土壤調理劑對土壤理化性質及韭菜品質的影響

劉建國，李 穎，鄧冬梅，趙俊哲，肖艷輝，黃文庭，吳煜誠

（1.韶關學院英東生物與農業(yè)學院，廣東韶關 512005；2.韶關市農業(yè)科技推廣中心，廣東韶關 512500；3.山西屹米達環(huán)保材料有限責任公司，山西忻州 034000；4.廣東國辰農業(yè)科技有限公司，廣東韶關 512500）

韭菜（Allium tuberosum Rottler ex Spr.）屬百合科蔥屬多年生宿根性草本植物，含有豐富的營養(yǎng)物質，且具有一定的藥用價值［1］。中國2020 年韭菜種植面積43.5 萬hm2，產量2 280 萬t，是中國冬春季重要設施蔬菜之一［2］。韭菜具有種植簡單、產量高、單價高、效益好的特點，同時有強烈特殊氣味能趨避部分病蟲害，其根系分泌物具有一定的殺菌能力，是良好的蔬菜輪作種類。

土壤調理劑的定義在學術界尚未達成統(tǒng)一，目前相關部門發(fā)布的標準文件對土壤調理劑的定義如下：①用于改善土壤的物理和化學性質及其生物活性的物料。②加入障礙土壤中改善土壤的物理、化學和生物性狀的物料，用于改良土壤結構、降低土壤鹽堿危害、調節(jié)土壤酸堿度、改善土壤水分狀況或修復污染土壤等［3］。其具有改良土壤質地與結構、提高通透性、提高土壤保水供水能力、調節(jié)酸堿度、改良鹽堿土、改善土壤養(yǎng)分供應狀況、修復重金屬污染、緩解連作障礙等功能［4，5］。按原料來源不同，土壤調理劑可分為高分子類、有機類、礦物類和其他類4 種類型［6］。高鉀型類沸石分子篩土壤調理劑為天然礦物類土壤調理劑，弱堿性，微溶于水，富含鉀、鈣、硅、鎂、鐵等礦質元素，含有少量磷、氮等營養(yǎng)元素，具有比表面積大（400～1 000 m2/g）和陽離子交換容量大（13%）等特點。該類土壤調理劑可通過吸附性和離子交換性吸收、固定土壤中的重金屬離子及其他有害物質對土壤進行改良，從而改善作物生長環(huán)境，影響產量形成。天然礦物型土壤調理劑富含多種作物所需營養(yǎng)元素的天然礦物質，可有效改善土壤的物理、化學性狀，減少化肥施用量，促進作物生長發(fā)育，提高作物的產量與品質［7］。高鉀型類沸石分子篩土壤調理劑作為一種新型土壤改良劑，廣泛應用于土壤的修復與改良，是修復退化土壤的主要措施。

韭菜生產過程中化肥施用量較大，尤其是生產后期產生連作障礙后，化肥施用量劇增，從而導致產量和品質下降，成本增加。通過使用土壤調理劑改良土壤結構和營養(yǎng)成分，減少化肥施用量，減輕連作障礙是韭菜生產的一個重要研究方向。通過研究不同劑量土壤調理劑對土壤理化性質、韭菜形態(tài)指標和生物量等指標的影響，并利用GC-MS 法分析土壤調理劑對韭菜揮發(fā)性化學成分影響，探討高鉀型類沸石分子篩土壤調理劑在蔬菜中的應用效果，為土壤調理劑在韭菜栽培中的應用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為太空綠韭，來源于河南省扶溝縣韭菜研究所，種植于韶關市農機推廣中心塑料薄膜溫室內；高鉀型類沸石分子篩土壤調理劑，由山西屹米達環(huán)保材料有限責任公司生產。

1.2 主要儀器

TAS-990 型原子吸收分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；恒平UV2400PC 型紫外可見分光光度計，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；Agilent7890B-5977B 型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（GCMS），美國安捷倫科技有限公司。

1.3 試驗方法

試驗以不施用土壤調理劑為對照，施用750 kg/hm2土壤調理劑為處理組，每個處理設置3 次重復，隨機區(qū)組分布。在種植韭菜前7 d，每個地塊施撒相應量的土壤調理劑，深翻土壤30～ 45 cm，平整土地、起壟。采用條播法直播育苗，苗期進行噴灌灌溉，保持土壤濕潤，并及時中耕除草。生長期間統(tǒng)一水肥管理。播種后90 d，采收樣品，同時采集相應處理的土壤樣品。

土壤樣品風干后，測定土壤中有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂等指標［8］。采用95%乙醇浸提法測定韭菜葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量［9］。參照常福辰等［10］方法測定韭菜植株全氮、全鉀、全硫、灰分等指標，蒽酮比色法測定韭菜植株可溶性糖含量［11］，考馬斯亮藍G-250 染色法測定可溶性蛋白質含量［12］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用WPS Excel 軟件整理數(shù)據(jù)，SPSS 17.0 軟件進行顯著性分析，圖表中數(shù)據(jù)均為平均值±標準誤。

2 結果與分析

2.1 土壤調理劑對韭菜種植土壤理化性質的影響

土壤調理劑對韭菜種植土壤的影響見圖1。由圖1 可知，與對照相比，施用高鉀型類沸石分子篩土壤調理劑顯著提高了土壤中全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量，增幅分別為17.54%、47.91%、79.84%、273.42%、47.39%、76.19%。推測施用高鉀型類沸石分子篩土壤調理劑能顯著提高全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂的含量。

圖1 土壤調理劑對韭菜種植土壤理化性質的影響

2.2 土壤調理劑對韭菜形態(tài)指標、生物量和產量的影響

2.2.1 土壤調理劑對韭菜株高、莖粗、葉片數(shù)、葉片長度及最大葉片寬的影響 由表1 可知，與對照相比，施用土壤調理劑增加了韭菜植株的莖粗，增幅為14.58%，效果極顯著；株高和葉片數(shù)量有一定的增加，但對二者的影響差異不顯著。此外，土壤調理劑處理還明顯增加了韭菜葉片長度及最大葉片寬度，增幅分別為25.46%、35.42%，差異均達極顯著水平。表明施用土壤調理劑對韭菜植株生長有明顯的促進作用。2.2.2 土壤調理劑對韭菜生物量和產量的影響 由表2 可知，土壤調理劑處理的韭菜植株鮮重、干重均明顯高于對照，增幅為9.62%～21.24%，且鮮重達到顯著水平；此外，土壤調理劑顯著提高了韭菜產量，增幅為21.38%。綜上，施用土壤調理劑明顯增加了韭菜植株生物量，顯著提高產量。

表1 土壤調理劑對韭菜株高、莖粗、葉片數(shù)、葉長及最大葉片寬度的影響

表2 土壤調理劑對單株韭菜生物量和產量的影響

2.3 土壤調理劑對韭菜葉片中葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

由表3 可知，與對照相比，土壤調理劑處理顯著提高了韭菜葉片中葉綠素含量，包括葉綠素a、葉綠素b 和總葉綠素含量，增幅為32.31%～43.75%；對韭菜葉綠素a、葉綠素b 比值（a/b）無明顯影響。此外，施用土壤調理劑還顯著提高了韭菜葉片中類胡蘿卜素的含量，其含量為對照的1.35 倍。由此可知，施用土壤調理劑可顯著提高韭菜葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量，進而提高植物的光合作用能力。

表3 土壤調理劑對韭菜葉片中葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素含量的影響

2.4 土壤調理劑對韭菜品質指標的影響

2.4.1 土壤調理劑對韭菜可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響 由圖2 可知，土壤調理劑顯著影響韭菜可溶性糖含量（圖2a）和可溶性蛋白含量（圖2b），其增幅分別為40.35%和88.41%。

圖2 土壤調理劑對韭菜可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

2.4.2 土壤調理劑對韭菜植株灰分和礦質元素含量的影響 由表4 可知，與對照相比，土壤調理劑提高了韭菜植株的灰分、全鉀和全硫含量，其增幅分別為6.56%、9.60%、9.00%；降低了韭菜植株的全氮含量，降幅為3.24%，均達差異極顯著水平（P＜0.01）。綜上所述，土壤調理劑顯著影響韭菜植株灰分和主要礦物質的含量。

表4 土壤調理劑對韭菜灰分和礦質元素含量的影響

2.5 土壤調理劑對韭菜揮發(fā)性成分的影響

對韭菜葉片揮發(fā)性成分進行分析。采用GC-MS聯(lián)用分析方法，從韭菜葉片中鑒定出12 種化合物，總離子流色譜如圖3 所示。去除峰面積比較小的物質，在GC-MS 聯(lián)用儀標準質譜數(shù)據(jù)庫NIST 17.L 中進行鑒定，根據(jù)其匹配度大于70%進行判斷，并采用面積歸一法確定其相對含量（表5）。

表5 韭菜地上部揮發(fā)性成分分析

圖3 韭菜葉片總離子流

3 小結與討論

良好的土壤環(huán)境是作物健康生長的基礎。隨著農業(yè)的快速發(fā)展，農業(yè)生產過程中存在著過量施用化肥、土壤酸化、養(yǎng)分不均衡等土壤環(huán)境問題，嚴重影響了作物的產量與品質［7］。土壤調理劑富含作物生長發(fā)育所需的天然礦物質，可以有效改善土壤理化性質、減少化肥施用量、改善作物生長發(fā)育進程［7］。本研究通過分析土壤調理劑處理后種植韭菜的土壤樣品，結果表明施用土壤調理劑顯著提高了韭菜種植土壤中全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量。沸石型土壤調理劑能活化土壤中的磷、鉀，增加土壤中速效磷、速效鉀含量，減少其淋溶損失，提高養(yǎng)分利用率［5］。礦物質型土壤調理劑通過提高土壤養(yǎng)分，調節(jié)土壤pH，防治土傳病害的發(fā)生，從而緩解作物連作障礙［13］。此外，礦物質型土壤調理劑還可以促進土壤團粒結構的形成，降低土壤容重，增大土壤孔隙度、通氣性和透水性，改善土壤結構，從而提高土壤肥力［14，15］。

土壤調理劑對韭菜植株的生長也具有明顯影響。與對照相比，施用土壤調理劑極顯著地增加了韭菜植株的莖粗、葉片長度及最大葉片寬度，增幅為14.58%～35.42%，對韭菜植株株高和葉片數(shù)有一定增加趨勢；此外，土壤調理劑對韭菜植株的促進作用還表現(xiàn)在明顯提高了韭菜單株生物量和產量，增幅為9.62%～ 21.24%。據(jù)報道，土壤調理劑也可以顯著促進酸性土壤中韭菜植株的生長，顯著提高韭菜產量［16］。此外，在黃瓜［16］、不結球白菜［17］、草莓［18］等作物上也觀察到類似的結果。

光合色素含量高低是反映植物葉片光合能力的一個重要指標。與對照相比，該土壤調理劑可以顯著增加韭菜葉片中葉綠素的含量，包括葉綠素a、葉綠素b 和總葉綠素，均有不同程度的增加，但對韭菜葉片中的葉綠素a、葉綠素b 含量比值的影響不明顯；此外，土壤調理劑還顯著提高了韭菜葉片中類胡蘿卜素的含量。在不結球白菜［17］、輕度鹽脅迫下的黃瓜［19］中也觀察到類似結果。然而，陳德西等［16］利用土壤調理劑改良韭菜酸性土壤時發(fā)現(xiàn)，施用土壤調理劑明顯促進了韭菜植株的生長，提高了韭菜產量，但對韭菜葉片中的葉綠素含量無明顯影響?？梢姡囼炌寥赖幕厩闆r對土壤調理劑的使用效果也有一定影響。

可溶性糖和可溶性蛋白質是植物重要品質指標。本研究表明，與對照相比，施用土壤調理劑可以顯著提高韭菜植株中可溶性糖和可溶性蛋白的含量，增幅為40.35%～88.41%。通過對韭菜植株灰分和礦質元素含量進行分析，發(fā)現(xiàn)土壤調理劑還極顯著地提高了韭菜植株中灰分和礦物質的含量，其中，全鉀含量增幅達9.60%，且處理與對照間的差異達極顯著水平。據(jù)報道，沸石型土壤調理劑可以增加辣椒葉片中磷、鉀等礦質元素的含量［20］，本研究也得到類似結果，同時發(fā)現(xiàn)，土壤調理劑對韭菜植株的全氮含量有一定降低作用。白博文等［5］發(fā)現(xiàn)，沸石作為礦物型土壤調理劑可以促進氮素的硝化作用，明顯降低作物的硝酸鹽含量。推測本研究施用的高鉀型類沸石土壤調理劑可能是通過促進氮素的硝化和同化作用來降低韭菜植株的全氮含量。除氮、鉀等大量元素外，硫素作為蔥、蒜類蔬菜的重要營養(yǎng)成分，對韭菜風味和品質也具有重要影響［21］。本研究表明，土壤調理劑可以顯著提高韭菜植株的全硫含量，增幅為9.00%。由此可見，土壤調理劑對韭菜的營養(yǎng)指標、礦質營養(yǎng)均有明顯影響。

此外，含硫揮發(fā)性化合物也是韭菜風味形成的重要物質，是韭菜具有特征性芳香氣味的主要原因［22］。通過GC-MS 聯(lián)用法分析韭菜地上部揮發(fā)性成分，對照和土壤調理劑處理的韭菜地上部均檢測出12 種化合物，包含7 種硫醚類化合物、4 種硫烷化合物和1 種醛類化合物，其中，韭菜揮發(fā)性化合物含量最高的是2-丙烯基甲基二硫醚，二甲基三硫醚和二甲基三硫醚含量次之。無論是對照還是處理，韭菜地上部化合物中均以2-丙烯基甲基二硫醚含量為最高，占總揮發(fā)性化合物總量60%以上。這與其他研究報道烯丙基甲基硫醚和二烯丙基二硫醚是韭菜的主要揮發(fā)性物質［23］、二烯丙基三硫醚和甲基烯丙基三硫醚是根韭菜中最主要的揮發(fā)性化合物［24］結果類似。然而，也有學者報道甲基硫代亞磺酸甲酯為韭菜香氣的主要成分，而非硫醚化合物［25］。推測這可能與不同韭菜品種、不同測試方法有關。

與對照相比，土壤調理劑明顯提高了韭菜地上部二甲基三硫醚的含量，增幅達52.50%，明顯降低了韭菜中（E）-1-甲基-2-丙烯基二硫烷和（E）-1-烯丙基-2-丙烯基二硫烷的含量，降幅為31.72%～39.42%；此外，處理后的韭菜中二硫醚化合物含量也呈一定下降趨勢。由此可見，施用土壤調理劑明顯影響了韭菜葉片中的揮發(fā)性成分，對韭菜風味品質也具有明顯的調節(jié)作用。

綜上，施用高鉀型類沸石分子篩土壤調理劑可以顯著提高土壤中全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量；促進韭菜植株的生長，通過提高葉片中葉綠素和類胡蘿卜素含量來促進韭菜的光合作用，從而增加韭菜產量；顯著提高韭菜地上部可溶性糖、可溶性蛋白、灰分、全鉀、全硫的含量。此外，施用土壤調理劑還可以改變韭菜中含硫化合物的組成，明顯提高二甲基三硫醚含量，而對二硫醚化合物和二硫烷化合物含量則有一定的降低趨勢。施用土壤調理劑可以促進韭菜生長、增加產量和改善品質，從而實現(xiàn)韭菜生產的節(jié)本增效。