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    有機(jī)土栽培增施不同添配物后對日光溫室黃瓜生長和根際環(huán)境的影響

    2018-02-23 17:23:54閆妍,張少杰,李衍素,賀超興
    關(guān)鍵詞:根際黃瓜番茄

    閆妍,張少杰,李衍素,賀超興

    【摘要】以不添加添配物的種植3年的有機(jī)土為對照,將堆腐后的番茄秧、黃瓜秧、玉米秸、麥秸添配后的有機(jī)土進(jìn)行溫室黃瓜栽培,研究了不同有機(jī)土對溫室黃瓜生長發(fā)育及根際環(huán)境的影響,結(jié)果表明,添配黃瓜秧、番茄秧的T3、T4有機(jī)土栽培效果最好,顯著增加了黃瓜葉面積、葉綠素含量,同時(shí)根際酶活性增強(qiáng),植株生長勢和結(jié)瓜習(xí)性改善,黃瓜產(chǎn)量增加且營養(yǎng)物質(zhì)含量高于添加玉米秸、麥秸的處理及未添加的有機(jī)土對照。

    有機(jī)土栽培技術(shù)是一種新興的蔬菜栽培方法。它是根據(jù)環(huán)境友好的理念,在中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上吸收了現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和無土基質(zhì)栽培的原理,主要利用經(jīng)生物發(fā)酵無害化處理的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物,與腐熟有機(jī)肥、清潔土壤按照蔬菜營養(yǎng)需求及蔬菜根系對根際環(huán)境要求精確配制的綠色蔬菜有機(jī)栽培系統(tǒng)[1]。土壤質(zhì)量可以通過土壤物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)和土壤酶活性等進(jìn)行評價(jià)[2-6],大量研究表明:利用有機(jī)土栽培可以改善土壤理化性質(zhì)[7-8],可有效提高地表溫度、肥水利用率,并增加蔬菜產(chǎn)量,改善蔬菜品質(zhì),提高蔬菜的食用安全性,從而生產(chǎn)出高營養(yǎng)品質(zhì)的蔬菜產(chǎn)品。

    有機(jī)土栽培(以下簡稱有機(jī)土)是地下以舊棚膜隔離,然后將腐熟玉米秸、麥秸等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物與腐熟有機(jī)肥和潔凈土壤作為主要成分配制的蔬菜栽培基質(zhì)系統(tǒng),其栽培效果明顯優(yōu)于普通土壤栽培[9-10],有機(jī)土栽培添加了有機(jī)廢棄物玉米秸,麥秸,其土壤有機(jī)質(zhì)含量及植物生長的必需元素與微量元素均有所增加[11-13]。劉義國等[14]研究結(jié)果表明,秸稈還田增加了土壤孔隙,加之秸稈還田覆蓋后表層土壤含水量增加,使得土壤板結(jié)降低,明顯改善了土壤的理化性質(zhì)。張靜等[15]研究結(jié)果表明,秸稈還田能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,降低土壤中氮的流失,加強(qiáng)土壤微生物對碳、氮的固持以及供給作用,實(shí)現(xiàn)土壤供肥水平的提高;土壤肥力增加促進(jìn)土壤酶活性上升[16-19]。

    但是隨著有機(jī)土蔬菜栽培年限的增加,土壤有機(jī)質(zhì)不斷降解下降,導(dǎo)致栽培3年后的有機(jī)土理化性狀相對劣化,有必要對其地力進(jìn)行恢復(fù)。番茄秧、黃瓜秧是蔬菜生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢棄物,經(jīng)測定不僅含有氮、磷、鉀等大量元素,還富含微量元素、有機(jī)質(zhì)等,是重要的有機(jī)肥資源。如果能有效利用蔬菜殘?bào)w對有機(jī)土地力進(jìn)行恢復(fù),則既能用其對連作有機(jī)土進(jìn)行根區(qū)改良,還可減少廢棄物的污染,將具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境保護(hù)效益。為此試驗(yàn)以農(nóng)田廢棄物為研究對象,以黃瓜為栽培對象,比較了菜秧、玉米秸等不同添配物添加到3年栽培后的有機(jī)土中對溫室黃瓜生長發(fā)育和根際環(huán)境的影響。為有機(jī)土栽培的可持續(xù)高效合理利用和黃瓜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考[7]。

    材料與方法

    試驗(yàn)材料

    試驗(yàn)于2015年3~7月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所日光溫室進(jìn)行,供試黃瓜品種為‘中農(nóng)106,于2015年2月5日播種,并開始育苗,3月12日定植,雙行種植,株距0.3 m,行距0.4 m,每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù),試驗(yàn)于7月1日拉秧。試驗(yàn)期間,每個(gè)小區(qū)肥水管理保持一致。

    采用舊塑料棚膜隔離的全封閉式的槽式栽培(槽的縱切面為等腰梯形,上底寬0.6 m,下底寬0.4 m,高0.3 cm,槽長0.7 cm)進(jìn)行有機(jī)土基質(zhì)栽培,所用有機(jī)土基質(zhì)于2011年秋季由玉米秸、麥秸與腐熟有機(jī)肥和潔凈土壤按3:1配制后用于番茄、黃瓜設(shè)施蔬菜栽培,至2015年春連續(xù)栽培3年以上的有機(jī)土理化性狀已嚴(yán)重劣化,亟待添配處理。

    供試添配處理的基質(zhì)原料分別為腐熟玉米秸、麥秸、番茄秧、黃瓜秧和不添配的有機(jī)土對照;腐熟的方法是先將4種不同的有機(jī)廢棄物料10月份秋茬拉秧后分別在日光溫室內(nèi)隔離的水泥腐熟池進(jìn)行堆腐,每周定期澆透水,然后蓋上塑料棚膜保濕保溫。堆腐1個(gè)月后上下翻一翻使之充分發(fā)酵腐熟,至1月份使用前取樣,測定腐熟后的理化性狀。

    試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)小區(qū)面積為8.4 m2,3次重復(fù),共設(shè)6個(gè)處理(包括1個(gè)對照),T1為腐熟玉米秸:有機(jī)土=3:1(體積比)混合;T2為腐熟麥秸、腐熟番茄秧、有機(jī)土按1:1:1(體積比)混合;T3腐熟番茄秧、有機(jī)土按3:1(體積比)混合;T4腐熟黃瓜秧、有機(jī)土按3:1(體積比)混合;T5腐熟麥秸、有機(jī)土按3:1(體積比)混合;CK為以未添加的3年有機(jī)土(前茬種植番茄)為對照;各處理按常規(guī)栽培統(tǒng)一管理。具體處理見表1。

    測定項(xiàng)目與方法

    黃瓜植株生長測定

    定植1個(gè)月后(4月12日)測定株高和生長量,以莖基部子葉到生長點(diǎn)的距離,葉面積使用掃描儀測定(上數(shù)第5片功能葉),每個(gè)處理測定5株。測定干鮮重,葉綠素含量用80%丙酮浸提法;根系活力用TTC還原法測定[20]。

    土壤基質(zhì)理化性狀測定

    容重采用環(huán)刀法測定,總孔隙度用浸泡法測定,pH和電導(dǎo)率分別用pH-3C型pH測定儀和DDS-11A電導(dǎo)率儀測定,樣品的有機(jī)質(zhì)和全N、全P、全K以及速效N、P、K由農(nóng)業(yè)部蔬菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)中心測定。

    根際有機(jī)土含氧量測定

    定植后使用OXY-4 mini光纖土壤測氧儀(由德國Presens Precision Sensing GmbH公司生產(chǎn)),測定試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)10 cm深處有機(jī)土含氧量,設(shè)置15 min自動(dòng)采集一次數(shù)據(jù),采集24 h,測定結(jié)束后下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

    根際降解酶活性測定

    土壤脲酶活性采用苯酚鈉比色法,磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法,纖維素酶活性采用羧甲基纖維素比色法,轉(zhuǎn)化酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法。

    黃瓜產(chǎn)量與品質(zhì)測定

    統(tǒng)計(jì)每個(gè)栽培處理小區(qū)的瓜條數(shù)及果實(shí)重,取平均值記作各處理的產(chǎn)量。

    采摘期摘取長勢均勻,成熟度好的黃瓜樣品測定,黃瓜VC含量測定采用鉬藍(lán)比色法測定,可溶性糖含量的測定采用蒽酮乙酸乙酯比色法[21],可溶性固形物含量的測定采用手持測糖儀測定,硝酸鹽含量的測定采用水楊酸法,可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定。

    數(shù)據(jù)處理

    應(yīng)用DPS軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,應(yīng)用OriginPro7.5軟件作圖。

    結(jié)果與分析

    不同有機(jī)土添加物的理化性狀分析

    土壤的容重、孔隙度、pH和電導(dǎo)率等必須在合適范圍內(nèi),作物根系才能正常生長。對不同添配物的理化性狀分析見表2,從表中可以看出,不同處理的添配物及3年有機(jī)土均呈中性偏堿,這可能與噴淋水的pH較高有關(guān)。另外不同添配物的電導(dǎo)率均高于3年有機(jī)土,說明其水溶性離子較多,供肥強(qiáng)度大。而添配物的容重均小于3年有機(jī)土,其中腐熟番茄秧容重最小,其次為玉米秸、黃瓜秧,但相差不大,表明它們均適合用于土壤性狀的改良??偪紫抖鹊睦硐胫凳?0~90,各處理的有機(jī)土總孔隙度均在適宜的范圍之內(nèi),有利于養(yǎng)分狀況的調(diào)節(jié)和植物根系的伸展,為蔬菜的生長提供了良好的生長環(huán)境。

    對不同添配物的營養(yǎng)分析(表3)可以看出:各添配物的全效N、P、K和速效N、P、K含量均顯著高于種植3年的有機(jī)土,養(yǎng)分充足,特別是3年有機(jī)土的有機(jī)質(zhì)含量為16.4%,而其他處理有機(jī)質(zhì)含量為:72.1%、80.3%、57.2%、48.35%,平均有機(jī)質(zhì)含量約為3年有機(jī)土的4倍,因此添加后對根區(qū)營養(yǎng)和有機(jī)質(zhì)含量有顯著的改善作用。

    不同處理對黃瓜植株生長的影響

    植株的株高、葉面積、根冠比是衡量蔬菜作物生長狀況的基本指標(biāo)。

    不同處理對黃瓜生長的影響

    由表4可以看出,不同添配物處理間的生長存在一定的差異,對照的株高、葉面積、根冠比均表現(xiàn)最低。從株高、葉面積來看T4>T3>T2>T5>T1>CK,T4最高,T3次之,與CK存在顯著差異,T5與T1差異不顯著;從根冠比來看各處理間與CK存在顯著差異,T4>T3>T5>T2>T1>CK,其中T4根冠比最大,T3與T5之間差異不顯著。由此可見,與大田作物秸稈還田基質(zhì)栽培相比,蔬菜菜秧還田的有機(jī)土更有利于黃瓜植株的生長。

    不同處理對黃瓜葉片葉綠素含量影響

    葉綠素是植物葉片吸收光能的主要色素,是進(jìn)行光合作用光能利用不可或缺的條件[22]。由圖1可見,以T4處理的葉綠素含量最高,T1與T3之間無顯著差異,T2與T5之間無顯著差異,各處理與對照之間差異顯著,CK葉綠素含量最低。表明不同添配物在改善根區(qū)環(huán)境的同時(shí),對植物葉片葉綠素含量有不同程度的增加作用。

    不同處理對黃瓜根系活力和根際含氧量的影響

    由圖2可知不同添配物處理后黃瓜的根系活力均高于對照,其中T1、T5處理根系活力最強(qiáng),且根際含氧量最高。而T2、T3、T4根系活力高于對照,但含氧量卻低于對照,這表明添加麥秸、玉米秸、黃瓜秧、番茄秧的有機(jī)土栽培為植株創(chuàng)造了一個(gè)疏松透氣、酸堿度適宜、具有一定的肥力的土壤環(huán)境,從而提高了黃瓜根系的代謝活力;但添加黃瓜秧、番茄秧后,可能土壤中微生物獲得大量的有機(jī)碳,引起好氧微生物大量繁殖,消耗大量的氧氣,使T2、T3、T4根際氧氣下降較快,其含氧量差異與微生物活動(dòng)有關(guān)。

    不同處理黃瓜根際酶活性的變化

    土壤酶類參與土壤許多重要的生物化學(xué)過程,與土壤肥力的形成和轉(zhuǎn)化有密切關(guān)系。研究土壤酶活性的變化特征,將有助于了解在不同土壤管理?xiàng)l件下土壤肥力的現(xiàn)狀和演化[23-24]。從圖3可以看出,不同處理對脲酶活性有較大影響,各處理與對照之間差異顯著,T1與T5之間無顯著差異,T3與T4之間有顯著差異。不同處理對黃瓜根際磷酸酶活性影響較大,該試驗(yàn)所用的基質(zhì)偏堿性,所以堿性磷酸酶為主導(dǎo)酶,由圖3可知,T1與T4的堿性磷酸酶活性顯著高于對照,且兩者之間有明顯差異,其他處理堿性磷酸酶活性大小依次為:T3>T5>T2>CK。各處理的纖維素酶與轉(zhuǎn)化酶活性變化相似,各處理與對照之間差異顯著,其活性大小依次為T3>T4>T2>T1>T5>CK,這些結(jié)果表明這4種有機(jī)土具有較高的肥力。

    不同處理對黃瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

    不同有機(jī)基質(zhì)對黃瓜產(chǎn)量的影響

    不同處理的黃瓜產(chǎn)量與對照相比差異顯著(圖4),其中T3處理產(chǎn)量顯著高于其他處理,T2與T4之間,T1與T5之間差異不顯著,與對照相比T3、T2?T4?T5?T1分別增加了48.68%、40.34%、39.31%、28.9%、22.74%,這些結(jié)果表明有機(jī)土添配腐熟黃瓜、番茄秧不僅改善了物理性狀,還增加了根區(qū)有機(jī)質(zhì)含量,能為植株的生長提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì),從而促進(jìn)了黃瓜產(chǎn)量增加。

    不同處理對黃瓜品質(zhì)的影響

    添配不同有機(jī)物對黃瓜品質(zhì)也有很大的影響,從表5可以看出,各處理的VC含量差異顯著,且均高于對照,其中T3處理VC含量最高,T4處理次之。各處理的可溶性糖含量差異較顯著T3>T4>T1>T5>CK;可溶性固形物含量與可溶性蛋白含量各處理無顯著差異;硝酸鹽的含量是評價(jià)蔬菜品質(zhì)的主要指標(biāo),所有處理的硝酸鹽含量均未超過無公害蔬菜標(biāo)準(zhǔn)(≤300 mg/kg),CK硝酸鹽含量最高,其次為T5;T3、T4與對照相比硝酸鹽含量較低,這可能是黃瓜、番茄秧子中的反硝化菌數(shù)量較多,從而可以有效地降低土壤中硝酸鹽含量,減少果實(shí)中硝酸鹽含量。

    討論與結(jié)論

    試驗(yàn)結(jié)果表明,腐熟番茄秧、黃瓜秧等菜秧可以對種植3年的有機(jī)土復(fù)配,用于有機(jī)土的地力恢復(fù),同樣亦可與普通土壤復(fù)配成比例適宜的有機(jī)土[7-10],由于腐熟菜秧營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富,提高了土壤中有機(jī)質(zhì)含量,提高EC值,改善土壤理化性質(zhì),改善根系的生長狀況,使植株根系活力增強(qiáng),葉綠素含量增加,葉面積增大,改善了整個(gè)植株的代謝活力和物質(zhì)運(yùn)輸,且效果顯著優(yōu)于對照。生長初期黃瓜根系主要分布10~20 cm,使用測氧儀測 定土壤15 cm深處根際土壤含氧量,結(jié)果表明T5和T1含氧量較多,這與秸稈的生物學(xué)特性有關(guān),秸稈纖維素含量較高,可改善土壤的通透性,使土壤疏松透氣,氧氣含量增加;T3和T4相對含氧量較低,這是因?yàn)辄S瓜、番茄秧的有機(jī)質(zhì)含量較高,富含微生物群落,好氧微生物不斷的進(jìn)行呼吸作用,消耗土壤中氧氣的原因。

    不同有機(jī)添加物處理對土壤各種酶活性影響也較大,能夠顯著提高酶活力。其中添加腐熟玉米秸后脲酶、堿性磷酸酶活性最高,添加腐熟麥秸后脲酶活性也較高,而添加腐熟番茄秧后的堿性磷酸酶活性較高,添加番茄秧、黃瓜秧的處理中纖維素酶活性和轉(zhuǎn)化酶活性較高,其中以添加番茄秧的纖維素酶、轉(zhuǎn)化酶活性最高,究其原因可能是影響脲酶、堿性磷酸酶、纖維素酶、轉(zhuǎn)化酶的營養(yǎng)成分差異所致,此外添配物的理化性質(zhì)、營養(yǎng)物、基質(zhì)含水量及植株根系生長發(fā)育狀況亦有差異[18-19]。

    綜上所述,利用有機(jī)土基質(zhì)栽培黃瓜隨著栽培年限的增加,其理化性狀劣化,有機(jī)質(zhì)含量下降,而應(yīng)用不同添配物可以對有機(jī)土栽培基質(zhì)進(jìn)行地力恢復(fù)。從該試驗(yàn)各處理對黃瓜生長和產(chǎn)量品質(zhì)影響的效果來看,以添配腐熟菜秧的T3、T4處理黃瓜生長勢和結(jié)瓜習(xí)性最好,產(chǎn)量也最高;營養(yǎng)物質(zhì)含量高于T1、T5,所以T3、T4處理品質(zhì)相對較高。從整體上看,T3、T4處理提供了良好的根系生長環(huán)境,其有機(jī)質(zhì)含量豐富,可以提高黃瓜種植的產(chǎn)量和品質(zhì),這一結(jié)果為設(shè)施蔬菜菜秧的資源化利用提供了理論依據(jù)。

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    *項(xiàng)目支持:國家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-24-B-04)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(CAAS-ASTIT-2013-IVFCAA3)和“農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”資助。

    作者簡介:閆妍(1982-),女,黑龍江牡丹江人,助理研究員,研究方向:設(shè)施蔬菜栽培。

    **通信作者:賀超興(1965-),男,研究員,研究方向:設(shè)施蔬菜栽培。

    [引用信息]閆妍,張少杰,李衍素,等.有機(jī)土栽培增施不同添配物后對日光溫室黃瓜生長和根際環(huán)境的影響[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2017,37(31):68-74.

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