化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)大棚連作草莓的影響*

李進(jìn)，袁春新，孫正國(guó)，黃步高

（1 南通科技職業(yè)學(xué)院，江蘇226007）（2 南通市農(nóng)村專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)）（3 南通市白龍有機(jī)肥科技有限公司）

草莓（Fragaria×ananassaDuch.）系薔薇科草莓屬多年生漿果，色澤艷麗，風(fēng)味獨(dú)特，營(yíng)養(yǎng)豐富，大棚栽培周期短、效益好，是江蘇省南通地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)[1]?；适┯帽憬?、見(jiàn)效快，在草莓栽培中普遍應(yīng)用，但連續(xù)多年大量使用化肥，養(yǎng)分明顯超過(guò)實(shí)際需求量，易造成連作障礙養(yǎng)分富集失衡、土壤酸化、鹽漬化，導(dǎo)致草莓減產(chǎn)、品質(zhì)下降[2]。減少化肥過(guò)量施用，提高土壤質(zhì)量綜合管理水平，保障設(shè)施土壤持續(xù)高效產(chǎn)出，已成為大棚草莓生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題[3]。生物有機(jī)肥依靠微生物的生產(chǎn)代謝活動(dòng)為植物提供養(yǎng)分和必需物質(zhì)的肥料，兼具微生物肥和有機(jī)肥的優(yōu)點(diǎn)，可以增加土壤有效養(yǎng)分含量、有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤微生物活性，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，提高肥料利用率，提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量[4]。香蕉、番茄、黃瓜等多種作物研究表明，化肥減量配施生物有機(jī)肥可改進(jìn)土壤養(yǎng)分狀況，協(xié)調(diào)平衡作物養(yǎng)分供應(yīng)，滿足作物整個(gè)生育期對(duì)養(yǎng)分的需求[5-7]。本試驗(yàn)針對(duì)江蘇省南通地區(qū)大棚草莓連作障礙問(wèn)題，研究化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤酶活性[8]，以及草莓產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，應(yīng)用主成分分析法評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量，探討化肥、生物有機(jī)肥施用的適宜量，以期為大棚連作草莓合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在如皋市長(zhǎng)江鎮(zhèn)南通科技職業(yè)學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行，土壤為沙壤土，大棚連續(xù)種植草莓3 年。2020 年試驗(yàn)開(kāi)始前0～20 cm 土壤的理化性狀：有機(jī)質(zhì)含量32.30 g/kg，全氮含量3.87 g/kg，全磷含量2.21 g/kg，全鉀含量19.32 g/kg，堿解氮含量224.50 mg/kg，速效磷含量248.15 mg/kg，速效鉀含量381.50 mg/kg，pH 值6.20。

1.2 試驗(yàn)材料

供試草莓品種為紅顏，由南通科技職業(yè)學(xué)院繁育。供試化肥為尿素（N 含量46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5含量16%）、硫酸鉀（K2O 含量52%），由江蘇威爾盛肥料有限公司生產(chǎn)。供試生物有機(jī)肥由南通市白龍有機(jī)肥科技有限公司生產(chǎn)，其中有機(jī)質(zhì)含量≥40%，有效活菌數(shù)≥0.2×108CFU/g，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.62%、0.33%、0.29%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

草莓于2020 年8 月28 日定植到大棚內(nèi)，2021年4月12日采收結(jié)束。一壟雙行壟面覆膜栽培模式，壟高30 cm，壟寬40 cm，株距15 cm，行距30 cm。試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)處理：對(duì)照（CK），當(dāng)?shù)卮笈锊葺Ｒ?guī)施肥100%化肥（尿素675 kg/hm2、過(guò)磷酸鈣900 kg/hm2、硫酸鉀450 kg/hm2）；T1 處理，80%化肥＋20%生物有機(jī)肥；T2 處理，60%化肥＋40%生物有機(jī)肥；T3 處理，40%化肥＋60%生物有機(jī)肥；T4 處理，20%化肥＋80%生物有機(jī)肥；T5 處理，100%生物有機(jī)肥（7 500 kg/hm2）。每個(gè)處理60 株草莓，3次重復(fù)，試驗(yàn)小區(qū)共18 個(gè)，每小區(qū)間挖溝隔離，防止串水串肥。肥料分為基肥和追肥，基肥在移栽前7 d 一次性施入土壤中，生物有機(jī)肥和1/3 尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀作為基肥施入，剩余肥料在整個(gè)生育期隨水追施，其余田間管理措施一致。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

草莓采收后（2021 年4 月13 日）采集表層土壤（0～20 cm）樣品，每小區(qū)按照S 形采樣法采集土壤樣品。每小區(qū)采集5 次重復(fù)，重復(fù)樣品均勻混合，2 mm 過(guò)篩待測(cè)。測(cè)定土壤樣本有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量等指標(biāo)，參照鮑士旦[9]的方法測(cè)定。分別在定植前（2020 年8 月25 日）、初花期（2020 年11 月10 日）、盛果期（2021 年1 月26 日）以及采收后（2021 年4 月13 日）4 個(gè)時(shí)期采集土壤樣本，測(cè)定脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶活性，參照關(guān)松蔭[10]的方法測(cè)定。

2021 年1—2 月盛果期，每處理隨機(jī)采收當(dāng)天剛成熟的果實(shí)10 個(gè)，單果重用電子天平稱量，果實(shí)硬度用硬度計(jì)測(cè)定，可溶性固形物含量用手持式糖度計(jì)測(cè)定。可溶性糖含量、維生素C 含量和可滴定酸含量，參照魯如坤[11]的方法測(cè)定。果實(shí)成熟期采集各小區(qū)所有果實(shí)并稱重，計(jì)算小區(qū)平均產(chǎn)量，折算成每公頃產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010 軟件處理數(shù)據(jù)，利用SPSS 19.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和對(duì)采集土壤樣本的養(yǎng)分、酶活性進(jìn)行主成分分析，并對(duì)不同處理進(jìn)行排序和評(píng)價(jià)[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

由表1 可以看出，隨著化肥施用量的減少及生物有機(jī)肥施用量的增加，果實(shí)采收后，T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中有機(jī)質(zhì)含量呈增加趨勢(shì)，而土壤中的氮、磷、鉀含量均呈減少趨勢(shì)。T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中有機(jī)質(zhì)含量分別比CK 極顯著增加了7.67%、9.60%、13.95%、18.78%、20.29%。T1 處理土壤中的全氮、速效磷含量分別比CK 顯著減少了3.40%、2.89%，全鉀、堿解氮含量分別比CK 極顯著減少了8.05%、8.48%，全磷、速效鉀含量分別比CK 減少了1.72%、0.21%，差異不顯著。T5 處理土壤中的全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別比CK 極顯著減少了29.37%、17.24%、23.53%、43.66%、28.84%、18.90%。

表1 化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.2 化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)土壤酶活性的影響

由表2 可以看出，在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 個(gè)時(shí)期，CK 土壤中過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性均呈不斷下降趨勢(shì)，采收后，CK 土壤中4 種酶活性比定植前分別下降了32.88%、25.05%、23.04%、23.70%。除定植前，在其他3 個(gè)時(shí)期，T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性均高于CK。初花期，T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中4 種酶活性均達(dá)到最高水平，盛果期和采收后不斷下降。

由表2 可知，在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 個(gè)時(shí)期，T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性總體均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。T3 處理定植前和初花期土壤中過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性，以及盛果期和采收后土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性，均在所有處理中表現(xiàn)最高。盛果期和采收后，T4 處理土壤中過(guò)氧化氫酶活性最高，比同期T3 處理分別增加了1.09%、5.95%，2 個(gè)處理之間相差不大。綜合考慮，在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 個(gè)時(shí)期，T3 處理對(duì)提升土壤中酶活性的綜合效果最好。

表2 化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)土壤酶活性的影響 mg/kg

2.3 土壤養(yǎng)分與酶活性主成分分析

將采收后土壤中主要養(yǎng)分及酶活性作主成分分析并進(jìn)行分權(quán)計(jì)算，計(jì)算出各因子在各主成分上的載荷。由表3 可以看出，第1 主成分的方差貢獻(xiàn)率最大，為77.797 3%，即涵蓋了原始數(shù)據(jù)信息量的77.797 3%，能基本反映化肥減量配施生物有機(jī)肥采收后土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的變化。

表3 土壤主成分分析

由表4 可以看出，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量及過(guò)氧化氫酶活性的分權(quán)系數(shù)較大，對(duì)第1 主成分起決定性作用，證明這幾個(gè)指標(biāo)可以代表不同處理土壤的變化信息。

表4 土壤主成分的特征向量分析

通過(guò)主成分分析計(jì)算不同處理綜合得分并對(duì)其進(jìn)行排序，由表5 可以看出，不同處理綜合得分及排序依次為T(mén)3＞T2＞T4＞T1＞CK＞T5?；蕼p量配施生物有機(jī)肥能有效改善土壤養(yǎng)分含量和酶活性，且其改善程度與化肥和生物有機(jī)肥的使用量有密切關(guān)系。

表5 不同處理土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合得分及排序

2.4 化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)草莓產(chǎn)量的影響

由表6 可以看出，T1、T2、T3、T4、T5 處理隨著化肥施入的減少及配施生物有機(jī)肥的增加，草莓產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì)。T3 處理產(chǎn)量最高，達(dá)35.65 t/hm2，比CK 極顯著增產(chǎn)了14.37%，T5 處理產(chǎn)量最低，為29.82 t/hm2，比CK 減產(chǎn)了4.33%。根據(jù)化肥和有機(jī)肥中純氮、P2O5、K2O 含量計(jì)算，T1、T2、T3、T4、T5 處理純氮、P2O5、K2O 的施用量與CK 相比不斷減少，產(chǎn)量最高的T3 處理純氮、P2O5、K2O 的施用量比CK 分別減少了51.01%、49.69%、54.42%。按每生產(chǎn)1 000 kg 草莓計(jì)算，CK純氮、P2O5、K2O 施用量分別是T3 處理的2.33、2.28、2.51 倍。這表明，在大棚連作草莓營(yíng)養(yǎng)富集的土壤中，化肥減量配施生物有機(jī)肥具有較好的增產(chǎn)作用。

表6 不同處理草莓產(chǎn)量和純氮、P2O5、K2O 施用量

2.5 化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)草莓果實(shí)品質(zhì)的影響

從表7 可以看出，除可滴定酸含量外，T1、T2、T3、T4 處理草莓果實(shí)品質(zhì)的各個(gè)指標(biāo)均高于CK。其中T3 處理單果重、果實(shí)硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量均最高，分別比CK 極顯著增加了19.65%、10.29%、10.19%、30.03%。T3 處理維生素C 含量略低于T4 處理，比CK 極顯著增加了30.27%。同時(shí)，T3 處理可滴定酸含量略高于T4 處理，比CK 極顯著減少了15.91%。T5 處理維生素C含量比CK 極顯著增加了29.34%，但單果重、果實(shí)硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比分別比CK 減少了2.31%、3.68%、1.85%、0.54%、8.85%，可滴定酸含量比CK 極顯著增加了9.09%。綜合考慮，T3 處理對(duì)草莓果實(shí)品質(zhì)提升效果最好，而T5 處理對(duì)草莓品質(zhì)抑制作用明顯。

表7 化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)草莓果實(shí)品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

施肥能夠有效改良培肥土壤，提升土壤供肥能力，增加作物產(chǎn)量，是農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的有效手段[12]。為追求大棚草莓高產(chǎn)，過(guò)量施用化肥現(xiàn)象普遍存在，土壤養(yǎng)分富集嚴(yán)重導(dǎo)致肥料利用率低和生產(chǎn)效率下降，連作障礙明顯[13]。本試驗(yàn)中，與土壤初始理化性狀相比，適當(dāng)進(jìn)行化肥減量配施生物有機(jī)肥，減少了氮、磷、鉀施用量，降低了土壤中過(guò)量累積的養(yǎng)分，增加了有機(jī)質(zhì)積累，使土壤養(yǎng)分趨于平衡。

土壤酶活性與土壤功能緊密相關(guān)，土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶分別與有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化、碳循環(huán)、氮循環(huán)和磷循環(huán)相關(guān)，可以表示土壤的肥力質(zhì)量[14]。土壤酶主要由微生物分泌，生物有機(jī)肥含有大量有益微生物，施入土壤后顯著提升了土壤酶活性。因此，本試驗(yàn)在不同時(shí)期，所有施入生物有機(jī)肥的處理土壤酶活性均高于CK。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不是生物有機(jī)肥施用量越大、化肥施用量越小土壤酶活性就越高，這與生物有機(jī)肥對(duì)小白菜、番茄的影響結(jié)果相似[15-16]，這可能是因?yàn)橥寥牢⑸镌谏L(zhǎng)繁殖過(guò)程中需要適量有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分作為底物。本試驗(yàn)中，T3（40%化肥＋60%生物有機(jī)肥）處理在定植前、初花期、盛果期、采收后4個(gè)時(shí)期均最能滿足土壤微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分的要求，對(duì)提升土壤酶活性綜合效果最好。草莓定植后到初花期主要因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分變化促進(jìn)了微生物生長(zhǎng)繁殖，土壤酶活性迅速增加并在初花期達(dá)到高峰。初花期往后有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分變化開(kāi)始抑制微生物生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致土壤酶活性不斷下降。因此，生物有機(jī)肥對(duì)土壤酶活性的提升作用并不能長(zhǎng)期維持下去，在采收后種植下茬作物前，還需要適當(dāng)施用生物有機(jī)肥及化肥才能保證優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)[17]。土壤酶活性還受到土壤類型、作物種類、管理與耕作方式、土壤水分和環(huán)境條件等因素影響[18]，需在今后研究中不斷明確。

化肥減量配施生物有機(jī)肥能改善根際土壤微生物群落的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)根際土壤酶活性，分解和活化土壤中難溶、不易移動(dòng)、不能被作物直接吸收利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[19]。本試驗(yàn)中，T1（80%化肥＋20%生物有機(jī)肥）、T2（60%化肥＋40%生物有機(jī)肥）、T3（40%化肥＋60%生物有機(jī)肥）、T4（20%化肥＋80%生物有機(jī)肥）處理雖然施入的氮、磷、鉀減少，但土壤酶活性增高，從而提升了土壤肥料利用率，各種養(yǎng)分供應(yīng)充足，促進(jìn)了草莓光合作用及干物質(zhì)積累，最終提高了果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。其中T3 處理純氮、P2O5、K2O 的施用量分別是CK 的48.99%、50.31%、45.58%，每生產(chǎn)1 000 kg 草莓純氮、P2O5、K2O 的施用量分別是CK 的42.87%、43.94%、39.81%，但產(chǎn)量最高，達(dá)35.65 t/hm2，比CK 極顯著增加了14.37%，且果實(shí)品質(zhì)全面提升，果大、肉硬、味甜、酸度低、維生素C 含量高。T5處理全部施用生物有機(jī)肥產(chǎn)量還低于CK，果實(shí)品質(zhì)也不如CK。因此，生產(chǎn)中并不是一味地減少化肥用量、增加生物有機(jī)肥用量的效果才好，化肥減量配施生物有機(jī)肥也需適當(dāng)[20]。

綜上所述，在大棚連作草莓營(yíng)養(yǎng)富集的土壤中，適量化肥減量配施生物有機(jī)肥，可緩解過(guò)量施用化肥導(dǎo)致的根區(qū)土壤養(yǎng)分狀況失衡問(wèn)題，改善根際土壤微生物生態(tài)環(huán)境，肥料利用更加高效，提高了大棚草莓品質(zhì)與產(chǎn)量[21]。本試驗(yàn)綜合土壤性狀及草莓產(chǎn)量、品質(zhì)等進(jìn)行分析，40%化肥＋60%生物有機(jī)肥處理（尿素270 kg/hm2、過(guò)磷酸鈣360 kg/hm2、硫酸鉀180 kg/hm2、生物有機(jī)肥4 500 kg/hm2）效果最好。適量的化肥減量配施生物有機(jī)肥有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥合理施用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。