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作者简介:

张涛(1986-),男,河南郑州人,博士,讲师,主要从事设施蔬菜栽培方面的研究。E-mail:zhangtao3375@163.com。

通讯作者:

孙治强,E-mail:sunzhiqiang1956@sina.com。

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目录contents

    摘要

    采用定位施肥方式,连续多次在同一保护地块化肥减量配施牛粪,通过大棚蔬菜种植试验,设置对照 (CK,单施复合肥 2250 kg/hm2 )、低(L,66.7% CK+ 有机肥 30000 kg/hm2 )、中(M,33.3% CK+ 有机肥 4500 kg/hm2 )及高(H,单施有机肥 60000 kg/hm2 )4 个不同化肥减量配施有机肥底肥处理,探究其对设施蔬菜土壤基础肥力、根系细菌、真菌、放线菌数量及作物产量、品质的影响。试验结果表明:随着化肥减量配施有机肥比例的增加,土壤(0 ~ 20 cm)全氮含量及有效磷含量也呈上升趋势,且随着定位试验栽培茬次的增多,各处理间差异性越来越大;与对照相比,化肥配施有机肥可以提高作物根系土壤细菌和放线菌数量,降低真菌数量;就产量和品质方面而言,整体以 M 处理效果最好,尤其第 4 茬辣椒相比对照增产 12.37%,维生素 C 含量比对照显著提高 33.52%。

    Abstract

    The method of location-based fertilization was used to reduce the amount of fertilizer and apply cow manure in the same protection plot for many times. In the experiment of greenhouse vegetable planting,four different chemical fertilizers, including the control(CK,single compound fertilizer 2250 kg/hm2 ),low(L,66.7% CK+organic fertilizer 30000 kg/hm2 ),medium(M,33.3% CK+organic fertilizer 45000 kg/hm2 ),and high(H,single organic fertilizer 60000 kg/hm2 ),were set up to explore their effects on the soil basic fertility,root bacteria,fungi,actinomycetes as well as crop yield and quality.The results showed that with the increase of the proportion of reducing fertilizer and organic fertilizer,the content of total nitrogen and available phosphorus in 0 ~ 20 cm soil also showed an increasing trend,and with the increase of the number of planting stubble,the differences among the treatments were more and more big.Compared with the control, the combination of chemical fertilizer and organic fertilizer increased the number of bacteria and actinomycetes in the root soil of crops,and reduced the number of fungi.In terms of yield and quality,the treatment of M was the best,in particular, the fourth crop of Capsicum increased production by 12.37% compared with the control,the content of vitamin C was 33.52% higher than that of the control.

    关键词

    牛粪设施蔬菜土壤肥力产量品质

  • 我国人口众多,耕地资源相对匮乏,设施蔬菜栽培是实现高度利用耕地资源的长期选择[1]。近年来,我国以蔬菜为栽培主体的设施园艺发展迅速,据相关调查研究发现,2016 年我国蔬菜栽培生产总面积约为2548.8 万hm2,总产值超过2 万亿人民币,其中设施蔬菜栽培生产面积为391 万hm2,其栽培生产产值约为1.254 万亿人民币,占蔬菜栽培生产总产值的62.7%[2]。同时据相关学者调查可知,我国的设施蔬菜栽培面积也在以每年约10%的速度快速增长[3]。然而在设施蔬菜栽培生产过程中,由于长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、栽培地块理化性质变差及土壤微生态环境失衡,严重影响了蔬菜的产量和品质[4-5]。研究表明,有机无机肥配施可以取长补短,缓解大量施用化肥对环境造成的压力,明显提升土壤微生物活性、改善土壤性状、提高作物产量和品质[6-8]

  • 河南是养牛大省,牛粪资源丰富,因牛粪中有机质及作物生长所需的营养元素N、P、K等较丰富,是河南省优质的有机肥源[9]。河南省也是设施蔬菜栽培大省,栽培生产过程中普遍存在长期及过量施用化肥现象,严重影响了河南省设施蔬菜产业的健康发展[10]。因此,本文通过研究定位化肥配施牛粪肥对设施辣椒产量和土壤肥力的影响,旨在为河南地区发展设施优质蔬菜以及化肥减施提供理论参考。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验区概况

  • 试验在周口市扶沟县河南农业大学扶沟蔬菜研究院(36°1′42″N,114°56′25″E)塑料大棚中进行。该区域属暖温带大陆性季风气候,光照充足,年均日照2113.1 h,年降水量611.4 mm,年平均气温14.4℃,无霜期215 d。土壤类型为次生黄土,供试塑料大棚土壤肥力状况见表1。

  • 表1 试验塑料大棚土壤基本性状

  • 1.2 茬次安排及作物品种

  • 田间试验于2017 年3 月初开始,到2018 年12 月下旬结束,共进行2 年4 茬大棚蔬菜牛粪作为底肥替代化肥的底肥定位试验,栽培作物为“黄瓜-辣椒-黄瓜-辣椒”。第1 茬(春茬)大棚黄瓜栽培时间为2017-03-09 至2017-06-26,供试品种为“寒育六号”;第2 茬(秋茬)大棚辣椒栽培时间为2017-08-02 至2017-12-20,辣椒供试品种为 “新金典808”;第3 茬(春茬)大棚黄瓜栽培时间为2018-03-06 至2018-06-30,供试品种为“津典208”;第4 茬(秋茬)大棚辣椒栽培时间为2018-08-05 至2018-12-22,供试品种为“新金典808”。

  • 1.3 供试肥料

  • 生物有机肥( 发酵牛粪:有机质47.2%,N 2.06%,P2O5 2.22%,K2O 1.87%);复合肥(硫酸钾型, 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%);功能性肥料为聚合型三维全价复混肥料(硫酸钾型,N-P2O5-K2O=14-5-19,内含枯草芽孢杆菌高效活性体≥ 800 万/g,有机质≥ 6%,腐植酸≥ 4%)。

  • 1.4 试验设计

  • 依据试验区当地普遍底肥施用量[有机肥15000 ~ 45000 kg/hm2,复合肥(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 ]的施肥经验以及种植条件为参考,试验设置对照(CK,单施复合肥2250 kg/hm2)、低(L,66.7%CK+ 有机肥30000 kg/hm2)、中(M,33.3%CK+ 有机肥45000 kg/hm2)及高(H,单施有机肥60000 kg/hm2)4 个不同化肥减量配施有机肥底肥施肥处理,在此基础上功能性肥料使用量及微量元素肥保持不变,每处理设3 次重复,随机区组排列,小区面积为50 m2,相邻小区间设置2 行保护行,连续两年4 次底肥使用保持一致。试验各处理底肥肥料使用种类及用量见表2。此外,为了保证试验的一致性,各处理所使用的追肥种类及数量均一致,其他栽培管理措施也均保持一致。

  • 表2 各处理连续两年4 次肥料底肥使用种类及施用量(kg/hm2

  • 1.5 测定内容及方法

  • 1.5.1 测定内容

  • 2 年4 茬蔬菜拉秧后0 ~ 20 cm层土壤的肥力指标(全氮、有效磷、速效钾及有机质)。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标(细菌、真菌及放线菌);第3 茬黄瓜和第4 茬辣椒总产量及品质指标(维生素C、可溶性糖及可溶性蛋白含量)。

  • 1.5.2 土壤养分指标测定

  • 土样通过取土器采用五点取样法获得,自然风干后用粉碎机打碎装袋保存。土壤pH采用电位法; 全氮的测定采用半微量凯氏法;土壤有效磷测定采用碳酸氢钠法;土壤速效钾测定采用醋酸铵火焰光度法;土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法[11]

  • 1.5.3 土壤微生物指标测定

  • 土壤中细菌、真菌及放线菌的测定均采用稀释平板法测量[12]

  • 细菌和真菌的数量测定:将自田间所取新鲜土样过0.25 mm筛,称取1 g于干净三角瓶中,并加100 mL无菌水于震荡机上充分震荡,然后采用梯度稀释法制成一系列的土壤稀释溶液;真菌用PDA培养基培养,细菌采用TSA培养基培养,细菌接菌后在28℃培养箱中大概需要培养2 ~ 3 d,真菌接菌后在28℃培养箱中大概需要培养4 ~ 5 d。

  • 放线菌的测定:用自然风干的土样过0.25 mm筛,称取1 g于干净三角瓶中,并加100 mL无菌水于震荡机上充分震荡,然后采用梯度稀释法制成一系列的土壤稀释溶液,用AIA培养基培养,放线菌接菌后在28℃ 培养箱中大概需要培养6 ~ 7 d。

  • 1.5.4 黄瓜、辣椒产量及品质指标测定

  • 产量:从收获日起累计记录各处理小区产量,最后折合总产量,并折算出相应的公顷产量。

  • 品质:在果实成熟盛期,各处理按五点取样法随机取15 个成熟果实进行测定。维生素C的测定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法;可溶性糖的测定采用蒽酮比色法;可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝G-250 法[13]

  • 1.6 数据处理

  • 试验数据采用Excel2013 进行数据处理、绘图;采用SPSS 17.0 软件进行方差分析。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜土壤全氮含量的影响

  • 由表3 可知,0 ~ 20 cm土壤的全氮含量,在第1 茬黄瓜拉秧后,各处理间差异不显著;当第2 茬辣椒拉秧及第3 茬黄瓜拉秧后,完全施用有机肥(H)土壤全氮含量均显著高于单施化肥(CK); 当第4 茬辣椒拉秧后,此时各处理表层土壤全氮含量的大小关系为:H(1.57 g/kg)>M(1.43 g/kg)> L(1.30 g/kg)>CK(1.07 g/kg),且各处理间均存在显著性差异。整体分析可得,随着化肥减量配施有机肥比例的增加,土壤表层全氮含量也呈上升趋势,且随着定位试验栽培茬次的增多差异越显著。

  • 表3 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜土壤全氮含量的影响(g/kg)

  • 注:表中数据为平均值 ± 标准差。同列数据后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。下同。

  • 2.2 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜土壤有效磷含量的影响

  • 两年4 茬蔬菜拉秧后0 ~ 20 cm土层土壤有效磷含量呈现季节性动态变化,单施化肥均显著低于其他处理(表4)。在第1 茬黄瓜拉秧后,各处理表层土壤有效磷含量由高到低依次为H(72.10 mg/kg)>M(61.74 mg/kg)>L(59.24 mg/kg)>CK(44.88 mg/kg)。与CK相比,在第2茬辣椒和第3 茬黄瓜拉秧后,L、M及H处理中土壤有效磷含量分别增加了63.91%、83.03%、223.48%和83.19%、 62.10%、228.02%,且H处理与L、M处理间存在显著差异。在第4 茬辣椒拉秧后,各处理的表层土壤有效磷含量均达到最大值且相互之间差异显著,含量由高到低依次为H(210.86 mg/kg)>M(170.18 mg/kg)>L(148.22 mg/kg)>CK(75.36 mg/kg)。由此可见,化肥减量配施有机肥可以显著提高表层土壤有效磷含量,且随着蔬菜栽培茬次数量的增加而增大差异。

  • 表4 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜土壤有效磷含量的影响(mg/kg)

  • 2.3 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜土壤速效钾含量的影响

  • 由表5 分析可得,0 ~ 20 cm土层土壤的速效钾含量,随着栽培茬次的增加,单施化肥(CK) 和单施有机肥(H)速效钾含量呈现递减趋势,而L和M处理呈现季节性动态变化。在第2 茬辣椒拉秧后,与CK相比,L、M及H处理中土壤速效钾含量显著提高,分别增加了32.96%、38.24%、 31.77%。在第3 茬黄瓜拉秧后,M处理下土壤速效钾含量最高(370.15 mg/kg),为对照的1.70 倍,显著高于其他处理。在第4 茬辣椒拉秧后,各处理的土壤速效钾含量由高到低依次为M(310.37 mg/kg)> L(290.13 mg/kg)>H(250.13 mg/kg)>CK(178.35 mg/kg)。综合分析可得,化肥减量配施牛粪对表层土壤速效钾含量有明显的影响,以M处理含量最高,L处理次之。在提高表层土壤速效钾含量方面,配施有机肥效果比完全施用有机肥更优,可能是牛粪含量过高,导致土壤中微生物对钾元素的消耗量增加,也可能是增加了有机质的含量进而促进设施蔬菜对钾元素的吸收。

  • 表5 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜土壤速效钾含量的影响(mg/kg)

  • 2.4 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜土壤有机质含量的影响

  • 由表6 可得,在第1 茬黄瓜拉秧后,各处理表层土壤(0 ~ 20 cm)有机质含量,除对照显著降低外,配施有机肥的各处理几乎无差异。在第2 茬辣椒拉秧后,各处理表层土壤有机质含量由高到低依次为H(29.29 g/kg)>M(27.93 g/kg)>L(27.78 g/kg)>CK(23.67 g/kg)。与CK相比,第3 茬黄瓜拉秧后,L、M及H处理中土壤有机质含量分别增加了25.57%、23.21%和35.75%。在第4茬辣椒拉秧后,配施有机肥的各处理表层土壤有机质含量均达到最大值,L、M及H处理分别比CK提高了8.63、9.58 及11.10 g/kg。综合分析可得,化肥减量配施牛粪可显著提高表层土壤有机质含量, L(化肥减量33.33%)及M(化肥减量66.67%)处理之间土壤有机质含量基本无差异,并且随着定位试验栽培茬次的增加呈现上升趋势,而单施化肥处理下有机质含量大体上呈下降趋势,因此在长年设施蔬菜栽培中底肥配施有机肥有利于保证大棚蔬菜土壤有机质含量。

  • 表6 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜土壤有机质含量的影响(g/kg)

  • 2.5 定位化肥牛粪配施对第4 茬设施辣椒根系土壤微生物的影响

  • 由图1 分析可得,通过此前连续3 茬的定位底肥试验,各处理间土壤微生物已有显著差异。在辣椒栽培施肥前,细菌数量大小关系为H>L>M>CK,真菌数量大小关系为CK>H>M>L,放线菌数量大小关系为M>H>L>CK。辣椒栽培施底肥30 d时,L、M及H处理中细菌含量比CK分别高35.91%、67.62%和73.89%;真菌含量CK比L、M及H处理分别高34.87%、9.71%及14.19%;放线菌含量较施肥前,L、 M及H处理均有明显增加,CK无变化。辣椒栽培施底肥80 d时,就细菌而言,L、M处理中细菌含量显著高于CK,显著低于H处理,L、M处理间无显著差异;就真菌数量而言,CK含量高,L、M及H处理土壤真菌含量比CK分别低了35.68%、38.22%及22.88%;就放线菌而言,较施肥前,CK放线菌数量增加了42.48%,而L、M及H处理分别增加了121.26%、108.12%及99.95%。辣椒栽培施底肥120 d时,细菌数量仍以H处理中数量最高,CK最低,且达到显著水平;真菌数量CK显著高于L和M处理,M和H处理显著高于L处理,放线菌数量大小关系为M>H>L>CK。整体而言,3 种类型的微生物大小关系与施肥前一致,但随着定位试验茬次的增多,各处理间显著性发生变化,即优劣效果越来越明显,其中以H处理辣椒根系细菌含量最高;以L处理真菌含量最高;放线菌数量以M处理含量最高。

  • 图1 定位化肥牛粪配施对第4 茬设施辣椒根系土壤微生物的影响

  • 注:同一施肥时间下不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

  • 2.6 定位化肥牛粪配施对设施蔬菜产量及品质的影响

  • 由表7 可得,在第1 茬黄瓜栽培中,M处理较CK增产幅度最大,为1.38%,H处理却低于CK,且各处理之间无显著性差异。在品质指标上,各处理维生素C含量较CK相比,均有不同程度的增加,其中以M处理最高(12.18 mg/100 g);可溶性糖及可溶性蛋白含量也均以M处理最高;在第2 茬辣椒栽培中,与对照单施化肥相比,以M处理增产最大,但单个处理间均未达到显著水平。综合维生素C、可溶性蛋白及可溶性糖含量品质指标,均以M处理最优。在第3 茬黄瓜栽培中,配施牛粪L、M及H处理比与单施化肥(CK)分别增产4.67%、4.12%及1.06%;在黄瓜品质指标中,维生素C含量由高到低依次为M>L>H>CK,L、M与H和CK间存在显著性差异;此外与CK相比,各处理均提高了黄瓜果实中的可溶性糖含量,具体数值为19.78%、11.72%及31.21%,以H处理中可溶性糖含量最高;在果实可溶性蛋白含量上,各处理间无显著差异,其中以M处理最高,CK处理最低。在第4 茬辣椒栽培产量上,与仅施化肥相比,不同比例化肥减量配施有机肥均可提高塑料大棚栽培辣椒产量,相比CK增产1784.24 ~ 7075.02 kg/hm2,其中M处理产量最高,增产7075 kg/hm2,且显著高于H、CK处理。在对辣椒果实品质影响上,有机肥料替代化肥均能够明显提高辣椒的品质。M处理下辣椒的维生素C和可溶性蛋白含量最高,且维生素C含量显著高于CK处理,比CK提高33.52%;H处理下辣椒的可溶性糖含量最高(1.07%)。综合分析黄瓜及辣椒产量品质,与CK相比,以M处理下品质最优,显著性最强。

  • 表7 不同施肥处理下对两年4 茬大棚蔬菜产量及品质的影响

  • 3 结论与讨论

  • 试验通过对两年4 茬设施蔬菜拉秧后土壤基础肥力、生态环境及作物产量、品质等相关指标测定,综合试验分析可得:土壤肥力随着化肥减量配施有机肥比例以及栽培年限的增加,各处理表层土壤(0 ~ 20 cm)全氮和有效磷含量差异逐渐明显,整体以H(牛粪完全替代化肥)处理有效磷含量最高;单施化肥(CK)和H处理下表层土壤速效钾含量随着栽培茬次的增加呈现递减趋势,整体以M处理含量最高,为CK的1.70 倍,显著高于其他处理;单施化肥处理下土壤有机质含量有下降趋势,配施牛粪作为底肥显著提升其含量,而且随着栽培茬次的增加呈现上升趋势。在辣椒(第4 茬)根际土壤微生物相关指标上,随着化肥减量配施有机肥比例的增加,辣椒根系土壤细菌、放线菌含量在不断增加,根系真菌含量先增加后减小;其中根系细菌以H处理下含量最高,根际真菌以L处理下含量最高,放线菌数量以M处理下含量最高。在第1 茬黄瓜产量上,M处理较CK增产幅度最大,为1.38%;在第2 茬辣椒产量上,以M处理增产最大,各个处理间差异不显著;在第3 茬黄瓜栽培中,配施牛粪的L、M及H处理比单施化肥分别增产4.67%、4.12%及1.06%,以L处理产量最高;在第4 茬辣椒栽培产量上,以M处理产量最高,增产量为7075.02 kg/hm2,且显著高于L、H处理;就4 茬蔬菜整体产量而言,以M处理增产效果最好。在第1 茬黄瓜品质指标上,配施有机肥处理下的维生素C含量较CK相比均有不同程度的增加,且维生素C、可溶性糖及可溶性蛋白含量均以M处理最高;在第2 茬辣椒品质指标上,综合维生素C、可溶性蛋白及可溶性糖含量品质指标,均以M处理最优;在第3 茬黄瓜品质指标上,维生素C含量由高到低依次为M>L>H>CK,配施有机肥处理均提高了黄瓜果实中的可溶性糖含量,以完全施用有机肥处理中可溶性糖含量最高;在第4 茬辣椒指标品质上,M处理辣椒的维生素C和可溶性蛋白含量最高,且维生素C含量显著高于CK处理,H处理辣椒的可溶性糖含量最高,整体以M处理品质最优。

  • 土壤全氮含量处于动态变化之中,它的消长取决于氮积累和消耗的相对多寡,特别是取决于土壤有机质的生物积累和水解作用[14]。此外,土壤中速效养分能够直接被作物吸收利用,是作物获得高产的保证,其含量的高低是土壤养分供给的强度指标[15]。本研究发现,与单施化肥(CK)相比,配施有机肥(牛粪)作为底肥可提高栽培土壤有机质、全氮及有效磷含量,与宋建群[16]通过对烟草化肥减量配施不同有机肥对土壤肥力影响的结果基本一致,同时与张运龙[17]化肥减量配施有机肥在小麦、玉米大田研究中可提高土壤全氮、有效磷、速效钾及有机质含量,有效改良土壤结构,提高土壤肥力的研究结果一致。此外,本研究结果还发现,化肥减量配施有机肥处理比完全施用有机肥更有利于提高表层土壤速效钾含量,可能是牛粪用量过高,导致土壤中微生物对钾元素的消耗量增加,也可能是大量的有机质促进设施蔬菜对钾元素的吸收等。不同施肥处理对作物根系土壤微生物菌落有显著影响,与CK相比,化肥配施有机肥可以提高作物根系土壤细菌和放线菌数量,降低真菌数量,与姜蓉等[18]化肥配施有机肥,可提高菊花土壤中放线菌及真菌数量的研究结果一致,与李姣等[19] 不同生物有机肥与烟草专用复合肥配施对烤烟根际土壤微生物的影响研究结果基本一致。

  • 有机肥与化肥合理配施可获得更好的经济效益,本研究发现有机肥与化肥配施(L、M)处理可提高栽培蔬菜中维生素C及可溶性糖含量,同时发现M处理对大棚辣椒产量提升效果最好,可能是该处理下显著增加了土壤放线菌的数量,对根系生长有显著的促进作用,进而增加作物产量[20],与段永华等[21]化肥减量配施生物肥对白菜产量及品质的影响研究结果基本一致,与崔红艳[22]研究配施有机肥能够促进胡麻生长,提高胡麻产量的结果一致。受灌溉、追肥的种类和频繁程度及土壤中细菌、真菌、放线菌等微生物数量、生理代谢等方面的影响,土壤中肥力也呈现不同的变化[23],因此合理配施有机肥的技术也将成为设施蔬菜栽培绿色、可持续发展的必然要求,也将是未来设施蔬菜栽培发展研究的重中之重。

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