強還原處理對青菜連作土壤理化性質及產量的影響

葉偉芬， 陸曉林， 姚燕來， 王衛平， 朱為靜*

(1.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.杭州宇航夢園農業科技有限公司，浙江 杭州 311116)

青菜營養豐富，生長期短，適應性強，深受種植戶和消費者喜愛[1]。近年來，隨著設施青菜種植面積不斷擴大、耕作強度不斷增加以及輪作困難，導致青菜復種指數偏高，連作障礙越發顯現，嚴重影響了青菜的產量和品質。研究[2]表明，連作障礙造成的經濟作物減產一般在25%以上，重者可導致絕收。因此，連作障礙已經成為多數經濟作物種植產業可持續發展的瓶頸問題。

引起青菜連作障礙的因子較多，究其根本在于根際土壤微生態失衡[3]，具體表現為土壤結構遭到破壞、物理性質惡化、土壤養分失衡以及病原菌數量激增[4]。現階段，消減青菜連作障礙的主要途徑包括農業防治、物理防治、化學防治、培育抗病品種以及生物防治。農業防治如輪作、間作和套作，雖具有一定的防治效果，但往往受到農作物生長習性以及當地土地資源和耕作習慣的限制[5]；物理防治如土壤暴曬，不但操作復雜，氣候條件限制性大，而且效果欠佳[6]；有機溴化物等化學藥劑可以高效抑殺病原菌，但也會破壞臭氧層[7]；抗性品種選育是防治土傳病原菌侵染發病的經濟有效的措施，但選育品種的抗性難以持久[8]；外源添加生防菌等生物防治需要適應障礙土壤環境，見效慢，防效不穩定[6]。因此，青菜連作障礙防控仍缺乏有效的方法。

多年來，發展可行的替代方法或技術來克服連作障礙已成為研究的熱點。21世紀初，國內外學者使用強還原處理法(reductive soil disinfestation，RSD)來防治土傳病害[9-11]。該方法通過在土壤中添加易分解的有機物料、灌溉淹水、上覆不透氣塑料薄膜密封3～4周，從而快速殺滅土傳病原菌，改善土壤性狀，重建土壤微生物區系，操作簡便，不耽誤農時[5]。但目前有關此類方法的田間研究主要集中在西瓜[7]、辣椒[11]和黃瓜[12]等經濟作物上，在葉類蔬菜連作障礙防控上尚未見報道。

青菜綠色高效生產的前提是菜地土壤營養豐富，理化性質優良[13]。設施青菜生產中，土壤理化性質對青菜的產量和品質有很大的影響，通過施用土壤調理劑或采用有效的土壤修復技術，使設施菜地土壤得以改善，提高青菜產量和品質，對設施蔬菜的可持續發展有重要意義。本研究旨在探明RSD和其他土壤處理對青菜連作障礙的防控效果及其作用機理，選擇連作超過6 a的青菜種植設施大棚進行試驗，以期為改善青菜連作土壤性質、促進青菜增產和防控青菜連作障礙提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗種植青菜品種為金品一夏青梗菜，采用人工育苗移栽方式種植。2020年9月26日播種，2020年10月30日采收。供試熏蒸劑為棉隆(有效成分含量98%，劑型為微粒劑)，由南通施壯化工有限公司生產。供試調理劑為：吉吉彩土壤調理劑(CaO含量≥45，pH 8.5～10.5)，由蘭溪吉吉彩肥業有限公司生產；田師傅土壤調理劑(CaO含量≥25%，MgO含量≥7%，pH 10～12)，由廣東大眾農業科技股份有限公司生產。供試強還原修復劑為蠶砂(有機碳含量為45.30%，總氮含量為2.50%，總磷含量為0.68%，總鉀含量為2.74%)，由浙江省農業科學院研制。

1.2 試驗地點

試驗地點位于杭州市余杭區徑山鎮宇航夢園農業科技有限公司基地內的蔬菜大棚。該蔬菜基地經過6 a不間斷復種青菜，耕作土壤已出現嚴重的酸化、次生鹽漬化及有機質含量低等問題，青菜土傳病害高發，嚴重影響到青菜的產量。

1.3 處理設計

試驗區土壤pH 5.38，有機質含量為16.4 g·kg-1，堿解氮含量為110 mg·kg-1，有效磷含量為142 mg·kg-1，速效鉀含量為207 mg·kg-1。

采用隨機區組布置試驗小區，小區面積為320 m2(8 m×40 m)，共設置5個處理(3次重復)。空白對照(CK)，除密閉大棚外不采取任何措施；棉隆處理(ML)，將棉隆按照每小區10 kg的用量并配施490 kg有機肥共同均勻撒施畦面翻耕入土，灌水至最大飽和含水率后，覆膜蓋嚴，悶棚處理15 d；土壤調理劑處理，分別為吉吉彩土壤調理劑處理(JJC)和田師傅土壤調理劑處理(TSF)，均按照每小區30 kg的用量并配施470 kg有機肥共同均勻撒施，隨后翻耕播種；強還原處理(RSD)，將地上部分雜物清理干凈后，用旋耕機將土壤旋耕疏松，旋耕深度達到20 cm以上，然后按照每小區500 kg的用量在土壤表面均勻撒施強還原修復劑，再用旋耕機將修復劑翻入土壤耕層混勻，灌水至最大飽和含水率后，土壤覆膜蓋嚴，悶棚處理15 d。處理期間，氣溫在28～38 ℃。處理結束后排水揭膜，土干后旋耕播種。播種青菜前一次性施用35%復合肥7.5 kg。青菜成熟后，采收期間每個小區采摘的青菜均單獨稱重，并記錄產量。

1.4 樣品采集和土壤理化性質測定

按照多點采樣法[14]采集各處理青菜采收期的土壤樣品，分析測定土壤理化性質。土壤pH和電導率(EC)按照土水體積質量比1∶2.5進行浸提[7]，分別采用pH計(型號為PB-30L)和電導率儀(型號為DDSJ-308F)進行測定。土壤自然風干后，磨細過篩待用。有機質含量的測定采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮含量的測定采用堿解擴散法，有效磷含量的測定采用氟化銨-鹽酸浸提鉬銻抗比色法，速效鉀含量的測定采用火焰光度法。具體參照《土壤農化分析》中的測定方法[15]。

1.5 數據處理與統計分析

使用Excel 2010、SPSS 17.0和Origin pro 2017c軟件進行數據處理、方差分析(one-way ANOVA)并作圖。使用Pearson相關性分析檢驗土壤理化性質與青菜產量之間的相關性。不同數據組間差異顯著性采用Tukey法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤pH、EC和有機質含量的影響

不同處理土壤的pH、EC含量和有機質含量如圖1所示。由圖1可知，CK土壤pH為5.33。與CK相比，JJC、TSF和RSD3組處理土壤pH均顯著升高，分別為5.96、5.91和6.33；而ML處理土壤pH與對照相比無顯著差異。CK土壤EC為375.67 μS·cm-1。與CK相比，ML、TSF和JJC處理土壤EC略有上升，而RSD處理的EC略有下降，但各處理間EC無顯著差異。CK土壤有機質含量為24.4 g·kg-1，ML處理顯著降低了土壤有機質含量，僅為23.1 g·kg-1；而JJC、TSF和RSD處理均提高了土壤有機質含量，其中RSD處理有機質的提升最為顯著。

柱間無相同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；圖2～3同。

2.2 不同處理對土壤速效養分含量的影響

不同處理土壤速效養分含量如圖2所示。由圖2可知，ML、JJC和TSF3處理組土壤堿解氮含量略高于CK，而RSD處理組土壤堿解氮含量低于CK，僅為128.00 mg·kg-1，但各處理間差異未達顯著水平。CK土壤有效磷含量為253.33 mg·kg-1，其他4組處理土壤有效磷含量均低于CK，且RSD的土壤有效磷含量最低，僅為178.67 mg·kg-1，但各處理間差異未達顯著水平。與有效磷情況類似，4組處理土壤速效鉀含量均低于CK，其中TSF土壤速效鉀含量最低，僅為126.40 mg·kg-1。總體上，堿解氮、有效磷和速效鉀含量在各處理組和對照組間無顯著性差異。

圖2 不同處理對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的影響

2.3 不同處理對青菜產量的影響

不同處理的青菜產量如圖3所示，每667 m2CK平均產量為1 448.22 kg，而ML、JJC和TSF3組處理的每667 m2平均產量略高于對照，分別為1 467.12、1 540.21和1 520.76 kg。方差分析結果顯示，這3組處理間青菜產量無顯著性差異。值得注意的是，RSD處理青菜每667 m2平均產量高達1 674.61 kg，相比于CK顯著提高。

圖3 不同處理對青菜產量的影響

2.4 不同處理土壤理化性質與青菜產量間的相關性分析

相關性分析結果顯示，青菜產量與土壤pH(0.70**)和有機質含量(0.63*)分別呈極顯著和顯著正相關關系，即RSD處理土壤青菜產量的顯著增加與土壤酸化的改善和土壤肥力的增加有關。

3 小結與討論

連作障礙是指在正常的栽培和管理條件下，在同一個地塊連續多年種植同一種或同一科作物所引起的生長勢弱、產量下降、品質變劣、病蟲害滋生及生育狀況變差的現象[4,11]。本研究中，試驗地常年復種青菜，表層土壤pH 5.38，表明試驗地土壤酸化程度較高。pH值是土壤的基本性質之一，直接影響著土壤養分的存在形態、轉化和有效性，是影響土壤肥力的重要因素[16]。研究[17]表明，多數營養元素的最佳利用pH在6.0～8.0，當pH小于5.5時，土壤養分的有效性顯著降低，而且利于病原微生物的生長[3]，進而導致植物的生長受到抑制[16]。本試驗中，2種土壤調理劑和RSD均能顯著提高土壤pH值，其中RSD對土壤pH的改良效果最為顯著。土壤調理劑對pH的提升作用可能與其本身具有較高的pH有一定的關系[18]。而以蠶砂作為修復劑的RSD處理能顯著提升pH至6.33，究其原因，一方面可能與蠶砂本身具有較高的pH有關，另一方面，RSD通過采用淹水并加入大量有機質，短時間內創造強烈的土壤還原環境，使土壤中積累的硝態氮和硫酸根等離子還原成N2或H2S等氣體[19-20]。因此，與其他處理相比，RSD能顯著提升土壤pH和有效降低土壤EC值，減輕連作障礙土壤酸化和鹽漬化問題。

土壤有機質是土壤固相部分重要的組成成分，其含量的變化直接反映土壤肥力水平[11]。本研究表明，RSD處理能顯著提升土壤有機質含量，2種調理劑配施有機肥對土壤有機質含量無顯著影響，而棉隆處理反而降低了土壤有機質。棉隆作為一種新型的化學殺菌劑，可以用于防控土傳真菌病害[21-23]。但是，本研究結果表明，棉隆處理顯著降低了土壤有機質含量，這與前人[24]的研究結果類似，原因可能在于棉隆大幅降低了土壤微生物數量和酶活，并最終導致有機質含量下降。而RSD處理過程中，添加的有機物料經高溫腐解轉化生成有機質，可以改善土壤物理結構，有利于土壤透水、透氣及青菜根系的生長[25]。同時，相關性分析結果表明，青菜產量與pH和有機質含量顯著正相關，因此本試驗中RSD處理青菜產量最高。這些結果與郭樹根等[11,26]研究結果一致。

綜上所述，相比于棉隆和土壤調理劑等處理方法，強還原處理是解決青菜連作障礙的較優措施。未來的工作將進一步研究強還原處理對設施土壤障礙因子消除的相關機制，以期為強還原法在防治設施蔬菜連作障礙的應用推廣方面提供理論支撐。