強(qiáng)還原處理對青菜連作土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響

葉偉芬， 陸曉林， 姚燕來， 王衛(wèi)平， 朱為靜*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.杭州宇航夢園農(nóng)業(yè)科技有限公司，浙江 杭州 311116)

青菜營養(yǎng)豐富，生長期短，適應(yīng)性強(qiáng)，深受種植戶和消費者喜愛[1]。近年來，隨著設(shè)施青菜種植面積不斷擴(kuò)大、耕作強(qiáng)度不斷增加以及輪作困難，導(dǎo)致青菜復(fù)種指數(shù)偏高，連作障礙越發(fā)顯現(xiàn)，嚴(yán)重影響了青菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究[2]表明，連作障礙造成的經(jīng)濟(jì)作物減產(chǎn)一般在25%以上，重者可導(dǎo)致絕收。因此，連作障礙已經(jīng)成為多數(shù)經(jīng)濟(jì)作物種植產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。

引起青菜連作障礙的因子較多，究其根本在于根際土壤微生態(tài)失衡[3]，具體表現(xiàn)為土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞、物理性質(zhì)惡化、土壤養(yǎng)分失衡以及病原菌數(shù)量激增[4]?，F(xiàn)階段，消減青菜連作障礙的主要途徑包括農(nóng)業(yè)防治、物理防治、化學(xué)防治、培育抗病品種以及生物防治。農(nóng)業(yè)防治如輪作、間作和套作，雖具有一定的防治效果，但往往受到農(nóng)作物生長習(xí)性以及當(dāng)?shù)赝恋刭Y源和耕作習(xí)慣的限制[5]；物理防治如土壤暴曬，不但操作復(fù)雜，氣候條件限制性大，而且效果欠佳[6]；有機(jī)溴化物等化學(xué)藥劑可以高效抑殺病原菌，但也會破壞臭氧層[7]；抗性品種選育是防治土傳病原菌侵染發(fā)病的經(jīng)濟(jì)有效的措施，但選育品種的抗性難以持久[8]；外源添加生防菌等生物防治需要適應(yīng)障礙土壤環(huán)境，見效慢，防效不穩(wěn)定[6]。因此，青菜連作障礙防控仍缺乏有效的方法。

多年來，發(fā)展可行的替代方法或技術(shù)來克服連作障礙已成為研究的熱點。21世紀(jì)初，國內(nèi)外學(xué)者使用強(qiáng)還原處理法(reductive soil disinfestation，RSD)來防治土傳病害[9-11]。該方法通過在土壤中添加易分解的有機(jī)物料、灌溉淹水、上覆不透氣塑料薄膜密封3～4周，從而快速殺滅土傳病原菌，改善土壤性狀，重建土壤微生物區(qū)系，操作簡便，不耽誤農(nóng)時[5]。但目前有關(guān)此類方法的田間研究主要集中在西瓜[7]、辣椒[11]和黃瓜[12]等經(jīng)濟(jì)作物上，在葉類蔬菜連作障礙防控上尚未見報道。

青菜綠色高效生產(chǎn)的前提是菜地土壤營養(yǎng)豐富，理化性質(zhì)優(yōu)良[13]。設(shè)施青菜生產(chǎn)中，土壤理化性質(zhì)對青菜的產(chǎn)量和品質(zhì)有很大的影響，通過施用土壤調(diào)理劑或采用有效的土壤修復(fù)技術(shù)，使設(shè)施菜地土壤得以改善，提高青菜產(chǎn)量和品質(zhì)，對設(shè)施蔬菜的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本研究旨在探明RSD和其他土壤處理對青菜連作障礙的防控效果及其作用機(jī)理，選擇連作超過6 a的青菜種植設(shè)施大棚進(jìn)行試驗，以期為改善青菜連作土壤性質(zhì)、促進(jìn)青菜增產(chǎn)和防控青菜連作障礙提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗種植青菜品種為金品一夏青梗菜，采用人工育苗移栽方式種植。2020年9月26日播種，2020年10月30日采收。供試熏蒸劑為棉隆(有效成分含量98%，劑型為微粒劑)，由南通施壯化工有限公司生產(chǎn)。供試調(diào)理劑為：吉吉彩土壤調(diào)理劑(CaO含量≥45，pH 8.5～10.5)，由蘭溪吉吉彩肥業(yè)有限公司生產(chǎn)；田師傅土壤調(diào)理劑(CaO含量≥25%，MgO含量≥7%，pH 10～12)，由廣東大眾農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)。供試強(qiáng)還原修復(fù)劑為蠶砂(有機(jī)碳含量為45.30%，總氮含量為2.50%，總磷含量為0.68%，總鉀含量為2.74%)，由浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研制。

1.2 試驗地點

試驗地點位于杭州市余杭區(qū)徑山鎮(zhèn)宇航夢園農(nóng)業(yè)科技有限公司基地內(nèi)的蔬菜大棚。該蔬菜基地經(jīng)過6 a不間斷復(fù)種青菜，耕作土壤已出現(xiàn)嚴(yán)重的酸化、次生鹽漬化及有機(jī)質(zhì)含量低等問題，青菜土傳病害高發(fā)，嚴(yán)重影響到青菜的產(chǎn)量。

1.3 處理設(shè)計

試驗區(qū)土壤pH 5.38，有機(jī)質(zhì)含量為16.4 g·kg-1，堿解氮含量為110 mg·kg-1，有效磷含量為142 mg·kg-1，速效鉀含量為207 mg·kg-1。

采用隨機(jī)區(qū)組布置試驗小區(qū)，小區(qū)面積為320 m2(8 m×40 m)，共設(shè)置5個處理(3次重復(fù))?？瞻讓φ?CK)，除密閉大棚外不采取任何措施；棉隆處理(ML)，將棉隆按照每小區(qū)10 kg的用量并配施490 kg有機(jī)肥共同均勻撒施畦面翻耕入土，灌水至最大飽和含水率后，覆膜蓋嚴(yán)，悶棚處理15 d；土壤調(diào)理劑處理，分別為吉吉彩土壤調(diào)理劑處理(JJC)和田師傅土壤調(diào)理劑處理(TSF)，均按照每小區(qū)30 kg的用量并配施470 kg有機(jī)肥共同均勻撒施，隨后翻耕播種；強(qiáng)還原處理(RSD)，將地上部分雜物清理干凈后，用旋耕機(jī)將土壤旋耕疏松，旋耕深度達(dá)到20 cm以上，然后按照每小區(qū)500 kg的用量在土壤表面均勻撒施強(qiáng)還原修復(fù)劑，再用旋耕機(jī)將修復(fù)劑翻入土壤耕層混勻，灌水至最大飽和含水率后，土壤覆膜蓋嚴(yán)，悶棚處理15 d。處理期間，氣溫在28～38 ℃。處理結(jié)束后排水揭膜，土干后旋耕播種。播種青菜前一次性施用35%復(fù)合肥7.5 kg。青菜成熟后，采收期間每個小區(qū)采摘的青菜均單獨稱重，并記錄產(chǎn)量。

1.4 樣品采集和土壤理化性質(zhì)測定

按照多點采樣法[14]采集各處理青菜采收期的土壤樣品，分析測定土壤理化性質(zhì)。土壤pH和電導(dǎo)率(EC)按照土水體積質(zhì)量比1∶2.5進(jìn)行浸提[7]，分別采用pH計(型號為PB-30L)和電導(dǎo)率儀(型號為DDSJ-308F)進(jìn)行測定。土壤自然風(fēng)干后，磨細(xì)過篩待用。有機(jī)質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮含量的測定采用堿解擴(kuò)散法，有效磷含量的測定采用氟化銨-鹽酸浸提鉬銻抗比色法，速效鉀含量的測定采用火焰光度法。具體參照《土壤農(nóng)化分析》中的測定方法[15]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

使用Excel 2010、SPSS 17.0和Origin pro 2017c軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、方差分析(one-way ANOVA)并作圖。使用Pearson相關(guān)性分析檢驗土壤理化性質(zhì)與青菜產(chǎn)量之間的相關(guān)性。不同數(shù)據(jù)組間差異顯著性采用Tukey法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤pH、EC和有機(jī)質(zhì)含量的影響

不同處理土壤的pH、EC含量和有機(jī)質(zhì)含量如圖1所示。由圖1可知，CK土壤pH為5.33。與CK相比，JJC、TSF和RSD3組處理土壤pH均顯著升高，分別為5.96、5.91和6.33；而ML處理土壤pH與對照相比無顯著差異。CK土壤EC為375.67 μS·cm-1。與CK相比，ML、TSF和JJC處理土壤EC略有上升，而RSD處理的EC略有下降，但各處理間EC無顯著差異。CK土壤有機(jī)質(zhì)含量為24.4 g·kg-1，ML處理顯著降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量，僅為23.1 g·kg-1；而JJC、TSF和RSD處理均提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中RSD處理有機(jī)質(zhì)的提升最為顯著。

柱間無相同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；圖2～3同。

2.2 不同處理對土壤速效養(yǎng)分含量的影響

不同處理土壤速效養(yǎng)分含量如圖2所示。由圖2可知，ML、JJC和TSF3處理組土壤堿解氮含量略高于CK，而RSD處理組土壤堿解氮含量低于CK，僅為128.00 mg·kg-1，但各處理間差異未達(dá)顯著水平。CK土壤有效磷含量為253.33 mg·kg-1，其他4組處理土壤有效磷含量均低于CK，且RSD的土壤有效磷含量最低，僅為178.67 mg·kg-1，但各處理間差異未達(dá)顯著水平。與有效磷情況類似，4組處理土壤速效鉀含量均低于CK，其中TSF土壤速效鉀含量最低，僅為126.40 mg·kg-1。總體上，堿解氮、有效磷和速效鉀含量在各處理組和對照組間無顯著性差異。

圖2 不同處理對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的影響

2.3 不同處理對青菜產(chǎn)量的影響

不同處理的青菜產(chǎn)量如圖3所示，每667 m2CK平均產(chǎn)量為1 448.22 kg，而ML、JJC和TSF3組處理的每667 m2平均產(chǎn)量略高于對照，分別為1 467.12、1 540.21和1 520.76 kg。方差分析結(jié)果顯示，這3組處理間青菜產(chǎn)量無顯著性差異。值得注意的是，RSD處理青菜每667 m2平均產(chǎn)量高達(dá)1 674.61 kg，相比于CK顯著提高。

圖3 不同處理對青菜產(chǎn)量的影響

2.4 不同處理土壤理化性質(zhì)與青菜產(chǎn)量間的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果顯示，青菜產(chǎn)量與土壤pH(0.70**)和有機(jī)質(zhì)含量(0.63*)分別呈極顯著和顯著正相關(guān)關(guān)系，即RSD處理土壤青菜產(chǎn)量的顯著增加與土壤酸化的改善和土壤肥力的增加有關(guān)。

3 小結(jié)與討論

連作障礙是指在正常的栽培和管理條件下，在同一個地塊連續(xù)多年種植同一種或同一科作物所引起的生長勢弱、產(chǎn)量下降、品質(zhì)變劣、病蟲害滋生及生育狀況變差的現(xiàn)象[4,11]。本研究中，試驗地常年復(fù)種青菜，表層土壤pH 5.38，表明試驗地土壤酸化程度較高。pH值是土壤的基本性質(zhì)之一，直接影響著土壤養(yǎng)分的存在形態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，是影響土壤肥力的重要因素[16]。研究[17]表明，多數(shù)營養(yǎng)元素的最佳利用pH在6.0～8.0，當(dāng)pH小于5.5時，土壤養(yǎng)分的有效性顯著降低，而且利于病原微生物的生長[3]，進(jìn)而導(dǎo)致植物的生長受到抑制[16]。本試驗中，2種土壤調(diào)理劑和RSD均能顯著提高土壤pH值，其中RSD對土壤pH的改良效果最為顯著。土壤調(diào)理劑對pH的提升作用可能與其本身具有較高的pH有一定的關(guān)系[18]。而以蠶砂作為修復(fù)劑的RSD處理能顯著提升pH至6.33，究其原因，一方面可能與蠶砂本身具有較高的pH有關(guān)，另一方面，RSD通過采用淹水并加入大量有機(jī)質(zhì)，短時間內(nèi)創(chuàng)造強(qiáng)烈的土壤還原環(huán)境，使土壤中積累的硝態(tài)氮和硫酸根等離子還原成N2或H2S等氣體[19-20]。因此，與其他處理相比，RSD能顯著提升土壤pH和有效降低土壤EC值，減輕連作障礙土壤酸化和鹽漬化問題。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分重要的組成成分，其含量的變化直接反映土壤肥力水平[11]。本研究表明，RSD處理能顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，2種調(diào)理劑配施有機(jī)肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著影響，而棉隆處理反而降低了土壤有機(jī)質(zhì)。棉隆作為一種新型的化學(xué)殺菌劑，可以用于防控土傳真菌病害[21-23]。但是，本研究結(jié)果表明，棉隆處理顯著降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量，這與前人[24]的研究結(jié)果類似，原因可能在于棉隆大幅降低了土壤微生物數(shù)量和酶活，并最終導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量下降。而RSD處理過程中，添加的有機(jī)物料經(jīng)高溫腐解轉(zhuǎn)化生成有機(jī)質(zhì)，可以改善土壤物理結(jié)構(gòu)，有利于土壤透水、透氣及青菜根系的生長[25]。同時，相關(guān)性分析結(jié)果表明，青菜產(chǎn)量與pH和有機(jī)質(zhì)含量顯著正相關(guān)，因此本試驗中RSD處理青菜產(chǎn)量最高。這些結(jié)果與郭樹根等[11,26]研究結(jié)果一致。

綜上所述，相比于棉隆和土壤調(diào)理劑等處理方法，強(qiáng)還原處理是解決青菜連作障礙的較優(yōu)措施。未來的工作將進(jìn)一步研究強(qiáng)還原處理對設(shè)施土壤障礙因子消除的相關(guān)機(jī)制，以期為強(qiáng)還原法在防治設(shè)施蔬菜連作障礙的應(yīng)用推廣方面提供理論支撐。