土壤基質調理劑對障礙土壤改良及葉菜生長的影響

周冉冉 郭世榮 蔡忠

摘要?[目的]有效利用有機廢棄物資源并解決設施障礙土壤的酸化、鹽漬化等問題。[方法]將醋糟和菇渣生物基質按體積3∶1混合形成土壤基質調理劑，施用390?m3/hm2與耕作層土壤混勻后，種植小白菜和生菜。[結果]土壤基質調理劑使用后種植小白菜和生菜的土壤pH分別增加提高0.34和0.23，EC分別降低0.68和0.42?mS/cm，有機碳含量分別增加3.25和5.43?g/kg，速效氮含量分別增加0.59和1.99?mg/kg，速效磷含量分別增加22.81和102.21?mg/kg，速效鉀含量分別增加178.03和123.63?mg/kg。基質調理劑有效地緩解了設施障礙土壤酸化和鹽漬化，且提高了土壤養分含量和酶活性。與對照相比，種植小白菜和生菜分別增產5.49%和19.35%。[結論]醋糟和菇渣生物基質調理劑（3∶1體積比混合）可改良障礙土壤、顯著促進葉菜生長。

關鍵詞?基質調理劑;酸化鹽漬化;設施栽培;葉菜;土壤改良

中圖分類號?S156.99;S626.9?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）03-0160-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.044

Abstract?[Objective]To?effectively?use?organic?residues?resources?and?solve?the?problem?of?acidification?and?salinization?of?facility?obstacle?soil.?[Method]Vinegar?substrate?and?mushroom?residues?substrate?were?mixed?in?3∶1?volume?to?form?a?soil?substrate?conditioner.?Chinese?cabbage?and?lettuce?were?grown?after?application?of?390?m3/hm2?substrate?conditioner?to?mix?with?the?soil?of?the?tillage?layer.?[Result]After?using?the?soil?substrate?conditioner，?the?soil?pH?of?cabbage?and?lettuce?plants?increased?by?0.34?and?0.23，?EC?decreased?by?0.68?and?0.42?mS/cm，?and?the?organic?carbon?content?increased?by?3.25?and?5.43?g/kg，?respectively.?The?available?nitrogen?content?increased?by?0.59?and?1.99?mg/kg，?the?available?phosphorus?content?increased?by?22.81?and?102.21?mg/kg，?and?the?available?potassium?content?increased?by?178.03?and?123.63?mg/kg，?respectively.?The?substrate?conditioner?effectively?relieved?the?acidification?and?salinization?of?the?facility?soil?and?increased?the?soil?nutrient?content?and?soil?enzyme?activity.?Compared?with?the?control，?yield?of?cabbage?and?lettuce?increased?by?5.49%?and?19.35%，?respectively.?[Conclusion]Vinegar?and?mushroom?residue?substrate?conditioner?（3∶1?volume?ratio?mixing）?can?improve?the?obstacle?soil?and?significantly?promote?the?growth?of?leafy?vegetable.

Key?words?Substrate?conditioner;Acidification?and?salinization;Facility?cultivation;Leafy?vegetable;Soil?improvement

21世紀以來，我國設施園藝發展迅猛，成為世界上設施面積最大的國家，占全世界85%以上[1]。同時，設施蔬菜生產占世界總收獲面積的45%，在我國經濟中占有重要地位[2]。設施蔬菜生產是農業集約化生產的形式之一，由于市場的需求和經濟的刺激，給農民帶來可觀的經濟收入。但由于封閉的溫室環境加之不合理的水肥管理措施以及長期連續不斷作物種植，設施土壤出現了酸化、次生鹽漬化、營養元素失衡等障礙問題。同時，設施栽培中連年的作物種植也導致設施土壤中有毒物質積累、土壤酶活性降低、微生物區系紊亂，最終導致作物減產，品質下降[3-4]。因此，采用合理的措施解決設施土壤質量問題并促進作物生產對農業的可持續發展具有重要意義。

目前，酸化、鹽漬化障礙土壤改良主要有物理、化學和農藝措施等方法[5]。其中土壤調理劑可降低土壤鹽害和調控土壤酸度，并被廣泛研究[6]。醋糟是制醋產業的下腳料，菇渣是食用菌生產后的廢棄培養料，這些有機廢棄物經生物發酵腐熟后形成的生物基質具有較高的營養元素含量和大量的有益微生物菌，具有提高土壤緩沖能力和離子平衡能力[7]，因此可以應用于酸化、鹽漬化土壤改良。研究表明，醋糟基質在栽培上有所應用，且可以抵抗病害促進黃瓜生長[8]。但醋糟和菇渣生物基質在障礙土壤上的應用鮮見報道。

為提高醋糟和菇渣資源的合理化利用，筆者將醋糟和菇渣生物基質混合形成土壤基質調理劑，研究其對設施酸化、鹽漬化土壤理化性狀、礦質元素、土壤酶活性及葉菜生產的影響，以期為酸化鹽漬化土壤改良提供技術支撐。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況

試驗在江蘇省南京市溧水華成蔬菜專業合作社進行。選取連續種植蔬菜10年以上，具有代表性的酸化和次生鹽漬化土壤大棚進行試驗，障礙土壤的酸堿度（pH）和電導率（EC）分別為5.88、1.52?mS/cm。

1.2?試驗材料

發酵后的醋糟和菇渣生物基質材料均由江蘇興農基質科技有限公司提供，供試醋糟基質基礎性狀：pH?6.78，EC?5.18?mS/cm，全氮?38.07?g/kg，全磷?1.48?g/kg，全鉀?2.38?g/kg，有機碳?422.18?g/kg;供試菇渣基質基礎性狀：pH?7.48，EC?3.30?mS/cm，全氮?23.18?g/kg，全磷?7.16?g/kg，全鉀?4.64?g/kg，有機碳?287.03?g/kg;供試作物為“四季小白菜”和“意大利生菜”。

1.3?試驗方法

將醋糟和菇渣基質按體積3∶1混合形成土壤基質調理劑，施用390?m3/hm2，在葉菜定植前7?d，將基質調理劑混勻施入0～10?cm的土壤耕作層中，澆灌水使土壤含水量維持在60%左右。設空白對照（CK，不添加基質調理劑），種植小白菜和生菜。白菜對照（C-CK）和生菜對照（L-CK）各設12個小區，白菜處理（C-T）和生菜處理（L-T）各設18個小區，小區長寬分別為4.0、1.2?m。定植后，水肥正常管理。收獲后，隨機選取葉菜測定生長指標，隨后各小區測產。同時按照“S”型多點取樣法收集8～10?cm耕作層土樣，將其混合成3個生物學重復。每個土壤樣品分為兩部分，一部分新鮮土樣用于土壤酶活性測定，另一部分風干、過篩保存于4?℃用于土壤理化性狀測定。

1.4?測定項目與方法

1.4.1?土壤主要理化性狀。

風干土壤與蒸餾水以1∶5重量體積比混合，振蕩2?h，過濾后采用Spectrums?pH400?Meter和Direct?Soil?EC?Meter測定土壤pH和EC;風干土烘干至恒重測定土壤含水率;采用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機碳含量;采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量;采用H2SO4-H2O2消煮土壤，消煮液采用等離子體發射儀（ICP）測定土壤全磷、全鉀和鈉鎂鈣元素含量;采用堿解擴散滴定法測定土壤有效氮含量;采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定土壤有效磷含量;采用乙酸銨浸提-原子分光光度計測定土壤有效鉀含量[9]。

1.4.2?土壤酶活性。

土壤脲酶活性測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，以1?g土24?h后催化底物產生NH3-N的毫克數表示;土壤蔗糖酶活性測定采用3，5二硝基水楊酸比色法，以1?g土24?h后生成葡萄糖的毫克數表示;土壤磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法，以1?g土24?h后催化底物產生的苯酚毫克數表示;土壤蛋白酶活性測定采用茚三酮比色法，以24?h后1?g土中NH2-N的毫克數表示;土壤過氧化氫酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法，以1?g土1?h內分解的過氧化氫毫克數表示;土壤多酚氧化酶活性測定采用鄰苯三酚比色法，以1?h后100?g土中紫色沒食子素的毫克數表示。

1.4.3?葉菜生長指標。

使用卷尺和游標卡尺測量葉菜的株高、莖粗和根長。不同處理各選取若干株洗凈根系，擦干，分別稱量地上部鮮重、地下部鮮重。然后將葉菜放入烘箱105?℃殺青15?min，再置于75?℃烘干至恒重，測定地上部干重、地下部干重。

1.4.4?葉綠素含量和根系活力。

各處理另選取長勢一致的作物，剪除葉脈，稱取0.2?g樣品，采用乙醇、丙酮混合浸泡比色法測定葉綠素含量[10]。清洗根系，剪碎稱取0.5?g根尖樣品，采用氯化三苯基四氯唑（TTC）比色法測定根系活力[11]。

1.5?數據處理

試驗數據經Microsoft?Excel?2013整理后使用Students?t?test（t檢驗）進行差異分析（P<0.05），使用Graphpad?Prism?5.0進行繪圖。

2?結果與分析

2.1?土壤基質調理劑對障礙土壤理化性狀的影響

試驗大棚土壤為弱酸性土壤，由表1可知，與對照相比，無論種植小白菜或生菜，土壤基質調理劑均增加土壤pH，分別提高0.34和0.23。C-T處理與C-CK處理在P<0.01水平上差異顯著，但L-T處理與L-CK處理無顯著差異。土壤基質調理劑也可明顯降低土壤EC值，C-T處理和L-T處理分別降低0.68、0.42?mS/cm，在P<0.01水平上均存在顯著差異。基質調理劑能夠增加土壤孔隙度，降低土壤容重，提高土壤含水量。C-T處理和L-T處理含水量分別增加62.62%、76.89%，但在統計學水平上并無顯著差異。基質調理劑對土壤有機碳也有較大的影響，C-T處理和L-T處理均顯著增加土壤有機碳含量，分別增加3.25、5.43?g/kg。

土壤基質調理劑可提升土壤養分，緩解土壤營養元素失衡問題，但在不同作物種植上也存在差異。C-T處理和L-T處理均增加了土壤全氮、全磷、全鉀含量，與C-CK相比，C-T處理分別增加0.07、0.14、0.09?g/kg。與L-CK相比，L-T處理分別增加0.25、0.45、0.80?g/kg。由于L-T處理全磷、全鉀含量標準偏差較大，并未表現出顯著差異。基質調理劑也可明顯增加土壤有效養分含量，供當茬作物吸收，C-T處理和L-T處理均表現出顯著差異。C-T處理速效氮含量、速效磷含量、速效鉀含量分別增加0.59、22.81、178.03?mg/kg。L-T處理速效氮含量、速效磷含量、速效鉀含量分別增加1.99、102.21、123.63?mg/kg。然而土壤基質調理劑對鈣鎂鈉等元素含量并無明顯影響，只有C-T處理顯著降低了鈣元素含量。

綜上，土壤基質調理劑可增加土壤pH，降低土壤EC，提升含水量和土壤養分，改善酸化鹽漬化土壤理化性狀。

2.2?土壤基質調理劑對障礙土壤酶活性的影響

由圖1可知，土壤基質調理劑對土壤酶活性表現出明顯的增加作用。基質調理劑顯著增加土壤脲酶活性，且L-T處理與L-CK處理在P<0.001水平上表現出極顯著差異。基質調理劑對土壤磷酸酶活性也表現出增加作用，雖與CK相比無顯著差異，但分別是CK的1.20和1.09倍。與眾多酶一致，基質調理劑處理土壤多酚氧化酶活性也顯著增加，與CK相比，在P<0.05水平上均表現出顯著增加。C-T處理和L-T處理與CK相比，土壤蔗糖酶活性、土壤蛋白酶活性和土壤過氧化氫酶活性雖均未表現出顯著差異，但均略有增加。

2.3?土壤基質調理劑對葉菜生長和產量的影響

由表2可知，基質調理劑對不同葉菜的生長有不同的影響，C-T處理和L-T處理與CK相比，株高、莖粗、根長、地上部干鮮重和地下部干鮮重等生長指標均增加，但C-T處理根長略有減少。C-T處理與C-CK相比，株高、莖粗、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重和地下部干重分別增加11.60%、14.72%、11.10%、26.56%、58.45%、17.54%。L-T處理與L-CK相比，株高、莖粗、根長、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重和地下部干重分別增加25.70%、44.93%、44.51%、59.43%、23.38%、101.07%、87.84%，且除莖粗外，在統計學上均存在顯著差異。同時，調理劑的應用增加了葉菜產量，C-T較C-CK（25?318.20?kg/hm2）增加5.49%，L-T較L-CK（12?067.14?kg/hm2）增加19.35%。L-T與L-CK相比，在P<0.05水平上顯著增加。

2.4?土壤基質調理劑對葉菜葉綠素含量和根系活力的影響

由圖2可知，基質調理劑可提高葉菜葉綠素含量和根系活力。C-T與C-CK相比，葉綠素含量和根系活力在P<0.05或P<0.01水平上均表現出顯著差異。葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和根系活力分別增加45.90%、57.58%、48.39%和29.96%。而L-T與L-CK相比，雖未有統計學上差異，但也分別增加了20.37%、12.50%、20.29%和11.45%。

2.5?土壤性狀與產量主成分分析

采用PCA分析，建立土壤性狀與葉菜產量二維排序圖（圖3）。對于小白菜，產量受土壤脲酶、多酚氧化酶、蛋白酶、磷酸酶、有機碳含量、土壤氮磷鉀元素含量正向影響，而土壤含水量對產量幾乎沒有影響。另外，過氧化氫酶，蔗糖酶、鈉元素含量及EC值對產量有負向影響。對于生菜而言，EC值明顯與產量負向相關。除EC外，土壤酶活性及元素含量均與產量呈正向相關。因此，土壤鹽分對葉菜產量具有明顯的負面影響。由此可知，土壤基質調理劑可通過降低土壤鹽分進而改善土壤生物學性狀。

3?結論與討論

秸稈還田有利于土壤含水量的提升[12]。在設施栽培中，生物炭的添加使土壤的飽和持水量和田間持水量、孔隙度增加[13]。因此，秸稈等有機材料具備一定的保水性能。該研究中，醋糟和菇渣土壤基質調理劑的添加表現出相似的作用，添加后與對照相比土壤含水量增加。由于設施中常年缺乏雨水淋洗及高溫蒸發，導致土壤養分在地表聚集，增加了土壤耕作層的鹽離子含量。然而，研究表明，醋糟覆蓋于鹽漬化土壤表層，可降低土壤電導率[14]。該研究得到了相似的結果，醋糟菇渣基質調理劑添加后電導率顯著下降。可能由于基質調理劑提高了土壤的保水性能，降低了土壤水分的蒸發，抑制了土壤離子在地表聚集，進而降低土壤的電導率。研究表明土壤鹽分對微生物群落有不利影響[15]，同時PCA分析表明EC對產量有明顯的負面影響。因此，基質調理劑可通過降低土壤電導率改善土壤的生物學性狀，減小鹽漬化對土壤的負面影響。在設施連作土壤中，由于大量生理酸性肥料和氮肥的加入，亦或微生物比例失調均會導致土壤酸化[16]。朱建華等[17]研究表明，復合肥的施用可不同程度地降低土壤pH，且土壤酸化隨時間的推移加劇。土壤酸化滋生病原菌真菌繁殖，Ca2+、Mg2+缺失，影響作物的品質和生長。該研究發現，基質調理劑的添加增加了pH，種植小白菜和生菜的土壤分別增加0.34、0.23個單位，有效緩解了設施土壤酸化。因此，基質調理劑緩解土壤酸化鹽漬化對設施葉菜生長具有積極影響。

同時，基質調理劑的添加增加了土壤養分含量，這與前人的研究結果一致。張霞等[18]研究表明有機培肥的使用提高了土壤有效養分含量，實現設施黃瓜高產。石曉宇等[19]研究發現當季施用生物炭可明顯增加土壤中有效養分含量，改善黃瓜品質。該研究中，種植小白菜的土壤添加基質調理劑后，有機碳含量、總氮磷鉀含量和有效氮磷鉀含量均顯著增加。種植生菜的土壤添加基質調理劑后，有效氮磷鉀含量極顯著增加。相比小白菜的土壤，生菜土壤與對照相比，增量更大，可能由于生菜在生長期中吸收養分相對小白菜較低。因此，基質調理劑含有的豐富營養能夠逐步釋放，補充土壤中的氮磷鉀，且肥效持續時間長，能夠有效改善設施土壤理化性狀促進作物生產。

在土壤養分充足的情況下，土壤養分不再作為限制作物生長的主要因素，土壤酶活性和土壤微生物狀況更能反映土壤的肥力狀況[20]。土壤酶是一類具有催化能力的生物活性物質，由微生物、動植物活體分泌及動植物殘體分解釋放于土壤中，可以直接反映土壤微生物群落和有效養分[21]。研究發現基質調理劑的添加顯著增加了生菜土壤中土壤脲酶活性。脲酶是一種水解酶，可催化尿素水解成二氧化碳和氨，提高有效氮含量，這與生菜土壤中堿解氮含量顯著提高一致。土壤蔗糖酶、土壤蛋白酶和土壤過氧化氫酶分別可以表征土壤中有機碳、氮含量及土壤抗氧化能力。與對照相比，添加基質調理劑后均略增加，但并未表現出明顯差異。添加基質調理劑的土壤磷酸酶分別為對照的1.20和1.09倍。磷酸酶通常用于評估有機磷的礦化[22]，與筆者觀察到磷酸酶和有效磷含量均顯著增加的結果一致。過氧化氫酶可以消除土壤中過氧化物和芳香族化合物對植株的毒害作用，過氧化氫酶在添加基質調理劑后均顯著增加，這表明基質調理劑可減輕長期葉菜種植的自毒作用。因此，基質調理劑不僅能夠增加土壤有效養分，而且能夠通過改善土壤微生態環境減輕連作對作物生長的危害。

研究表明生物有機肥等有機改良劑的使用均可提高作物的產量及品質[23-24]。醋糟菇渣基質調理劑的使用也有效促進了葉菜的生長，并提高了葉菜產量。與對照相比，種植小白菜和生菜分別增產5.94%和19.35%，表明基質調理劑的使用對生菜增產更為有效。基質調理劑的使用使得小白菜增產達1?389.58?kg/hm2，生菜增產達2?334.50?kg/hm2。若考慮小白菜和生菜市場單價分別為4和6元/kg，種植小白菜和生菜增收效益為5?558.32、14?006.70元/hm2。因此，基質調理劑的使用具有一定的經濟效益，可以提升葉菜產量使農民增收。

總之，醋糟和菇渣生物基質按體積3∶1混合形成土壤基質調理劑，施用390?m3/hm2不僅可以解決設施土壤酸化鹽漬化問題，還可以改善土壤生物化學環境，提升葉菜產量，增加經濟效益。該基質調理劑改良土壤、促進生菜生長增收更為有效。

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