張運(yùn)紅，駱曉聲，寇長(zhǎng)林，郭戰(zhàn)玲

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所/河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002)

我國(guó)是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。2019年全國(guó)蔬菜播種面積約2 086.3萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量約7.21億t，產(chǎn)值占種植業(yè)總產(chǎn)值的30%以上，已成為種植業(yè)中僅次于糧食的第二大類農(nóng)作物[1-3]。蔬菜生產(chǎn)的一個(gè)重要方向是設(shè)施栽培，2016年我國(guó)設(shè)施蔬菜栽培面積已達(dá)391.47萬(wàn)hm2，產(chǎn)量為2.52億t，產(chǎn)值占蔬菜總產(chǎn)值的1/3，在保障市場(chǎng)供應(yīng)、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收、擴(kuò)大出口創(chuàng)匯等方面發(fā)揮重要作用[4-5]。合理施肥是保證蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。然而，當(dāng)前我國(guó)蔬菜化肥使用量占農(nóng)作物化肥使用量的近1/5，用量在600 kg/hm2左右，為糧食作物的1.67倍，是其正常需求量的2～4倍[6]；設(shè)施蔬菜的施肥量高于露地蔬菜[7-8]，主要設(shè)施蔬菜氮(N)、磷(P2O5)和鉀(K2O)施用總量平均是各自推薦量的2.7、5.9和1.5倍[8]?；适褂眠^(guò)量，不僅導(dǎo)致化肥利用率低，而且會(huì)造成速效養(yǎng)分(氮、磷等)在土壤中大量富集，從而對(duì)地下水造成污染[9-10]。袁麗金等[9]研究表明，設(shè)施蔬菜栽培區(qū)表層地下水(地下飲用水，20 m)硝態(tài)氮超標(biāo)率和嚴(yán)重超標(biāo)率為39.3%和7.1%；深層地下水(農(nóng)田和大棚灌溉水，40 m)硝態(tài)氮超標(biāo)率分別為25.0%和37.5%。設(shè)施菜田已成為重要的農(nóng)業(yè)面源污染源，如何控制并有效消減農(nóng)業(yè)面源污染已成為各國(guó)面臨的環(huán)境難題。目前農(nóng)田氮磷防控主要有施肥控制技術(shù)[11]、應(yīng)用化學(xué)添加劑技術(shù)、填閑置作物技術(shù)、種植制度優(yōu)化技術(shù)、匯源景觀組合和生態(tài)草帶攔截技術(shù)等，然而這些技術(shù)存在成本過(guò)高、效果不穩(wěn)定、改變種植結(jié)構(gòu)影響收益等缺點(diǎn)[11-12]。近些年研究發(fā)現(xiàn)，一些材料利用物理吸附法除去廢水中的氮磷效果良好，主要包括黏土礦物類和生物廢棄物類等[13-15]，如粉煤灰對(duì)水體中的總磷、總氮具有良好的去除效果[14]，多孔顆粒型沸石對(duì)廢水中氨氮、磷酸鹽有較好的去除效果，其對(duì)氮磷的吸附符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型[15]。這類材料價(jià)格低廉，以物理吸附為主，通常被稱為氮磷的物理阻隔材料。然而目前，這些材料在農(nóng)田氮磷防控中的應(yīng)用還較少，其環(huán)境效應(yīng)也不清楚。鑒于此，采用盆栽試驗(yàn)，選擇海泡石、粉煤灰、沸石3種對(duì)氮磷吸附較好的阻隔材料，進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，考察不同材料單施或組合施用對(duì)蔬菜生長(zhǎng)及氮磷吸收的影響，旨在明確上述材料的生物學(xué)效應(yīng)，為設(shè)施菜田土壤氮磷負(fù)荷消減提供技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試阻隔材料有粉煤灰、海泡石和沸石，均購(gòu)自靈壽縣天澤礦產(chǎn)品加工廠，其基本性質(zhì)見表1。其余化學(xué)試劑均為分析純。

供試蔬菜為綠冠四季青幫小白菜(BrassicacampestrisL.ssp.chinensis)。

供試土壤為潮土，采自河南省鄭州市郊區(qū)，土壤基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)含量2.78 g/kg、速效氮含量44.92 mg/kg、速效磷含量9.1 mg/kg、速效鉀含量98.62 mg/kg，pH 值為8.12。

表1 阻隔材料基本性質(zhì)Tab.1 Basic properties of the barrier materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2019年4—5月在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研園區(qū)(113.67°E、37.79°N)進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)，選用直徑30 cm、高20 cm的聚乙烯塑料盆，每盆裝土10 kg。試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，分別為T1：不添加阻隔材料,對(duì)照(CK)；T2：粉煤灰(A)；T3：海泡石(B)；T4：沸石(C)；T5：復(fù)合材料1(A1B2C2)； T6：復(fù)合材料2(A2B2C1)。每個(gè)處理3次重復(fù)。每個(gè)處理土壤中阻隔材料添加量均為10 g/kg，其中，復(fù)合材料1中分別加入粉煤灰2 g/kg、海泡石4 g/kg、沸石4 g/kg，復(fù)合材料2中分別加入粉煤灰4 g/kg、海泡石4 g/kg、沸石2 g/kg，和土壤混合均勻后裝盆。每個(gè)處理施入N 0.25 g/kg、P2O50.15 g/kg和K2O 0.15 g/kg，施入平衡1周后種植小白菜，生長(zhǎng)10 d后間苗至每盆6株。于4月1日播種，5月6日收獲，并用相機(jī)(Canon IXUS 90IS)拍照記錄小白菜長(zhǎng)勢(shì)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

收獲時(shí)沿盆內(nèi)土壤表面剪下小白菜地上部，用清水將植株洗凈、吸干水分后，用千分之一電子天平測(cè)其地上部鮮質(zhì)量。取部分鮮樣用于品質(zhì)測(cè)定，其中光合色素含量測(cè)定采用95%乙醇浸提比色法，可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量測(cè)定采用紫外吸收法，維生素C含量測(cè)定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，硝態(tài)氮(NO3--N)含量測(cè)定采用水楊酸比色法，均參照王學(xué)奎[16]的方法進(jìn)行。取另外一部分樣品置于105 ℃下殺青30 min后，65 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎過(guò)篩后采用濃硫酸(H2SO4)-雙氧水(H2O2)消煮，流動(dòng)分析儀(德國(guó)布朗盧比公司生產(chǎn))測(cè)定植株全氮、全磷含量。

收獲后測(cè)定土壤全氮、NO3--N、銨態(tài)氮(NH4+-N)、全磷和速效磷(Olsen-P)含量，其中NO3--N含量的測(cè)定采用紫外分光光度計(jì)比色法，NH4+-N含量測(cè)定采用靛酚藍(lán)比色法[17]，速效磷含量測(cè)定采用鉬銻抗比色法[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，并采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響

圖1顯示，施用不同阻隔材料對(duì)小白菜生長(zhǎng)有一定的影響，其中A和C處理小白菜長(zhǎng)勢(shì)好于對(duì)照，A2B2C1處理小白菜長(zhǎng)勢(shì)最弱，B和A1B2C2處理小白菜長(zhǎng)勢(shì)和對(duì)照差別不大。除長(zhǎng)勢(shì)有差異外，小白菜沒(méi)有出現(xiàn)其他不良癥狀。

圖1 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響

2.2 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜農(nóng)藝指標(biāo)的影響

圖2顯示，和對(duì)照相比，A、C處理的小白菜株高有輕微增加，A2B2C1處理有輕微降低，但均與對(duì)照未達(dá)到顯著性差異；不同阻隔材料間相比，A和C處理株高顯著高于A2B2C1處理。葉片數(shù)以C處理最高，顯著高于對(duì)照12.3%；A和B處理較對(duì)照也分別顯著增加9.2%和6.2%，其余處理和對(duì)照無(wú)顯著差異。葉長(zhǎng)以A和C處理最高，但和對(duì)照相比未達(dá)到顯著性差異，A2B2C1處理則較對(duì)照顯著降低10.7%。葉寬除A2B2C1處理顯著低于對(duì)照10.4%外，其余處理和對(duì)照無(wú)顯著差異。

圖中不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

2.3 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜葉片光合色素含量的影響

表2顯示，C處理葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均顯著高于對(duì)照，增幅分別為4.9%、16.8%和8.0%，類胡蘿卜素含量較對(duì)照也有輕微增加，但未達(dá)到顯著差異。A1B2C2和A2B2C1處理的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量較對(duì)照均顯著降低，降幅分別為15.8%、10.6%、12.2%、14.4%和18.3%、8.4%、20.6%和15.7%。A處理各類光合色素含量和對(duì)照無(wú)顯著差異。不同阻隔材料處理的小白菜葉綠素a/b值均顯著低于對(duì)照，降幅為4.0%～10.9%，以A2B2C1下降幅度最大。

表2 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜葉片光合色素含量的影響

2.4 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜產(chǎn)量的影響

圖3顯示，以C、A處理的小白菜產(chǎn)量最高，分別較對(duì)照顯著增加42.8%和37.1%，其次是B處理，較對(duì)照顯著增加15.7%，A2B2C1處理則較之顯著降低17.0%，A1B2C2處理和對(duì)照無(wú)顯著差異。

圖3 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜產(chǎn)量的影響

2.5 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜品質(zhì)的影響

表3顯示，A處理的小白菜可溶性蛋白含量最高，較對(duì)照顯著增加7.9%，B處理最低，較對(duì)照顯著下降31.2%，A1B2C2和A2B2C1處理也分別較對(duì)照顯著降低2.5%和4.0%；可溶性糖含量，C處理顯著高于對(duì)照6.9%，A1B2C2、A、A2B2C1處理分別較對(duì)照顯著降低13.4%、26.0%和49.1%。維生素C含量以A2B2C1處理最高，較對(duì)照增加1.99倍，其次是B、A1B2C2處理，分別較對(duì)照增加68.9%和27.3%，A處理則較對(duì)照顯著降低30.9%。NO3--N含量，A、B、C處理均顯著小于對(duì)照，降幅分別為20.3%、21.6%、12.8%，A2B2C1處理顯著高于對(duì)照8.5%，A1B2C2處理和對(duì)照無(wú)顯著差異。

表3 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜品質(zhì)的影響

2.6 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜氮磷吸收的影響

表4顯示，和對(duì)照相比，B和C處理的小白菜氮含量分別顯著降低7.8%和7.3%，A1B2C2和A2B2C1處理則分別顯著增加11.4%和22.1%。植株氮累積量，A和C處理分別顯著高于對(duì)照22.7%和26.7%，A1B2C2處理較對(duì)照也增加14.3%，但未達(dá)到顯著性差異；B和A2B2C1處理則分別較對(duì)照顯著降低16.3%和12.9%。除B處理外，其余處理的小白菜磷含量均顯著低于對(duì)照，降幅為25.6%～35.6%，這幾個(gè)處理間無(wú)顯著差異。植株磷累積量，不同阻隔材料處理均顯著低于對(duì)照，降幅為11.8%～46.6%，以A2B2C1處理降幅最大，其次是A1B2C2和A處理，降幅分別為24.8%和21.7%，B和C處理降幅分別為12.4%和11.8%。該結(jié)果表明，施用阻隔材料可一定程度降低蔬菜對(duì)磷的吸收。

表4 施用不同阻隔材料對(duì)小白菜氮磷吸收的影響Tab.4 Effects of applying different barrier materials on nitrogen and phosphorus absorption of Chinese cabbage

2.7 施用不同阻隔材料對(duì)土壤速效磷含量的影響

圖4顯示，以C和A處理的土壤速效磷含量最高，分別較對(duì)照顯著增加19.8%和18.9%，A1B2C2處理也顯著增加10.4%，A2B2C1處理則較對(duì)照顯著降低4.8%。該結(jié)果說(shuō)明，施用阻隔材料A、C和A1B2C2可將更多的速效磷滯留在土壤中，從而降低植株的吸收；A2B2C1處理土壤速效磷供應(yīng)能力明顯降低。

2.8 施用不同阻隔材料對(duì)土壤NO3--N和NH4+-N含量的影響

圖5顯示，除A2B2C1處理的土壤NO3--N含量顯著高于對(duì)照73.4%外，其余阻隔材料處理和對(duì)照無(wú)顯著差異。土壤NH4+-N含量，A處理顯著高于對(duì)照63.4%，B和C處理分別顯著低于對(duì)照63.2%和31.4%，A1B2C2和A2B2C1處理和對(duì)照無(wú)顯著差異。該結(jié)果說(shuō)明，A2B2C1處理可促進(jìn)土壤NH4+-N向NO3--N的轉(zhuǎn)化，從而有利于植株對(duì)NO3--N的吸收。B處理土壤NH4+-N含量和植株氮累積量均顯著降低，NO3--N含量和對(duì)照無(wú)顯著差異，說(shuō)明B處理土壤氮素供應(yīng)能力有所降低。

圖4 施用不同阻隔材料對(duì)土壤速效磷含量的影響

圖5 施用不同阻隔材料對(duì)土壤NO3--N和NH4+-N含量的影響

3 結(jié)論與討論