邢素芝， 汪建飛， 李孝良， 鄒海明

(1 安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院， 安徽鳳陽 233100； 2安徽科技學(xué)院城建與環(huán)境學(xué)院， 安徽鳳陽 233100；3 農(nóng)業(yè)部生物有機(jī)肥創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蚌埠 234000)

氮肥形態(tài)及配比對菠菜生長和安全品質(zhì)的影響

邢素芝1， 汪建飛2,3*， 李孝良2， 鄒海明2

(1 安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院， 安徽鳳陽 233100； 2安徽科技學(xué)院城建與環(huán)境學(xué)院， 安徽鳳陽 233100；3 農(nóng)業(yè)部生物有機(jī)肥創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蚌埠 234000)

銨態(tài)氮肥； 硝態(tài)氮肥； 菠菜； 生物量； 生理代謝

1 材料與方法

1.1 供試菠菜苗培育

供試菠菜品種為“銀川大圓”，其育苗步驟為：1)種子消毒，將菠菜種子浸泡于50℃的溫水中30min；2)種子清洗，將消毒后的菠菜種子用去離子水沖洗3次，再浸泡約12h；3)種子催芽，將浸泡后的種子置于培養(yǎng)箱中25℃催芽約1周；4)種苗培養(yǎng)，將催芽后的種子置于苗床上培育約30 d，供試驗(yàn)時移栽。

1.2 水培試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用自行設(shè)計的水培試驗(yàn)裝置(圖1)，該裝置長、 寬、 高分別為50 cm、 30 cm、 12 cm，有效容積為12 L，為聚乙烯材質(zhì)。每個栽培孔中移栽3棵菠菜，每批次試驗(yàn)共移栽30棵。試驗(yàn)過程中，每天用曝氣泵曝氣兩次(8時和16時)，每次30 min，保持溶液中溶解氧為4 mg/L左右，曝氣流速為1.5 L/min；pH控制在6.5±0.1；營養(yǎng)液每10天更換一次。

圖1 水培試驗(yàn)裝置Fig.1 Hydroponics experimental configuration

1.3 營養(yǎng)液的配制

營養(yǎng)液元素含量為：N 12 mmol/L、 P 1 mmol/L、 K 6 mmol/L、 Ca 5 mmol/L和Mg 2 mmol/L；微量元素為B 0.5 mg/L、 Fe 2.8 mg/L、 Mn 0.5 mg/L、 Zn 0.05 mg/L、 Cu 0.02 mg/L和Mo 0.09 mg/L，此外，加入7 μmol/L DCD 抑制硝化反應(yīng)。

1.4 測定項(xiàng)目和方法

菠菜移栽后30d，采集菠菜樣品用蒸餾水洗凈，測量生長形態(tài)(株高和根系長)；部分樣品用于鮮重(Fresh weight, FW)條件下生物量、 硝酸鹽、 亞硝酸鹽、 有機(jī)酸和氨基酸的測定；剩余樣品置于烘箱中105 ℃下殺青30 min，然后在65 ℃下烘干至恒重，約48 h，用于干重生物量測定。

1.4.1 硝酸鹽和亞硝酸鹽的測定 按照《水果、 蔬菜及其制品 亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的測定》GB/T 15401-1994國家標(biāo)準(zhǔn)處理樣品，用德國布朗盧比Bran+Luebbe 生產(chǎn)的AutoAnalyzer 3連續(xù)流動分析儀測定。

1.4.2 有機(jī)酸的測定 稱取菠菜樣品2.0 g于研缽中， 加5mL超純水研磨后無損地轉(zhuǎn)移至離心管中，在20,000×g 4℃超速離心20 min；轉(zhuǎn)移上清液至新離心管，在冰箱4 ℃下冷藏，測定前用0.45μm濾膜抽濾。

有機(jī)酸含量用高效液相色譜儀(美國Waters公司) 測定；色譜柱為Hibar? column RT 250 mm×4.6 mm(德國Merck公司)， 柱溫為30℃； 流動相為用0.45 um濾膜抽濾后的pH為 2.5的0.5% (NH4)2HPO4-H3PO4緩沖液， 流速 1 mL/min、 進(jìn)樣量約20 μL、 測定波長為214 nm(紫外)。

1.4.3 氨基酸的測定 稱取菠菜樣品0.5 g于研缽中；加入液氮和5 mL 80%(v/v)預(yù)冷乙醇，充分研磨后離心，取上清液待測，測定前用0.45μm濾膜抽濾。

氨基酸含量用高效液相色譜儀(美國Waters公司) 測定；色譜柱為HydrosphereTMC18柱，150 mm×4.6 mm，柱溫為30℃， 流動相為用0.45 μm濾膜抽濾后的pH 為6.5 的20 mmol/L KH2PO4-K2HPO4和pH為6.5的 20 mmol/L KH2PO4-K2HPO4/乙腈(50/50)梯度淋洗， 流速 1 mL/min、 進(jìn)樣量約20 μL、 激發(fā)波長為470 nm、 發(fā)射波長為530 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同氮素形態(tài)配比對菠菜生物量和生長形態(tài)的影響

植物的生物量約92.5%來自光合作用結(jié)果，而氮肥的不合理施用往往會導(dǎo)致光合器官與植物器官生長不協(xié)調(diào)[19-20]，姜琳琳等[21]也指出氮肥及其形態(tài)是影響植物生長及其產(chǎn)量的首要因素。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2、表1和圖3。

圖2 不同銨態(tài)氮與硝態(tài)氮配比處理菠菜生物量的變化Fig.2 Variation of spinach biomass with ratio

表1 不同氮素形態(tài)配比處理莖葉、 根系鮮重與干重比以及根系長度與株高比

Table 1 Ratio of fresh weight to dry weight of shoot and root and root length to shoot height of spinach

銨態(tài)氮∶硝態(tài)氮RatiosofNH+4-N/NO-3-N莖葉鮮重與干重比RFDS根系鮮重與干重比RFDR根長與株高比RRLPH100∶04．775．001．5275∶255．235．551．1450∶504．105．921．2325∶755．235．851．400∶1006．085．931．38

注(Note): RFDS—Ratios of fresh to dry yields of stem; RFDR—Ratios of fresh to dry yields of root; RRLPH—Ratios of root length to plant height.

圖3 不同銨態(tài)氮與硝態(tài)氮配比處理菠菜株高和根系長度Fig.3 Variation of shoot height and root length

2.2 不同氮素形態(tài)配比對菠菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的影響

圖4 不同銨態(tài)氮與硝態(tài)氮配比處理菠菜莖葉中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的變化Fig.4 Variation of nitrate and nitrite content of

有機(jī)酸在植物組織中的含量要高于其他生物有機(jī)體，在植物體內(nèi)發(fā)揮著重要的、 基礎(chǔ)性的生理代謝功能[29]，如光合和呼吸作用、 代謝活性溶質(zhì)、 調(diào)節(jié)滲透壓和平衡陽離子等。為此，研究不同氮素形態(tài)配比條件下對菠菜有機(jī)酸含量的影響，探究氮肥形態(tài)及其配比對菠菜生理代謝機(jī)能的影響。

圖5 不同銨態(tài)氮與硝態(tài)氮配比條件下菠菜莖葉中有機(jī)酸含量的變化Fig.5 Variation of organic acids content of shoot

表2 硝態(tài)氮的比例與有機(jī)酸含量回歸分析

2.4 不同氮素形態(tài)配比對菠菜中氨基酸含量的影響

氨基酸是蔬菜中重要的營養(yǎng)成分，其氨基酸種類、 含量及其組成對蔬菜營養(yǎng)價值有著很重要的影響[30]。施用的氮肥形態(tài)不同，作物就會合成并累積不同的氨基酸類型[31]。

圖6 不同銨態(tài)氮與硝態(tài)氮配比條件下菠菜莖葉中游離氨基酸含量的變化Fig.6 Variation of free amino acids content of

在以銨態(tài)氮肥為主時，菠菜莖葉中氨基酸主要以谷氨酰胺(占39.8%)、 精氨酸(占20.2%)和谷氨酸(占8.9%)為主，總計占氨基酸總量的68.9%；而在以硝態(tài)氮肥為主時，菠菜莖葉中有機(jī)酸主要以谷氨酸(30.3%)、 天冬氨酸(18.6%)和絲氨酸(8.5%)為主，總計占氨基酸總量的57.4%。此外，氨基酸總量與銨態(tài)氮肥的比例有著一定的正相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

[1] Parks S E, Irving D E, Milham P J. A critical evaluation of on-farm rapid tests for measuring nitrate in leafy vegetables[J]. Scientia Horticulturae, 2012, 134: 1-6.

[2] 于紅梅, 龔元石, 李子忠, 張小蘭. 不同水氮管理對莧菜和菠菜的產(chǎn)量及硝酸鹽含量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2004, 10(3): 302-305. Yu H M, Gong Y S, Li Z Z, Zhang X L. Effect of different water and nitrogen management on yield and nitrate content of amaranth and spinach[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2004, 10(3): 302-305.

[3] 陶正平，尹凱丹. 環(huán)境因子對大白菜硝酸鹽含量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2008, 24(8): 245-248. Tao Z P, Yin K D. Effects of environmental factors on nitrate content of Chinese cabbage[J]. Transactions of the CSAE, 2008, 24(8): 245-248.

[4] Suh J H, Paek O J, Kang Y Wetal. Risk assessment on nitrate and nitrite in vegetables available in korean diet[J]. Journal of Applied Biological Chemistry, 2013, 56(4): 205-211.

[5] Lidder S, Webb A J. Vascular effects of dietary nitrate (as found in green leafy vegetables and beetroot) via the nitrate-nitrite-nitric oxide pathway[J]. British Journal of Clinical Pharmacology, 2013, 75(3): 677-696.

[6] 王子云, 詹秀環(huán), 郭曉云. 不同處理方式對幾種根莖類蔬菜亞硝酸鹽含量的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 52(21): 5268-5271. Wang Z Y, Zhan X H, Guo X Y. Effects of different processing methods on nitrite contents in rootstalk vegetables[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2013, 52(21): 5268-5271.

[7] 孫敏紅, 呂燕君. 長沙市售新鮮蔬菜中硝酸鹽含量的測定[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 51(13): 2834-2836. Sun M H, Lü Y J. Determination of nitrate content in vegetables in Changsha’s market[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2012, 51(13): 2834-2836.

[8] 朱蘭保, 盛蒂, 江升明. 蚌埠市售新鮮蔬菜的硝酸鹽污染[J]. 光譜實(shí)驗(yàn)室, 2013, 30(4): 1823-1826. Zhu L B, Shen D, Jiang S M. Nitrate pollution of fresh vegetable in Bengbu’s market[J]. Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory, 2013, 30(4): 1823-1826.

[9] 謝國祥, 郭寶福, 趙士權(quán), 等. 南京市市售蔬菜硝酸鹽含量及居民暴露量評估[J]. 現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué), 2013, 40(7): 1236-1238. Xie G X, Guo B F, Zhao S Qetal. The nitrate contents in commercial vegetables and assessment of nitrate exposure in Nanjing residents[J]. Modern Preventive Medicine, 2013, 40(7): 1236-1238.

[10] 劇成欣, 張耗, 王志琴, 楊建昌. 水稻高產(chǎn)和氮肥高效利用研究進(jìn)展[J]. 中國稻米, 2013, 19(1): 16-21. Ju C X, Zhang H, Wang Z Q, Yang J C. Research progress in high yield of rice and efficient utilization of nitrogen in rice[J]. China Rice, 2013, 19(1): 16-21.

[12] 胡博, 郝云鳳, 樊明壽. 馬鈴薯-大白菜雙季栽培體系中大白菜氮肥施用量對其產(chǎn)量、 氮肥利用、 硝酸鹽累積的影響[J]. 中國蔬菜, 2012, (10): 60-65. Hu B, Hao Y F, Fan M S. Effects of Chinese cabbage nitrogen application rate on Chinese cabbage yields, nitrogen utilization, nitrate accumulation (soil & cabbage) of potato-Chinese cabbage double cropping system[J]. China Vegetables, 2012, 1(10): 60-65.

[13] 貫立茹, 張成軍, 劉佳偉, 等. 氮肥施用量對溫室彩椒產(chǎn)量及土壤硝酸鹽含量的影響[J]. 中國蔬菜, 2011, (Z1): 104-107. Guan L R, Zhang C J, Liu J Wetal. Effects of nitrogen application quantity on geenhouse color pepper production and soil nitrate content[J]. China Vegetables, 2011, (Z1): 104-107.

[14] Konstantopoulou E, Kapotis G, Salachas Getal. Effect of nitrogen application on growth parameters, yield and leaf nitrate content of greenhouse lettuce cultivated during three seasons[J]. Journal of Plant Nutrition, 2012, 35(8): 1246-1254.

[15] 樊衛(wèi)國, 羅燕, 吳素芳, 葛會敏. 氮肥形態(tài)及配比對鐵核桃根際環(huán)境及幼苗生長的影響[J]. 園藝學(xué)報, 2014, 41(3): 437-446. Fan W G, Luo Y, Wu S F, Ge H M. Effects of nitrogen fertilizer forms and ratios on rhizospheric environment and growth of theJuglanssigillataseedlings[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2014, 41(3): 437-446.

[19] 魏猛, 唐忠厚, 陳曉光, 等. 不同氮素水平對葉菜型甘薯光合作用及生長特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2014, 30(1): 87-91. Wei M, Tang Z H, Chen X Getal. Photosynthetic and growth characteristics of vegetable-use sweet potato responding to nitrogen application rates[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 2014, 30(1) : 87-91.

[20] Zhang L X, Qiang H, Li S Qetal. Effects of enhanced atmospheric ammonia on photosynthetic characteristics of two maize cultivars with various nitrogen supply across long-term growth period and their diurnal change patterns[J]. Photosynthetica, 2010, 48(3): 389-399.

[21] 姜琳琳, 韓立思, 韓曉日, 等. 氮素對玉米幼苗生長、 根系形態(tài)及氮素吸收利用效率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2011, 17(1): 247-253. Jiang L L, Han L S, Han X Retal. Effects of nitrogen on growth, root morphological traits, nitrogen uptake and utilization efficiency of maize seedlings[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(1): 247-253.

[22] 郭淑霞, 龔元石. 不同鹽分和氮肥水平對菠菜水分及氮素利用效率的影響[J]. 土壤通報, 2011, 42(4): 906-910. Guo S X, Gong Y S. Effect of different salinity and nitrogen on water and nitrogen use efficiency of spinach[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2011, 42(4): 906-910.

[23] Gutiérrez Rodríguez E, Lieth H J, Jernstedt J Aetal. Texture, composition and anatomy of spinach leaves in relation to nitrogen fertilization[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2013, 93(2): 227-237.

[24] 王小麗, 楊丹妮, 黃丹楓. 氮素形態(tài)對小白菜生長和碳氮積累的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2012, 23(4): 1042-1048. Wang X L, Yang D N, Huang D F. Effects of different applied nitrogen forms on pakchoi growth and its carbon and nitrogen accumulation[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(4) : 1042-1048.

[25] Mondal S, Nad B K. Nitrate accumulation in spinach as influenced by sulfur and phosphorus application under increasing nitrogen levels[J]. Journal of Plant Nutrition, 2012, 35(14): 2081-2088.

[26] Abubaker S M, Abu-Zahra T R, Alzubi Y Aetal. Nitrate accumulation in spinach tissues under different fertilization regimes[J]. Journal of Food, Agriculture & Environment, 2010, 8(2): 778-780.

[27] 別之龍, 徐加林, 楊小峰. 營養(yǎng)液濃度對水培生菜生長和硝酸鹽積累的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2005, 21(增刊): 109-112. Bie Z L, Xu J L, Yang X F. Effects of different nutrient solution concentrations on the growth and nitrate accumulation of hydroponic lettuce[J]. Transactions of the CSAE, 2005, 21(Supp.): 109-112.

[28] Tang Y, Sun X, Hu Cetal. Genotypic differences in nitrate uptake, translocation and assimilation of two Chinese cabbage cultivars[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2013, 70: 14-20.

[29] Koh E, Charoenprasert S, Mitchell A E. Effect of organic and conventional cropping systems on ascorbic acid, vitamin C, flavonoids, nitrate, and oxalate in 27 varieties of spinach[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(12): 3144-3150.

[30] 歐行奇, 李新華, 朱彬甘. 薯莖尖與常見葉菜類蔬菜氨基酸含量及組成的比較分析[J]. 氨基酸和生物資源, 2007, 29(3): 70-74. Ou X Q, Li X H, Zhu B G. Comparison of amino acid content and composition between vegetable sweet potato tips and leaf vegetables[J]. Amino Acids & Biotic Resources, 2007, 29(3): 70-74.

[31] Hall N G, Sch?nfeldt H C. Total nitrogen vs. amino-acid profile as indicator of protein content of beef[J]. Food Chemistry, 2013, 140(3): 608-612.

Different nitrogen fertilizers and ratios effect on growth, safety and quality of spinach

XING Su-zhi1,2, WANG Jian-fei2,3*, LI Xiao-liang2, ZOU Hai-ming2

(1CollegeofAgriculture,AnhuiScienceandTechnologyUniversity,Fengyang,Anhui233100,China; 2CollegeofUrbanConstructionandEnvironment,AnhuiScienceandTechnologyUniversity,Fengyang,Anhui233100,China; 3KeyLaboratoryofBio-organicFertilizerCreation,MinistryofAgriculture,Bengbu,Anhui234000,China)

ammonium fertilizer; nitrate fertilizer; spinach; biomass; physiological metabolism

2014-07-04 接受日期： 2014-08-26

安徽省長三角聯(lián)合科技攻關(guān)項(xiàng)目(1101c0603046)；國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201103004)；安徽省教育廳重大科研項(xiàng)目(KJ2012ZD04) 資助。

邢素芝(1967—)，女，安徽太和人，副教授，主要從事作物栽培和植物營養(yǎng)學(xué)等方面教學(xué)和研究。E-mail: wmz2415@sina.com *通信作者 Tel: 0550-6733037, E-mail: jykwjf@sina.com

S606+.2； S636.1

A

1008-505X(2015)02-0527-08