2021, Vol. 48文章信息
引用本文 |
基金项目
- 海南省重点研发计划项目（ZDYF2019071）；中国热带农业科学院基本科研业务费专项（1630042021002）
作者简介
- 侯宪文（1978-），男，博士，副研究员，研究方向为农业生态环境保护，E-mail：kohouxw@163.com.
通讯作者
- 李光义（1983-），男，硕士，副研究员，研究方向为废弃物资源化利用，E-mail：aliguangyi@126.com.
文章历史
- 收稿日期：2021-03-22
2. 农业农村部儋州农业环境科学观测实验站，海南 儋州 571737;
3. 中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222
2. Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Danzhou 571737, China;
3. China Water Resources Beifang Investigation, Design and Research Co. Ltd.(BIDR), Tianjin 300222, China
【研究意义】海南属热带海洋季风气候，台风暴雨频繁，病虫害严重，发展设施蔬菜生产是抵御自然风险保生产促增收的有效手段[1]。设施蔬菜常年连作时的累积施肥量普遍较大[2]，加上设施菜地内的土壤缺乏雨水淋溶导致土壤次生盐渍化严重，除了抑制作物生长发育外，还造成其产量和品质的下降[3-4]。同时，由于过量施用化肥，土壤的缓冲能力和离子平衡能力遭到破坏而导致土壤pH值下降严重。可见，科学合理施肥是从根本上改良设施菜地退化土壤的关键所在。【前人研究进展】大量研究表明，合理施用羊粪[5]、生物有机肥[6]、腐植酸钾肥料[7-8]及碳酸钙[9]等对改良土壤质量和提高农产品品质均有积极作用。吴红等[10]研究表明，施用羊粪可提高葡萄园土壤含水量，降低葡萄园土壤pH值，提升土壤全氮、速效磷、速效钾和有机质含量；桑卫民[11]研究表明，用生物有机肥替代20% 化肥，甜樱桃Vc含量、单果质量及产量均显著高于对照；王敏等[12]研究表明施用腐植酸钾可以显著控制土壤剖面磷素移动，降低土壤磷素的淋出量；苏群等[13]研究表明，施用腐植酸肥料可使茶园土壤有机质含量提高145% 以上，速效磷含量提升65.69% 以上，pH值提升8.10%；郑曼曼等[14]发现施用碳酸钙能有效改善玉米生长，促进地上部氮、磷、钾和钙的吸收。综上可见，羊粪、生物有机肥、腐植酸钾及碳酸钙的合理施用，不仅可增加土壤养分、提升土壤肥力，还可以明显提升农产品的产量与品质，对作物科学合理施肥具有重要的参考价值。但已有的施肥研究主要聚焦于玉米、甜樱桃、葡萄及茶树等大田作物，而对设施菜地的研究鲜见报道。【本研究切入点】为了改善设施菜地土壤性状和提升蔬菜产量与品质，有必要对不同肥料处理对设施菜地土壤性质及蔬菜产量与品质变化进行对比研究。【拟解决的关键问题】本研究通过施肥手段解决设施菜地次生盐渍化、酸化及肥力下降问题，研究不同肥料处理对设施菜地土壤性质及蔬菜产量和品质的影响，以期为设施菜地退化土壤的科学改良提供依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验于2019年8月28日至11月3日在海南省海口市旧州镇设施蔬菜种植大棚内进行。试验地（110°24'E、19°46'N）常年平均气温为23.3 ℃，年降雨量为1 663.8 mm，平均日照时间在2 000 h以上。土壤基本性质：pH值5.71，EC值416 μs/cm，碱解氮70.0 mg/kg，速效磷116.9 mg/kg，速效钾81.6 mg/kg。
供试肥料包括：（1）羊粪，粉状，N+P2O5+ K2O≥4%，有机质≥45%；（2）生物有机肥，粉状，N+P2O5+K2O≥4%，有效活菌数≥2.0亿/g，有机质≥45%；（3）矿源腐植酸钾，粉状，腐植酸≥65.0%，K2O≥12%；（4）酸化土壤调理剂，粉状，主要成分碳酸钙，CaO≥40%。供试作物为小白菜。
1.2 试验方法试验设9个处理，分别为：常规施肥（CK），底肥撒施恩泰克复合肥料（22-7-11）187.5 kg/hm2，出苗7 d后以水肥一体化方式追施恩泰克复合肥料（22-7-11）75 kg/hm2；处理1，常规施肥+ 羊粪5 000 kg/hm2；处理2，常规施肥+ 羊粪10 000 kg/hm2；处理3，常规施肥+ 生物有机肥3 000 kg/hm2；处理4，常规施肥+ 生物有机肥6 000 kg/hm2；处理5，常规施肥+ 矿源腐植酸钾300 kg/hm2；处理6，常规施肥+ 矿源腐植酸钾600 kg/hm2；处理7，常规施肥+ 矿源腐植酸钾300 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂1 200 kg/hm2；处理8，常规施肥+ 矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2。试验小区随机排列，3次重复，肥料撒施后旋耕，小白菜直播种植，其他按常规管理。共种植2茬小白菜，第1茬种植28 d收获后旋耕，晒田5 d后种植第2茬，27 d收获，均按常规施肥管理。收获时取样测定土壤基本性质及小白菜品质指标。
1.3 测定项目及方法土壤pH值采用1 mol/L KCl浸提（M/V=1∶10）进行测定，EC值采用土水比为1∶10（M/V）进行测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷含量采用氟化铵-盐酸浸提、钼蓝比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提、火焰光度法测定。维生素C（Vc）含量采用2, 6-二氯酚靛酚滴定法测定，硝酸盐含量采用分光光度法测定。
试验数据采用Excel 2003和SAS9.0进行整理和统计分析。
2 结果与分析 2.1 不同肥料处理对设施菜地土壤性质的影响2.1.1 不同肥料处理对土壤pH值和EC值的影响 不同肥料处理对设施菜地土壤pH值和EC值的影响不同。从肥料种类看，施用羊粪对土壤pH值提高有显著效果，对土壤EC值影响不明显，由图 1、图 2可知，种植第1茬小白菜后，处理1和处理2土壤pH值比CK分别升高0.58、0.81，土壤EC值仅在羊粪施用量为10 000 kg/hm2时显著升高；施用生物有机肥仅对土壤pH值提高有显著效果，对土壤EC值无显著影响，种植第1茬小白菜后，处理3和处理4土壤pH值比CK分别升高0.71、0.81，而土壤EC值与CK相比无显著差异；施用矿源腐植酸钾（处理5、处理6）对土壤pH值和EC均无显著影响，而混施矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂（处理7、处理8）可显著提高土壤pH值0.99~1.00，土壤EC值仅在施用矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2（处理8）时显著升高。从肥料施用量看，羊粪用量增加1倍，可显著提升土壤EC值，而对土壤pH值无显著提升作用；生物有机肥、矿源腐植酸钾用量增加1倍，土壤pH值和EC值无显著变化；矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂用量增加1倍，土壤EC值显著升高，而对土壤pH值无显著影响。与CK相比，不同肥料处理均能缓解设施菜地土壤酸化，其中以处理8（矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2）对土壤的改良作用最明显。
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| 图 1 不同肥料处理对土壤pH值的影响 Fig. 1 Effects of different fertilizer treatments on soil pH 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the bar chart of the same crop represent significant differences |
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| 图 2 不同肥料处理对土壤EC值的影响 Fig. 2 Effects of different fertilizer treatments on soil EC value 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the bar chart of the same crop represent significant differences |
不同肥料处理对设施菜地土壤pH值和EC值影响的持续时间有差别。由图 1、图 2可见，种植第2茬小白菜后，施用羊粪（处理1、处理2）的土壤pH值仍然高于CK，但仅在羊粪施用量为10 000 kg/hm2时差异显著；土壤EC值在羊粪施用量为5 000 kg/hm2时显著低于CK，而在羊粪施用量为10 000 kg/hm2时土壤EC值与CK相比无显著差异。施用生物有机肥（处理3、处理4）的土壤pH值仍然显著高于CK，土壤EC值在生物有机肥施用量为3 000 kg/hm2时显著低于CK，而在生物有机肥施用量为6 000 kg/hm2时土壤EC值与CK无显著差异。施用矿源腐植酸钾（处理5、处理6）的土壤EC值显著低于CK。混施矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂（处理7、处理8）的土壤pH值仍显著高于CK，土壤EC值在“矿源腐植酸钾300 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂1 200 kg/hm2”处理下显著低于CK，而在“矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2”处理下的EC值与CK相比无显著差异。总而言之，在种植第2茬小白菜后，高用量处理的土壤EC值显著高于低用量处理，土壤pH值无显著差异，即种植第2茬小白菜后，肥料施用量对土壤pH值的影响效应基本消失。
2.1.2 不同肥料处理对土壤养分的影响 不同肥料处理对设施菜地土壤养分的影响不同。从肥料种类看，施用羊粪可以显著提高土壤速效钾含量。由图 3~图 5可知，种植第1茬小白菜后，施用羊粪（处理1、处理2）的土壤速效钾含量显著高于CK、分别提高43.0% 和78.2%，碱解氮含量无显著变化，而速效磷含量显著降低。施用生物有机肥（处理3、处理4）的土壤速效磷含量显著降低，碱解氮和速效钾含量与CK相比无显著差异。施用矿源腐植酸钾（处理5、处理6）对土壤养分无显著影响。混施矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂后，土壤碱解氮含量仅在肥料施用量为“矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2”时显著升高，而土壤速效磷、速效钾含量无明显变化。从肥料施用量看，羊粪用量增加1倍，可显著提升土壤碱解氮含量，而对土壤速效磷和速效钾含量无显著提升作用；生物有机肥、矿源腐植酸钾用量增加1倍，土壤养分含量无显著变化；矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂用量增加1倍，土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量显著升高。与CK相比，不同肥料处理均能缓解设施菜地土壤肥力减退，其中以处理8（矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2）对土壤肥力的改良作用最明显。种植第2茬小白菜后，施肥处理的土壤养分含量与CK相比无显著差异。
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| 图 3 不同肥料处理对土壤碱解氮含量的影响 Fig. 3 Effects of different fertilizer treatments on soil alkali-hydrolyzed nitrogen content 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the bar chart of the same crop represent significant differences |
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| 图 4 不同肥料处理对土壤速效磷含量的影响 Fig. 4 Effects of different fertilizer treatments on soil available phosphorus content 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the bar chart of the same crop represent significant differences |
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| 图 5 不同肥料处理对土壤速效钾含量的影响 Fig. 5 Effects of different fertilizer treatments on soil available potassium content 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the bar chart of the same crop represent significant differences |
2.2 不同肥料处理对设施栽培小白菜产量和品质的影响
2.2.1 不同肥料处理对小白菜生物量的影响 种植第1茬时，不同肥料处理的小白菜单株质量与CK无显著差异（图 6），但处理1（常规施肥+ 施羊粪5 000 kg/hm2）小白菜产量显著高于CK、提高33.7%，其他处理小白菜产量与CK相比无显著差异（图 7）。从肥料施用量看，羊粪用量增加1倍，小白菜单株质量也显著增加，但产量显著降低；生物有机肥和矿源腐植酸钾用量增加1倍，小白菜生物量无显著变化；矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂用量同时增加1倍，小白菜单株质量显著降低，但产量无显著变化。总体来看，施肥处理能提高小白菜生物量，以处理1（常规施肥+ 羊粪5 000 kg/hm2）和处理8（常规施肥+ 矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2）增产效果最好。种植第2茬时，施肥处理和肥料用量对小白菜生物量已无显著影响。
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| 图 6 不同肥料处理对小白菜单株质量的影响 Fig. 6 Effects of different fertilizer treatments on individual mass of Brassica chinensis L. 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the bar chart of the same crop represent significant differences |
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| 图 7 不同肥料处理对小白菜产量的影响 Fig. 7 Effects of different fertilizer treatments on yield of Brassica chinensis L. 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the bar chart of the same crop represent significant differences |
2.2.2 不同肥料处理对小白菜品质的影响 种植第1茬时，处理1（常规施肥+ 施羊粪5 000 kg/hm2）小白菜硝酸盐含量显著低于CK、降低18.9%，其他处理小白菜硝酸盐含量与CK相比无显著差异（图 8）。处理7（常规施肥+ 矿源腐植酸钾300 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂1 200 kg/hm2）和处理8（常规施肥+ 矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2）小白菜Vc含量显著高于CK、分别提高66.6% 和105.1%（图 9）。从肥料施用量看，羊粪用量增加1倍，小白菜硝酸盐和Vc含量变化不显著；生物有机肥用量增加1倍，小白菜品质指标无显著变化；矿源腐植酸钾用量增加1倍，小白菜Vc含量显著降低，硝酸盐含量无显著变化；矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂用量同时增加1倍，小白菜品质指标无显著变化。总体来看，施肥处理能提高小白菜品质，以处理1（常规施肥+ 羊粪5 000 kg/hm2）和处理8（常规施肥+ 矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2）提质效果最好。种植第2茬时，施肥处理对小白菜硝酸盐含量已无显著影响；处理1（常规施肥+ 羊粪5 000 kg/hm2）、处理7（常规施肥+ 矿源腐植酸钾300 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂1 200 kg/hm2）和处理8（常规施肥+ 矿源腐植酸钾600 kg/hm2+ 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2）的小白菜Vc含量显著低于CK，其他处理小白菜Vc含量与CK相比无显著差异。从肥料施用量看，施肥量增加对小白菜品质已无显著影响。
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| 图 8 不同肥料处理对小白菜硝酸盐含量的影响 Fig. 8 Effects of different fertilizer treatments on nitrate content in Brassica chinensis L. 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the bar chart of the same crop represent significant differences |
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| 图 9 不同肥料处理对小白菜Vc含量的影响 Fig. 9 Effects of different fertilizer treatments on Vc content in Brassica chinensis L. 同茬作物柱状图上小写英文字母不同者表示差异显著 Different lowercase letters above the column chart of the same crop represent significant differences |
3 讨论
羊粪作为一种优质有机肥，在各种农作物和土壤改良中均有广泛应用[15-16]。有研究指出，施用羊粪可提升连作烟田土壤pH值、碱解氮、速效磷和速效钾含量[17]。本研究在常规施肥基础上，适量增施羊粪，可显著提升设施菜地土壤pH值和速效钾含量，而碱解氮含量变化不显著，土壤速效磷含量有所降低，这可能与本研究常规施肥制度和作物吸收有关。羊粪属碱性肥料，可促进土壤pH值明显升高，但羊粪氮、磷、钾等养分含量相对较低，同时由于羊粪处理地块小白菜产量较高，吸收了较多养分，从而导致土壤肥力指标提升作用不明显。本研究中，设施菜地在常规施肥基础上适量增施羊粪，可显著提高小白菜产量和Vc含量，这与李娟等[18]研究结果基本一致；增施生物有机肥可显著提升土壤pH值、提高小白菜产量，这与邓小华等[19]、桑卫民[11]研究结果一致；对土壤氮、磷、钾等养分含量变化影响不明显，这与王长军等[6]研究结果一致；增施矿源腐植酸钾对设施菜地土壤性质的改善作用不明显，但对小白菜产量有一定的提升作用，这与匡岗等[20]研究结果一致；混施矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂极大地提升设施菜地土壤pH值，这可能是酸化土壤调理剂作用的结果。聂文芳[21]研究指出，施用土壤调理剂（CaO ≥ 50%）可使连作西瓜地土壤pH值提高0.2个水平，而在一定范围内土壤pH值随游离碳酸钙含量的增加而增加[22]。本研究所用酸化土壤调理剂CaO ≥ 40%，在增施矿源腐植酸钾的基础上增施酸化土壤调理剂提升了土壤pH值。
本研究发现，各供试肥料施用量增加1倍，设施菜地土壤性质并无显著变化，这可能是由于用量太少，不足以使设施菜地土壤性质发生“质”的变化；小白菜产量、品质提升也不显著，甚至导致减产和品质下降，这可能与施用量及其他化肥施用有关。有研究表明，羊粪用量从1 500 kg/hm2增加至3 000 kg/hm2，虽然土壤的pH值及碱解氮、速效磷、速效钾含量有所提升，但差异不显著[17]；过量施用氮肥不仅会造成叶菜产量和Vc、可溶性糖、可溶性固形物含量等营养指标下降，同时叶菜硝酸盐含量急剧上升[23]。本研究中，虽然不同施肥处理对设施菜地土壤性质及小白菜产量和品质均有影响，但这种影响仅在种植第1茬小白菜时表现显著，种植第2茬小白菜后，各施肥处理对土壤和小白菜的影响基本消失，说明施肥处理只具有“即时效应”，因此要从根本上改良设施菜地土壤和提升蔬菜产量和品质需要长期科学施肥。
土壤是蔬菜生长的基础，土壤条件的好坏直接影响着蔬菜的产量与品质。长期以来，设施蔬菜生产只注重设施菜地产生的经济效益，而忽略了对设施菜地的科学管理，导致土壤板结、土壤盐渍化、重金属积累和土壤酸化等问题[24]，严重影响作物生长、产量和品质。要实现蔬菜高产、优质，保证设施菜地可持续生产，对设施菜地土壤进行改良至关重要。只有不断改良设施菜地土壤，才能使得设施菜地的肥、水、气、热等达到最佳协调状态，从而达到蔬菜生产的高产、优质。本研究对比了4种肥料及施用量对设施菜地土壤性质和小白菜产量和品质的影响，发现设施菜地在常规施肥基础上，适量增施羊粪或混施矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂，对缓解土壤酸化、肥力减退和提高蔬菜产量和品质均具有积极作用，对设施菜地的科学施肥具有一定参考价值。但本研究仅对设施菜地土壤化学性质和蔬菜产量和品质进行了短期研究，而未对设施菜地土壤物理性质和微生物进行研究，这对全面评价这4种肥料对设施菜地土壤性质的影响具有一定的局限性。
4 结论本研究综合比较了4种肥料对设施菜地土壤性质、蔬菜产量和品质的影响，结果表明，海南常年连作的设施菜地在常规施肥基础上，增施羊粪或混施矿源腐植酸钾和酸化土壤调理剂，对土壤性质改善、蔬菜产量和品质提升效果较好，施用量以羊粪5 000 kg/hm2或矿源腐植酸钾600 kg/hm2 + 酸化土壤调理剂2 400 kg/hm2比较合适。
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