功能性材料對(duì)次生鹽漬化設(shè)施土壤理化性質(zhì)及黃瓜生理特性的影響

代勝棋，張廣娜*，林祥杰，韓慶典

（1.臨沂大學(xué)農(nóng)林科學(xué)學(xué)院，山東臨沂 276005；2.臨沂大學(xué)藥學(xué)院，山東臨沂 276005）

設(shè)施土壤鹽漬化是限制設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因子[1-2]，土壤鹽離子含量升高，嚴(yán)重危害設(shè)施蔬菜生產(chǎn)，導(dǎo)致土壤理化性狀變差，使土壤容重高于正常土壤，飽和導(dǎo)水率和孔隙度顯著低于正常土壤[3-4]，降低土壤微生物生物量[5-7]，最終影響土壤性能，影響作物的正常生長發(fā)育[8]和作物體內(nèi)相關(guān)酶和植株自身生理代謝功能造成植物萎縮和葉片壞死[9-11]。此外，鹽脅迫還會(huì)抑制葉綠素的合成、危害花器和雌蕊，影響花粉活力，導(dǎo)致植株生長發(fā)育不良，從而影響產(chǎn)量。

國內(nèi)外對(duì)于土壤鹽漬化改良研究表明，鹽堿地改良可通過農(nóng)藝工程措施、化學(xué)措施和生物措施等[12-14]，而傳統(tǒng)大水漫灌壓鹽或農(nóng)藝工程措施排鹽的治理方式[15-16]，對(duì)水資源及配套設(shè)施要求較高。化學(xué)措施通過施用改良劑置換土壤Na+，促進(jìn)鹽分淋洗[17]。生物措施主要應(yīng)用菌肥或栽植綠肥降低土壤pH、含鹽量，增加土壤微生物多樣性[18-19]，成本較高，且種植綠肥對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)意義不大。

黃瓜是臨沂市蘭陵縣設(shè)施蔬菜主要栽種作物。蘭陵縣常年蔬菜種植面積為8 萬hm2，其中設(shè)施黃瓜面積1.13 萬hm2，露地黃瓜面積0.33 萬hm2，有些地區(qū)已經(jīng)連續(xù)15～20 年種植黃瓜，設(shè)施土壤次生鹽漬化情況較明顯，地面苔蘚密布，有些次生鹽漬化嚴(yán)重的設(shè)施棚內(nèi)出現(xiàn)地面發(fā)白或發(fā)紅現(xiàn)象。本研究擬選用一種功能性新材料，通過功能性材料與肥料設(shè)置不同比例混合施用，對(duì)設(shè)施黃瓜土壤理化性質(zhì)及黃瓜的生長生理指標(biāo)進(jìn)行測定，以明確該材料對(duì)次生鹽漬化土壤及設(shè)施內(nèi)作物的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)置在山東省臨沂市蘭陵縣新興鎮(zhèn)龍莊村（34°48′N、117°54′E）黃瓜種植大棚內(nèi)，常年黃瓜連作，黃瓜品種為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)種植品種‘德瑞特398’。黃瓜自10 月中旬左右定植嫁接苗，次年6 月收獲完畢，每年施用稻殼發(fā)酵有機(jī)肥0.6 t/667 m2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

黃瓜定植前結(jié)合整地施用底肥75 kg/667 m2（N-P2O5-K2O=14-16-15），肥料與功能性材料按質(zhì)量比混合好后施入土壤，功能性材料為麥飯石、火山巖、二鉀石、砭石、木魚石等礦石/礦渣按配方破碎、混合、低溫?zé)?、再次破碎、高溫?zé)?、粉碎后過篩的一種富含C、O、Si、Al 的多孔片狀物質(zhì)。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)置對(duì)照處理（CK，單施復(fù)合肥）、PCT1（復(fù)合肥與功能性材料質(zhì)量比100∶1）、PCT2（復(fù)合肥與功能性材料質(zhì)量比100∶2）、PCT2.5（復(fù)合肥與功能性材料質(zhì)量比100∶2.5），共計(jì)4 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，試驗(yàn)小區(qū)面積3 m×5 m，每小區(qū)間隔2 行黃瓜。

1.3 指標(biāo)測定

于當(dāng)年10 月中旬定植，次年1 月份進(jìn)入盛果期，盛果期測定黃瓜的株高、莖粗、倒數(shù)第四片葉面積、葉片數(shù)，采集葉片測定葉綠素含量、胡蘿卜素含量和凈光合速率等，并統(tǒng)計(jì)單果質(zhì)量和田間產(chǎn)量。

黃瓜采樣的同時(shí)于試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)采集0～20 cm 土樣，每小區(qū)采集3 點(diǎn)混合土樣，分別測定土壤pH 值、可溶鹽含量、速效氮、磷、鉀含量。土壤pH 值采用電位法測定，可溶性鹽含量采用烘干稱量法測定，銨態(tài)氮使用靛酚藍(lán)比色法測定，硝態(tài)氮采用雙光束紫外分光光度法測定，速效磷采用Olsen 法測定，速效鉀使用乙酸銨浸提、火焰光度計(jì)法測定[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0 對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，方差齊性采用Tukey 多重比較，方差不齊采用Dunnett’s T3 方法進(jìn)行多重比較；圖片繪制采用Excel 2019 進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同功能性材料用量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1 可知，功能性材料施用后土壤速效磷含量顯著高于對(duì)照，但不同用量功能性材料處理間無顯著差異，相比對(duì)照，各試驗(yàn)處理土壤速效磷含量分別提高10.37、9.63 和9.93 mg/kg；而功能性材料施用對(duì)土壤pH、可溶性鹽含量、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和速效鉀含量等土壤理化性質(zhì)無顯著影響。

表1 不同功能性材料用量對(duì)土壤理化指標(biāo)的影響Table 1 Effect of different functional materials dosages on the properties of soil in greenhouse

2.2 不同功能性材料用量對(duì)黃瓜葉綠素含量的影響

由圖1 所示，與對(duì)照相比，功能性材料施用處理顯著提高黃瓜株高、莖粗及葉面積，但施用過多的處理如PCT2.5 對(duì)株高和莖粗有一定抑制作用。各處理間，PCT1效果最好，相比對(duì)照，PCT1 處理下的單株株高和莖粗分別增加23.0、0.7 mm；PCT1、PCT2 和PCT2.5 處理葉面積顯著高于對(duì)照，相比對(duì)照分別增長了60.3、57.7、56.7mm2；而黃瓜葉片數(shù)各處理間無顯著差異。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)。如圖2（見下頁）所示，PCT1、PCT2 和PCT2.5 處理的葉綠素a 和總?cè)~綠素含量均顯著高于對(duì)照，PCT1 和PCT2 葉綠素a 含量分別比對(duì)照高16.9%和16.2%，而PCT2.5 僅比對(duì)照高13.8%。類似的，處理PCT1 和PCT2 總?cè)~綠素含量分別比對(duì)照高出14.0%和13.0%，而PCT2.5 僅比對(duì)照葉片高出11.4%。葉綠素b 及類胡蘿卜素含量與對(duì)照處理相比無顯著差異。

圖2 不同功能性材料用量對(duì)黃瓜葉片葉綠素含量的影響Fig.2 Effect of different functional material dosages on cucumber chlorophyll contents

2.3 不同功能性材料用量對(duì)黃瓜葉片凈光合速率的影響

由圖3 可以看出，功能性材料施用處理與對(duì)照組相比，能夠顯著提高黃瓜凈光合速率，但功能性材料的過量施用（如PCT2.5）對(duì)黃瓜凈光合速率有一定的抑制作用。三組處理中，PCT1 處理效果最好，凈光合速率比對(duì)照增加25.1%，其次為PCT2 處理，PCT2.5 處理與對(duì)照相比黃瓜葉片凈光合速率無顯著差異。

圖3 不同功能性材料用量對(duì)黃瓜葉片凈光合速率的影響Fig.3 Effect of different functional material dosages on the net photosynthetic rate of cucumber leaves

2.4 不同功能性材料用量對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

如圖4 所示，功能性材料施用處理和對(duì)照處理對(duì)黃瓜單果質(zhì)量的影響沒有顯著差異；功能性材料試驗(yàn)處理下的黃瓜單果質(zhì)量普遍在0.22～0.23 kg，無顯著差異。功能性材料處理的產(chǎn)量稍高于對(duì)照，PCT1 和PCT2.5 產(chǎn)量稍高，分別為5 683、5 609 kg/667 m2，PCT2 處理黃瓜每667 m2產(chǎn)量為5 560 kg，與對(duì)照（5 447 kg）相比無顯著差異。

圖4 不同功能性材料用量對(duì)黃瓜單果質(zhì)量和產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of different functional material dosages on single fruit weight and yield of cucumber

3 討論

3.1 功能性材料對(duì)土壤理化指標(biāo)的影響

土壤中各養(yǎng)分含量直接關(guān)系著作物的產(chǎn)量及品質(zhì)，本試驗(yàn)中，次生鹽漬化設(shè)施土壤中的養(yǎng)分往往會(huì)失衡，影響作物的正常生長發(fā)育。功能性材料能顯著增加土壤速效磷含量、提升磷的有效性，這可能是由于功能性材料為多孔構(gòu)造，降低了Ca2+對(duì)P 的固定。在pH 值方面，功能性材料在一定程度上降低土壤pH 值，但未達(dá)到顯著水平，這與脫硫石膏改善鹽漬土有一定的相似性。功能性材料含有Si、Ca、Al 等元素，一方面能與土壤中的Na+進(jìn)行交換，從而降低pH 值[21]，另一方面Si、Al 等離子對(duì)pH 值影響不夠顯著。功能性材料對(duì)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和速效鉀含量影響不大，其原因一方面是因?yàn)楣δ苄圆牧媳旧頌橐环N礦物質(zhì)粉，可能對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性影響較??；另一方面，實(shí)驗(yàn)周期較多，材料的后續(xù)作用仍需進(jìn)一步觀察測定。

3.2 功能性材料對(duì)黃瓜生理指標(biāo)的影響

黃瓜的生長生理指標(biāo)是土壤是否適宜黃瓜生長最直觀的表現(xiàn)。功能性材料施用顯著增加黃瓜株高和莖粗。功能性材料為多孔片狀物質(zhì)，施用后增加土壤的通氣透水，可促進(jìn)設(shè)施黃瓜根系生長，能夠吸收更多養(yǎng)分用于營養(yǎng)生長，促進(jìn)了葉面積增大、株高和莖粗的增加。前人研究表明，土壤速效磷含量較高時(shí)，黃瓜植株的凈光合速率會(huì)增加，有利于植物代謝[22]。葉綠素是高等植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量對(duì)蔬菜的品質(zhì)有很大的影響[23]。施加功能性材料使葉綠素a 的含量明顯增加，而根據(jù)陳晨等[24]研究表明磷肥能明顯提高作物葉綠素a的含量。部分葉綠素a 是光合作用的啟動(dòng)器，這也使得葉綠素總含量和凈光合作用速率提升。張景云等[25]認(rèn)為，在鹽脅迫的土壤條件下會(huì)使黃瓜葉綠素的合成受阻，施加功能性材料處理組中總?cè)~綠素含量的增加也表現(xiàn)了功能性材料在降低土壤鹽含量方面起一定促進(jìn)作用。

3.3 功能性材料對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

功能型材料施用對(duì)黃瓜單果質(zhì)量和總產(chǎn)量方面的影響不顯著。原因可能是功能性材料對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響較小，僅對(duì)黃瓜植株生長的影響不足以顯著影響黃瓜產(chǎn)量。

4 結(jié)論

功能性材料對(duì)次生鹽漬化土壤理化性質(zhì)影響較小，對(duì)黃瓜生長生理指標(biāo)影響顯著，可顯著增加黃瓜株高、莖粗、葉面積、凈光合速率和葉綠素a 含量等。且小劑量的功能性材料施用效果最好，在實(shí)際生產(chǎn)中也可以更加節(jié)約成本，未來在設(shè)施蔬菜其他作物上可進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證，如效果良好，可大面積應(yīng)用推廣。