太白縣不同大棚土壤養(yǎng)分差異及其對番茄產(chǎn)量的影響研究

張蓓蓓,景 琦，張 輝，王佳璇

(陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機(jī)理模擬重點實驗室/寶雞文理學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院，陜西 寶雞 721013)

1 前言

20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外有機(jī)農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，通過栽培有機(jī)蔬菜成為國內(nèi)外市場發(fā)展的潮流[1,2]。發(fā)展設(shè)施蔬菜栽培模式對發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)民收入、提高人民生活水品有巨大的推動作用，太白縣作為“秦嶺綠色大菜園” 是全球同緯度生態(tài)環(huán)境最為良好的地區(qū)之一，也是綠色、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的最佳生長地[3,4]。2014年太白秦西示范園區(qū)建設(shè)以來，以低碳生態(tài)循環(huán)型有機(jī)蔬菜產(chǎn)業(yè)種植項目為導(dǎo)向，提升蔬菜產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。其中，大棚蔬菜種植中，土壤養(yǎng)分是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，而肥料是土壤養(yǎng)分的主要來源[5]。但是部分研究表明，不合理的施肥可導(dǎo)致大棚內(nèi)土壤養(yǎng)分變化及比例失調(diào)[6,7]。土壤酶活性作為另外一種土壤基質(zhì)可以反映土壤生物化學(xué)過程的方向與強(qiáng)度，對土壤健康具有一定的指示作用[8]。因此，通過研究不同大棚土壤主要養(yǎng)分C、N、P及土壤酶活性的變化，可了解土壤施肥狀況對土壤健康狀況的影響，從而為生態(tài)農(nóng)業(yè)土壤的平衡施肥提供理論依據(jù)[9]。筆者研究以太白縣秦西示范園區(qū)不同大棚下的番茄土壤為供試材料，探討土壤pH、含水量、C、N、P含量和土壤脲酶，磷酸單酯酶活性的變化，及其與番茄產(chǎn)量之間的關(guān)系，以期為促進(jìn)該區(qū)蔬菜種植提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況與試驗材料

試驗地點為陜西省太白縣秦西示范園區(qū)，該地處于秦嶺西部，寶雞市東南。氣候類型為大陸性季風(fēng)氣候與高山氣候交匯，年平均氣溫7.8℃，無霜期158 d。大棚面積為100 m×6 m，2019年5月選擇種植番茄的大棚采集0～20 cm 耕層土壤，大棚號碼為22#，25#和26#，每個大棚土壤按照S型確定10個采樣點。番茄育苗時間為2019年3月22日，栽種時間為2019年5月11日， 栽種數(shù)量為3 200株；每個大棚于5月22日用殺毒礬兩袋、6月7號用殺毒礬3袋、7月7號殺毒礬4袋進(jìn)行殺菌消毒。8、9和10月份分別進(jìn)行收獲，計算每月產(chǎn)量及總產(chǎn)量(kg)。

2.2 試驗方法

2.2.1 土壤pH及含水量測定[10]主要有:

土壤pH采用pH計進(jìn)行測定。

土壤含水量采用烘干法測定。

土壤含水量(w/w, %)=(烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量-烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量)/(烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量-烘干空鋁盒質(zhì)量)×100%

2.2.2 土壤N、P和有機(jī)質(zhì)測定[11]稱取0.5 g土壤，運用H2SO4-H2O2法進(jìn)行消解，用Flowsys 連續(xù)流動分析儀進(jìn)行土壤總氮、總磷和有效磷含量的測定，單位g·kg-1。有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀濕氧化法進(jìn)行測定，單位g·kg-1，并計算C∶N、C∶P和N∶P。

2.2.3 土壤脲酶和磷酸單酯酶活性測定[12, 13]土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定，以37℃下培養(yǎng)24 h后，1g干土中NH3-N的含量表示(mg·g-1)。磷酸單酯酶活性采用對硝基苯磷酸鹽法測定，將底物對硝基苯磷酸鹽加入土壤0.1 g，隨后在37℃條件下恒溫培養(yǎng)1 h，生成物用比色法測定，波長400 nm，單位mg·g-1·h-1。

3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel2010和SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，Origin 2018進(jìn)行作圖，利用one way- ANOVA進(jìn)行單因素方差分析，皮爾遜相關(guān)進(jìn)行簡單相關(guān)分析，CANOCO5.0進(jìn)行冗余度(RDA)關(guān)系分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 不同大棚土壤pH和土壤含水量差異分析

由圖1看出，三個大棚的pH都呈酸性，有極顯著的差異性(F=25.26，P<0.01)，以26#的酸性較強(qiáng)，為5.19。各棚之間土壤質(zhì)量含水量也存在極顯著差異(F=58.37，P<0.01)，以22#土壤含水量較高。

4.2 不同大棚土壤養(yǎng)分含量差異分析

把三個大棚土壤的養(yǎng)分含量作圖于圖2。由圖2(a)看出，三個大棚的土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量均達(dá)到顯著差異(F=20.92，50.27；P<0.01)，以22#的全氮和有機(jī)質(zhì)含量最高，分別為2.62 g·kg-1、13.92 g·kg-1。圖2(b)得出，三個大棚的全磷和有效磷含量均達(dá)到顯著差異(F=10.42，25.26；P<0.01)，也是以22#的全磷和有效磷含量最高。三個大棚的土壤C∶N、N∶P和C∶P數(shù)據(jù)如表1所示，均未達(dá)到顯著差異。

表1 不同大棚土壤生態(tài)化學(xué)計量比

注：每列值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，ns代表差異不顯著。

4.3 不同大棚土壤酶活性差異分析

圖3顯示，三個大棚的脲酶活性達(dá)到顯著差異(F=34.68；F<0.01)，以22#棚中土壤脲酶活性最高，為35.18 mg·g-1。三個大棚的土壤磷酸單酯酶活性也呈現(xiàn)顯著性差異(F=28.36；F<0.01)，以22#酶活性最高，為65.34 mg·g-1·h-1。

4.4 不同大棚番茄產(chǎn)量差異分析

由圖4看出，不同大棚之間8月、9月、10月番茄產(chǎn)量和總產(chǎn)量都達(dá)到極顯著差異(P<0.01)；8月份，以22#產(chǎn)量最高，9月份以25#產(chǎn)量最高，10月份以22#產(chǎn)量最高，總產(chǎn)量也是以22#產(chǎn)量最高。

4.5 不同大棚土壤養(yǎng)分含量和番茄產(chǎn)量相關(guān)分析

由表2看出，土壤各養(yǎng)分含量與8月、10月產(chǎn)量和總產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系，土壤有機(jī)質(zhì)含量與9月份產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系。

表2 土壤養(yǎng)分含量和番茄產(chǎn)量相關(guān)分析

注：**代表P<0.01，*代表P<0.05，ns代表不顯著。

4.6 不同大棚土壤碳氮磷比、酶活性和番茄總產(chǎn)量關(guān)系分析

對土壤碳氮磷比、酶活性進(jìn)行RDA分析，得到該土壤特性對番茄產(chǎn)量的特征解釋，解釋值為59.37%，達(dá)到極顯著水平(F=13.8，P<0.01)。在第一排序軸上百分比為33.01%，第二軸為26.85%(圖5)，四軸累計百分比為99.87%，因此土壤碳氮磷比和酶活性能在很大程度上解釋番茄的產(chǎn)量形成和變異，特別是磷酸單酯酶和脲酶與總產(chǎn)量在相同方向軸上，對番茄產(chǎn)量的形成起顯著作用。

5 結(jié)論與討論

太白縣秦西示范園區(qū)已投入使用5 a以上，其中，高山蔬菜番茄已通過國家綠色認(rèn)證，種植比較普遍， 但是隨著大棚的連作或施肥管理不到位，可能會出現(xiàn)土壤條件惡化、產(chǎn)量降低等一系列問題，嚴(yán)重可影響到大棚蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。筆者試驗的三個大棚中，26#大棚土壤全氮、全磷、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量都小于22#；土壤pH值降低，土壤出現(xiàn)酸化趨勢，可能由于長期不合理的施肥及大棚常年或季節(jié)性覆蓋得不到雨水充分淋洗所致[14]。

研究顯示，土壤酶活性反映了土壤中進(jìn)行各種生化反應(yīng)的強(qiáng)度和方向，與土壤肥力狀況有密切關(guān)系[15]。其中，脲酶能促進(jìn)土壤中尿素的水解，生成的氨是植物氮素營養(yǎng)的來源之一；磷酸單酯酶能促進(jìn)有機(jī)磷化合物的分解，為植物提供可利用的磷素[16]。該試驗中，22#土壤中的酶活性偏高(圖3)，土壤氮磷含量也較高(圖2)，因此促進(jìn)了該大棚土壤中氮素和磷素的利用，提高了22#大棚中番茄的產(chǎn)量(圖4)，相關(guān)性關(guān)系也證實了該試驗結(jié)果(表2和圖5)。

綜上所述，筆者試驗研究了種植番茄前三個大棚中土壤養(yǎng)分的含量，并對土壤養(yǎng)分含量對番茄產(chǎn)量的影響做了分析。因為各方面原因，該試驗僅就現(xiàn)有環(huán)境條件進(jìn)行研究，沒有進(jìn)行長時間序列土壤的測定和不同蔬菜品種的種植，因此，有必要進(jìn)一步研究栽培模式、施肥模式、蔬菜品種連作、輪作等對土壤理化性質(zhì)及蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等，以指導(dǎo)進(jìn)行科學(xué)種植管理，保證高寒蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[17]。