劉輝， 江解增， 張昊， 張永仙， 錢佳宇， 李東昇， 呂艷， 吳桓銳

（揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜研究室，江蘇 揚(yáng)州 225009）

隨著我國(guó)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，設(shè)施連作障礙問題日益突顯[1]，土壤養(yǎng)分失衡、鹽漬化現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重[2]。過量施肥導(dǎo)致0—20 cm土層硝酸鹽的不斷累積是土壤鹽漬化的重要因素[3]。土壤鹽漬化會(huì)導(dǎo)致蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育不良、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降、病蟲害發(fā)生嚴(yán)重等[4]。而栽培水生蔬菜可以使土壤表層鹽分下滲，利用蔬菜來吸收硝態(tài)氮，不僅可以減少淋溶損失[5]，而且可以緩解土壤鹽漬化問題。秸稈還田是我國(guó)重要的有機(jī)培肥措施[6]，在土壤上墊鋪秸稈可減少NO-3的淋失[7]。研究表明，秸稈還田不僅可以補(bǔ)充蔬菜生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素[8]，還可以作為短期磷和鉀的來源、長(zhǎng)期氮和碳的來源[9]；長(zhǎng)期秸稈還田可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[10]。此外，Su等[11]研究表明，秸稈還田能夠降低病原真菌的數(shù)量，減少土壤病害的發(fā)生，為土壤微生物群落的健康發(fā)展提供適宜環(huán)境。

本實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)，夏秋季大棚內(nèi)淺水栽培蕹菜，在土表覆蓋稻麥秸稈7 500、15 000 kg·hm-2能完全腐解，蔬菜產(chǎn)量明顯提高，且改善土壤理化性質(zhì)[12]，但對(duì)鹽漬化土壤是否有很好的改善效果尚未探究，所以本試驗(yàn)在模擬生產(chǎn)上超量施用化肥促進(jìn)冬春茬速生葉菜生長(zhǎng)、土壤NO-3含量超過1 200 mg·kg-1且重度鹽漬化的基礎(chǔ)上，開展水旱輪作、淺水栽培蕹菜結(jié)合土表覆蓋稻麥秸稈，旨在探究夏秋茬秸稈在完全腐解條件下對(duì)土壤鹽漬化的緩解效果及對(duì)蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

蕹菜品種為泰國(guó)柳葉。

供試秸稈：揚(yáng)稻6號(hào)，N、P、K含量分別為7.64、3.22 和 26.13 g·kg-1，有機(jī)碳含量為 386.17 g·kg-1；揚(yáng)麥16號(hào)，N、P、K含量分別為4.43、0.92和24.73 g·kg-1，有機(jī)碳含量為430.78 g·kg-1。

供試肥料為尿素和45%三元復(fù)合肥（N-P-K=15-15-15)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年6月—2019年11月在揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜試驗(yàn)大棚（E 119°01′～119°54′，N 32°15′～33°25′）進(jìn)行，在內(nèi)徑長(zhǎng)、寬、高分別為500、370、320 mm的塑料栽培箱內(nèi)淺水種植蕹菜，選用揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)田‘揚(yáng)麥16號(hào)’的小麥秸稈和‘揚(yáng)稻6號(hào)’的水稻秸稈。設(shè)置不覆蓋秸稈（CK）和覆蓋150 g（折合7 500 kg·hm-2）切段5 cm的水稻秸稈（R1505）、150 g切段40 cm的小麥秸稈（W15040）、150 g整株小麥秸稈（W150）和300 g（折合 15 000 kg·hm-2）切 段 10 cm 的 小 麥 秸 稈（W30010）共5個(gè)處理，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理3次重復(fù)。

2019年6月15日蕹菜播種育苗，6月20日將秸稈均勻覆蓋于塑料栽培箱土表，灌水并保持5 cm水層。于7月14日苗高10 cm左右移栽。當(dāng)蕹菜群體高度達(dá)35 cm左右時(shí)留茬5 cm采收，分別于8月18日、9月6日、10月4日和11月8日進(jìn)行4次蕹菜采收。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤理化性狀的測(cè)定 分別于試驗(yàn)實(shí)施前（6月10日）和試驗(yàn)結(jié)束后（11月15日）采用5點(diǎn)取樣法取蕹菜土壤表層0—10 cm土樣100 g，剔除植株根系及小石子等雜質(zhì)，其中5 g鮮樣用密封袋儲(chǔ)存放入4℃冰箱保存，其余土壤風(fēng)干磨細(xì)用于土壤生化指標(biāo)的測(cè)定。土壤全氮含量采用凱氏定氮法（H2SO4-H2O2消煮）[13]測(cè)定，全磷含量采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法[14]測(cè)定，全鉀含量采用NaOH熔融-火焰光度法[15]測(cè)定，土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定，速效磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量采用火焰分光光度法測(cè)定[16]，土壤硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測(cè)定[17]。土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法[18]測(cè)定，脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，土壤酸性磷酸酶活性采用苯磷酸二鈉比色法[19]測(cè)定。

1.3.2 蕹菜產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的測(cè)定 按箱采收蕹菜并測(cè)產(chǎn)，每箱隨機(jī)留取300 g蕹菜置烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，然后75℃烘至恒重并稱干重。蕹菜全氮、磷、鉀的測(cè)定方法與土壤氮、磷、鉀測(cè)定方法相同。蕹菜總黃酮含量、總酚含量和DPPH（1，1-二苯基-2-三硝基苯肼，1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）自由基清除率參照陳亮等[20]的方法測(cè)定，粗纖維含量按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法（GB/T 5009.10—2003[21]）測(cè)定，可溶性糖含量采用硫酸-苯酚法[22]測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈覆蓋對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

種植蕹菜前、后土壤養(yǎng)分含量如表1所示。種植蕹菜后，W30010處理土壤有機(jī)碳含量上升，但與種植前差異不顯著；R1505、W15040、W150和CK處理的土壤有機(jī)碳含量均下降，其中，W15040、W150和CK處理較種植前顯著降低，CK處理的降幅最大，說明秸稈腐解補(bǔ)充了土壤有機(jī)碳含量，且秸稈覆蓋量越高，補(bǔ)充的土壤有機(jī)碳含量越多。各處理土壤硝態(tài)氮含量均顯著降低，降幅均在50%以上，且麥秸稈處理的降幅略高于稻秸稈處理，說明蕹菜可能吸收了部分硝態(tài)氮，同時(shí)，高碳秸稈腐解會(huì)消耗N素，降低了土壤中NO-3含量，緩解了土壤鹽漬化。全磷含量?jī)HR1505處理略有升高，其余處理均有所降低，但僅W30010處理較種植前顯著降低。速效磷含量?jī)HW30010處理略有升高，其余處理均有所降低，但僅W15040、W150處理較種植前顯著降低。全鉀含量?jī)HW30010處理有所降低，其余處理均升高，但較種植前均差異不顯著。速效鉀含量?jī)HW15040處理降低，其余處理均上升，其中，R1505和CK處理較種植前顯著升高。

表1 不同秸稈覆蓋下的土壤養(yǎng)分Table 1 Soil nutrients under different straw mulching

2.2 秸稈覆蓋對(duì)土壤酶活性的影響

由表2可知，種植蕹菜后，各處理與對(duì)照土壤蔗糖酶活性均顯著降低，可能是淹水環(huán)境抑制了土壤微生物活性；脲酶活性除W15040處理外，其余各處理降幅均小于對(duì)照；W15040處理土壤酸性磷酸酶活性較種植前顯著升高，而W30010和CK處理較種植前活性顯著降低。

表2 不同秸稈覆蓋下的土壤酶活性Table 2 Soil enzyme activities under different straw mulching

2.3 秸稈覆蓋對(duì)蕹菜產(chǎn)量的影響

由圖1可知，R1505、W15040、W150和W30010處理蕹菜的總產(chǎn)量分別為159.15、134.70、128.40和128.70 t·hm-2，分別較對(duì)照（124.95 t·hm-2）增產(chǎn)27.25%、7.80%、2.76%和3.00%，說明秸稈腐解為蔬菜提供了所需養(yǎng)分，有利于提高蔬菜產(chǎn)量。第1次采收時(shí)，秸稈覆蓋處理的產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照，其中，R1505處理產(chǎn)量最高；第2和第3次采收時(shí)，秸稈覆蓋處理的產(chǎn)量與對(duì)照間差異不顯著；第4次采收時(shí)，秸稈覆蓋處理的產(chǎn)量均高于CK，其中R1505和W30010處理顯著高于CK。

圖1 不同秸稈覆蓋的蕹菜產(chǎn)量Fig.1 Yield of water spinach covered with different straws

2.4 秸稈覆蓋對(duì)蕹菜養(yǎng)分的影響

不同處理下蕹菜的氮、磷和鉀含量如表3所示。對(duì)各處理第1和第4次采收蕹菜的全氮、全磷和全鉀含量進(jìn)行比較，秸稈覆蓋處理第1次采收蕹菜的全氮含量均高于對(duì)照，而第4次采收蕹菜的全氮含量均顯著低于對(duì)照。W15040處理第4次采收蕹菜的全磷含量顯著高于對(duì)照，而W150處理第4次采收蕹菜的全磷含量顯著低于對(duì)照。其余處理間差異不顯著，但第4次采收蕹菜的全磷含量高于第1次采收。秸稈覆蓋處理第1次和第4次采收蕹菜的全鉀含量均顯著高于對(duì)照，但第4次采收蕹菜的全鉀含量顯著低于第1次采收。

表3 不同秸稈覆蓋下蕹菜的養(yǎng)分含量Table 3 Nutrient content of water spinach under different straw mulching

2.5 秸稈覆蓋對(duì)蕹菜品質(zhì)的影響

由表4可知，各處理第1次采收的蕹菜粗纖維含量低于對(duì)照，而第4次采收的蕹菜粗纖維含量高于對(duì)照，說明前期秸稈腐解釋放大量養(yǎng)分供蕹菜生長(zhǎng)，蕹菜含水量增加，粗纖維含量降低，口感較好，更加脆嫩。R1505和W30010處理第4次采收蕹菜的可溶性糖含量顯著高于第1次采收；W150和W15040處理第4次采收蕹菜的可溶性糖含量顯著低于對(duì)照。W150和W30010處理第4次采收蕹菜的黃酮含量顯著高于第一次采收。各處理第4次采收蕹菜的總酚含量均顯著高于第1次采收。R1505和W30010處理第1次采收蕹菜的DPPH自由基清除率顯著高于對(duì)照。綜上所述，秸稈腐解為蕹菜生長(zhǎng)提供了養(yǎng)分，使蕹菜抗氧化性增強(qiáng)、品質(zhì)得到提高。

表4 不同秸稈覆蓋下蕹菜的品質(zhì)Table 4 Quality of water spinach under different straw mulching

3 討論

研究表明，秸稈還田可發(fā)生反硝化作用，使淺層地下水中的NO-3濃度下降[23]。Zhang等[24]研究表明，花卉秸稈還田可緩解硝酸鹽污染。本研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋秸稈后土壤硝態(tài)氮含量較對(duì)照顯著降低，降幅均在50%以上，即土壤鹽漬化得到明顯緩解，可能是由于秸稈中含有豐富碳源，秸稈腐解時(shí)會(huì)刺激微生物活動(dòng)，導(dǎo)致土壤中大量有效氮被微生物固持。利用這一特點(diǎn)，秸稈可用來緩解以硝酸鹽為主要類型的鹽漬化土壤。本研究中，各處理秸稈基本完全腐解，土壤鹽漬化雖得到緩解，但硝態(tài)氮含量仍較高，因此，后期可繼續(xù)加大秸稈覆蓋量進(jìn)一步緩解土壤鹽漬化。且本研究在塑料試驗(yàn)箱中進(jìn)行，僅探究了0—10 cm土壤硝態(tài)氮含量變化，存在一定局限性，因此，應(yīng)進(jìn)一步在鹽漬化大田中探究秸稈覆蓋對(duì)深層土壤硝態(tài)氮含量的影響，為設(shè)施蔬菜的可持續(xù)發(fā)展和秸稈的綜合利用提供理論依據(jù)。

本研究中，W30010和W150處理的土壤有機(jī)碳含量顯著高于對(duì)照。楊釗等[25]研究表明，土壤有機(jī)碳含量與秸稈還田的持續(xù)時(shí)間呈正相關(guān)，且持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)土壤有機(jī)碳含量越高。由此表明，秸稈還田能緩解土壤有機(jī)碳的減少，且持續(xù)還田效果將更加顯著。土壤中甲烷的排放由甲烷氧化菌和產(chǎn)甲烷菌決定，淹水厭氧條件下，產(chǎn)甲烷菌活性增強(qiáng)，甲烷排放增加[26]，碳損失增多。周杏[27]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田顯著增加了甲烷的排放，且在不同灌溉模式下，甲烷的增排效應(yīng)存在差異，其中，間斷灌溉模式下甲烷的增排效應(yīng)最小。因此，后期應(yīng)進(jìn)步一探究灌溉模式與秸稈覆蓋雙因素對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響。

鉀元素對(duì)植株增產(chǎn)具有重要意義。研究表明，水稻秸稈還田的氮、磷、鉀釋放率分別為60.95%、6.77%和90.58%，小麥秸稈還田的氮、磷、鉀釋放率分別24.94%、22.01%、93.64%[28]；秸稈還田增加了作物對(duì)鉀的吸收和土壤中有效鉀的含量[29-30]。本研究表明，覆蓋秸稈后蕹菜產(chǎn)量增加，且覆蓋水稻秸稈增產(chǎn)效果更顯著；其中，第2和第3次采收蕹菜產(chǎn)量較對(duì)照無顯著差異，可能與土壤碳氮比、秸稈分解速度等有關(guān)[31]；R1505和W30010處理第4次采收蕹菜產(chǎn)量顯著高于對(duì)照，可能是由于后期秸稈腐解更加充分，為植株生長(zhǎng)提供了均衡的養(yǎng)分。綜上所述，秸稈還田為植物生長(zhǎng)提供釋放大量養(yǎng)分，有效補(bǔ)充土壤氮、磷、鉀含量，有利于促進(jìn)作物增產(chǎn)。