不同土壤改良措施對連作黃瓜幼苗生理特性和產量及品質的影響

楊囡君 劉新社 決超

摘要：針對連作黃瓜生長不良，產量、品質降低等問題，筆者通過多年田間定位試驗，研究不同土壤改良措施對黃瓜幼苗生理特性、產量及品質的影響，旨在為設施黃瓜連作土壤改良可行性提供科學依據。試驗設單施化肥（CK）、化肥減量+生物有機肥（SB）、化肥減量+微生物菌肥（SM）、化肥減量+生物有機肥+土壤調理劑（SBC）、化肥減量+微生物菌肥+土壤調理劑（SMC）5個處理，研究不同處理對連作黃瓜葉片葉綠素熒光特性、葉綠素SPAD值、光合速率、葉片和根系抗氧化系統及丙二醛（MDA）含量、產量、品質變化的影響。結果表明，與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理均可顯著提高葉片初始熒光（Fo）、最大光化學效率（Fv/Fm）、有效光化學效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ實際光合效率［Y（Ⅱ）］；顯著提高葉綠素SPAD值、光合速率、葉片和根系超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活性以及黃瓜產量、品質，顯著降低葉片和根系MDA含量。其中，SBC處理葉綠素Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）均最高，較CK處理分別顯著提高50.00%、54.24%、58.33%；SBC處理葉綠素SPAD值、光合速率以及葉片SOD、POD活性均最高，較CK處理分別顯著提高44.98%、31.32%、52.66%、30.60%；SMC處理葉片CAT活性以及根系SOD、POD、CAT活性均最高，較CK處理分別顯著提高53.71%、37.24%、25.91%、52.85%；SBC處理的黃瓜產量最高，較CK處理提高58.69%，較SB、SM、SMC處理分別提高11.28%、21.71%、6.01%。相關性分析表明，黃瓜產量、品質的提高與葉片、根系生理特性變化密切相關。綜上，與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理均可改善黃瓜葉片熒光特性，提高黃瓜的光合作用和抗逆能力，進而促進黃瓜生長發育，其中SBC處理表現較優。

關鍵詞：黃瓜；連作；土壤調理劑；生理特性；產量；品質

中圖分類號：S642.204；S156.2? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）08-0144-07

收稿日期：2023-07-17

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，主要從事蔬菜栽培生理與連作障礙研究。E-mail：sqyang1027@sina.com。

黃瓜是我國的主要蔬菜作物之一，種植面積居世界首位［1］。近年來，隨著設施農業的興起與快速發展，設施黃瓜效益越來越高，而受耕地與設施農業現有的硬件條件以及人們盲目追求效益等影響，常年連作黃瓜，不僅造成土壤養分失衡、肥力下降、菌群失活等土壤質量問題，還造成黃瓜生長發育不良、植株矮化、產量、品質降低、光合作用及抗逆能力下降等問題［2-4］。而為改變這一現象，人們通常盲目加大肥藥用量進行管控與治理，但治理效果與經濟效益往往均不明顯。化肥、農藥是保證糧食增產的核心，但過量施用不僅起不到增產豐產效果，還會造成作物產量、品質下降，病蟲害頻發、藥劑殘留過多等問題，嚴重影響了我國生態農業環境安全［5-7］。因此，近年來，針對作物連作障礙問題，有較多學者提出增施有機肥用于調理土壤結構與活性，促進作物生長發育［8-9］。

有研究表明，無機有機肥配施能夠通過改良土壤結構與活性，促進作物生長發育，提高作物光合作用及抗逆能力［10-12］。呂海龍的研究表明，增施有機肥能夠提升茄子根系對土壤養分的吸收與利用，進而提高葉片光合色素含量及光合作用能力，促進茄子生長發育［13］；王慶玲等的研究表明，化肥減量增施有機肥能夠提高蒜苗葉片光合色素含量、凈光合速率以及根系活力［14］；劉艷等的研究表明，化肥減量增施有機肥能夠提高玉米穗位葉超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性，降低丙二醛含量［15］。可見，通過無機有機肥配施來改良土壤結構與活性，促進作物生長發育，提高作物抗逆能力，是解決黃瓜連作障礙問題的重要研究方向。

生物防治對農業生態環境友好安全，能夠長期調控與修復土壤，提高土壤持續生產力，對促使我國農業可持續發展具有一定的積極影響［16-17］。而通過土壤調理劑修復土壤是生物防治的一種新型技術手段，近年來，針對連作土壤修復問題，土壤調理劑越來越受到人們的重視與接受。有研究表明，土壤調理劑能夠降低土壤容重，增加土壤孔隙度，促使大粒徑團聚體形成，保持土壤結構穩定性，提高作物根系養分吸收、利用，促進作物生長發育［18-20］。目前，關于有機肥配施土壤調理劑對土壤養分、酶活性以及微生物影響的研究報道有很多，而關于對連作黃瓜生長發育、光合作用以及抗逆能力影響的研究報道并不多見［21-24］。因此，本研究通過不同有機肥與土壤調理劑配施，研究不同土壤改良措施對連作黃瓜葉片熒光特性、光合特性以及葉片與根系抗逆能力的影響，并探討不同改良措施條件下黃瓜產量、品質變化與葉片、根系生理特性之間的聯系。旨在保護農業生態環境，有效緩解黃瓜連作障礙，為黃瓜連作田有機肥與土壤調理劑的合理施用提供科學依據。

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的溫室大棚內進行。該大棚長60 m，寬8 m，大棚脊高3 m，黃瓜沿東西方向種植，截至試驗種植前已經連續3年6季進行黃瓜連作。試驗土壤為黃潮土中壤，土壤基礎養分：有機質含量9.26 g/kg、速效氮含量56.22 mg/kg、速效磷含量62.94 mg/kg、速效鉀含量109.85 mg/kg，土壤pH值為7.92。

1.2 材料

供試黃瓜品種為粵秀1號（廣東省農業科學院蔬菜研究所提供）。供試土壤調理劑：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，山西屹米達環保材料有限責任公司生產。供試化肥：復合肥（N、P2O5、K2O含量均為15%），河南心連心化工集團有限公司生產。供試生物有機肥：有機質含量≥30%，N+P2O5+K2O含量≥6%，有效活菌數≥0.2億CFU/g，河北豐農有機肥制造有限公司生產。供試微生物菌肥：有機質含量≥60%、N+P2O5+K2O含量≥5%，有效活菌數≥5億CFU/g，河北旺潤農業科技有限公司生產。

1.3 試驗設計

試驗設5個處理，分別為CK處理：單施化肥（750 kg/hm2）；SB處理：化肥減量20%（600 kg/hm2）+生物有機肥（1 500 kg/hm2）；SM處理：化肥減量20%（600 kg/hm2）+微生物菌肥（480 kg/hm2）；SBC處理：化肥減量40%（450 kg/hm2）+生物有機肥（1 500 kg/hm2）+土壤調理劑（600 kg/hm2）；SMC處理：化肥減量40%（450 kg/hm2）+微生物菌肥（480 kg/hm2）+土壤調理劑（600 kg/hm2）。3次重復，共15個小區，隨機區組排列。小區長寬分別為7.0、3.6 m，黃瓜株行距分別為40、60 cm。種植前，將不同處理的70%復合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%復合肥作為追肥，在黃瓜初花期、坐果前期以及坐果后期各追施10%。其他田間管理措施如除草、澆水等均按照當地習慣進行。秋季黃瓜8月10日定植，12月20日拉秧；春季黃瓜2月10日定植，5月20日拉秧。

1.4 測試指標與方法

1.4.1 葉綠素熒光、SPAD值、光合速率測定

在2023年春季黃瓜坐果期每個處理分別選擇10株黃瓜進行葉片葉綠素熒光、SPAD值、光合速率測定。葉片SPAD值采用葉綠素儀SPAD-502（北京）進行測定，葉綠素熒光參數和光合速率采用便攜式光合-熒光測量系統（GFS-3000）測定。葉綠素熒光參數和光合速率從09：00開始每隔2 h測定1次，測得初始熒光（Fo）、最大光化學效率（Fv/Fm）、有效光化學效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ實際光合效率［Y（Ⅱ）］、光化學淬滅系數（qP）、非光化學淬滅系數（NPQ）等數據。連續測定5次，取平均值。

1.4.2 抗氧化酶活性和丙二醛含量測定

在2023年春季黃瓜坐果后期分別采用鮮活葉片與根系進行抗氧化酶活性和丙二醛含量測定。葉片及根系超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）含量分別采用氮藍四唑光還原法、紫外吸收法、愈創木酚法、硫代巴比妥酸法測定［25］。

1.4.3 產量、品質測定

2023年春季黃瓜進行產量與品質測定，每小區定點選擇10株黃瓜進行產量測定，自第1次采摘開始直至最后1次采摘結束記錄其產量總和，然后進行公頃折算。利用頭茬黃瓜進行品質測定，游離氨基酸、可溶性蛋白質、可溶性糖、維生素C含量分別采用茚三酮顯色法、考馬斯亮藍G-250法、蒽酮比色法、2，6-二氯靛酚比色法測定［25］。

1.5 數據分析

通過Excel 2010軟件進行試驗數據整理、計算與作圖，通過SPSS 19.0利用新復極差法（Duncans）進行多重比較與顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤改良措施對連作黃瓜葉片葉綠素熒光特性的影響

不同土壤改良措施會對黃瓜葉片葉綠素熒光參數變化產生不同的影響（表1）。與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理均能夠顯著提高黃瓜葉片Fo、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）、qP、NPQ。其中，黃瓜葉片Fo、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）總體表現均為SBC＞SMC＞SB＞SM＞CK。SBC處理F0、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）均最高，較CK處理分別顯著提高58.98%、50.00%、54.24%、58.33%。黃瓜葉片qP、NPQ總體表現均為SMC＞SBC＞SB＞SM＞CK。SMC處理qP、NPQ均最高，顯著高于除SBC處理外的其他處理，較CK處理分別顯著提高27.27%、36.36%。從表中還可以看出，增施土壤調理劑的SBC、SMC處理Fo、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）、qP、NPQ明顯高于相對應不施土壤調理劑的SB、SM處理。

2.2 不同土壤改良措施對連作黃瓜葉片葉綠素含量和光合速率的影響

不同處理的黃瓜葉片葉綠素含量、光合速率差異顯著（圖1）。與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理均可顯著提高黃瓜葉片葉綠素SPAD值、光合速率。葉綠素SPAD值總體表現為SBC＞SB＞SMC＞SM＞CK。SBC處理葉片葉綠素SPAD值最高，較CK處理顯著提高44.98%，較SB、SMC、SM處理分別顯著提高9.60%、11.13%、17.35%。光合速率總體表現為SBC＞SMC＞SB＞SM＞CK。SBC處理葉片光合速率最高，較CK處理顯著提高31.32%，較SMC、SB、SM處理分別顯著提高7.63%、9.24%、16.09%。從圖1中還可以看出，增施土壤調理劑的SBC、SMC處理葉綠素SPAD值、光合速率明顯高于相對應不施土壤調理劑的SB、SM處理。

2.3 不同土壤改良措施對連作黃瓜葉片抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響

由圖2可知，不同處理黃瓜葉片抗氧化酶活性和MDA含量差異明顯。與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理均可顯著提高黃瓜葉片SOD、POD以及CAT活性，顯著降低MDA含量。其中，SBC處理SOD、POD活性均最高，較CK處理分別顯著提高52.66%、30.60%；SOD活性較SB、SM處理分別顯著提高32.79%、27.38%，POD活性較SB、SM、SMC處理分別顯著提高11.02%、17.42%、9.33%。SMC處理CAT活性最高，較CK處理顯著提高53.71%，較SB、SM處理分別顯著提高23.38%、28.08%。SB、SM、SBC、SMC處理MDA含量較CK處理分別顯著降低8.04%、7.57%、13.95%、12.06%，SBC、SMC處理MDA含量顯著低于SB、SM處理。從圖中還可以看出，增施土壤調理劑時，化肥減量配施生物有機肥或微生物菌肥處理葉片SOD、POD以及CAT活性均有顯著提高，MDA含量顯著降低。

2.4 不同土壤改良措施對連作黃瓜根系抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響

不同處理黃瓜根系抗氧化酶活性及丙二醛含量也表現出明顯差異（圖3）。與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理黃瓜根系SOD、POD、CAT活性以及MDA含量變化與葉片抗氧化酶活性和MDA含量的變化相似，SB、SM、SBC、SMC處理能夠顯著提高SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量。而不同措施處理相比時，根系SOD、POD、CAT活性總體表現均為SMC＞SBC＞SM＞SB。SMC處理根系SOD、POD、CAT活性均最高，較CK處理分別顯著提高37.24%、25.91%、52.85%，較SB、SM處理分別顯著提高23.17%、15.37%、31.49%和11.90%、9.46%、23.77%。根系MDA含量總體表現為CK＞SB＞SM＞SBC＞SMC。SMC處理MDA含量最低，較CK處理顯著降低12.76%。從圖中還可以看出，增施土壤調理劑時，化肥減量配施生物有機肥或微生物菌肥處理根系SOD、POD、CAT活性均顯著提高，MDA含量顯著降低，與葉片抗氧化酶活性以及MDA含量變化相似。

2.5 不同土壤改良措施對連作黃瓜產量及品質的影響

不同處理黃瓜產量及品質差異顯著（表2）。與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理均能夠提高黃瓜產量及各品質指標含量。黃瓜產量總體表現為SBC＞SMC＞SB＞SM＞CK。其中，SBC處理黃瓜產量最高，較SB、SM、SMC處理分別顯著提高11.28%、21.71%、6.01%，較CK處理顯著提高58.69%，而SB、SM、SMC處理黃瓜產量也顯著高于CK處理。SBC處理黃瓜游離氨基酸、可溶性蛋白以及維生素C含量均最高，較CK處理分別顯著提高13.35%、42.09%、29.78%；SMC處理可溶性糖含量最高，較CK處理顯著提高22.61%。從表中還可以看出，增施土壤調理劑時，化肥減量配施生物有機肥或微生物菌肥處理的黃瓜產量、游離氨基酸、可溶性蛋白、維生素C、可溶性糖含量均有明顯的提高。

2.6 相關性分析

對黃瓜產量、品質與葉片、根系生理特性進行相關性分析，結果（表3）表明，黃瓜產量與根系超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶活性呈顯著正相關（P<0.05），與根系丙二醛含量呈顯著負相關（P<0.05），與葉片葉綠素SPAD值、光合速率呈極顯著正相關（P<0.01）；黃瓜游離氨基酸含量與葉片葉綠素SPAD值、光合速率、根系過氧化氫酶活性呈顯著正相關（P<0.05）；黃瓜可溶性糖含量與根系過氧化氫酶活性呈顯著正相關（P<0.05），與根系過氧化物酶活性呈極顯著正相關（P<0.01），與根系丙二醛含量呈極顯著負相關（P<0.01）；黃瓜維生素C含量與葉片葉綠素SPAD值、光合速率、根系過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性呈顯著正相關（P<0.05），與根系丙二醛含量呈顯著負相關（P<0.05）；其他黃瓜產量、品質指標與葉片、根系生理特性指標的相關性未達到顯著性水平。這說明黃瓜產量、品質與葉片、根系生理特性變化密切相關，其葉片、根系生理特性的改善能夠明顯促進黃瓜生長發育，進而影響黃瓜產量及品質。

3 討論與結論

葉綠素熒光參數的變化可以定性和定量反映作物生長狀況以及光合作用能力［26］。有研究表明，植物光能利用效率的提高主要通過葉片光合作用時間的延長以及光合效率的提高來實現［27］。屈魏蕾等研究表明，施加微生物菌肥能夠提高葉綠素含量以及PSⅡ實際光化學效率［28］；李蒙等的研究表明，增施有機肥能夠顯著提高番茄幼苗有效光化學效率以及PSⅡ實際光化學效率［29］。本研究結果表明，與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理能夠顯著提高黃瓜葉片Fo、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）、qP、NPQ值，其中，增施土壤調理劑的SBC、SMC處理熒光參數明顯高于相對應不施土壤調理劑的SB、SM處理。這與張樹衡的研究［30］較為一致。這是因為增施有機肥與土壤調理劑能夠改善土壤性狀，提高微生物活性以及土壤通風透氣狀況，促進根系對養分的吸收與利用，從而使得黃瓜葉片葉綠素熒光特性得到明顯改善。

葉綠素含量是反映作物光合作用強弱的重要指標，其含量的高低能夠直接影響植物光合作用能力［31］。有研究表明，增施有機肥或土壤調理劑能夠顯著提高植物葉綠素含量以及光合速率［32-33］。本研究表明，與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理能夠顯著提高葉片葉綠素SPAD值、光合速率、產量及品質，其中，增施土壤調理劑的SBC、SMC處理的葉綠素SPAD值、光合速率、產量及品質均高于相對應不施土壤調理劑的SB、SM處理。這與上述分析較為一致，增施有機肥與土壤調理劑改善了根系養分吸收環境，促進黃瓜生長發育，延緩葉片衰老，延長葉片持綠時間，提高葉綠素含量，提升其光合作用能力，促使光合產物向黃瓜各器官運輸，進而提高黃瓜的產量及品質。而生物有機肥處理與微生物菌肥處理間的差異說明，不同有機肥對土壤改良的側重點不同，生物有機肥傾向于養分釋放效率以及改善土壤物理結構，提高土壤通風透氣狀況；而微生物菌肥更傾向于改善土壤微生態環境，提高土壤生物活性以及酶活性。這可能是不同有機肥與土壤調理劑配施時，不同處理葉片葉綠素SPAD值、光合速率以及黃瓜生長發育均有較大差異的主要原因。

抗氧化活性系統能夠清除植物逆境時體內產生的自由基活性氧，而丙二醛是植物細胞膜脂過氧化反應的主要產物，其含量的高低能夠反映植物受損程度［34-36］。本研究結果顯示，與CK處理相比，SB、SM、SBC、SMC處理均能夠顯著提高葉片及根系SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量。這與多數學者的研究［37-39］較為一致。本研究還表明，SMC處理根系SOD、POD、CAT活性均最高，SBC處理葉片SOD、POD活性較高，這是因為微生物菌肥含有大量的有益菌，施入土壤中能夠提高土壤微生物活性，改善根系吸收環境，但養分釋放效率、時長較差，而生物有機肥能夠保持較長的養分釋放過程，能夠滿足后期黃瓜吸收利用，促進植物生長發育，延長葉片持綠時間，提高葉片的抗逆能力。由此可知，不同有機肥與土壤調理劑配施能夠促進作物生長發育，延遲作物早衰，提高作物的抗逆能力。在黃瓜產量、品質與葉片、根系生理特性的相關性分析中可以看出，部分黃瓜產量、品質與葉片、根系生理特性呈顯著或極顯著關系，說明不同土壤改良措施條件下黃瓜葉片、根系生理特性的改善能夠明顯促進黃瓜生長發育，進而影響黃瓜的產量及品質。

綜上所述，與單施化肥相比，4種有機肥配施土壤調理劑組合均可改善葉綠素熒光參數，提高葉綠素SPAD值、光合速率以及黃瓜的產量、品質，提高葉片、根系SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量。其中，SBC處理葉綠素SPAD值、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）、光合速率以及葉片SOD、POD活性均最高。因此，化肥減量配施生物有機肥和土壤調理劑為本研究條件下的最優施肥組合。

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