有機(jī)種植對(duì)溫室土壤肥力質(zhì)量的影響①

李 杰，祝 凌，仝利紅，江詠珊，呂貽忠

有機(jī)種植對(duì)溫室土壤肥力質(zhì)量的影響①

李 杰，祝 凌，仝利紅，江詠珊，呂貽忠*

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193)

利用中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實(shí)驗(yàn)站溫室有機(jī)種植長期定位試驗(yàn)，研究了不同種植模式下3種土壤物理指標(biāo)、9種土壤化學(xué)指標(biāo)和4種土壤生物指標(biāo)，并運(yùn)用主成分分析方法，對(duì)不同種植模式下土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)分。結(jié)果表明：①相比于無公害和常規(guī)種植，有機(jī)種植有利于降低溫室土壤容重，提高溫室土壤含水量，溫室土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體高達(dá)58.02%，改善了溫室土壤物理環(huán)境條件；②有機(jī)種植提高了溫室土壤有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，對(duì)溫室土壤pH和EC值影響不大，但增加了溫室土壤陽離子交換量，有利于提高溫室土壤的保水保肥能力；③相比于無公害和常規(guī)種植，有機(jī)種植土壤微生物碳含量分別提高了32.84%、109.30%，同時(shí)增強(qiáng)了溫室土壤脲酶、磷酸酶及過氧化氫酶活性，有利于溫室土壤微生物多樣性提高；④通過對(duì)16個(gè)土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)91.052%，主成分綜合評(píng)分能更敏感反映土壤質(zhì)量變化，本試驗(yàn)中有機(jī)種植、無公害種植和常規(guī)種植的主成分綜合評(píng)分分別為1.514、0.099和–1.613，表明有機(jī)種植顯著提高了溫室土壤的肥力質(zhì)量。

有機(jī)種植；土壤肥力質(zhì)量；主成分分析；綜合評(píng)價(jià)

隨著有機(jī)農(nóng)業(yè)的興起，有機(jī)種植的土壤面積越來越大，種植過程中大量有機(jī)肥代替化肥，必然對(duì)土壤肥力質(zhì)量產(chǎn)生深刻影響。土壤肥力是建立可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量有機(jī)和常規(guī)種植下的土壤肥力特性差異的比較研究。在物理性質(zhì)方面，Pimentel等[2]研究結(jié)果表明相比于常規(guī)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，有機(jī)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤容重明顯減小，水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量增加，穩(wěn)定性增加；王開勇等[3]研究發(fā)現(xiàn)常規(guī)農(nóng)作大豆田轉(zhuǎn)換為有機(jī)農(nóng)作大豆田后，較小團(tuán)聚體顯著增加，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性增大。大量研究都表明有機(jī)種植有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的疏松性，改善土壤的通氣性和透水性，增加土壤中團(tuán)聚體的數(shù)量和穩(wěn)定性。在化學(xué)性質(zhì)方面，Ryan等[4]在澳大利亞有機(jī)蔬菜定位試驗(yàn)結(jié)果表明：有機(jī)農(nóng)業(yè)提高了土壤有機(jī)碳和陽離子交換量，土壤中含有較高的全氮、全磷等養(yǎng)分含量；和文龍等[5]對(duì)不同栽培方式下土壤肥力的研究結(jié)果表明，與常規(guī)栽培相比，有機(jī)栽培顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量等。由此可見，相比常規(guī)種植，有機(jī)種植更有利于保持和提高土壤養(yǎng)分，改善土壤的化學(xué)性質(zhì)。在生物性質(zhì)方面，Marinari等[6]比較有機(jī)和常規(guī)兩個(gè)相鄰的農(nóng)場，發(fā)現(xiàn)有機(jī)管理顯著改善了土壤營養(yǎng)和微生物條件，有效提高了土壤微生物生物量和酶活性；汪潤池等[7]對(duì)比分析有機(jī)與常規(guī)種植蔬菜地土壤微生物群落特征的差異，結(jié)果表明：有機(jī)蔬菜地土壤微生物生物量，酸性磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶活性及可培養(yǎng)真菌、放線菌菌落數(shù)顯著高于常規(guī)蔬菜地。不少研究都表明相對(duì)于常規(guī)種植，有機(jī)種植中大量施用有機(jī)肥有利于提高土壤生物多樣性，改善土壤生態(tài)環(huán)境。然而，大多數(shù)研究都僅僅選取了部分指標(biāo)，將有機(jī)種植條件下多種土壤理化指標(biāo)進(jìn)行土壤肥力評(píng)估的研究還很少。國內(nèi)目前雖然也開展了一些有機(jī)和常規(guī)種植的比較研究，但結(jié)論多基于短期試驗(yàn)結(jié)果，長期定位試驗(yàn)還比較少。另外，他們對(duì)土壤質(zhì)量的評(píng)估大多還是定性的比較研究，鮮有對(duì)其進(jìn)行定量化的綜合評(píng)價(jià)[8-9]。

因此，本研究利用中國農(nóng)業(yè)大學(xué)河北曲周實(shí)驗(yàn)站有機(jī)種植長期定位試驗(yàn)，同時(shí)以無公害和常規(guī)種植作為對(duì)比，分析不同種植模式下的土壤肥力狀況，并對(duì)不同種植模式下的土壤肥力質(zhì)量特性進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)，從而為推動(dòng)我國有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持[10]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)為有機(jī)蔬菜溫室長期定位試驗(yàn)，于2002年3月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實(shí)驗(yàn)站(36o52′N，115o01′E)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)站位于河北省邯鄲市曲周縣北部，屬溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，光、熱、水等氣候資源比較豐富，但受季風(fēng)的強(qiáng)烈影響，冬春寒冷干燥，夏季溫暖多雨，屬一年兩熟種植區(qū)。年均降水量604 mm。原始土壤為鹽化潮褐土，試驗(yàn)前為多年菜田。試驗(yàn)采用的日光溫室為拱圓式，長52 m、寬7 m，占地面積約0.04 hm2。試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況見表1。

表1 試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況(2002年)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

長期定位試驗(yàn)已連續(xù)進(jìn)行了15 a，主要種植作物為春季番茄(3—7月)和秋冬季黃瓜(9—1月)。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理(表2)：①有機(jī)種植(ORG)：只施用有機(jī)肥(EM堆肥和干雞糞)，不使用化肥，有機(jī)肥施用量達(dá)到25 t/hm2；病蟲害防治以人工防治和物理防治為主，如人工捉蟲、黃板誘殺、使用防蟲網(wǎng)，加強(qiáng)田間觀察，及時(shí)清理受害植株、葉片等，硫磺熏蒸滅菌。②無公害種植(LOW)：以有機(jī)肥(EM堆肥和干雞糞)為主，為15 t/hm2，少量施用化肥，化肥用量為400 kg/hm2；病蟲害防治以生物防治為主，病蟲害嚴(yán)重時(shí)使用低毒低殘留的化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行防治，主要施用農(nóng)藥有防治潛葉蠅的斑潛凈，治蚜蟲、白粉虱的滅蚜威、蚜虱一遍凈，治菜青蟲的阿蟲螨丁，治病害的生物制劑、硫磺熏蒸、甲霜靈、農(nóng)用鏈霉素、雷多米爾、病毒立刻等。③常規(guī)種植(CON)：采用常規(guī)管理方式，有機(jī)肥施用量為9 t/hm2，化肥施用量為2 t/hm2；病蟲害防治以化學(xué)防治為主，治蟲用氯氰菊酯、敵敵畏、甲胺磷，病害防治用瑞毒霉、甲霜銅等。

表2 不同種植模式下養(yǎng)分投入、農(nóng)藥施用及灌溉情況

1.3 樣品采集

每個(gè)種植模式地塊各設(shè)3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)內(nèi)采取S形布點(diǎn)取樣，每5個(gè)點(diǎn)為一個(gè)混合樣，采樣時(shí)先清除地表雜物，均勻采集0 ~ 20 cm的土壤，多點(diǎn)混合后的樣品按四分法取舍，保留1 kg左右，用塑封袋裝好帶回室內(nèi)。分取一部分新鮮土壤樣品，過2 mm篩后，保存在4 ℃冰箱中，用于測定土壤中微生物生物量碳。其余土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干，去除石礫和作物根系殘?jiān)?，按四分法分取一部分?jǐn)_動(dòng)土樣用于土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體測定。另一部分按要求磨細(xì)過2 mm尼龍篩后，用于測定土壤理化指標(biāo)和土壤酶活性。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

土壤物理性質(zhì)：土壤容重采用環(huán)刀法測定；土壤含水量采用烘干法測定；土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用濕篩法測定。

土壤化學(xué)性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法) 測定；全氮采用半微量開氏法測定；全磷采用H2SO4-HClO4消煮-鉬銻抗比色法測定；堿解氮采用1 mol/L NaOH堿解-擴(kuò)散法測定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗吸光光度法測定；速效鉀采用NH4Ac浸提-火焰光度法測定；pH采用pH計(jì)測定(水土比2.5︰1)；電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)儀測定(水土比5︰1)；陽離子交換量(CEC)采用乙酸銨交換法測定。

土壤生物性質(zhì)：微生物生物量碳采用氯仿熏蒸浸提法測定；脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定；磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定；過氧化氫酶采用0.1 mol/L KMnO4滴定法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)先經(jīng)過Microsoft Excel程序進(jìn)行整理，運(yùn)用SPSS單因素方差分析對(duì)不同種植模式下土壤肥力指標(biāo)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，least significance difference (LSD)法進(jìn)行均值比較，因子分析進(jìn)行主成分分析。

利用各級(jí)團(tuán)聚體數(shù)據(jù)，根據(jù)公式(1)、(2)計(jì)算平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)。通過公式3擬合，求出分形維數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)種植對(duì)溫室土壤物理性質(zhì)的影響

土壤容重不僅用于鑒定土壤顆粒間排列的緊實(shí)度，而且是計(jì)算土壤孔隙度和空氣含量的必要數(shù)據(jù)[11]。如圖1、2所示，有機(jī)種植下土壤容重相比無公害和常規(guī)種植分別降低8.87%、26.14%，而土壤含水量明顯高于無公害和常規(guī)種植，說明有機(jī)種植改善了溫室土壤的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于提高溫室土壤的透氣性，提高植物根系穿透能力和溫室土壤微生物的活性，有利于養(yǎng)分的吸收和運(yùn)輸，進(jìn)而影響作物的生長發(fā)育。

土壤結(jié)構(gòu)是土壤肥力的基礎(chǔ)，團(tuán)聚體大小粒級(jí)不同，在養(yǎng)分的保持和供應(yīng)中的作用不同[12]，水穩(wěn)性團(tuán)聚體與土壤肥力穩(wěn)定性有密切關(guān)系[13]。由表3可以看出，不同種植模式對(duì)溫室土壤的團(tuán)聚體特性產(chǎn)生明顯影響。與常規(guī)種植相比，有機(jī)種植在一定程度上提高了溫室土壤中水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量，溫室土壤中水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量以有機(jī)種植為最高，無公害種植次之，常規(guī)種植最低，且差異顯著。有機(jī)種植下土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量高達(dá)58.02%，相比常規(guī)種植提高了225.96%。這說明不同種植模式導(dǎo)致溫室土壤團(tuán)聚體的含量發(fā)生變化，有機(jī)種植更有利于溫室土壤團(tuán)聚體的形成。

(圖柱上方小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到P<0.05顯著水平，n = 3，下圖同)

圖2 不同種植模式下土壤含水量

團(tuán)聚體的穩(wěn)定性一般用MWD和GMD來表示，大團(tuán)聚體的百分比越高，MWD的值越大，團(tuán)聚體越穩(wěn)定，GMD值越大[14]。由表4可看出，不同種植模式下土壤團(tuán)聚體的MWD和GMD均是ORG>LOW> CON，有機(jī)種植土壤團(tuán)聚體的MWD、GMD值在不同程度上高于無公害和常規(guī)種植，MWD分別提高59.02%、125.58%，GMD分別提高56.82%、109.09%，說明有機(jī)種植下土壤的團(tuán)聚狀況好于無公害和常規(guī)種植。

表3 不同種植模式下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量(g/kg)

注：同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示不同種植模式處理間差異達(dá)到<0.05顯著水平，= 3，下表同。

分形維數(shù)是更敏感且更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體特征的參數(shù)，土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)分形維數(shù)與土壤性質(zhì)之間存在顯著定量關(guān)系[15]。根據(jù)表4，有機(jī)種植下值分別低于無公害和常規(guī)種植7.53%、11.34%，說明與常規(guī)種植相比，有機(jī)種植下土壤的團(tuán)聚狀況更好，而且土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性更高。

表4 不同種植模式下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑、幾何平均直徑和分形維數(shù)

2.2 有機(jī)種植對(duì)溫室土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1 有機(jī)種植下土壤養(yǎng)分的變異現(xiàn)象 由表5可知，不同種植模式下有機(jī)質(zhì)含量有明顯差異，其有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為ORG>LOW>CON。與試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況相比，各種植模式有機(jī)質(zhì)含量分別提升66.39%、54.25%、22.32%，有機(jī)種植下的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，這說明有機(jī)種植對(duì)有機(jī)質(zhì)含量提升最多最快。溫室土壤中全氮含量與有機(jī)質(zhì)含量呈明顯的相關(guān)關(guān)系，有機(jī)種植土壤全氮含量顯著高于無公害和常規(guī)種植，分別提高47.20%、107.39%，這是因?yàn)橛袡C(jī)種植長期施用有機(jī)肥，增加了土壤中易礦化的有機(jī)氮含量，且有利于晶格中固定銨的釋放。有機(jī)種植土壤中全磷含量顯著高于無公害和常規(guī)種植，均提高22.97%，這表明有機(jī)種植大量施用有機(jī)肥增加了溫室土壤磷素供應(yīng)水平。

其次，從表5中可明顯看出，堿解氮含量與全氮含量變化趨勢一致，有機(jī)種植土壤堿解氮含量分別顯著高于無公害和常規(guī)種植111.98%、135.14%，說明溫室土壤中整體氮素供應(yīng)能力較強(qiáng)。有機(jī)種植土壤有效磷含量分別顯著高于無公害和常規(guī)種植58.85%、70.86%，說明有機(jī)種植土壤中供磷能力遠(yuǎn)大于常規(guī)種植。這主要是因?yàn)橛袡C(jī)肥中含有大量易于分解的有機(jī)磷，且有機(jī)種植長期施用有機(jī)肥提高了溫室土壤腐植酸含量和微生物多樣性，促進(jìn)了無機(jī)磷的溶解。不同種植模式對(duì)溫室土壤速效鉀含量的影響差異顯著，呈現(xiàn)LOW>ORG>CON的趨勢，這與試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)速效鉀含量就是無公害種植最高有關(guān)。綜上所述，施用有機(jī)肥能夠提高溫室土壤肥力，增強(qiáng)溫室土壤的保肥供肥能力。

表5 不同種植模式下土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分含量

2.2.2 有機(jī)種植對(duì)土壤基礎(chǔ)化學(xué)性質(zhì)的影響 大量施用有機(jī)肥有利于維持土壤化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。由圖3可知，3種種植模式下土壤pH都在7左右，為中性。相較而言，有機(jī)種植下土壤pH略低于常規(guī)種植，但是差異并不顯著，而無公害種植下土壤pH雖然顯著低于有機(jī)種植和常規(guī)種植，但僅相差約0.3。

圖3 不同種植模式下土壤pH

土壤電導(dǎo)率是測定土壤水溶性鹽的指標(biāo)，而土壤水溶性鹽是土壤的重要屬性之一，是判定土壤中鹽類離子是否限制作物生長的因素[16]。如圖4所示，有機(jī)種植與常規(guī)種植的土壤電導(dǎo)率相差不大，而無公害種植的電導(dǎo)率雖顯著高于有機(jī)和常規(guī)種植，但是仍然在適宜范圍內(nèi)。

綜上所述，盡管經(jīng)過了長達(dá)15 a的長期定位試驗(yàn)，3種種植模式對(duì)溫室土壤pH和EC值仍然沒有較大的影響，兩個(gè)指標(biāo)仍然處于正常水平。

土壤陽離子交換量是評(píng)價(jià)土壤緩沖能力、土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)。由圖5可知，3種種植模式下的土壤CEC具有顯著差異，表現(xiàn)為ORG>LOW>CON。由此可以說明，有機(jī)種植大量施用有機(jī)肥有利于增加溫室土壤膠體表面的陽離子總量，其保肥性能要顯著強(qiáng)于無公害和常規(guī)種植。

圖4 不同種植模式下土壤EC

圖5 不同種植模式下土壤CEC

2.3 有機(jī)種植對(duì)溫室土壤生物性質(zhì)的影響

土壤微生物生物量碳與土壤中C、N、P、S等養(yǎng)分的循環(huán)密切相關(guān)，其變化可直接或間接地反映土壤耕作制度和土壤肥力的變化。如圖6所示，不同種植模式土壤微生物生物量碳含量為：ORG>LOW> CON，且差異達(dá)顯著水平。與無公害和常規(guī)種植相比，有機(jī)種植土壤微生物生物量碳含量分別提高32.84%、109.30%。由此說明有機(jī)種植長期大量施用有機(jī)肥，不但增加了溫室土壤養(yǎng)分，同時(shí)也為微生物提供了充足的碳源，促進(jìn)了溫室土壤微生物的生長與繁殖。

土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向[17]，其活性是土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一[18]，同時(shí)也是土壤自凈能力評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)。土壤脲酶對(duì)提高尿素氮肥利用率有重要意義[19]，磷酸酶活性對(duì)于土壤中磷的轉(zhuǎn)化過程、方向及強(qiáng)度具有重要意義，而過氧化氫酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量、微生物數(shù)量有關(guān)，因此本研究選擇測定了土壤脲酶、磷酸酶及過氧化氫酶活性。

圖6 不同種植模式下土壤微生物生物量碳含量

由表6可知，土壤脲酶活性表現(xiàn)為ORG>LOW> CON，差異達(dá)顯著水平，說明有機(jī)種植大量施用有機(jī)肥，提高了溫室土壤脲酶活性，改善了溫室土壤氮素供應(yīng)水平。有機(jī)種植下土壤磷酸酶活性顯著高于常規(guī)種植，說明有機(jī)種植下土壤中全磷與有效磷供應(yīng)水平較高，同時(shí)，磷酸酶活性較大，更有利于溫室土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性。無公害與常規(guī)種植下土壤過氧化氫酶活性無顯著差異，而有機(jī)種植下土壤過氧化氫酶活性顯著高于無公害和常規(guī)種植，說明有機(jī)種植在一定程度上能促進(jìn)溫室土壤過氧化氫酶活性的提高，其肥力特性更加突出。

表6 不同種植模式下土壤酶活性

2.4 土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)的主成分分析

主成分分析是數(shù)學(xué)上對(duì)數(shù)據(jù)降維的一種方法，它以最少的信息丟失為前提，將眾多的原有變量綜合成較少的幾個(gè)綜合指標(biāo)[20]。本研究對(duì)16個(gè)土壤肥力指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，通過表7中主成分分析結(jié)果，主成分1貢獻(xiàn)率達(dá)到了42.644%，3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)91.052%，基本解釋了數(shù)據(jù)的全部變異，可以涵蓋溫室土壤各指標(biāo)的大部分信息，溫室土壤肥力的綜合狀況得到較好的體現(xiàn)。因此，選擇的公共因子對(duì)不同種植模式的土壤肥力評(píng)價(jià)是可行的、合理的。

表7 主成分分析的特征根與方差貢獻(xiàn)率

注：PC1、PC2、PC3分別表示主成分1、主成分2、主成分3。

原始變量與主成分的相關(guān)系數(shù)可用載荷值來表征，載荷值大的變量即可認(rèn)為是該主成分的主要影響因子[21]。圖7是主成分1和主成分2的一個(gè)二維因子載荷分布圖，從圖中我們可以明顯看出，主成分1以水穩(wěn)性團(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、CEC、脲酶和過氧化氫酶為主要影響因子，包含了物理、化學(xué)、生物三方面的性質(zhì)，因此其貢獻(xiàn)率達(dá)到了42.644%，解釋了指標(biāo)近一半的變異信息。

(ρb、EC、pH、WC、AK、AP、TP、AN、TN、SOM、CEC、WSA、MBC、Urease、Catalase、Phosphatase分別為容重、電導(dǎo)率、pH、含水量、有效鉀、有效磷、總磷、堿解氮、總氮、土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子交換量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體、微生物生物量碳、脲酶、過氧化氫酶、磷酸酶)

最后通過各主成分得分計(jì)算綜合得分，對(duì)不同種植模式下土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)[22]。如圖8所示，有機(jī)種植綜合得分最高為1.514，無公害種植得分為0.099，常規(guī)種植得分為-1.613，在不同種植模式中最低。由此可見，與常規(guī)種植相比，有機(jī)種植明顯提高了溫室土壤肥力，溫室土壤肥力大小順序?yàn)镺RG> LOW>CON。

圖8 不同種植模式下土壤肥力特性綜合得分

3 討論

本研究在長期定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了有機(jī)、無公害、常規(guī)3種不同種植模式對(duì)土壤物理性質(zhì)、土壤化學(xué)性質(zhì)及土壤生物性質(zhì)的影響，并采用主成分分析法對(duì)土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)。

研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過15 a的比較試驗(yàn)，有機(jī)種植有利于改善溫室土壤中土粒間松緊程度，增加溫室土壤通透性并且顯著改善了溫室土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，為作物生長提供了更好的物理環(huán)境條件，該結(jié)果與李思萌等[23]、申思雨等[24]的研究結(jié)果一致。由于有機(jī)種植施入大量的有機(jī)肥能促進(jìn)溫室土壤中礦物質(zhì)風(fēng)化，從而增加溫室土壤中養(yǎng)分含量；另外有機(jī)肥本身也含有大量養(yǎng)分，從而有利于提高溫室土壤中養(yǎng)分含量，因此有機(jī)種植有效提升了溫室土壤肥力，同時(shí)有機(jī)基地土壤的供肥能力更強(qiáng)，更能及時(shí)滿足作物生長需要；另外有機(jī)種植增加了溫室土壤陽離子交換量，從而有利于提高溫室土壤保肥保水能力，Sanwal等[25]、Pimentel等[2]、蔡祖聰和馬毅杰[26]的研究也得到了類似的結(jié)論。由于有機(jī)種植直接促進(jìn)溫室土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加，提高溫室土壤肥力，同時(shí)提高溫室土壤微生物活性，改善溫室土壤微生物群落；此外，由于溫室土壤理化性質(zhì)的改善，影響到地上植被的生長，有利于溫室土壤微生物的繁衍，從而間接地影響溫室土壤微生物群落，導(dǎo)致微生物多樣性提高，該結(jié)果與Kaur等[27]、Edesi等[28]、王延軍等[29]的研究結(jié)果一致。

在選用綜合評(píng)價(jià)方法方面，主成分分析法降維得到的綜合變量集中了原始變量的大部分信息，它通過計(jì)算綜合主成分函數(shù)得分，可以對(duì)客觀現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，并且能夠更加體現(xiàn)信息的貢獻(xiàn)影響力[30]。因此，采用主成分分析結(jié)果基本能夠客觀反映不同種植模式的土壤肥力質(zhì)量，有助于分析有機(jī)種植對(duì)溫室土壤肥力質(zhì)量的影響[31]。本研究結(jié)果表明：由于有機(jī)種植長期大量施用有機(jī)肥能夠改善溫室土壤結(jié)構(gòu)，為溫室土壤提供大量養(yǎng)分，提高有機(jī)質(zhì)含量，培肥溫室土壤，維持地力，進(jìn)而加強(qiáng)溫室土壤生物的繁殖能力和活性，因此改善了溫室土壤生產(chǎn)的有利因素，有利于溫室土壤培肥，該結(jié)果與Aziz等[32]、Gomiero等[33]、紀(jì)榮婷等[34]的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

1)有機(jī)種植有利于降低溫室土壤容重，提高溫室土壤含水量，促進(jìn)了溫室土壤中大團(tuán)聚體的形成，提高了溫室土壤中水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的數(shù)量和穩(wěn)定性，為作物生長提供了更好的物理環(huán)境條件。

2)有機(jī)種植土壤中有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀養(yǎng)分含量在不同程度上高于無公害和常規(guī)種植，有利于提高溫室土壤中養(yǎng)分含量，其次施用有機(jī)肥增加了溫室土壤陽離子交換量，從而有利于提高溫室土壤保肥保水能力。

3)有機(jī)種植增強(qiáng)了溫室土壤微生物活性及酶活性，有利于溫室土壤微生物的繁衍，導(dǎo)致微生物多樣性提高。

4)3種種植模式主成分評(píng)分綜合得分分別為有機(jī)1.514，無公害0.099，常規(guī)-1.613，有機(jī)種植明顯提高了溫室土壤肥力質(zhì)量，改善了溫室土壤生產(chǎn)性狀，對(duì)溫室土壤的培肥效果顯著高于傳統(tǒng)種植模式和無公害種植模式。

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Effect of Organic Planting on Soil Fertility Quality in Greenhouse

LI Jie, ZHU Ling, TONG Lihong, JIANG Yongshan, Lü Yizhong*

(College of Resources and Environment, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

Based on the long-term location experiment of organic planting in Quzhou Experimental Station of China Agricultural University, 3 soil physical indexes, 9 soil chemical indexes and 4 soil biological indexes were selected to evaluate soil fertility quality in organic planting(ORG), low-input planting(LOW) and conventional planting (CON) by principal component analysis. The results showed that: 1)ORG reduced soil bulk density and increased water content compared with LOW and CON. Under ORG, soil water stable macroaggregates increased to 58.02%. To sum up, ORG can improve physical environment of greenhouse soil. 2)ORG increased the content of soil organic matter and nitrogen, phosphorus and potassium. Soil pH and EC values differed little under different planting patterns. However, ORG increasedsoil cation exchange content, beneficial to improve water and fertility holding ability. 3)Compared with LOW and CON, soil microbial biomass carbon content in ORG increased by 32.84% and 109.30%, respectively. At the same time, the activities of urease, phosphatase and catalase under ORG were higher than thoseunder LOW and CON, beneficial to the improvement of soil microbial diversity. 4)Through principal component analysis of 16 soil fertility quality indexes, the cumulative contribution rate of 3 principal components was 91.052%. The main component score was more sensitive to the change of soil quality. In this experiment, the main component score of ORG, LOW and CON were 1.514, 0.099 and -1.613, respectively, which indicated organic planting significantly improved the fertility quality of greenhouse soil

Organic planting; Soil fertility quality; Principal component analysis(PCA); Comprehensive evaluation

十三五重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2018YFD0500202)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571317)資助。

(lyz@cau.edu.cn)

李杰(1994—)，男，江蘇常州人，碩士研究生，主要從事有機(jī)種植研究。E-mail: 822786259@qq.com

S158.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.04.009