陳曉峰， 魏 茜， 韓 冰， 隋好林

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙臺(tái)研究院， 山東 煙臺(tái) 264670)

網(wǎng)紋甜瓜是山東省海陽(yáng)市日光溫室栽培的重要瓜類作物之一，在全國(guó)具有較高的知名度，由于其優(yōu)良的品質(zhì)，良好的生產(chǎn)價(jià)值，最近幾年發(fā)展規(guī)模逐漸擴(kuò)大。為提高生產(chǎn)價(jià)值，日光溫室網(wǎng)紋甜瓜多采用冬春茬栽培，但受作物生長(zhǎng)季節(jié)限制，如何改善日光溫室內(nèi)作物生產(chǎn)環(huán)境，規(guī)避作物連作障礙，在生產(chǎn)效益提升同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫室作物無(wú)公害化生產(chǎn)是亟需解決的問(wèn)題。

秸稈還田技術(shù)是作物改土培肥的重要舉措，對(duì)提升土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性方面具有重要作用，近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用到大田作物生產(chǎn)中。目前，對(duì)秸稈還田研究主要包括粉碎還田、過(guò)腹還田、發(fā)酵還田及炭化還田等對(duì)土壤肥力、微生物的影響與作物生長(zhǎng)發(fā)育和病害的影響等方面[1-6]。秸稈還田技術(shù)在設(shè)施栽培中的應(yīng)用研究主要集中在秸稈發(fā)酵還田方面，如秸稈反應(yīng)堆技術(shù)，研究?jī)?nèi)容主要包含其對(duì)設(shè)施環(huán)境改善、作物生物學(xué)特性和作物產(chǎn)品品質(zhì)的影響等方面[7-11]，對(duì)秸稈直接還田的研究較少。設(shè)施栽培應(yīng)用秸稈還田技術(shù)的理論基礎(chǔ)尚不完善，對(duì)不同作物種植管理模式下適宜的還田模式還不明確，不利于該技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣與應(yīng)用。在生產(chǎn)實(shí)踐中，已有網(wǎng)紋甜瓜種植戶應(yīng)用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)秸稈廢棄物資源還田技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)紋甜瓜可持續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效果明顯，但未形成合理、系統(tǒng)的栽培技術(shù)。鑒于此，采用單因素試驗(yàn)研究秸稈不同還田方式對(duì)土壤理化性狀和土壤微生物數(shù)量的影響，旨在進(jìn)一步明確秸稈還田對(duì)土壤微環(huán)境的作用原理，以期為促進(jìn)當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)的循環(huán)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山東省海陽(yáng)市留格莊鎮(zhèn)前楊臺(tái)村海陽(yáng)市農(nóng)道果蔬種植專業(yè)合作社日光溫室內(nèi)進(jìn)行(N36°46′，E121°19′)，日光溫室規(guī)格為720 m2(60 m×12 m)。試驗(yàn)地土壤為棕壤土，土層深厚，澆灌條件良好，前茬作物為番茄。2019年秸稈還田處理前各溫室0～40 cm土壤的理化性狀：有機(jī)質(zhì)17.4～18.9 g/kg，速效氮116～125 mg/kg，速效磷68～80 mg/kg，速效鉀232～248 mg/kg，全氮1.14～1.28 g/kg，全鉀4.34～4.66 g/kg，pH 7.50～7.90，有機(jī)碳9.8～10.2 g/kg。

1.2 材料

日光溫室栽種網(wǎng)紋甜瓜品種為魯厚甜1號(hào)，煙臺(tái)愛(ài)農(nóng)農(nóng)資有限公司生產(chǎn)。秸稈為玉米秸稈，取自當(dāng)?shù)亍?nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆所用的菌種和疫苗均為山東天合生物工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2018年12月至2019年6月進(jìn)行，所有日光溫室在深翻前均分別施腐熟有機(jī)肥5 000 kg/667m2。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：T1，秸稈經(jīng)內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田；T2，秸稈粉碎后直接還田；對(duì)照(CK)，無(wú)秸稈還田。具體操作：T1，參照姜蔚[12]的方法進(jìn)行內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆建造與管理，秸稈用量為5 000 kg/667m2；T2，秸稈經(jīng)粉碎后深翻還田，翻埋于耕層中，秸稈施用量為1 500 kg/667m2，栽培管理方式同常規(guī)栽培；對(duì)照，溫室經(jīng)機(jī)械深翻后，栽培管理方式同常規(guī)栽培。

1.3.2 土壤理化性狀和微生物含量測(cè)定 網(wǎng)紋甜瓜采收結(jié)束后測(cè)定各溫室土壤的基本理化性狀。采用環(huán)刀法5點(diǎn)取樣采集定植行下0～40 cm土壤樣品，混樣后分為2份，1份用于土壤理化性狀測(cè)定，1份用于土壤有機(jī)碳和土壤微生物含量測(cè)定。土壤理化性狀測(cè)定參考鮑士旦等[13-15]的方法，土壤有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法[13，16]，土壤微生物(細(xì)菌、真菌及放線菌)測(cè)定參考陸寧海等[1-2]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2016和SPSS 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行LSD差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈不同還田方式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由于玉米秸稈中含有氮、磷和鉀元素[15]，秸稈還田分解后土壤肥力會(huì)提高[3-5]，同時(shí)還田方式以及還田年限的差異也會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分變化的差異[17]。由表1可知，T1和T2土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、速效氮、速效鉀、全氮、全磷、全鉀及pH均較對(duì)照顯著提高，其中，T1和T2的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高81.96%和28.35%，有機(jī)碳含量提高102.88%和32.69%，速效氮含量提高32.98%和56.38%，速效鉀含量提高99.01%和43.07%，全氮含量提高17.14%和21.90%，全磷含量提高37.50%和28.13%，全鉀含量提高28.41%和31.87%，pH提高12.41%和8.28%。土壤全氮、全磷和全鉀含量T1和T2差異不明顯。土壤速效磷含量T1較對(duì)照提高8.65%，T2較對(duì)照降低6.73%，但各處理間差異均不顯著。T1的有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀及全磷含量均顯著高于其他處理，說(shuō)明，內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田能提高土壤中養(yǎng)分含量，提升土壤肥力。土壤有機(jī)碳(SOC)也是反映土壤肥力的重要指標(biāo)之一，其參與土壤微生物活動(dòng)[17]，含量高低與外源碳源輸入有較大關(guān)系[18-20]。與試驗(yàn)前相比，T1和T2的有機(jī)碳含量均有較大幅度的提高，分別提高115.31%和38.00%，其中，內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田對(duì)土壤短期SOC含量提升效果明顯。秸稈還田處理提高土壤pH，使土壤pH趨向弱堿性，且內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田比秸稈粉碎后直接還田效果明顯?？傮w上，秸稈還田增加了土壤的養(yǎng)分含量，緩解了土壤酸化的趨勢(shì)。

表1 秸稈不同還田方式土壤的理化性質(zhì)

2.2 秸稈不同還田方式對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物在土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)過(guò)程中起重要作用，是養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的源和庫(kù)，耕作環(huán)境改變會(huì)導(dǎo)致微生物數(shù)量產(chǎn)生較大變化，進(jìn)而影響土壤質(zhì)量和土壤的生物活性[12，21-24]。由表2可知，秸稈還田對(duì)日光溫室內(nèi)土壤微生物數(shù)量有較大的影響。秸稈還田處理引起土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量激增，但對(duì)土壤中真菌數(shù)量影響不大。其中，T1和T2的細(xì)菌數(shù)量較對(duì)照顯著提高，分別提高186.18%和203.25%，T2比T1高5.97%，但二者間無(wú)顯著差異。T1和T2的放線菌數(shù)量較對(duì)照顯著提高，分別提高375.94%和190.91%，T1比T2高163.61%，各處理間差異顯著。T1的真菌數(shù)量較T2和對(duì)照顯著提高，分別提高13.48%和16.76%；T2較對(duì)照下降2.48%，但二者差異不顯著。表明，內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田具有明顯促進(jìn)土壤細(xì)菌和放線菌增殖的作用。

表2 秸稈不同還田方式土壤微生物的數(shù)量

2.3 土壤理化性狀與土壤微生物的相關(guān)性

土壤微生物數(shù)量與土壤理化性狀之間存在密切關(guān)系，土壤養(yǎng)分含量高低在很大程度上制約著土壤微生物數(shù)量，同時(shí)土壤微生物又反過(guò)來(lái)影響著土壤養(yǎng)分等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán)[24]。由表3可知，秸稈還田處理土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤全氮、全磷、全鉀、速效氮及pH呈極顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)依次為0.991、0.950、0.999、0.939和0.917；與土壤有機(jī)碳、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量呈正相關(guān)關(guān)系，但差異不顯著。土壤真菌數(shù)量與土壤速效磷含量呈極顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.958；與土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和速效鉀含量呈顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)依次為0.873、0.888和0.819；與全氮、全磷和全鉀含量呈正相關(guān)關(guān)系，與速效氮含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但均未達(dá)顯著水平。土壤放線菌數(shù)量與土壤全磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量及pH呈極顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)依次為0.963、0.996、0.983、0.977和0.984；與土壤全鉀含量呈顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.817；與全氮、速效氮和速效磷呈正相關(guān)關(guān)系，但均未達(dá)顯著水平。

表3 土壤微生物與土壤理化性狀的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的不斷推進(jìn)，以解決農(nóng)村秸稈廢棄物為主要內(nèi)容的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式也在不斷被研究應(yīng)用。秸稈還田技術(shù)正是基于作物秸稈自身利用價(jià)值與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的一種高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。目前，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大田作物生產(chǎn)，已被證實(shí)是提高土壤耕作質(zhì)量和土壤肥力，解決化肥施用所帶來(lái)的土壤退化等問(wèn)題的重要措施[25-27]。當(dāng)前秸稈還田技術(shù)研究主要集中在還田技術(shù)、如何利用生物技術(shù)加速秸稈的分解及減少秸稈腐爛分解過(guò)程所帶來(lái)病害(主要是土傳病害)等方面[28]。

日光溫室網(wǎng)紋甜瓜栽培由于處于人為可控的生產(chǎn)環(huán)境，在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)開(kāi)始利用秸稈還田進(jìn)行反季節(jié)栽培[12]，生產(chǎn)效果明顯，對(duì)秸稈降解在提升溫室CO2濃度和氣溫方面研究較為深刻，但是其對(duì)土壤改良作用、土壤理化性狀改變及有益微生物促進(jìn)作用尚不明確。研究結(jié)果表明，玉米秸稈還田顯著提高土壤肥力，與其他研究結(jié)果相符[2，4，15-17，20-21]。由于內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田施用秸稈量較大，且在菌種作用下分解較快，秸稈中的鉀元素和有機(jī)質(zhì)得以釋放，因而應(yīng)用效果比秸稈粉碎后直接還田的明顯。秸稈粉碎后直接還田并未明顯提高磷元素含量，可能是秸稈中磷元素含量較低，長(zhǎng)期還田效果才能得以體現(xiàn)，與杜艷玲等[29-30]的研究相近。土壤有機(jī)碳(SOC)含量與土壤肥力顯著相關(guān)，研究土壤SOC長(zhǎng)期變化對(duì)研究秸稈還田對(duì)設(shè)施土壤改良也具有重要意義[18-20]。研究結(jié)果還表明，秸稈不同還田方式均可增加土壤的SOC含量，其中，內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田效果明顯優(yōu)于秸稈粉碎后直接還田，且其對(duì)土壤短期SOC含量提升效果明顯。秸稈還田還可提高設(shè)施栽培土壤pH，使其趨向弱堿性，內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田比秸稈粉碎后直接還田效果明顯，可有效抑制長(zhǎng)期施用化肥帶來(lái)的土壤酸化現(xiàn)象，與楊文雅等[15]的研究結(jié)果相符。

細(xì)菌數(shù)量高低可以作為土壤肥力的指示標(biāo)志，土壤代謝強(qiáng)度與土壤放線菌數(shù)量的多少有關(guān)[17]，土壤真菌與許多作物病害的病原菌以及土傳病害的發(fā)生有直接關(guān)系[31]，可見(jiàn)，研究土壤微生物數(shù)量變化對(duì)研究秸稈還田對(duì)設(shè)施栽培的影響尤為重要。趙亞麗等[5，23-24]研究證實(shí)，作物秸稈還田對(duì)土壤微生物數(shù)量具有明顯促進(jìn)作用，但耕作方式和秸稈用量之間存在明顯差異。研究結(jié)果表明，秸稈還田能明顯促進(jìn)土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，與楊釗等[17]的研究結(jié)果相符。土壤細(xì)菌和放線菌與真菌的比值增大可有效改善土壤微生物群體結(jié)構(gòu)，客觀促進(jìn)了土壤肥力的提升。內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田在促進(jìn)3種土壤微生物總量增殖上比秸稈粉碎后直接還田效果明顯，尤其是對(duì)土壤放線菌數(shù)量影響最大。孫婧等[14-15]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈生物反應(yīng)堆處理能有效提高作物土壤微生物含量，主要由于秸稈發(fā)酵分解過(guò)程離不開(kāi)微生物參與，分解產(chǎn)物反之也促進(jìn)了微生物的繁殖。說(shuō)明，內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆發(fā)酵后還田對(duì)土壤微生物數(shù)量的提升效果明顯。

目前研究主要集中在秸稈還田對(duì)土壤微環(huán)境短期效果影響方面，關(guān)于長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)土壤肥力和微生物種類和數(shù)量的影響還有待進(jìn)一步深入研究。