曾晓蓉，肖和艾，吴金水，李宝珍，李 霞

（1.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125；2.中国科学院研究生院，北京100049）

蔬菜是人们生活必需的重要食品，但蔬菜易富集土壤中硝酸盐而导致污染。已有研究表明人体吸收的硝酸盐有85%来自于蔬菜[1]，经常食用硝酸盐含量高的蔬菜对人体健康具有很大的影响，蔬菜硝酸盐含量已引起人们的广泛关注，被作为蔬菜质量安全的重要指标之一[2]。随着蔬菜地化学氮肥的长期大量使用，不仅使土壤中硝酸盐含量不断增加而导致环境风险，而且蔬菜的硝酸盐含量也不断提高，特别是在城郊区蔬菜地更为突出。因此，减少化肥投入已成为农业环境保护和蔬菜质量安全的研究热点。潘洁等[3]研究表明，盆栽和田间条件下施用硝化抑制剂可使大白菜硝酸盐含量分别降低20%和40%，产量增加47%和8%，田间条件喷施微量元素也可降低大白菜硝酸盐含量。葛彩霞等[4]试验结果表明，喷施锰、钼、锌等微量元素可显著降低小白菜、苋菜、水萝卜和莴笋的硝酸盐含量，而且其产量可增加5%～10%。还有研究表明，采用一些氨基酸替代水培液中硝酸盐，可以降低水培不结球白菜和生菜[5]以及洋葱[6]的硝酸盐含量。黄东风等[7]研究表明施用有机肥可降低小白菜的硝酸盐含量，主要是由于有机肥含有较多酚、糖、醛类化合物和羧基，可吸附和固定铵态氮，抑制其硝化作用。但国内外关于植物生理调节剂以及微量元素氨基酸螯合物对蔬菜硝酸盐含量的研究较少。

本研究采用长沙和宁乡郊区菜地土壤，通过盆栽试验探讨了植物激素、微量元素氨基酸螯合物和植物调理剂在减量施肥下对4种叶菜类蔬菜硝酸盐含量和产量的影响。旨在为减少化肥施用、降低蔬菜硝酸盐含量，提高蔬菜品质和控制农业环境氮磷面源污染提供基础数据和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

盆栽试验在长沙市郊的大型连体塑料大棚中进行，试验时间为2008年11月～2009年6月。蔬菜品种为小白菜（Brassica chinensis L.）、油麦菜（Cichaorium endivia）、萝卜菜（Raphanus sativus L.）和空心菜（Ipomoea aquatica），购自湖南省农科院种子公司。供试土壤分别采自湖南长沙市郊区和宁乡县郊区的菜园土，采集的土样调节至土壤饱和持水量（WHC）的45%时，过筛（孔径＜5mm），彻底混匀，用于盆栽试验。另取部分土样风干，分别过20目和60目筛，用于测定土壤基本特性，供试土壤基本特性见表1。

表1 供试土壤基本特性

所用的植物激素生长素（IAA）含量≥97.0%，熔点166℃～168℃，干燥失重≤1.0%，灼烧残渣≤0.1%，乙醇溶解试验合格，赤霉素（GA3）含量≥90.0%，干燥失重≤1.0%，比旋光度[α]D20：+80.0°～+88.0°，均购自国药集团化学试剂有限公司。氨基酸螯合物为氨基酸与铜、锰、铁、锌、钾、硼螯合物（Cu+Mn+Fe+Zn+K+B≥6%），成都螯合生物技术有限公司提供；有机肥和通用调理剂为南京土壤研究所董元华提供。

1.2 盆栽试验设计

试验共设7个处理，分别为①对照（CK）；②常规施肥（NPK）；③50%NPK+生长素+赤霉素高浓度；④50%NPK+生长素+赤霉素低浓度；⑤50%NPK+微量元素氨基酸螯合物；⑥30%NPK+70%有机肥+植物调理剂；⑦50%NPK+植物调理剂，每个处理重复4次。具体实验处理如表2所示。

试验采用口径27 cm、高17 cm塑料盆，每盆装相当于烘干重4 kg的新鲜土壤。先后种2季蔬菜，第1季蔬菜为小白菜和油麦菜，各处理按表2施NPK和有机肥，播种期为2008年11月11日，播种前种子用蒸馏水洗净并浸泡3 h后，于25°C黑暗条件下催芽24 h，再播种到盆中，定苗后小白菜和油麦菜分别为13株/盆和10株/盆，生长期各处理每周按表2喷施1次植物生理调节剂溶液，至叶片正反面滴液为止，共喷施3次；收获期为2009年1月10日。第2季蔬菜为空心菜和萝卜菜，与第一季蔬菜不同的是，各处理均不施NPK或有机肥，仅按上述相同方法喷施表2的植物生理调节剂溶液，以探讨植物生理调节剂对蔬菜吸收利用土壤养分的作用。播种期为2009年4月7日，种子处理和催芽方法同上，定苗后空心菜和萝卜菜分别为20株/盆和13株/盆，收获期为2009年5月25日。

表2 盆栽试验处理

1.3 样品采集与测定

蔬菜收获时，采收地上部分，宜于当天进行测定。先用蒸馏水将植株冲洗干净，沥干水分，称量植株鲜重，再将植株样品分为两部分，一部分置于烘箱中经105°C杀青0.5 h，再于70°C中烘干，测定植株干重，再经粉碎、过20目筛后，用于测定植株全N和全P含量。另一部分用于植株鲜样硝态氮含量测定。植株硝态氮含量的测定参照Schortemeyer[8]的方法，具体操作为：取30 g植株鲜样，切碎后置于匀浆机中，加入30m l蒸馏水（样重与水比例为1∶1，W/V）后打成匀浆液，取10g匀浆液于加有1ml30%三氯乙酸的乐扣塑料提取盒中，再加入55ml蒸馏水，振荡（180 r/min）提取 30min，过滤，滤液中硝态氮含量用流动注射仪（FIASTAR 5000）测定。

在收获后，将盆中土壤混合均匀，取150 g～200 g土样，调节土壤含水量至饱和持水量（WHC）的45%，再置于25°C培养室中培养1周，取相当于8g烘干土重的新鲜土样加入40m l2mol/LKCl溶液（土水比 1∶5，W/V）振荡浸提 1 h，过滤，滤液中硝态氮采用流动注射仪测定。

土壤pH采用蒸馏水（土水比1∶2.5，W/V）浸提15min，用Mettler-toledo 320 pH计测定[9]，土壤有机质测定采用重铬酸钾氧化法[9]，土壤全氮测定采用浓H2SO4-H2O2消煮法[9]，土壤全磷测定采用碳酸钠熔融法[9]，土壤提取磷采用Olsen法[9]。

1.4 数据处理

数据为4次重复的平均值，蔬菜硝酸盐和产量以植株鲜重计，土壤硝酸盐含量和其他特性以烘干土重计。采用Excel 2003和SPSS16.0进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 植物生理调节剂对4种蔬菜硝酸盐含量的影响

沈明珠等[10]根据世界卫生组织（WHO）规定的人体硝酸盐每日允许摄入量，对我国蔬菜硝酸盐含量进行了等级划分，将蔬菜硝酸盐含量≤432mg/kg定为一级（轻度污染），≤785mg/kg定为二级（中度污染），≤1440mg/kg定为三级（高度污染），≤3100mg/kg定为四级（严重污染）。

本试验中对于第1季小白菜，在长沙和宁乡2种土壤中，处理1（对照、不施肥）小白菜硝酸盐含量分别为5.6 mg/kg和7.0mg/kg（图1a），处理3～7小白菜硝酸盐含量分别为 28.8mg/kg～164.0mg/kg和 73.9mg/kg～264.3mg/kg，而处理2（NPK）小白菜硝酸盐含量最高，在2种土壤中分别达到652.8mg/kg和582.8mg/kg，显著高于其它各处理的小白菜硝酸盐含量（p＜0.05）。根据沈明珠等[10]划定的蔬菜硝酸盐含量的分级标准，处理2（NPK）小白菜硝酸盐含量已达到中度污染（＞432mg/kg）；其余各处理小白菜硝酸盐含量均未超标。这说明在2种土壤中减少NPK施用均可有效地降低小白菜硝酸盐含量，而5种植物生理调节剂之间小白菜硝酸盐含量基本相同。本试验中施NPK处理的小白菜硝酸盐含量远低于沈明珠等[10]测定的来源于北京市郊的10个小白菜样品硝酸盐含量（1023mg/kg～3098mg/kg），这可能由于本试验采用的土壤硝酸盐含量较低（表1）。

对于第1季油麦菜，在长沙土壤中，对照处理油麦菜的硝酸盐含量为2.7mg/kg（图1b），处理2油麦菜的硝酸盐含量略高为159.3mg/kg，处理3～7油麦菜硝酸盐含量范围为16.6mg/kg～120.4mg/kg；各处理油麦菜硝酸盐含量均未超过沈明珠等划分的蔬菜硝酸盐含量的一级标准。在宁乡土壤中，对照处理油麦菜的硝酸盐含量为122.5mg/kg，处理2油麦菜的硝酸盐含量高达1184.5mg/kg，处理3～7油麦菜硝酸盐含量范围为657.0mg/kg～1093.2mg/kg；除对照处理油麦菜硝酸盐含量未超标外，其他处理的油麦菜硝酸盐含量超过沈明珠等划分的二级（432mg/kg～785mg/kg）和三级（785 mg/kg～1440mg/kg）污染标准，但低于Drews等[11]研究的结球生菜硝酸盐含量（1787mg/kg）。上述结果说明在2种土壤中油麦菜的硝酸盐含量存在明显的差异，长沙土壤中油麦菜的硝酸盐含量较低，且施肥及植物生理调节剂对油麦菜硝酸盐含量的影响均较小。

对于第2季萝卜菜（均未施肥，仅施植物生理调节剂），在长沙土壤中，对照和施肥处理的萝卜菜硝酸盐含量范围为484.0mg/kg～968.0mg/kg（图 1c），各处理间差异不显著，均达到沈明珠等[10]划分的蔬菜硝酸盐二级或三级污染标准。而在宁乡土壤中，处理3、4和5萝卜菜硝酸盐含量（87.0 mg/kg～208.3mg/kg）显著低于处理 1、2、6 和 7（266.2mg/kg～352.7mg/kg）。说明萝卜菜硝酸盐含量还与土壤类型有关，宁乡土壤中萝卜菜的硝酸盐含量明显低于长沙土壤中。

对于第2季空心菜（均未施肥，仅喷施植物生理调节剂），长沙和宁乡土壤中，处理1（对照）空心菜硝酸盐含量分别为7.7mg/kg和32.6mg/kg，处理2的硝酸盐含量最高，分别为15.9mg/kg和694.3mg/kg（图1d）。在长沙土壤中各处理的空心菜硝酸盐含量均很低（均＜25mg/kg），且各植物生理调节剂处理的硝酸盐含量明显降低；但在宁乡土壤中，处理2（第1季施NPK）的空心菜硝酸盐含量达694.3mg/kg，为中度污染，其它各处理硝酸盐含量＜384mg/kg，轻度污染。Vinter[12]和Ponomarev等[13]的研究表明空心菜硝酸盐含量范围分别为349mg/kg～3890mg/kg和1131mg/kg～1459mg/kg。根据1997年欧盟委员会的规定，空心菜中硝酸盐含量的最大允许含量为3000mg/kg（在第一年的11月1日到第二年的3月31之间收获）和2500mg/kg（在同一年的4月1日到10月31日之间收获）[14]。本试验测得的空心菜硝酸盐含量明显低于这一水平。

以上试验结果表明，利用植物生理调节剂替代50%的无机肥，或用有机肥替代部分无机肥，配合喷施植物生理调节剂均能在一定程度上减少蔬菜硝酸盐含量。

图1 各处理小白菜（a）、油麦菜（b）、萝卜菜（c）和空心菜（d）的硝酸盐含量

2.2 植物生理调节剂对4种蔬菜产量的影响

对于第1季小白菜，在长沙和宁乡2种菜地土壤中，对照（处理1，未施肥）的小白菜鲜重分别为91.2 g/盆和83.2 g/盆，处理2的小白菜鲜重比对照（CK）处理均增加128%，减少NPK施用量而配合喷施植物生长调节剂的处理3～7的鲜重分别为158.9 g/盆～175.6 g/盆和146.3 g/盆～152.5 g/盆，比对照（CK）处理增加70%～90%（图2a）。而与处理2对比，处理3～7的小白菜鲜重下降14%～24%，其中以处理6（30%NPK+70%FYM+PR）小白菜鲜重下降最小。此外，同等施肥水平下长沙土壤小白菜鲜重比宁乡土壤高6%～16%。

对于第1季油麦菜，在长沙和宁乡2种土壤中，对照（处理1，未施肥）的鲜重分别为179.7 g/盆和99.5 g/盆。在长沙土壤中，处理2～7的鲜重范围为208.9 g/盆～229.9 g/盆，尽管各施肥处理（处理2～7）的油麦菜鲜重比对照高，但差异不显著（图2b）；在宁乡土壤中，处理2～7的鲜重范围为86.2 g/盆～124.6 g/盆，其中以处理6的油麦菜鲜重最高，为124.6 g/盆，显著高于其它各处理，而其它各处理间油麦菜鲜重没有显著差异，但总体上长沙土壤各处理油麦菜鲜重比宁乡土壤高68%～156%。说明油麦菜鲜重受土壤的影响远大于施肥和植物生理调节剂的影响。

对于第2季萝卜菜，不施NPK肥，仅喷施植物生理调节剂。长沙和宁乡2种土壤中，对照（处理1，未施肥）的鲜重分别为38.6 g/盆和45.1 g/盆，处理2～7的鲜重范围分别为40.3 g/盆～64.0 g/盆和50.0 g/盆～60.8 g/盆。其中长沙土壤中，处理7萝卜菜的鲜重最高，显著高于其它6个处理（p＜0.05），而宁乡土壤中，以处理6的萝卜菜的鲜重最高，处理2～6之间萝卜菜鲜重差异不显著，但均显著高于对照（CK）处理；2种土壤中萝卜菜鲜重差异不显著（图2c）。

对于第2季空心菜，在长沙和宁乡2种土壤中，对照（处理1，未施肥）的空心菜鲜重分别为37.3 g/盆和24.3 g/盆，处理2～7的鲜重范围分别为39.6 g/盆～44.4 g/盆和38.2 g/盆～41.0 g/盆，分别以处理7和处理6最高。在长沙土壤中各处理空心菜鲜重差异不显著，在宁乡土壤中，处理2～7之间空心菜鲜重差异不显著，但均高于对照处理，且2种土壤中空心菜鲜重差异不显著（图2d）。

图 2 各处理小白菜（a）、油麦菜（b）、萝卜菜（c）和空心菜（d）的产量

2.3 各处理土壤硝酸盐含量变化

小白菜，油麦菜，萝卜菜和空心菜收获后的土壤硝酸盐含量如图3所示。作物收获后土壤的硝酸盐含量随土壤类型和作物种类的不同而不同。第1季小白菜收获后长沙土壤的硝酸盐含量要比宁乡的高50%～192%（图3a）。小白菜收获后直接在相同的塑料盆中种萝卜菜，萝卜菜收获后长沙土壤的硝酸盐含量要比宁乡的高21%～51%（图3c）。小白菜收获后减少NPK使用量，配合喷施植物生理调节剂的长沙和宁乡2种土壤的硝酸盐含量与处理2差异不显著，但都比处理1显著增加；萝卜菜收获后长沙土壤除处理6、处理7硝酸盐含量比处理2显著增加外，其余各处理之间差异不显著，宁乡土壤硝酸盐所有处理间差异不显著。

油麦菜收获后，在同一盆中种空心菜。在油麦菜和空心菜收获后，盆中长沙土壤硝酸盐含量分别比宁乡低21%～79%（图3b）和0.3%～65%（图3d）。油麦菜收获后，长沙和宁乡2种土壤中，处理2的土壤硝酸盐含量分别为38.1mg/kg和184.2mg/kg，长沙土壤中减少NPK施用量，喷施植物生理调节剂的硝酸盐与处理2差异不显著，宁乡土壤中硝酸盐含量比处理2显著降低，以处理6降低最多，高达75%（图3b）。对于空心菜收获后的土壤，长沙和宁乡2种土壤中，各处理土壤硝酸盐含量差异不显著（图3d）。

图3 各处理小白菜（a）、油麦菜（b）、萝卜菜（c）和空心菜（d）收获后土壤的硝酸盐含量

3 结论与讨论

3.1 结论

施用植物生理调节剂可有效降低小白菜的硝酸盐含量，但对油麦菜、萝卜菜、空心菜影响较小，但减少50%NPK用量时4种蔬菜的产量与常规NPK处理基本相同。小白菜和萝卜菜收获后长沙和宁乡2种土壤硝酸盐含量基本相同，而油麦菜和空心菜收获后，长沙土壤硝酸盐含量基本相同，但宁乡土壤对照和减量施肥的硝酸盐含量显著低于施NPK处理，说明土壤硝酸盐含量与施肥、作物种类和土壤类型之间存在一定的关系。但植物激素、微量元素氨基酸螯合物和植物调理剂对蔬菜硝酸盐积累的影响机理还有待研究。

3.2 讨论

本研究探讨了植物生理调节剂对2种土壤4种不同蔬菜的产量，硝酸盐积累量的影响。实验结果表明，经过生长素，赤霉素，微量元素氨基酸螯合物和有机肥，植物调理剂处理的蔬菜硝酸盐含量明显低于仅用NPK肥料处理的硝酸盐含量，而产量与施用NPK处理差异不显著。李宝珍等[15]研究了重庆市23种叶类蔬菜的硝酸盐含量，结果表明不同种类的叶类蔬菜硝酸盐含量存在很大差异，莴笋、生菜、白菜、芹菜等23类蔬菜的硝酸盐含量变化范围为4.3 g/kg～35.3 g/kg。蔬菜中硝酸盐的积累受到多种因素的影响，如硝酸盐的供给、N肥水平、施肥技术、光照密度、温度、蔬菜类型以及收获时期和方法等，其中氮肥是影响硝酸盐含量的最主要因素之一，随着氮肥的增加植株体内硝酸盐含量也随之增加。其次施用微量元素对于减少蔬菜硝酸盐积累也有一定的效果，尤其是钼肥的使用，因为钼是硝酸还原酶的组成元素[16-18]。Wang[19]的报道指出当用氨基酸替代20%的氮肥使用时，小白菜的硝酸盐含量将明显降低，其中蛋氨酸降低植株中硝酸盐43%，天冬酰胺和谷氨酰胺分别降低24%和22%。Vidmar等[20]的实验结果表明，氨基酸抑制了植株根内HvNRT2基因的表达，而HvNRT2基因的表达与硝酸盐的吸收同化紧密相关。已有不少报道指出氨基酸在调节高等植株体内的硝酸盐含量方面有至关重要的作用，这主要与控制与NO3-吸收同化的酶类相关[21,22]。混合氨基酸对萝卜叶硝酸盐的吸收和同化影响的实验研究结果表明，氨基酸能降低萝卜叶中24%～38%的硝酸盐，是因为氨基酸能显著增强硝酸还原酶的活性，而此种酶与硝酸盐的同化与吸收转化紧密相关[23]。都韶婷等[24]研究表明小白菜用萘乙酸（NAA）预处理后，再用硝普酸钠培养，其叶和根中的硝酸还原酶显著增加，而硝酸盐含量明显降低。本实验中减少化肥施用量，喷施植物生理调节剂的4种蔬菜中硝酸盐含量要明显低于单纯使用NPK处理的硝酸盐含量，且得到的微量元素氨基酸螯合物对4种蔬菜影响的实验结果与已有的报道相一致。

生长素和赤霉素是控制植物生长的重要激素，它们控制着植物生长的每一个过程。植物激素能促进种子发芽，叶面的扩张，植株茎的伸长，花芽分化，开花与果实的发育。已有研究表明植物激素如生长素、细胞分裂素、赤霉素等作为控制硝酸盐吸收信号的物质可影响植株体内硝酸盐的吸收。Tamaki等[25]研究表明菠萝（Ananas comosus）体内的细胞分裂素和生长素作为一种长距离运输信号传导分子在氮肥的有效性方面有极其重要的作用。同时，大量研究表明赤霉素可通过调节基因表达来影响硝酸盐的吸收同化。Bouton等[26]已经证实了赤霉素能增强硝酸还原酶，亚硝酸还原酶和其它一些与N同化紧密相关的酶类的活性。本研究结果表明，经过赤霉素和生长素处理的蔬菜，其体内硝酸盐含量明显降低了，原因可能是赤霉素和生长素的共同作用增强了与硝酸盐吸收同化相关酶的活性，从而减少了植株体内硝酸盐的积累。也有可能是赤霉素和生长素促进了植株的生长，增加了植株的产量，从而稀释了硝酸盐的含量。

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