蘭摯謙，鄭文德，林 薇，馬嘉偉，張凱歌，張雪艷

(寧夏大學 農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021)

日光溫室蔬菜具有結果期長、產(chǎn)量高、可周年生產(chǎn)等優(yōu)點[1]，具有復種指數(shù)較高、種類單一的特點，同時也存在盲目施用大量化肥，土壤肥力衰退、透氣性降低、微生物活性下降，連作障礙嚴重等問題[2]。隨種植年限的增加，寧夏設施蔬菜也呈現(xiàn)了明顯的連作障礙現(xiàn)象，且由于地處中溫帶半干旱、干旱區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強烈，土壤鹽漬化嚴重[3]。因此，有效緩解連作障礙和土壤次生鹽漬化，維持設施蔬菜可持續(xù)發(fā)展顯得尤為必要。

針對設施連作土壤質量修復，國內外專家已提出眾多解決方案，其中，應用土壤改良劑是修復退化土壤的重要措施之一。大量研究表明，土壤改良劑能有效改善土壤理化性狀，并提高土壤中有益微生物數(shù)量和酶活性，抑制病原微生物，增強植物的抗性，抑制作物對重金屬的吸收，從而提高退化土壤的生產(chǎn)力[1,4-9]。土壤改良劑按性質可分為礦物類、天然和半合成水溶性高分子類、人工合成高分子化合物類、生物類[10]。礦物類改良劑主要有泥炭、風化煤、石膏、礦土、硅鈣鉀等，天然和半合成水溶性高分子類主要有秸稈類、纖維素物料、木質素物料等，人工合成高分子化合物類主要有聚丙烯酸類、聚乙烯醇類等，生物類改良劑包括生物控制劑、微生物接種菌等。研究表明，施用土壤改良劑后可調節(jié)土壤酸堿度，給作物提供適宜的生長環(huán)境[11]。李彰等[12]研究表明，微生物土壤改良劑可顯著改善煙株各生長階段的生物學性狀，并提高煙草產(chǎn)量和中上等煙比例。辛承松等[13]研究表明，合理增施硅鈣鉀肥，對改良鹽堿地土壤、提高棉花產(chǎn)量均具有良好作用。溫映紅[14]研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣鉀肥后紅棗中的有機酸含量、維生素C含量、可溶性糖含量都得到提高，單果質量、產(chǎn)量方面也有明顯提高。劉杰等[15]發(fā)現(xiàn)，脫硫灰處理在土壤有效磷和速效鉀方面改善效果明顯。趙風蘭等[16]研究表明，礦土改良劑的施用對鹽堿地改良有很好的作用，在水稻、小麥、玉米、紅薯、花生、棉花、芝麻、甘蔗等多種作物上，均有明顯的增產(chǎn)和改善品質的作用。許帆[17]研究表明，有機酸性改良劑可顯著提高土壤全氮、速效氮、速效鉀和有機質含量，并顯著促進植株生長。鄭普山等[18]研究表明，施用酸性改良劑能顯著提高紫花苜蓿的出苗率，增加總產(chǎn)量，顯著改善土壤理化性狀，降低土壤pH值和容重，增加土壤孔隙率。而系統(tǒng)研究不同類型改良劑對設施連作番茄生長和土壤肥力的影響卻鮮見報道。鑒于此，以不添加改良劑為對照，以營養(yǎng)型的礦土改良劑、硅鈣鉀改良劑，自制酸性改良劑、北京紫光酸性改良劑、脫硫灰改良劑等酸性改良劑，以及微生物菌劑改良劑6種改良劑為處理，研究不同改良劑對設施連作番茄生長和土壤肥力的影響，以期篩選出能有效緩解土壤連作障礙和土壤次生鹽漬化的改良劑，為設施連作土壤可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗在寧夏銀川市賀蘭縣新平園區(qū)第1區(qū)338號棚內進行，試驗品種為番茄博瑞39。2016年8月17日定植，2017年1月23日拉秧。采用雙行栽培，行距70 cm，株距30 cm，試驗小區(qū)面積14 m2，所有處理統(tǒng)一施用底肥：牛糞5 m3，復合肥和二銨各25 kg。以不添加任何改良劑為對照(CK)，以自制酸性改良劑、礦土改良劑、硅鈣鉀改良劑、北京紫光酸性改良劑、脫硫灰改良劑、微生物菌劑改良劑為處理，土壤基本理化性質如表1所示，每個處理設3次重復，隨機區(qū)組排列，所有處理統(tǒng)一水肥管理，具體改良劑基本性質和施用量見表2。

表1 原始土壤基本理化性質Tab.1 Basic physical and chemical properties of original soil

1.2 測定指標與方法

1.2.1 植株植物學性狀調查 定植2周后，每個處理取代表植株5株，測定番茄的株高、葉長、葉寬、莖粗、葉片數(shù)及葉綠素含量，每2周測定一次，連續(xù)測定5次。株高為番茄生長點到根基部的垂直距離，葉長為葉片基部到頂部的距離，葉寬為葉片最寬部分的距離，均用卷尺測量。莖粗為子葉下1 cm的粗度，用游標卡尺測定。葉片數(shù)為直徑大于2 cm的葉片數(shù)，用目測計數(shù)法測定。葉綠素含量為第5個功能葉片的葉綠素含量，用SPDA502葉綠素含量測定儀測定。測得的各指標原始值用后一次減去前一次，所得數(shù)值與間隔天數(shù)14 d比值即為相對生長率。

表2 土壤改良劑基本性質和施用量Tab.2 Characterization and apply amount of soil amendment

1.2.2 果實產(chǎn)量和品質指標的測定 盛果期每個處理隨機采5個大小均勻、著色統(tǒng)一的果實進行單果質量和品質指標測定。采用稱質量法測定產(chǎn)量，采用鉬藍比色法測定還原性維生素C含量，采用蒽酮比色法測定可溶性總糖含量，采用折光儀測定可溶性固形物含量，采用水楊酸法測定硝酸鹽含量，糖酸比為采用折光儀測出的總糖量與NaOH滴定法測出的總酸度的比值[19]。

1.2.3 根系特性的測定 在盛果期各處理取5個代表植株根系，用 EPSON EXPRESSION 4990 型掃描儀對根樣進行掃描，用 Win RHIZO 根系分析軟件對掃描的根系圖片進行分析，得到總根系長、根系總表面積、根系總體積和根系直徑[20]。

1.2.4 土壤肥力和酶活性的測定 每個處理每個重復盛果期多點采集0～20 cm的土樣，混合風干后過1 mm篩，部分過0.25 mm的篩，用于土壤pH值、EC值和土壤養(yǎng)分的測定。pH值采用1∶5土壤懸液電位計法測定，EC值采用電導法測定。土壤有機質含量采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定，土壤速效氮含量采用凱氏定氮法測定，土壤速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀含量采用火焰光度法測定[21]。土壤脲酶活性采用次氯酸鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用 3，5-二硝基水楊酸比色法測定，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[22]。

1.2.5 利用隸屬函數(shù)法綜合評價 呈正相關的參數(shù)按以下公式計算：U(Xik)=(Xik-Xmin)/(Xmax-Xmin)，呈負相關的參數(shù)按以下公式計算：U(Xik)=1-(Xik-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中，U(Xik) 為第i個處理第k項指標的隸屬度,且U(Xik)∈[0,1];Xik表示第i個處理第k個指標測定值；Xmax、Xmin為所有比較中第k項指標的最大值和最小值，用各項指標隸屬度的平均值作為綜合評判標準進行比較[23]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進行處理，采用SPASS 20.0軟件進行隸屬函數(shù)及相關性分析，在0.05水平進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同類型土壤改良劑對設施連作番茄生長的影響

2.1.1 番茄產(chǎn)量 由表3可知，SCP、BJ處理均能起到增產(chǎn)的效果，其中，SCP處理番茄產(chǎn)量最高，比CK增產(chǎn)5.10%。SM處理與CK間沒有顯著差異。M處理番茄產(chǎn)量最低，比CK降低7.58%。

表3 不同類型土壤改良劑對設施連作番茄產(chǎn)量的影響Tab.3 Effects of different types of soil amendment on tomato yield of continuous cropping in facilities

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05),表4—5同。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences(P<0.05),the same as Tab.4—5.

2.1.2 番茄品質 由圖1可知，SCP處理的可溶性固形物含量最高，且顯著高于其他處理，比CK高出35.62%，其次是MS處理，BJ處理可溶性固形物含量最低，比CK降低11.99%。BJ處理糖酸比顯著高于其他處理，與CK相比高出36.52%，其次為M處理，SCP和DR處理居中，其他處理間無顯著差異；硝酸鹽含量各處理間無顯著差異，其中，DR處理硝酸鹽含量最低，比CK降低3.45%；施用改良劑之后番茄維生素C含量均高于CK，其中，MS處理維生素C含量最高，其次為SCP和M處理。

不同字母表示差異顯著(P<0.05),圖2—3同Different letters indicate significant differences(P<0.05),the same as Fig.2—3

2.1.3 番茄長勢 由圖2可知，與CK相比，不同土壤改良劑處理的番茄莖體積相對生長速率、葉面積相對生長率、葉片數(shù)相對生長率均無顯著差異；施用不同類型改良劑均能顯著提高番茄株高相對生長率(2.65%～5.56%)，且各改良劑處理間無顯著差異。

圖2 不同類型土壤改良劑對設施連作番茄長勢的影響Fig.2 Effects of different types of soil amendment on tomato growth potential of continuous cropping in facilities

2.1.4 番茄根系 由表4可知，相比CK，SM處理下的番茄根系生長最弱，BJ處理的根系生長最好。SM處理的總根系長、根系總體積、根系總表面積相對于CK分別降低20.91%、33.11%、27.09%；BJ處理的根系總體積、根系總表面積增長均最顯著，分別增加47.42%、35.95%；MS處理的根系總表面積顯著高于CK；SCP處理根系總體積、根系總表面積、根系直徑均相比CK分別增加50.56%、18.67%、26.72%；DR和M處理各根系特性與CK無顯著差異。

表4 不同類型土壤改良劑對設施連作番茄根系的影響Tab.4 Effects of different types of soil amendment on the root system of continuous cropping tomato in facilities

2.2 不同類型土壤改良劑對設施連作番茄土壤肥力的影響

由圖3可知，試驗地區(qū)番茄連作土壤總體呈鹽堿性。除DR處理外，施用其他土壤改良劑后，土壤pH值均有不同程度的降低，其中，SCP處理土壤pH值降幅最大，下降5.17%；其次為SM處理，下降4.87%。土壤EC值在不同土壤改良劑處理之后均高于CK。MS處理最高，比CK增加41.98%，DR處理上升最少，比CK增加9.52%。

由表5可見，相比CK，SCP處理土壤有機質、速效氮、速效鉀含量、蔗糖酶活性分別提高15.24%、19.00%、5.35%、56.21%。SM處理土壤磷酸酶活性提高3.33%。DR處理的速效氮、速效磷、速效鉀含量、蔗糖酶活性均低于CK。

圖3 不同類型改良劑對土壤pH值和EC值的影響Fig.3 Effects of different types of amendment on soil pH and EC values

處理Treatment有機質含量/(g/kg) OM content速效氮含量/(mg/kg)Avail N content速效磷含量/(mg/kg)Avail P content速效鉀含量/(mg/kg)Avail K content磷酸酶活性/(mg/g)Phosphatae activity脲酶活性/(mg/g)Urease activity蔗糖酶活性/(mg/g)Sucrose enzyme activityCK70.62±0.29c28.00±0.16b70.20±0.44a98.62±1.32b2.74±0.11a27.75±0.86a23.82±0.52cSM72.01±1.09c11.85±2.00d65.09±1.33b92.02±0.00c2.79±0.01a27.87±1.40a25.80±0.55cMS76.04±0.87b25.06±0.57c54.15±1.00c103.89±0.00a2.14±0.06b27.22±0.45ab14.17±1.16eSCP81.38±0.07a33.32±0.32a66.67±0.31b103.89±0.00a2.14±0.01b28.07±0.51a 37.21±0.78aBJ53.53±1.17e30.5±0.97ab48.53±1.30e81.48±1.32d2.08±0.01b25.62±0.34ab33.72±0.17bDR45.18±2.33f13.63±1.15d42.13±0.63f69.61±1.32e2.08±0.01b25.08±0.60b18.61±1.33dM67.09±0.80d31.64±0.32a51.44±0.50d103.89±0.00a2.19±0.02b26.41±0.28ab16.06±1.15de

2.3 不同類型土壤改良劑處理指標隸屬函數(shù)值及綜合排名

由表6可知，SCP、BJ、MS、M處理分別排名第1、2、3、4，且均優(yōu)于CK，SM和DR處理則低于CK。

表6 不同類型土壤改良劑處理各指標隸屬函數(shù)值及綜合排名Tab.6 Subordinate function value and comprehensive ranking of each index treated with different types soil amendment

2.4 不同類型改良劑處理土壤肥力與番茄生長、果實品質間的相關性分析

土壤肥力與番茄生長、果實品質有密切關系。從表7可看出,pH值除了與磷酸酶活性呈正相關，與其他土壤肥力指標均呈負相關，表明堿性環(huán)境不利于土壤養(yǎng)分的吸收。磷酸酶活性與糖酸比、可溶性固形物含量、維生素C含量、莖體積相對生長率、葉片數(shù)相對生長率、株高相對生長率均呈負相關，且與糖酸比、莖體積相對生長率呈極顯著負相關，說明磷酸酶含量越高，越不利于提高植株相對生長率及果實品質；蔗糖酶活性與葉片數(shù)相對生長率呈極顯著正相關；有機質含量與可溶性固形物含量、維生素C含量呈極顯著正相關，說明有機質含量高可以顯著提高果實可溶性固形物和維生素C含量；pH值與各指標呈負相關，表明堿性環(huán)境不利于植株生長和果實品質提高；速效氮含量除了與硝酸鹽含量呈負相關外，與糖酸比、可溶性固形物含量、維生素C含量均呈正相關，其相關系數(shù)分別為0.54、0.36、0.17，速效氮含量與番茄生長指標均呈正相關，且與莖體積相對生長率呈顯著正相關 ，說明土壤速效氮含量越高，越有利于番茄生長，提高果實品質。

表7 不同類型改良劑處理土壤肥力與番茄生長、果實品質間的相關系數(shù)Tab.7 Correlation between soil fertility and tomato growth fruit，quality treated with different types of amendment

續(xù)表7 不同類型改良劑處理土壤肥力與番茄生長、果實品質間的相關系數(shù)Tab.7(Continued) Correlation between soil fertility and tomato growth,fruit quality treated with different types of amendment

注： 1.磷酸酶活性；2.蔗糖酶活性；3.脲酶活性；4.速效鉀含量；5.速效磷含量；6.有機質含量；7.速效氮含量；8.pH值；9.EC值；10.糖酸比；11.可溶性固形物含量；12.維生素C含量；13.硝酸鹽含量；14.莖體積相對生長率；15.葉面積相對生長率；16.葉片數(shù)相對生長率；17.株高相對生長率。*表示在0.05水平上差異顯著，**表示在0.01水平上差異極顯著。

Note: 1.Phosphatae activity;2.Sucrose enzyme activity;3.Urease activity;4.Avail K content;5.Avail P content;6.OM content;7.Avail N content;8.pH value;9.EC value;10.Sugar acid ratio;11.Soluble solids content;12.Vitamin C content;13.Nitrate content;14.Stem volume relative growth rate;15.Leaf area relative growth rate;16.Leaf number relative growth rate;17.Plant height relative growth rate.* indicates significant differences at 0.05 level and ** indicates significant differences at 0.01 level.

3 結論與討論

土壤改良劑用來改良土壤物理、化學和生物性質，促進植物對水分和養(yǎng)分的吸收，并為植物提供營養(yǎng)，從而使其適應于植物生長，提高果實品質及產(chǎn)量，改善連作障礙，提高退化土壤的生產(chǎn)力[5,24]。本試驗研究表明，施用改良劑能顯著提高番茄株高相對生長速率，降低土壤pH值。

營養(yǎng)型土壤改良劑主要是通過增加土壤中微生物數(shù)量，提高土壤酶活性，激活土壤中的營養(yǎng)元素來改良土壤，提高土壤肥力[25]。李衛(wèi)等[26]研究表明，硅鈣鉀肥能明顯促進日光溫室黃瓜株高生長，葉面積、莖粗、蔓長增加，促進黃瓜早開花，結果數(shù)量增多，產(chǎn)量增加。本試驗中，SCP能顯著提高番茄的株高相對生長速率以及果實品質，番茄產(chǎn)量比對照增加5.10%。劉中良等[27]的研究也證明施用營養(yǎng)型改良劑能顯著提高果實品質及產(chǎn)量。SCP的施用能提高土壤有機質、速效氮、速效鉀含量及蔗糖酶活性，分別比對照提高15.24%、19.00%、5.34%、56.21%，這是因為施用營養(yǎng)型改良劑能激活土壤中的營養(yǎng)元素，提高土壤肥力進而提高果實品質及產(chǎn)量[28]。礦物質調理劑可以提高土壤養(yǎng)分，同時還能提高氮、磷肥的利用率[29]。本試驗中施用MS能顯著提高番茄株高相對生長率、果實可溶性固形物和維生素C含量，增加土壤速效鉀含量，根系總表面積也有顯著的提高。說明施用營養(yǎng)型改良劑能提高土壤肥力、果實品質及產(chǎn)量。

鹽堿會影響植物對Ca2+、Mg2+的吸收，酸性改良劑能改善土壤理化性狀、增強土壤保肥保水能力，同時還能提高土壤中微生物數(shù)量和酶活性，抑制病原微生物，增強植物抗性[30]，促進對Ca2+、Mg2+的吸收。本試驗中酸性改良劑DR的施用有利于降低果實硝酸鹽含量，比對照降低3.45%；BJ的施用可促進番茄增產(chǎn)，并且促進根系生長，根系總體積、根系總表面積增長均最顯著，分別比對照增加47.42%、35.95%，這與陳之群[31]、解開治等[32]研究結果相似。劉馨等[33]的研究表明，與單一施用雞糞、檸條堆肥處理相比，添加酸性改良劑處理土壤全氮、速效氮、速效鉀含量和土壤脲酶、蔗糖酶活性總體上均增加。說明酸性改良劑可以提高作物產(chǎn)量，改善土壤肥力，促進植株根系生長。

微生物土壤改良劑中含有大量具有活性的有益微生物，這些微生物在土壤中能夠合成土壤腐殖質，增加土壤有機物質，促進植物根系對營養(yǎng)元素尤其是移動性較差的P、Cu、Zn 等礦質元素的吸收[34]。本試驗中微生物改良劑綜合排名優(yōu)于CK，說明施用微生物改良劑對促進番茄生長和提高土壤肥力有一定的作用。

綜上所述，施用SCP能顯著提高土壤有機質、速效氮、速效鉀含量及蔗糖酶活性，顯著促進根系發(fā)育，顯著提高番茄株高相對生長率，提高果實維生素C含量、糖酸比，并顯著提高可溶性固形物含量、降低果實硝酸鹽含量，顯著增加作物產(chǎn)量，綜合排名最優(yōu)；BJ處理下的根系生長情況最好，能顯著提高番茄株高相對生長率、果實糖酸比和產(chǎn)量，綜合排名第2；施用MS顯著增加土壤速效鉀含量和根系總表面積，顯著提高番茄株高相對生長率和果實可溶性固形物、維生素C含量，但不增加產(chǎn)量，綜合排名第3；其他處理與CK間差異不顯著，其中，M綜合排名優(yōu)于CK，SM和DR低于CK。