王光飛，郭德杰，馬 艷，羅 佳

（1江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南京 210014；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014）

0 引言

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益較高，栽培面積逐年增加，設(shè)施蔬菜產(chǎn)量已占蔬菜總產(chǎn)量30.5%。與露地蔬菜相比，設(shè)施蔬菜種植茬次多，為片面追求產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)高回報(bào)，菜農(nóng)過(guò)量施肥現(xiàn)象普遍[1]。多省份種植年限較長(zhǎng)的設(shè)施蔬菜土壤已呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化[2-5]。土壤養(yǎng)分過(guò)度積累，使得土壤次生鹽漬化和酸化嚴(yán)重，土壤生物學(xué)性狀?lèi)夯?，土壤綜合肥力質(zhì)量下降，不利于土壤可持續(xù)利用[6-7]。

番茄是主要設(shè)施作物之一，養(yǎng)分需求量大。因其果實(shí)采收期長(zhǎng)、產(chǎn)量高，生產(chǎn)中盲目過(guò)量施肥嚴(yán)重[4,8]。農(nóng)家肥具有廉價(jià)易得、養(yǎng)分豐富但腐熟性差等特點(diǎn)。目前在設(shè)施番茄主產(chǎn)區(qū)，有機(jī)物料投入仍以農(nóng)家肥為主，長(zhǎng)期大量施用未腐熟農(nóng)家肥是引起設(shè)施番茄產(chǎn)區(qū)土壤富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一[3,9]。另外，農(nóng)家肥含有重金屬和抗生素等，長(zhǎng)期施用具有土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[6,10-11]。因此，針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化設(shè)施番茄土壤，尋求可改善土壤的有機(jī)肥施用技術(shù)有利于設(shè)施番茄生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)中醫(yī)藥企業(yè)多，中藥渣年產(chǎn)量可達(dá)3000萬(wàn)t[12]，對(duì)其進(jìn)行資源化利用可生產(chǎn)中藥渣有機(jī)肥，該肥具有有機(jī)質(zhì)含量高、重金屬含量低且不含病原菌和抗生素的優(yōu)點(diǎn)[13]。另外，中藥渣有機(jī)肥養(yǎng)分具有緩效性和長(zhǎng)效性[13]，可適用于養(yǎng)分充足的設(shè)施土壤。筆者推測(cè)中藥渣有機(jī)肥替代農(nóng)家肥應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)設(shè)施土壤，可在補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)和滿足作物養(yǎng)分需求的基礎(chǔ)上改善土壤性狀，使作物穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)。

本研究在設(shè)施番茄主產(chǎn)區(qū)選取代表性富營(yíng)養(yǎng)化日光溫室，以當(dāng)?shù)爻Ｓ秒u糞稻殼為施肥對(duì)照，探究不同用量中藥渣有機(jī)肥對(duì)土壤化學(xué)和生物學(xué)性狀的改善效果，并與產(chǎn)量建立聯(lián)系，以期為富營(yíng)養(yǎng)設(shè)施土壤改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在江蘇省連云港市東海縣桃林鎮(zhèn)設(shè)施蔬菜基地(34°32′N(xiāo)，118°29′E)開(kāi)展。該區(qū)域?yàn)榕瘻貛駶?rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.3℃，年均降水量913 mm，土壤為砂姜黑土。選取種植年限10年的富營(yíng)養(yǎng)日光溫室進(jìn)行試驗(yàn)，土壤pH 7.47，電導(dǎo)率867.6 μS/cm，有機(jī)質(zhì)含量38.4 g/kg，銨態(tài)氮含量54.5 mg/kg，硝態(tài)氮含量310.3 mg/kg，有效磷含量543.9 mg/kg，速效鉀含量1545.7 mg/kg。

1.2 供試材料

雞糞稻殼購(gòu)于當(dāng)?shù)仞B(yǎng)雞場(chǎng)，為鮮雞糞與稻殼混合晾干后產(chǎn)物。中藥渣有機(jī)肥購(gòu)于江蘇省好徠斯肥業(yè)有限公司，主要堆肥原料為金銀花、青蒿、元胡、平貝、茯苓、桂枝等。有機(jī)肥化學(xué)性狀見(jiàn)表1。供試番茄品種為‘凱勝’。供試基肥化肥為15-15-15復(fù)合肥、硫酸鉀、磷酸二銨。供試沖施肥為史丹利20-20-20、順欣15-15-30及施可豐15-7-38。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

日光溫室內(nèi)設(shè)置4個(gè)處理。CK處理基肥施用45 t/hm2雞糞稻殼，CMR30處理基肥施用30 t/hm2中藥渣有機(jī)肥，CMR45處理基肥施用45 t/hm2中藥渣有機(jī)肥，CMR60處理基肥施用60 t/hm2中藥渣有機(jī)肥。各處理化肥施用一致，基肥化肥每公頃施用15-15-15 675 kg、硫酸鉀225 kg和磷酸二銨300 kg，追肥每公頃追施史丹利20-20-20 150 kg 2次、順欣15-15-30 180 kg 3次、施可豐15-7-38 180 kg 3次。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)小區(qū)，小區(qū)面積為100 m2，隨機(jī)排列。2018年8月26日肥料撒施后翻地，9月5日移栽番茄苗，12月—次年2月為番茄采收期。收獲結(jié)束后各小區(qū)按照S型多點(diǎn)法選取植株再采集根際土。

表1 供試有機(jī)肥基本性質(zhì)

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤常規(guī)化學(xué)指標(biāo)分析 土壤pH采用土水比=1:5浸提，用pH計(jì)測(cè)定；電導(dǎo)率采用土水比=1:5浸提，用電導(dǎo)儀測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定；硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度法測(cè)定；有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定[14]。

1.4.2 土壤酶活 脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定，以1 g土壤24 h后催化底物產(chǎn)生的NH3-N的毫克數(shù)表示；蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法，以1 g土壤24 h后產(chǎn)生葡萄糖的毫克數(shù)表示；堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，以1 g土壤24 h后催化底物產(chǎn)生酚的摩爾數(shù)表示[15]。

1.4.3 土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量 采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)測(cè)定土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量[16]。

1.4.4 土壤微生物碳源利用分析 采用Biolog-Eco生態(tài)測(cè)試板測(cè)定土壤微生物碳源利用能力[17]?？灼骄伾?化 率 (average well color development，AWCD)、Shannon物種多樣性指數(shù)(H)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)、Shannon群落均勻度指數(shù)(E)[17]的計(jì)算如式(1)～(5)。

式中，Ci為各反應(yīng)孔在590 nm的光密度值；R為Eco板對(duì)照孔A1的光密度值；Ci-R小于零的孔計(jì)算中記為零；Pi表示有碳源的孔與對(duì)照孔A1的光密度值之差與整板總差的比值；S為顏色發(fā)生變化的孔數(shù)（AWCD＞0.2代表該孔碳源被利用）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

測(cè)定數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel 2016軟件整理后，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。文中產(chǎn)量、土壤理化指標(biāo)和土壤生物學(xué)指標(biāo)均為3次重復(fù)平均值。應(yīng)用Canoco 4.5軟件進(jìn)行主成分分析(PCA)，其結(jié)果用排序圖表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響

表2為不同用量中藥渣有機(jī)肥對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響。與CK處理相比，CMR30、CMR45處理可分別顯著降低電導(dǎo)率 252.9、268.7 μS/cm，硝態(tài)氮 184.9、144.3 mg/kg，速效鉀109.4、128.3 mg/kg。而CMR60處理可降低電導(dǎo)率168.3 μS/cm、硝態(tài)氮116.6 mg/kg、速效鉀87.0 mg/kg，但與CK未達(dá)顯著差異。CMR30和CMR45處理略減少土壤有機(jī)質(zhì)含量，而CMR60略增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。另外，CMR30、CMR45和CMR60處理均能在一定程度上提高土壤pH、降低有效磷含量。

2.2 不同處理對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活的影響

不同用量中藥渣有機(jī)肥對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活活性有很大影響（表3）。CMR30、CMR45和CMR60處理較CK處理可分別增加22.3%、14.2%和12.7%細(xì)菌數(shù)量，CMR30處理為顯著增加，此增加作用隨中藥渣有機(jī)肥用量增加而減弱。另外，CMR30、CMR45和CMR60處理較CK處理可分別減少12.2%、12.5%和17.6%真菌數(shù)量，CMR60與CK處理達(dá)到顯著差異，可見(jiàn)中藥渣有機(jī)肥抑制真菌化作用隨用量增加而增強(qiáng)。土壤酶活性方面，不同用量中藥渣有機(jī)肥均抑制了脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活，其中對(duì)脲酶和堿性磷酸酶為顯著抑制。另外，CMR45處理抑制3種酶活作用強(qiáng)于CMR30和CMR60處理。

2.3 不同處理對(duì)土壤微生物碳源利用能力及多樣性的影響

平均顏色變化率(AWCD)表征微生物群落碳源利用率，反映了土壤微生物活性和微生物群落生理功能多樣性等。圖1中各處理AWCD值整體趨勢(shì)表現(xiàn)為CMR45＞CMR60≥CMR30＞CK。說(shuō)明不同用量中藥渣有機(jī)肥均促進(jìn)了根際微生物群落對(duì)碳源的利用能力，而CMR45處理效果最佳。

Shannon多樣性指數(shù)(H)反映微生物群落物種的豐富度，Shannon均勻度指數(shù)(E)是微生物群落物種均一性的度量，Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)反映微生物群落物種集中度。表4顯示，CMR45和CMR60的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)明顯高于CK；而CMR30也可增加多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，但未達(dá)顯著差異。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)表明CMR45和CMR60處理微生物群落物種集中度較小于CK。因此CMR45和CMR60處理根際微生物功能多樣性較高。

表2 不同處理土壤化學(xué)性狀

表3 不同處理土壤微生物數(shù)量及酶活活性

圖1 不同處理土壤平均顏色變化率(AWCD)

表4 不同處理土壤微生物功能多樣性指數(shù)(96 h)

2.4 不同處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

不同用量中藥渣有機(jī)肥處理均對(duì)番茄有增產(chǎn)作用。與CK相比，CMR30、CMR45和CMR60分別可增產(chǎn)1.87、5.89、3.79 t/hm2（圖2）?？梢?jiàn)，增產(chǎn)效果不隨中藥渣用量增加而增強(qiáng)，最佳中藥渣有機(jī)肥用量為45 t/hm2。

2.5 土壤主要性狀與產(chǎn)量主成分分析

圖2 不同處理番茄產(chǎn)量

采用PCA分析，建立番茄產(chǎn)量和土壤性狀二維排序圖（圖3）。若產(chǎn)量與某土壤性狀向量方向一致，夾角越小，向量和越大，表明產(chǎn)量受其正向影響越大。若產(chǎn)量與某土壤性狀向量方向相反，夾角越接近180°，向量和越小，表明受其負(fù)向影響越大。由此，番茄產(chǎn)量受AWCD、微生物多樣性和均勻度指數(shù)、細(xì)菌數(shù)量正向影響，而受真菌數(shù)量、脲酶活、磷酸酶活和蔗糖酶活負(fù)向影響。另外，土壤化學(xué)指標(biāo)電導(dǎo)率、硝態(tài)氮、速效鉀和有效磷對(duì)番茄產(chǎn)量有負(fù)向影響，pH對(duì)產(chǎn)量有一定的正向影響。由此推測(cè)，中藥渣有機(jī)肥提高產(chǎn)量與其降低土壤鹽分、速效養(yǎng)分及改善土壤生物學(xué)性狀相關(guān)。

3 結(jié)論

研究結(jié)果顯示，中藥渣有機(jī)肥替代農(nóng)家肥可有效削減富營(yíng)養(yǎng)設(shè)施土壤鹽分和過(guò)剩養(yǎng)分，增加土壤細(xì)菌數(shù)量及土壤微生物活性和多樣性，并抑制土壤真菌化，進(jìn)而提高番茄產(chǎn)量。中藥渣有機(jī)肥用量與其改善土壤綜合性狀效果呈現(xiàn)倒U型曲線關(guān)系。與此對(duì)應(yīng)，中藥渣有機(jī)肥增產(chǎn)效果也與用量呈倒U型曲線關(guān)系，最佳用量為45 t/hm2。

4 討論

圖3 土壤性狀與產(chǎn)量PCA雙序圖

本試驗(yàn)中雞糞稻殼雖與中藥渣有機(jī)肥總養(yǎng)分一致，但其速效養(yǎng)分和鹽分含量顯著高于中藥渣有機(jī)肥。李書(shū)田等[18]研究也表明，雞糞對(duì)于多年設(shè)施土壤而言，養(yǎng)分含量和鹽分高，不利于土壤持續(xù)性。另外，施用腐熟有機(jī)肥可在輸入有機(jī)質(zhì)的同時(shí)平衡土壤養(yǎng)分[6]。30、45 t/hm2中藥渣有機(jī)肥均顯著降低了過(guò)剩的土壤鹽分和氮鉀速效養(yǎng)分，60 t/hm2用量效果不顯著。這與前人研究較為一致，即高量有機(jī)肥對(duì)土壤化學(xué)性狀改善作用減弱，可能會(huì)引起養(yǎng)分和鹽分積累[19-21]。過(guò)量有機(jī)肥輸入可降低肥料利用率，養(yǎng)分平衡指數(shù)下降，同時(shí)加劇富營(yíng)養(yǎng)土壤養(yǎng)分流失，對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境造成壓力[19,22]。而適中有機(jī)肥用量可緩解富營(yíng)養(yǎng)土壤鹽漬化，維持作物養(yǎng)分需求和土壤可持續(xù)利用性[4,23]。因此，對(duì)于改善本試驗(yàn)土壤化學(xué)性狀而言，30～45 t/hm2為最佳用量，而60 t/hm2用量偏高。

與雞糞稻殼相比，中藥渣有機(jī)肥可增加富營(yíng)養(yǎng)化土壤細(xì)菌數(shù)量并抑制土壤真菌化，這有利于提高土壤生物肥力質(zhì)量[24-25]。細(xì)菌增殖效應(yīng)隨中藥渣有機(jī)肥用量增加而減弱，但抑制真菌化作用隨用量增加而增強(qiáng)，45 t/hm2用量均有良好效果。微生物碳源利用分析顯示，45 t/hm2用量提高微生物活性效果最強(qiáng)，其次為30、60 t/hm2。而微生物多樣性和均勻度則表現(xiàn)為45、60 t/hm2用量較好。因此，對(duì)于土壤微生物性狀，45 t/hm2用量綜合效果最佳。這與閆實(shí)等[20]的研究一致，少量和過(guò)量有機(jī)肥改善土壤生物性狀效果弱于適量有機(jī)肥。另外，中藥渣有機(jī)肥抑制了脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性，這與陳美蘭等[26]和馮龍等[27]的研究相異。可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)土壤為高養(yǎng)分土壤，中藥渣有機(jī)肥對(duì)部分生物學(xué)性狀可能存在負(fù)面作用。

45 t/hm2用量增產(chǎn)效果最佳，而30、60 t/hm2效果次之。這與前人研究[19,22,28-29]一致，即適量有機(jī)肥可提高作物產(chǎn)量，而過(guò)量有機(jī)肥投入無(wú)濟(jì)于產(chǎn)量甚至降低產(chǎn)量。主成分分析顯示，番茄產(chǎn)量受土壤電導(dǎo)率及氮磷鉀速效養(yǎng)分負(fù)向影響，因此中藥渣有機(jī)肥對(duì)富營(yíng)養(yǎng)土壤化學(xué)性狀的改善作用與其增產(chǎn)作用密切相關(guān)。細(xì)菌數(shù)量、微生物活性和多樣性指數(shù)對(duì)產(chǎn)量有顯著正向作用，而真菌數(shù)量對(duì)產(chǎn)量有負(fù)向作用，因此中藥渣有機(jī)肥引起的土壤生物學(xué)性狀變化也是其增產(chǎn)的重要原因。改善土壤化學(xué)性狀效果隨中藥渣有機(jī)肥用量增加而有所下降，30～45 t/hm2用量效果較好。而大部分土壤生物學(xué)性狀在適量中藥渣有機(jī)肥用量下即45 t/hm2最佳，60 t/hm2次之，30 t/hm2較弱。這可能是中藥渣有機(jī)肥用量與增產(chǎn)作用呈倒U型曲線關(guān)系的主要原因。在本研究中，45 t/hm2中藥渣有機(jī)肥各項(xiàng)土壤化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)已達(dá)最佳值或接近最佳值，因此45 t/hm2中藥渣有機(jī)肥增產(chǎn)效果最佳。

中藥渣有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量高、總養(yǎng)分達(dá)標(biāo)，但養(yǎng)分緩效，因此應(yīng)用不廣泛，限制中藥渣資源化生產(chǎn)有機(jī)肥。本研究表明中藥渣有機(jī)肥適用于富營(yíng)養(yǎng)化土壤，在削減過(guò)剩營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)改善土壤生物學(xué)性狀，并且有增產(chǎn)效果。故對(duì)于中藥渣有機(jī)肥而言，需在應(yīng)用上進(jìn)行適用范圍指導(dǎo)，以推廣中藥渣有機(jī)肥應(yīng)用進(jìn)而促進(jìn)中藥渣資源化利用。對(duì)于高產(chǎn)設(shè)施土壤，有機(jī)肥和化肥農(nóng)戶(hù)施用過(guò)足引起土壤富營(yíng)養(yǎng)化，化肥施用種類(lèi)和總量尤為關(guān)鍵，施用中藥渣有機(jī)肥改善土壤效果有限，故中藥渣有機(jī)肥還需結(jié)合優(yōu)化化肥施用技術(shù)改善土壤，這有待進(jìn)一步深入研究。