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        化肥減量配施生物有機肥對大棚連作草莓的影響*

        2022-11-11 12:23:20李進袁春新孫正國黃步高
        中國果樹 2022年11期
        關(guān)鍵詞:生物

        李進,袁春新,孫正國,黃步高

        (1 南通科技職業(yè)學(xué)院,江蘇226007)(2 南通市農(nóng)村專業(yè)技術(shù)協(xié)會)(3 南通市白龍有機肥科技有限公司)

        草莓(Fragaria×ananassaDuch.)系薔薇科草莓屬多年生漿果,色澤艷麗,風(fēng)味獨特,營養(yǎng)豐富,大棚栽培周期短、效益好,是江蘇省南通地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。化肥施用便捷、見效快,在草莓栽培中普遍應(yīng)用,但連續(xù)多年大量使用化肥,養(yǎng)分明顯超過實際需求量,易造成連作障礙養(yǎng)分富集失衡、土壤酸化、鹽漬化,導(dǎo)致草莓減產(chǎn)、品質(zhì)下降[2]。減少化肥過量施用,提高土壤質(zhì)量綜合管理水平,保障設(shè)施土壤持續(xù)高效產(chǎn)出,已成為大棚草莓生產(chǎn)中亟待解決的問題[3]。生物有機肥依靠微生物的生產(chǎn)代謝活動為植物提供養(yǎng)分和必需物質(zhì)的肥料,兼具微生物肥和有機肥的優(yōu)點,可以增加土壤有效養(yǎng)分含量、有機質(zhì)含量,改善土壤結(jié)構(gòu),增加土壤微生物活性,促進根系生長,提高肥料利用率,提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量[4]。香蕉、番茄、黃瓜等多種作物研究表明,化肥減量配施生物有機肥可改進土壤養(yǎng)分狀況,協(xié)調(diào)平衡作物養(yǎng)分供應(yīng),滿足作物整個生育期對養(yǎng)分的需求[5-7]。本試驗針對江蘇省南通地區(qū)大棚草莓連作障礙問題,研究化肥減量配施生物有機肥對土壤養(yǎng)分、土壤酶活性[8],以及草莓產(chǎn)量、品質(zhì)的影響,應(yīng)用主成分分析法評價土壤質(zhì)量,探討化肥、生物有機肥施用的適宜量,以期為大棚連作草莓合理施肥提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地概況

        試驗在如皋市長江鎮(zhèn)南通科技職業(yè)學(xué)院試驗基地進行,土壤為沙壤土,大棚連續(xù)種植草莓3 年。2020 年試驗開始前0~20 cm 土壤的理化性狀:有機質(zhì)含量32.30 g/kg,全氮含量3.87 g/kg,全磷含量2.21 g/kg,全鉀含量19.32 g/kg,堿解氮含量224.50 mg/kg,速效磷含量248.15 mg/kg,速效鉀含量381.50 mg/kg,pH 值6.20。

        1.2 試驗材料

        供試草莓品種為紅顏,由南通科技職業(yè)學(xué)院繁育。供試化肥為尿素(N 含量46%)、過磷酸鈣(P2O5含量16%)、硫酸鉀(K2O 含量52%),由江蘇威爾盛肥料有限公司生產(chǎn)。供試生物有機肥由南通市白龍有機肥科技有限公司生產(chǎn),其中有機質(zhì)含量≥40%,有效活菌數(shù)≥0.2×108CFU/g,全氮、全磷、全鉀含量分別為0.62%、0.33%、0.29%。

        1.3 試驗設(shè)計

        草莓于2020 年8 月28 日定植到大棚內(nèi),2021年4月12日采收結(jié)束。一壟雙行壟面覆膜栽培模式,壟高30 cm,壟寬40 cm,株距15 cm,行距30 cm。試驗共設(shè)6 個處理:對照(CK),當?shù)卮笈锊葺R?guī)施肥100%化肥(尿素675 kg/hm2、過磷酸鈣900 kg/hm2、硫酸鉀450 kg/hm2);T1 處理,80%化肥+20%生物有機肥;T2 處理,60%化肥+40%生物有機肥;T3 處理,40%化肥+60%生物有機肥;T4 處理,20%化肥+80%生物有機肥;T5 處理,100%生物有機肥(7 500 kg/hm2)。每個處理60 株草莓,3次重復(fù),試驗小區(qū)共18 個,每小區(qū)間挖溝隔離,防止串水串肥。肥料分為基肥和追肥,基肥在移栽前7 d 一次性施入土壤中,生物有機肥和1/3 尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀作為基肥施入,剩余肥料在整個生育期隨水追施,其余田間管理措施一致。

        1.4 測定指標與方法

        草莓采收后(2021 年4 月13 日)采集表層土壤(0~20 cm)樣品,每小區(qū)按照S 形采樣法采集土壤樣品。每小區(qū)采集5 次重復(fù),重復(fù)樣品均勻混合,2 mm 過篩待測。測定土壤樣本有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量等指標,參照鮑士旦[9]的方法測定。分別在定植前(2020 年8 月25 日)、初花期(2020 年11 月10 日)、盛果期(2021 年1 月26 日)以及采收后(2021 年4 月13 日)4 個時期采集土壤樣本,測定脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性,參照關(guān)松蔭[10]的方法測定。

        2021 年1—2 月盛果期,每處理隨機采收當天剛成熟的果實10 個,單果重用電子天平稱量,果實硬度用硬度計測定,可溶性固形物含量用手持式糖度計測定。可溶性糖含量、維生素C 含量和可滴定酸含量,參照魯如坤[11]的方法測定。果實成熟期采集各小區(qū)所有果實并稱重,計算小區(qū)平均產(chǎn)量,折算成每公頃產(chǎn)量。

        1.5 數(shù)據(jù)處理

        利用Microsoft Excel 2010 軟件處理數(shù)據(jù),利用SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和對采集土壤樣本的養(yǎng)分、酶活性進行主成分分析,并對不同處理進行排序和評價[4]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 化肥減量配施生物有機肥對土壤養(yǎng)分的影響

        由表1 可以看出,隨著化肥施用量的減少及生物有機肥施用量的增加,果實采收后,T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中有機質(zhì)含量呈增加趨勢,而土壤中的氮、磷、鉀含量均呈減少趨勢。T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中有機質(zhì)含量分別比CK 極顯著增加了7.67%、9.60%、13.95%、18.78%、20.29%。T1 處理土壤中的全氮、速效磷含量分別比CK 顯著減少了3.40%、2.89%,全鉀、堿解氮含量分別比CK 極顯著減少了8.05%、8.48%,全磷、速效鉀含量分別比CK 減少了1.72%、0.21%,差異不顯著。T5 處理土壤中的全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別比CK 極顯著減少了29.37%、17.24%、23.53%、43.66%、28.84%、18.90%。

        表1 化肥減量配施生物有機肥對土壤養(yǎng)分的影響

        2.2 化肥減量配施生物有機肥對土壤酶活性的影響

        由表2 可以看出,在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 個時期,CK 土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性均呈不斷下降趨勢,采收后,CK 土壤中4 種酶活性比定植前分別下降了32.88%、25.05%、23.04%、23.70%。除定植前,在其他3 個時期,T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性均高于CK。初花期,T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中4 種酶活性均達到最高水平,盛果期和采收后不斷下降。

        由表2 可知,在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 個時期,T1、T2、T3、T4、T5 處理土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性總體均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。T3 處理定植前和初花期土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性,以及盛果期和采收后土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性,均在所有處理中表現(xiàn)最高。盛果期和采收后,T4 處理土壤中過氧化氫酶活性最高,比同期T3 處理分別增加了1.09%、5.95%,2 個處理之間相差不大。綜合考慮,在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 個時期,T3 處理對提升土壤中酶活性的綜合效果最好。

        表2 化肥減量配施生物有機肥對土壤酶活性的影響 mg/kg

        2.3 土壤養(yǎng)分與酶活性主成分分析

        將采收后土壤中主要養(yǎng)分及酶活性作主成分分析并進行分權(quán)計算,計算出各因子在各主成分上的載荷。由表3 可以看出,第1 主成分的方差貢獻率最大,為77.797 3%,即涵蓋了原始數(shù)據(jù)信息量的77.797 3%,能基本反映化肥減量配施生物有機肥采收后土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的變化。

        表3 土壤主成分分析

        由表4 可以看出,有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量及過氧化氫酶活性的分權(quán)系數(shù)較大,對第1 主成分起決定性作用,證明這幾個指標可以代表不同處理土壤的變化信息。

        表4 土壤主成分的特征向量分析

        通過主成分分析計算不同處理綜合得分并對其進行排序,由表5 可以看出,不同處理綜合得分及排序依次為T3>T2>T4>T1>CK>T5?;蕼p量配施生物有機肥能有效改善土壤養(yǎng)分含量和酶活性,且其改善程度與化肥和生物有機肥的使用量有密切關(guān)系。

        表5 不同處理土壤評價指標綜合得分及排序

        2.4 化肥減量配施生物有機肥對草莓產(chǎn)量的影響

        由表6 可以看出,T1、T2、T3、T4、T5 處理隨著化肥施入的減少及配施生物有機肥的增加,草莓產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢。T3 處理產(chǎn)量最高,達35.65 t/hm2,比CK 極顯著增產(chǎn)了14.37%,T5 處理產(chǎn)量最低,為29.82 t/hm2,比CK 減產(chǎn)了4.33%。根據(jù)化肥和有機肥中純氮、P2O5、K2O 含量計算,T1、T2、T3、T4、T5 處理純氮、P2O5、K2O 的施用量與CK 相比不斷減少,產(chǎn)量最高的T3 處理純氮、P2O5、K2O 的施用量比CK 分別減少了51.01%、49.69%、54.42%。按每生產(chǎn)1 000 kg 草莓計算,CK純氮、P2O5、K2O 施用量分別是T3 處理的2.33、2.28、2.51 倍。這表明,在大棚連作草莓營養(yǎng)富集的土壤中,化肥減量配施生物有機肥具有較好的增產(chǎn)作用。

        表6 不同處理草莓產(chǎn)量和純氮、P2O5、K2O 施用量

        2.5 化肥減量配施生物有機肥對草莓果實品質(zhì)的影響

        從表7 可以看出,除可滴定酸含量外,T1、T2、T3、T4 處理草莓果實品質(zhì)的各個指標均高于CK。其中T3 處理單果重、果實硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量均最高,分別比CK 極顯著增加了19.65%、10.29%、10.19%、30.03%。T3 處理維生素C 含量略低于T4 處理,比CK 極顯著增加了30.27%。同時,T3 處理可滴定酸含量略高于T4 處理,比CK 極顯著減少了15.91%。T5 處理維生素C含量比CK 極顯著增加了29.34%,但單果重、果實硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比分別比CK 減少了2.31%、3.68%、1.85%、0.54%、8.85%,可滴定酸含量比CK 極顯著增加了9.09%。綜合考慮,T3 處理對草莓果實品質(zhì)提升效果最好,而T5 處理對草莓品質(zhì)抑制作用明顯。

        表7 化肥減量配施生物有機肥對草莓果實品質(zhì)的影響

        3 討論與結(jié)論

        施肥能夠有效改良培肥土壤,提升土壤供肥能力,增加作物產(chǎn)量,是農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的有效手段[12]。為追求大棚草莓高產(chǎn),過量施用化肥現(xiàn)象普遍存在,土壤養(yǎng)分富集嚴重導(dǎo)致肥料利用率低和生產(chǎn)效率下降,連作障礙明顯[13]。本試驗中,與土壤初始理化性狀相比,適當進行化肥減量配施生物有機肥,減少了氮、磷、鉀施用量,降低了土壤中過量累積的養(yǎng)分,增加了有機質(zhì)積累,使土壤養(yǎng)分趨于平衡。

        土壤酶活性與土壤功能緊密相關(guān),土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶分別與有機質(zhì)轉(zhuǎn)化、碳循環(huán)、氮循環(huán)和磷循環(huán)相關(guān),可以表示土壤的肥力質(zhì)量[14]。土壤酶主要由微生物分泌,生物有機肥含有大量有益微生物,施入土壤后顯著提升了土壤酶活性。因此,本試驗在不同時期,所有施入生物有機肥的處理土壤酶活性均高于CK。本試驗發(fā)現(xiàn),不是生物有機肥施用量越大、化肥施用量越小土壤酶活性就越高,這與生物有機肥對小白菜、番茄的影響結(jié)果相似[15-16],這可能是因為土壤微生物在生長繁殖過程中需要適量有機質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分作為底物。本試驗中,T3(40%化肥+60%生物有機肥)處理在定植前、初花期、盛果期、采收后4個時期均最能滿足土壤微生物對有機質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分的要求,對提升土壤酶活性綜合效果最好。草莓定植后到初花期主要因為有機質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分變化促進了微生物生長繁殖,土壤酶活性迅速增加并在初花期達到高峰。初花期往后有機質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分變化開始抑制微生物生長繁殖,導(dǎo)致土壤酶活性不斷下降。因此,生物有機肥對土壤酶活性的提升作用并不能長期維持下去,在采收后種植下茬作物前,還需要適當施用生物有機肥及化肥才能保證優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)[17]。土壤酶活性還受到土壤類型、作物種類、管理與耕作方式、土壤水分和環(huán)境條件等因素影響[18],需在今后研究中不斷明確。

        化肥減量配施生物有機肥能改善根際土壤微生物群落的數(shù)量和結(jié)構(gòu),增強根際土壤酶活性,分解和活化土壤中難溶、不易移動、不能被作物直接吸收利用的營養(yǎng)物質(zhì)[19]。本試驗中,T1(80%化肥+20%生物有機肥)、T2(60%化肥+40%生物有機肥)、T3(40%化肥+60%生物有機肥)、T4(20%化肥+80%生物有機肥)處理雖然施入的氮、磷、鉀減少,但土壤酶活性增高,從而提升了土壤肥料利用率,各種養(yǎng)分供應(yīng)充足,促進了草莓光合作用及干物質(zhì)積累,最終提高了果實產(chǎn)量和品質(zhì)。其中T3 處理純氮、P2O5、K2O 的施用量分別是CK 的48.99%、50.31%、45.58%,每生產(chǎn)1 000 kg 草莓純氮、P2O5、K2O 的施用量分別是CK 的42.87%、43.94%、39.81%,但產(chǎn)量最高,達35.65 t/hm2,比CK 極顯著增加了14.37%,且果實品質(zhì)全面提升,果大、肉硬、味甜、酸度低、維生素C 含量高。T5處理全部施用生物有機肥產(chǎn)量還低于CK,果實品質(zhì)也不如CK。因此,生產(chǎn)中并不是一味地減少化肥用量、增加生物有機肥用量的效果才好,化肥減量配施生物有機肥也需適當[20]。

        綜上所述,在大棚連作草莓營養(yǎng)富集的土壤中,適量化肥減量配施生物有機肥,可緩解過量施用化肥導(dǎo)致的根區(qū)土壤養(yǎng)分狀況失衡問題,改善根際土壤微生物生態(tài)環(huán)境,肥料利用更加高效,提高了大棚草莓品質(zhì)與產(chǎn)量[21]。本試驗綜合土壤性狀及草莓產(chǎn)量、品質(zhì)等進行分析,40%化肥+60%生物有機肥處理(尿素270 kg/hm2、過磷酸鈣360 kg/hm2、硫酸鉀180 kg/hm2、生物有機肥4 500 kg/hm2)效果最好。適量的化肥減量配施生物有機肥有助于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥合理施用,促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

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