不同土壤改良劑對番茄生長和土壤肥力的影響

蘭摯謙，鄭文德，林 薇，馬嘉偉，張凱歌，張雪艷

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

日光溫室蔬菜具有結(jié)果期長、產(chǎn)量高、可周年生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[1]，具有復(fù)種指數(shù)較高、種類單一的特點(diǎn)，同時(shí)也存在盲目施用大量化肥，土壤肥力衰退、透氣性降低、微生物活性下降，連作障礙嚴(yán)重等問題[2]。隨種植年限的增加，寧夏設(shè)施蔬菜也呈現(xiàn)了明顯的連作障礙現(xiàn)象，且由于地處中溫帶半干旱、干旱區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤鹽漬化嚴(yán)重[3]。因此，有效緩解連作障礙和土壤次生鹽漬化，維持設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展顯得尤為必要。

針對設(shè)施連作土壤質(zhì)量修復(fù)，國內(nèi)外專家已提出眾多解決方案，其中，應(yīng)用土壤改良劑是修復(fù)退化土壤的重要措施之一。大量研究表明，土壤改良劑能有效改善土壤理化性狀，并提高土壤中有益微生物數(shù)量和酶活性，抑制病原微生物，增強(qiáng)植物的抗性，抑制作物對重金屬的吸收，從而提高退化土壤的生產(chǎn)力[1,4-9]。土壤改良劑按性質(zhì)可分為礦物類、天然和半合成水溶性高分子類、人工合成高分子化合物類、生物類[10]。礦物類改良劑主要有泥炭、風(fēng)化煤、石膏、礦土、硅鈣鉀等，天然和半合成水溶性高分子類主要有秸稈類、纖維素物料、木質(zhì)素物料等，人工合成高分子化合物類主要有聚丙烯酸類、聚乙烯醇類等，生物類改良劑包括生物控制劑、微生物接種菌等。研究表明，施用土壤改良劑后可調(diào)節(jié)土壤酸堿度，給作物提供適宜的生長環(huán)境[11]。李彰等[12]研究表明，微生物土壤改良劑可顯著改善煙株各生長階段的生物學(xué)性狀，并提高煙草產(chǎn)量和中上等煙比例。辛承松等[13]研究表明，合理增施硅鈣鉀肥，對改良鹽堿地土壤、提高棉花產(chǎn)量均具有良好作用。溫映紅[14]研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣鉀肥后紅棗中的有機(jī)酸含量、維生素C含量、可溶性糖含量都得到提高，單果質(zhì)量、產(chǎn)量方面也有明顯提高。劉杰等[15]發(fā)現(xiàn)，脫硫灰處理在土壤有效磷和速效鉀方面改善效果明顯。趙風(fēng)蘭等[16]研究表明，礦土改良劑的施用對鹽堿地改良有很好的作用，在水稻、小麥、玉米、紅薯、花生、棉花、芝麻、甘蔗等多種作物上，均有明顯的增產(chǎn)和改善品質(zhì)的作用。許帆[17]研究表明，有機(jī)酸性改良劑可顯著提高土壤全氮、速效氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量，并顯著促進(jìn)植株生長。鄭普山等[18]研究表明，施用酸性改良劑能顯著提高紫花苜蓿的出苗率，增加總產(chǎn)量，顯著改善土壤理化性狀，降低土壤pH值和容重，增加土壤孔隙率。而系統(tǒng)研究不同類型改良劑對設(shè)施連作番茄生長和土壤肥力的影響卻鮮見報(bào)道。鑒于此，以不添加改良劑為對照，以營養(yǎng)型的礦土改良劑、硅鈣鉀改良劑，自制酸性改良劑、北京紫光酸性改良劑、脫硫灰改良劑等酸性改良劑，以及微生物菌劑改良劑6種改良劑為處理，研究不同改良劑對設(shè)施連作番茄生長和土壤肥力的影響，以期篩選出能有效緩解土壤連作障礙和土壤次生鹽漬化的改良劑，為設(shè)施連作土壤可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在寧夏銀川市賀蘭縣新平園區(qū)第1區(qū)338號棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)品種為番茄博瑞39。2016年8月17日定植，2017年1月23日拉秧。采用雙行栽培，行距70 cm，株距30 cm，試驗(yàn)小區(qū)面積14 m2，所有處理統(tǒng)一施用底肥：牛糞5 m3，復(fù)合肥和二銨各25 kg。以不添加任何改良劑為對照(CK)，以自制酸性改良劑、礦土改良劑、硅鈣鉀改良劑、北京紫光酸性改良劑、脫硫灰改良劑、微生物菌劑改良劑為處理，土壤基本理化性質(zhì)如表1所示，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，所有處理統(tǒng)一水肥管理，具體改良劑基本性質(zhì)和施用量見表2。

表1 原始土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties of original soil

1.2 測定指標(biāo)與方法

1.2.1 植株植物學(xué)性狀調(diào)查 定植2周后，每個(gè)處理取代表植株5株，測定番茄的株高、葉長、葉寬、莖粗、葉片數(shù)及葉綠素含量，每2周測定一次，連續(xù)測定5次。株高為番茄生長點(diǎn)到根基部的垂直距離，葉長為葉片基部到頂部的距離，葉寬為葉片最寬部分的距離，均用卷尺測量。莖粗為子葉下1 cm的粗度，用游標(biāo)卡尺測定。葉片數(shù)為直徑大于2 cm的葉片數(shù)，用目測計(jì)數(shù)法測定。葉綠素含量為第5個(gè)功能葉片的葉綠素含量，用SPDA502葉綠素含量測定儀測定。測得的各指標(biāo)原始值用后一次減去前一次，所得數(shù)值與間隔天數(shù)14 d比值即為相對生長率。

表2 土壤改良劑基本性質(zhì)和施用量Tab.2 Characterization and apply amount of soil amendment

1.2.2 果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)的測定 盛果期每個(gè)處理隨機(jī)采5個(gè)大小均勻、著色統(tǒng)一的果實(shí)進(jìn)行單果質(zhì)量和品質(zhì)指標(biāo)測定。采用稱質(zhì)量法測定產(chǎn)量，采用鉬藍(lán)比色法測定還原性維生素C含量，采用蒽酮比色法測定可溶性總糖含量，采用折光儀測定可溶性固形物含量，采用水楊酸法測定硝酸鹽含量，糖酸比為采用折光儀測出的總糖量與NaOH滴定法測出的總酸度的比值[19]。

1.2.3 根系特性的測定 在盛果期各處理取5個(gè)代表植株根系，用 EPSON EXPRESSION 4990 型掃描儀對根樣進(jìn)行掃描，用 Win RHIZO 根系分析軟件對掃描的根系圖片進(jìn)行分析，得到總根系長、根系總表面積、根系總體積和根系直徑[20]。

1.2.4 土壤肥力和酶活性的測定 每個(gè)處理每個(gè)重復(fù)盛果期多點(diǎn)采集0～20 cm的土樣，混合風(fēng)干后過1 mm篩，部分過0.25 mm的篩，用于土壤pH值、EC值和土壤養(yǎng)分的測定。pH值采用1∶5土壤懸液電位計(jì)法測定，EC值采用電導(dǎo)法測定。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定，土壤速效氮含量采用凱氏定氮法測定，土壤速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀含量采用火焰光度法測定[21]。土壤脲酶活性采用次氯酸鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用 3，5-二硝基水楊酸比色法測定，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[22]。

1.2.5 利用隸屬函數(shù)法綜合評價(jià) 呈正相關(guān)的參數(shù)按以下公式計(jì)算：U(Xik)=(Xik-Xmin)/(Xmax-Xmin)，呈負(fù)相關(guān)的參數(shù)按以下公式計(jì)算：U(Xik)=1-(Xik-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中，U(Xik) 為第i個(gè)處理第k項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度,且U(Xik)∈[0,1];Xik表示第i個(gè)處理第k個(gè)指標(biāo)測定值；Xmax、Xmin為所有比較中第k項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值，用各項(xiàng)指標(biāo)隸屬度的平均值作為綜合評判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較[23]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行處理，采用SPASS 20.0軟件進(jìn)行隸屬函數(shù)及相關(guān)性分析，在0.05水平進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型土壤改良劑對設(shè)施連作番茄生長的影響

2.1.1 番茄產(chǎn)量 由表3可知，SCP、BJ處理均能起到增產(chǎn)的效果，其中，SCP處理番茄產(chǎn)量最高，比CK增產(chǎn)5.10%。SM處理與CK間沒有顯著差異。M處理番茄產(chǎn)量最低，比CK降低7.58%。

表3 不同類型土壤改良劑對設(shè)施連作番茄產(chǎn)量的影響Tab.3 Effects of different types of soil amendment on tomato yield of continuous cropping in facilities

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05),表4—5同。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences(P<0.05),the same as Tab.4—5.

2.1.2 番茄品質(zhì) 由圖1可知，SCP處理的可溶性固形物含量最高，且顯著高于其他處理，比CK高出35.62%，其次是MS處理，BJ處理可溶性固形物含量最低，比CK降低11.99%。BJ處理糖酸比顯著高于其他處理，與CK相比高出36.52%，其次為M處理，SCP和DR處理居中，其他處理間無顯著差異；硝酸鹽含量各處理間無顯著差異，其中，DR處理硝酸鹽含量最低，比CK降低3.45%；施用改良劑之后番茄維生素C含量均高于CK，其中，MS處理維生素C含量最高，其次為SCP和M處理。

不同字母表示差異顯著(P<0.05),圖2—3同Different letters indicate significant differences(P<0.05),the same as Fig.2—3

2.1.3 番茄長勢 由圖2可知，與CK相比，不同土壤改良劑處理的番茄莖體積相對生長速率、葉面積相對生長率、葉片數(shù)相對生長率均無顯著差異；施用不同類型改良劑均能顯著提高番茄株高相對生長率(2.65%～5.56%)，且各改良劑處理間無顯著差異。

圖2 不同類型土壤改良劑對設(shè)施連作番茄長勢的影響Fig.2 Effects of different types of soil amendment on tomato growth potential of continuous cropping in facilities

2.1.4 番茄根系 由表4可知，相比CK，SM處理下的番茄根系生長最弱，BJ處理的根系生長最好。SM處理的總根系長、根系總體積、根系總表面積相對于CK分別降低20.91%、33.11%、27.09%；BJ處理的根系總體積、根系總表面積增長均最顯著，分別增加47.42%、35.95%；MS處理的根系總表面積顯著高于CK；SCP處理根系總體積、根系總表面積、根系直徑均相比CK分別增加50.56%、18.67%、26.72%；DR和M處理各根系特性與CK無顯著差異。

表4 不同類型土壤改良劑對設(shè)施連作番茄根系的影響Tab.4 Effects of different types of soil amendment on the root system of continuous cropping tomato in facilities

2.2 不同類型土壤改良劑對設(shè)施連作番茄土壤肥力的影響

由圖3可知，試驗(yàn)地區(qū)番茄連作土壤總體呈鹽堿性。除DR處理外，施用其他土壤改良劑后，土壤pH值均有不同程度的降低，其中，SCP處理土壤pH值降幅最大，下降5.17%；其次為SM處理，下降4.87%。土壤EC值在不同土壤改良劑處理之后均高于CK。MS處理最高，比CK增加41.98%，DR處理上升最少，比CK增加9.52%。

由表5可見，相比CK，SCP處理土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀含量、蔗糖酶活性分別提高15.24%、19.00%、5.35%、56.21%。SM處理土壤磷酸酶活性提高3.33%。DR處理的速效氮、速效磷、速效鉀含量、蔗糖酶活性均低于CK。

圖3 不同類型改良劑對土壤pH值和EC值的影響Fig.3 Effects of different types of amendment on soil pH and EC values

處理Treatment有機(jī)質(zhì)含量/(g/kg) OM content速效氮含量/(mg/kg)Avail N content速效磷含量/(mg/kg)Avail P content速效鉀含量/(mg/kg)Avail K content磷酸酶活性/(mg/g)Phosphatae activity脲酶活性/(mg/g)Urease activity蔗糖酶活性/(mg/g)Sucrose enzyme activityCK70.62±0.29c28.00±0.16b70.20±0.44a98.62±1.32b2.74±0.11a27.75±0.86a23.82±0.52cSM72.01±1.09c11.85±2.00d65.09±1.33b92.02±0.00c2.79±0.01a27.87±1.40a25.80±0.55cMS76.04±0.87b25.06±0.57c54.15±1.00c103.89±0.00a2.14±0.06b27.22±0.45ab14.17±1.16eSCP81.38±0.07a33.32±0.32a66.67±0.31b103.89±0.00a2.14±0.01b28.07±0.51a 37.21±0.78aBJ53.53±1.17e30.5±0.97ab48.53±1.30e81.48±1.32d2.08±0.01b25.62±0.34ab33.72±0.17bDR45.18±2.33f13.63±1.15d42.13±0.63f69.61±1.32e2.08±0.01b25.08±0.60b18.61±1.33dM67.09±0.80d31.64±0.32a51.44±0.50d103.89±0.00a2.19±0.02b26.41±0.28ab16.06±1.15de

2.3 不同類型土壤改良劑處理指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合排名

由表6可知，SCP、BJ、MS、M處理分別排名第1、2、3、4，且均優(yōu)于CK，SM和DR處理則低于CK。

表6 不同類型土壤改良劑處理各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合排名Tab.6 Subordinate function value and comprehensive ranking of each index treated with different types soil amendment

2.4 不同類型改良劑處理土壤肥力與番茄生長、果實(shí)品質(zhì)間的相關(guān)性分析

土壤肥力與番茄生長、果實(shí)品質(zhì)有密切關(guān)系。從表7可看出,pH值除了與磷酸酶活性呈正相關(guān)，與其他土壤肥力指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)，表明堿性環(huán)境不利于土壤養(yǎng)分的吸收。磷酸酶活性與糖酸比、可溶性固形物含量、維生素C含量、莖體積相對生長率、葉片數(shù)相對生長率、株高相對生長率均呈負(fù)相關(guān)，且與糖酸比、莖體積相對生長率呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明磷酸酶含量越高，越不利于提高植株相對生長率及果實(shí)品質(zhì)；蔗糖酶活性與葉片數(shù)相對生長率呈極顯著正相關(guān)；有機(jī)質(zhì)含量與可溶性固形物含量、維生素C含量呈極顯著正相關(guān)，說明有機(jī)質(zhì)含量高可以顯著提高果實(shí)可溶性固形物和維生素C含量；pH值與各指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，表明堿性環(huán)境不利于植株生長和果實(shí)品質(zhì)提高；速效氮含量除了與硝酸鹽含量呈負(fù)相關(guān)外，與糖酸比、可溶性固形物含量、維生素C含量均呈正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.54、0.36、0.17，速效氮含量與番茄生長指標(biāo)均呈正相關(guān)，且與莖體積相對生長率呈顯著正相關(guān) ，說明土壤速效氮含量越高，越有利于番茄生長，提高果實(shí)品質(zhì)。

表7 不同類型改良劑處理土壤肥力與番茄生長、果實(shí)品質(zhì)間的相關(guān)系數(shù)Tab.7 Correlation between soil fertility and tomato growth fruit，quality treated with different types of amendment

續(xù)表7 不同類型改良劑處理土壤肥力與番茄生長、果實(shí)品質(zhì)間的相關(guān)系數(shù)Tab.7(Continued) Correlation between soil fertility and tomato growth,fruit quality treated with different types of amendment

注： 1.磷酸酶活性；2.蔗糖酶活性；3.脲酶活性；4.速效鉀含量；5.速效磷含量；6.有機(jī)質(zhì)含量；7.速效氮含量；8.pH值；9.EC值；10.糖酸比；11.可溶性固形物含量；12.維生素C含量；13.硝酸鹽含量；14.莖體積相對生長率；15.葉面積相對生長率；16.葉片數(shù)相對生長率；17.株高相對生長率。*表示在0.05水平上差異顯著，**表示在0.01水平上差異極顯著。

Note: 1.Phosphatae activity;2.Sucrose enzyme activity;3.Urease activity;4.Avail K content;5.Avail P content;6.OM content;7.Avail N content;8.pH value;9.EC value;10.Sugar acid ratio;11.Soluble solids content;12.Vitamin C content;13.Nitrate content;14.Stem volume relative growth rate;15.Leaf area relative growth rate;16.Leaf number relative growth rate;17.Plant height relative growth rate.* indicates significant differences at 0.05 level and ** indicates significant differences at 0.01 level.

3 結(jié)論與討論

土壤改良劑用來改良土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，促進(jìn)植物對水分和養(yǎng)分的吸收，并為植物提供營養(yǎng)，從而使其適應(yīng)于植物生長，提高果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量，改善連作障礙，提高退化土壤的生產(chǎn)力[5,24]。本試驗(yàn)研究表明，施用改良劑能顯著提高番茄株高相對生長速率，降低土壤pH值。

營養(yǎng)型土壤改良劑主要是通過增加土壤中微生物數(shù)量，提高土壤酶活性，激活土壤中的營養(yǎng)元素來改良土壤，提高土壤肥力[25]。李衛(wèi)等[26]研究表明，硅鈣鉀肥能明顯促進(jìn)日光溫室黃瓜株高生長，葉面積、莖粗、蔓長增加，促進(jìn)黃瓜早開花，結(jié)果數(shù)量增多，產(chǎn)量增加。本試驗(yàn)中，SCP能顯著提高番茄的株高相對生長速率以及果實(shí)品質(zhì)，番茄產(chǎn)量比對照增加5.10%。劉中良等[27]的研究也證明施用營養(yǎng)型改良劑能顯著提高果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量。SCP的施用能提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀含量及蔗糖酶活性，分別比對照提高15.24%、19.00%、5.34%、56.21%，這是因?yàn)槭┯脿I養(yǎng)型改良劑能激活土壤中的營養(yǎng)元素，提高土壤肥力進(jìn)而提高果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量[28]。礦物質(zhì)調(diào)理劑可以提高土壤養(yǎng)分，同時(shí)還能提高氮、磷肥的利用率[29]。本試驗(yàn)中施用MS能顯著提高番茄株高相對生長率、果實(shí)可溶性固形物和維生素C含量，增加土壤速效鉀含量，根系總表面積也有顯著的提高。說明施用營養(yǎng)型改良劑能提高土壤肥力、果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量。

鹽堿會影響植物對Ca2+、Mg2+的吸收，酸性改良劑能改善土壤理化性狀、增強(qiáng)土壤保肥保水能力，同時(shí)還能提高土壤中微生物數(shù)量和酶活性，抑制病原微生物，增強(qiáng)植物抗性[30]，促進(jìn)對Ca2+、Mg2+的吸收。本試驗(yàn)中酸性改良劑DR的施用有利于降低果實(shí)硝酸鹽含量，比對照降低3.45%；BJ的施用可促進(jìn)番茄增產(chǎn)，并且促進(jìn)根系生長，根系總體積、根系總表面積增長均最顯著，分別比對照增加47.42%、35.95%，這與陳之群[31]、解開治等[32]研究結(jié)果相似。劉馨等[33]的研究表明，與單一施用雞糞、檸條堆肥處理相比，添加酸性改良劑處理土壤全氮、速效氮、速效鉀含量和土壤脲酶、蔗糖酶活性總體上均增加。說明酸性改良劑可以提高作物產(chǎn)量，改善土壤肥力，促進(jìn)植株根系生長。

微生物土壤改良劑中含有大量具有活性的有益微生物，這些微生物在土壤中能夠合成土壤腐殖質(zhì)，增加土壤有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)植物根系對營養(yǎng)元素尤其是移動(dòng)性較差的P、Cu、Zn 等礦質(zhì)元素的吸收[34]。本試驗(yàn)中微生物改良劑綜合排名優(yōu)于CK，說明施用微生物改良劑對促進(jìn)番茄生長和提高土壤肥力有一定的作用。

綜上所述，施用SCP能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀含量及蔗糖酶活性，顯著促進(jìn)根系發(fā)育，顯著提高番茄株高相對生長率，提高果實(shí)維生素C含量、糖酸比，并顯著提高可溶性固形物含量、降低果實(shí)硝酸鹽含量，顯著增加作物產(chǎn)量，綜合排名最優(yōu)；BJ處理下的根系生長情況最好，能顯著提高番茄株高相對生長率、果實(shí)糖酸比和產(chǎn)量，綜合排名第2；施用MS顯著增加土壤速效鉀含量和根系總表面積，顯著提高番茄株高相對生長率和果實(shí)可溶性固形物、維生素C含量，但不增加產(chǎn)量，綜合排名第3；其他處理與CK間差異不顯著，其中，M綜合排名優(yōu)于CK，SM和DR低于CK。