定位化肥牛糞配施對設施蔬菜產量和土壤肥力的影響

張 濤，劉勇鵬，朱廣權，張 嬋，張 亞，姚秋菊，孫治強*

（1.河南農業(yè)大學園藝學院，河南 鄭州 450002；2.河南省農業(yè)科學院園藝研究所，河南 鄭州 450002；3.漯河市農業(yè)科學院，河南 漯河 462000）

我國人口眾多，耕地資源相對匱乏，設施蔬菜栽培是實現高度利用耕地資源的長期選擇［1］。近年來，我國以蔬菜為栽培主體的設施園藝發(fā)展迅速，據相關調查研究發(fā)現，2016年我國蔬菜栽培生產總面積約為2548.8萬hm2，總產值超過2萬億人民幣，其中設施蔬菜栽培生產面積為391萬hm2，其栽培生產產值約為1.254萬億人民幣，占蔬菜栽培生產總產值的62.7%［2］。同時據相關學者調查可知，我國的設施蔬菜栽培面積也在以每年約10%的速度快速增長［3］。然而在設施蔬菜栽培生產過程中，由于長期施肥方式的不合理及化肥施用量的逐年增加，使肥料利用率下降、栽培地塊理化性質變差及土壤微生態(tài)環(huán)境失衡，嚴重影響了蔬菜的產量和品質［4-5］。研究表明，有機無機肥配施可以取長補短，緩解大量施用化肥對環(huán)境造成的壓力，明顯提升土壤微生物活性、改善土壤性狀、提高作物產量和品質［6-8］。

河南是養(yǎng)牛大省，牛糞資源豐富，因牛糞中有機質及作物生長所需的營養(yǎng)元素N、P、K等較豐富，是河南省優(yōu)質的有機肥源［9］。河南省也是設施蔬菜栽培大省，栽培生產過程中普遍存在長期及過量施用化肥現象，嚴重影響了河南省設施蔬菜產業(yè)的健康發(fā)展［10］。因此，本文通過研究定位化肥配施牛糞肥對設施辣椒產量和土壤肥力的影響，旨在為河南地區(qū)發(fā)展設施優(yōu)質蔬菜以及化肥減施提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在周口市扶溝縣河南農業(yè)大學扶溝蔬菜研究院（36°1′42″N，114°56′25″E）塑料大棚中進行。該區(qū)域屬暖溫帶大陸性季風氣候，光照充足，年均日照2113.1 h，年降水量611.4 mm，年平均氣溫14.4℃，無霜期215 d。土壤類型為次生黃土，供試塑料大棚土壤肥力狀況見表1。

表1 試驗塑料大棚土壤基本性狀

1.2 茬次安排及作物品種

田間試驗于2017年3月初開始，到2018年12月下旬結束，共進行2年4茬大棚蔬菜牛糞作為底肥替代化肥的底肥定位試驗，栽培作物為“黃瓜-辣椒-黃瓜-辣椒”。第1茬（春茬）大棚黃瓜栽培時間為2017-03-09至2017-06-26，供試品種為“寒育六號”；第2茬（秋茬）大棚辣椒栽培時間為2017-08-02至2017-12-20，辣椒供試品種為“新金典808”；第3茬（春茬）大棚黃瓜栽培時間為2018-03-06至2018-06-30，供試品種為“津典208”；第4茬（秋茬）大棚辣椒栽培時間為2018-08-05至2018-12-22，供試品種為“新金典808”。

1.3 供試肥料

生物有機肥（發(fā)酵牛糞：有機質47.2%，N 2.06%，P2O52.22%，K2O 1.87%）；復合肥（硫酸鉀型，N-P2O5-K2O=15-15-15）；微量元素肥料（Ca≥10.0%，Mg≥6.0%，S≥5.0%，Zn≥3.0%，Fe≥2.0%，Mn≥1.5%，B≥1.0%，Cu≥0.3%）；功能性肥料為聚合型三維全價復混肥料（硫酸鉀型，N-P2O5-K2O=14-5-19，內含枯草芽孢桿菌高效活性體≥800萬/g，有機質≥6%，腐植酸≥4%）。

1.4 試驗設計

依據試驗區(qū)當地普遍底肥施用量［有機肥15000～45000 kg/hm2，復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）1500～2250 kg/hm2，微 量 元 素 肥20～30 kg/hm2，功能性肥料300～600 kg/hm2］的施肥經驗以及種植條件為參考，試驗設置對照（CK，單施復合肥2250 kg/hm2）、低（L，66.7% CK+有機肥30000 kg/hm2）、中（M，33.3% CK+有機肥45000 kg/hm2）及高（H，單施有機肥60000 kg/hm2）4個不同化肥減量配施有機肥底肥施肥處理，在此基礎上功能性肥料使用量及微量元素肥保持不變，每處理設3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積為50 m2，相鄰小區(qū)間設置2行保護行，連續(xù)兩年4次底肥使用保持一致。試驗各處理底肥肥料使用種類及用量見表2。此外，為了保證試驗的一致性，各處理所使用的追肥種類及數量均一致，其他栽培管理措施也均保持一致。

表2 各處理連續(xù)兩年4次肥料底肥使用種類及施用量 （kg/hm2）

1.5 測定內容及方法

1.5.1 測定內容

2年4茬蔬菜拉秧后0～20 cm層土壤的肥力指標（全氮、有效磷、速效鉀及有機質）。第4茬辣椒施肥前、施肥后30 d、施肥后80 d及施肥后120 d 辣椒根系土壤微生物指標（細菌、真菌及放線菌）；第3茬黃瓜和第4茬辣椒總產量及品質指標（維生素C、可溶性糖及可溶性蛋白含量）。

1.5.2 土壤養(yǎng)分指標測定

土樣通過取土器采用五點取樣法獲得，自然風干后用粉碎機打碎裝袋保存。土壤pH采用電位法；全氮的測定采用半微量凱氏法；土壤有效磷測定采用碳酸氫鈉法；土壤速效鉀測定采用醋酸銨火焰光度法；土壤有機質測定采用重鉻酸鉀容量法［11］。

1.5.3 土壤微生物指標測定

土壤中細菌、真菌及放線菌的測定均采用稀釋平板法測量［12］。

細菌和真菌的數量測定：將自田間所取新鮮土樣過0.25 mm篩，稱取1 g于干凈三角瓶中，并加100 mL無菌水于震蕩機上充分震蕩，然后采用梯度稀釋法制成一系列的土壤稀釋溶液；真菌用PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)，細菌采用TSA培養(yǎng)基培養(yǎng)，細菌接菌后在28℃培養(yǎng)箱中大概需要培養(yǎng)2～3 d，真菌接菌后在28℃培養(yǎng)箱中大概需要培養(yǎng)4～5 d。

放線菌的測定：用自然風干的土樣過0.25 mm篩，稱取1 g于干凈三角瓶中，并加100 mL無菌水于震蕩機上充分震蕩，然后采用梯度稀釋法制成一系列的土壤稀釋溶液，用AIA培養(yǎng)基培養(yǎng)，放線菌接菌后在 28℃ 培養(yǎng)箱中大概需要培養(yǎng)6～7 d。

1.5.4 黃瓜、辣椒產量及品質指標測定

產量：從收獲日起累計記錄各處理小區(qū)產量，最后折合總產量，并折算出相應的公頃產量。

品質：在果實成熟盛期，各處理按五點取樣法隨機取15個成熟果實進行測定。維生素C的測定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法；可溶性糖的測定采用蒽酮比色法；可溶性蛋白的測定采用考馬斯亮藍G-250法［13］。

1.6 數據處理

試驗數據采用 Excel 2013進行數據處理、繪圖；采用 SPSS 17.0 軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜土壤全氮含量的影響

由表3可知，0～20 cm土壤的全氮含量，在第1茬黃瓜拉秧后，各處理間差異不顯著；當第2茬辣椒拉秧及第3茬黃瓜拉秧后，完全施用有機肥（H）土壤全氮含量均顯著高于單施化肥（CK）；當第4茬辣椒拉秧后，此時各處理表層土壤全氮含量的大小關系為：H（1.57 g/kg）＞M（1.43 g/kg）＞L（1.30 g/kg）＞CK（1.07 g/kg），且各處理間均存在顯著性差異。整體分析可得，隨著化肥減量配施有機肥比例的增加，土壤表層全氮含量也呈上升趨勢，且隨著定位試驗栽培茬次的增多差異越顯著。

表3 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜土壤全氮含量的影響 （g/kg）

2.2 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜土壤有效磷含量的影響

兩年4茬蔬菜拉秧后0～20 cm土層土壤有效磷含量呈現季節(jié)性動態(tài)變化，單施化肥均顯著低于其他處理（表4）。在第1茬黃瓜拉秧后，各處理表層土壤有效磷含量由高到低依次為H（72.10 mg/kg）＞M（61.74 mg/kg）＞L（59.24 mg/kg）＞CK（44.88 mg/kg）。與CK相比，在第2茬辣椒和第3茬黃瓜拉秧后，L、M及H處理中土壤有效磷含量分別增加了63.91%、83.03%、223.48%和83.19%、62.10%、228.02%，且H處理與L、M處理間存在顯著差異。在第4茬辣椒拉秧后，各處理的表層土壤有效磷含量均達到最大值且相互之間差異顯著，含量由高到低依次為H（210.86 mg/kg）＞M（170.18 mg/kg）＞L（148.22 mg/kg）＞CK（75.36 mg/kg）。由此可見，化肥減量配施有機肥可以顯著提高表層土壤有效磷含量，且隨著蔬菜栽培茬次數量的增加而增大差異。

表4 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜土壤有效磷含量的影響 （mg/kg）

2.3 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜土壤速效鉀含量的影響

由表5分析可得，0～20 cm土層土壤的速效鉀含量，隨著栽培茬次的增加，單施化肥（CK）和單施有機肥（H）速效鉀含量呈現遞減趨勢，而L和M處理呈現季節(jié)性動態(tài)變化。在第2茬辣椒拉秧后，與CK相比，L、M及H處理中土壤速效鉀含量顯著提高，分別增加了32.96%、38.24%、31.77%。在第3茬黃瓜拉秧后，M處理下土壤速效鉀含量最高（370.15 mg/kg），為對照的1.70倍，顯著高于其他處理。在第4茬辣椒拉秧后，各處理的土壤速效鉀含量由高到低依次為M（310.37 mg/kg）＞L（290.13 mg/kg）＞H（250.13 mg/kg）＞CK（178.35 mg/kg）。綜合分析可得，化肥減量配施牛糞對表層土壤速效鉀含量有明顯的影響，以M處理含量最高，L處理次之。在提高表層土壤速效鉀含量方面，配施有機肥效果比完全施用有機肥更優(yōu)，可能是牛糞含量過高，導致土壤中微生物對鉀元素的消耗量增加，也可能是增加了有機質的含量進而促進設施蔬菜對鉀元素的吸收。

表5 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜土壤速效鉀含量的影響 （mg/kg）

2.4 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜土壤有機質含量的影響

由表6可得，在第1茬黃瓜拉秧后，各處理表層土壤（0～20 cm）有機質含量，除對照顯著降低外，配施有機肥的各處理幾乎無差異。在第2茬辣椒拉秧后，各處理表層土壤有機質含量由高到低依次為H（29.29 g/kg）＞M（27.93 g/kg）＞L（27.78 g/kg）＞CK（23.67 g/kg）。與CK相比，第3茬黃瓜拉秧后，L、M及H處理中土壤有機質含量分別增加了25.57%、23.21%和35.75%。在第4茬辣椒拉秧后，配施有機肥的各處理表層土壤有機質含量均達到最大值，L、M及H處理分別比CK提高了8.63 、9.58及11.10 g/kg。綜合分析可得，化肥減量配施牛糞可顯著提高表層土壤有機質含量，L（化肥減量33.33%）及M（化肥減量66.67%）處理之間土壤有機質含量基本無差異，并且隨著定位試驗栽培茬次的增加呈現上升趨勢，而單施化肥處理下有機質含量大體上呈下降趨勢，因此在長年設施蔬菜栽培中底肥配施有機肥有利于保證大棚蔬菜土壤有機質含量。

表6 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜土壤有機質含量的影響 （g/kg）

2.5 定位化肥牛糞配施對第4茬設施辣椒根系土壤微生物的影響

由圖1分析可得，通過此前連續(xù)3茬的定位底肥試驗，各處理間土壤微生物已有顯著差異。在辣椒栽培施肥前，細菌數量大小關系為H＞L＞M＞CK，真菌數量大小關系為CK＞H＞M＞L，放線菌數量大小關系為M＞H＞L＞CK。辣椒栽培施底肥30 d時，L、M及H處理中細菌含量比CK分別高35.91%、67.62%和73.89%；真菌含量CK比L、M及H處理分別高34.87%、9.71%及14.19%；放線菌含量較施肥前，L、M及H處理均有明顯增加，CK無變化。辣椒栽培施底肥80 d時，就細菌而言，L、M處理中細菌含量顯著高于CK，顯著低于H處理，L、M處理間無顯著差異；就真菌數量而言，CK含量高，L、M及H處理土壤真菌含量比CK分別低了35.68%、38.22%及22.88%；就放線菌而言，較施肥前，CK放線菌數量增加了42.48%，而L、M及H處理分別增加了121.26%、108.12%及99.95%。辣椒栽培施底肥120 d時，細菌數量仍以H處理中數量最高，CK最低，且達到顯著水平；真菌數量CK顯著高于L和M處理，M和H處理顯著高于L處理，放線菌數量大小關系為M＞H＞L＞CK。整體而言，3種類型的微生物大小關系與施肥前一致，但隨著定位試驗茬次的增多，各處理間顯著性發(fā)生變化，即優(yōu)劣效果越來越明顯，其中以H處理辣椒根系細菌含量最高；以L處理真菌含量最高；放線菌數量以M處理含量最高。

2.6 定位化肥牛糞配施對設施蔬菜產量及品質的影響

由表7可得，在第1茬黃瓜栽培中，M處理較CK增產幅度最大，為1.38%，H處理卻低于CK，且各處理之間無顯著性差異。在品質指標上，各處理維生素C含量較CK相比，均有不同程度的增加，其中以M處理最高（12.18 mg/100 g）；可溶性糖及可溶性蛋白含量也均以M處理最高；在第2茬辣椒栽培中，與對照單施化肥相比，以M處理增產最大，但單個處理間均未達到顯著水平。綜合維生素C、可溶性蛋白及可溶性糖含量品質指標，均以M處理最優(yōu)。在第3茬黃瓜栽培中，配施牛糞L、M及H處理比與單施化肥（CK）分別增產4.67%、4.12%及1.06%；在黃瓜品質指標中，維生素C含量由高到低依次為M＞L＞H＞CK，L、M與H和CK間存在顯著性差異；此外與CK相比，各處理均提高了黃瓜果實中的可溶性糖含量，具體數值為19.78%、11.72%及31.21%，以H處理中可溶性糖含量最高；在果實可溶性蛋白含量上，各處理間無顯著差異，其中以M處理最高，CK處理最低。在第4茬辣椒栽培產量上，與僅施化肥相比，不同比例化肥減量配施有機肥均可提高塑料大棚栽培辣椒產量，相比CK增產1784.24～7075.02 kg/hm2，其中M處理產量最高，增產7075 kg/hm2，且顯著高于H、CK處理。在對辣椒果實品質影響上，有機肥料替代化肥均能夠明顯提高辣椒的品質。M處理下辣椒的維生素C和可溶性蛋白含量最高，且維生素C含量顯著高于CK處理，比CK提高33.52%；H處理下辣椒的可溶性糖含量最高（1.07%）。綜合分析黃瓜及辣椒產量品質，與CK相比，以M處理下品質最優(yōu)，顯著性最強。

表7 不同施肥處理下對兩年4茬大棚蔬菜產量及品質的影響

3 結論與討論

試驗通過對兩年4茬設施蔬菜拉秧后土壤基礎肥力、生態(tài)環(huán)境及作物產量、品質等相關指標測定，綜合試驗分析可得：土壤肥力隨著化肥減量配施有機肥比例以及栽培年限的增加，各處理表層土壤（0～20 cm）全氮和有效磷含量差異逐漸明顯，整體以H（牛糞完全替代化肥）處理有效磷含量最高；單施化肥（CK）和H處理下表層土壤速效鉀含量隨著栽培茬次的增加呈現遞減趨勢，整體以M處理含量最高，為CK的1.70倍，顯著高于其他處理；單施化肥處理下土壤有機質含量有下降趨勢，配施牛糞作為底肥顯著提升其含量，而且隨著栽培茬次的增加呈現上升趨勢。在辣椒（第4茬）根際土壤微生物相關指標上，隨著化肥減量配施有機肥比例的增加，辣椒根系土壤細菌、放線菌含量在不斷增加，根系真菌含量先增加后減小；其中根系細菌以H處理下含量最高，根際真菌以L處理下含量最高，放線菌數量以M處理下含量最高。在第1茬黃瓜產量上，M處理較CK增產幅度最大，為1.38%；在第2茬辣椒產量上，以M處理增產最大，各個處理間差異不顯著；在第3茬黃瓜栽培中，配施牛糞的L、M及H處理比單施化肥分別增產4.67%、4.12%及1.06%，以L處理產量最高；在第4茬辣椒栽培產量上，以M處理產量最高，增產量為7075.02 kg/hm2，且顯著高于L、H處理；就4茬蔬菜整體產量而言，以M處理增產效果最好。在第1茬黃瓜品質指標上，配施有機肥處理下的維生素C含量較CK相比均有不同程度的增加，且維生素C、可溶性糖及可溶性蛋白含量均以M處理最高；在第2茬辣椒品質指標上，綜合維生素C、可溶性蛋白及可溶性糖含量品質指標，均以M處理最優(yōu)；在第3茬黃瓜品質指標上，維生素C含量由高到低依次為M＞L＞H＞CK，配施有機肥處理均提高了黃瓜果實中的可溶性糖含量，以完全施用有機肥處理中可溶性糖含量最高；在第4茬辣椒指標品質上，M處理辣椒的維生素C和可溶性蛋白含量最高，且維生素C含量顯著高于CK處理，H處理辣椒的可溶性糖含量最高，整體以M處理品質最優(yōu)。

土壤全氮含量處于動態(tài)變化之中，它的消長取決于氮積累和消耗的相對多寡，特別是取決于土壤有機質的生物積累和水解作用［14］。此外，土壤中速效養(yǎng)分能夠直接被作物吸收利用，是作物獲得高產的保證，其含量的高低是土壤養(yǎng)分供給的強度指標［15］。本研究發(fā)現，與單施化肥（CK）相比，配施有機肥（牛糞）作為底肥可提高栽培土壤有機質、全氮及有效磷含量，與宋建群［16］通過對煙草化肥減量配施不同有機肥對土壤肥力影響的結果基本一致，同時與張運龍［17］化肥減量配施有機肥在小麥、玉米大田研究中可提高土壤全氮、有效磷、速效鉀及有機質含量，有效改良土壤結構，提高土壤肥力的研究結果一致。此外，本研究結果還發(fā)現，化肥減量配施有機肥處理比完全施用有機肥更有利于提高表層土壤速效鉀含量，可能是牛糞用量過高，導致土壤中微生物對鉀元素的消耗量增加，也可能是大量的有機質促進設施蔬菜對鉀元素的吸收等。不同施肥處理對作物根系土壤微生物菌落有顯著影響，與CK相比，化肥配施有機肥可以提高作物根系土壤細菌和放線菌數量，降低真菌數量，與姜蓉等［18］化肥配施有機肥，可提高菊花土壤中放線菌及真菌數量的研究結果一致，與李姣等［19］不同生物有機肥與煙草專用復合肥配施對烤煙根際土壤微生物的影響研究結果基本一致。

有機肥與化肥合理配施可獲得更好的經濟效益，本研究發(fā)現有機肥與化肥配施（L、M）處理可提高栽培蔬菜中維生素C及可溶性糖含量，同時發(fā)現M處理對大棚辣椒產量提升效果最好，可能是該處理下顯著增加了土壤放線菌的數量，對根系生長有顯著的促進作用，進而增加作物產量［20］，與段永華等［21］化肥減量配施生物肥對白菜產量及品質的影響研究結果基本一致，與崔紅艷［22］研究配施有機肥能夠促進胡麻生長，提高胡麻產量的結果一致。受灌溉、追肥的種類和頻繁程度及土壤中細菌、真菌、放線菌等微生物數量、生理代謝等方面的影響，土壤中肥力也呈現不同的變化［23］，因此合理配施有機肥的技術也將成為設施蔬菜栽培綠色、可持續(xù)發(fā)展的必然要求，也將是未來設施蔬菜栽培發(fā)展研究的重中之重。