淺水土表覆蓋秸稈對緩解土壤鹽漬化及水生蔬菜生長的影響

劉輝， 江解增， 張昊， 張永仙， 錢佳宇， 李東昇， 呂艷， 吳桓銳

（揚州大學水生蔬菜研究室，江蘇 揚州 225009）

隨著我國現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，設施連作障礙問題日益突顯[1]，土壤養(yǎng)分失衡、鹽漬化現(xiàn)象愈發(fā)嚴重[2]。過量施肥導致0—20 cm土層硝酸鹽的不斷累積是土壤鹽漬化的重要因素[3]。土壤鹽漬化會導致蔬菜生長發(fā)育不良、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降、病蟲害發(fā)生嚴重等[4]。而栽培水生蔬菜可以使土壤表層鹽分下滲，利用蔬菜來吸收硝態(tài)氮，不僅可以減少淋溶損失[5]，而且可以緩解土壤鹽漬化問題。秸稈還田是我國重要的有機培肥措施[6]，在土壤上墊鋪秸稈可減少NO-3的淋失[7]。研究表明，秸稈還田不僅可以補充蔬菜生長所需的營養(yǎng)元素[8]，還可以作為短期磷和鉀的來源、長期氮和碳的來源[9]；長期秸稈還田可以增加土壤有機質(zhì)含量[10]。此外，Su等[11]研究表明，秸稈還田能夠降低病原真菌的數(shù)量，減少土壤病害的發(fā)生，為土壤微生物群落的健康發(fā)展提供適宜環(huán)境。

本實驗室前期研究發(fā)現(xiàn)，夏秋季大棚內(nèi)淺水栽培蕹菜，在土表覆蓋稻麥秸稈7 500、15 000 kg·hm-2能完全腐解，蔬菜產(chǎn)量明顯提高，且改善土壤理化性質(zhì)[12]，但對鹽漬化土壤是否有很好的改善效果尚未探究，所以本試驗在模擬生產(chǎn)上超量施用化肥促進冬春茬速生葉菜生長、土壤NO-3含量超過1 200 mg·kg-1且重度鹽漬化的基礎上，開展水旱輪作、淺水栽培蕹菜結(jié)合土表覆蓋稻麥秸稈，旨在探究夏秋茬秸稈在完全腐解條件下對土壤鹽漬化的緩解效果及對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蕹菜品種為泰國柳葉。

供試秸稈：揚稻6號，N、P、K含量分別為7.64、3.22 和 26.13 g·kg-1，有機碳含量為 386.17 g·kg-1；揚麥16號，N、P、K含量分別為4.43、0.92和24.73 g·kg-1，有機碳含量為430.78 g·kg-1。

供試肥料為尿素和45%三元復合肥（N-P-K=15-15-15)。

1.2 試驗設計

試驗于2019年6月—2019年11月在揚州大學水生蔬菜試驗大棚（E 119°01′～119°54′，N 32°15′～33°25′）進行，在內(nèi)徑長、寬、高分別為500、370、320 mm的塑料栽培箱內(nèi)淺水種植蕹菜，選用揚州大學農(nóng)學院試驗田‘揚麥16號’的小麥秸稈和‘揚稻6號’的水稻秸稈。設置不覆蓋秸稈（CK）和覆蓋150 g（折合7 500 kg·hm-2）切段5 cm的水稻秸稈（R1505）、150 g切段40 cm的小麥秸稈（W15040）、150 g整株小麥秸稈（W150）和300 g（折合 15 000 kg·hm-2）切 段 10 cm 的 小 麥 秸 稈（W30010）共5個處理，采用隨機區(qū)組設計，每處理3次重復。

2019年6月15日蕹菜播種育苗，6月20日將秸稈均勻覆蓋于塑料栽培箱土表，灌水并保持5 cm水層。于7月14日苗高10 cm左右移栽。當蕹菜群體高度達35 cm左右時留茬5 cm采收，分別于8月18日、9月6日、10月4日和11月8日進行4次蕹菜采收。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤理化性狀的測定 分別于試驗實施前（6月10日）和試驗結(jié)束后（11月15日）采用5點取樣法取蕹菜土壤表層0—10 cm土樣100 g，剔除植株根系及小石子等雜質(zhì)，其中5 g鮮樣用密封袋儲存放入4℃冰箱保存，其余土壤風干磨細用于土壤生化指標的測定。土壤全氮含量采用凱氏定氮法（H2SO4-H2O2消煮）[13]測定，全磷含量采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法[14]測定，全鉀含量采用NaOH熔融-火焰光度法[15]測定，土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定，速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用火焰分光光度法測定[16]，土壤硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測定[17]。土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法[18]測定，脲酶活性采用靛酚藍比色法測定，土壤酸性磷酸酶活性采用苯磷酸二鈉比色法[19]測定。

1.3.2 蕹菜產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的測定 按箱采收蕹菜并測產(chǎn)，每箱隨機留取300 g蕹菜置烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，然后75℃烘至恒重并稱干重。蕹菜全氮、磷、鉀的測定方法與土壤氮、磷、鉀測定方法相同。蕹菜總黃酮含量、總酚含量和DPPH（1，1-二苯基-2-三硝基苯肼，1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）自由基清除率參照陳亮等[20]的方法測定，粗纖維含量按國家標準法（GB/T 5009.10—2003[21]）測定，可溶性糖含量采用硫酸-苯酚法[22]測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007和DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)整理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈覆蓋對土壤養(yǎng)分的影響

種植蕹菜前、后土壤養(yǎng)分含量如表1所示。種植蕹菜后，W30010處理土壤有機碳含量上升，但與種植前差異不顯著；R1505、W15040、W150和CK處理的土壤有機碳含量均下降，其中，W15040、W150和CK處理較種植前顯著降低，CK處理的降幅最大，說明秸稈腐解補充了土壤有機碳含量，且秸稈覆蓋量越高，補充的土壤有機碳含量越多。各處理土壤硝態(tài)氮含量均顯著降低，降幅均在50%以上，且麥秸稈處理的降幅略高于稻秸稈處理，說明蕹菜可能吸收了部分硝態(tài)氮，同時，高碳秸稈腐解會消耗N素，降低了土壤中NO-3含量，緩解了土壤鹽漬化。全磷含量僅R1505處理略有升高，其余處理均有所降低，但僅W30010處理較種植前顯著降低。速效磷含量僅W30010處理略有升高，其余處理均有所降低，但僅W15040、W150處理較種植前顯著降低。全鉀含量僅W30010處理有所降低，其余處理均升高，但較種植前均差異不顯著。速效鉀含量僅W15040處理降低，其余處理均上升，其中，R1505和CK處理較種植前顯著升高。

表1 不同秸稈覆蓋下的土壤養(yǎng)分Table 1 Soil nutrients under different straw mulching

2.2 秸稈覆蓋對土壤酶活性的影響

由表2可知，種植蕹菜后，各處理與對照土壤蔗糖酶活性均顯著降低，可能是淹水環(huán)境抑制了土壤微生物活性；脲酶活性除W15040處理外，其余各處理降幅均小于對照；W15040處理土壤酸性磷酸酶活性較種植前顯著升高，而W30010和CK處理較種植前活性顯著降低。

表2 不同秸稈覆蓋下的土壤酶活性Table 2 Soil enzyme activities under different straw mulching

2.3 秸稈覆蓋對蕹菜產(chǎn)量的影響

由圖1可知，R1505、W15040、W150和W30010處理蕹菜的總產(chǎn)量分別為159.15、134.70、128.40和128.70 t·hm-2，分別較對照（124.95 t·hm-2）增產(chǎn)27.25%、7.80%、2.76%和3.00%，說明秸稈腐解為蔬菜提供了所需養(yǎng)分，有利于提高蔬菜產(chǎn)量。第1次采收時，秸稈覆蓋處理的產(chǎn)量均顯著高于對照，其中，R1505處理產(chǎn)量最高；第2和第3次采收時，秸稈覆蓋處理的產(chǎn)量與對照間差異不顯著；第4次采收時，秸稈覆蓋處理的產(chǎn)量均高于CK，其中R1505和W30010處理顯著高于CK。

圖1 不同秸稈覆蓋的蕹菜產(chǎn)量Fig.1 Yield of water spinach covered with different straws

2.4 秸稈覆蓋對蕹菜養(yǎng)分的影響

不同處理下蕹菜的氮、磷和鉀含量如表3所示。對各處理第1和第4次采收蕹菜的全氮、全磷和全鉀含量進行比較，秸稈覆蓋處理第1次采收蕹菜的全氮含量均高于對照，而第4次采收蕹菜的全氮含量均顯著低于對照。W15040處理第4次采收蕹菜的全磷含量顯著高于對照，而W150處理第4次采收蕹菜的全磷含量顯著低于對照。其余處理間差異不顯著，但第4次采收蕹菜的全磷含量高于第1次采收。秸稈覆蓋處理第1次和第4次采收蕹菜的全鉀含量均顯著高于對照，但第4次采收蕹菜的全鉀含量顯著低于第1次采收。

表3 不同秸稈覆蓋下蕹菜的養(yǎng)分含量Table 3 Nutrient content of water spinach under different straw mulching

2.5 秸稈覆蓋對蕹菜品質(zhì)的影響

由表4可知，各處理第1次采收的蕹菜粗纖維含量低于對照，而第4次采收的蕹菜粗纖維含量高于對照，說明前期秸稈腐解釋放大量養(yǎng)分供蕹菜生長，蕹菜含水量增加，粗纖維含量降低，口感較好，更加脆嫩。R1505和W30010處理第4次采收蕹菜的可溶性糖含量顯著高于第1次采收；W150和W15040處理第4次采收蕹菜的可溶性糖含量顯著低于對照。W150和W30010處理第4次采收蕹菜的黃酮含量顯著高于第一次采收。各處理第4次采收蕹菜的總酚含量均顯著高于第1次采收。R1505和W30010處理第1次采收蕹菜的DPPH自由基清除率顯著高于對照。綜上所述，秸稈腐解為蕹菜生長提供了養(yǎng)分，使蕹菜抗氧化性增強、品質(zhì)得到提高。

表4 不同秸稈覆蓋下蕹菜的品質(zhì)Table 4 Quality of water spinach under different straw mulching

3 討論

研究表明，秸稈還田可發(fā)生反硝化作用，使淺層地下水中的NO-3濃度下降[23]。Zhang等[24]研究表明，花卉秸稈還田可緩解硝酸鹽污染。本研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋秸稈后土壤硝態(tài)氮含量較對照顯著降低，降幅均在50%以上，即土壤鹽漬化得到明顯緩解，可能是由于秸稈中含有豐富碳源，秸稈腐解時會刺激微生物活動，導致土壤中大量有效氮被微生物固持。利用這一特點，秸稈可用來緩解以硝酸鹽為主要類型的鹽漬化土壤。本研究中，各處理秸稈基本完全腐解，土壤鹽漬化雖得到緩解，但硝態(tài)氮含量仍較高，因此，后期可繼續(xù)加大秸稈覆蓋量進一步緩解土壤鹽漬化。且本研究在塑料試驗箱中進行，僅探究了0—10 cm土壤硝態(tài)氮含量變化，存在一定局限性，因此，應進一步在鹽漬化大田中探究秸稈覆蓋對深層土壤硝態(tài)氮含量的影響，為設施蔬菜的可持續(xù)發(fā)展和秸稈的綜合利用提供理論依據(jù)。

本研究中，W30010和W150處理的土壤有機碳含量顯著高于對照。楊釗等[25]研究表明，土壤有機碳含量與秸稈還田的持續(xù)時間呈正相關，且持續(xù)時間越長土壤有機碳含量越高。由此表明，秸稈還田能緩解土壤有機碳的減少，且持續(xù)還田效果將更加顯著。土壤中甲烷的排放由甲烷氧化菌和產(chǎn)甲烷菌決定，淹水厭氧條件下，產(chǎn)甲烷菌活性增強，甲烷排放增加[26]，碳損失增多。周杏[27]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田顯著增加了甲烷的排放，且在不同灌溉模式下，甲烷的增排效應存在差異，其中，間斷灌溉模式下甲烷的增排效應最小。因此，后期應進步一探究灌溉模式與秸稈覆蓋雙因素對土壤有機碳含量的影響。

鉀元素對植株增產(chǎn)具有重要意義。研究表明，水稻秸稈還田的氮、磷、鉀釋放率分別為60.95%、6.77%和90.58%，小麥秸稈還田的氮、磷、鉀釋放率分別24.94%、22.01%、93.64%[28]；秸稈還田增加了作物對鉀的吸收和土壤中有效鉀的含量[29-30]。本研究表明，覆蓋秸稈后蕹菜產(chǎn)量增加，且覆蓋水稻秸稈增產(chǎn)效果更顯著；其中，第2和第3次采收蕹菜產(chǎn)量較對照無顯著差異，可能與土壤碳氮比、秸稈分解速度等有關[31]；R1505和W30010處理第4次采收蕹菜產(chǎn)量顯著高于對照，可能是由于后期秸稈腐解更加充分，為植株生長提供了均衡的養(yǎng)分。綜上所述，秸稈還田為植物生長提供釋放大量養(yǎng)分，有效補充土壤氮、磷、鉀含量，有利于促進作物增產(chǎn)。