富含多種營養成分，是人體內無機鹽和維生素的主要來源（劉俐和方芳，2008）。隨著綠色農業的發展，葉菜類蔬菜越來越受大眾喜愛。我國是世界上最大的蔬菜產銷國，自2012 年以來，蔬菜種植面積及產量逐年增加，葉菜在蔬菜生產中的種植比例也不斷提高（肖體瓊 等，2017），2016 年全國蔬菜種植面積為2 232.83 萬hm2，其中葉菜類蔬菜種植面積高達792.41 萬hm2（廖禺 等，2018）。葉菜的生長點位于葉尖，易于積累營養物質，從土壤中吸收硝酸鹽的能力強（毛青秀 等，2012；汪瑩 等，2016），故植株內硝酸鹽含量顯著高于根菜類、茄果類等其他蔬菜（蓋屏卓 等，2020）。同時，葉菜生長周期短，種植者為獲取高產常不均衡地施用氮肥，這是造成硝酸鹽累積的主要外部因素（李殿波 等，2014）。葉用萵苣（Lactuca sativaL.var.ramoseHort.）與菠菜（Spinacia oleraceaL.）為日常生活中常見的葉菜，生產中氮肥施用過量導致其葉片中硝酸鹽積累過量，長時間食用或危害人體健康，因此如何在不減產并保持品質的條件下減少植株內硝酸鹽含量是葉菜生產中亟待解決的難題。

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizae fungi，AMF）廣泛分布于自然界，能與80%以上的植物形成共生組織——叢枝菌根，宿主為AMF 提供碳源以完成各項生命活動，AMF 也改善宿主生理狀態，促進植株生長、改善宿主品質（Harley &Smith，2008）。研究表明，AMF 的根外菌絲可延展到根外近10 cm（張宇亭 等，2012），大大增加植株的營養吸收面積。一方面，AMF 可與植株共生分泌出多種酶類（Saia et al.，2014）以及有機酸（Tawaraya et al.，2006），促進土壤中P、N 等礦質元素的活化；另一方面，接種AMF 菌劑有助于植株間形成菌絲網絡與菌絲橋（Whitfield，2007），菌絲巨大的表面積能有效提升植株與土壤的相互作用，促進根系活動（Balogh-Brunstad et al.，2008）。AMF 會顯著增加植株對N、P 等元素的吸收（賀超興 等，2006），菌絲橋可以直接轉運從土壤中吸收的N 與P，促進植株對銨態氮與硝態氮的利用（鄒碧瑩和張云翼，2008），將直接吸收的氮素轉運至宿主根系，進而實現氮素營養再分配（Govindarajulu et al.，2005）。AMF 能顯著提高菜豆（李敏 等，1999）和生姜（王維華 等，2003）的產量與氮含量，在促進植物氮吸收、提升氮含量、改善植株產量等方面發揮重要作用，在降低葉菜氮肥施用方面具有巨大潛力。

目前生產中常采用商品基質栽培葉菜，可快速生產出潔凈、綠色的優質葉菜產品。為了保證葉菜生長健壯，商品基質中往往含有大量養分，生產中還要根據植株生長情況適當補充養分，一般追肥時先將適量氮肥溶解于水中，然后采用水肥一體化施肥機噴灌或滴灌，但氮肥追施量往往超標，不僅造成浪費，而且還會增加葉菜硝酸鹽含量超標的風險。本試驗以葉用萵苣和菠菜為材料，采用穴盤栽培方式，探討AMF 對葉菜氮肥用量的減施效果，以期為AMF 在葉菜高品質栽培中的應用提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試葉用萵苣（Lactuca sativaL.var.ramoseHort.）品種為綠領四季生菜（南京綠領種業有限公司生產），菠菜（Spinacia oleraceaL.）品種為圓葉菠菜（山東威爾種子有限公司生產），種子均購自市場。供試氮肥為酰胺態氮肥尿素，純氮含量46.7%。栽培基質為商品基質產品（江蘇興農基質科技有限公司生產），pH 7.37，EC 值4.56 mS·cm-1，有效N 含量0.48 mg·g-1、有效P 含量0.26 mg·g-1、有效K含量7.91 mg·g-1。供試AMF菌劑（淮安柴米河農業科技股份有限公司生產）為混合型叢枝真菌，含有Acaulospora morrowiae、Glomus clarum等，孢子密度為45 個·g-1。栽培容器為15孔塑料穴盤，外圍尺寸540 mm × 280 mm，單穴高度75 mm，上口徑95 mm，下口徑60 mm，單孔容積400 mL。

1.2 試驗方法

試驗于2019 年2 月至2021 年4 月分別在南京農業大學牌樓試驗基地（東經118.86°，北緯32.02°）和人工氣候室開展。

1.2.1 葉用萵苣與菠菜適宜氮肥用量的篩選試驗 將葉用萵苣和菠菜種子在溫水中浸泡7～8 h，取出后用濕潤紗布包裹，置于22～25 ℃溫度下催芽，待80%以上種子露白后播種至15 孔穴盤，置于塑料大棚內育苗。育苗期間晝/夜溫度為25℃/14 ℃，空氣相對濕度60%～70%，光周期14 h/10 h（晝/夜）。試驗設置8 個氮肥用量（純氮）處理，每個處理3 次重復，每個重復15 株，每種蔬菜播種24 盤。葉用萵苣8 個氮肥追施量處理如下：4.7（N1）、6.0（N2）、7.3（N3）、8.7（N4）、10.0（N5）、11.3（N6）、12.7（N7）、14.0（N8）kg·hm-2；菠菜8 個氮肥追施量處理如下：6.0（N1）、8.0（N2）、10.0（N3）、12.0（N4）、14.0（N5）、16.0（N6）、18.0（N7）、20.0（N8）kg·hm-2。待幼苗長出子葉后，將上述純氮用量的尿素以0.1%～0.3%的比例溶于水，先后隔10 d 分2 次在植株根際隨機取3 點注入。保持基質濕潤，定期在植株周圍松土，保持土壤透氣性。播種40 d 后取樣，每個處理隨機取樣5株，測定植株的生長指標、硝酸鹽含量、可溶性糖含量以及VC 含量，采用隸屬函數法綜合評估各項指標，篩選出葉用萵苣與菠菜長勢最優時對應的氮肥追施量。

1.2.2 葉用萵苣與菠菜適宜AMF 用量的篩選試驗 AMF 菌劑接菌量設置5 個處理，分別為100（A1）、125（A2）、150（A3）、175（A4）、200（A5）g·kg-1，以不加AMF 菌劑（A0）為對照。將AMF菌劑與高溫滅菌基質混勻后裝入15 孔穴盤，80%以上種子露白后淺播，每個處理3 次重復，每個重復15 株。塑料大棚內育苗，育苗期間光周期為14 h/10 h（晝/夜），晝/夜均溫為26 ℃/15 ℃，空氣相對濕度為60%～75%，每隔2 d 澆灌1 次清水，保持供水充足。播種40 d 后取樣，每個處理隨機取樣5 株，測定植株的生長指標、硝酸鹽含量、可溶性糖含量和VC 含量，采用隸屬函數法分析篩選出葉用萵苣和菠菜長勢最優時對應的AMF 用量。

1.2.3 AMF 對葉菜氮肥用量的減施效果試驗 在基質中加入1.2.2 篩選出的適宜AMF 用量，以

1.2.1 篩選出的2 種蔬菜生長量最大時對應的氮肥追施量為對照（C0），分別減少20%（C1）、40%（C2）、60%（C3）、80%（C4）、100%（C5）的氮肥追施量，即葉用萵苣6 個氮肥處理分別為：C0（6.0 kg·hm-2氮肥）、C1（4.8 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF）、C2（3.6 kg·hm-2氮肥 +200 g·kg-1AMF）、C3（2.4 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF）、C4（1.2 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF）、C5（200 g·kg-1AMF）；菠菜6 個氮肥處理分別為：C0（8.0 kg·hm-2氮肥）、C1（6.4 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF）、C2（4.8 kg·hm-2氮肥 +175 g·kg-1AMF）、C3（3.2 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF）、C4（1.6 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF）、C5（175 g·kg-1AMF）。每組處理3 次重復，每個重復15 株。播種后置于人工氣候室，晝/夜溫度25 ℃/15 ℃，光周期14 h/10 h（晝/夜），白天平均光照強度為400 μmol·m-2·s-1。播種35 d后取樣，每個處理隨機取樣5 株，測定全株鮮質量。

1.3 測定指標及測定方法

1.3.1 生長指標 植株用清水沖洗根部并用吸水紙吸去多余水分，用電子天平測定全株鮮質量，然后裝入信封置于105 ℃烘箱中殺青30 min，將烘箱溫度調至75 ℃，烘干至恒重后測定全株干質量。

1.3.2 品質指標 每個處理隨機取樣5 株，每株取1～2 片葉片，混合后測定。可溶性糖含量采用蒽酮比色法（Ryckov，1966）測定，VC 含量采用紫外快速滴定法（李澤鴻 等，2011）測定，硝酸鹽含量采用水楊酸法（李合生，2000）測定。

1.4 數據處理

1.4.1 數據統計 采用SPSS 統計軟件（IBM SPSS statistics 25，Chinese version）與Microsoft Excel 2007 進行數據分析，采用Duncan’s 多重比較法進行差異顯著性分析（P＜0.05），采用Origin 2020作圖。

1.4.2 綜合評價 隸屬函數法可對多指標進行綜合評估，消除單一指標評價的片面性，使供試材料的各項指標具有可比性，客觀合理地反映評估對象的綜合價值。隸屬函數平均值越大說明綜合價值越高。

與生長和品質呈正相關的指標（如全株鮮質量、全株干質量、可溶性糖含量、VC 含量等）采用隸屬函數公式：

與生長和品質呈負相關的硝酸鹽含量采用隸屬函數公式：

其中，Uij是i處理中j指標的隸屬函數值；Xij為第i個處理的第j個指標測定值；Xmin與Xmax分別為品種中此指標的最小值與最大值；Ui是第i個處理各項指標的平均隸屬函數值。

2 結果與分析

2.1 氮肥對葉用萵苣和菠菜生長與品質的影響

2.1.1 氮肥追施量對葉用萵苣和菠菜生長的影響 如圖1 所示，8 個不同氮肥用量處理下，隨著氮肥用量的增加，葉用萵苣與菠菜的全株鮮質量、全株干質量均呈現先升高后降低的趨勢，其中葉用萵苣在N6（11.3 kg·hm-2）處理下全株鮮質量、全株干質量均最大，菠菜全株鮮質量、全株干質量均在N5（14.0 kg·hm-2）處理下最大。

2.1.2 氮肥追施量對葉用萵苣和菠菜品質的影響 如圖2 所示，隨著氮肥用量的增加，葉用萵苣可溶性糖含量持續降低，而菠菜可溶性糖含量持續升高；葉用萵苣硝酸鹽含量呈現先減后增的趨勢，菠菜趨勢相反，二者分別在N6、N8處理下最低；葉用萵苣與菠菜VC 含量變化趨勢與硝酸鹽含量的變化趨勢相似，分別在N1、N2處理下最高。

2.1.3 氮肥追施量對葉用萵苣和菠菜隸屬函數值的影響 分別對葉用萵苣與菠菜全株鮮質量、全株干質量和品質指標的隸屬值求平均值，平均值越高則說明綜合價值越高，平均隸屬函數值最大的組排序為1。綜合分析可知（表1、2），在8 個不同氮肥追施量處理下，葉用萵苣與菠菜隸屬函數平均值最大的處理均為N2處理。因此，在基質栽培條件下，葉用萵苣最佳氮肥追施量為6.0 kg·hm-2，菠菜最佳氮肥追施量為8.0 kg·hm-2。

表1 氮肥追施量對葉用萵苣隸屬函數值的影響

表2 氮肥追施量對菠菜隸屬函數值的影響

2.2 AMF 用量對葉用萵苣和菠菜生長與品質的影響

2.2.1 AMF 用量對葉用萵苣和菠菜生長的影響 圖3 顯示，隨著AMF 用量的增加，葉用萵苣全株鮮質量呈現先升高后降低的趨勢，而全株干質量呈先降低后升高的趨勢；菠菜全株鮮質量與全株干質量均呈先升高后略微降低趨勢。其中，葉用萵苣全株鮮質量在A3處理下最高，全株干質量在A5處理下最高；菠菜全株鮮質量與全株干質量分別在A4和A2處理下最高。

2.2.2 AMF 用量對葉用萵苣和菠菜品質的影響 由圖4 可以看出，隨著AMF 用量的增加，葉用萵苣可溶性糖含量呈現先減少后增加的趨勢，菠菜則呈現持續升高趨勢，二者分別在A4、A3處理下最高；葉用萵苣的硝酸鹽含量先減后增，而菠菜硝酸鹽含量呈現持續降低趨勢，二者均在A3處理時最低；葉用萵苣VC 含量先降低后升高，而菠菜VC 含量呈先升高后降低趨勢，分別在A5、A4處理下達到最大值。

2.2.3 AMF 用量對葉用萵苣和菠菜隸屬函數值的影響 表3、表4 數據表明，當AMF 菌劑接菌量為200 g·kg-1（A5 處理）時，葉用萵苣的隸屬函數值平均值最大；當AMF 菌劑接菌量為175 g·kg-1（A4 處理）時，菠菜的隸屬函數值平均值最大。

表3 AMF 用量對葉用萵苣隸屬函數值的影響

2.3 AMF 對葉用萵苣和菠菜氮肥用量的減施效果

如圖5 所示，隨著AMF 替代氮肥比例的增加，葉用萵苣和菠菜的全株鮮質量均呈現先升高后降低的趨勢。當減施40%氮肥時葉用萵苣全株鮮質量最大，且與對照差異顯著；減施60%氮肥時菠菜全株鮮質量最大，并且顯著高于對照。說明在基質栽培條件下，AMF 可替代葉用萵苣40%的氮肥用量（減施方案為3.6 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF），可替代菠菜60%的氮肥用量（減施方案為3.2 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF）。也就是說，AMF 可減施葉用萵苣40%、菠菜60%的氮肥施用量。

3 討論與結論

氮素是植物的必需營養元素，影響植株體內各生理生化反應，在干物質積累、產量提升等方面發揮不可替代的作用。在一定范圍內，作物產量與品質均隨氮用量的增加而提升，適宜的氮肥用量可促進植株營養生長，塑造高效的葉片結構（呂麗華等，2008），提升植株光合效能，進而促進植株的干物質積累、營養吸收以及產量提升。當氮肥施用過量時，氮素利用率下降（張偉 等，2016），根系吸水能力降低，氣孔關閉，葉綠素含量減少（李靜等，2016），光合作用減弱，植株生長受到抑制。同時，土壤中未被利用的氮素還會造成土壤酸化與水體富營養化。本試驗結果表明，隨著氮肥追施量的增加，葉用萵苣與菠菜的全株鮮質量均呈現先增加后減少的趨勢，與前人研究結論（孔德工 等，1999；孫治強 等，2007；劉舒婭 等，2015）基本一致。目前研究發現，可以采用科學的環境調控措施和優化的施肥模式等農藝措施（郭麗娜 等，2005；孫治強 等，2005；黃東風 等，2009）、有機無機肥配施（廉華 等，2006；盧樹昌 等，2015；王煌平 等，2016）、新型肥料或發酵物配施（史雅娟 等，2002；張百俊 等，2009）等手段減少氮肥施用量，在不降低產量的情況下提升作物品質。

AMF 是一類常見真菌，在控制氮肥用量方面有較大潛力，目前已有研究表明AMF 能顯著增加生菜（馮希環 等，2016）、黃瓜（任志雨 等，2008）、胡蘿卜（Affokpon et al.，2011）等蔬菜的生物量。本試驗采用基質栽培，通過添加5 種不同用量的AMF 菌劑發現，適量的AMF 菌劑對葉用萵苣與菠菜的生長與品質均有提升作用。近年來研究發現，AMF 可促進宿主營養吸收（李敏和劉潤進，2000）與光合作用（賀忠群 等，2008），改善宿主碳源狀況，增加干物質積累。接種AMF 后的洋蔥根系中谷氨酰合成酶（GS）和硝酸還原酶（NR）活性均有提升（Azcón &Tobar，1998），說明AMF可通過調節酶活性提高氮同化。AMF 還能夠通過改變植株內源激素水平調節植株代謝（Susan &Denis，2000），進而對植株生長發育產生影響。可見，AMF 在促進氮素吸收與生物量累積方面具有巨大潛力，能為氮肥減施提供新的可能性。本試驗結果表明，基質栽培條件下，在不降低葉用萵苣和菠菜全株鮮質量的前提下，基質中分別添加200 g·kg-1和175 g·kg-1AMF 可減少葉用萵苣40%和菠菜60%的氮肥用量，即葉用萵苣氮肥減施方案為3.6 kg·hm-2氮肥+200 g·kg-1AMF，菠菜氮肥減施方案為3.2 kg·hm-2氮肥+175 g·kg-1AMF 時，植株生長不受影響，證實了AMF 具有減施葉用萵苣和菠菜氮肥施用量的潛力，為葉用萵苣和菠菜高品質栽培提供了新途徑。