摘要
为了明确生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂及其配施对设施菜地土壤质量及蔬菜品质的影响，为花椰菜品质提升提供技术支撑。通过 3 年田间试验，设置常规及双倍施用量生物有机肥、贝壳粉土壤改良剂及两者配施处理，利用随机森林模型探究土壤性质、微生物特性及蔬菜品质对改良剂施用的响应特征。结果表明，与常规施肥处理（CK）相比，施用双倍用量贝壳粉土壤改良剂（SP2）以及生物有机肥和贝壳粉土壤改良剂配施（OF+SP） 处理土壤容重降低显著（P<0.05），双倍用量生物有机肥（OF2）显著提高了土壤碱解氮含量（P<0.05），除常规用量生物有机肥（OF）外，其他各处理均显著提升了土壤 pH（P<0.05）。生物有机肥和贝壳粉土壤改良剂对土壤胞外酶活性则表现出一定程度的剂量效应。随着施用量增加，生物有机肥提升了土壤胞外酶活性，贝壳粉土壤改良剂则抑制了土壤胞外酶活性。与 CK 相比，OF+SP 处理显著提高了土壤β- 葡萄糖苷酶活性，显著降低了土壤酸性磷酸酶活性（P<0.05）。与 CK 相比，除 SP2 处理外，其他处理均显著提高土壤微生物量碳（MBC）（P<0.05）。 OF2 处理对提升花椰菜维生素 C、可溶性糖的效果最好，较 CK 相比增幅分别为 261.50%、70.62%；常规用量贝壳粉土壤改良剂（SP）对提高花椰菜可溶性蛋白含量效果最好，较 CK 增幅为 134.53%。随机森林模型表明，β- 葡萄糖苷酶活性、MBC、pH、土壤速效钾（AK）是影响花椰菜维生素 C 含量的关键因子（P<0.05）；阳离子交换量、 AK、土壤容重（BD）是影响花椰菜可溶性蛋白的关键因子（P<0.05）；β- 葡萄糖苷酶活性、pH、MBC、AK 则是影响花椰菜可溶性糖的关键因子（P<0.05）。在这些参数中，β- 葡萄糖苷酶活性、MBC、pH、AK 的因子负荷较高，对花椰菜品质提升的贡献较大。因此，推荐施用常规用量的双倍生物有机肥并减量配施贝壳粉土壤改良剂来改善设施菜地土壤性质，提高土壤微生物生物量与土壤胞外酶活性，进而提高设施花椰菜品质。
Abstract
In order to clarify the effects of bio-organic fertilizer and shell powder soil amendments and their combined application on soil quality and vegetable quality of vegetable plots in facilities，and to provide technical support for the improvement of cauliflower quality，a three-year field experiment was conducted to set up different application amounts of bio-organic fertilizer，shell powder soil amendments and their combined application treatments．Random forest model was used to investigate the response characteristics of soil properties，microbial characteristics and vegetable quality to amendment application．The results showed that compared with CK，the bulk density of soil treated with double dosage of shell powder soil conditioner（SP2）and combined application of bio-organic fertilizer and shell powder soil conditioner（OF+SP） was significantly decreased（P<0.05），and double dosage of bio-organic fertilizer（OF2）significantly increased soil alkali-hydrolyzed nitrogen content（P<0.05）．All other treatments significantly increased soil pH value（P<0.05）．Bioorganic fertilizer and shell powder soil amendments showed a dose effect on soil extracellular enzyme activity to a certain extent．With the increase of application amount of bio-organic fertilizer，soil extracellular enzyme activity showed an increasing trend．However，double dosage of shell powder soil amendment inhibited the activity of soil extracellular enzyme to some extent．Compared with CK， OF+SP treatment significantly increased soilβ-glucosidase activity，but significantly decreased soil acid phosphatase activity （P<0.05）．Compared with CK，all treatments except SP2 significantly increased soil microbial biomass carbon（MBC）（P<0.05）． Double dosage of bio-organic fertilizer（OF2）had the best effect on increasing vitamin C and soluble sugar in cauliflower，which increased by 261.50% and 70.62% compared with CK，respectively．Soil amendment（SP）with conventional dosage of shell powder had the best effect on increasing soluble protein content of cauliflower，which increased by 134.53%，compared with CK． The random forest model showed thatβ-glucosidase activity，MBC，pH and available potassium（AK）were the key factors affecting vitamin C content in cauliflower（P<0.05）．Cation exchange canacity，AK and bulk density were the key factors affecting soluble protein of cauliflower（P<0.05）．β-glucosidase activity，pH，MBC，AK were the key factors affecting solublesugar in cauliflower（P<0.05）．Among these parameters，β-glucosidase activity，MBC，pH，AK factor load was higher， which contributed to the improvement of cauliflower quality．Therefore，it was recommended to apply 15000 kg/hm2 bio-organic fertilizer and reduce the amount of shell powder soil amendment to improve the soil properties of vegetable plots in facilities， improve the soil microbial biomass and soil extracellular enzyme activity，and then improve the quality of broccoli in facilities．
我国是世界最大的蔬菜生产国和消费国，近几年全国蔬菜种植面积稳定在 2000 万 hm2 以上，其中设施蔬菜种植面积约占蔬菜种植面积总量的 1/5。调查发现，设施蔬菜仅用 3% 的耕地就可以生产出 25% 的蔬菜产量，并贡献 45% 的蔬菜产值，对我国蔬菜产业的发展具有重要作用[1-2]。根据《全国现代设施农业建设规划（2023—2030 年）》，到 2030 年全国现代设施农业规模将进一步扩大，设施蔬菜产量占比提高到 40%。然而，设施蔬菜的长期经营也带来了一系列问题，如因过度追求产量和经济效益，设施蔬菜种植普遍存在农事操作频繁、大量施用农药和化肥、长期连作、复种指数高等现象[3]，使设施蔬菜土壤环境急剧恶化，出现土壤酸化、养分失衡、病害加重以及蔬菜品质下降等诸多问题，严重制约着我国设施蔬菜产业的绿色可持续发展[4-5]。因此，如何解决设施蔬菜经营过程中的土壤质量下降问题，提升土壤质量和蔬菜品质，成为当前科学发展设施蔬菜产业所面对的重要课题之一。
目前，施用有机或无机土壤改良剂是设施蔬菜土壤改良常用措施。生物有机肥是一种重要的有机土壤改良剂，其不仅含有丰富的有机质与养分，还有大量特定功能微生物，具有增进土壤肥力，调节土壤微生物群落结构，提高作物产量与品质等作用[6]。陶加乐等[7]研究了生物有机肥对设施甘蓝土壤理化性质及产量的影响，表明施用生物有机肥后土壤微生物数量及酶活性均呈现明显上升趋势，指出生物有机肥可有效改良设施土壤次生盐渍化和连作障碍，显著提高设施甘蓝产量。金珊等[8]研究了生物有机肥对设施黄瓜土壤的改良效果，发现施用生物有机肥后，在一定程度上减少了土壤中真菌数量和部分病原菌，减缓了设施蔬菜土传病害的发生，同时显著提高了土壤中速效养分和酶活性，微生物结构得到改善，土壤细菌多样性增加。曲成闯等[9]针对设施蔬菜土壤连作障碍问题，研究了生物有机肥在土壤改良和防控黄瓜连作障碍中的应用效果，认为生物有机肥能够降低土壤容重和电导率，增加土壤总孔隙度、pH 和有效养分含量，土壤微生物量碳含量提高 4.26%～23.2%，黄瓜产量提升了 3.93%～10.6%。
在无机土壤改良剂中，石灰等碱性物料常用于酸性土壤的改良，具有较好的效果[10]，但长期、大量施用石灰会导致土壤板结和养分失衡。徐仁扣等[11]指出，石灰中过量的钙会导致土壤镁、钾以及磷等元素有效性下降。贝壳粉土壤改良剂是利用贝壳废弃物经过粉碎或高温煅烧等方式生产加工，其主要成分为 CaO 与少量的有机质。与石灰等传统碱基土壤改良剂相比，其具有孔隙结构良好、离子交换能力强、比表面积大、高效率、低成本、低风险等特点，已经在土壤改良方面广泛应用[12-13]。Oladoja 等[14]报道，煅烧贝壳粉因其独特的多孔结构与比表面积，可能形成高度缺陷的原子配位环境，这些原子具有不稳定的价态，为潜在的吸附物的摄取提供了丰富的活性位点。目前，贝壳粉土壤改良剂的研究多集中在土壤重金属治理[12]、酸化果园土壤及水稻等大田作物上[13，15]，而在设施蔬菜土壤改良中的应用研究较少。
近年来，生物有机肥与无机土壤改良剂配施对土壤质量和微生物学性质的影响逐渐成为研究热点。杨囡君等[16]通过生物有机肥与高钾型类沸石矿物质配施，发现其能改善设施黄瓜连作障碍土壤的理化性质、物理结构和酶活性，提高土壤有机碳、全氮、碱解氮和微生物量碳含量，增强土壤肥力和酶活性。常虹等[17]研究发现，生物有机肥与硫酸铵、氨基酸酚等混合剂配施能改善土壤理化性质，增加养分含量，提高酶活性，促进大蒜生长发育，降低病害病情指数，使产量提高 25.64%。马红艳等[18]认为，生物有机肥与石灰氮配施能提高设施韭菜叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，增强光合作用，改善株高、茎粗、叶长等品质指标，并提高产量。
然而，关于生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂配施对土壤改良的研究，尤其是在设施蔬菜土壤改良和品质提升方面的研究鲜有报道。为此，本研究通过大田试验，探究了不同用量生物有机肥、贝壳粉土壤改良剂及其配施对设施菜地土壤质量、微生物量及酶活性的影响，并进一步分析了影响花椰菜品质的关键因子。本研究不仅评估了生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂在改善土壤理化性质、调节微生物群落结构及提升土壤酶活性方面的协同效应，还揭示了其对设施蔬菜品质提升的潜在机制，为设施蔬菜土壤改良与蔬菜品质提升提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验地点位于浙江省杭州市临安区清凉峰镇九都村蔬菜基地（30°8′N，119°4′E），该基地设施蔬菜种植历史 14 年，主要种植茄果类和叶菜类蔬菜。在该基地选择相邻的 3 个大棚，上一季均种植黄瓜（Cucumis sativus），收获后间隔 1 个月翻耕，种植花椰菜（Brassica oleracea）。设施菜地土壤基本理化性质如下：pH 6.57，有机质 32.65 g/kg，全氮 1.63 g/kg，碱解氮 113.40 mg/kg，有效磷 126.43 mg/kg，速效钾 122.56 mg/kg，阳离子交换量 12.49 cmol/kg。
试验采用的生物有机肥由至农科技（浙江）有限公司提供（有效菌种为枯草芽孢杆菌与巨大芽孢杆菌，有效活菌数≥ 2.0×108 CFU/g，有机质含量 70%，pH=7.9）；贝壳粉土壤改良剂由厦门玛塔生态公司生产（CaO ≥ 45%，pH 9.4，有机质含量 1.88%）。试验根据物料推荐用量，共设置常规用量、双倍用量以及常规用量配施等处理，分别为：对照（CK），常规施肥处理；常规用量生物有机肥（OF），7500 kg/hm2；双倍用量生物有机肥 （OF2），15000 kg/hm2；常规用量贝壳粉土壤改良剂（SP），1500 kg/hm2；双倍用量贝壳粉土壤改良剂（SP2），3000 kg/hm2；常规用量生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂配施（OF+SP），生物有机肥 7500 kg/hm2 + 贝壳粉土壤改良剂 1500 kg/hm2。试验采用随机区组设计，3 个大棚作为 3 个重复，每个大棚分为 6 垄，每垄为 1 个试验处理，共计 18 个试验小区。试验于 2023 年 1 月开始，5 月收获，在种植前将生物有机肥、贝壳粉土壤改良剂根据施用量撒施至各小区，并与 0～20 cm 土层土壤充分均匀后，移栽花椰菜。所有处理花椰菜种植、施肥、灌溉均采取一致的常规栽培措施。
1.2 样品采集
于花椰菜成熟收获期，采用土钻按照 S 形取样法在每个小区采集 0～20 cm 表层土壤 10 个，充分混匀形成一个混合样，置于冰盒带回实验室。土壤样品过筛后分为 2 份保存：1 份保存在 4℃冰箱，尽快测定土壤胞外酶活性和微生物生物量；另一份土壤样品自然风干，用于土壤理化性质分析。
花椰菜按照“S”形取样法每小区采集 10 棵，带回实验室尽快测定维生素 C、可溶性蛋白、可溶性糖等指标。
1.3 土壤理化分析
土壤理化性质测定参照鲁如坤[19]的方法，土壤容重（BD）采用环刀法测定；土壤 pH 采用水土比 2.5∶1，pH 计（Mettler Toledo Seveneasy）测定；土壤有机质（SOM）采用重铬酸钾-硫酸外加热法测定；土壤全氮（TN）采用凯氏定氮法测定；土壤碱解氮（AN）采用碱解扩散法测定；土壤有效磷（AP）采用碳酸氢钠溶液浸提，钼锑抗比色-分光光度法测定；土壤速效钾（AK）采用乙酸铵提取，火焰分光光度计测定；土壤阳离子交换量（CEC）采用三氯化六氨合钴法浸提，分光光度法测定。
1.4 土壤微生物生物量
土壤微生物生物量碳（MBC）的测定采用“氯仿熏蒸-TOC”法测定[20]。方法简述如下：分别称取两份 10.00 g 鲜土装入 25 mL 烧杯中，其中一份放入真空干燥器中，并在真空干燥皿底部放入盛有无乙醇氯仿 50 mL 烧杯，烧杯中放入少量沸石，同时放入 1 mol/L NaOH 溶液的小烧杯，密封后抽真空，使氯仿剧烈沸腾 3～5 min，室温下黑暗中放置 24 h。熏蒸结束后，将玻璃皿中的熏蒸土样取出，加入 50 mL 0.5 mol/L 硫酸钾溶液（土水比为 1∶5）振荡 30 min，离心过滤。另一份土壤样品为不熏蒸对照处理。用总有机碳分析仪（multicN/C 3100，analytikjena，Germany） 测定 MBC 含量。MBC=ΔEC/KC，其中，ΔEC 是熏蒸与未熏土壤微生物生物量碳含量差值，KC 为转换系数， KC=0.45。
1.5 土壤胞外酶活性
土壤胞外酶活性（EEAs）测定包括β-葡萄糖苷酶（BG）、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶（NAG）、酸性磷酸酶（PHOS），参照 Saiya-Cork 等[21] 的方法，采用 96 微孔酶标板荧光分析法测定，方法简述如下：取相当于 2.00 g 干质量的新鲜土壤置于 100 mL 醋酸钠缓冲液中（土水比为 1∶5），180 r/min 振荡 30 min，磁力搅拌器搅拌 1 min 后，用分别吸取 200 μL 土壤匀浆样品和 50 μL 标准底物至 96 微孔板，置于 25℃恒温培养箱避光培养 3 h，用多功能酶标仪（Biotek，USA）在 365 nm 激发光和 450 nm 检测波长，读取荧光值。
1.6 蔬菜品质测定
蔬菜品质测定参照李合生[22]的方法，花椰菜维生素 C 测定采用 2，6-二氯靛酚滴定法，取新鲜可食用部分 10.00 g 放在研钵中，加入 2% 草酸溶液，研碎后定容，取定量提取液，用 2，6-二氯靛酚滴定。可溶性糖采用苯酚法测定，取新鲜可食用部分 0.15 g，于 10 mL 沸水中提取 30 min，取浸提液 0.5 mL，依次加入苯酚溶液、硫酸溶液，室温放置 30 min 后在 485 nm 波长下比色测定吸光度。可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250 法（Bradford），称取新鲜可食用部分 1.00 g，充分研磨后在室温下放置 1 h 充分提取后定容，取浸提液 0.1 mL，加入考马斯亮蓝 G-250 蛋白质试剂，充分混合后，在分光光度计 595 nm 波长下测定吸光度。
1.7 数据处理
使用 SPSS 26.0 进行数据处理和统计分析。单因素方差分析（one-way ANOVA）和 Duncan 法多重比较检验不同处理间差异显著性，显著性水平设为 P<0.05。Pearson 相关分析法分析花椰菜品质指标与土壤环境因子的相关性。Mantel 检验用于分析土壤环境因子对蔬菜品质的影响[23]。随机森林模型用于预测影响蔬菜品质的关键土壤环境因素，该模型使用 R 3.6.1 中的“RandomForest”包构建[13]。
2 结果与分析
2.1 不同改良剂对土壤理化性质的影响
与 CK 相比，无论施用生物有机肥还是贝壳粉土壤改良剂，土壤 BD 都呈降低趋势，其中 SP2 和 OF+SP 处理土壤 BD 显著降低（P<0.05）。除常规用量生物有机肥外，其他所有处理均显著提升了土壤 pH（P<0.05），其中贝壳粉土壤改良剂对土壤 pH 的提升效果较生物有机肥更加明显。贝壳粉土壤改良剂对土壤碱解氮含量没有显著影响，但生物有机肥施用提高了土壤碱解氮含量，其中 OF2 处理显著提高了土壤碱解氮含量（P<0.05）。无论是生物有机肥、贝壳粉土壤改良剂还是两者配施，在该季花椰菜种植过程中对土壤 SOM、TN、AP 和 AK 含量都没有显著影响 （表1）。
表1不同改良剂对土壤理化性质的影响
注：表中数据为平均值 ± 标准误差；同一列不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）
2.2 土壤胞外酶活性与微生物量碳
随着用量的增加，生物有机肥对土壤 BG 活性具有正向效应，其中双倍用量生物有机肥显著提高了土壤 BG 活性（P<0.05）。常规用量贝壳粉土壤改良剂对土壤 BG 活性具有一定的促进作用，但双倍用量对土壤 BG 活性有降低趋势（图1a）。生物有机肥和贝壳粉土壤改良剂配施显著提高了土壤 BG 活性（P<0.05，图1a）。与 CK 相比，生物有机肥和贝壳粉改良剂，无论是用量还是两者配施，对土壤 NAG 活性均没有显著影响 （图1b）。不同施用量生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂对土壤 PHOS 活性没有显著影响，但两者配施显著降低了土壤 PHOS 活性（P<0.05，图1c）。与 CK 相比，双倍用量贝壳粉土壤改良剂对土壤 BG、NAG 及 PHOS 活性均有一定程度的抑制作用（图1a、b、c）。
图1不同改良剂对土壤胞外酶活性的影响
注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
与 CK 相比，无论是生物有机肥还是贝壳粉土壤改良剂，或者两者配施，均提高了土壤微生物量碳（图2）。与土壤酶活性趋势类似，贝壳粉土壤改良剂对土壤微生物量碳的提升效应小于生物有机肥，且双倍用量贝壳粉土壤改良剂提升效应低于常规用量。除 SP2 处理外，其他所有处理土壤微生物量碳含量均显著高于 CK （P<0.05）。
图2不同改良剂对土壤微生物量碳的影响
2.3 不同改良剂对花椰菜品质指标的影响
无论是常规用量还是双倍用量，施用生物有机肥均显著提高了花椰菜维生素 C 含量（P<0.05），而贝壳粉土壤改良剂及其与生物有机肥配施没有显著影响（图3a）。不同生物有机肥施用量均显著提高了花椰菜可溶性蛋白含量，SP 处理花椰菜可溶性蛋白含量也显著提升（P<0.05），而 SP2 以及 OF+SP 处理与 CK 没有显著差异（图3b）。无论是生物有机肥还是贝壳粉土壤改良剂以及两者配施，均对花椰菜可溶性糖含量具有一定的提升效果，与 CK 相比，OF2 以及 SP 处理提升效果显著 （P<0.05，图3c）。
2.4 花椰菜品质影响因素分析
Mantel 分析表明，花椰菜维生素 C 含量与土壤 BG 活性、MBC、AP、AN 等环境因子呈显著相关关系（P<0.05）； 花椰菜可溶性蛋白含量与 NAG 活性、BD、AP、CEC 等环境因子显著相关（P<0.05）；花椰菜可溶性糖含量与 SOM、 AN 含量显著相关（P<0.05）；其中，花椰菜维生素 C 含量与土壤 AP，可溶性糖含量与土壤 AN 呈极显著相关关系（P<0.01，r ≥ 0.25，图4）。土壤 MBC 含量与 BG 活性呈极显著正相关关系（P<0.01），而与 PHOS 活性呈显著负相关关系 （P<0.05）。
随机森林模型进一步表明，土壤 BG 活性、 MBC、pH、AK 是影响花椰菜维生素 C 含量的关键因子（P<0.05，图5a），CEC、AK、BD 是影响花椰菜可溶性蛋白含量的关键因子 （P<0.05，图5b），而土壤 BG 活性、pH、MBC、 AK 则是影响花椰菜可溶性糖含量的关键因子 （P<0.05，图5c）。
图3不同改良剂对花椰菜品质指标的影响
图4花椰菜品质特性与土壤特性相关性分析
注：Vc 为维生素 C；SP 为可溶性蛋白；SS 为可溶性糖；r 表示解释的变异；*、** 和 *** 分别表示 P<0.05、P<0.01 和 P<0.001 显著性水平。
图5随机森林模型预测影响花椰菜品质的关键土壤环境因子
注：a 为影响花椰菜维生素 C 的关键土壤环境因子；b 为影响花椰菜可溶性蛋白的关键土壤环境因子；c 为影响花椰菜可溶性糖的关键土壤环境因子；变量的均方误差增加百分比用于评估这些预测值的重要性，增加百分比越大，意味着预测值越重要；*、** 和 *** 分别表示 P<0.05、P<0.01 和 P<0.001 显著性水平。
3 讨论
3.1 生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂对土壤理化性质的影响
研究表明，生物有机肥、贝壳粉土壤改良剂以及两者配施均能在不同程度上降低设施菜地土壤 BD，改良土壤酸化并提高土壤 AN 和 CEC。土壤 BD 作为土壤物理性质的重要指标之一，能够反映土壤压实程度、通气程度和耕作质量[24]。在本研究中，施用双倍用量的贝壳粉土壤改良剂对土壤 BD 的降低效果最明显，而相对于常规用量生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂单施，混施体现了明显的增益效果，这可能是由于贝壳粉土壤改良剂增加了土壤溶液中的 Ca2+ 含量，Ca2+ 通过结合土壤颗粒增加了团聚体稳定性，同时由于聚集改善并减少了黏土颗粒的分散性，进而改善土壤结构，降低土壤 BD[25]。
施用双倍用量贝壳粉土壤改良剂对提高设施土壤 pH 效果最好，这是因为贝壳粉土壤改良剂中大量的 CaO 通过水解产生羟基离子（OH-），与土壤中的 H+ 结合提高了土壤 pH[26]。而配施相对于常规用量生物有机肥单施对提高土壤 pH 的效果更好，这可能是贝壳粉土壤改良剂中大量的含 Ca 氧化物能有效中和土壤酸度。施用生物有机肥后土壤 pH 的提升，一方面可能是生物有机肥本身 pH 高于土壤，具有一定的中和作用；另一方面生物有机肥的施用引入了大量有机质和微生物，有机质能够吸附土壤中的游离 H+，而微生物活动又加速了有机质的分解，进一步缓解土壤酸化[27]。随着生物有机肥施用量的增加，土壤中的养分呈现上升趋势，各处理中，施用双倍用量生物有机肥土壤 AN 含量最高，这主要归因于生物有机肥含有丰富的有机物和营养物质，有机物料的投入增加了土壤中的有效养分[9]。
土壤 CEC 是土壤胶体和土壤肥力的重要特征之一，是土壤物理、化学性质的综合体现，体现了土壤保蓄、供应和缓冲阳离子养分的能力[28]。在本研究中，施用常规用量贝壳粉土壤改良剂对土壤 CEC 的提升效果最好，这可能与 pH 及土壤 SOM 含量提高有关。王文艳等[28]研究指出，pH 对土壤中可变电荷的影响比较直接，pH 的细小变化会对 CEC 产生较大的影响。此外，郭锁娜等[29]研究表明，有机质含量增加会使 CEC 增加，进而提高土壤保肥能力。本研究中，土壤 SOM 与 CEC 呈极显著正相关（图4），进一步验证了上述结论。
3.2 生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂对土壤胞外酶活性和微生物生物量的影响
土壤胞外酶作为过程多样性的指标，揭示了土壤系统的生化潜力、可能的复原力和操纵潜力[30]。研究结果表明，生物有机肥和贝壳粉土壤改良剂对土壤酶活性表现出一定程度的剂量效应 （图1）。随着生物有机肥施用量的增加，3 种土壤胞外酶活性呈上升趋势，这表明生物有机肥可以提高土壤酶活性并促进养分循环，这与 Zhao 等[31]的发现一致。而随着贝壳粉土壤改良剂施用量的增加，土壤酶活性呈下降趋势，这可能是由于土壤 pH 升高导致。Xu 等[32]研究结果表明，pH 的提高可以改变微生物生活环境，影响土壤中原有优势种群的丰度和活性，从而降低酶促反应，进而影响土壤胞外酶的活性。
与 CK 处理相比，OF+SP 处理显著提高了土壤 BG 活性，但降低了 PHOS 活性，此外，配施处理的 BG 活性高于单施生物有机肥或贝壳粉土壤改良剂，而 PHOS 活性则低于两者单施。这表明生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂配施对 BG 活性具有协同效应，而对 PHOS 活性则表现出拮抗效应。这种协同与拮抗效应可能与不同种类胞外酶对土壤环境因子的响应差异有关。
这种响应差异可能受到土壤 pH 变化的影响。 Sinsabaugh 等[33]指出，土壤 pH 调节微生物生理、酶的产生以及底物与酶的结合。Li 等[34]研究发现，PHOS 与 BG 的表观动力学特性对 pH 的响应存在差异。Huang 等[35]发现，弱酸性至中性土壤是 BG 活性的最适 pH 范围，贝壳粉土壤改良剂调节的适宜 pH 环境可能进一步优化相关微生物活性，从而促进 BG 活性提高，表现出协同效应。本研究中，生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂及其配施均显著提高了土壤 pH，而 PHOS 主要存在于酸性土壤中[36]，并对 pH 变化响应敏感[37]，这可能是配施处理中 PHOS 活性降低的原因。
此外，土壤微生物生物量的变化也可能对酶活性产生影响，Zhao 等[38]指出，土壤微生物生物量是驱动胞外酶活性变化的主要因素。本研究发现，与 SP 处理相比，OF+SP 处理显著提高了土壤 MBC 含量。MBC 含量与 BG 活性呈显著正相关，而与 PHOS 活性呈显著负相关（图4），这在一定程度上解释了配施处理对土壤胞外酶活性的协同与拮抗效应。
土壤微生物在土壤有机质分解、腐殖质形成以及养分循环与转化中发挥着重要作用[39]，并对土壤理化性质的变化高度敏感[40]。梁嘉伟等[41]研究表明，土壤微生物主要依赖有机质作为碳源，因此，微生物生物量碳与有机质含量的变化趋势一致。本研究结果与上述结论一致，Pearson 相关性分析表明，土壤 MBC 与 SOM 含量呈显著正相关 （图4）。生物有机肥对土壤 MBC 的提升效果优于贝壳粉土壤改良剂，这可能归因于两方面：一是生物有机肥中含有大量微生物和养分，直接增加了土壤碳源、养分和微生物量；二是这些碳源和养分促进了土壤微生物的繁殖，从而进一步提高了土壤微生物量。
3.3 生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂对花椰菜品质的影响
花椰菜含有大量的膳食纤维、维生素、矿物质[42]，是我国城乡居民健康饮食的重要组成部分，对于维持营养均衡、增强机体免疫力、促进身体健康具有重要作用[43]。维生素 C、可溶性糖、可溶性蛋白等是评定果蔬品质和营养价值的重要指标。本研究结果表明，施用生物有机肥对提升花椰菜维生素 C、可溶性蛋白、可溶性糖均有较好的效果，其中双倍用量生物有机肥对提升花椰菜维生素 C、可溶性糖含量效果最好，较 CK 处理增幅分别达 261.50%、70.62%，而常规用量贝壳粉土壤改良剂对提升花椰菜可溶性蛋白含量的效果最好，较 CK 增幅为 134.53%。巩子毓等[44]研究表明，生物有机肥中的功能微生物菌群会影响植物的生长。Ye 等[45]也有相似的报道，认为生物有机肥可以有效提高番茄品质，其功效可能是由于土壤微生物活性的提高导致。李蒙等[46]研究表明，在基质中添加 12% 的生物有机肥可以促进甜瓜植株生长和光合速率的提高，并显著改善甜瓜的可溶性糖、可溶性蛋白等品质。窦昂洋等[47]发现，贝壳粉土壤改良剂可以有效提高生姜可溶性糖、可溶性蛋白和姜黄素的含量，改善生姜生长、营养品质和抗氧化性，提升生姜的内在品质。另有研究表明，贝壳粉土壤改良剂含有大量的 Ca2+，而外源钙能够促进叶绿素含量提高，加强植物光合作用，促进作物品质提升[48]。相较于常规用量生物有机肥单施，常规用量生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂配施对增加蔬菜品质并没有明显的增益效果，这可能是贝壳粉土壤改良剂抑制了生物有机肥中的功能微生物活性，进而影响植物对养分的吸收。
Mantel 分析与随机森林模型表明，土壤 BG 活性、MBC、AN、AK、pH、CEC 均是影响花椰菜品质特征的土壤环境因子。在这些参数中，BG 活性、MBC、pH 和 AK 的因子负荷较高，对花椰菜品质提升的贡献较大，这与 Wang 等[49]的研究结果相似。然而，微生物生物量、土壤胞外酶活性等环境因子如何调控花椰菜品质的具体机理尚不明确，未来应开展进一步研究明确具体机理。
4 结论
本研究探究了生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂及其配施对设施蔬菜土壤性质和花椰菜品质的影响，研究结果表明，施用生物有机肥和贝壳粉土壤改良剂能够有效改善设施蔬菜土壤的物理、化学性质，优化土壤微生态环境，显著提高土壤微生物生物量和胞外酶活性。综合而言，15000 kg/ hm2 用量生物有机肥对提升土壤性质和花椰菜品质的效果最佳。此外，通过 Mantel 分析和随机森林模型分析，发现除土壤 pH 和养分含量外，BG 活性、MBC、pH 和 AK 的因子负荷较高，是影响花椰菜品质的关键环境因子。其中，土壤 MBC 和 BG 活性对花椰菜品质的提升具有重要贡献。基于这些发现，本研究推荐在设施蔬菜种植中采用 15000 kg/hm2 生物有机肥并减量配施贝壳粉土壤改良剂，以改善土壤性质、提高微生物生物量和胞外酶活性，从而提高花椰菜品质。本研究初步揭示了生物有机肥与贝壳粉土壤改良剂在设施蔬菜种植中的协同作用机制，并明确了关键土壤环境因子对蔬菜品质的影响，有助于促进设施蔬菜种植的高效、生态和高质量发展。