-
随着居民生活水平的提高，对蔬菜安全和品质的要求越来越高，发展优质蔬菜是当前中国农业面临的重要问题[1]。而设施菜田作为一类高投入-高产出的特殊农田资源，对于保障城乡居民蔬菜消费、提高农民收入和实现农业增效具有十分重要的作用[2]。科学合理施肥是设施蔬菜优质高效生产的关键[3]，但是在蔬菜生产中，仍存在化肥过量施用的现象，不仅降低了肥料利用率和蔬菜品质，还带来了土壤板结、环境污染[4]和水污染等一系列问题，而绿肥是纯天然、最清洁的有机肥源，在部分替代化肥[5]、改良土壤理化性质[6-10]、改善农作物品质[11-12]和环境保护[13]等方面有着极其重要的作用。我们曾发现并探索多种冬绿肥覆盖作物，探究了其在适应多种土壤条件、固氮蓄碳和防风固沙等方面的影响[14-16]，取得了较好的成果，但是关于不同绿肥品种对设施青椒影响的研究尚少。
-
青椒是人们喜食的四季蔬菜，在设施蔬菜生产中占重要地位，且需肥量较大，肥料是保障青椒高产稳产的重要因素。本研究利用黑麦、毛叶苕子、箭筈豌豆、燕麦、油菜和小葵子这6种绿肥作物配合有机无机肥施用于设施青椒，以推荐出利于改善土壤理化性状和促进青椒生长发育的绿肥品种，为后期研究绿肥在设施蔬菜种植中减肥增效和农业可持续利用模式提供依据。
-
1 材料与方法
-
1.1 试验区概况
-
试验地位于天津市丰邦蔬菜种植专业合作社，供试蔬菜为青椒，供试有机肥为天津富瑞丰生物科技有限公司生产的有机肥（N 1.9%、P2O5 1.4%、 K2O 2.4%），供试化肥为水溶肥（养分含量50%）。供试土壤0～20cm土层有机质含量20.4g/kg、全氮2.5g/kg、全磷2.6g/kg、全钾18.6g/kg、硝态氮176.4mg/kg、有效磷（Olsen-P）287.5mg/kg、速效钾274.6mg/kg、pH值7.7、电导率（EC值）268 μS/cm。
-
1.2 试验设计
-
试验在日光温室内进行，栽培的方式为传统的畦栽，畦宽1.5m，畦长8m，株距40cm。采用小区试验，共设置7个不同种植绿肥作物的处理：（1） 黑麦；（2） 毛叶苕子；（3） 箭筈豌豆；（4）燕麦；（5）油菜；（6）小葵子；（7）对照。每个处理6次重复，各绿肥均为2019年3月初播种，于2019年6月中旬青椒收获后进行翻压。黑麦、毛叶苕子、箭筈豌豆和燕麦的播种量是120.0kg/hm2，油菜和小葵子的播种量是60.0kg/hm2，绿肥产草量以鲜重计，黑麦产量为19.9t/hm2，毛叶苕子产量为18.8t/hm2，箭筈豌豆产量为18.0t/hm2，燕麦产量为21.0t/hm2，油菜产量为20.1t/hm2，小葵子产量为22.5t/hm2。各处理具体的施肥量见表1。
-
在种植前，采集0～20、20～40cm土壤，测定土壤pH值、EC值、硝态氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾和有机质含量。在种植后，采集不同处理0～100cm土层土壤，测定各层土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量，测定0～20cm土层土壤pH值、EC值、全氮、全磷、全钾和有机质含量。在收获期，测定每试验小区的产量，并在盛果期取果实鲜样，测定其品质指标维生素C和硝酸盐含量。
-
1.3 试验项目与方法
-
土壤样品的测定项目和方法：pH值（酸度计测定）、EC值（电导仪测定）、全氮（凯氏定氮法测定）、全磷（高氯酸-硫酸法）、全钾（氢氟酸消解法）、硝态氮（酚二磺酸比色法）、有效磷（碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法测定）、速效钾（醋酸铵浸提，原子吸收分光光度法测定）和有机质 （重铬酸钾容量法）；土壤酶活性采用试剂盒进行测定[17]。
-
1.4 数据处理
-
试验数据采用Excel 2003和SAS 8进行统计分析；各处理间的差异显著性用LSD法检测。
-
2 结果与分析
-
2.1 不同绿肥处理对设施土壤耕层pH和EC的影响
-
与对照相比，绿肥处理对设施土壤0～20cm的pH影响不大（图1）。各绿肥处理的pH值为7.82～7.92，对照处理的土壤pH值为7.80，油菜处理的土壤pH值最高，为7.90。绿肥处理能显著降低土壤的EC值（图1），对照处理的EC值为276.7 μS/cm，绿肥处理的EC值为224.7～259.3 μS/cm，其中燕麦处理的土壤EC值降幅最大，比对照处理降低了52.0 μS/cm，其他绿肥处理的降低比例为6.3%～18.8%。可见，在设施青椒种植中，绿肥有利于缓解土壤盐渍化，其中燕麦处理的作用效果最好。
-
图1 不同处理对设施土壤0～20cm土层土壤pH值和EC值的影响
-
注：柱上不同字母表示处理间在0.05水平上差异显著。下同。
-
2.2 不同绿肥处理对设施土壤有机质的影响
-
与对照处理相比，绿肥处理能够提高土壤有机质含量（图2）。对照处理的土壤有机质含量为52.0g/kg，绿肥处理与之相比，提高了2.3%～26.6%。各绿肥处理之间比较，箭筈豌豆处理的土壤有机质含量最高，为65.8g/kg，毛叶苕子处理和黑麦处理的土壤有机质含量较低，分别为53.2和53.7g/kg。在本试验条件下，箭筈豌豆对于提高设施青椒的土壤有机质含量效果最佳。
-
图2 不同处理对设施土壤0～20cm土层土壤有机质含量的影响
-
2.3 不同绿肥处理对设施土壤全量养分的影响
-
绿肥处理能够提高土壤全量养分的含量（表2）。与对照处理相比，各绿肥处理的土壤全氮含量提高了0.01～0.6g/kg、土壤全磷含量提高了0.1～0.6g/kg、土壤全钾含量提高了5.5～17.5g/kg。各绿肥处理之间比较，油菜处理和小葵子处理的土壤全氮含量高于其他处理，黑麦处理的土壤全磷含量显著高于其他处理，小葵子处理的土壤全钾含量在各处理中为最高。
-
注：同列不同字母表示处理间差异在0.05水平上显著。下同。
-
2.4 不同绿肥处理对设施土壤速效养分的影响
-
与对照比较，绿肥处理能够减少0～100cm各土层的土壤硝态氮含量（图3）。其中，对照处理0～20cm土层的土壤硝态氮含量为62.1mg/kg，各绿肥处理与之相比减少了2.5～11.3mg/kg，其中，箭筈豌豆处理降低幅度最大，比对照降低了18.2%。 60～80cm土层各处理土壤硝态氮含量的降低幅度在各土层中为最大，降低了38.6%～66.3%，其中，小葵子降低幅度在各处理中为最大。因此，绿肥处理能够降低设施蔬菜0～100cm各土层土壤硝态氮的含量，减少硝态氮淋失对地下水的污染。
-
图3 不同处理对设施土壤0～100cm土层土壤硝态氮含量的影响
-
绿肥处理能增加设施土壤0～80cm各土层中的有效磷含量，减少80～100cm土层的有效磷含量（图4）。其中，各绿肥处理较对照相比，0～20、 20～40、40～60和60～80cm土层的土壤有效磷含量分别增加了21.9%～55.3%、8.8%～97.8%、 19.5%～90.0%和23.3%～119.3%，80～100cm土层的土壤有效磷含量降低了16.6%～58.6%。各绿肥处理之间比较，小葵子处理0～20和20～40cm土层土壤有效磷含量最高，黑麦处理40～60cm土层土壤有效磷含量最高，油菜处理60～80和80～100cm土层土壤有效磷含量最高。因此，绿肥处理能够提高土壤有效磷的含量，并且小葵子处理提高设施土壤耕层有效磷含量的幅度最高，具有较好的肥料效应。
-
各绿肥处理能够一致性地提高设施土壤0～20和40～60cm土层的土壤速效钾含量（图5）。与对照相比，绿肥处理0～20和40～60cm土层的土壤速效钾含量提高幅度分别为0.04%～38.7%和4.0%～104.5%。对于20～40cm土层的土壤速效钾含量，黑麦、小葵子、油菜和黑麦处理高于对照处理，毛叶苕子和箭筈豌豆处理低于对照处理；对于60～80cm土层的土壤速效钾含量，除黑麦处理高于对照处理，提高了11.0%外，其他各绿肥处理均低于对照处理；对于80～100cm土层土壤速效钾含量，除箭筈豌豆处理低于对照处理，其他各绿肥处理均高于对照处理。综上可知，绿肥处理可以增加设施土壤耕层的速效钾含量和土壤对设施青椒的养分供应能力，其中黑麦处理的提高幅度最大。
-
图4 不同处理对设施土壤0～100cm土层土壤有效磷含量的影响
-
图5 不同处理对设施土壤0～100cm土层土壤速效钾含量的影响
-
2.5 不同绿肥处理对土壤酶和微生物的影响
-
各绿肥处理均提高了土壤脲酶和多酚氧化酶的活性，其中毛叶苕子处理的提高幅度均为最大，与对照相比分别提高了18.0%和39.1%。燕麦、小葵子、箭筈豌豆、黑麦和油菜处理的脲酶活性分别提高了16.5%、14.5%、13.4%、5.8%和4.5%。小葵子、油菜、箭筈豌豆、黑麦和燕麦的多酚氧化酶的活性分别提高了32.9%、31.8%、16.2%、13.6%和13.6%。油菜、毛叶苕子和黑麦处理的土壤碱性磷酸酶活性的提高幅度分别为51.7%、40.0%和17.2%，黑麦、毛叶苕子和燕麦处理的土壤蔗糖酶活性的提高幅度分别为10.5%、7.7%和7.2%。毛叶苕子、燕麦、小葵子处理的土壤过氧化物酶活性的提高幅度分别为4.1%、4.0%和4.0%（表3）。
-
绿肥处理能够提高细菌和真菌的数量（表4）。其中，燕麦、油菜、箭筈豌豆、毛叶苕子、小葵子和黑麦处理的细菌数量分别提高了11.0、7.3、3.3、 3.2、2.9和2.6倍。箭筈豌豆、油菜、毛叶苕子、小葵子、燕麦和黑麦处理的真菌数量分别提高了6.7、3.8、3.6、3.6、2.9和0.5倍。燕麦处理的放线菌数量提高了0.8倍，其他绿肥处理均降低了放线菌的数量。
-
2.6 不同绿肥处理对设施青椒产量和品质的影响
-
与对照相比，绿肥处理对设施青椒的产量影响不大（表5），各处理的产量为4506.2～4625.7kg/hm2，以燕麦处理的产量最高，为4625.7kg/hm2。箭筈豌豆和燕麦处理能够提高设施青椒的维生素C含量，分别提高了21.0%和7.9%。燕麦处理与对照相比可减少设施青椒20.1%的硝酸盐含量。
-
3 结论与讨论
-
3.1 绿肥对土壤理化性状的影响
-
土壤EC值能反映土壤盐含量的变化特征，土壤EC值越小，含盐量越低。在本研究中，绿肥处理能显著降低土壤的EC值，在设施青椒种植中，使用绿肥有利于缓解土壤盐渍化，其中，燕麦对降低土壤EC值的效果最好。这可能是因为绿肥翻压后被迅速分解可供后茬作物利用，促进了作物根系的生长，从而提高了土壤孔隙度，达到了调节土壤理化性状、改良盐碱土壤的效果[20]。同时，绿肥的施用也会增加土壤有机胶体和腐殖质数量，土壤胶体对盐组分的吸附能力提高，降低了土壤中盐离子活性，从而起到了降低土壤含盐量的效果[21]。绿肥处理能够减少土壤硝态氮、提高有效磷和速效钾的含量，其中，箭筈豌豆处理减少硝态氮淋失的作用效果最好，小葵子处理对提高土壤耕层有效磷含量的水平最高，黑麦处理对提高土壤耕层速效钾含量幅度最大。绿肥处理能够提高土壤脲酶和多酚氧化酶的活性，其中毛叶苕子处理的提高幅度均为最大，且大部分绿肥处理提高了土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化物酶的活性。这主要是因为绿肥根系分泌有机酸类物质，降低了土壤pH值，使土壤中难溶性的养分转化为可供作物利用的有效养分[22-24]。绿肥作物在生长过程中会产生一些分泌物和凋落物，增加了土壤的酶含量，从而活化了土壤中的一些有机物质，达到提高土壤肥力的效果[25-29]。
-
3.2 绿肥对保障蔬菜安全的重要性
-
本研究中，箭筈豌豆、燕麦和油菜处理能够增加设施青椒的维生素C含量。硝酸盐含量是蔬菜生产中重要的安全指标，降低硝酸盐含量是生产优质蔬菜的关键。在本研究中，箭筈豌豆、毛叶苕子和黑麦能够降低设施青椒的硝酸盐含量，对于保障蔬菜安全具有较好的作用。土壤全量养分表征了土壤潜在提供养分的能力，土壤有机质含量直接反映了土壤肥力水平，也是土壤结构和土壤环境适宜性的重要体现[30]。从长远角度来讲，绿肥处理可以有效提高土壤全量养分和有机质的含量，且油菜、小葵子、黑麦和箭筈豌豆的作用效果最好，这说明绿肥对于培肥地力具有重要作用，对于保障蔬菜产量和蔬菜安全具有重要的意义，在农业生产中具备较好的可行性。
-
综上可知，在设施青椒种植中，绿肥能够有效地缓解土壤盐渍化，且可减轻硝态氮淋失、提高有效磷和速效钾养分、全量养分和有机质的含量。燕麦在提高设施青椒的维生素C含量、降低硝酸盐含量方面的综合效果较为显著，值得进一步推广使用。
-
参考文献
-
[1] 董畔，张成军，彭正萍，等．京郊设施黄瓜氮素施用量的优化运筹研究［J］．植物营养与肥料学报，2016，22（6）：1628-1635.
-
[2] 石生伟，刘衎，郭利娜，等．天津市设施菜地施肥现状及减施潜力和对策［J］．植物营养与肥料学报，2020，26（6）：1091-1105.
-
[3] 黄绍文，唐继伟，李春花，等．我国蔬菜化肥减施潜力与科学施用对策［J］．植物营养与肥料学报，2017，23（6）：1480-1493.
-
[4] 孙猛，徐媛，刘茂辉，等．天津市农田氮肥施用氨排放量估算及分布特征分析［J］．中国生态农业学报，2016，24（10）：1364-1370.
-
[5] 刘思超，唐利忠，李超，等．不同混作方式绿肥替代部分基施化学氮肥对双季稻产量形成特性的影响［J］．华北农学报，2018，33（5）：218-225.
-
[6] 周国朋，谢志坚，曹卫东，等．稻草高茬-紫云英联合还田改善土壤肥力提高作物产量［J］．农业工程学报，2017，33（23）：157-163.
-
[7] 高嵩涓，周国朋，曹卫东.冬种绿肥对水稻土硝化作用的影响［J］．土壤学报，2022，59（1）：263-273.
-
[8] Zhou G P，Gao S J，Xu C X，et al．Rational utilization of leguminous green manure to mitigate methane emissions by influencing methanogenic and methanotrophic communities［J］． Geoderma，2020，361：14071.
-
[9] Bai J S，Cao W D，Xiong J，et al．Integrated application of February Orchid（Orychophragmus violaceus）as green manure with chemical fertilizer for improving grain yield and reducing nitrogen losses in spring maize system in northern China［J］． Journal of Integrative Agriculture，2015，14（12）：2490-2499.
-
[10] Gao S J，Cao W D，Zou C Q，et al．Ammonia-oxidizing archaea are more sensitive than ammonia-oxidizing bacteria to long-term application of green manure in red paddy soil［J］．Applied Soil Ecology，2018，124：185-193.
-
[11] 张明发，田峰，邓小华，等．不同绿肥品种翻压对烤烟产质量及土壤性状的影响［J］．作物研究，2017，31（1）：66-69，72.
-
[12] 赵秋，张新建，宁晓光，等．三种华北冬绿肥对生菜生长和营养品质的影响［J］．华北农学报，2015，30（6）：159-163.
-
[13] 曹卫东，包兴国，徐昌旭，等．中国绿肥科研60年回顾与未来展望［J］．植物营养与肥料学报，2017，23（6）：1450-1461.
-
[14] 赵秋，高贤彪，宁晓光，等．华北地区春玉米-冬绿肥轮作对碳、氮蓄积和土壤养分以及微生物的影响［J］．植物营养与肥料学报，2013，19（4）：1005-1011.
-
[15] 赵秋，高贤彪，宁晓光，等．华北地区几种冬闲覆盖作物碳氮蓄积及其对土壤理化性质的影响［J］．生态环境学报，2011，20（4）：750-753.
-
[16] 赵秋，高贤彪，宁晓光，等．冬绿肥二月兰间作及翻压对北方桃园生长环境及果实品质的影响［J］．中国土壤与肥料，2013（1）：93-96.
-
[17] 鲍士旦．土壤农化分析［M］．北京：中国农业出版社，2005.
-
[18] 张以顺，黄霞，陈云凤．植物生理学实验教程［M］．北京：中国农业出版社，2003.
-
[19] 王学奎．植物生理生化实验原理和技术（2 版）［M］．北京：高等教育出版社，2008．268-270.
-
[20] 李斌，王家平，李鲁华，等．油菜秸秆还田对盐碱地油菜根系生长发育的影响［J］．新疆农垦科技，2018，41（11）：24-29.
-
[21] 赵莉，罗建新，黄海龙，等．保护地土壤次生盐渍化的成因及防治措施［J］．作物研究，2007（S1）：547-550，554.
-
[22] 何红霞，李小涵，包明，等．栽培模式对旱地小麦产量和土壤肥力的影响［J］．应用生态学报，2019，30（2）：573-582.
-
[23] Chen Y L，Guo Y Q，Han S J，et al．Effect of root derived organic acids on the activation of nutrients in the rhizosphere soil ［J］．Journal of Forestry Research，2002，13（2）：115-118.
-
[24] Gao S J，Zhou G P，Liao Y L，et al．Contributions of ammoniaoxidising bacteria and archaea to nitrification under longterm application of green manure in alkaline paddy soil［J］． Geoderma，2020，374：114419.
-
[25] 陈蕾蕾，聂大杭，苑喜军．不同绿肥还田对土壤肥力质量的影响［J］．作物研究，2017，31（5）：503-505.
-
[26] 曹卫东，徐昌旭．中国主要农区绿肥作物生产与利用技术规程［M］．北京：中国农业科学技术出版社，2010.
-
[27] 张久东，包兴国，曹卫东，等．长期施用绿肥减施化肥对毛叶苕子产草量和土壤肥力的影响［J］．中国土壤与肥料，2017（6）：66-70.
-
[28] 刘威，秦自果，耿明建，等．冬种绿肥和稻草全量还田对单季稻田土壤理化性质的影响［J］．中国土壤与肥料，2017（4）：55-61.
-
[29] 李增强，王建红，张贤．绿肥腐解及养分释放过程研究进展 ［J］．中国土壤与肥料，2017（4）：8-16.
-
[30] 李国栋，解成岩，赵永哲．土样制备对土壤有机质测定的影响［J］．黑龙江环境通报，2018，42（3）：16-18.
-
摘要
采用设施大棚开展试验，设置了黑麦、毛叶苕子、箭筈豌豆、燕麦、油菜、小葵子和对照 7 个处理，研究绿肥对设施青椒产量、品质和土壤理化性状的影响。结果表明：（1）绿肥处理能显著降低土壤的电导率（EC 值），其中燕麦处理的土壤 EC 值降低比例最高，比对照处理降低了 52.0μS/cm，其他绿肥处理的降低比例为 6.3% ～ 18.8%。（2）绿肥处理能够提高土壤全量养分的含量，油菜处理和小葵子处理的土壤全氮含量要显著高于其他处理，黑麦处理的土壤全磷含量高于其他处理，小葵子处理的土壤全钾含量在各处理中为最高。（3）绿肥处理能够降低设施蔬菜 0 ～ 100 cm 各土层土壤中硝态氮的含量，减少硝态氮淋失对地下水的污染，能够提高土壤有效磷的含量，小葵子降低硝态氮的幅度在各处理中为最大，其中黑麦处理提高速效钾的幅度最大。（4）各绿肥处理均提高了土壤脲酶和多酚氧化酶的活性，毛叶苕子处理的提高幅度均为最大，与对照相比分别提高了 18.0% 和 39.1%；绿肥处理能够提高细菌和真菌的数量；燕麦和油菜处理的细菌数量分别提高了 11.0 和 7.3 倍，箭筈豌豆处理的真菌数量提高了 6.6 倍。（5）各处理设施青椒的产量为 4506.2 ～ 4625.7 kg/hm2 ，燕麦处理的产量在各处理中最高，为 4625.7 kg/hm2 。箭筈豌豆和燕麦处理能够提高设施青椒维生素 C 的含量，分别提高了 21.0% 和 7.9%。 燕麦处理可减少设施青椒的硝酸盐含量，减少了 20.1%。在设施青椒种植中，绿肥能够有效地缓解土壤盐渍化， 且可减轻硝态氮淋失、提高有效磷和速效钾养分、全量养分和有机质的含量，燕麦对于提高设施青椒品质的综合效果较为显著，值得推广应用。
Abstract
The experiment was carried out in a facility greenhouse，and seven treatments，including rye，Vicia villosa Roth，Vicia sativa L.，oat，rape，Guizotia abyssinica Cass．and control，to study the effects of green manure on the yield，quality and soil physical and chemical properties of greenhouse green pepper．The result showed that：（1） Green manure treatment significantly reduced the electrical conducticity（EC value）of soil，in which oat treatment had the highest reduction rate，which was 52.00 μS/cm lower than the control，and the reduction ratio of other green manure treatments was 6.27% ～ 18.80%.（2）Green manure treatments improved soil total nutrient contents． The soil total nitrogen content of rape and Guizotia abyssinica Cass．treatment was significantly higher than those of other treatments，the total phosphorus content of rye treatment was the highest and the soil total potassium content of Guizotia abyssinica Cass．treatment was the highest among all treatments.（3）Green manure treatment reduced the content of nitrate nitrogen in 0 ～ 100 cm soil layer of greenhouse vegetables，reduced the pollution of nitrate leaching to groundwater，and increased the content of soil available phosphorus．The nitrate nitrogen reduction range of Guizotia abyssinica Cass．seed was the largest among all treatments，and rye treatment had the largest increase of available potassium.（4）All green manure treatments improved the activities of soil urease and polyphenol oxidase．The treatments of the Vicia villosa Roth treatment had the largest increase，which increased by 18.0% and 39.1%，respectively，compared with the control．Green manure treatment increased the number of bacteria and fungi．The number of bacteria treated with oat and rape was increased by 11.0 and 7.3 times，respectively．The number of fungi treated with Vicia sativa L．increased by 6.6 times.（5）The yield of green pepper ranged from 4506.2 to 4625.7 kg/hm2 ，and oat treatment had the highest yield of 4625.7 kg/hm2 ．Vicia sativa L．and oat increased the vitamin C content of green pepper by 21.0% and 7.9%，respectively．Oat treatment reduced nitrate content of green pepper by 20.1%．In greenhouse green pepper planting，green manure can effectively alleviate soil salinization，reduce nitrate leaching，and increase the contents of available phosphorus and potassium，total nutrients and organic matter．The comprehensive effect of oat on improving the quality of greenhouse green peppers is more significant， and it is worthy of popularization.