不同園藝廢棄物還田對(duì)設(shè)施西芹土壤養(yǎng)分和酶活性的影響

宗慶姝++楊冬艷++張雪艷++張學(xué)忠++田蕾

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.140

摘要：為明確園藝廢棄秸稈利用途徑，將寧夏地區(qū)溫室栽培果樹(shù)[葡萄（T1）、桃（T2）]、蔬菜[菜用大豆（T3）、黃瓜（T4）]的廢棄殘?bào)w以及4種殘?bào)w等體積混合 （T5）直接還田，研究不同園藝作物廢棄秸稈還田對(duì)設(shè)施西芹土壤養(yǎng)分及酶活性的影響。結(jié)果表明，在西芹緩苗期，不同園藝廢棄物還田處理均能顯著提高土壤速效養(yǎng)分含量和土壤酶活性，其中以T3還田處理的土壤速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分含量最高；至西芹收獲時(shí)，T3處理的土壤速效氮、速效磷含量顯著高于其他處理和對(duì)照，T2處理的土壤速效鉀含量最高，不同處理土壤酶活性較緩苗期大幅下降，但均略高于對(duì)照；T2的西芹產(chǎn)量顯著高于對(duì)照13%，其他處理與對(duì)照差異不顯著。說(shuō)明園藝廢棄物直接還田能夠增加設(shè)施土壤速效養(yǎng)分，提高土壤酶活性，桃樹(shù)枝條秸稈還田能夠增加西芹產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：園藝廢棄物還田；設(shè)施西芹土壤；養(yǎng)分；土壤酶活性

中圖分類號(hào)： S636.304文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0487-04

收稿日期：2015-08-23

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31460531）；寧夏農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新先導(dǎo)資金（編號(hào)：NKYG-13-03）；寧夏農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)土地治理科技推廣項(xiàng)目（編號(hào)：NTKJ-2014）。

作者簡(jiǎn)介：宗慶姝（1991—），女，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，從事設(shè)施蔬菜高效栽培研究。E-mail：zongqingshu@sina.com。

通信作者：楊冬艷，副研究員，從事設(shè)施蔬菜栽培與生理研究。E-mail：yangdongyun2000@163.com。我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，目前全國(guó)已達(dá)380 hm2，由于園藝產(chǎn)業(yè)集約化生產(chǎn)而產(chǎn)生的作物殘?bào)w也急劇加速，已成為僅次于水稻、玉米、小麥作物秸稈的第四大農(nóng)作物秸稈[1]。然而，由于傳統(tǒng)利用觀念與經(jīng)濟(jì)條件等因素的制約，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中97%的秸稈被焚燒和遺棄，既造成了資源浪費(fèi)，又污染了環(huán)境，如何資源化利用廢棄資源、減少環(huán)境污染成為可持續(xù)農(nóng)業(yè)面臨的重要問(wèn)題[2-3]。

作物殘?bào)w是豐富的農(nóng)業(yè)資源，將秸稈粉碎后還田，通過(guò)土壤中微生物活動(dòng)腐爛分解，增加土壤肥力。張學(xué)林等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田后，土壤表層（0～10 cm）的無(wú)機(jī)氮和速效磷含量顯著增加，且速效磷含量與玉米穗數(shù)、玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)，說(shuō)明秸稈還田后為土壤補(bǔ)充了大量的速效磷含量[4]。李月華等研究表明，連續(xù)秸稈還田能夠顯著增加土壤中速效鉀含量，且秸稈還田量越大，鉀含量越高[5-6]。季立聲等研究證實(shí)，秸稈還田后能夠給土壤酶提供大量的作用底物，從而提高土壤酶的活性[7]。金海洋等研究也表明，秸稈還田后土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶活性升高[8]。變廢為寶，將秸稈粉碎，更有利于秸稈的腐解。近年來(lái)，許多研究發(fā)現(xiàn)園藝廢棄物具有大量的有機(jī)質(zhì)，其直接還田可使得土壤表層碳源和肥力條件有所改善，促進(jìn)微生物在田間表面的大量富集，并不斷分解秸稈釋放養(yǎng)分，從而使得土壤在作物生長(zhǎng)期有較高的肥力供給[9-10]。目前，針對(duì)園藝廢棄物還田的報(bào)道主要圍繞混合殘?bào)w還田后對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物群落的影響，而系統(tǒng)研究幾種主要特定單一園藝廢棄物還田后，分別對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性影響的研究鮮有報(bào)道。

桃、葡萄、黃瓜、菜用大豆分別是寧夏溫室的主栽作物，桃為喬本作物，葡萄為藤本作物，黃瓜、菜用大豆為草本植物，其廢棄殘?bào)w多丟棄。西芹是寧夏主栽葉菜作物之一。本研究以設(shè)施園藝西芹土壤為材料，研究桃樹(shù)枝條、葡萄枝條、菜用大豆植株、黃瓜植株以及4種殘?bào)w等體積混合還田對(duì)土壤pH值、EC值、土壤酶活性、土壤養(yǎng)分以及西芹產(chǎn)量的影響，探究溫室主栽喬本、藤本、草本作物分別還田后對(duì)西芹土壤質(zhì)量的影響，明確園藝作物還田對(duì)設(shè)施西芹土壤質(zhì)量的培肥效果，為園藝廢棄物資源化利用以及設(shè)施西芹土壤可持續(xù)生產(chǎn)利用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

本試驗(yàn)以設(shè)施西芹土壤為對(duì)象，廢棄物包括剪枝后的桃樹(shù)枝條、葡萄枝條、菜用大豆植株、黃瓜植株以及上述4種殘?bào)w等體積混合物，廢棄物均在7月露地晾曬，利用秸稈粉碎機(jī)粉碎為1～3 cm的碎段，還田前利用百菌清消毒，廢棄物的基本理化特性見(jiàn)表1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在寧夏銀川市賀蘭園藝產(chǎn)業(yè)園日光溫室1號(hào)棚內(nèi)進(jìn)行，設(shè)6個(gè)處理，即無(wú)廢棄物還田對(duì)照（CK）、桃樹(shù)枝條還田（T1）、葡萄枝條還田（T2）、菜用大豆植株還田（T3）、黃瓜植株還田（T4）以及4種廢棄物等體積混合還田（T5）。試驗(yàn)采用盆栽方式，花盆體積（長(zhǎng)630 mm、寬210 mm、高180 mm）約為22 L，每個(gè)處理為22盆，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。每盆裝8 kg土壤，處理還田廢棄物200 g。供試土壤基本理化性質(zhì)，土壤pH值7.9、全鹽含量2 g/kg、有機(jī)質(zhì)含量 18.5 g/kg、全氮含量 1.21 g/kg、速效氮含量100 mg/kg、速效磷含量 199 mg/kg、速效鉀含量210 mg/kg。2013年9月29日定植西芹，2014年2月28日收獲西芹，不同處理整個(gè)生育期統(tǒng)一水肥管理。

1.3土樣采集與分析

分別于2013年10月6日（緩苗期）、2014年2月28日（拉秧期）進(jìn)行0～20 cm的表土樣采集，為避免每個(gè)處理最南面與最北面盆中植株長(zhǎng)勢(shì)弱于中間而引起的誤差，每個(gè)處理取中間10盆的土樣。混勻后的土壤經(jīng)7 d左右風(fēng)干后過(guò) 1 mm 篩，用于土壤pH值、EC值、土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、纖維素酶活性、土壤速效氮含量、速效磷含量、速效鉀含量的測(cè)定。

1.4土壤樣品分析方法

土壤pH值、EC值采用1 ∶5土壤懸液電位計(jì)法和電導(dǎo)法測(cè)定；土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；土壤纖維素酶活性采用1%羧甲基纖維素鈉浸提、3，5-二硝基水楊酸比色法[11-13]測(cè)定；土壤速效氮含量采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；速效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3（pH值8.5）浸提、鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀含量采用1 mol/L中性醋酸銨浸提、火焰光度法[14]測(cè)定 。

1.5數(shù)據(jù)分析

每個(gè)處理測(cè)定3個(gè)平行樣本，每個(gè)樣本測(cè)量3次，結(jié)果取其平均值，數(shù)據(jù)用SPSS 18.0軟件采用LSD方法進(jìn)行單因素顯著性分析；采用Excel 2003繪制圖表。

2結(jié)果與分析

2.1園藝廢棄物還田對(duì)土壤pH值、EC值的影響

從圖1-A可以看出，在西芹緩苗期，除T2處理土壤pH值顯著提高外，其他處理與對(duì)照差異不顯著；到拉秧期，還田處理均顯著增加了土壤pH值，處理間則差異不顯著。

從圖1-B可以看出，在緩苗期，與對(duì)照比較，不同處理均顯著提高土壤EC值，T3處理EC值最高，顯著高于T1、T2、T4、T5處理。在拉秧期，不同廢棄物還田處理均顯著提高土壤EC值，T3處理提高127%，最為顯著。

2.2園藝廢棄物還田對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響

從圖2-A可以看出，在西芹緩苗期，不同園藝廢棄物還田處理均顯著提高土壤速效氮含量，T3處理提高111%，顯著高于其他處理，T2、T5處理次之，分別提高59%、55%；在拉秧期，T3處理土壤速效氮含量較對(duì)照提高97%，T5處理提高33%次之，其他還田處理則與CK差異不顯著；拉秧期不同處理速效氮含量明顯低于西芹緩苗期。

從圖2-B可以看出，在西芹緩苗期，不同還田處理顯著增加了土壤速效磷含量，且T3處理速效磷含量提高260%，最為顯著，T5處理提高78%，次之；在拉秧期，T1、T2、T3、T5處理相對(duì)CK顯著增加了土壤速效磷含量，T3處理提高370%，仍顯著高于其他處理，T5處理提高275%，次之，T4處理速效磷含量與CK差異不顯著。

從圖2-C可以看出，西芹拉秧期土壤速效鉀含量高于緩苗期土壤速效鉀含量。在緩苗期，不同園藝廢棄物還田處理均顯著增加了土壤速效鉀含量，T3處理速效鉀含量最高，與對(duì)照相比提高158%；在拉秧期，不同還田處理均顯著增加了土壤速效鉀含量，T4處理速效鉀含量在不同還田處理中最低，T2處理土壤速效鉀含量在不同還田處理中最高，與對(duì)照

相比提高64%。

2.3園藝廢棄物還田對(duì)土壤酶活性的影響

從圖3-A可以看出，西芹緩苗期不同處理脲酶活性明顯高于拉秧期。在緩苗期，除T1處理處，其他不同廢棄物還田處理相對(duì)CK均顯著增強(qiáng)了土壤脲酶活性，T3處理土壤脲酶活性提高80.5%，在不同還田處理中最高，其他還田處理間差異不顯著；在拉秧期，T5處理土壤脲酶活性顯著高于CK，其他處理與CK間差異不顯著。

從圖3-B可以看出，西芹緩苗期不同處理蔗糖酶活性高于拉秧期蔗糖酶活性。在緩苗期，T3處理與對(duì)照差異不顯著，其他不同處理均相對(duì)CK顯著增強(qiáng)了土壤蔗糖酶活性，T1、T2、T4、T5處理，分別增加42%、35%、41%、44%；拉秧期，不同廢棄物還田處理均相對(duì)CK增強(qiáng)了土壤蔗糖酶活性，T1、T2、T5處理增加效果最顯著，分別增加了18.0%、175%、16.0%。

從圖3-C可以看出，西芹緩苗期不同處理纖維素酶活性高于拉秧期纖維素酶活性。在緩苗期，各廢棄物還田處理土壤纖維素酶活性均相對(duì)CK顯著增強(qiáng)，T1處理增強(qiáng)效果最顯著，提高97%；在拉秧期，T1、T2、T5處理相對(duì)CK顯著增強(qiáng)了土壤纖維素酶活性，T1、T2處理增強(qiáng)效果最顯著，分別增強(qiáng)了9%、8%，而T3、T4處理則與CK差異不顯著。

2.4園藝廢棄物還田對(duì)西芹產(chǎn)量的影響

通過(guò)產(chǎn)量分析得出，不同廢棄物還田對(duì)西芹產(chǎn)量有明顯差異，與CK相比T2處理顯著提高西芹產(chǎn)量13%；其他還田處理與CK無(wú)顯著差異，折合單位面積產(chǎn)量，不同處理產(chǎn)量高低順序?yàn)門2>T5>T1=T4>T3（圖4）。

2.5土壤養(yǎng)分與土壤EC值、pH值和土壤酶活性間的相關(guān)性

將土壤養(yǎng)分含量、EC值、pH值、土壤酶活性、西芹產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析得出，土壤pH值與土壤速效氮含量、蔗糖酶活性、脲酶活性、纖維素酶活性間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)；土壤EC值與速效氮含量、速效磷含量、脲酶活性呈極顯著正相關(guān)；土壤速效氮含量與蔗糖酶活性、脲酶活性、纖維素酶活性呈極顯著正相關(guān)；速效磷含量與速效鉀含量呈顯著正相關(guān)；速效鉀含量與蔗糖酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)；蔗糖酶活性與脲酶活性和纖維素酶活性呈極顯著正相關(guān)；西芹產(chǎn)量與速效鉀含量、蔗糖酶活性、纖維素酶活性呈極顯著正相關(guān)（表2）。

3結(jié)論與討論

蔬菜廢棄物具有高含水量和高營(yíng)養(yǎng)成分的特征[15]，作物殘?bào)w還田具有成本低、省勞力、肥源廣、可就地取材等優(yōu)點(diǎn)，是

土壤有機(jī)培肥的主要措施之一[16] 。

本研究結(jié)果表明，桃樹(shù)枝條、葡萄枝條、黃瓜植株以及上述廢棄物與菜用大豆植株等體積混合還田處理顯著增加西芹緩苗期土壤pH值，說(shuō)明蔬菜殘?bào)w具有調(diào)節(jié)pH值的作用，曾詠梅等研究表明，鮮樣廢棄物直接還田能夠顯著提高土壤pH值，對(duì)解決設(shè)施土壤酸化具有重要意義。不同園藝廢棄物還田處理相對(duì)CK均顯著增加了土壤EC值，可能是與CK相同水肥管理時(shí)，園藝廢棄物由于殘?bào)w自身累積的養(yǎng)分釋放而增加了土壤的EC值。與CK相比，不同還田處理在西芹緩苗期均顯著提高了土壤蔗糖酶、脲酶、纖維素酶活性；在西芹拉秧期，不同園藝廢棄物等體積還田處理顯著增加了蔗糖酶、脲酶和纖維素酶活性，桃樹(shù)枝條、葡萄枝條還田處理顯著增加了土壤蔗糖酶或纖維素酶活性，這可能是廢棄物還田后激發(fā)土壤中各類微生物大量增殖，從而使得酶活性提高[17] 。在西芹緩苗期，不同園藝廢棄物還田處理均相對(duì)CK顯著增加了土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量；菜用大豆植株還田、T5處理顯著增加了土壤速效氮含量，不同還田處理均顯著增加土壤速效鉀含量，除黃瓜植株還田處理外，其他還田處理均顯著增加土壤速效磷含量，這可能與土壤酶驅(qū)動(dòng)著土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化有關(guān)，不同還田處理在提高酶活性的同時(shí)，促進(jìn)了土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的提高和積累，本結(jié)論與張志剛等研究結(jié)果[18-20]一致，研究證明，施用秸稈可顯著增加土壤酶活性；秸稈直接還田可提高土壤速效鉀、速效磷的含量。另外由于廢棄物還田種類不一，秸稈中有機(jī)質(zhì)礦化分解速度和時(shí)間不一致，因此不同處理間速效養(yǎng)分含量提高也存在差異。本研究證明，土壤速效養(yǎng)分與土壤酶活性間存在一定的相互關(guān)系，且速效氮含量與酶活性存在極顯著相互關(guān)系，西芹產(chǎn)量與蔗糖酶活性、纖維素酶活性、速效鉀含量間存在極顯著相互關(guān)系，與張志剛等研究結(jié)果[18-20]一致。

綜上所述，桃、葡萄、黃瓜植株、菜用大豆植株以及上述殘?bào)w等體積混合還田后能不同程度提高土壤中的速效氮、速效磷、速效鉀含量，且T1、T2、T5處理增加酶活性效果顯著，T2處理增產(chǎn)效果顯著。

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