不同有機肥配施土壤調理劑對黃瓜連作土壤碳氮及酶活性的影響

摘要： 針對設施農業黃瓜連作障礙問題，2020—2023年， 通過田間定位試驗，設置單施化肥（CK）、化肥減量20%+ 生物有機肥（SB）、化肥減量20%+微生物菌肥、化肥減量40%+生物有機肥+土壤調理劑、化肥減量40%+微生物菌肥+土壤調理劑（SMC）5個處理，研究化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和土壤調理劑對土壤理化性質、物理結構以及酶活性的改良效果，結合典型相關分析以及冗余分析結果，探討不同施肥處理條件下土壤酶活性與土壤碳氮及物理結構之間的關系。結果表明，與單施化肥相比，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥或增施土壤調理劑均能夠提高土壤碳氮、速效養分含量、pH值、酶活性以及土壤總孔隙度，降低土壤容重。而與化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥不施土壤調理劑處理相比，增施土壤調理劑能夠顯著提高土壤有機碳、全氮、堿解氮以及微生物量碳含量，明顯提高土壤酶活性以及土壤總孔隙度，降低土壤容重。相關分析結果表明，土壤酶活性變化與土壤碳氮變化之間密切相關，但不同酶活性變化與碳氮指標間的關系有強有弱。冗余分析結果表明，土壤脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶以及蔗糖酶與土壤空隙度呈正相關關系，與土壤容重呈負相關關系，且空間分散處理點說明土壤酶活性對不同施肥措施條件產生不同的響應。由此可知，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和土壤調理劑能夠提高土壤肥力以及酶活性，改善土壤結構。

關鍵詞： 黃瓜；有機肥；土壤調理劑；土壤碳氮；養分；酶活性

中圖分類號：S642.206；S156.2 "文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）01-0225-07

近年來，隨著人們對蔬菜安全和供應時間要求的不斷提高，設施農業成為蔬菜專業化和規模化快速發展的重要載體［1-2］。黃瓜是我國設施農業栽培的重要蔬菜作物，受地域性氣候因素影響，日光溫室種植是我國北方地區春季黃瓜種植的主要模式［3-4］。然而，由于日光溫室種植模式單一，且復種指數較高，常年集約化生產雖然能夠解決黃瓜周年供應問題，但也給黃瓜生產帶來一系列的連作障礙問題［5-6］。有研究表明，黃瓜多年連作種植，不僅使得黃瓜生長不良、病蟲害頻發、產量及品質降低，還會造成土壤酸化、次生鹽漬化以及土傳病蟲害加重、養分失衡、土壤活性降低等問題［7-9］。目前，大多數農戶主要通過大量施肥施藥解決黃瓜連作障礙問題，但是這樣不僅造成經濟投入增加、效益下降，土壤持續化生產能力降低，還嚴重影響了蔬菜安全和生態環境保護等。因此，如何安全有效地解決黃瓜連作障礙問題對我國農業持續化發展有一定的促進意義。吳鳳芝等研究發現，與黃瓜連作處理相比，輪作能夠明顯提高土壤養分含量，改良土壤pH值，有利于促進黃瓜生長發育［10］；王榮等研究發現，增施有機肥能夠提高土壤速效養分及有機質含量，降低土壤pH值，促進黃瓜生長發育，有利于提高黃瓜產量及品質［11］。輪作倒茬所需時間較久，不利于在現有設施農業的基礎上保障黃瓜的周年供應，優化施肥改良黃瓜連作障礙問題更具有生產意義。

外源有機肥是土壤增加有機碳含量的重要來源，因其具有較多的疏松多孔結構，施入土壤中能夠促進土壤團聚體形成，有利于提高土壤通風透氣，且不同類別有機肥含有特定的微生物菌群，施入土壤中能夠提高土壤某種有益微生物的比例，進而提高土壤活性［12-14］。有研究表明，無機肥與有機肥配施能夠改良土壤質量，提高土壤酶活性以及微生物功能多樣性，降低土傳病蟲害發生［15-18］。土壤調理劑是指用于修復土壤物理結構，提高土壤肥力及活性的新型肥料，相比傳統土壤改良方式，施用土壤調理劑具有高效、經濟的優勢［19-20］。有研究表明，增施土壤調理劑能夠提高土壤滲透性，降低土壤容重以及表層鹽含量，有利于促進作物對養分的吸收與利用，進而提高肥料利用率［21-22］。目前，有機肥配施土壤調理劑在改良黃瓜連作土壤上的應用未見明確可行性報道，且不同種類有機肥含有的功能不同。因此，本研究在化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥的基礎上增施土壤調理劑，探究不同處理條件下土壤碳氮及速效養分含量、酶活性、容重及孔隙度的變化特點，以期為改良黃瓜連作土壤質量，提高土壤持續性生產能力提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年8月至2023年5月在商丘職業技術學院試驗基地溫室大棚內進行。該大棚長 60 m， 寬8 m，大棚脊高3 m，塑料膜為普通聚烯烴（PO）大棚膜。供試土壤為黃潮土壤土，0～20 cm 基礎土壤性狀：含堿解氮56.22 mg/kg、速效磷 62.94 mg/kg、速效鉀109.85 mg/kg，pH值為7.92，容重為1.50 g/cm3， 孔隙度為43.66%。試驗地為黃瓜連作地塊，前3年均種植黃瓜。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設5個處理：（1）單施化肥（CK）；（2）化肥減量20%+生物有機肥（SB）；（3）化肥減量20%+微生物菌肥（SM）；（4）化肥減量40%+生物有機肥+土壤調理劑（SBC）；（5）化肥減量40%+微生物菌肥+土壤調理劑（SMC）。小區面積25.2 m2，重復3次，共15個小區。各處理中70%的化肥以及全部生物有機肥、微生物菌肥和土壤調理劑作為基肥施入土壤中，30%的化肥在黃瓜初花期、坐果前期以及坐果后期分別追施10%。各處理肥料、調理劑用量見表1。

供試黃瓜品種為粵秀1號（廣東省農業科學院蔬菜研究所選育），其秋季生育期為8月10日至12月20日，春季生育期為2月10日至5月20日。黃瓜株行距分別為40、60 cm，試驗過程中僅有肥料、土壤調理劑作不同試驗處理，其他田間管理措施如除草、澆水等均按照當地習慣進行。供試土壤調理劑為高鉀型類沸石礦物質調理劑，含有豐富的鈣鎂鐵等礦質元素（購自山西屹米達環保材料有限責任公司）；供試化肥為復合肥（N、P 2O 5、K 2O含量均為15%，購自河南心連心化工集團有限公司）；供試生物有機肥有機質含量≥30%，N+P 2O 5+K 2O含量≥6%，有效活菌數≥0.2億CFU/g（購自河北豐農有機肥制造有限公司）；供試微生物菌肥有機質含量≥60%、N+P 2O 5+K 2O含量≥5%， 有效活菌 數≥5億CFU/g（購自河北旺潤農業科技有限公司）。

1.3 樣品采集

2023年黃瓜坐果后期，通過五點取樣法，采集 0～20 cm土層黃瓜根際土壤混合土樣，帶回實驗室后分成2個部分，一部分保存在4 ℃冰箱內，用于土壤微生物量碳氮含量的測定；另一部分在室內自然陰干用于土壤指標的測定。利用環刀采集0～20 cm 土層土壤樣品，用于土壤容重與孔隙度的測定。

1.4 測試指標與方法

土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；微生物量碳含量采用三氯甲烷熏蒸-硫酸鉀浸提法測定；全氮含量采用H 2SO 4-H 2O 2消煮蒸餾法測定；土壤微生物量氮含量采用三氯甲烷熏蒸-硫酸鉀浸提法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；速效磷含量采用硫酸鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度計法測定；pH值采用電位法測定；脲酶活性采用苯酚鈉比色法測定；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；土壤容重、總空隙度均采用土壤環刀法測定［23-24］。

1.5 數據處理

試驗數據通過Excel 2010軟件進行計算與作圖；通過SPSS 19.0軟件進行多重比較與方差分析；通過Canoco 4.5軟件進行冗余分析。

2 結果與分析

2.1 不同有機肥配施土壤調理劑對土壤有機碳、微生物量碳含量變化的影響

由圖1可知，不同施肥處理間土壤有機碳及微生物量碳含量存在顯著差異（Plt;0.05）。與CK相比，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥或增施土壤調理劑都能夠顯著提高土壤有機碳、微生物量碳含量。土壤有機碳含量總體表現為SBC＞SMC＞SB＞SM＞CK。其中，SBC、SMC處理土壤有機碳含量最高，較CK分別顯著提高23.23%、19.68%。化肥減量配施生物有機肥或微生物菌肥增施土壤調理劑處理土壤有機碳含量均顯著高于不施土壤調理劑處理，而SB與SM處理間以及SBC與SMC處理間均無顯著差異。土壤微生物量碳含量總體表現為SMC＞SM＞SBC＞SB＞CK。其中，SMC處理土壤微生物量碳含量最高，較SB、SM、SBC處理分別顯著提高25.08%、8.66%、12.10%，較CK顯著提高49.95%。增施或不施土壤調理劑時，化肥減量配施微生物菌肥處理土壤微生物量碳含量均高于化肥減量配施生物有機肥處理。整體來看，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和土壤調理劑能夠提高土壤有機碳、微生物量碳含量。

2.2 不同有機肥配施土壤調理劑對土壤全氮、微生物量氮含量變化的影響

由圖2可知，不同施肥處理間土壤全氮及微生物量氮含量也存在顯著差異（Plt;0.05）。與CK相比，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥或增施土壤調理劑都能夠不同程度提高土壤全氮、微生物量氮含量。土壤全氮含量總體表現為SBC＞SMC＞SB＞SM＞CK。其中，SBC處理土壤全氮含量最高，較SM處理顯著提高5.81%，較CK顯著提高9.64%。化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和 土壤調理劑處理土壤全氮含量均高于不施土壤調理劑處理。土壤微生物量氮含量總體表現為SMC＞ SBC＞SM＞SB＞CK。其中，SMC處理土壤微生物量氮含量最高，較SB、SM、SBC處理分別顯著提高39.07%、19.78%、16.79%，較CK顯著提高74.04%。化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和土壤調理劑處理土壤微生物量氮含量均高于不施土壤調理劑處理。整體來看，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和土壤調理劑能夠提高土壤全氮、微生物量氮含量。

2.3 不同有機肥配施土壤調理劑對土壤速效養分含量、pH值變化的影響

由表2可知，與CK相比，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥或增施土壤調理劑能夠顯著（Plt;0.05） 提高土壤堿解氮、速效磷以及速效鉀含量，土壤pH值無顯著性變化。SBC處理土壤堿解氮含量最高，較SB、SM處理分別顯著提高8.95%、5.54%，較CK處理顯著提高17.95%，且化肥減量配施有機肥和土壤調理劑處理顯著高于不施土壤調理劑處理；SMC處理土壤速效磷、速效鉀含量最高，較CK分別顯著提高13.40%、16.42%。增施有機肥或復合土壤調理劑能夠提高土壤pH值，但與CK無顯著性差異。整體來看，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和土壤調理劑能夠提高土壤速效養分含量以及土壤pH值，防止土壤酸化。

由圖3可知，與CK相比，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥或增施土壤調理劑能夠降低土壤容重，提高土壤孔隙度。土壤容重總體表現為CK＞SM＞SB＞SMC＞SBC。其中，SMC、SBC處理較CK分別顯著降低5.26%、6.58%，與SB、SM處理相比無顯著差異。化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和 土壤調理劑處理土壤容重明顯低于不施土壤調理劑處理。土壤總孔隙度總體表現為SBC＞SB＞ SMC＞SM＞CK。其中SBC、SB、SMC、SM處理較CK分別顯著提高8.05%、6.25%、6.10%、5.05%，各有機肥處理間均無顯著差異。而化肥減量配施生物有機肥或微生物菌肥增施土壤調理劑處理土壤總孔隙度明顯高于對應不施土壤調理劑處理。整體來看，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和土壤調理劑能夠降低土壤容重，提高土壤總孔隙度。

2.5 不同有機肥配施土壤調理劑對土壤酶活性變化的影響

由表3可知，與CK相比，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥或增施土壤調理劑能夠顯著（Plt;0.05）提高土壤脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶活性。其中，SMC處理土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶活性最高，較CK分別顯著提高16.98%、47.39%、15.33%，SMC處理脲酶活性較SB、SBC處理 分別顯著提高8.77%、5.08%，堿性磷酸酶活性較SB、SM、SBC處理分別顯著提高14.99%、8.37%、6.04%，蔗糖酶活性較SB處理顯著提高6.19%。SBC處理過氧化氫酶活性最高，較CK顯著提高16.54%，較SM處理顯著提高5.72%。化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥增施土壤調理劑處理土壤酶活性均高于不施土壤調理劑處理。整體來看，化肥減量配施生物有機肥/微生物菌肥和土壤調理劑能夠顯著提高土壤脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶活性。

2.6 相關性分析

對土壤酶活性與土壤碳氮指標進行相關性分析，結果（表4）表明，土壤脲酶活性與土壤全氮含量呈顯著正相關關系（Plt;0.05），與土壤微生物量氮呈極顯著正相關關系（Plt;0.01），與土壤有機碳、微生物量碳含量的相關性未達到顯著性水平；堿性磷酸酶活性、過氧化氫酶活性與土壤有機碳、微生物量碳、全氮、微生物量氮含量均呈正相關關系，但相關性均未達到顯著性水平；蔗糖酶活性與土壤有機碳、微生物量氮含量呈顯著正相關關系（Plt;0.05），與土壤微生物量碳含量呈極顯著正相關關系（Plt;0.01），與土壤全氮含量的相關性未達到顯著性水平。這說明土壤酶活性變化與土壤碳氮含量變化之間密切相關，但不同酶活性變化與碳氮指標間的關系有強有弱，需要進一步研究探討。

由表4可知，土壤酶活性變化與土壤碳氮含量變化密切相關。為進一步探討不同施肥條件下土壤酶活性的變化，對土壤酶活性與土壤容重、總孔隙度進行冗余分析，結果（圖4）表明，排序軸1、2能夠在累積變量61.94%水平上解釋土壤各酶活性與土壤容重、總孔隙度的關系。土壤脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶以及蔗糖酶活性與土壤總孔隙度呈正相關關系，與土壤容重呈負相關關系，而表征不同施肥條件的處理點不規則地分散在空間各處，表明土壤各酶活性對不同施肥措施條件產生不同的響應，這說明改善土壤物理結構，提高土壤總孔隙度、降低土壤容重能夠促進土壤酶活性提高。由此可知，土壤酶活性變化受多種因子共同制約影響。

3 討論與結論

土壤碳、土壤氮是土壤肥力的核心物質，其含量變化能夠反映土壤肥力狀況及生產力水平［25］。而土壤微生物碳、微生物氮是土壤碳、氮組成中最活躍的部分，對外界環境變化響應敏感，能夠在一定程度上反映出土壤活性變化［26］。有研究表明，無機肥與有機肥配施能夠提高土壤碳、氮及速效養分含量［27］；也有研究表明，添加土壤調理劑可以改良土壤性狀，減少速效養分淋失，進而提高土壤速效養分含量［28］。本研究結果表明，與單施化肥處理相比，化肥減量配施有機肥或增施土壤調理劑均可顯著提高土壤有機碳、全氮、微生物量碳氮以及堿解氮、速效磷、速效鉀含量，pH值無顯著變化。這與張建鵬的研究結果［29］較為一致。本研究中，增施土壤調理劑處理土壤碳、氮及速效養分含量明顯高于不施土壤調理劑處理。這是因為土壤調理劑自身具有膨大及黏著性特點，施入土壤中能夠促使大粒徑團聚體形成，有利于土壤碳氮累積，提高土壤微生物活性，使得土壤中難溶養分更易分解，進而提高土壤速效養分含量［30］。

土壤容重、孔隙度大小能夠影響土壤水肥分布及微生物活性，在一定程度上可以反映土壤物理結構及土壤緊實度［31］。因此，良好的土壤容重及孔隙度能夠提高土壤肥力，改善作物根系吸收環境［32］。本研究結果表明，與單施化肥處理相比，化肥減量配施有機肥或增施土壤調理劑能夠顯著降低土壤容重，提高土壤總孔隙度。這與李圓賓等的研究結果［33］較為一致。這是因為增施有機肥和土壤調理劑可以促使土壤大粒徑團聚體形成，增加土壤團聚體穩定性，減少土壤過度緊實，能夠改良土壤結構，提高土壤蓄水保墑能力。

土壤酶能參與土壤中大多數生物化學反應，其活性高低能夠反映出土壤活性大小以及生化反應程度［34-35］。本研究結果表明，與單施化肥處理相比，增施有機肥能夠提高土壤酶活性。其中，增施微生物菌肥處理土壤酶活性明顯高于生物有機肥處理。這是因為微生物菌肥中含有大量的有益菌，施入土壤中能夠利用菌肥提供的碳源快速繁殖，提高土壤微生物代謝活動，加速土壤養分轉化與分解，進而提高土壤酶活性。與不施土壤調理劑處理相比，增施土壤調理劑處理土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶活性均不同程度地升高。這是因為相比于增施有機肥處理，增施土壤調理劑能夠更大程度地改良土壤結構，提高土壤通風透氣狀況，改善微生物生態環境，進而提高微生物代謝活性以及土壤酶活性［36］。通過土壤酶活性與土壤碳、氮組分以及土壤物理結構的相關性分析可知，不同措施條件下土壤酶活性產生不同的變化，且酶活性變化與土壤養分及物理結構密切相關。

本研究結果表明，與單施化肥相比，化肥減量配施有機肥或增施土壤調理劑能夠提高土壤碳氮及速效養分含量，降低土壤容重，提高土壤總孔隙度及土壤酶活性。其中，增施土壤調理劑處理效果明顯優于不施土壤調理劑處理。

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收 稿日期：2023-07-12

基金項目：河南省科技攻關項目（編號：182102110371）；河南省高等學校重點科研項目支撐計劃（編號：23B2120006）。

作者簡介：楊囡君（1983—），女，河南商丘人，講師，從事蔬菜栽培生理與連作障礙研究。E-mail：sqyang1027@sina.com。