我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国， 2020 年我国蔬菜种植面积高达 2148.5 万 hm²，占全部农作物播种面积的 12.83%（《中国统计年鉴》）。大多数蔬菜作物根系浅，养分吸收能力弱，对肥料的需求量较大，因此被定义为高耗肥农作物^[1]。氮素是作物生长所必需的大量元素，氮肥施用能显著提高蔬菜产量^[2]。在实际生产中，农民为了保证高产、高收益，盲目施用氮肥的现象十分普遍^[3]。过量施用氮肥不仅增加蔬菜种植成本、降低效益，而且造成蔬菜产品质量安全与环境污染等问题^[4-5]。因此，如何调整氮肥的施用方式以保证蔬菜产量和品质协同增加、同时降低对环境的影响，是我国蔬菜产业健康发展过程中亟待解决的问题。有机生产管理方式的广泛应用为协同提高蔬菜产量及品质提供了新的思路。大量研究表明化肥减量配施有机肥可保证在不降低蔬菜产量的同时，提高蔬菜的品质并降低土壤氮盈余及面源污染风险^[6-8]，从而为蔬菜产业可持续及高质量发展提供有效保障。

近年来，氨基酸肥作为一种新型肥料已经逐渐得到认可。施用氨基酸肥可以显著提高水稻和小麦的成穗数、株高、产量和籽粒蛋白质含量，对玉米叶绿素含量、叶片净光合速率以及根系活力等指标也有一定的提升作用^[9]。此外，由于氨基酸肥施用不会导致土壤无机氮的积累，因此能避免由化肥施用所带来的环境隐患^[10]。江苏丘陵地区南京农业科学研究所利用养殖废弃物中富含氨基酸的家禽羽毛为原料，经过不断优化降解条件，目前已制备出具有良好应用前景的羽毛生物降解氨基酸肥，然而该氨基酸肥在蔬菜产量及品质调控中的作用尚不明确。小白菜（Brassica chinensis L.）属十字花科芸薹属芸薹种植物，播种面积约占蔬菜播种总面积的三分之一，是我国长江流域以南地区最重要的蔬菜作物之一。本研究在等量氮素投入的前提下，研究施用羽毛降解氨基酸肥以及尿素对小白菜产量及品质的影响，以期为羽毛生物降解氨基酸肥在蔬菜产业中的应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验采用四倍体不结球白菜杂交种“暑优 1 号”作为供试品种。供试土壤基本理化性状为：土壤有机质 17.84 g/kg，全氮 0.93 g/kg、有效磷 11.12 mg/kg，速效钾 101.68 mg/kg，pH 7.68。

1.2 试验设计

试验于 2021 年 10—11 月在江苏丘陵地区南京农业科学研究所栽培实验室进行。试验采用随机区组设计，共设 3 个处理，分别为：不施肥处理（T1）、施用羽毛生物降解氨基酸肥处理（T2）、施用尿素处理（T3）。各肥料处理设计为等氮素含量，各处理浇施的肥料含氮量均为 0.11 g/L。每个处理重复 10 次，共 30 盆。除试验处理施加的氮肥外，小白菜生长过程中不再施用其他肥料。

盆栽试验采用直径 20 cm、高 18 cm 的聚乙烯盆种植，每盆装干土 2 kg。装土过程中保证土壤松紧合适。选取大小一致且饱满的种子播种，每盆播 20 粒，待第 3 片真叶时定苗 5 棵。定苗 1 周后开始进行肥料处理，每盆每次浇施量为 50 mL，T1 处理浇施等量清水。此后每周浇施 1 次，处理 60 d 后进行各项指标的测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 样品采集及生物量、叶面积测定

各处理随机选取 5 盆，将植株切除根部后用蒸馏水洗净并记录叶片数量。将叶片置于放有标尺的空白背景下拍照，采用 Image-Pro Plus 测量叶面积。叶片擦拭干净后用天平测定植株鲜重并记录。将植株样品置于 105℃ 烘箱内杀青 30 min，之后 75℃ 烘干至恒重，记录干重。

1.3.2 植株氮含量的测定

准确称取烘干粉碎过的植株样品 0.05 g 置于消煮管中，采用 H₂SO₄-H₂O₂ 方法于 260～270℃ 高温消化，定容后采用半微量凯氏法测定消化液中的氮素含量，结合生物量计算植株氮素积累量。无机态氮的含量为硝态氮和铵态氮含量之和，分别采用硫酸-水杨酸比色法与靛酚蓝比色法测定，有机氮含量为全氮与无机氮含量的差值。

1.3.3 净光合速率、气孔导度、胞间 CO₂ 浓度及蒸腾速率的测定

Li-Cor 6400 型光合作用测定仪普通叶室用于测定小白菜叶片的各光合参数，测定时间为 9：00— 15：00。叶室内光照强度为 1200 μmol/（m² ·s）， CO₂ 浓度为 400 μmol/mol，空气湿度调节在 40%～50% 之间，叶片温度控制在 30℃ 左右。将叶片夹入叶室后，等数据稳定后（约 10 min），记录数据。

1.3.4 品质指标的测定

各处理随机选取 4 盆，将每盆全部植株地上部用蒸馏水清洗干净，液氮研磨后置于-80℃冰箱待测品质指标。类胡萝卜素含量采用李方曼等^[11]的方法测定；硝酸盐含量采用 GB/T5009.33—2010 《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》中的方法进行测定；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定； 可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；游离氨基酸含量采用茚三酮比色法测定；类黄酮及总酚含量采用余意等^[12]的方法测定；维生素 C 含量采用 2，6-二氯靛酚法测定。

1.4 数据处理分析

所有数据运用 SPSS 16.0 及 Excel 2010 进行统计分析，采用 LSD 方法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小白菜生长指标的影响

如图1 所示，不同氮肥处理均显著促进了小白菜地上部生长。与 T1 相比，T2 处理鲜重及干重分别加了 34% 及 17%，T3 处理鲜重及干重分别增加了 55% 及 38%。尿素对小白菜的促生效果显著高于羽毛生物降解氨基酸肥，与 T2 处理相比，T3 处理鲜重及干重分别增加了 16% 及 17%（图1a、b）。叶片数及叶面积对不同处理的响应规律与生物量类似，施氮显著提高了小白菜叶片数及叶面积，与 T2 处理相比，T3 处理的叶片数及叶面积分别增加了 9% 及 20%（图1c、d）。相关性分析结果表明，叶片数、叶面积与地上部干重间存在极显著正相关关系 （图2）。

2.2 不同处理对小白菜氮素积累量及光合参数的影响

施用氮肥显著提高了小白菜植株氮素积累量。与 T1 处理相比，T2 及 T3 处理植株氮素积累量分别增加了 23% 及 52%（图3）。不同氮素组分对不同肥料的响应不同：羽毛生物降解氨基酸肥的施用显著提升了植株有机氮含量，对无机氮含量的影响较小；尿素对有机氮及无机氮含量均存在显著影响。与 T2 处理相比，T3 处理有机氮及无机氮含量分别提高了 80% 及 19%（图3）。施氮显著提高了叶片净光合速率，与 T1 处理相比，T2 及 T3 处理的叶片净光合速率分别增加了 19.94% 及 18.86%，不同施氮处理间叶片净光合速率无显著差异。所有处理间气孔导度、胞间 CO₂ 浓度及蒸腾速率均无显著性差异（表1）。相关性分析结果表明，氮素积累量与地上部干重间存在显著正相关关系，单位叶面积叶片净光合速率与地上部干重间相关关系不显著（图4）。

注：不同字母表示 LSD 检验 5% 水平差异显著。下同。

2.3 不同处理对小白菜品质的影响

如表2 所示，不同氮肥处理对类胡萝卜素、可溶性蛋白质、类黄酮及总酚含量的影响较小，但显著影响了硝酸盐、可溶性糖、游离氨基酸及维生素 C 的含量。与 T1、T2 处理相比，T3 处理硝酸盐含量分别增加了 53%、55%；T1 处理可溶性糖含量最高，分别比 T2、T3 处理高 16%、32%；3 个处理中，以 T2 处理游离氨基酸含量最高，与 T1 处理间无显著差异；与 T1 处理相比，T2 处理维生素 C 含量提高了 33%。

注：不同小写字母代表各指标不同处理之间在 0.05 水平下差异显著。下同。

3 讨论

氮素在调控植物生长发育过程中具有重要的作用。本研究通过分析不同氮肥处理影响小白菜生长的结果，发现氨基酸态氮肥及尿素均可以显著促进小白菜植株的生长，相关性分析结果进一步表明，小白菜植株氮素累积量与生物量间存在显著正相关关系（图1、3），由此说明不同形态氮素施用调控小白菜生长是通过影响对氮素的吸收及利用实现的，这与前人的研究结果类似^[13]。光合作用是植物生长发育的物质和能量基础，氮肥对植物生物量的影响通常被认为与其对光合作用的调控有关^[14]。本研究的结果虽然表明氮肥施用显著提升了小白菜单位叶面积叶片净光合速率，但单位叶面积叶片净光合速率与小白菜生物量间无显著正相关关系（图3）。大量研究结果表明氮素可以显著提高植株细胞分裂素含量和叶片数^[15-16]，本研究中氮肥施用引起的植株氮素积累可能通过细胞分裂素增加了叶片数和叶面积。叶面积、叶片数和小白菜生物量间的正相关关系表明群体光合而非单位叶面积叶片净光合速率的增加是导致施氮促进小白菜生物量形成的原因。Wu 等^[17]指出群体光合是影响作物生长及产量的关键因素，Nomura 等^[18]表明群体光合是预测蔬菜作物生长及产量的关键指标。综上所述，氮肥施用通过调控小白菜对氮素的吸收影响了细胞分化，导致叶片数及叶面积的增加，最终导致群体光合及生物量的增加。

羽毛生物降解氨基酸肥处理中小白菜植株氮素积累量显著低于尿素处理。在等量氮素供应的前提下，小白菜植株氮素积累量的差异主要是由于其对不同氮素形态的吸收效率不同所导致的。尽管越来越多的研究表明植物可以直接吸收有机态氮，特别是氨基酸态氮^[19]，但是不同作物对不同氮形态的偏好不同：水稻对谷氨酸、精氨酸的吸收弱于硫酸铵，而小麦对氨基酸态氮的吸收量与铵态氮相当^[20]； 王小丽等^[21]通过对比各吸收动力学参数指标，证明了小白菜对硝态氮的吸收速率、最大吸收速率、吸收亲和力均高于甘氨酸态氮；彭勇等^[22]研究表明，与尿素相比，冬枣对甘氨酸及谷氨酸的吸收量分别降低 71% 及 88%。本研究结果表明小白菜对氨基酸态氮的吸收量显著小于尿素，最终导致了其生长的差异（图1、3）。

蔬菜品质对人体健康具有重要的意义^[23]。分析小白菜不同品质组成因子可知，不施肥处理中可溶性糖含量显著增加，这可能是由浓缩效应导致的（表2）^[24]。相较于尿素，氨基酸肥显著降低了小白菜的硝酸盐含量，同时提高了游离氨基酸含量，这与供试氨基酸肥中丰富的氨基酸含量有关。有研究表明，施用氨基酸肥可以提高植株硝酸还原酶及谷氨酸脱氢酶活性，从而降低植株硝酸盐含量^[25]。此外，作为硝态氮的还原产物，氨基酸对氮素吸收具有反馈调节作用，当植株体内具有足量还原态氮时，植物将不会吸收或仅吸收少量的硝态氮，以节省硝态氮的吸收、还原及氨基酸合成所需的能量^[26]。因此，氨基酸肥的施用抑制了根系对土壤中硝态氮的吸收，这也是导致植株硝酸盐含量降低的另一原因。与 T1 处理相比，氨基酸肥施用显著提升了小白菜维生素 C 含量，这与前人研究结果相同^[27]。目前尚不清楚维生素 C 合成过程中氨基酸发挥的作用，相关机制仍需进一步研究。

4 小结

氮肥施用促进了小白菜对氮素的吸收，进而导致叶面积和生物量的增加。单位叶面积叶片净光合速率对小白菜产量的影响较小。在等量氮素供应的前提下，小白菜对氨基酸态氮和尿素态氮吸收能力差异是导致产量差异的原因。与尿素相比，施用羽毛降解氨基酸肥可显著提升小白菜品质，具体表现为硝酸盐含量的降低及游离氨基酸的增加。因此，羽毛生物降解氨基酸肥能协同提高小白菜产量及品质，具有开发成商品肥料并在蔬菜生产中应用的良好前景。目前，植物对氨基酸肥吸收利用率较低作为影响产量的瓶颈问题，需要进一步研究。在此基础上，进一步研究不同羽毛生物降解氨基酸肥与尿素配施比例对蔬菜产量、品质及经济效益的影响，可为绿色无公害蔬菜生产提供理论依据。

参考文献