稻草還田對設施切花菊品質及連作土壤養(yǎng)分的影響

張凱凱，陳慧杰，趙佳淼，江 涇，管志勇，房偉民，陳發(fā)棣，趙 爽

（南京農業(yè)大學園藝學院/農業(yè)部景觀設計重點實驗室，南京 210095）

菊花 (Chrysanthemum morifolium) 起源于我國，是我國十大名花及世界四大切花之一，觀賞及經(jīng)濟價值較高，占鮮切花總產(chǎn)量的30%，在世界花卉產(chǎn)業(yè)中占有極其重要的地位[1]。近年來隨著國內外市場對切花菊需求的增加，我國設施切花菊產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，生產(chǎn)面積不斷擴大。同時，高投入、高產(chǎn)出、高效益的集約化、規(guī)模化生產(chǎn)的設施栽培特點伴隨著種植年限的持續(xù)積累，導致土壤理化性狀變劣、養(yǎng)分比例失調、次生鹽漬化加重等現(xiàn)象普遍出現(xiàn)，進而使切花菊品質嚴重下降[2]。日益嚴重的切花菊連作障礙成為限制其可持續(xù)生產(chǎn)的瓶頸之一。因此，克服切花菊連作所引發(fā)的一系列產(chǎn)量降低、品質變劣的現(xiàn)象已經(jīng)迫在眉睫。

稻草作為重要的農作物秸稈之一，資源量大，覆蓋面廣，含有豐富的氮、磷、鉀和微量元素養(yǎng)分，是我國重要的有機肥料[3]。稻稈還田是保護性耕作的有效技術措施之一，它具有節(jié)水、節(jié)本、增產(chǎn)、增效、環(huán)保等特點，促進了農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。秸稈中富含纖維素、木質素等富碳物質可形成土壤中有機質，同時，還可以促進土壤微粒的團聚作用，進而改善土壤物理結構，增加土壤孔隙度和保水能力[5]。據(jù)報道，秸稈還田具有改善土壤理化性狀和生物學性狀，提高土壤有機質和速效養(yǎng)分含量，增加土壤肥力，促進植株生長和根系發(fā)育，進而提高作物產(chǎn)量和質量等作用[6-9]。目前秸稈還田已成功應用于大田培肥、改土、改善農田生態(tài)環(huán)境上[10]，然而應用秸稈改良溫室連作土壤理化性質的報道還比較鮮見。本文在連續(xù)多年單一種植切花菊‘神馬’的連棟溫室內，進行了不同稻草秸稈還田量對設施連作土壤改良及提高切花菊品質的研究，以期為設施連作土壤改良提供理論技術依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在南京農業(yè)大學“中國菊花種質資源保存中心”實驗基地的連棟薄膜溫室中進行。該溫室已經(jīng)連續(xù)5年單一種植切花菊，土壤質量嚴重下降。土壤暗管采用直徑11 cm的PVC波紋管，出水孔徑2 cm，孔間距30 cm。暗管于試驗前開溝深0.6 m，管間距2 m，使用1～2 cm砂濾料填埋土中。

試驗所用切花菊‘神馬’為長勢均一的扦插生根苗，插穗由上海虹華園藝有限公司提供。

1.2 試驗設計

2015年12 月進行試驗處理，稻草秸稈按試驗設計要求提前翻耕至土中。試驗設5個處理：1) 無暗管和無秸稈還田 (CK)；2) 有暗管和無秸稈還田(PS0)；3) 有暗管和800 kg/hm2秸稈還田 (PS800)；4)有暗管和1600 kg/hm2秸稈還田 (PS1600)；5) 有暗管和2400 kg/hm2秸稈還田 (PS2400)。

各處理用長勢均一的扦插生根苗，于2016年8月17日定植在經(jīng)機械翻耕整成的栽培壟上，10 cm ×10 cm間距定植扦插苗，壟高15 cm，壟寬80 cm，壟間行距為55 cm。各處理設3個重復小區(qū)，小區(qū)面積2.4 m2(0.8 m × 3.0 m)，小區(qū)規(guī)格為每行定植8株，每個小區(qū)定植240株扦插苗，小區(qū)之間用20 cm空白隔離帶進行隔離。所有處理定植后統(tǒng)一進行正常水肥管理。

1.3 測定項目與方法

切花菊盛花時，從各處理3個重復小區(qū)中隨機選擇90株植株，以常規(guī)方法測量切花菊的株高、莖粗、花徑、舌狀花數(shù)，花徑為花序盛開時最大花序橫徑的測定值。植株葉綠素及含氮量采用浙江托普儀器公司生產(chǎn)的植株養(yǎng)分速測儀TYS-3N在田間進行測定 (葉綠素含量為SPAD值)，植株沖洗干凈后測定鮮重 (包括地下部分)，烘干后測定生物量。所有指標均進行3次重復測定。

表層土壤樣品在切花菊采收前隨機多點取樣，采樣深度均為0—15 cm，混勻，經(jīng)自然風干后磨碎，過1 mm篩，進行相關指標的測定。

土壤pH采用酸度計法測定 (土∶水為1∶5)；土壤電導率采用上海儀電雷磁DDS-307型電導率儀測定。

有機質的測定采用電熱板加熱—重鉻酸鉀容量法；堿解氮采用堿解擴散法；有效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用火焰光度法測定；全鹽量利用殘渣烘干質量法測定；陽離子交換量用氯化銨-乙酸銨交換法[11]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2007對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與整理，采用SPSS 20軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和差異顯著性檢驗 (SSR法，P＜ 0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同稻草還田量處理對耕層土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 土壤有機碳含量 圖1顯示，相比CK處理，其他4個處理有機碳含量均顯著提高，且PS800、PS1600和PS2400處理的有機碳含量顯著高于PS0處理，說明暗管條件下稻草還田處理對土壤有機碳含量的增加效果顯著。但不同稻草還田量的PS800、PS1600和PS2400三個處理之間土壤有機碳含量無顯著差異。

2.1.2 土壤速效N、P、K含量 圖1顯示，相比CK，各處理的堿解氮含量均顯著降低，但相比PS0處理，三個稻草還田處理 (PS800、PS1600和PS2400)的表層土壤堿解氮含量均顯著升高，這表明稻草還田可以有效地增加土壤堿解氮含量。其中PS2400處理的土壤堿解氮含量最高，PS800處理次之，PS1600處理的土壤堿解氮含量顯著小于PS800和PS2400處理。

與CK相比，稻草還田處理后各處理土壤有效磷含量顯著增加，其中PS1600處理有效磷含量最高，為26.79 mg/kg。稻草還田處理 (PS800、PS1600和 PS2400) 的表層土壤有效磷含量均顯著高于PS0處理，說明暗管條件下稻草還田可以有效提高土壤有效磷含量，且800 kg/hm2稻草還田量效果最優(yōu) (圖1)。

與CK相比，各處理的土壤速效鉀含量均顯著提高，且不同稻草還田處理 (PS800、PS1600和PS2400) 之間差異顯著，土壤速效鉀含量由高到低為PS1600＞ PS2400＞PS800＞ PS0，這表明PS1600處理對土壤速效鉀含量影響最大，提高量最多 (圖1)。

2.2 不同稻草還田量處理對耕層土壤pH的影響

圖1 不同稻草還田量下耕作層土壤有機碳和養(yǎng)分含量Fig.1 Organic carbon and nutrient contents in plough layer of soil under different straw returning rates

圖2 不同稻草還田量處理對耕作層土壤pH、CEC和含鹽量的影響Fig.2 Effects of different straw returning rates on soil pH, CEC and salt content in soil plough layer

由圖2可見，CK處理的土壤pH最高，為6.71。相比PS0處理，稻草還田各處理 (PS800、PS1600和PS2400) 土壤pH顯著降低，各還田處理之間無顯著差異，表明稻草還田可有效降低土壤的pH，改善土壤酸堿度利于植株生長。

2.3 不同稻草還田量處理對耕層土壤陽離子交換量 (CEC) 的影響

土壤陽離子交換量對土壤保肥、供肥和緩沖性能都有很大影響，一般陽離子交換量大的土壤保肥性能強。由圖2可見，與CK相比，PS0、PS800、PS1600和PS2400的陽離子交換量均有升高。其中稻草還田處理 (PS800、PS1600和PS2400) 的陽離子交換量顯著增加，PS1600處理的陽離子交換量在各處理中最高，比CK升高了8.30 cmol/kg，比PS0升高了6.44 cmol/kg。由此可見，施用稻草可提高土壤的陽離子交換量，從而對土壤保肥能力的提高具有重要的作用。

2.4 不同稻草還田量處理對表層土壤鹽分的影響

2.4.1 土壤全鹽量 土壤全鹽量的變化可以一定程度上反映土壤的鹽漬狀況和鹽分動態(tài)。由圖2可知，與CK相比，各處理的表層土壤全鹽量均顯著下降。并且稻草還田處理 (PS800、PS1600和PS2400) 的全鹽量顯著小于 PS0處理，其中 PS0＞ PS2400＞ PS1600＞PS800。表明稻草還田可以有效抑制土壤鹽分表聚，達到降低表層土壤鹽分的目的。

2.4.2 土壤電導率 (EC) 土壤電導率是反映土壤中水溶性鹽分變化的重要指標，從而借此判定土壤中鹽類離子是否限制作物生長。由圖2可知，與CK相比，各處理的土壤電導率值均顯著下降。土壤電導率 PS0＞ PS2400＞ PS800＞ PS1600，其中 PS1600處理的下降幅度最大，下降了88.48 μS/cm，電導率降低顯著。

2.5 不同稻草還田量處理對切花菊品質的影響

由表1可知，與CK相比，各處理的切花菊品質各項指標均有提高，并且處理PS800、PS1600和PS2400各項指標均達到顯著差異；相比PS0處理，稻草還田處理 (PS800、PS1600和PS2400) 在莖粗、花鮮重和生物量指標上顯著增加；所有處理中以PS1600綜合效果最佳，除莖粗及葉片含氮量，其它各項指標均高于PS800和PS2400處理，并在株高、舌狀花數(shù)、生物量上顯著高于PS800和PS2400處理。

3 討論

隨著農業(yè)生產(chǎn)集約化程度的不斷提高，化肥用量日益增長，而有機肥施用量大幅度降低，秸稈已成為尤為重要的有機肥源之一。稻草秸稈既具有豐富的作物生長所必需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，又具有提高土壤肥力、增加土壤有機酸等作用，同時可以改善植物的生物學性狀[12]。作物秸稈是形成土壤有機質的主要來源，大多數(shù)試驗證明，秸稈還田有利于增加土壤有機質含量，有機質含量是反映土壤肥力高低的重要指標之一，亦是直接影響土壤通氣狀況和土壤溫度等因素的重要參數(shù)。王玄德等[13]通過8年定位試驗結果表明，稻草還田各處理耕層土壤有機質含量提高明顯；陳德章等[14]在研究秸稈對土壤有機質含量的影響中發(fā)現(xiàn)施用秸稈處理后，土壤有機質含量隨秸稈還田量的增加而增加。這與本研究結果一致，本研究發(fā)現(xiàn)暗管條件下稻草還田處理對土壤有機質含量的增加顯著，表明暗管排水條件下稻草還田是增加土壤有機質含量的有效措施之一。周江明等[15]研究表明，在0—20 cm的耕作層內實行水稻秸稈還田土壤中的氮、磷、鉀含量都有大幅度提高，這些養(yǎng)分的積累并隨著年限的增加，增幅逐漸下降，漸漸達到趨于平穩(wěn)的狀態(tài)。王玄德等[13]試驗表明，稻草還田的各處理，土壤全氮明顯提高，堿解氮、速效鉀與試驗前基本一致。而本研究發(fā)現(xiàn)，最適暗管深埋條件下 (2 m)，相比對照稻草還田處理可以有效地提高土壤有效磷和速效鉀含量，且施用1600 kg/hm2稻草還田量時對切花菊土壤養(yǎng)分改善效果最好，但土壤中堿解氮含量有所降低，這可能是由于土壤中的氮素因揮發(fā)、淋失、植物吸收等因素所導致[16]。

表1 不同稻草還田量處理下切花菊的品質Table 1 Quality of cut chrysanthemum affected by different straw returning rates

土壤陽離子交換量對土壤保肥、供肥和緩沖性能都有很大影響。本研究中，稻草還田處理 (800、1600和2400 kg/hm2) 的陽離子交換量顯著增加，其中1600 kg/hm2稻草還田量處理的陽離子交換量增幅最高，與對照相比升高了8.30 cmol/kg，這一結果與何志剛等[17]研究結果相似，研究發(fā)現(xiàn)施用稻草可提高溫室土壤陽離子交換量，其中交換性鉀離子含量明顯增加，交換性Ca2+也隨稻草及生物菌劑的施用而增加，交換性Na+、Mg2+則相反。土壤pH值對土壤微生物活性、有機質轉化及土壤養(yǎng)分遷移等均有重要影響[18]。本研究發(fā)現(xiàn)稻草還田處理后各處理土壤pH顯著降低，這與韓玉珠等[2]單施稻草、稻草與生物菌劑配施處理土壤的pH均比對照降低的研究結果一致。這是由于施用稻草分解過程中產(chǎn)生二氧化碳、有機酸及無機酸等物質，在一定程度上調節(jié)了土壤的酸堿度，進而使得土壤pH表現(xiàn)出不同程度降低。

設施土壤長期得不到雨水淋洗，蒸發(fā)強烈，鹽分易于表層聚集進而形成鹽漬土。本研究結果表明，暗管條件下稻草還田可以使土壤中全鹽量和EC值顯著降低，進而有效抑制土壤鹽分表聚，達到降低表層土壤鹽分的目的。這一結果與婁春榮等[19]研究得出的番茄在生長過程中秸稈還田處理土壤電導率大幅度下降的結果一致。稻草等有機物施用可降低土壤的pH，同時也降低土壤的EC值，隨用量增加，土壤pH有所降低，土壤EC值降低幅度較大[20-21]。

4 結論

最適暗管排水 (2 m) 條件下，稻草還田可顯著增加表層土壤有機質含量和速效養(yǎng)分 (有效磷和速效鉀) 的含量，降低土壤pH，抑制土壤鹽類向表層積累，增加土壤陽離子交換量，從而改善土壤的理化性質，提高切花菊的品質。施用1600 kg/hm2稻草還田量為試驗中綜合效果最佳的處理，可有效改良設施連作土壤理化性質及提高切花菊品質。