施 琪，魯然英，常德政，劉歡歡，劉 濤，蔣士君

(1.河南省冶金研究所責(zé)任有限公司，河南 鄭州 450002；2.河南益禾利科農(nóng)業(yè)科技有限公司，河南 鄭州 450002；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

草莓是一種以鮮食為主的高檔水果，營養(yǎng)豐富、味道鮮美、食用方便，深受廣大消費(fèi)者喜愛。由于草莓經(jīng)濟(jì)效益高，其種植面積在河南省各地不斷擴(kuò)大，一些地區(qū)種植草莓已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收的主要途徑。但由于長期連作栽培、化肥農(nóng)藥的過多投入，草莓生產(chǎn)中出現(xiàn)了土壤質(zhì)量惡化、草莓產(chǎn)質(zhì)量下降的問題。科學(xué)合理施肥是提高土壤質(zhì)量、改善草莓品質(zhì)的重要農(nóng)業(yè)措施，尤其是增施有機(jī)肥是其中一種重要的施肥技術(shù)，但目前草莓生產(chǎn)中常用的有機(jī)肥如雞糞存在腐熟不充分、重金屬超標(biāo)、激素殘留、肥效利用率低等問題，因此研究替代或部分替代傳統(tǒng)雞糞的新型有機(jī)肥具有重要的實(shí)踐意義。

生態(tài)炭肥是一種以生物質(zhì)炭為主要原料研制的新型有機(jī)肥，具有含有機(jī)質(zhì)豐富、清潔衛(wèi)生、生態(tài)活性高的特點(diǎn)。生物質(zhì)炭是由農(nóng)林廢棄物、植物落葉等生物質(zhì)或其它生物質(zhì)廢棄物在厭氧或缺氧條件下經(jīng)高溫(<700 ℃)熱解形成的固體產(chǎn)物[1-2]。生物質(zhì)炭具有含碳豐富、空隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其獨(dú)特的性質(zhì)和特征使其具有良好的土壤改良劑功能，有研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭可以提高土壤有機(jī)碳含量[3-5]，使土壤C/N比增高，從而提高土壤對(duì)氮素及其他養(yǎng)分元素的吸持容量[6-7]，有利于通過配合施肥培肥土壤。生物質(zhì)炭還可以改善土壤的理化性質(zhì)如降低粘質(zhì)土壤的容重、硬度[8-9]，增加土壤的陽離子交換量(ECE)[10]，從而改善土壤的質(zhì)地和耕作性能。目前生物質(zhì)炭或生態(tài)炭肥已在多種農(nóng)作物中得到應(yīng)用，如芹菜[11]、番茄[11]、煙草[12]、小麥[13]、水稻[14]等，研究結(jié)果都表明，生物質(zhì)炭或生態(tài)炭肥能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤理化性質(zhì)、促進(jìn)作物生長及提高作物產(chǎn)量。目前生態(tài)炭肥在草莓上的應(yīng)用鮮有報(bào)道，因此本試驗(yàn)通過在草莓生產(chǎn)中增施生態(tài)炭肥以替代或部分替代傳統(tǒng)有機(jī)肥，研究了其對(duì)土壤質(zhì)量及草莓品質(zhì)的影響，旨在為生態(tài)炭肥在草莓中的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2017年在鄭州市黃河灘區(qū)進(jìn)行，供試土壤為潮土，土壤pH值7.49，有機(jī)質(zhì)10.32 g/kg，速效氮41.63 mg/kg，速效磷15.22 mg/kg，速效鉀46.91 mg/kg。供試生態(tài)炭肥由河南益禾利科農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)提供(型號(hào)EC-40)。供試傳統(tǒng)有機(jī)肥為腐熟雞糞，購自鄭州市養(yǎng)雞場(chǎng)。供試草莓品種為紅顏。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 田間試驗(yàn)設(shè)在鄭州市黃河灘區(qū)黃河農(nóng)牧場(chǎng)的草莓大棚，試驗(yàn)地連作4年，試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理，分別為處理A：生態(tài)炭肥處理(7500 kg/hm2)；處理B：生態(tài)炭肥(7500 kg/hm2) +腐熟雞糞(6000 kg/hm2)處理；CK：腐熟雞糞(12000 kg/hm2)。各處理的生態(tài)炭肥和腐熟雞糞均作基肥，在耕地前一次性撒施。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積48 m2(6 m×8 m)，四周留有保護(hù)行。

1.2.2 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)田于2017年9月中旬平整土地后，將田塊劃分小區(qū)，按試驗(yàn)設(shè)置撒施生態(tài)炭肥和腐熟雞糞，然后耕翻土地起壟；于9月16日選取大小一致的有4～5片葉的壯苗進(jìn)行移栽定植，株行距20 cm×30 cm，栽植密度15萬株/hm2。試驗(yàn)田各處理追肥及田間管理措施按優(yōu)質(zhì)草莓生產(chǎn)要求進(jìn)行且嚴(yán)格一致。

1.2.3 土壤樣品采集及分析 分別于開花期和盛果期以五點(diǎn)取樣法采集0～20 cm耕層土樣，采樣遵循“隨機(jī)、等量、多點(diǎn)混合”的原則。將土樣分3部分，一部分保持原狀土壤結(jié)構(gòu)于陰涼通風(fēng)處晾干，用以測(cè)定土壤團(tuán)聚體含量，以>0.25 mm粒徑團(tuán)聚體百分含量表征土壤團(tuán)聚體的分布特征；一部分自然風(fēng)干、研碎、過60目篩，用以測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤酶活性；一部分以新鮮土樣保存于4 ℃冰箱，用以測(cè)定土壤細(xì)菌數(shù)量。其中，土壤團(tuán)聚體采用濕篩法[15]測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法測(cè)定[16]，土壤可培養(yǎng)細(xì)菌測(cè)定采用TSA固體培養(yǎng)基-稀釋平板法[17]，土壤淀粉酶和蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[18]。

1.2.4 草莓品質(zhì)分析 于草莓盛果期按小區(qū)每個(gè)處理隨機(jī)采集典型商品果20個(gè)，測(cè)定平均單果重，同時(shí)測(cè)定果實(shí)的可溶性糖含量、可滴定酸含量及Vc含量等品質(zhì)指標(biāo)?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y(cè)定[19]，可滴定酸含量采用NaOH滴定法測(cè)定[20]，Vc含量測(cè)定采用2，6-二氯靛酚法[21]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2007 和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行Duncan 法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施生態(tài)炭肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量分析結(jié)果(圖1)表明，生態(tài)炭肥處理和生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理相較于對(duì)照(腐熟雞糞)在花期和盛果期均能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中，在花期兩處理較對(duì)照分別提高了54.18%、59.16%；在盛果期兩處理分別提高了38.13%、72.26%。統(tǒng)計(jì)分析表明，兩個(gè)處理與對(duì)照在花期和盛果期均達(dá)極顯著差異(P<0.01)。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量構(gòu)成中的關(guān)鍵因素[22]，對(duì)土壤物理、化學(xué)及生物性質(zhì)都有顯著影響，因此結(jié)合本分析結(jié)果知，相較于腐熟雞糞，生態(tài)炭肥對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量效果更顯著，對(duì)提高土壤質(zhì)量有積極的促進(jìn)作用。

2.2 增施生態(tài)炭肥對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響

由圖2知，生態(tài)炭肥處理和生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理較對(duì)照在花期和盛果期均能顯著提高土壤細(xì)菌數(shù)量，其中，在花期兩處理的細(xì)菌數(shù)量較對(duì)照分別提高了38.04%、67.24%；統(tǒng)計(jì)分析表明，生態(tài)炭肥處理與CK無差異，生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理則達(dá)極顯著差異(P<0.01)。在盛果期兩處理較對(duì)照分別提高了44.80%、69.39%；統(tǒng)計(jì)分析表明，兩處理較CK均達(dá)極顯著差異(P<0.01)。但兩處理在花期和盛果期均無顯著差異。生態(tài)炭肥與傳統(tǒng)有機(jī)肥均能為土壤細(xì)菌提供營養(yǎng)物質(zhì)，但生態(tài)炭肥巨大的孔隙度和比表面積又為細(xì)菌提供了生存和繁殖場(chǎng)所，因此生態(tài)炭肥較腐熟雞糞更有利于提高土壤細(xì)菌數(shù)量。

圖1 不同施肥處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.3 增施生態(tài)炭肥對(duì)土壤酶活性的影響

對(duì)土壤酶(蔗糖酶及淀粉酶)活性分析結(jié)果(表1)表明，生態(tài)炭肥處理和生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理較對(duì)照在花期和盛果期均能顯著提高土壤蔗糖酶活性和淀粉酶活性。其中，在花期兩個(gè)處理的蔗糖酶活性較對(duì)照分別提高了116.60%、39.46%，淀粉酶活性分別提高了26.42%、65.05%；統(tǒng)計(jì)分析表明，兩個(gè)處理與對(duì)照的蔗糖酶活性均達(dá)極顯著差異(P<0.01)，而生態(tài)炭肥處理的淀粉酶活性與對(duì)照無差異，生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理則達(dá)極顯著差異(P<0.01)。在盛果期兩個(gè)處理的蔗糖酶活性較對(duì)照分別提高了41.73%、62.24%，淀粉酶活性分別提高了63.39%、90.63%；統(tǒng)計(jì)分析表明，兩個(gè)處理與對(duì)照均達(dá)極顯著差異(P<0.01)。土壤酶參與土壤中的多種生化反應(yīng)、養(yǎng)分釋放等，由此說明生態(tài)炭肥較對(duì)照更能有效活化土壤酶活性、加快土壤養(yǎng)分循環(huán)、改善土壤理化性質(zhì)。

圖2 不同施肥處理對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響

表1 不同施肥處理對(duì)土壤酶活性的影響 mg/(g·d)

2.4 增施生態(tài)炭肥對(duì)土壤團(tuán)聚體分布特征的影響

由圖3和圖4可知，不同施肥處理對(duì)草莓花期和盛果期土壤團(tuán)聚體的百分含量影響顯著，各處理均呈現(xiàn)<0.25 mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體含量最高、0.25～0.50 mm和0.5～1.0 mm次之、>5 mm含量最低的特征。其中<0.25 mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體含量均在27%以上，最高可達(dá)55.67%；>5 mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體含量均小于5%，最小為2.03%。

與對(duì)照相比，生態(tài)炭肥處理和生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理在兩個(gè)生育期均能有效降低<0.25 mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體含量，其中生態(tài)炭肥處理在兩個(gè)生育期較對(duì)照分別降低了15.05%和18.89%，生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理的分別降低了31.83%和44.12%；同時(shí)，兩個(gè)處理在兩個(gè)生育期還降低了>5 mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體含量，其中生態(tài)炭肥處理分別降低了43.27%和56.35%，生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理分別降低了42.17%和54.09%。

但兩處理均能有效提高0.5～5 mm粒徑的團(tuán)聚體含量，其中，在花期兩個(gè)處理較對(duì)照分別提高了24.74%和47.68%；在盛果期也分別提高了25.99%和52.88%，說明增施生態(tài)炭肥可大幅度降低較大粒級(jí)(>5 mm)和較小粒級(jí)(<0.25 mm)的團(tuán)聚體含量，使土壤團(tuán)聚體粒徑向0.5～5 mm粒級(jí)分布，由此也說明生態(tài)炭肥對(duì)促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的形成比腐熟雞糞效果更好。

2.5 增施生態(tài)炭肥對(duì)草莓品質(zhì)的影響

Vc、可溶性糖、可滴定酸、單果重等是表征草莓品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值的重要參數(shù)，而糖酸比則是決定草莓風(fēng)味的最主要因素，也就是說，糖酸比偏低的果實(shí)風(fēng)味偏淡，糖酸比高則風(fēng)味濃[23]。分析結(jié)果(表2)表明，與對(duì)照相比，生態(tài)炭肥處理及生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理能明顯提高草莓的品質(zhì)，改善其風(fēng)味。其中，兩個(gè)處理的Vc含量較對(duì)照分別提高了22.19%、55.52%，可溶性糖含量分別提高了29.43%、56.86%，可滴定酸含量則分別降低了14.85%、34.16%，單果重分別提高了22.84%、45.65%，糖酸比分別提高了51.96%、138.45%。統(tǒng)計(jì)分析表明，兩個(gè)處理的Vc含量、可滴定酸含量、單果重、糖酸比與對(duì)照均達(dá)極顯著差異(P<0.01)，而生態(tài)炭肥處理的可溶性糖含量與對(duì)照無差異，生態(tài)炭肥+腐熟雞糞處理則達(dá)極顯著差異(P<0.01)。

表2 不同有機(jī)肥配施對(duì)草莓品質(zhì)的改善作用

圖3 不同施肥處理對(duì)土壤團(tuán)聚體百分含量的影響(開花期)

圖4 不同施肥處理對(duì)土壤團(tuán)聚體百分含量的影響(盛果期)

3 結(jié)論與討論

土壤在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中發(fā)揮著重要的作用，是維持作物生長重要的能量和養(yǎng)分源泉，高質(zhì)量土壤是生產(chǎn)高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的關(guān)鍵，施肥是影響土壤質(zhì)量及可持續(xù)利用的重要因素，尤其增施有機(jī)肥是提高土壤質(zhì)量的重要措施，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量和健康的重要指標(biāo)[24]，其含量與土壤質(zhì)量呈正相關(guān)[25]。本研究表明，單施生態(tài)炭肥及生態(tài)炭肥與腐熟雞糞配施較單施腐熟雞糞能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，最高可提高72.26%，對(duì)提高土壤質(zhì)量效果顯著。呂澤先等[26]研究也發(fā)現(xiàn)單施生物質(zhì)炭及生物質(zhì)炭與有機(jī)肥等比例配施較單施化肥均能顯著提高土壤有機(jī)碳含量，但單施有機(jī)肥對(duì)有機(jī)碳無影響，說明生物質(zhì)炭較有機(jī)肥對(duì)提高土壤有機(jī)碳含量效果更顯著。這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。

土壤微生物是土壤的重要組成部分，其豐度、多樣性對(duì)土壤功能及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定有重要影響，有研究表明在菠菜生產(chǎn)中添加生物質(zhì)炭能顯著提高土壤細(xì)菌、真菌及放線菌數(shù)量和微生物量[27]。土壤酶作為一種生物活性物質(zhì)，直接參與土壤中的多種生物化學(xué)反應(yīng)、養(yǎng)分釋放等[28-29]，其與土壤微生物都是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，單施生態(tài)炭肥及生態(tài)炭肥與腐熟雞糞配施較單施腐熟雞糞能顯著提高土壤細(xì)菌數(shù)量、土壤淀粉酶活性、蔗糖酶活性。萬慧霞等[30]研究也表明煙田施用不同的生態(tài)炭肥較常規(guī)餅肥均能有效提高土壤細(xì)菌數(shù)量及酶活性，與本研究結(jié)果一致。

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和肥力的重要載體，起著保證和協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱、維持和穩(wěn)定土壤疏松熟化等作用，是影響土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要因素之一[31-33]。土壤團(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)、微生物及酶是相互影響的，施用有機(jī)物料能促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定性，土壤微生物是形成土壤團(tuán)聚體最活躍的生物因素，而土壤團(tuán)聚體則可以影響土壤酶的種類和活性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，生物質(zhì)炭可以通過改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，影響土壤的保水性和團(tuán)聚體的形成[34]。本研究發(fā)現(xiàn)單施生態(tài)炭肥及生態(tài)炭肥與腐熟雞糞配施較單施腐熟雞糞能大幅度降低較大粒級(jí)(>5 mm)和較小粒級(jí)(<0.25 mm)的團(tuán)聚體百分含量，使土壤團(tuán)聚體向0.5～5 mm粒級(jí)分布；而單施生態(tài)炭肥及生態(tài)炭肥與腐熟雞糞配施可促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)含量和細(xì)菌數(shù)量的大幅度提升，使土壤在有機(jī)膠體和微生物分泌物的作用下，對(duì)破除地表板結(jié)、促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成有積極的促進(jìn)作用。

草莓品質(zhì)測(cè)定結(jié)果表明，單施生態(tài)炭肥及生態(tài)炭肥與腐熟雞糞配施較單施腐熟雞糞能顯著改善草莓品質(zhì)，兩個(gè)處理顯著提高了草莓的Vc含量、可溶性糖含量和單果重，降低了可滴定酸含量。果實(shí)的風(fēng)味是由糖/酸比決定的，例如風(fēng)味較甜的果實(shí)糖含量不一定很高，但有機(jī)酸含量會(huì)較低[35]。本試驗(yàn)中單施生態(tài)炭肥及生態(tài)炭肥與腐熟雞糞配施處理的草莓的糖/酸比較單施腐熟雞糞分別提高了51.96%和138.45%，證明這兩個(gè)處理的草莓風(fēng)味更佳，對(duì)提高草莓的商品價(jià)值，實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益十分有利。雖然草莓品種對(duì)草莓口感有重要影響，但對(duì)于同一品種而言改善栽培措施能有效改善草莓口感。本研究結(jié)果即證明在相同條件下，增施生態(tài)炭肥對(duì)提高草莓品質(zhì)、改善其風(fēng)味更有顯著優(yōu)勢(shì)，同時(shí)生態(tài)炭肥對(duì)土壤質(zhì)量的改良作用也為草莓品質(zhì)的改善提供了保障。因此，綜合本研究結(jié)果，生態(tài)炭肥可替代腐熟雞糞應(yīng)用到草莓生產(chǎn)中，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。