鄭盛陽，趙海濤，吳玉鳳，趙雷明，李天鵬，錢如琰，單玉華，封 克

(揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，揚(yáng)州 225127；江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095)

設(shè)施栽培是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中發(fā)展較快的新興產(chǎn)業(yè)，但是由于設(shè)施栽培具有高度集約化、復(fù)種指數(shù)高和種類單一等特點(diǎn)，易造成土壤環(huán)境惡化，繼而降低作物產(chǎn)量、導(dǎo)致品質(zhì)變劣、植株生育狀況變差，已成為目前制約設(shè)施栽培健康發(fā)展的瓶頸問題[1-2]。適量施肥能夠提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)，但是生產(chǎn)者習(xí)慣采用大量施肥的方法來維持作物高產(chǎn)。連年大量施肥導(dǎo)致土壤中鹽分大量累積、土壤板結(jié)，土壤發(fā)生次生鹽漬化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重[3-4]。黃瓜是設(shè)施栽培中常見的作物，也是對土壤發(fā)生次生鹽漬化現(xiàn)象比較敏感的作物[5]。近年來設(shè)施連作栽培導(dǎo)致黃瓜連作障礙發(fā)生嚴(yán)重，產(chǎn)量和品質(zhì)明顯下降，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)收益。因此，探求有效緩解設(shè)施連作土壤質(zhì)量劣變的方法，對于設(shè)施栽培的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

蚓糞是蚯蚓消解有機(jī)固廢(如餐廚垃圾、園藝栽培廢棄物、畜禽糞便和食品工業(yè)污泥等)的產(chǎn)物[6-9]，具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)和較高的微生物活性，含有多種植物激素及豐富的腐殖酸類物質(zhì)，能夠有效保持土壤營養(yǎng)物質(zhì)的含量，促進(jìn)作物生長、提升品質(zhì)[10-13]。施用蚓糞能夠有效增加土壤養(yǎng)分，提高土壤利用效率，增強(qiáng)土壤中過氧化氫酶、酸性磷酸酶以及脲酶的活性[14-15]。蚓糞能夠通過調(diào)節(jié)土壤性質(zhì)以及加強(qiáng)植物抵抗力顯著抑制作物的根系病害[16]。優(yōu)異的理化和生物學(xué)性質(zhì)決定了蚓糞是較好的溫室連作土壤性質(zhì)調(diào)節(jié)材料[17]。大量施用化肥導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染、影響農(nóng)產(chǎn)品安全已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重要問題，減少化肥用量、提高化肥效率已成為社會共識。采用有機(jī)肥替代部分化肥是實現(xiàn)肥料高效、科學(xué)運(yùn)籌的重要技術(shù)方法。本研究以蚓糞為有機(jī)材料，替代部分無機(jī)基肥，探究不同蚓糞用量對溫室連作土壤性質(zhì)和黃瓜生長的影響，以期為肥料科學(xué)運(yùn)籌、促進(jìn)黃瓜設(shè)施種植業(yè)持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用肥料為無機(jī)復(fù)合肥和蚓糞。無機(jī)復(fù)合肥的氮磷鉀配比為15∶15∶15；蚓糞取自江蘇省揚(yáng)州農(nóng)業(yè)環(huán)境安全技術(shù)服務(wù)中心有機(jī)固廢生物消解基地，由‘大平2號’蚯蚓消解奶牛糞后得到，總氮7.59 gkg，速效磷2.96 gkg，速效鉀0.63 gkg，有機(jī)質(zhì) 254.61 gkg，pH 7.11。供試黃瓜品種為‘津春五號’，由揚(yáng)州市種子公司提供。試驗用土壤為沙質(zhì)壤土，土壤總氮1.93 gkg，速效磷84.83 mgkg，速效鉀 145.56 mgkg，有機(jī)質(zhì)22.30 gkg，pH 7.80。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在揚(yáng)州大學(xué)沙頭蔬菜試驗基地已經(jīng)連續(xù)3年種植黃瓜的溫室大棚中進(jìn)行(春季和秋季各種植一茬黃瓜，兩茬之間拋荒休閑處理)。大棚長49 m、寬6 m，周年覆蓋塑料薄膜。每個小區(qū)長9 m，寬3 m，面積27 m2，小區(qū)間隔25 cm。試驗設(shè)不同用量蚓糞替代20%無機(jī)復(fù)合肥處理：FT，施用無機(jī)復(fù)合肥(750 kghm2)；VP1，施用無機(jī)復(fù)合肥(600 kghm2)和低量蚓糞(3 000 kghm2)；VP2，施用無機(jī)復(fù)合肥(600 kghm2)和中量蚓糞(6 000 kghm2)；VP3，施用無機(jī)復(fù)合肥(600 kghm2)和大量蚓糞(24 000 kghm2)；CK，不施基肥。所有處理的肥料于黃瓜移栽前7d一次性施入土壤，用旋耕機(jī)充分旋耕。試驗隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。2014年4月20日催芽育苗，2014年5月10日黃瓜幼苗移栽。2014年6月下旬(黃瓜盛果期)采樣0—15cm耕層土壤，測定土壤性質(zhì)，同時測定黃瓜生長發(fā)育的各項指標(biāo)。采樣前不施用肥料，其他管理措施與一般大田生產(chǎn)相同。

1.3 測定項目與方法

土壤性質(zhì)指標(biāo)包括：全氮、銨氮、硝氮、全磷、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、可溶性有機(jī)碳、陽離子交換量(CEC)、pH、電導(dǎo)率(EC)。土壤全氮采用凱氏定氮法測定；銨態(tài)氮采用KCl浸提-靛酚藍(lán)比色法測定，硝態(tài)氮采用KCl溶液浸提-紫外直接比色法測定[18]；全磷采用HClO4-H2SO4消煮-鉬藍(lán)比色法測定；速效磷采用NaHCO3浸提、鉬藍(lán)比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提(水∶土=5∶1)，火焰光度法測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定；可溶性有機(jī)碳采用純凈水浸提(水∶土=5∶1)，TOC儀測定；CEC采用乙酸鈉-火焰光度法測定；pH采用浸提法(水∶土=5∶1)，pH計直接測定；EC值采用浸提法(水∶土=5∶1)，電導(dǎo)儀直接測定[19]。

黃瓜生長發(fā)育指標(biāo)包括植株性狀(葉片數(shù)、株高、莖粗、葉片葉綠素)、產(chǎn)量性狀(單果重、產(chǎn)量)和品質(zhì)性狀(可溶性糖、有機(jī)酸、可溶性固形物、可溶性蛋白質(zhì))。葉片數(shù)：以完全展開葉為標(biāo)準(zhǔn)，計數(shù)法統(tǒng)計；株高：基質(zhì)表面到心葉的距離，采用直尺測量；莖粗：以莖基部的粗度為標(biāo)準(zhǔn)，采用游標(biāo)卡尺測量；葉綠素含量：采用SPAD儀(SPAD-502，JAPAN)直接測定。單果重采用直接稱重法測定；產(chǎn)量采用標(biāo)記稱重法測定，由單株黃瓜產(chǎn)量乘以種植密度折算得到?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬╗20]測定，可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定，有機(jī)酸含量采用氫氧化鈉滴定法測定可滴定酸[21]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

土壤理化性質(zhì)、黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)以及植株性狀數(shù)據(jù)使用Excel 2010軟件整理，SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。方差分析采用單因素方差分析法(One-way ANOVA)，多重比較方法使用新復(fù)極差法(Duncan法)，P<0.05為顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚓糞替代對連作土壤性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤氮磷鉀碳含量

在溫室連作土壤中施用基肥能夠明顯改變土壤氮、磷、鉀和碳元素的賦存特征。由表1可知，F(xiàn)T處理土壤的全氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)碳含量均小于CK，而硝態(tài)氮、全磷、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量均大于CK，但差異并不顯著。FT處理土壤的全氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量顯著小于VP1處理。VP2處理土壤的速效鉀含量(0.33 mgkg)和有機(jī)質(zhì)含量(18.24 gkg)顯著小于VP1(0.51 mgkg，21.46 gkg)，其他指標(biāo)間差異不顯著。VP3處理土壤的各類指標(biāo)均為最高值。以上結(jié)果表明，大量的蚓糞(24 000 kghm2)替代無機(jī)復(fù)合肥既能夠顯著增加土壤的氮磷碳全量，也能夠顯著增加土壤有效態(tài)的氮磷鉀碳。6 000 kghm2蚓糞替代20%的無機(jī)復(fù)混肥作為基肥，比3 000kghm2蚓糞替代總體上更能導(dǎo)致土壤氮磷鉀碳含量的下降，但土壤速效鉀含量呈現(xiàn)相反特征。

表1 蚓糞替代處理對土壤礦質(zhì)營養(yǎng)賦存的影響

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.1.2 土壤鹽分和pH

從表2可知，F(xiàn)T處理土壤的CEC、EC值以及pH大于CK，但差異不顯著。FT處理土壤的CEC(0.2 cmolkg)和pH(6.78)顯著大于VP1，而EC值(1.31 mScm)顯著小于VP1。在VP處理中，VP3處理土壤的CEC、EC值和pH最大，VP2處理土壤的CEC(0.28 cmolkg)顯著大于VP1，VP2處理土壤的EC值(1.98mScm)與VP1差異不顯著，VP2處理土壤的pH(6.43)與VP3差異不顯著?？梢姡罅康尿炯S(24 000kghm2)替代無機(jī)復(fù)合肥能夠顯著增加土壤的CEC和EC值。蚓糞替代無機(jī)肥料作為基肥能夠降低土壤的pH，3 000kghm2蚓糞替代降低土壤pH的效果顯著。

表2 蚓糞替代處理對土壤鹽和pH的影響

2.2 蚓糞替代對黃瓜生長和產(chǎn)量品質(zhì)的影響

2.2.1 植株生長

由表3可知，F(xiàn)T處理黃瓜植株的葉片葉綠素含量、莖粗和葉片數(shù)與CK和VP1無顯著差異，但FT處理黃瓜植株的株高顯著小于CK和VP1。在VP處理中，VP2處理的黃瓜葉片葉綠素含量明顯大于VP1和VP3，VP3處理的黃瓜株高顯著小于VP1(78.82 cm)和VP2(75.07cm)。VP1、VP2處理和VP3處理間的莖粗和葉片數(shù)差異不顯著。以上結(jié)果表明，基肥單施無機(jī)復(fù)合肥整體上對黃瓜植株生長無顯著促進(jìn)作用。蚓糞替代無機(jī)復(fù)合肥能夠顯著促進(jìn)黃瓜植株生長，6 000kghm2蚓糞替代20%無機(jī)復(fù)合肥的綜合效果最好。

表3 蚓糞替代處理對黃瓜植株生長的影響

2.2.2 黃瓜產(chǎn)量

連作溫室黃瓜栽培中，蚓糞替代部分無機(jī)復(fù)合肥作為基肥施用有利于黃瓜產(chǎn)量和單果重的增加。由表4可知，F(xiàn)T處理的黃瓜產(chǎn)量和單果重均大于CK，但差異不顯著。FT處理的黃瓜產(chǎn)量和單果重均小于VP1，差異也不顯著。在VP處理中，VP3處理黃瓜的產(chǎn)量和單果重與VP2差異不顯著，但顯著大于VP1。以上結(jié)果表明，基肥單施無機(jī)復(fù)合肥不能顯著增加黃瓜的產(chǎn)量和單果重，而24 000kghm2和6 000kghm2用量的蚓糞替代無機(jī)復(fù)合肥能夠顯著增加黃瓜的產(chǎn)量和單果重，兩種用量間差異不顯著。

表4 蚓糞替代處理對黃瓜產(chǎn)量和單果重的影響

2.2.3 黃瓜品質(zhì)

由表5可知，F(xiàn)T處理黃瓜果實的可溶性糖、有機(jī)酸、可溶性固形物和可溶性蛋白含量與CK間差異不顯著。FT處理黃瓜果實的可溶性糖含量顯著小于VP1(12.35%)、VP2(12.80%)和VP3(12.35%)，可溶性蛋白含量也顯著小于VP1(1.59 mgg)和VP2(1.56mgg)。在VP處理中，VP2處理黃瓜果實的可溶性糖含量(12.80%)最大，顯著大于VP1。VP3處理黃瓜果實的有機(jī)酸含量(0.20%)和VP2的可溶性固形物含量(3.26 Brix)最高，但與VP1、VP2處理和VP3處理間無顯著差異。VP3處理黃瓜果實的可溶性蛋白含量(1.30 mgg)顯著小于VP1和VP2?？梢?，與不施基肥相比，單施無機(jī)復(fù)合肥對黃瓜果實品質(zhì)的提升無顯著促進(jìn)作用。蚓糞替代無機(jī)復(fù)合肥整體上能夠顯著提升黃瓜果實品質(zhì)各指標(biāo)，6 000kghm2蚓糞替代20%無機(jī)復(fù)合肥的綜合效果最好。

表5 蚓糞替代處理對黃瓜果實品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

黃瓜是我國設(shè)施栽培的大宗蔬菜作物，由于生產(chǎn)栽培條件及市場等因素的限制，設(shè)施連作現(xiàn)象普遍，嚴(yán)重制約了黃瓜設(shè)施栽培的可持續(xù)發(fā)展。黃瓜連作使土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)劣變，繼而導(dǎo)致連作黃瓜生長產(chǎn)生明顯的生理障礙[22]。本研究的前期工作也表明，溫室連作黃瓜后土壤pH明顯降低、EC值升高、土壤養(yǎng)分含量增加，繼而對黃瓜生長產(chǎn)生不利影響[23]。

本研究表明，與不施基肥相比，溫室連作劣變土壤中施用氮磷鉀無機(jī)復(fù)合肥(750 kghm2)對黃瓜盛果期土壤的全氮、銨態(tài)氮、態(tài)氮、全磷、速效磷、有機(jī)質(zhì)和可溶性有機(jī)碳含量，以及土壤CEC、EC值和pH等影響都不顯著。施用氮磷鉀無機(jī)復(fù)合肥顯著降低了黃瓜株高，但對黃瓜葉片葉綠素含量、莖粗和葉片數(shù)影響不顯著，對黃瓜產(chǎn)量、單果產(chǎn)量以及果實品質(zhì)也無顯著影響?？梢?，在溫室連作黃瓜土壤上，施用無機(jī)復(fù)合肥已無明顯的有益作用，其原因主要是溫室連作黃瓜后土壤鹽礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量已經(jīng)達(dá)到較高水平，施肥的有益作用得不到顯現(xiàn)。相比國家農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《南方地區(qū)耕地土壤肥力診斷與評價》(NYT 1749—2009)提出的南方地區(qū)土壤肥力評價建議參考標(biāo)準(zhǔn)值，本研究中溫室連作黃瓜6茬后土壤的有機(jī)質(zhì)為22.30 gkg、全氮為1.93 gkg、有效磷為84.83 mgkg、速效鉀為145.56 mgkg，依次是評價建議參考標(biāo)準(zhǔn)1.8倍、1.9倍、11.3倍和1.8倍，土壤碳氮磷鉀元素含量已經(jīng)明顯超出建議參考標(biāo)準(zhǔn)值，土壤植物必需營養(yǎng)元素完全能夠滿足下茬黃瓜生長的需求。在此條件下，施用無機(jī)基肥為作物提供的礦質(zhì)營養(yǎng)已經(jīng)超出了作物生長發(fā)育的需要，而施肥導(dǎo)致土壤鹽漬化加劇，質(zhì)量下降，繼而對黃瓜生長產(chǎn)生不利影響。對連作劣變土壤性質(zhì)和黃瓜生長的有益和有害兩個方面影響的共同作用下，導(dǎo)致施用無機(jī)基肥和不施基肥處理對黃瓜植株生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響無顯著差異。

有機(jī)類肥料與無機(jī)肥料配合施用，不僅可以滿足作物營養(yǎng)需求，提高養(yǎng)分資源利用率，而且對改善土壤理化性狀，形成健康土壤微生物區(qū)系，提升土壤肥力，促進(jìn)植物系統(tǒng)發(fā)育等都具有重要意義。研究表明，施入外源有機(jī)物質(zhì)可以改變土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、提高土壤微生物多樣性，而施入化肥對土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)無顯著影響，有機(jī)肥與化肥配施能有效提高土壤中細(xì)菌的多樣性和豐富度、提高氮素利用效率，有利于黃瓜果實產(chǎn)量和品質(zhì)的提高[26]。蚓糞施入土壤后，可顯著降低植物寄生線蟲的數(shù)量，降低植物的感病率[27-28]；也可誘導(dǎo)黃瓜產(chǎn)生炭疽病系統(tǒng)抗性，控制病害的發(fā)生[29-30]。也有研究表明,施用蚓糞有利于提高作物產(chǎn)量、氮有效性以及土壤的整體健康狀況[31]。本研究表明，蚓糞替代部分無機(jī)肥料對土壤性質(zhì)和黃瓜生長發(fā)育都產(chǎn)生了不同的影響。蚓糞(3 000—24 000 kghm2)替代20%無機(jī)復(fù)合肥(150kghm2)作為基肥施用后顯著增加了土壤速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量和EC值，可見蚓糞替代部分無機(jī)肥有利于土壤速效磷鉀養(yǎng)分和碳的賦存，但會導(dǎo)致土壤鹽分上升。蚓糞替代對土壤氮的影響不同，低量蚓糞(3 000 kghm2)替代顯著增加了土壤全氮、硝態(tài)氮，中量蚓糞(6 000 kghm2)替代顯著增加了土壤銨態(tài)氮，而大量蚓糞(24 000 kghm2)替代顯著增加了土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮，表明中量蚓糞(6 000 kghm2)替代有利于作物吸收利用土壤氮素。低量和中量蚓糞替代有效減少了土壤可溶性有機(jī)碳含量，其主要原因可能是蚓糞替代顯著促進(jìn)了土壤健康微生物區(qū)系的構(gòu)建，增加了土壤微生物量，繼而有效固定了土壤中的可溶性有機(jī)碳，而大量蚓糞替代提供的可溶性有機(jī)碳超出了土壤微生物的需求。本研究表明，蚓糞替代可以增加土壤陽離子交換量和土壤電導(dǎo)率。同時，由于蚓糞自身含有大量營養(yǎng)鹽，使得許多有益微生物得以生存[32]。蚓糞替代總體上有利于連作黃瓜產(chǎn)量增加，保持或者利于黃瓜植株健康生長和黃瓜果實品質(zhì)提高。這可能是由于蚓糞中含有大量的GA3、IAA等生物活性物質(zhì)和有益微生物[33]，促進(jìn)了連作黃瓜生長發(fā)育。在溫室連作劣變土壤施用基肥中，不同蚓糞量替代無機(jī)復(fù)合肥對土壤性質(zhì)和黃瓜生長發(fā)育的影響存在差異。

溫室連作黃瓜劣變土壤中，以基肥的方式施用氮磷鉀無機(jī)復(fù)合肥(750 kghm2)對于連作黃瓜無增產(chǎn)效應(yīng)。低量蚓糞(3 000 kghm2)替代無機(jī)復(fù)合肥作為基肥施用顯著增加了土壤全氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和EC值以及黃瓜可溶性糖和可溶性蛋白含量，顯著降低了土壤CEC值和pH；中量蚓糞(6 000 kghm2)替代顯著增加了土壤銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、CEC和EC值，同時顯著增加了黃瓜單果重和葉片葉綠素含量，也顯著增加了果實的可溶性糖、可溶性固形物和可溶性蛋白含量，但顯著降低了土壤可溶性有機(jī)碳含量；大量蚓糞(24 000kghm2)替代顯著增加了土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、CEC和EC值，也顯著增加了黃瓜產(chǎn)量和單果重，但顯著降低了黃瓜株高。