高 巖，申培麗，王海朋，王鈺馨，秦益民

（1.青島明月海藻集團(tuán)有限公司/農(nóng)業(yè)部海藻類(lèi)肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266400；2.海藻活性物質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266400）

設(shè)施大棚栽培采用人工措施改變局部生態(tài)環(huán)境，能夠充分利用光能和熱能，對(duì)提高蔬菜的品質(zhì)與產(chǎn)量起到了重要的作用，且成本相對(duì)較小，在推進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化方面具有十分重要的作用，因此，我國(guó)大棚蔬菜栽培發(fā)展較為迅速。但近年來(lái)大棚蔬菜栽培在其發(fā)展進(jìn)程中產(chǎn)生了一系列問(wèn)題，尤其是種植年限較長(zhǎng)的大棚，發(fā)生土壤的次生鹽漬化[1]、養(yǎng)分失調(diào)、土壤酸化、微生物種群受損、土壤結(jié)構(gòu)改變等，造成蔬菜產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低，嚴(yán)重制約了土地的可持續(xù)利用[2]，甚至?xí)绊懏?dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。設(shè)施土壤狀況將直接關(guān)系到作物的產(chǎn)量與質(zhì)量及設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

土壤是多孔體，土粒、土壤團(tuán)聚體之間以及團(tuán)聚體內(nèi)部均有孔隙存在。土壤容重是土壤的基本物理性狀之一，其能夠反映土壤的孔隙情況和緊密程度，并影響土壤中的水、肥、氣、熱狀況，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育情況[3]。高慧等[4]研究表明，不同深度設(shè)施土壤的容重隨著種植年限的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，總孔隙度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，毛管孔隙度的變化幅度不是很大。

隨著現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，環(huán)保、生態(tài)的綠色農(nóng)用肥料日益受到廣大農(nóng)戶的青睞。其中，海藻肥是以海藻為原料，通過(guò)生物發(fā)酵技術(shù)提取海藻多糖和低聚糖等，濃縮形成海藻精或與其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)科學(xué)地進(jìn)行復(fù)配，極大地保留了海藻天然活性成分，是一種新型的綠色肥料。國(guó)外已對(duì)土豆、玉米、小麥、大麥、花生、甜菜、黃瓜、西紅柿、葡萄和菠菜等一系列農(nóng)作物、水果和蔬菜做過(guò)施用液體海藻肥的試驗(yàn)，均表現(xiàn)出很好的效果[5]。丁晨曦等[6]在研究不同濃度海藻肥對(duì)羊茅生長(zhǎng)的影響中發(fā)現(xiàn)，海藻肥對(duì)促進(jìn)種子萌發(fā)、改善作物形態(tài)和產(chǎn)量、提高作物對(duì)脅迫的抗性、延長(zhǎng)采后產(chǎn)品的儲(chǔ)存期等方面起到重要作用。秦青等[7]研究表明，海藻有機(jī)肥具有促生、增產(chǎn)、改良土壤、抗病等特點(diǎn)，適用于各種作物，在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

目前對(duì)施用海藻肥提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的研究較多，而針對(duì)施用海藻肥對(duì)土壤的影響研究相對(duì)較少。本項(xiàng)目研究含海藻酸有機(jī)水溶肥料施用條件下，設(shè)施大棚土壤呼吸強(qiáng)度、土壤容重和孔隙度等的差異，旨在為改善土壤環(huán)境、提高作物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用率、減緩?fù)寥劳嘶?，并探索含海藻酸有機(jī)水溶肥料對(duì)土壤的影響，為改善設(shè)施大棚土壤、促進(jìn)設(shè)施大棚生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)，并為指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

青島西海岸新區(qū)位于北緯 35°35′～36°08′、東經(jīng)119°30′～120°11′。南臨黃海，北靠膠州市，西鄰諸城市、五蓮縣和日照市。青島西海岸新區(qū)地處北溫帶季風(fēng)區(qū)域內(nèi)，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，空氣濕潤(rùn)、雨量充沛、溫度適中、四季分明，有明顯的海洋氣候特點(diǎn)，具有春寒、夏涼、秋爽、冬暖的氣候特征。年平均氣溫12.5℃；年平均降水量696.6 mm；年無(wú)霜期平均為200 d；風(fēng)速平均5.4 m/s，年平均瞬時(shí)風(fēng)力大于8級(jí)天數(shù)為71 d。

試驗(yàn)研究在青島西海岸新區(qū)海青鎮(zhèn)水泊子村的番茄大棚進(jìn)行，地處東經(jīng) 119°33′41″、北緯 35°41′20″。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為黃棕壤土，呈微酸性，質(zhì)地黏重。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年12月—2018年4月進(jìn)行，供試番茄品種為“雪莉”，供試肥料為三元復(fù)合肥（15-15-15），含海藻酸有機(jī)水溶肥料（有機(jī)質(zhì)≥150 g/L、P2O5+K2O≥60 g/L、Cu+Fe+Zn+B=5～15 g/L、pH 值 =6.5～8.5、水不溶物≤20 g/L，主要原料為泡葉藻），由青島明月藍(lán)海生物科技有限公司提供。

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，分別介紹如下。

（1）CK：溝灌清水。

（2）CF：溝施普通復(fù)合肥料（kg/hm2）。

（3）H1：溝灌含海藻酸有機(jī)水溶肥料400倍液0.3 kg/次。

（4）H2：溝灌含海藻酸有機(jī)水溶肥料400倍液1 kg/次。

（5）H3：溝灌含海藻酸有機(jī)水溶肥料400倍液3 kg/次。

（6）H4：溝灌含海藻酸有機(jī)水溶肥料400倍液6 kg/次。

各處理于開(kāi)花期、第一穗果核桃大小時(shí)、第一穗果采收后各施肥1次，共施肥3次。試驗(yàn)小區(qū)面積67 m2，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，采用隨機(jī)分組排列。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 土壤呼吸強(qiáng)度的測(cè)定

稱(chēng)取12.00 g新鮮土樣置于500 mL具塞平口燒杯中。準(zhǔn)確吸取5 mL濃度為0.1 mol/L NaOH溶液于另一個(gè)50 mL三角瓶中，將其放入盛有土樣的平口燒杯中，塞緊瓶口，將平口燒杯置于25℃下恒溫培養(yǎng)24 h。取出三角瓶，加入2 mL濃度為0.2 mol/L BaCl2溶液，滴加2滴酚酞指示劑，用0.05 mol/L鹽酸滴定至紅色消失，記錄所用鹽酸體積。同時(shí)做空白試驗(yàn)2個(gè)。

1.3.2 土壤容重的測(cè)定

采用環(huán)刀法進(jìn)行實(shí)地測(cè)定，計(jì)算公式為：土壤容重(g/cm3)=干土重/容積。

1.3.3 土壤孔隙度的測(cè)定

采用環(huán)刀法測(cè)定土壤孔隙度、吸水法測(cè)定土壤毛管孔隙度。各孔隙度的計(jì)算公式如下：

土壤總孔隙度=[1-(容重/比重)]×100%

式中，土壤比重為2.65 g/cm3。

毛管孔隙度=(毛管水容積/土體容積)×100%

非毛管孔隙度=總孔隙度-毛管孔隙度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行作圖，數(shù)據(jù)計(jì)算和方差分析采用SPSS 13.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度含海藻酸有機(jī)水溶肥料對(duì)設(shè)施大棚土壤呼吸強(qiáng)度的影響

土壤呼吸強(qiáng)度指單位時(shí)間從單位面積土壤上擴(kuò)散出來(lái)的CO2量，是表征土壤質(zhì)量及土壤肥力的一項(xiàng)重要生物學(xué)指標(biāo)，其反映了土壤中生物活性和土壤物質(zhì)代謝的強(qiáng)度。影響土壤呼吸強(qiáng)度的因素諸多，包括土壤溫度、土壤含水量、土壤生物、施肥、大氣、風(fēng)速等。

由圖1分析可知，不同處理的土壤呼吸強(qiáng)度由大到小依次為：H3＞H2＞H4＞H1＞CF＞CK，施用肥料均能增強(qiáng)設(shè)施土壤的呼吸強(qiáng)度，以溝灌含海藻酸有機(jī)水溶肥料400倍液3 kg/次的H3處理土壤呼吸強(qiáng)度最高，增幅達(dá)72.78%，說(shuō)明施用肥料能增加土壤中生物活性和土壤物質(zhì)的代謝強(qiáng)度，增加土壤肥力，以H3處理對(duì)設(shè)施番茄土壤的改良效果最佳。

圖1 不同施肥處理下設(shè)施土壤的呼吸強(qiáng)度

各施用含海藻酸有機(jī)水溶肥料處理中，隨著施用量的增加，土壤呼吸強(qiáng)度呈拋物線形，即先增后降，說(shuō)明適量施用含海藻酸有機(jī)水溶肥料有利于土壤呼吸強(qiáng)度的增加，過(guò)量施用反而降低土壤的呼吸作用強(qiáng)度，不利于土壤中生物活性和土壤物質(zhì)的代謝。

2.2 不同濃度含海藻酸有機(jī)水溶肥料對(duì)設(shè)施大棚土壤容重的影響

土壤容重是自然狀態(tài)下單位體積原狀土壤的干土質(zhì)量，土壤容重與土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量、土壤緊實(shí)度和耕作條件等相關(guān)，可用于鑒定土壤顆粒間排列的緊實(shí)度，也可以作為土壤熟化程度的指標(biāo)之一。

由圖2可以看出，施用普通復(fù)合肥料的CF處理土壤容重較CK略有增加，增加了3.30%，說(shuō)明施用復(fù)合肥不利于土壤疏松透氣，易造成土壤板結(jié)，這與張寶峰等研究結(jié)果一致。施用含海藻酸有機(jī)水溶肥料，在一定程度上降低了土壤容重，以H3處理降低幅度最大，與CK處理相比較，降低幅度為13.78%，說(shuō)明該處理?xiàng)l件下土壤疏松透氣性最好，更利于作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育。而H4處理土壤容重雖較CK略有下降，但差異不顯著，說(shuō)明過(guò)多施用含海藻酸有機(jī)水溶肥料反而對(duì)土壤疏松透氣性的改量效果不明顯。

圖2 不同施肥處理下設(shè)施土壤容重的變化

2.3 不同濃度含海藻酸有機(jī)水溶肥料對(duì)設(shè)施大棚土壤孔隙度的影響

土壤孔隙度即土壤孔隙容積占土體容積的百分比。土壤孔隙的多少?zèng)Q定著土壤氣、液兩相的總量，同時(shí)反映土壤協(xié)調(diào)水分和空氣的能力，影響土壤的吸熱、導(dǎo)熱、溫度的升降及土壤肥力的發(fā)揮等，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)。

由圖3可知，與CK處理相比較，施用含海藻酸有機(jī)水溶肥料均不同程度地增加了土壤總孔隙度，增加幅度為3.56%～19.22%。土壤毛管孔隙度及土壤非毛管孔隙度分別增加0.79%～17.85%、3.95%～20.04%。其中，以H3處理對(duì)土壤總孔隙度及毛管孔隙度、非毛管孔隙度的增加幅度最大，表明該處理施肥量對(duì)增加試驗(yàn)設(shè)施土壤的孔隙體積，增強(qiáng)土壤的透氣能力效果最好。從圖3還可以看出，供試土壤非毛管孔隙度的比例要高于毛管孔隙度。施用復(fù)合肥料的CF處理較CK處理土壤總孔隙度下降，說(shuō)明施用復(fù)合肥不利于土壤的透氣性。

圖3 不同施肥處理下設(shè)施土壤孔隙度的變化

2.4 試驗(yàn)土壤呼吸強(qiáng)度與土壤孔隙度和土壤容重的相關(guān)性

由圖4表明，土壤呼吸強(qiáng)度與土壤總孔隙度呈正比例關(guān)系，說(shuō)明試驗(yàn)設(shè)施土壤呼吸強(qiáng)度隨著土壤總孔隙度的增大而增大。

圖4 不同施肥處理下設(shè)施土壤呼吸強(qiáng)度與土壤總孔隙度的關(guān)系

圖5 不同施肥處理下設(shè)施土壤呼吸強(qiáng)度與土壤容重的關(guān)系

由圖5可以看出，土壤呼吸強(qiáng)度與土壤容重總體呈反比例關(guān)系，說(shuō)明隨著土壤容重的增加，土壤呼吸強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

3 結(jié)論與討論

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，各類(lèi)肥料需求量非常大。但同時(shí)農(nóng)業(yè)發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜、艱巨的系統(tǒng)工程，由于長(zhǎng)期大量使用化學(xué)肥料，農(nóng)業(yè)污染日益突出、土壤衰退等環(huán)境惡化問(wèn)題嚴(yán)重，發(fā)展綠色、安全、無(wú)公害肥料已成為我國(guó)肥料發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)在，我國(guó)土壤生態(tài)環(huán)境整體比較脆弱，如果任憑當(dāng)前化肥、農(nóng)藥大量盲目使用，勢(shì)必會(huì)距離生態(tài)、現(xiàn)代、健康、高效的農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)越來(lái)越遠(yuǎn)。所以，必須統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，引進(jìn)一種綠色、安全、高效、環(huán)保、功能多樣的肥料。

由于大棚特殊的建造結(jié)構(gòu)，大棚蔬菜地常處于半封閉狀態(tài)，具有氣溫高、濕度大、高蒸發(fā)量、無(wú)雨水淋洗、復(fù)播指數(shù)高、肥料投入量大等特點(diǎn)，與露地土壤生態(tài)環(huán)境條件有明顯的差異，而且大棚利用到一定年限后，其土壤的理化性狀將發(fā)生變化，抑制土壤微生物的新陳代謝，降低土壤的呼吸強(qiáng)度。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，適宜的土壤孔隙度及土壤容重能促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，并促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。前人研究認(rèn)為，結(jié)構(gòu)良好的耕地耕作層容重為1.14～1.26 g/cm3[8]。土壤質(zhì)地也會(huì)影響土壤容重的大小，并且土壤中有機(jī)質(zhì)含量越高，土壤容重越小。土壤容重過(guò)大，表明土壤緊實(shí)，不利于通氣透水，從而不利于植物扎根；土壤容重過(guò)小，易造成土壤有機(jī)質(zhì)分解過(guò)速，并使植物扎根不牢，易倒伏。趙風(fēng)艷等[9]研究認(rèn)為，隨著大棚種植年限的增加，土壤結(jié)構(gòu)性明顯改善，水穩(wěn)性團(tuán)聚體(5～0.25 mm)的數(shù)量隨種植年限增加而增加，毛細(xì)管孔隙發(fā)達(dá)，持水性變好；但非毛細(xì)管孔隙比例相對(duì)降低，耕作層變淺，土壤板結(jié)嚴(yán)重，通氣透水性差。高新昊等[10]研究認(rèn)為，隨種植年限增加，土壤容重和pH值均明顯下降，而土壤孔隙度、土壤EC值和土壤鹽分含量則顯著升高。

海藻及其提取物在種植業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)得到多個(gè)國(guó)際組織和政府的認(rèn)可。歐盟IMO認(rèn)證、北美OMIR認(rèn)證和中國(guó)有機(jī)食品技術(shù)規(guī)范等明確指出，允許海藻制品作為土壤培肥和改良物質(zhì)[11]。迄今為止，國(guó)內(nèi)外有大量相關(guān)海藻肥在玉米、小麥、土豆、黃瓜、西紅柿、葡萄等一系列農(nóng)作物的應(yīng)用，研究表明：農(nóng)作物應(yīng)用海藻肥均表現(xiàn)出很好的效果，其不僅能提高種子的發(fā)芽率，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且能改善土壤性質(zhì)，促進(jìn)植物對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)成分的吸收[12]。王澤文等[13]研究認(rèn)為，海藻肥具有改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤保水能力等功效。

本試驗(yàn)中，施用含海藻酸有機(jī)水溶肥料一定程度上降低了土壤容重，并增加了土壤孔隙度及土壤呼吸強(qiáng)度。以H3處理變化幅度最大，該處理?xiàng)l件下土壤結(jié)構(gòu)良好，疏松透氣性最好，更利于作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育，說(shuō)明含海藻酸有機(jī)水溶肥料有很好的改良土壤結(jié)構(gòu)的效果，進(jìn)一步說(shuō)明施用適量海藻肥對(duì)土壤結(jié)構(gòu)有一定的改善作用。而施用普通復(fù)合肥處理CF雖一定程度上增加了土壤的呼吸強(qiáng)度，卻降低了土壤孔隙度并增加了土壤容重，這可能是由于含豐富N、P、K等養(yǎng)分的復(fù)合肥施入土壤后，刺激了土壤中微生物的分解代謝，從而增加了土壤的呼吸強(qiáng)度，但卻不利于土壤疏松，這與前人研究的大量施用化學(xué)肥料易造成土壤板結(jié)等問(wèn)題一致。