全 文 ：作物籽粒中 NO-3 N和 NO-2 N的积累与氮肥
种类和数量的关系*
秦玉川 (中国农业大学植物科技学院, 北京 100094)
摘要 1996~ 1997 在芸豆(云南)、红小豆(河北)、大豆 (黑龙江)和花生(山东)绿色食品产地, 研究了施用有
机肥和化肥对这些作物籽粒中 NO-3 、NO-2 的累积特点.结果表明, 芸豆和红小豆不论施用有机肥还是尿素, 土
壤中的速效氮与籽粒中 NO-2 的灰色关联最好; 施用有机肥的最大关联度分别出现在土壤库内部(全氮与速效
氮之间)或籽粒库内部( NO-3 、NO -2 之间) ;而施用化肥的最大关联度分别出现在土壤库与籽粒库的全氮与 NO-3
之间. 芸豆和红小豆随着施肥水平的提高,籽粒中 NO-3 / NO-2 比值动态变化趋势因施用有机肥和施用化肥而不
同. 这 4 类作物籽粒中的 NO -3 与 NO-2 存在着极显著的负直线相关关系和极显著的直线回归关系.
关键词 籽粒 NO-3N NO-2N 有机肥 化肥
Relationship of NO-3 N, NO-2N accumulation in some crop seeds with N fertilizers application. QIN Yuchuan ( Col
lege of Plant Science and Technology , China Agr icultur e Univer sity , Beij ing 100094)Chin. J . A pp l . Ecol . , 2000,
11( 1) : 87~ 90.
From 1996 to 1997, the effect of applying organic and chemical fertilizers on NO -3 and NO
-
2 accumulation in crop seeds
was studied in four gr een food bases of kidney beans ( Yunan Province) , r ed small beans ( Hebei Province) , soybeans
( Heilong jiang Prov ince) , and peanuts ( Shandong Province) . F or kidney beans and red small beans, the highest grey
co rrelation w as existed between available N in soil and NO
-
2 in seeds, no matter w hether or ganic fertilizer or urea was
applied. In or ganic fertilizer trials, the highest grey correlation appeared in soil pool ( betw een total N and available N )
or seed pool ( between NO-3 and NO
-
2 ) , while in chemical N fertilizer trials, it ex isted between total N in so il and NO
-
3
in seeds. Fo r kidney beans and red small beans, the dynamics of NO-3 / NO
-
2 in seeds was different w ith the kind of fer
tilizers applied. Ex tremely significant negative linear corr elation and positive linear regression were ex isted between the
content of NO-3 and NO
-
2 in all four crop seeds.
Key words Seeds, NO-3 N, NO -2N, Organic fer tilizer , Chemical fert ilizer .
* 农业部重点资助项目( Z96J18) .
1998- 06- 01收稿, 1998- 09- 11接受.
1 引 言
NO-3 与 NO-2 含量是绿色食品农产品检测的一
项主要内容. 一般认为, 作物籽粒中 NO-3 与 NO-2 的
含量与施用氮素肥料的数量(包括有机肥和氮素化肥)
呈正相关[ 2~ 4] .根据我国绿色食品标准, A级绿色食品
要限量施用氮素化肥, 而 AA 级绿色食品不允许施用
任何氮素化肥. 因此绿色食品质量主管部门需要知道
生产者在生产中是否施用了氮素化肥及施用的量, 以
决定其产品是否合格.要达到这一目的,除了进行绿色
食品的生产监督外, 另一重要措施就是要通过产品检
测来确定.这给绿色食品检测者提出了新课题,即能否
通过农产品中 NO-3 和 NO-2 的检测结果来推断作物
是否施用化肥和有机肥及其施用量. 这方面的相关研
究多见于蔬菜类,尚未见到粮食作物方面的对比研究
报导.为了弄清这一问题,对施肥类别(有机肥、尿素)、
施肥后土壤中的全氮和速效氮含量及作物籽粒中的
NO-3 与 NO-2 含量之间的关系进行了初步研究.该研
究对提高我国粮食类绿色食品的 NO-3 与 NO-2 检测
水平以及与国外有机食品[ 6, 7]类似研究相互比较都将
具有一定指导意义.
2 材料与方法
21 有机肥施用方法
211 芸豆 实验地的前茬作物为马铃薯.实验选用当地优质
农家厩肥作底肥, 设 5 种处理, 即在当地施用 1000kg!hm- 2有
机肥的基础上, 进一步追施不同量的有机肥: 0、7500、15000、
22500、30000kg!hm- 2和不施肥. 各处理均设 6 次重复(选用相
距 3km 的两块地, 每块地设 3 次重复) , 每个重复的小区面积为
00033hm2. 品种为南华五街豆(白豆) , 种植密度为 52500 株!
hm- 2 ,豆杆高度为 1 5m.生长期间不进行追肥. 播种日期为 5
月 7~ 9 日, 收获与考种日期为 11 月 8 日, 9 月中旬进行土壤全
氮和速效氮的测定, 11月下旬进行考种, 12 月上旬进行籽粒中
NO-3 、NO-2 测定.
212 红小豆 试验地为轮闲田,在 6 月底进行施肥. 设 4 种处
应 用 生 态 学 报 2000 年 2 月 第 11 卷 第 1 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2000, 11( 1)∀87~ 90
理: 15000、225000、30000kg!hm- 2和不施肥, 各处理设 3 次重
复,小区面积为 0012hm2 . 品种为冀红 3 号, 种植密度为
180000株! hm- 2 . 8 月中旬进行土壤采土样测试; 10 月上旬收
获考种; 12 月上旬测定籽粒中的 NO-3 、NO-3 .
213 大豆与花生 大豆(品种为绥农 10 号)的施肥、播种在 4
月下旬进行 ;花生(品种为小白沙)的施肥、播种在 5 月上旬进
行; 11 月上旬进行籽粒的 NO-3 、NO-2 测定.
22 尿素施用方法
221 芸豆 实验地的前茬作物为马铃薯.品种为南华五街豆
(白豆) ,种植密度为 52500 株!hm- 2, 豆秆高度为 1 5m. 底肥施
用优质厩肥 15000kg! hm- 2 , 过磷酸钙 225kg! hm- 2, 硫酸钾
60kg!hm- 2. 在幼荚期( 6 月 25 日) 分 6 个处理追施尿素: 30、
60、90、120 和 150kg!hm- 2.其它同 2 1 1.
222 红小豆 试验地为轮闲田,在 6 月底进行施肥. 设 4 种处
理,即 75、150、225kg!hm- 2和不施肥. 其它同 2 1 2.
223 大豆与花生 大豆的施肥、播种在 4 月下旬进行; 花生的
施肥、播种在 5 月上旬进行, 其它同 2 1 3.
23 测定方法
全氮用比色分析法, 速效氮用碱解扩散法, NO-3 、NO-2 用
紫外吸收法.
24 灰色关联分析和灰色关联度计算方法
灰色关联分析是对一个系统发展变化态势的定量描述和
比较[ 1, 5] .其理论基础是灰色系统的灰色过程.对两个系统或两
个因素之间关联性大小的量度, 称为关联度. 它可用来描述系
统发展过程中因素间相对变化情况(因素时间序列) , 即变化大
小、方向及速度等指标的相对性. 如果两者在系统发展过程中
相对变化基本一致, 则认为两者关联度大; 反之, 两者关联度
小.土壤施肥后, 全氮转化为速效氮被作物吸收利用并产生籽
粒的硝酸盐与亚硝酸盐的累积, 这一过程为一动态时间序列,
它们之间的关系也是灰色的,适合于应用灰色关联分析进行研
究.通过对土壤全氮和速效氮与籽粒硝酸盐及亚硝酸盐之间的
灰色关联度计算可得到这 4 类因素间关联关系的主导因子和
次要因子.灰色关联度计算方法如下:
关联度 0k = 1N 0 #
N
0
l= 1
0 k( l)
其中 0k ( l) 为关联系数
0 k( l) = (min) + (max )0k ( l ) + (max )
其中 (min) = min
k
{ 0 k( min) }
(max) = max
k
{ 0 k( max ) }
{ 0 k( l ) } , l = 1, 2, ∃Nk , k = 1, 2, ∃, m
3 结果与分析
31 施用有机肥、氮素化肥和籽粒中 NO-3 、NO-2 含量
比较表 1与表 2可看出,在施用等量有机肥的条
件下( 15000kg!hm- 2) ,追加尿素的处理的芸豆硝酸盐
含量有所提高, 而且随着尿素施用量的加大进一步提
高;相比之下,追加有机肥的处理随着其量的增加, 硝
酸盐含量虽也有增加,但增加的幅度较小.由表 3和表
4也可看出, 红小豆、大豆和花生施用尿素后籽粒中硝
酸盐的累积量较之施用有机肥的累积量高. 由表 1~ 4
还可看出,施用不同量有机肥与化肥处理的硝酸根变
化动态也不一致.
表 1 施用有机肥土壤含 N量与芸豆籽粒中 NO-3 、NO-2 含量(丽江太安,
1996~ 1997)
Table 1 Soi l N content and NO-3 and NO
-
2 contents in kidney bean seeds
under application of farmmanure ( Taian, Li jiang, 1996~ 1997)
有机肥施用量
Farm manure
( kg!hm- 2)
全 氮
T otal N
( g!kg- 1)
速效氮
Available N
( mg!kg- 1)
NO-3
(mg!kg- 1)
NO-2
( mg!kg- 1)
0 143 % 024 2883 % 1717 1802 209
7500 142 % 032 30187 % 3594 1878 250
15000 156 % 016 3091 % 2449 1989 208
22500 163 % 052 31103 % 5040 1998 216
30000 133 % 025 28003 % 2022 2217 190
30000* 1542 197
CK(不施) 055 1549
密度为 52500株!hm- 2;芸豆收获前进行土壤测定 ( 1997. 9. 22) ; * 为
1996年结果.
表 2 施用尿素土壤 N含量与芸豆籽粒中 NO-3 、NO-2 含量(丽江太安,
1996~ 1997)
Table 2 Soi l N content and NO-3 and NO
-
2 contents in kidney bean seeds
under application of urea ( Taian, Lijiang, 1996~ 1997)
氮肥用量
N fertilizer
( kg!hm- 2)
全 氮
T otal N
( g!kg- 1)
速效氮
Available N
( mg!kg- 1)
NO-3
( mg!kg- 1)
NO-2
( mg!kg- 1)
30 103 3010 2036 134
60 157 3642 1908 219
90 218 3047 2278 203
90* 2449 250
120 233 3099 2422 156
150 215 3844 2409 187
180 283 3989 2531 123
密度为 52500株!hm- 2; 在芸豆收获前进行土壤测试( 1997. 9. 22) ;
* 为 1996年结果.
表 3 不同施肥处理下土壤含 N 量与红小豆籽粒中 NO-3 、NO-2 含量
(雄县, 1997)
Table 3 Soi l N content and NO-3 and NO
-
2 contents in small red bean seeds
under application of different fertilizers( Xiongxian, 1997)
处 理
T reatment
( kg!hm- 2)
全 氮
T otal N
( g!kg- 1)
速效氮
Available N
( mg!kg- 1)
NO-3
(mg!kg- 1) NO
-
2
( mg!kg- 1)
农肥 067 3780 2073 203
Farm manure 15000
农肥 066 4300 2020 202
Farm manure 22500
农肥 067 5150 2194 135
Farm manure 30000
尿素 Urea 45 079 5850 2399 117
尿素 Urea 150 081 5300 1664 134
尿素 Urea 225 093 11400 2657 158
前作小麦施尿素 4137 071
Precrop(w heat ) , urea 450*
CK * (不施肥) 3792 025
CK * (不施肥) 075 5340 2447 115
密度为 180000株!hm- 2;在小豆收获前进行土壤测试( 1997. 9. 10) ;
* 为 1996年结果.
32 土壤 N 素与籽粒中的 NO-3 、NO-2 关系分析
施用有机肥和化肥处理的土壤全氮( x 1 )、速效氮
( x 2 )、芸豆和红小豆籽粒中的NO-3 ( x 3 )、NO-2 ( x 4)进
88 应 用 生 态 学 报 11卷
表 4 不同施肥处理与大豆和花生NO-3 、NO-2 含量(遵化,沂水, 1996~
1997)
Table 4 Soil N content and NO-3 and NO
-
2 contents in the soybean and
peanut seeds under application of different ferti lizers ( Zhunhua and
Yishui, 1996~ 1997)
作物 Crops 施肥处理
T reatment ( kg!hm - 2) NO
-
3
( mg!kg- 1) NO
-
2
( mg!kg- 1)
大豆 Soybean 有机肥 Farm manure 37500 1631 151
有机肥(羊粪) Farm manure 2706 008
( sheep manure) 19995*
尿素 Urea 3375* 3604 192
花生 Peanut 有机肥 Farm manure 30000 2816 126
尿素 Urea 150 2891 125
有机肥 2000* 1661 120
密度(株!hm- 2) :大豆为 277500;花生为 97500; * 为 1996年结果.
行的灰色关联分析结果如下: 比较表 5和表 6可看出,
施用有机肥与施用化肥后土壤中的全氮、速效氮同籽
粒中 NO-3 、NO-2 的关系既有共同点又存在较大差别.
共同点是:不论施用有机肥还是化肥,土壤速效氮同籽
粒中的亚硝酸盐的灰色关联度最大,而且是双向的,即
x 2 x 4.不同点是: 施用尿素的土壤全氮同籽粒硝酸
盐灰色关联度最大, 而且是双向的, 即 x 1 x 3; 而施用
有机肥的灰色关联度的最大值分别出现在土壤库内部
或籽粒库内部, 并且表现为单向,即土壤中的全氮和速
效氮之间, x 1 & x 2 和籽粒内部的 NO-3 和 NO-2 之间,
x 4 & x 3.
表 5 施用有机肥 4个因子的灰色关联矩阵
Table 5 Grey correlation matrix x1( total N) , x2( available N) , x3( NO
-
3 )
and x4( NO
-
2 ) under application of farmmanure
0k值 x1 x2 x3 x4
x1 100000 037336 027910 032879
x2 042433 100000 032129 045276
x3 030056 028683 100000 034405
x4 037903 045276 037206 100000
表 6 施用化肥 4个因子的灰色关联矩阵
Table 6 Grey correlation matrix x1( total N) , x2 ( available N) , x3 ( NO
-
3 )
and x4( NO
-
2 ) under application of chemical N fertilizer
0k值 x1 x2 x3 x4
x1 100000 026582 039109 023701
x2 034939 100000 037483 042626
x3 046088 037483 100000 032405
x4 023701 034327 025282 100000
上述结论虽是初步的,但为土壤中 N 素同籽粒中
NO-3 、NO-2 关系的研究、绿色食品农产品的检测和标
准的制定提供了一定依据和思路.
33 NO-3 、NO-2 在芸豆、红小豆、大豆和花生籽粒中
量化关系的相关分析
由1996和1997两年的 37个样品进行的统计分析
表明, NO-3 和 NO-2 之间存在着极显著的负相关( r= -
060647264* * ) ; NO-2 与 NO-3 + NO-2 存在着极显著的
负相关( r= - 054798843* * ) ; NO-3 与 NO-3 + NO-2 存
在着极显著的正相关( r = 0997804621* * ) . 根据这些
关系进一步建立的直线回归关系式如下:
y = 2817513228 - 004794609 x % 0471932581 ( 1)
y = 3643735645 - 660582185 x % 5984908584 ( 2)
y = 2812597132 + 0952344534x % 0473820791 ( 3)
其中,式 ( 1)中 x 为 NO-3 , y 为 NO-2 ; 式( 2)中 x 为
NO-2 , y 为 NO-3 + NO-2 ; 式 ( 3 )中 x 为 NO-3 , y 为
NO-3 + NO
-
2 .
这些结果说明: 1)两种硝酸根离子在这 4种作物
籽粒中的累积特点不一致.这可能与两者的氧化还原
关系相关,即高的 NO-3 尚没有发生一定的还原作用,
故此时 NO-2 低; 相反, 高的 NO-2 是由于还原作用减
小了 NO-3 的量所造成的, 故此时 NO-3 低. 2)籽粒中
以NO-3 为主, NO-3 是 NO-2 的 14倍;但 NO-2 的毒性
作用大[ 5] ,两者又存在上述的转化关系, 故在制定产
品标准时两者都应考虑. 3)使用上述 3 个回归式在进
行产品速测时简化测试指标, 即仅通过测定 NO-3 或
NO
-
2 就可以得知 NO-3 、NO-2 和 NO-3 与 NO-2 之和.
34 施用有机肥和化肥后作物籽粒中 NO-3 / NO-2 比
值的动态变化
341芸豆 由图 1可以看出, 随着施肥水平的提高,
不管施用有机肥( A)还是施用尿素( B)其 NO-3 / NO-2
比值都有提高, 但 A 系列处理上升的较平缓, 而 B系
列上升的速率较快. 这为根据作物籽粒硝酸根比值关
系鉴别芸豆土壤中是否施用化肥的定性及定量的深入
研究提供了一定依据.
图 1 芸豆施用有机肥和化肥作物籽粒中 NO-3 /NO-2 比值的动态变化
Fig. 1 Dynamics of NO-3 / NO
-
2 of kidney bean under the different fert ilizers.
其中 A 为施用有机肥: A1 ∋ 15000kg! hm- 2, A2 ∋ 22500kg!hm - 2, A3 ∋
30000kg!hm- 2, A4 ∋ 37500kg!hm- 2; A5 ∋ 45000kg!hm- 2; B为施用有
机肥 15000kg!hm- 2的基础上再追施尿素: B1 ∋ 60kg!hm- 2, B2∋ 90kg!
hm - 2, B3 ∋ 120kg!hm- 2, B4 ∋ 150kg! hm- 2, B5 ∋ 180kg!hm- 2. ( .有机
肥 Farm manure, ) .化肥 Chemical fert iliz er.
342红小豆 由图 2可以看出,随着施肥水平的提
高,施用有机肥( A)的 NO-3 / NO-2 比值有所提高;而随
着施用尿素的提高其 NO-3 / NO-2 比值变化与施用有
机肥的有较大的不同. 这一关系也为根据作物籽粒硝
891 期 秦玉川:作物籽粒中 NO-3 N 和 NO-2N 的积累与氮肥种类和数量的关系
图 2 红小豆施用有机肥和化肥作物籽粒中NO-3 / NO-2 比值的动态变化
Fig. 2 Dynamics of NO-3 / NO
-
2 of red small bean under the different fert iliz
ers.
其中 A 为施用有机肥: A1: 15000kg! hm- 2, A2: 22500kg! hm- 2, A3:
30000kg!hm- 2; B 为追施尿素: B1: 45kg!hm- 2, B2: 150kg! hm- 2, B3:
225kg!hm- 2. ( .有机肥 Farm manure, ) .化肥 Chemical fert ilizer.
酸根比值关系鉴别红小豆土壤中是否施用化肥的定性
及定量的深入研究提供了一定依据.
4 结 论
41 在等量有机肥的条件下,追加尿素处理的芸豆硝
酸盐含量有所提高, 而且随着尿素施用量的加大进一
步提高;相比之下, 追加有机肥处理随着其量的增加,
硝酸盐的含量虽也有增加,但增加的幅度较小. 红小
豆、大豆和花生施用尿素后籽粒中硝酸盐的累积量较
之施用有机肥的累积量高.这说明施用氮素化肥较之
施用有机肥硝酸根更易于在作物籽粒中累积.
42 不论施用有机肥还是尿素,土壤中速效氮都易于
转化为籽粒中的 NO-2 ;施用有机肥与施用氮素化肥后
土壤库中的 N 素与籽粒库中的硝酸根的关联关系不
同,前者最大关联度分别出现在土壤库内部(全氮与速
效氮之间)或籽粒库内部( NO-3 、NO-3 之间) ; 而后者
的最大关联度分别出现在土壤库与籽粒库的全氮与
NO-3 之间.随着施肥水平的提高, 籽粒中 NO-3 / NO-2
比值动态变化趋势因施用有机肥和施用化肥而不同.
这些都为鉴别这两类肥料在绿色食品基地的施用情况
提供了一定依据.
43 这 4类作物籽粒中的 NO-3 与 NO-2 存在着极显
著的负直线相关关系和极显著的直线回归关系, 为
NO-3 与 NO-2 间的互测提供了一定依据.
致谢 中国农业大学植物科技学院硕士研究生刁青云及云南
省丽江县和鸣和姚光文参加部分工作,特此致谢.
参考文献
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7 Ranff t K . 1984. Potential contaminants. Landwirt schaf tliche
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作者简介 秦玉川,男, 1954 年 7 月出生,博士, 副教授,主要从
事昆虫生态和植物保护研究, 发表论文 40 篇. Email: qyuchuan
@ cau. edu. cn
90 应 用 生 态 学 报 11卷