温度与氮素形态和用量对叶用莴苣生长和硝酸盐含量的影响

李惠霞++张玲丽++马红军++刘永衡

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.053

摘要：在田间调查宁夏回族自治区不同地区日光温室蔬菜收获后土壤硝态氮、铵态氮含量的基础上，设置水培试验，研究不同温度以及不同形态氮素比例与用量对叶用莴苣（Lactuca sativa var. ramosa，别称生称）生长及可食用部分硝酸盐含量的影响。结果表明，日光温室在蔬菜收获后土壤的氮素残留量很高，硝态氮与铵态氮的比例约为10 ∶1；温度对叶用莴苣生长有明显的影响，25 ℃更有利于其生长；在一定范围内，氮素对叶用莴苣总生物量有明显的促进作用，但当氮素过量时，生物量并未随氮素施用量的增加而增加；不同温度下，随着氮素投入量的增加，叶用莴苣可食用部分的硝酸盐含量增加；同等氮素投入条件下，25 ℃下种植的叶用莴苣其硝酸盐含量相对较低，单施硝态氮比硝态氮、铵态氮2种形态氮共存时叶用莴苣的硝酸盐含量要高；低浓度氮素时，15 ℃时叶用莴苣吸收的硝酸盐较多，但高浓度氮素时，25 ℃吸收的硝酸盐较多。因此，建议在日光温室蔬菜栽培中应减少氮素的投入量，避免长期使用单一肥料。

关键词：氮素形态；施肥量；硝酸盐；硝态氮；铵态氮；温度；叶用莴苣

中图分类号： S636.206文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0205-03

收稿日期：2016-02-02

基金项目：宁夏教育厅高校科研项目（编号：2014-179）。

作者简介：李惠霞（1976—），女，甘肃灵台人，硕士，高级农艺师，主要从事土壤与植物营养学教学与科研工作。Tel：（0951）7831296；E-mail：lihuixia_76@163.com。设施栽培是我国农业结构战略性调整的重要方向，是农业增效、农民增收的重要手段，具有良好的经济、社会和生态效益，在整个农业生产中占有重要地位。近20多年来，设施农业在宁夏回族自治区发展十分迅速，2010年的栽培面积是1990年的近70倍[1-2]。但随着设施农业的发展和日光温室栽培年限的延长，生产上出现许多问题，施肥过量尤其是氮肥过量、施肥品种单一等问题尤为突出[3-7]，而氮肥过量、单施硝态氮肥会导致土壤养分失衡、地下水被污染、蔬菜硝酸盐含量超标等。硝酸盐含量是蔬菜品质的重要指标，人体摄入的硝态氮81.2%来自蔬菜，当摄取量较大时，会引起人体肌体中毒或形成强制癌物质，因此，蔬菜硝酸盐含量关系到食品安全与人体健康[8-10]。

宁夏回族自治区秋冬倒茬设施栽培的叶菜类蔬菜，由于施入大量氮肥，外观明显表现为氮素过量症状，叶片极其浓绿，对其叶片进行采样分析，硝酸盐含量为700～1 200 mg/kg，已不宜生食或生、熟皆不宜食用的水平。为确保当地或周边地区居民的身体健康，本试验在田间调查宁夏不同地区日光温室蔬菜收获后土壤硝态氮、铵态氮含量的基础上，设置水培试验，研究土壤氮素残留与蔬菜硝酸盐吸收的关系，为日光温室蔬菜栽培合理施肥提供技术依据。

1材料与方法

1.1田间调查

银川市位光照充足，热量丰富，干旱少雨，蒸发强烈，无霜期短；温差大，气温年较差平均为31.5 ℃，日较差平均为136 ℃，年平均气温为8.7 ℃，平均积温为3 245.6 ℃，有效积温高。调查区域位于银川市周边地区，调查点主要有宁夏贺兰、宁夏农垦（平吉堡）、银川掌镇、宁夏永宁、宁夏灵武五大设施农业示范基地。调查的温室均种植蔬菜，栽培年限为5～15年。温室均为一面坡式，东西向，长60～80 m不等，跨度 8 m，北墙高1.8 m、脊高 2.15 m，温室用0.065 mm聚乙烯无滴膜覆盖，冬季覆盖棉被不加热。每座温室在秋冬茬蔬菜收获后，采用“S”形9点法采集1个混合样，共采集样品206个，采用1 mol/L KCl浸提法（水土比为5 ∶1） 提取土壤矿质氮、连续流动分析仪（BRAN+LUEBBE） 测定土壤矿质态氮（铵态氮及硝态氮）含量。

1.2水培试验

1.2.1试验材料试验于2015年3—5月在银川能源学院进行，供试蔬菜为叶用莴苣（Lactuca sativa var. ramosa，别称生称）。将叶用莴苣种子用0.1% HgCl2消毒，清水浸泡，均匀播于育苗穴盘；5～8 d出苗，出苗早期浇灌清水，后期浇灌1/8霍格兰氏营养液；间苗，每孔留1株，培育15 d，备用；挑选长势均一的培育苗，自来水洗根，再用去离子水冲洗；滤纸吸干根表面水分，称质量。根据地上部和根系长势，挑选相对均一的植株用于试验。

1.2.2试验设计与方法以温度和硝态氮（NO-3-N）、铵态氮（NH+4-N） 2种不同形态氮素比例为条件，设计2因素试验。温度主要模拟宁夏回族自治区设施栽培秋冬茬、春茬的平均温度，分别设15、25 ℃；氮素设5个比例，硝态氮 ∶铵态氮（mmol/L ∶mmol/L）分别为2 ∶1、3 ∶0、6 ∶1、7 ∶0、10 ∶1，处理编号分别为T1、T2、T3、T4、T5，设置2种形态肥料均不施为对照（CK）。试验采用水培方法，硝态氮使用NaNO3，铵态氮使用NH4HCO3，2种不同形态的氮素按比例和用量加入，如T1处理硝态氮用量为2 mmol/L、铵态氮用量为 1 mmol/L，其他处理类同。水培液中除氮素外，其他元素采用霍格兰氏（Hoaglands）营养液配方补充，用0.01 mol/L NaOH和HNO3调节培养液，使pH值为6.5左右，并监测培养液电导率，使其符合水培条件。试验在人工气候室进行，培养前期用1/4营养液，后期用1/2营养液。每培养7 d更换1次营养液，采用人工通氧6～8 h/d，LED灯补光8 h/d，夜间黑暗。

1.2.3样品测定将叶用莴苣苗地上部新鲜组织及烘干后的组织分别用研钵迅速研细，采用水杨酸-硫酸比色法测定硝酸盐含量。

1.3数据统计分析

用Excel 2007制表作图，用SAS 8软件进行统计分析；采用Duncans新复极差法进行多重比较。

2结果与分析

2.1宁夏日光温室土壤中不同形态氮素的含量差异

由表1可见，银川周边5大设施蔬菜基地春茬收获后残留在土壤中的矿质态氮素含量平均为116.68 mg/kg；贺兰设施农业基地的硝态氮含量相对最低，而掌镇设施农业基地的硝态氮含量相对最高，与温室使用年限长短较为一致，据调查，掌镇日光温室建于2000年，而贺兰日光温室建于2008年，这说明硝态氮可能随温室使用年限的延长而累积量越来越大；宁夏地区蔬菜收获后残留在土壤中的矿质态氮以硝态氮为主，占矿质氮的比例平均为90.69%，硝态氮与铵态氮的比例约为10 ∶1。经走访农户肥料的使用情况发现，农户每年向土壤投入的氮素较多，一般在春茬蔬菜定植前施有机肥约45～105 m3/hm2，以鸡粪、羊粪为主，底肥与追施共施化学纯氮素肥料约900 kg/hm2。

2.2不同处理对叶用莴苣生长的影响

将2个不同温度下的各生理指标经t检验发现，不同温度对叶用莴苣生长有显著影响。由表2可见，25 ℃下叶用莴苣地上部、根系生物量的累积比15 ℃的相对更快一些；随着硝态氮用量的增加，地上部鲜质量、根系鲜质量呈先增加后减少的趋势；25 ℃时T2处理的叶用莴苣地上部鲜质量、根系鲜质量相对最大，T2、T3、T4处理的含水量均大于90%；15 ℃时T3处理的叶用莴苣地上部鲜质量、根系鲜质量相对最大，T2、T3处理的含水量大于90%；T5处理的叶用莴苣总生物量与对照差异不明显；不同温度下，T5处理的株高相对最矮，T3处理的根系最长；25 ℃时，T1处理与T2处理、T3处理与T4处理相比发现，单施硝态氮更有利于总生物量的累积，而 15 ℃ 时这一表现不明显。

2.3不同处理对叶用莴苣地上部硝酸盐含量的影响

将2个不同温度下叶用莴苣地上部的硝酸盐含量经t检验发现，不同温度对叶用莴苣硝酸盐的含量有显著影响。由图1可见，叶用莴苣新鲜组织在15 ℃时各处理的硝酸盐含量均大于25 ℃；烘干后，T3处理2种温度的地上部硝酸盐含量相差不大，其他处理有明显差异；对新鲜组织而言，随着氮素总用量的增加，不同温度下地上部的硝酸盐含量增加，T5处理的硝酸盐含量是T1处理的3.6倍；T1处理与T2处理、T3处理与T4处理相比，两者之间投入的氮素总量相同，但叶用莴苣地上部的硝酸含量有明显不同，单一氮源处理的地上部硝酸盐含量大于2种形态氮源共存，这可能是由于当溶液中仅存在NO-3时，叶用莴苣根系对NO-3有更强的亲和力，当NO-3和NH+4共存时，根系对氮素的吸收量减少，NH+4的加入使其根系对NO-3的亲和力也下降。

2.4不同处理对叶用莴苣地上部硝酸盐吸收量的影响

由图2可见，15 ℃时T1、T3处理叶用莴苣对硝酸盐的吸收量高于25 ℃，T2、T4、T5处理在25 ℃时对硝酸盐的吸收量高于15 ℃；T1处理与T2处理（投入3 mmol/L氮素）相比，15 ℃ 时2个处理对硝酸盐的吸收量相差不大，25 ℃时，单一氮素时地上部对硝酸盐的吸收量明显高于2种氮源共存；T3处理与T4处理（投入7 mmol/L）相比，2种温度条件下，单一氮素时地上部对硝酸盐的吸收量均明显高于2种氮源共存；低浓度氮素条件下，15 ℃时叶用莴苣地上部对硝酸盐的吸收量相对较多，高浓度氮素条件下，25 ℃时对硝酸盐的吸收量相对较多。

3结论与讨论

经取样测定及走访农户发现，银川周边5大设施蔬菜基地春茬收获后残留在土壤中的矿质态氮素含量平均为11668 mg/kg，与其他省份同期设施土壤[11]相比，矿质态氮含量高1倍左右；宁夏地区蔬菜收获后残留在土壤中的矿质态氮以硝态氮为主，占矿质氮的比例平均为90.69%， 硝态氮与铵态氮的比例约为10 ∶1；农户每年一般在春茬蔬菜定植前施有机肥约45～105 m3/hm2，以鸡粪、羊粪为主，底肥与追施共施化学纯氮素肥料约900 kg/hm2。这说明宁夏春茬设施蔬菜栽培中，氮肥过量较为严重，而蔬菜当季吸收量约为其投入量的1/5～1/3[12-13]，除以气体形式挥发和向深层土壤少量淋溶外，其他氮素均残留于土壤中，宁夏地区蔬菜种植户的高氮投入将会导致土壤中残留的氮素含量非常高，并以硝态氮形式存在于土壤中，长期累积会进一步导致耕层土壤pH值的下降，引起土壤酸化。

氮素与蛋白质合成、核酸、细胞膜等微结构有密切关系。试验结果表明，温度对叶用莴苣生长有明显的影响，25 ℃更有利于其生长，NO-3-N、NH+4-N比为3 ∶0时，叶用莴苣地上部和根系的生物量、株高均相对最大；在一定范围内，氮素对叶用莴苣总生物量有明显的促进作用，但当氮素过量时，并未提高叶用莴苣生物量的累积；NO-3-N、NH+4-N比为6 ∶1时更有利于根系的伸长，这与Kirk的研究结论[14]一致；施入相同量氮素时，单一存在的NO-3比NO-3、NH+4 2种离子共存时更有利于生物量的形成，NH+4的加入会降低根系对NO-3载体的亲和力，从而影响其吸收速率，进一步明显影响根系对NO-3的吸收，这与李彩凤等研究结果[15-20]一致；不同温度下，随着氮素投入量的增加，叶用莴苣可食用部分硝酸盐含量增加，同等氮素投入条件下，25 ℃下种植的叶用莴苣硝酸盐含量相对较低，对人体健康更为有利一些。

因此，在日光温室蔬菜栽培中应减少氮素的投入量，合理施入不同形态的氮素肥料，避免长期使用单一肥料；从食品安全角度看，春茬种植的叶用莴苣比秋茬种植的相对更好一些。

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