腐植酸尿素对土壤矿质氮含量及生菜品质的影响

摘    要：为探究腐植酸尿素对蔬菜品质的影响，以半结球生菜为指示作物，设CK（不施氮肥）、T1（常规尿素）、T2（腐植酸尿素）、T3（商品有机肥）4个处理，测定根际和非根际土壤铵态氮、硝态氮含量及变化，以及生菜硝酸盐、草酸、亚硝酸盐、可溶性总糖、维生素C含量等品质指标，采用隶属函数法评价腐植酸尿素对生菜品质的综合影响。结果表明，与非根际土壤结果一致，腐植酸尿素处理的平均根际土壤矿质氮（铵态氮+硝态氮）含量（w）为137.77 mg·kg-1，高于其他处理，且以硝态氮为主。随着种植茬数增加，腐植酸尿素处理的土壤铵态氮、硝态氮富集率由正转负。腐植酸尿素处理的生菜可食部分鲜质量显著高于常规尿素处理。土壤铵态氮含量与可食部分鲜质量呈显著正相关，蔬菜硝酸盐含量与土壤硝态氮含量呈显著正相关。综上所述，腐植酸尿素有利于高品质蔬菜生产，但其对土壤铵态氮、硝态氮的调控机制仍需进一步研究。

关键词：生菜；腐植酸尿素；矿质氮形态；根际土壤；品质

中图分类号：S636.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）01-110-07

Impacts of humic acid urea on soil mineral N content and quality of lettuce

QIAN Chengyu1， 2， GUO Jingli3， REN Rongkui3， XU Lingying2， XU Yongbo4

（1. College of Resources and Environment， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， Yunnan， China; 2. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture/Changshu National Agro-Ecosystem Observation and Research Station/Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences， Nanjing 210008， Jiangsu， China; 3. Henan Xinlianxin Chemical Industry Group Co.， LTD， Xinxiang 453731， Henan， China; 4. College of Tobacco Science， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， Yunnan， China）

Abstract： To investigate the impact of humic acid urea on vegetable quality， semi-heading lettuce was chosen as the indicator crop， and four treatments were implemented： CK （no nitrogen fertilizer）， T1 （conventional urea）， T2 （humic acid urea）， and T3 （commercial organic manure）. We measured the ammonium and nitrate nitrogen content and changes in both rhizosphere and non-rhizosphere soils， as well as various indicators of lettuce quality， including nitrate， oxalic acid， nitrite， soluble total sugar， and vitamin C. Using the membership function method， we analyzed the comprehensive effect of humic acid urea on lettuce quality. The results showed that the average mineral nitrogen content （ammonium nitrogen + nitrate nitrogen）in the rhizosphere soils under humic acid urea treatment was 137.77 mg·kg-1， consistent with the results in non-rhizosphere soils. The nitrate nitrogen was the main soil mineral nitrogen type under humic acid urea treatment. The enrichment rates of soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen change from positive to negative followed the increase of cultivation. The fresh mass of the edible portion and the average quality membership function values under humic acid urea treatment was higher compared with common urea treatment. The correlation analysis showed that the soil ammonium nitrogen was significantly positive correlated with fresh weight of edible part， and the vegetable nitrate was significantly positive correlated with soil nitrate nitrogen. To sum up， humic acid urea is beneficial to high quality vegetable production， but its regulation mechanism of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in soil needs further studied.

Key words： Lettuce; Humic acid urea; Mineral nitrogen types; Rhizosphere soil; Quality

随着国民经济飞速发展，我国的蔬菜需求量不断增加。截至2022年底，我国蔬菜播种面积达到2 237.5万hm2，与1985年末的475万hm2相比增加了4倍[1-2]。与此同时，《中国统计年鉴》[2]表明，截至2021年，我国的人均蔬菜年占有量达到549.10 kg，而蔬菜的人均年消费量只有109.8 kg，我国蔬菜生产仍处于饱和状态。我国蔬菜生产已经从低层次的“温饱需求”逐步向高层次的“高品质的综合需求”迈进。氮素是蔬菜需求量最大的矿质营养元素，在蔬菜生长和发育过程中起到重要作用。氮素可以通过影响蔬菜体内碳、氮代谢过程，进而影响硝酸盐、可溶性糖、维生素C含量等，改变蔬菜品质[3-4]。过量施氮会降低蔬菜维生素C含量和含糖量，增加蔬菜体内的有害物质[5-8]。因此，依靠提高氮肥用量改良蔬菜品质已经处于“瓶颈”状态，新型肥料研发迫在眉睫。

铵态氮和硝态氮是蔬菜吸收氮素的主要形态[9-11]，其含量多少与蔬菜品质密切相关。有研究认为，土壤中硝态氮含量高，生长的作物总生物量和根冠比较高，有助于根系中可溶性糖的累积和相关代谢酶活性的提高[12]；土壤铵态氮含量过高则可能会出现铵盐毒害现象[13]。但也有学者研究发现，硝态氮作为主要氮源，会增加蔬菜可食部分的硝酸盐含量，对健康造成潜在威胁[14]。施肥的本质是土壤养分库扩容。相较于普通尿素，新型尿素对土壤铵态氮、硝态氮的影响有何差异，目前尚不明确。这一差异对生菜品质有何影响并不清楚。

腐植酸是一类高分子物质，具有较强的吸附性能和生物活性，与尿素结合可以抑制脲酶活性，减缓尿素水解，同时将养分固定在根际来促进作物吸收，从而提高养分利用效率[15]。此外，腐植酸还在调控土壤氨有效性、保蓄土壤铵和通过酸化作用降低氨挥发等方面具有重要作用[16]。蔬菜生长所需的氮素有超过一半来自于土壤[4，17]，肥料投入土壤后并未被作物完全吸收，肥料中大部分养分会滞留在土壤中，成为土壤养分库的一部分。因此，笔者的研究以蔬菜品质为出发点，以生菜作为指示作物，通过观察一次性施肥后连续3季不同施肥处理（尿素、腐植酸尿素、商品有机肥）根际和非根际土壤铵态氮、硝态氮含量变化及其对生菜品质的影响，为腐植酸尿素在高质量蔬菜生产中的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2021年4月至2022年3月在江苏省南京市中国科学院南京土壤研究所温室进行。供试生菜为半结球生菜（全年耐抽薹生菜，购自山东威尔种子有限公司）。供试土壤来自于江苏省南京市溧水区高塘村普朗克有机农场处于转化期的设施菜地土壤，转化之前为水稻田。土壤类型为黄棕壤，土壤有机碳含量（w，后同）7.01 g·kg-1、全氮含量0.59 g·kg-1、碱解氮含量65.48 mg·kg-1、有效磷含量4.82 mg·kg-1、速效钾含量111.00 mg·kg-1。采集0～20 cm土壤风干研磨过2 mm筛备用。试验所用的普通尿素和腐植酸尿素为河南心连心化学工业集团股份有限公司提供的普通尿素（含N 45.6%）和腐植酸尿素（含N 42.8%，腐植酸含量2.7%）。供试有机肥为当地商品有机肥（主要成分为鸡粪肥，有机质含量≥15%）。

1.2 试验设计

试验设置CK（不施氮肥）、T1（常规尿素）、T2（腐植酸尿素）、T3（商品有机肥）4个处理，每个处理4次重复，完全随机排列。按照等量氮、磷、钾设置试验，氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）投入量分别为180、180和280 kg·hm-2，所有处理均采用一次性施入方式，试验期间不再追肥。试验共种植3季，每季收获后休耕。试验采用直径25 cm、高25 cm的圆柱筒，盆底铺上60目尼龙网，先装入深5 cm的土作为底层土，将1 kg土与对应的肥料混匀放入300目根际袋（高20 cm，周长30 cm），随后在袋外填充剩余土壤，保持土壤含水量为田间持水量的60%左右。待稳定5 d后播种，每个根际袋中心距离土表0.5 cm处放入6粒种子，待种子出芽后，在幼苗2叶期进行间苗至每盆1株，株行距为50 cm×50 cm。长至15～20片叶收获（2021年7月29日、2021年12月1日、2022年3月8日）。每季收获后，利用根际袋将生菜移出，利用抖根法取20 g根际土壤，其余根际土放回盆内同时采集非根区20 g土壤，置于4 ℃冰柜以供后续分析；将生菜按照根、叶分开，分别测定生物量，对叶片品质进行进一步分析，每个样品4次重复。

1.3 测定方法

生菜品质指标测定，主要包括叶片硝酸盐、亚硝酸盐、草酸、可溶性总糖、维生素C、粗蛋白含量和全磷、全钾元素含量，采用紫外分光光度法测定硝酸盐含量[18]；采用盐酸萘乙二胺法测定亚硝酸盐含量[19]；采用铁络合比色法测定草酸含量[20]；采用蒽酮比色法测定可溶性总糖含量[20]；采用分光光度法测定维生素C含量[20]；采用Kjeltec 8200半自动定氮仪测定植物全氮、粗蛋白含量[21]；采用电感耦合等离子体质谱仪测定全磷、全钾含量[21]。采用隶属函数法（membership function）对生菜品质进行分析，平均隶属函数值越大，综合品质越好[22]，计算公式如下：

R（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；

式中，Xi为指标测定值，Xmin、Xmax为某一指标的最小值和最大值。

土壤样品分析：利用AA3连续流动分析仪测定根际和非根际土壤铵态氮、硝态氮含量[23]。利用“富集率（enrichment ratio，E）”表示根际对土壤铵态氮、硝态氮的富集程度。E值越大，根际效应越强，计算公式如下[24]：