养分管理对油麦菜氮磷养分利用率及硝酸盐累积的影响

年耀萍， 夏体渊，2， 何明珠， 章君果， 达良俊，3，4

（1.华东师范大学 环境科学系，上海 200062；2.云南省农业科学院 农业环境资源研究所，昆明 650205；3.浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站，浙江 宁波 315114；4.上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室，上海 200062）

养分管理对油麦菜氮磷养分利用率及硝酸盐累积的影响

年耀萍1， 夏体渊1，2， 何明珠1， 章君果1， 达良俊1，3，4

（1.华东师范大学 环境科学系，上海 200062；2.云南省农业科学院 农业环境资源研究所，昆明 650205；3.浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站，浙江 宁波 315114；4.上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室，上海 200062）

在云南滇池流域，采用田间小区试验的方法，研究了不同氮磷养分用量对油麦菜（Lactuca sativa var.ramosa）产量、硝酸盐含量及氮磷养分利用率的影响，以T1～T9分别表示9种处理方法.试验结果表明：① 油麦菜产量以T3（N90P126K180）处理时相对较高，达到28 968.75 kg／ha；硝酸盐含量除T4（N180P126K180）、T5（N270P126K180）和 T8（N180P189K180）外，其余处理污染等级均为四级；综合氮、磷养分利用率两项指标分析，T4（N180P126K180）与T9（N90P63K180）处理下油麦菜的养分利用率较高，分别为17.42%，2.10%与20.14%，2.05%.② 同一钾肥施用量下，适量氮磷肥配施的处理，相应的油麦菜产量、硝酸盐含量及氮、磷养分利用率，在一定程度上优于偏施氮磷肥或过量施肥的处理.因此，控制氮磷肥施用量，合理优化氮磷配比，能提高养分利用率和蔬菜品质，是源头控制农业面源污染的重要途径.

养分管理； 油麦菜； 硝酸盐含量； 氮磷养分利用率

0 引 言

随着人口急速膨胀，农业集约化程度不断提高，农业面源污染给生态环境带来了巨大挑战［1］.如今，农业面源污染正成为水体富营养化最主要的污染源，是限制我国经济可持续发展的重要因素［2］.因此，追踪污染源，如何有效控制污染物排放量，成为治理农业面源污染的根本问题.研究发现，菜果花农业面源成为流域水体富营养化最大潜在威胁之一［3］.近20年来，我国蔬菜生产发展十分迅速，市场对蔬菜的需求越来越大，为了达到高经济效益的生产目标，农户在蔬菜种植过程中进行频繁的化肥投入.这一方面导致土壤氮磷盈余而大量流失，造成水体富营养化；另一方面，导致蔬菜硝酸盐含量严重超标，对人类健康造成危害［4－6］.

滇池流域是以蔬菜花卉生产为主的集约化农业生产，是我国化肥用量最高的地区之一，也是我国地表水污染和富营养化严重的地区之一［7］.据调查，每年进入滇池的氮磷总量为17 222.1 t，农业面源污染为4 719.1 t，占滇池流域氮磷污染总量的27.4%［8］.其中，在农业面源污染构成中，种植业氮磷总量为2 873.5 t，占60.9%.因此，提高滇池流域菜果花种植过程中的氮磷养分利用率，成为控源的关键所在.本文基于滇池流域蔬菜种植中养分流失对水环境造成污染日趋严重的现状，以对油麦菜（Lactuca sativa var.ramosa）种植过程中进行养分差异管理为基础，研究不同氮磷水平对油麦菜氮磷养分利用率和硝酸盐积累的影响，以期找到适宜的氮磷施用水平，旨在提高油麦菜的氮磷养分利用率，从而有效缓减滇池流域农业面源污染的氮磷污染负荷，同时，为油麦菜高产优质提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试蔬菜为油麦菜（Lactuca sativa var.ramosa），又名莜麦菜，属菊料，是以嫩梢、嫩叶为产品的尖叶型叶用莴笋的一种，叶片较长，呈长披针形，色泽淡绿、质地脆嫩，含有大量钙、铁、蛋白质、脂肪、VA、VB1和VB2等营养成分，具有较高的营养价值.油麦菜为速生叶菜，生长适宜温度为18～25℃，其长势强健，适应性、抗病性较强，成熟后单株可达0.3 kg，株高30～40 cm，开展度20～30 cm.

1.2 供试土壤

本研究试验于2008年8～9月在云南省昆明市晋宁县上蒜乡进行，试验地位于滇池湖盆流域，原为水稻田改造后的菜园地，现为自2003年在菜园地基础上改建设施保护地，棚龄5年.供试土壤为菜园土，土壤母质为湖积物，质地为粘壤，地下水位大约55 cm.土壤基础肥力见表1.

表1 供试土壤肥力性质Tab.1 Fertility properties of the soil

1.3 试验方法

试验设置9个处理，分别用 T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8和 T9表示，其中，T1为空白试验CK，T4为当地农户习惯施肥处理，其余处理根据农业部测土配方施肥技术规范中“3414”部分实施方案进行试验.选择3个相邻大棚作为试验区，据样地实际面积测算，以15 m2为一小区进行试验，每个大棚内设置9个小区，分别依次对各小区进行标识（T1—CK，T2—N0P2K2，T3—N1P2K2，T4—N2P2K2，T5—N3P2K2，T6—N2P0K2，T7—N2P1K2，T8—N2P3K2，T9—N1P1K2），即为相应的9个处理，同时选用3个大棚对每个处理分别进行3次重复试验.布置小区时，大田种植规格为30 cm×20 cm.前后相邻各小区间距为40 cm，各大棚样地前后两端各留出1.5 m×4 m，空留地由农户按其习惯施肥种植，剩余样地按试验方案处理.

于2008年8月6日开始种植，旺长时间为2008年8月20日～9月5日，收获时间为2008年9月9日，大田生长时间34 d，不施基肥，氮磷肥全作为追肥施用，第一次追肥为定植后7 d，即2008年8月14日，第二次追肥为2008年8月26日，施肥方式为兑水浇施.具体施用尿素、过磷酸钙和硫酸钾型复合肥3种肥料，其中，尿素含氮量为46%，过磷酸钙五氧化二磷含量为16%，硫酸钾型复合肥氧化钾含量为50%.各处理间的施肥情况见表2.

表2 试验处理Tab.2 Treatments of experiment kg·ha－1

以上茬作物收获后的土壤样地为基准，确定供试土壤的基础肥力.定植前，先采集土壤样品，根据《土壤分析技术规范》［9］进行土样氮、磷、钾全量、速效养分、pH和有机质的测定.使用德国 Merck RQflex2型反射速测仪测定植株中硝酸盐含量，并将植株样制样保留，测定植株总氮、总磷含量（H2SO4－H2O2消煮，凯氏法定氮，钒钼黄比色法测磷）［10］.

1.4 数据分析

油麦菜氮磷养分利用率按下式计算：

养分利用率（%）＝（作物吸收养分量－对照区作物吸收养分量）／施用某养分量×100.试验数据采用Excel2003，Origin7.0和Spss16.0进行分析.

2 结果与分析

2.1 不同养分管理对油麦菜产量的影响

由图1可知，不同养分管理下，T3（N90P126K180）处理下的油麦菜产量相对较高，为28 968.75 kg／ha.在磷、钾养分施用量相同的条件下，T2（N0P126K180）～T5（N270P126K180）处理，随着氮素的增加，油麦菜产量出现先增加后减少的趋势，T5（N270P126K180）处理的产量相对较低，为23 220 kg／ha，且与T3（N90P126K180）表现出显著差异（P＜0.05）.说明过量施用氮肥并未提高作物产量，反而造成减产.而在T3（N90P126K180）处理之后，T4（N180P126K180），T5（N270P126K180）处理的产量呈现出逐渐减少的趋势，说明土壤中氮素含量较充足，氮素施用量应严格控制，否则，氮肥投入量不足或过多都可能导致作物减产.在氮、钾养分施用量相同的 T6（N180P0K180）、T7（N180P63K180）、T4（N180P126K180）、T8（N180P189K180）处理中，油麦菜产量无显著差异（P＞0.05），这可能与研究区所处地理位置有关，研究区为昆阳磷矿区和昆阳磷肥厂的采矿区域，造成了区域土壤本身磷含量偏高的状况.因此，磷素对产量未能产生明显的影响.

图1 油麦菜净菜产量Fig.1 The yield of lettuce

2.2 不同养分管理对油麦菜硝酸盐含量的影响

依照GB18406.1—2001《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》中的叶菜类硝酸盐限量标准及相关分级标准［11］，对该实验各处理的硝酸盐含量进行分级.由表3可知，不同养分管理下的油麦菜硝酸盐含量均较高，T4（N180P126K180）、T5（N270P126K180）与 T8（N180P189K180）处理的硝酸盐含量超出了国家叶菜类硝酸盐限量标准（叶菜类≤3 000 mg／kg）.其余处理都符合国家叶菜类硝酸盐限量标准，但包括CK在内，食用部分硝酸盐含量处于较高水平，均为四级污染.

表3 不同养分管理下的油麦菜硝酸盐含量Tab.3 Nitrate content in lettuce under different treatments

氮肥是蔬菜中形成硝酸盐的主要物质，对部分蔬菜中硝酸盐的积累有着极大的影响［12］.T2（N0P126K180）～T5（N270P126K180）处理表明，随着氮肥施用量的增加，硝酸盐含量有逐渐增加的趋势.T5（N270P126K180）处理的硝酸盐含量达到4 937.95 mg／kg，并与 T2（N0P126K180）处理表现出显著差异（P＜0.05）.而氮钾施用量处于同一水平的T6（N180P0K180）、T7（N180P63K180）、T4（N180P126K180）、T8（N180P189K180）处理中，硝酸盐含量的差异不显著（P＞0.05）.同样地，在氮养分施用量处于另一相同水平时，T9（N90P63K180）和T3（N90P126K180）处理的硝酸盐含量仍无显著差异（P＞0.05）.这可能主要是因为磷对作物氮素代谢具有双重影响，磷是氨基转移酶和硝酸还原酶的组成成分，能降低硝酸盐含量；同时，磷也增强作物对硝态氮的吸收，提高作物硝态氮含量［13］，导致本研究中磷素未对油麦菜硝酸盐累积表现出明显的影响.同一钾肥用量下，不同氮磷配比处理的油麦菜硝酸盐含量存在一定的差异性，以T9（N90P63K180）与T4（N180P126K180）处理作为分界点，N∶P2O5在0～1.43∶1与1.43∶1～2.86∶1的两个区间内，随着氮磷比例的增大，不同养分处理下的硝酸盐含量均表现出先增大后减小的趋势，并先后出现两个峰值.以T5（N270P126K180）处理的硝酸盐含量最高，该处理氮肥用量偏高，N∶P2O5为2.14∶1.硝酸盐含量次之的是磷肥用量偏高的T8（N180P189K180）处理，达到3 884.49 mg／kg，N∶P2O5为0.95∶1.而 T3（N90P126K180）和 T7（N180P63K180）处理的硝酸盐含量相对较低，N∶P2O5分别为0.71∶1和2.86∶1，且都与 T5（N270P126K180）处理表现出显著差异（P＜0.05）.由此可以看出，氮磷养分的配比是影响硝酸盐含量变化的趋势之一.

2.3 不同养分管理对油麦菜氮磷养分利用率的影响

T3（N90P126K180）～T5（N270P126K180），随着氮肥施用量的增大，相应的油麦菜氮素养分利用率出现先增加后减少的变化趋势，说明在磷钾定量的条件下，氮肥的过量施用，并不利于提高其养分利用率，反而增大了养分流失的可能性.而处于同一氮素水平的T6（N180P0K180），T7（N180P63K180），T4（N180P126K180），T8（N180P189K180）处理中，随着磷肥施用量的增大，氮素养分利用率表现出先逐渐增加后减少的变化趋势.在整个生育期内，以T9（N90P63K180）处理的氮素养分利用率最高，达到20.14%.

图2 不同养分管理下氮素（Ⅰ）、磷素（Ⅱ）养分利用率Fig.2 The nutrient utilization of N（Ⅰ）and P（Ⅱ）in Lettuce with different treatments

油麦菜对磷素的吸收都比较低，且施磷量和磷素养分利用率没有表现出相关性.磷素利用率的变化范围为0.60%～2.10%，如图2（Ⅱ）所示，以T4（N180P126K180）处理的磷素利用率最高，但这仅仅是我国磷肥平均利用率10%～25%［14］的1／5左右.处于同一氮素（磷素）水平的处理，相应的油麦菜磷素养分利用率仍然表现出先增加后减少的变化趋势.此外，整个生育期内植株吸收氮、磷养分的平均比例为10.92∶1，由此可见，油麦菜吸氮水平远高于吸磷水平.

3 讨 论

3.1 不同养分管理对油麦菜产量的影响

在目前的农业生产条件下，为提高蔬菜产量几乎都使用氮素化肥.然而，续勇波等对滇池流域的生菜种植研究发现，过量施用氮肥反而导致减产［15］.本试验结果表明，磷、钾素处于同一水平的T2（N0P126K180）～T5（N270P126K180）处理，随着氮素的增加，油麦菜产量出现先增加后减少的变化趋势，以T3（N90P126K180）处理下的产量相对较高，T5（N270P126K180）处理的产量相对较低.说明氮肥是影响作物产量的一大因素，有效控制氮肥施用量，是取得高产的基本条件.增产效果最明显的是氮磷钾配合施用的T3（N90P126K180）处理，增产率达13.92%，N∶P2O5为0.71∶1.其次是 T7（N180P63K180）处理，增产率达11.50%，N∶P2O5为2.86∶1.因此，在肥料没有显著增产效果的情况下，氮磷钾合理配施仍优于偏施或不施其中某种养分的施肥方式［15］.肥料的不平衡施用直接影响油麦菜产量的提高.平衡施肥是决定作物产量的重要因素，即氮磷钾的合理配比是关键，氮磷肥料施用量不足或过多，均不利于作物产量的提高.而肥料的过量施用，不仅造成肥料的浪费，对环境质量也造成了潜在威胁，加重了滇池流域的氮磷污染负荷.之前学者对油菜［16］、玉米［17］、白菜［18］和生菜［19］的研究中也得到了类似的结论.

3.2 不同养分管理对油麦菜硝酸盐含量的影响

本试验氮肥用量范围内，油麦菜硝酸盐积累含量与氮肥用量成正相关，相关系数r为0.952 0.张召荣等通过对茎瘤芥的产量与硝酸盐含量进行研究［13］，结果表明，施氮只能在一定范围内提高产量，但提高硝酸盐含量却没有极限，而且提高量远高于磷、钾，故在生产上控施氮量成为提高茎瘤芥安全性的重要因素.张乃明选用甘蓝进行研究，也得到了相似的结果，即甘蓝中硝酸盐累积量随化学氮肥用量增加而增大，即氮肥用量与甘蓝中硝酸盐累积含量呈正相关［20］.

磷素可以促进氮的吸收和同化，磷是硝酸还原酶（NR）和亚硝酸还原酶（NiR）的重要组成部分，参与的还原和同化，同时磷为植物生长发育的能量之源，在养分平衡中有着重

要的作用［21］.因此，在研究蔬菜的硝酸盐积累过程中，磷素的影响不容忽视.本试验磷肥用量范围内，油麦菜硝酸盐积累含量与磷肥用量成正相关，相关系数r为0.828 0.此外，处于同一氮素水平的 T6（N180P0K180）、T7（N180P63K180）、T4（N180P126K180）、T8（N180P189K180）处理，油麦菜的硝酸盐含量没有表现出显著差异（P＞0.05）.由于磷素对硝酸盐积累影响的复杂性，之前学者所做相关研究的结果也存在差异性.高祖明等［22］通过氮、磷、钾对叶菜硝酸盐积累的研究表明，缺磷比增施氮肥更易导致叶菜硝酸盐的积累.缺磷区不仅NR活性和过氧化物酶活性高，而且游离氨和水溶性氨基酸的积累也多.王朝辉等研究蔬菜不同器官的硝酸盐含量与全磷含量的关系时发现，地上部不同器官全磷含量和硝态氮含量有明显的负相关关系，菠菜硝态氮与全磷的相关系数为－0.883，小白菜为－0.951，莴笋为－0.733，均达显著水平［23］.陈振德等研究表明，单施磷肥可使油菜整株硝酸盐含量明显升高，比不施肥（对照）提高73.8%，主要表现为叶柄硝酸盐的增加.在施用氮肥的基础上，每666.7 m2施用5 kg磷（P2O5），油菜体内的硝酸盐含量比单施氮肥降低18%［24］.而刘永菊等研究不同NPK配比对大白菜硝酸盐累积的影响时指出［25］，磷肥对大白菜硝酸盐累积无明显的影响，磷与硝酸盐积累的关系尚需进一步深入的研究.结合产量分析，T3（N90P126K180）和T7（N180P63K180）处理下的油麦菜产量相对较高，相应的硝酸盐含量处于同一水平，且含量相对较低.而硝酸盐含量最高的T5（N270P126K180）处理，其油麦菜产量较低.该结果间接反映了硝酸盐的累积量增加小于产量的增加，从而产生稀释效应，T3（N90P126K180）与T7（N180P63K180）的氮磷钾组合施肥处理有利于油麦菜快速生长，促进氮素养分的吸收和利用，有效降低油麦菜硝酸盐含量，改善其品质［26］.

3.3 不同养分管理下油麦菜对氮磷养分利用率的影响

研究表明，同一磷钾施用量条件下，油麦菜氮磷养分利用率与其产量的变化具有相似性.葛晓光等研究发现，番茄单位面积的氮磷钾吸收量主要与土壤肥力水平、当茬速效养分施用量以及产量等因素有关［27］.氮素是农业生产中作物最重要的产量限制因子之一，施用氮肥是作物获得高产的重要措施［28］，但施氮量超过一定水平时，氮肥的增产效应将会降低［29］.试验结果表明，T3（N90P126K180）～T5（N270P126K180）处理，随着施氮量的增加，氮磷养分利用率均出现先增大后减小的变化趋势.说明过度提高氮肥用量，不但不能提高油麦菜产量，反而会降低肥料利用率，造成资源浪费、环境污染.宁建凤利用网室盆栽试验，研究不同氮肥品种和用量对油麦菜产量、氮素吸收及土壤氮淋失的影响时也发现，施用不同品种氮肥均明显增加油麦菜产量和植株吸氮量，但氮用量过高不利于油麦菜生长；不同氮肥处理下，油麦菜植株氮肥利用率均随氮用量增加而降低［30］.此外，油麦菜在同一氮素水平下，随着磷肥施用量的增加，氮、磷养分利用率也出现先增大后减小的变化趋势.说明适宜的磷肥用量可促进氮、磷的平衡，并提高氮、磷的养分利用率.

刘立军等通过不同氮肥管理对水稻氮素吸收利用的研究，结果表明氮素利用率的各种指标（农学利用率、吸收利用率、生理利用率和氮肥偏生产力）均有随施氮量的增加而逐渐降低的趋势［31］.本文考虑的是氮磷养分的吸收利用率，从油麦菜吸收养分的情况来分析，植株吸收养分含量最高的是T4（N180P126K180）处理，植株TN含量为5.43%，TP含量为0.48%，所吸收的TN、TP养分比为11.31∶1，说明在钾肥用量一定的条件下，过量的施用氮磷肥，并未提高作物吸收养分的含量，多余的养分只能通过地表径流、土壤淋失和地下渗漏等方式进入到农田生态系统中，从而造成环境污染.养分差异化管理下，油麦菜对磷素的利用率均较低，对磷养分利用率最高的是T4（N180P126K180）处理，而该利用率远低于我国磷肥平均利用率水平.综合氮、磷养分利用率两项指标来看，T4（N180P126K180）与T9（N90P63K180）处理下油麦菜的养分利用率较高，分别为17.42%、2.10%与20.14%、2.05%.且两个处理的氮磷比相同，N∶P2O5均为1.43∶1.综上分析，平衡施用氮磷肥、优化氮磷配比可明显提高油麦菜氮磷养分利用率.

4 结 论

本实验条件下，T3（N90P126K180）处理下的油麦菜产量较高，达到28 968.75 kg／ha.此外，硝酸盐含量除 T4（N180P126K180）、T5（N270P126K180）、T8（N180P189K180）外，其余处理污染等级均为四级.综合氮、磷养分利用率两项指标分析，T4（N180P126K180）与T9（N90P63K180）处理下油麦菜的养分利用率较高，分别为17.42%，2.10%与20.14%，2.05%.

氮肥是提高蔬菜产量的重要因素，同时，氮肥又是蔬菜中硝酸盐积累的主要外源因子.氮磷配比对硝酸盐积累有较大影响［22］.目前，平衡施肥技术是公认的降低蔬菜硝酸盐含量的重要措施.此外，长期氮、磷化肥的过量施用及有机肥的大量投入，及不合理的施肥比例是造成滇池流域农田保护地蔬菜生产中肥料增产贡献率甚微，肥料利用率低的主要原因［15］.一旦增大肥料流失率，也就增大了对环境的污染负荷.因此，根据作物自身特征，结合当地环境条件，平衡施肥，科学的养分管理，优化氮磷钾配施比例，成为控源的实践基础，同时，也是增加作物产量、提高作物品质及控制滇池农业面源污染的重要途径.

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Effects of nutrient management on nutrient utilization of N，P and nitrate accumulation in lettuce

NIAN Yao-ping1， XIA Ti-yuan1，2， HE Ming-zhu1，ZHANG Jun-guo1， DA Liang－jun1

（1.Department of Environment Science，East China Normal University，Shanghai 200062，China；2.Institute of Agricultural Environment Resources，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Kunming 650205，China；3.Tiantong Forest Ecosystem National Research Station，Ningbo Zhejiang 315114，China；4.Shanghai Key Laboratory for Ecology of Urbanization Process and Eco-restoration，Shanghai 200062，China）

By method of the field plot trial，the experiment was carried out in Dianchi Lake ba-sin to study the influence of different nitrogen and phosphorus fertilizing on lettuce（Lactuca sativa var.ramosa）production，nitrate content and nutrient utilization of N，P.9 treatments were denoted by T1－T9，respectively.The results showed that：①The lettuce production of T3（N90P126K180）was higher than other treatments，reaching 28 968.75 kg／ha；except for treatment of T4（N180P126K180），T5（N270P126K180）and T8（N180P189K180），the contamination levels of nitrate content of the others came out to be Lv.4；after comprehensive consideration on nutrient utilization of N，P，the nutrient utilization of Lettuce showed to be higher after treatments of T4（N180P126K180）and T9（N90P63K180）with 17.42%，2.10%and 20.14%，2.05%respectively.② Under the same amount of potash fertilizer and the treatment of appropriate nitrogen and phosphorus fertilizers match fertilizing，the corresponding lettuce production，nitrate content and N，P fertilizer nutrient utilization were superior to treatments of partial fertilization or high fertilization.Therefore，control of nitrogen and phosphorus fertilizing，reasonable optimization of ratios of nitrogen and phosphorus will improve the nutrient utilization and vegetables quality，which is of great importance for source controlling the agricultural non-point pollution.

nutrient management； lettuce； nitrate content； nitrogen and phosphorus fertilizer nutrient utilization

Q948

A

10.3969／j.issn.1000-5641.2011.06.006

1000-5641（2011）06-0047-10

2010-09

农业部生态农业重点开放实验室基金（2009k17）；“十一五”国家科技支撑计划课题（2007BAD87B12-1-B）；上 海 市 科 委 重 大 科 技 攻 关 研 究 （科 技 支 撑 ）项 目 （08DZ1203102，08DZ1203101）

年耀萍，女，硕士研究生，研究方向为农业生态学.E-mail：nyp230＠126.com.

达良俊，男，教授，博士生导师，研究方向为城市生态学和植被生态学.E-mail：dalj＠sh163.net.