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土壤基质调理剂对障碍土壤改良及叶菜生长的影响

范文

周冉冉郭世荣蔡忠

摘要?[目的]有效利用有機废弃物资源并解决设施障碍土壤的酸化、盐渍化等问题。[方法]将醋糟和菇渣生物基质按体积3∶1混合形成土壤基质调理剂，施用390?m3/hm2与耕作层土壤混匀后，种植小白菜和生菜。[结果]土壤基质调理剂使用后种植小白菜和生菜的土壤pH分别增加提高0.34和0.23，EC分别降低0.68和0.42?mS/cm，有机碳含量分别增加3.25和5.43?g/kg，速效氮含量分别增加0.59和1.99?mg/kg，速效磷含量分别增加22.81和102.21?mg/kg，速效钾含量分别增加178.03和123.63?mg/kg。基质调理剂有效地缓解了设施障碍土壤酸化和盐渍化，且提高了土壤养分含量和酶活性。与对照相比，种植小白菜和生菜分别增产5.49%和19.35%。[结论]醋糟和菇渣生物基质调理剂（3∶1体积比混合）可改良障碍土壤、显著促进叶菜生长。

关键词?基质调理剂;酸化盐渍化;设施栽培;叶菜;土壤改良

中图分类号?S156.99;S626.9?文献标识码?A?文章编号?0517-6611（2021）03-0160-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.044

Abstract?[Objective]To?effectively?use?organic?residues?resources?and?solve?the?problem?of?acidification?and?salinization?of?facility?obstacle?soil.?[Method]Vinegar?substrate?and?mushroom?residues?substrate?were?mixed?in?3∶1?volume?to?form?a?soil?substrate?conditioner.?Chinese?cabbage?and?lettuce?were?grown?after?application?of?390?m3/hm2?substrate?conditioner?to?mix?with?the?soil?of?the?tillage?layer.?[Result]After?using?the?soil?substrate?conditioner，?the?soil?pH?of?cabbage?and?lettuce?plants?increased?by?0.34?and?0.23，?EC?decreased?by?0.68?and?0.42?mS/cm，?and?the?organic?carbon?content?increased?by?3.25?and?5.43?g/kg，?respectively.?The?available?nitrogen?content?increased?by?0.59?and?1.99?mg/kg，?the?available?phosphorus?content?increased?by?22.81?and?102.21?mg/kg，?and?the?available?potassium?content?increased?by?178.03?and?123.63?mg/kg，?respectively.?The?substrate?conditioner?effectively?relieved?the?acidification?and?salinization?of?the?facility?soil?and?increased?the?soil?nutrient?content?and?soil?enzyme?activity.?Compared?with?the?control，?yield?of?cabbage?and?lettuce?increased?by?5.49%?and?19.35%，?respectively.?[Conclusion]Vinegar?and?mushroom?residue?substrate?conditioner?（3∶1?volume?ratio?mixing）?can?improve?the?obstacle?soil?and?significantly?promote?the?growth?of?leafy?vegetable.

Key?words?Substrate?conditioner;Acidification?and?salinization;Facility?cultivation;Leafy?vegetable;Soil?improvement

21世纪以来，我国设施园艺发展迅猛，成为世界上设施面积最大的国家，占全世界85%以上[1]。同时，设施蔬菜生产占世界总收获面积的45%，在我国经济中占有重要地位[2]。设施蔬菜生产是农业集约化生产的形式之一，由于市场的需求和经济的刺激，给农民带来可观的经济收入。但由于封闭的温室环境加之不合理的水肥管理措施以及长期连续不断作物种植，设施土壤出现了酸化、次生盐渍化、营养元素失衡等障碍问题。同时，设施栽培中连年的作物种植也导致设施土壤中有毒物质积累、土壤酶活性降低、微生物区系紊乱，最终导致作物减产，品质下降[3-4]。因此，采用合理的措施解决设施土壤质量问题并促进作物生产对农业的可持续发展具有重要意义。

目前，酸化、盐渍化障碍土壤改良主要有物理、化学和农艺措施等方法[5]。其中土壤调理剂可降低土壤盐害和调控土壤酸度，并被广泛研究[6]。醋糟是制醋产业的下脚料，菇渣是食用菌生产后的废弃培养料，这些有机废弃物经生物发酵腐熟后形成的生物基质具有较高的营养元素含量和大量的有益微生物菌，具有提高土壤缓冲能力和离子平衡能力[7]，因此可以应用于酸化、盐渍化土壤改良。研究表明，醋糟基质在栽培上有所应用，且可以抵抗病害促进黄瓜生长[8]。但醋糟和菇渣生物基质在障碍土壤上的应用鲜见报道。

为提高醋糟和菇渣资源的合理化利用，笔者将醋糟和菇渣生物基质混合形成土壤基质调理剂，研究其对设施酸化、盐渍化土壤理化性状、矿质元素、土壤酶活性及叶菜生产的影响，以期为酸化盐渍化土壤改良提供技术支撑。

1?材料与方法

1.1?试验地概况

试验在江苏省南京市溧水华成蔬菜专业合作社进行。选取连续种植蔬菜10年以上，具有代表性的酸化和次生盐渍化土壤大棚进行试验，障碍土壤的酸碱度（pH）和电导率（EC）分别为5.88、1.52?mS/cm。

1.2?试验材料

发酵后的醋糟和菇渣生物基质材料均由江苏兴农基质科技有限公司提供，供试醋糟基质基础性状：pH?6.78，EC?5.18?mS/cm，全氮?38.07?g/kg，全磷?1.48?g/kg，全钾?2.38?g/kg，有机碳?422.18?g/kg;供试菇渣基质基础性状：pH?7.48，EC?3.30?mS/cm，全氮?23.18?g/kg，全磷?7.16?g/kg，全钾?4.64?g/kg，有机碳?287.03?g/kg;供试作物为“四季小白菜”和“意大利生菜”。

1.3?试验方法

将醋糟和菇渣基质按体积3∶1混合形成土壤基质调理剂，施用390?m3/hm2，在叶菜定植前7?d，将基质调理剂混匀施入0～10?cm的土壤耕作层中，浇灌水使土壤含水量维持在60%左右。设空白对照（CK，不添加基质调理剂），种植小白菜和生菜。白菜对照（C-CK）和生菜对照（L-CK）各设12个小区，白菜处理（C-T）和生菜处理（L-T）各设18个小区，小区长宽分别为4.0、1.2?m。定植后，水肥正常管理。收获后，随机选取叶菜测定生长指标，随后各小区测产。同时按照“S”型多点取样法收集8～10?cm耕作层土样，将其混合成3个生物学重复。每个土壤样品分为两部分，一部分新鲜土样用于土壤酶活性测定，另一部分风干、过筛保存于4?℃用于土壤理化性状测定。

1.4?测定项目与方法

1.4.1?土壤主要理化性状。

风干土壤与蒸馏水以1∶5重量体积比混合，振荡2?h，过滤后采用Spectrums?pH400?Meter和Direct?Soil?EC?Meter測定土壤pH和EC;风干土烘干至恒重测定土壤含水率;采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机碳含量;采用凯氏定氮法测定土壤全氮含量;采用H2SO4-H2O2消煮土壤，消煮液采用等离子体发射仪（ICP）测定土壤全磷、全钾和钠镁钙元素含量;采用碱解扩散滴定法测定土壤有效氮含量;采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法测定土壤有效磷含量;采用乙酸铵浸提-原子分光光度计测定土壤有效钾含量[9]。

1.4.2?土壤酶活性。

土壤脲酶活性测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，以1?g土24?h后催化底物产生NH3-N的毫克数表示;土壤蔗糖酶活性测定采用3，5二硝基水杨酸比色法，以1?g土24?h后生成葡萄糖的毫克数表示;土壤磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法，以1?g土24?h后催化底物产生的苯酚毫克数表示;土壤蛋白酶活性测定采用茚三酮比色法，以24?h后1?g土中NH2-N的毫克数表示;土壤过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法，以1?g土1?h内分解的过氧化氢毫克数表示;土壤多酚氧化酶活性测定采用邻苯三酚比色法，以1?h后100?g土中紫色没食子素的毫克数表示。

1.4.3?叶菜生长指标。

使用卷尺和游标卡尺测量叶菜的株高、茎粗和根长。不同处理各选取若干株洗净根系，擦干，分别称量地上部鲜重、地下部鲜重。然后将叶菜放入烘箱105?℃杀青15?min，再置于75?℃烘干至恒重，测定地上部干重、地下部干重。

1.4.4?叶绿素含量和根系活力。

各处理另选取长势一致的作物，剪除叶脉，称取0.2?g样品，采用乙醇、丙酮混合浸泡比色法测定叶绿素含量[10]。清洗根系，剪碎称取0.5?g根尖样品，采用氯化三苯基四氯唑（TTC）比色法测定根系活力[11]。

1.5?数据处理

试验数据经Microsoft?Excel?2013整理后使用Students?t?test（t检验）进行差异分析（P<0.05），使用Graphpad?Prism?5.0进行绘图。

2?结果与分析

2.1?土壤基质调理剂对障碍土壤理化性状的影响

试验大棚土壤为弱酸性土壤，由表1可知，与对照相比，无论种植小白菜或生菜，土壤基质调理剂均增加土壤pH，分别提高0.34和0.23。C-T处理与C-CK处理在P<0.01水平上差异显著，但L-T处理与L-CK处理无显著差异。土壤基质调理剂也可明显降低土壤EC值，C-T处理和L-T处理分别降低0.68、0.42?mS/cm，在P<0.01水平上均存在显著差异。基质调理剂能够增加土壤孔隙度，降低土壤容重，提高土壤含水量。C-T处理和L-T处理含水量分别增加62.62%、76.89%，但在统计学水平上并无显著差异。基质调理剂对土壤有机碳也有较大的影响，C-T处理和L-T处理均显著增加土壤有机碳含量，分别增加3.25、5.43?g/kg。

土壤基质调理剂可提升土壤养分，缓解土壤营养元素失衡问题，但在不同作物种植上也存在差异。C-T处理和L-T处理均增加了土壤全氮、全磷、全钾含量，与C-CK相比，C-T处理分别增加0.07、0.14、0.09?g/kg。与L-CK相比，L-T处理分别增加0.25、0.45、0.80?g/kg。由于L-T处理全磷、全钾含量标准偏差较大，并未表现出显著差异。基质调理剂也可明显增加土壤有效养分含量，供当茬作物吸收，C-T处理和L-T处理均表现出显著差异。C-T处理速效氮含量、速效磷含量、速效钾含量分别增加0.59、22.81、178.03?mg/kg。L-T处理速效氮含量、速效磷含量、速效钾含量分别增加1.99、102.21、123.63?mg/kg。然而土壤基质调理剂对钙镁钠等元素含量并无明显影响，只有C-T处理显著降低了钙元素含量。

综上，土壤基质调理剂可增加土壤pH，降低土壤EC，提升含水量和土壤养分，改善酸化盐渍化土壤理化性状。

2.2?土壤基质调理剂对障碍土壤酶活性的影响

由图1可知，土壤基质调理剂对土壤酶活性表现出明显的增加作用。基质调理剂显著增加土壤脲酶活性，且L-T处理与L-CK处理在P<0.001水平上表现出极显著差异。基质调理剂对土壤磷酸酶活性也表现出增加作用，虽与CK相比无显著差异，但分别是CK的1.20和1.09倍。与众多酶一致，基质调理剂处理土壤多酚氧化酶活性也显著增加，与CK相比，在P<0.05水平上均表现出显著增加。C-T处理和L-T处理与CK相比，土壤蔗糖酶活性、土壤蛋白酶活性和土壤过氧化氢酶活性虽均未表现出显著差异，但均略有增加。

2.3?土壤基质调理剂对叶菜生长和产量的影响

由表2可知，基质调理剂对不同叶菜的生长有不同的影响，C-T处理和L-T处理与CK相比，株高、茎粗、根长、地上部干鲜重和地下部干鲜重等生长指标均增加，但C-T处理根长略有减少。C-T处理与C-CK相比，株高、茎粗、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重和地下部干重分别增加11.60%、14.72%、11.10%、26.56%、58.45%、17.54%。L-T处理与L-CK相比，株高、茎粗、根长、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重和地下部干重分别增加25.70%、44.93%、44.51%、59.43%、23.38%、101.07%、87.84%，且除茎粗外，在统计学上均存在显著差异。同时，调理剂的应用增加了叶菜产量，C-T较C-CK（25?318.20?kg/hm2）增加5.49%，L-T较L-CK（12?067.14?kg/hm2）增加19.35%。L-T与L-CK相比，在P<0.05水平上显著增加。

2.4?土壤基质调理剂对叶菜叶绿素含量和根系活力的影响

由图2可知，基质调理剂可提高叶菜叶绿素含量和根系活力。C-T与C-CK相比，叶绿素含量和根系活力在P<0.05或P<0.01水平上均表现出显著差异。叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和根系活力分别增加45.90%、57.58%、48.39%和29.96%。而L-T与L-CK相比，虽未有统计学上差异，但也分别增加了20.37%、12.50%、20.29%和11.45%。

2.5?土壤性状与产量主成分分析

采用PCA分析，建立土壤性狀与叶菜产量二维排序图（图3）。对于小白菜，产量受土壤脲酶、多酚氧化酶、蛋白酶、磷酸酶、有机碳含量、土壤氮磷钾元素含量正向影响，而土壤含水量对产量几乎没有影响。另外，过氧化氢酶，蔗糖酶、钠元素含量及EC值对产量有负向影响。对于生菜而言，EC值明显与产量负向相关。除EC外，土壤酶活性及元素含量均与产量呈正向相关。因此，土壤盐分对叶菜产量具有明显的负面影响。由此可知，土壤基质调理剂可通过降低土壤盐分进而改善土壤生物学性状。

3?结论与讨论

秸秆还田有利于土壤含水量的提升[12]。在设施栽培中，生物炭的添加使土壤的饱和持水量和田间持水量、孔隙度增加[13]。因此，秸秆等有机材料具备一定的保水性能。该研究中，醋糟和菇渣土壤基质调理剂的添加表现出相似的作用，添加后与对照相比土壤含水量增加。由于设施中常年缺乏雨水淋洗及高温蒸发，导致土壤养分在地表聚集，增加了土壤耕作层的盐离子含量。然而，研究表明，醋糟覆盖于盐渍化土壤表层，可降低土壤电导率[14]。该研究得到了相似的结果，醋糟菇渣基质调理剂添加后电导率显著下降。可能由于基质调理剂提高了土壤的保水性能，降低了土壤水分的蒸发，抑制了土壤离子在地表聚集，进而降低土壤的电导率。研究表明土壤盐分对微生物群落有不利影响[15]，同时PCA分析表明EC对产量有明显的负面影响。因此，基质调理剂可通过降低土壤电导率改善土壤的生物学性状，减小盐渍化对土壤的负面影响。在设施连作土壤中，由于大量生理酸性肥料和氮肥的加入，亦或微生物比例失调均会导致土壤酸化[16]。朱建华等[17]研究表明，复合肥的施用可不同程度地降低土壤pH，且土壤酸化随时间的推移加剧。土壤酸化滋生病原菌真菌繁殖，Ca2+、Mg2+缺失，影响作物的品质和生长。该研究发现，基质调理剂的添加增加了pH，种植小白菜和生菜的土壤分别增加0.34、0.23个单位，有效缓解了设施土壤酸化。因此，基质调理剂缓解土壤酸化盐渍化对设施叶菜生长具有积极影响。

同时，基质调理剂的添加增加了土壤养分含量，这与前人的研究结果一致。张霞等[18]研究表明有机培肥的使用提高了土壤有效养分含量，实现设施黄瓜高产。石晓宇等[19]研究发现当季施用生物炭可明显增加土壤中有效养分含量，改善黄瓜品质。该研究中，种植小白菜的土壤添加基质调理剂后，有机碳含量、总氮磷钾含量和有效氮磷钾含量均显著增加。种植生菜的土壤添加基质调理剂后，有效氮磷钾含量极显著增加。相比小白菜的土壤，生菜土壤与对照相比，增量更大，可能由于生菜在生长期中吸收养分相对小白菜较低。因此，基质调理剂含有的丰富营养能够逐步释放，补充土壤中的氮磷钾，且肥效持续时间长，能够有效改善设施土壤理化性状促进作物生产。

在土壤养分充足的情况下，土壤养分不再作为限制作物生长的主要因素，土壤酶活性和土壤微生物状况更能反映土壤的肥力状况[20]。土壤酶是一类具有催化能力的生物活性物質，由微生物、动植物活体分泌及动植物残体分解释放于土壤中，可以直接反映土壤微生物群落和有效养分[21]。研究发现基质调理剂的添加显著增加了生菜土壤中土壤脲酶活性。脲酶是一种水解酶，可催化尿素水解成二氧化碳和氨，提高有效氮含量，这与生菜土壤中碱解氮含量显著提高一致。土壤蔗糖酶、土壤蛋白酶和土壤过氧化氢酶分别可以表征土壤中有机碳、氮含量及土壤抗氧化能力。与对照相比，添加基质调理剂后均略增加，但并未表现出明显差异。添加基质调理剂的土壤磷酸酶分别为对照的1.20和1.09倍。磷酸酶通常用于评估有机磷的矿化[22]，与笔者观察到磷酸酶和有效磷含量均显著增加的结果一致。过氧化氢酶可以消除土壤中过氧化物和芳香族化合物对植株的毒害作用，过氧化氢酶在添加基质调理剂后均显著增加，这表明基质调理剂可减轻长期叶菜种植的自毒作用。因此，基质调理剂不仅能够增加土壤有效养分，而且能够通过改善土壤微生态环境减轻连作对作物生长的危害。

研究表明生物有机肥等有机改良剂的使用均可提高作物的产量及品质[23-24]。醋糟菇渣基质调理剂的使用也有效促进了叶菜的生长，并提高了叶菜产量。与对照相比，种植小白菜和生菜分别增产5.94%和19.35%，表明基质调理剂的使用对生菜增产更为有效。基质调理剂的使用使得小白菜增产达1?389.58?kg/hm2，生菜增产达2?334.50?kg/hm2。若考虑小白菜和生菜市场单价分别为4和6元/kg，种植小白菜和生菜增收效益为5?558.32、14?006.70元/hm2。因此，基质调理剂的使用具有一定的经济效益，可以提升叶菜产量使农民增收。

总之，醋糟和菇渣生物基质按体积3∶1混合形成土壤基质调理剂，施用390?m3/hm2不仅可以解决设施土壤酸化盐渍化问题，还可以改善土壤生物化学环境，提升叶菜产量，增加经济效益。该基质调理剂改良土壤、促进生菜生长增收更为有效。

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