不同灌水下限及氮素形态配比对西兰花干物质分配、产量及品质的影响

西兰花又名青花菜、绿花菜、茎椰菜，是甘肃高原夏菜主要栽培种类之一，属于十字花科芸薹属甘蓝种中以绿色花球为产品的一个变种。相关研究表明，发挥水氮互促效应能显著提高氮素在作物体内的累积及向籽粒的转运能力[1-2]。金轲和李法云等[3-4]研究认为，作物生长所需的某一因素受到限制时，使作物正常生长受抑制，造成作物减产、品质变劣等问题。陈秀香等[5]认为灌水下限为70%～75%时，能够使番茄优质高产并提高水分利用率。在植物养分方面,越来越多的研究认为，以

为唯一氮源供给蔬菜生长往往会导致可食部分硝酸盐的积累，对人体健康构成潜在威胁[6-9]。也有研究认为，对于喜硝作物适当增施

不仅能提高作物产量而且还可以降低作物组织中硝酸盐含量，这一点对于优质蔬菜的生产显得尤为重要[10]。因此，大量研究表明，不同水分条件和氮素形态配比耦合能够促进水稻产量和品质[11-14]。

其中，硝酸盐含量是衡量蔬菜品质的一项重要指标；矿质元素是作物生长发育、提高产量和品质的物质基础，在调控作物生理代谢和品质形成过程中作用明显[15]。氮、磷、钾、钙、镁、铁、铜、锌是植物生长发育所需的主要矿质元素[16]。同时，矿质元素也是人体必须摄入的营养元素，对人体的重要作用主要体现在钙、镁参与人体组织的构成，调节人体生理机能，且钙参与酶的活动, 是植物生命活动的调节者，镁是许多酶的组成或激活剂；铜包含在酶和蛋白质之中，参与人体的各种代谢作用，是人体不可缺少的微量元素，而人体对矿质元素的摄入主要来源于日常饮食，尤其是蔬菜。且钙、镁、铜等矿质元素在西兰花食用器官中蕴含丰富，因此，研究西兰花中矿质元素含量多少显得尤为重要。

植物对钙、镁、铜等元素的吸收和在体内的分布受许多因素影响(如蔬菜种类、pH值、阳光辐射、大气温度及溶液温度)，氮素形态是重要的影响因素[17]，同时，水分也是影响吸收矿质元素最活跃的因素[18]，前人研究表明，外界水分不足会导致土壤中的离子分布发生改变[19-20]，当植物吸收硝态氮后会引起介质变碱，吸收铵态氮后会引起土壤酸化，根系pH发生变化，影响其对矿质元素的吸收，进而影响其含量。近年来，农民为了追求蔬菜高产、稳产、经济效益最大化，“大水大肥”管理是普遍的解决措施，且在肥料施用过程中还存在施用氮肥形态单一的问题，导致蔬菜体内硝酸盐含量高、矿质元素含量下降。因此，本试验以西兰花为研究对象，利用水肥一体化技术，探索不同灌水下限和氮素形态配比对西兰花干物质量积累、产量及品质的影响，旨在筛选出最佳水氮组合，为西兰花高产、优质栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本试验于2019年6月在甘肃省兰州市榆中县清水驿乡稠泥河村进行，该地区平均海拔1 790 m，年平均气温6.6 ℃。年降水量300～400 mm，蒸发量为1 343.1 mm，无霜期150 d左右。供试土壤为壤土，肥力均匀。耕层(0～20 cm)基本理化性质为：全氮、全磷、全钾含量分别为0.17，0.39，12.25 g/kg，碱解氮含量为59.5 mg/kg，容重1.43 g/cm3，pH值8.11，EC 289 μs/cm，最大田间持水量为33.08%。试验供试作物为西兰花，品种碧绿，肥料为：硝酸钾、硫酸铵、硫酸钾和磷酸二氢钾。

1.2 试验设计

试验采用双因素随机区组设计，共设9个处理，每处理面积为50.00 m2，进行3次重复，共计27个小区，处理依次为W1N1、W2N1、W3N1、W1N2、W2N2、W3N2、W1N3、W2N3、W3N3。其中，因素1为不同灌水下限，设有3个水平 W1、W2 和 W3，其中W1是最大田间持水量的80%，W2是最大田间持水量的60%，W3是最大田间持水量的40%，灌水上限统一设定为最大田间持水量的95%；因素2为不同氮素形态配比，设有3个水平，氮素形态

试验处理及灌水量见表1，其中，各处理施用磷肥(P2O5)190 kg/hm2，钾肥(K2O)346 kg/hm2，定植前将磷肥基施，氮钾肥于苗期、莲座期(2次)、结球期、花球膨大期分5次进行追施。用烘干法监测土壤含水量，待含水量到下限时灌水至上限。试验中选择大小一致，无病虫害，生长健壮的幼苗进行定植。定植后浇一次缓苗水，10 d之后进行不同的水氮处理。

1.3 测定指标

1.3.1 产量在西兰花生长到采收标准以后，在每处理选取6 m2面积测定西兰花的产量，然后算出小区的产量，再折算出公顷产量。

1.3.2 花球品质品质指标的测定参照张志良等[21]《植物生理实验指导》进行。在采收期选取3株用于测定西兰花品质。采用紫外吸收法测定硝酸盐含量；维生素C含量采用 2，6-二氯酚靛酚钠染色法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝 G-250 溶液法测定；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量。

1.3.3 矿质元素含量样品的前处理K采用H2SO4-H2O2消解法，Ca、Mg、Fe、Cu、Zn采用干式灰化法处理样品，元素测定均采用火焰原子吸收光谱法。

1.4 数据处理分析

用 Microsoft Excel 2010软件处理数据和作图，用SPSS 19.0软件LSD和Duncan′s法对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌水下限及氮素形态配比对西兰花干质量的影响

由表2可知，双因素结果表明，西兰花叶和茎干质量受水氮交互作用，花球和根干质量受水分影响大于氮素形态影响。在相同水分处理条件下，茎、花球干质量以N3最高；根干质量在N1处理下最大。在相同氮素配比条件下, 西兰花叶、茎、根干质量随着灌水量的减小呈现先升高后降低的趋势；在N2条件下，花球干物质在W3处理时最大，较W1和W2分别增加17.68%和5.04%，在N1、N3条件下，与叶、茎、根趋势一致；根冠比在相同氮素形态下随着灌水量的减小表现为递增的趋势。综合分析表明，W2N3处理的叶、茎及花球的干质量最大。

2.2 不同灌水下限及氮素形态配比对西兰花产量的影响

由表3可知，在相同水分处理条件下，不同氮素形态配比对花球质量、经济产量、生物产量和经济系数有不同的影响。其中，在W1条件下，花球质量、经济产量、经济系数均随着

比例的增大而增加，生物产量以N1最高，N2次之，N3最小；在W2条件下，花球质量、经济产量及经济系数在N3处理最大。其中，经济系数N3较N1和N2处理显著提高了6，5百分点，生物产量以N1最高，N2次之，N3最小；在W3条件下，花球质量、经济产量、经济系数随着

比例的增大均呈现先降低后升高的趋势，生物产量以N2最高。

灌水对西兰花产量影响大于氮素形态配比的影响。在N1条件下，花球质量、经济产量、生物产量随着灌水量的减少呈现先升高后降低的趋势，经济系数则依次递增；在N2条件下，花球质量、经济产量、经济系数以W2最高，W1次之，W3最低，生物产量则表现为W1>W2>W3；在N3条件下，花球质量、经济产量和经济系数均随着灌水量的减少呈现先升高后降低的趋势，生物产量依次递减。其中，生物产量W1较W2、W3处理显著增加7.43%，23.90%。双因素方差结果显示，西兰花经济系数受水氮交互作用。综合分析，W2N3处理花球质量、经济产量及经济系数高于其他处理，但花球质量与经济产量不显著。

2.3 不同灌水下限及氮素形态配比对西兰花营养品质的影响

由图1-A可知，在相同水分处理条件下, 西兰花可溶性蛋白含量均以N1处理最高；在相同氮素配比条件下，西兰花可溶性蛋白含量在N3条件下无显著差异，在N1和N2条件下，随着灌水量的减少而降低。由图1-B可知，在相同水分处理条件下，西兰花可溶性糖含量在W2和W3条件下以N3最高，在W1条件下，N2最高，其中在W2条件下，西兰花N3处理的可溶性糖含量，较N1、N2处理分别增加16.24%，8.31%；在相同氮素配比条件下，西兰花可溶性糖含量以W2最高。由图1-C可知，在相同水分处理条件下，Vc含量在W2和W3条件下，随着

比例的增加而增大，在W1条件下，主要表现为N3>N1>N2；在相同氮素配比条件下，西兰花Vc含量在N1和N2条件下，随着灌水量的减少而增加，在N3条件下，以W2最高，W3次之，W1最低。硝酸盐含量的高低是评价蔬菜品质优劣的重要指标之一，蔬菜体内硝酸盐含量极易富集，尤其是叶菜类蔬菜较为严重，对人体健康构成潜在威胁。由图1-D可知，在相同水分处理条件下，西兰花硝酸盐含量随着

比例的增加而降低；其中，在W2条件下，西兰花N3处理硝酸盐含量较N1、N2处理分别降低30.37%，29.37%;在相同氮素配比条件下，随着灌水量的减少呈现先降低后升高的趋势，均表现为， W2最低，W3次之，W1最高，其中在N2条件下, W2处理的硝酸盐含量比W1和W3处理分别降低34.18%，13.63%，在N3条件下，W2处理的硝酸盐含量分别比W1和W3处理显著降低了48.47%，31.41%。双因素方差结果(表4)显示，西兰花品质受水分和氮素形态配比共同影响，水氮互作对可溶性蛋白含量的影响极显著。综合分析表明，W2N3处理有利于提高西兰花品质。

2.4 不同灌水下限及氮素形态配比对西兰花花球矿质元素的影响

由表5可知，在相同水分处理条件下，不同矿质元素随

比例的增加呈现不同的趋势。其中，在W1条件下，K、Ca、Mg、Cu含量随着

比例的增大而减小，Fe含量以N1最高，较N2、N3处理分别增高了26.28%，9.17%，Zn含量以N2最高，N1次之，N3最低；在W2条件下，K、Ca、Mg、Fe含量随着

比例的增大呈现先降低后升高的趋势，Zn含量以N3最高，较N1、N2处理分别增高了7.79%，2.84%，Cu含量随着

比例的增加而显著降低，N3处理较N1、N2处理分别降低41.67%，22.22%；在W3条件下, K含量主要表现为：N3>N1>N2，Ca含量以N3最高，较N1、N2处理分别提高11.32%，8.81%，Fe、Zn含量随着

比例的增大呈现先升高后降低的趋势，Mg、Cu含量却依次降低。

在相同氮素配比条件下，不同的灌溉下限对西兰花的矿质元素有不同的影响。其中，在N1条件下，K、Ca、Mg含量随着灌水量的减少而降低，Fe、Zn含量均以W2最高，较W1和W3分别增加了6.50%，2.54%和25.29%，1.30%；在N2条件下，K、Ca、Mg含量与N1变化趋势一致，Fe含量随灌水量的减少依次递增，Zn含量主要表现为：W2>W1>W3；在 N3条件下，Ca、Mg、Fe、Zn含量随灌水量的减少呈现先升高后降低的趋势，K含量随着灌水量的减少而显著增加，W3处理较W1和W2处理分别增加了43.05%，29.59%，且处理间差异均达显著水平，Cu含量以W1最高，W2次之，W3最低。双因素方差结果显示，西兰花花球K、Ca、Mg、Fe、Zn含量受水氮互作影响极显著，Cu仅受氮素影响极显著。

2.5 不同灌水下限及氮素形态配比对西兰花水分利用效率与氮肥偏生产力的影响

由图2-A可知，在相同水分处理条件下, 西兰花水分利用效率均以N3处理最高，在相同氮素配比条件下W2、W3处理的水分利用效率显著高于W1处理。由图2-B可知，在相同水分处理条件下，西兰花氮肥偏生产力以N3最高，其中，在W1条件下，西兰花N3较N1和N2处理分别增加6.83%，0.22%，在W2条件下，西兰花N3较N1和N2处理分别增加3.44%，5.45%，在W3条件下，西兰花N3较N1和N2处理分别增加1.59%和4.20%，在相同氮素配比条件下，西兰花氮肥偏生产力在W2条件下均达到最高。双因素方差结果(表6)显示，西兰花水分利用效率与氮肥偏生产力受灌溉影响极显著。

3 结论与讨论

植物的生长发育受水分与不同氮素形态的调控。尚志强等[22]通过不同氮素配比对白肋烟的研究表明，当

为50%～75%时，有利于白肋烟干物质积累并提高产量。也有研究认为适当增加

比例更有利于菠菜的生物量累积[23]，对于喜硝作物，适当增加施

比例可以提高作物产量[24]。本试验结果显示，在相同水分处理条件下，铵态氮与硝态氮等比时，西兰花花球干质量、花球质量及经济产量最大；根干质量在铵态氮与硝态氮等比时最小。西兰花以土壤为介质时，铵态氮肥优于硝态氮肥，因为植物吸收高度氧化态的

后，只有通过还原作用，转化为

才能参与进一步的代谢过程，从而促进西兰花的生长发育[25]。郭文忠等[26]在黄瓜上的研究表明，灌水太频繁使黄瓜单果质量增大，但干物质积累量减小，导致产量降低。曹超群等[27]在辣椒上的研究结果表明，60%灌水下限有利于干物质量的积累。本试验结果表明，在相同氮素配比条件下，西兰花不同器官干质量及产量随着灌水量的减少呈现先升高后降低的趋势，与上述研究相似。由此说明，土壤含水量为最大田间持水量的60%时有利于西兰花的生长发育。当土壤含水量过高或过低时西兰花根系生长会受到抑制，此时根系不能充分吸收生长发育所需要的养分，致使植株因养分供应不足而影响西兰花生物量累积，从而导致产量降低。

在蔬菜生产过程中，品质是决定蔬菜商品价值的因素。其中水分与养分的不协同调控是造成品质变劣的因素之一。武新岩等[28]对黄瓜的研究表明，铵态氮与硝态氮等比例时，黄瓜果实硝酸盐含量最、Vc含量最高。裴文梅等[29]用营养液培养甘草的研究表明，硝态氮与铵态氮配施能够提高品质。其中，硝态氮与铵态氮为50∶50时能显著提高可溶性蛋白及可溶性糖含量。黄碧阳等[30]对水培叶用甜菜的研究表明，植株的可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量在硝铵态氮配比为4∶4和2∶6的处理下较佳，且铵态氮的比例不宜超过50%。本试验结果表明，在相同水分处理条件下，西兰花可溶性糖和Vc含量在W2和W3条件下随着

比例的增大而增加，硝酸盐和蛋白质含量降低，与前人的研究结果有所差异。这可能是不同作物对氮素形态的吸收有所差异。隋利等[31]在紫苏上的研究表明，Fe、Mg、Zn、Cu含量都在全硝态氮处理下最高，K和Ca含量在硝铵比为50∶50时最高。本试验结果表明，在相同水分处理条件下，增加

比例使Cu含量降低，在W1条件下，K、Ca、Mg含量随着

比例的增加而降低，在W2条件下，增加

比例使K、Ca、Mg含量呈现先降低后增加的趋势，在W3条件下，K、Ca以N3处理最高，Mg含量在N1时最大，Fe、Zn含量则相反。研究表明，适当控水能够提高甘蓝叶球内的可溶性糖和Vc含量，降低硝酸盐含量，对提高蔬菜品质有一定的促进作用[32]。本试验结果表明，在相同氮素配比条件下，可溶性糖含量随着灌水量的减少呈现先升高后降低的趋势，可溶性蛋白含量却依次递减，W2处理的硝酸盐含量低于W1和W3处理。王新元等[33]也发现增加灌水量导致黄瓜可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量的下降。水分是矿质养分溶解的介质和矿质养分迁移的载体，也是影响作物吸收矿质元素活跃的因素之一[18]。裴芸等[34]通过不同灌水量对生菜的研究表明，随着灌水量的减少, 生菜叶片中K、Ca、Mg元素含量降低。刘建福等[35]在澳洲坚果上的研究表明，随水分胁迫程度的加剧，叶片中Ca、Mg、Zn含量降低，K含量升高。本试验结果表明，在相同氮素配比条件下，N1、N2条件下，降低灌水量使K、Ca、Mg、Cu含量减少，在N3条件下，Ca、Mg、Fe、Zn含量随灌水量减少呈现先升高后降低的趋势，K含量却依次增加，Cu含量递减，与上述研究结果相似。

作物水分利用效率实质上是作物利用单位水分可以生产的同化物质的量[36]，是评价植物生长适宜度的综合指标之一。符崇梅等[37]指出，随着灌溉量的减少水分利用率先增加后降低。孙园园等[38]研究结果表明，适度水分胁迫 (-25 kPa) 结合适宜的铵硝配比 (硝态氮含量≤50%) , 能够提高水稻水分利用效率。本试验结果同样表明，在相同氮素形态配比条件下，W2和W3处理西兰花水分利用效率最高。肥料偏生产力是指作物施肥后的产量与施肥用量的比值，它反映了作物吸收肥料和土壤所产生的边际效应，是评价肥料效应的适宜指标。樊卫国等[39]在脐橙上的研究结果表明，硝态氮与铵态氮为75∶25时能显著提高氮肥利用效率。同时，李春春[40]研究表明，硝铵态氮配比为 50∶50和75∶25时，均可促进氮肥偏生产力的提高。本试验结果表明，在相同水分处理条件下，N3提高了西兰花氮肥偏生产力，这与上述研究结果相似。

综上所述，本试验W2N3(田间持水量

处理能提高干物质积累、产量、品质及水氮利用效率，为提高西兰花产量及高品质栽培提供一定的依据。

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