摘要：為研究不同有機物料配施檸檬酸對土壤理化性質(zhì)和草莓質(zhì)量的影響，為提高草莓質(zhì)量及優(yōu)化設(shè)施農(nóng)田施肥措施提供科學指導。以草莓紅顏為試驗材料，采用4種有機物料處理［對照（CK）、生物炭（SB）、蚯蚓原位處理（SW）和蚯蚓-生物炭原位處理（BW）］和2種檸檬酸濃度處理［0 mmol/L（L0）和5 mmol/L（L1）］，共8個處理，分析各處理對設(shè)施草莓土壤理化性質(zhì)、酶活性、植株養(yǎng)分、品質(zhì)及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，施用有機物料均極顯著提高了土壤速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷和有機質(zhì)含量，并極顯著提高了土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性，同時也能促進植株生長與葉片的光合作用，增加草莓果實中可溶性糖、可溶性固形物、維生素C含量。經(jīng)過隸屬函數(shù)分析，得出各個處理的排序為L1BW處理gt;L1SW處理gt;L0BW處理gt;L0SW處理gt;L0SB處理gt;L1SB處理gt;L1CK處理gt;L0CK處理，其中L1BW處理的得分最高。因此可見，施用檸檬酸、生物炭和蚯蚓原位處理均可對草莓生長、產(chǎn)量品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)等產(chǎn)生良好效果，其中以檸檬酸+蚯蚓-生物炭原位處理的綜合效果最佳。

關(guān)鍵詞：草莓；檸檬酸；蚯蚓原位處理；生物炭；土壤特性；品質(zhì)；產(chǎn)量

中圖分類號：S668.406文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）11-0134-07

草莓（Fragaria×ananassa Duch.）在我國的種植規(guī)模和產(chǎn)值居世界首位，其生產(chǎn)方式已基本由傳統(tǒng)的露地栽培轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)施栽培［1］。然而，由于長期覆蓋栽培、高度集約經(jīng)營及大肥投入，設(shè)施栽培面臨諸多土壤退化問題，如鹽漬化土壤中Na+濃度高、pH值高引起土壤結(jié)構(gòu)改變、肥力下降、微生態(tài)環(huán)境破壞加劇，進而導致作物質(zhì)量降低，嚴重限制了我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［2］。因此，亟需通過添加合適的土壤改良產(chǎn)品來改善土壤環(huán)境，提高作物質(zhì)量。近年來，蚯蚓糞和生物炭作為應對氣候變化和可持續(xù)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵性材料受到人們的高度關(guān)注［3-4］。蚯蚓糞具有良好的物理結(jié)構(gòu)和緩沖性能，并有豐富的養(yǎng)分及多種植物生長調(diào)節(jié)劑，適當添加可提高土壤的綜合肥力，促進作物生長［5］。生物炭因其具有豐富的碳元素及較強的穩(wěn)定性，且疏松多孔、容重小，可以提高作物對土壤養(yǎng)分和水分的利用率、減少養(yǎng)分淋失，是近年來土壤改良、肥力提升的首選材料［6］。趙鐵民等研究發(fā)現(xiàn)，不同用量的生物炭能提升濱海鹽漬土壤中有機碳、速效養(yǎng)分含量及酶活性，可用于鹽堿地的復墾和生態(tài)重建［7］。郭琴波等研究發(fā)現(xiàn)，減氮30%并配施生物炭可顯著提高土壤肥力水平和酶活性，增強土壤固碳持水能力，減少有機碳礦化，增加水稻產(chǎn)量［8］。陳莉莉等研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞的施用可在較短時間內(nèi)降低土壤電導率（EC）和鹽含量，促進青菜生長和產(chǎn)量增加［9］。游浩宇等研究發(fā)現(xiàn)，施用蚯蚓糞能顯著降低土壤容重、土壤緊實度，提高土壤全氮、堿解氮和有機質(zhì)含量［10］。檸檬酸作為一種低分子有機酸，在土壤物質(zhì)循環(huán)和植株營養(yǎng)中具有重要意義。龔芳芳等研究得出，檸檬酸能提高土壤養(yǎng)分有效性和酶活性，增強植物根系活力和多種養(yǎng)分轉(zhuǎn)化酶的活性，促進刺梨實生苗生長［11］。同時，檸檬酸還被廣泛應用于梨、辣椒等經(jīng)濟作物的栽培，使農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)均得到顯著提升［12-13］。然而，目前大量研究僅探討了單一改良劑對土壤性狀及作物產(chǎn)量的影響，關(guān)于一次性施入單一或混配改良劑對設(shè)施土壤的持續(xù)效應研究卻鮮有報道。因此，本研究以草莓為對象，研究不同有機物料與檸檬酸配施對設(shè)施草莓土壤理化性質(zhì)、酶活性和植株養(yǎng)分、品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，以期為提高草莓質(zhì)量及優(yōu)化設(shè)施農(nóng)田施肥措施提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年11月至2022年3月在寧夏回族自治區(qū)銀川市賀蘭縣園藝產(chǎn)業(yè)園（地理坐標 38°18′N，106°15′E）內(nèi)進行，試驗溫室為寧夏二代日光溫室，長度為 100 m，跨度為6.8 m，脊高為 4.4 m，后墻高度為47 m。試驗土壤為沙壤土（全氮含量0.90 g/kg，全磷含量0.99 g/kg，速效氮含量28.93 mg/kg，速效磷含量174.90 mg/kg，速效鉀含量163.89 mg/kg，pH值7.94）。

試驗草莓品種為紅顏，試驗所用蚯蚓、生物炭分別購自寧夏萬輝生態(tài)農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司、上海海諾炭工業(yè)有限公司；牛糞購自寧夏萬輝生物環(huán)保有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為雙因素試驗設(shè)計，一是檸檬酸濃度，分別為0 mmol/L（L0）和5 mmol/L（L1）2個檸檬酸濃度；二是有機物料種類，設(shè)置如下4個處理：對照（CK）、生物炭（SB）、蚯蚓原位（SW）和蚯蚓-生物炭原位（BW）。試驗共8個處理。每個處理設(shè)3個重復，小區(qū)面積10.2 m2，隨機區(qū)組排列。生物炭用量為3 t/hm2，各處理按小區(qū)面積折算，在定植前作為基肥撒施在0～20 cm土層，并使其充分混勻。所有處理均采用膜下滴灌水肥一體化裝置進行水肥管理，采用園式配方1/2倍液進行灌溉，定植15 d后（草莓緩苗期）按照設(shè)定的處理進行灌溉，所有小區(qū)的灌水和追肥總量一致。

蚯蚓原位堆肥處理是筆者所在課題組經(jīng)過長期研究發(fā)明出來的一種新型栽培模式：每個小區(qū)設(shè)置2條壟，均寬0.4 m，長7.0 m。分別作為種植壟和養(yǎng)殖壟，養(yǎng)殖壟用腐熟1個月后的牛糞（179.4 t/hm2）作為蚯蚓培育壟，蚯蚓投放量為1.76 t/hm2，壟上布置2條滴灌帶，滴頭間距0.3 m，每日滴水，使養(yǎng)殖壟濕度達到55%即可。種植壟是利用蚯蚓將牛糞及蔬菜秸稈腐熟后產(chǎn)生的蚯蚓糞做栽培基質(zhì)。每茬拉秧結(jié)束后，將種植壟與養(yǎng)殖壟互換，蚯蚓會隨著滴灌水源進行切換，移動到另一側(cè)，無需再次投放蚯蚓［14］。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤理化性狀指標的測定 草莓盛果期，采用五點取樣法采集各處理0～20 cm土層土壤樣品，自然風干后除去作物根系、侵入體及殘留的污泥，充分混勻，過2 mm篩后，測定土壤理化指標。

土壤養(yǎng)分指標及土壤酶活性指標參考《土壤農(nóng)化分析》［15］進行測定。

1.3.2 草莓光合作用的測定 于草莓盛果期的09：00—11：00測定草莓功能葉的光合作用。每個處理重復測定3次，用PP-Systems公司生產(chǎn)的CIRAS-3光合測定儀測定，測定條件：光照度 1 100 μmol/（m2·s），CO2濃度為（410±10） μmol/mol［16］。

1.3.3 草莓植株養(yǎng)分含量的測定 在草莓盛果期，每個處理選取6株植株，將待測植株樣品風干粉碎后過0.25 mm篩，測定植株中的氮、磷、鉀含量［15］。

1.3.4 草莓果實產(chǎn)量與品質(zhì)指標的測定 于果實成熟期采收5～6個果實，記錄不同小區(qū)草莓的產(chǎn)量，按照小區(qū)面積折合為單位面積產(chǎn)量，并測定果實品質(zhì)。果實品質(zhì)指標（如維生素C、可溶性糖、可溶性固形物和有機酸含量）的測定參考《植物生理學實驗指導》［17］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析和繪圖用Excel 2010軟件進行。試驗數(shù)據(jù)用SPSS 25.0進行雙因素方差分析及多重比較（α=0.05），文中數(shù)據(jù)均為平均值±標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機物料配施檸檬酸對土壤理化性質(zhì)的影響

如表1所示，檸檬酸、有機物料及兩者的交互作用對土壤pH值、電導率、速效氮含量有極顯著影響（P＜0.01）。總體上看，檸檬酸處理（L1處理）組能夠提高土壤電導率與速效氮、速效磷含量，降低土壤pH值。在L0水平下，相較于L0CK處理，L0SW、L0SB、L0BW處理均顯著提高了土壤全氮、全磷、速效鉀、速效氮和速效磷含量，且最高值均出現(xiàn)在L0BW處理。在L1水平下，與L1CK處理相比，L1SW、L1SB、L1BW處理均顯著提高了土壤速效氮、速效鉀、全磷和有機質(zhì)含量，其中L1BW處理最高，分別較L1CK提高104.57%、148.61%、55.19%和60.29%。

2.2 有機物料配施檸檬酸對土壤酶活性的影響

如圖1所示，檸檬酸對土壤過氧化氫酶、蔗糖酶及脲酶活性有極顯著影響（P＜0.01）。有機物料與檸檬酸的交互作用對過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性有極顯著影響（P＜0.01）?？傮w上看，添加檸檬酸處理提高了土壤過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性，降低了脲酶活性。在L0水平下，相較于L0CK處理，L0SW、L0SB、L0BW處理的蔗糖酶活性分別顯著提高15.12%、17.78%、4208%，過氧化氫酶活性分別顯著提高3098%、10.33%、2717%，磷酸酶活性分別顯著提高28.78%、1715%、47.97%，脲酶活性分別提高了56.51%、8.89%和77.13%。在L1水平下，相較于L1CK處理，L1SW、L1SB和L1BW處理的過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性顯著增加，且最高值均出現(xiàn)在L1BW處理。

2.3 有機物料配施檸檬酸對草莓葉片光合作用的影響

如圖2所示，有機物料、檸檬酸對草莓葉片的凈光合速率、胞間CO2濃度和氣孔導度有極顯著影響（P＜0.01）。相較于CK，L0（SW、SB、BW）和L1（SW、SB、BW）處理增加了草莓葉片的凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導度。其中，凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導度的增幅分別為23.00%～35.94%、35.78%～9266%、496%～39.76%、10.77%～44.80%。在添加同一物料的條件下，檸檬酸對草莓葉片光合作用的提升效果更顯著。

2.4 有機物料配施檸檬酸對草莓植株養(yǎng)分及生物量的影響

由表2可知，有機物料對草莓植株全氮、全磷、全鉀含量和地上部干物重有極顯著影響（P＜001）。檸檬酸、檸檬酸和有機物交互作用對草莓植株全磷、全鉀含量有極顯著影響（P＜0.01）。在L0水平下，相較于L0CK處理，L0SW、L0SB、L0BW處理植株全氮、全磷、全鉀含量均顯著增高，且最高值均出現(xiàn)在L0SW處理。在L1水平下，相較于L1CK處理，L1SW、L1SB、 L1BW處理的草莓植株全磷含量分別提高了0.01、0.08、0.11百分點，全鉀含量分別提高了0.11、0.22、0.55百分點。對于草莓植株的干物重來說，在L0水平下，相較于L0CK處理，L0SW、L0SB、L0BW處理草莓地上部干物重分別提高36.39%、104.11%、43.20%，地下部干物重分別提高77.62%、10.84%、43.01%。在L1水平下，L1SW、L1SB、L1BW處理的草莓地上部干物重分別較L1CK處理提高7.75%、3496%、14.92%，地下部干物重分別提高1190%、37.62%、23.79%。

2.5 有機物料配施檸檬酸對草莓品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

由表3可知，檸檬酸濃度對維生素C含量有極顯著影響（P＜0.01）。有機物料對可溶性糖、維生素C含量有極顯著影響（P＜0.01）。檸檬酸和有機物料交互作用對草莓可溶性糖、有機酸和維生素C含量有極顯著影響（P＜0.01）。在L0水平下，L0BW處理的可溶性固形物、可溶性糖和維生素C含量均最高，與L0CK處理相比，L0BW處理的可溶性固形物含量顯著提高1.07百分點，可溶性糖含量增加8.04百分點，維生素C含量增加了137.84%。在L1水平下，與L1CK處理相比，L1BW處理可顯著提高草莓植株的可溶性固形物、可溶性糖和維生素C含量，降低草莓植株的有機酸含量。有機物料處理均提高了草莓產(chǎn)量。在L0水平下，L0SW、L0SB和L0BW處理的草莓產(chǎn)量相較于L0CK處理分別提高43.30%、42.02%和84.92%。在L1水平下，L1SW、L1SB、L1BW處理的草莓產(chǎn)量相較于L1CK處理分別提高5562%、41.91%、90.11%，說明有機物料處理能夠顯著提高草莓的品質(zhì)和產(chǎn)量。在同一物料處理下，L1處理的果實品質(zhì)和產(chǎn)量均優(yōu)于L0處理。

2.6 有機物料配施檸檬酸的隸屬函數(shù)分析

通過主成分分析提取所測定指標的4個主成分。為了更直觀地反映不同有機物料配施檸檬酸對土壤理化性質(zhì)和草莓生物學性狀的影響，進一步分析了綜合指標及隸屬函數(shù)，結(jié)果見表4。利用模糊隸屬函數(shù)分析方法能夠全面、客觀地反映不同有機物料配施檸檬酸對土壤養(yǎng)分、草莓植株產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并根據(jù)D值得出綜合排名：L1BW處理gt;L1SW處理gt;L0BW處理gt;L0SW處理gt;L0SB處理gt;L1SB處理gt;L1CK處理gt;L0CK處理。上述結(jié)果說明，檸檬酸、生物炭和蚯蚓原位處理對草莓生長、產(chǎn)量品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)和酶活性等指標的總體效果均較好，其中以L1BW處理的綜合效果最佳。

3 討論與結(jié)論

大量研究證實，土壤養(yǎng)分含量的變化與pH值密切相關(guān)，低分子有機酸含有的羧基官能團可解離產(chǎn)生H+，從而降低土壤pH值［18］。有機酸活化土壤礦物質(zhì)是質(zhì)子酸效應和功能性基團（羧基和羥基）絡(luò)合效應共同作用的結(jié)果，檸檬酸進入土壤后可解離為H+、C6H5O73-，其中H+可直接促進難溶性化合物的酸解，增加土壤養(yǎng)分的有效性，而檸檬酸根離子中含有的功能性基團可與土壤中的金屬離子產(chǎn)生反應，形成金屬-有機復合體，破壞土壤礦物結(jié)構(gòu)，加速土壤礦物中磷素、鉀素的釋放［19-22］。

本研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸能提高土壤速效氮和速效磷含量，說明檸檬酸能促進養(yǎng)分的活化和釋放。此外，隨著生物炭、蚯蚓糞的輸入，土壤速氮、全效養(yǎng)分（全氮、全磷）含量顯著提高，且相較于單一蚯蚓原位處理和生物炭處理，蚯蚓-生物炭原位處理對土壤養(yǎng)分含量的提升效果更為顯著，這與申佳麗的研究結(jié)果［14］一致。上述結(jié)果一方面表明，蚯蚓糞和生物炭本身含有多種礦質(zhì)元素、有機質(zhì)等，兩者組合會產(chǎn)生更高水平的土壤有效養(yǎng)分［23-24］，另一方面則反映，蚯蚓糞與生物炭聯(lián)合施用后，生物炭的高表面積和高微孔性質(zhì)能將更多的養(yǎng)分離子吸附并固持在土壤顆粒表面，從而降低了土壤自身及外源養(yǎng)分的流失［25］。檸檬酸解離產(chǎn)生的H+，降低土壤pH值，而蚯蚓糞、生物炭的加入提高了土壤pH值，可能是因為生物炭和蚯蚓糞自身呈堿性且pH值略高于試驗土壤pH值，因此對土壤pH值造成了影響［7］。

土壤酶來源豐富，主要參與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分固定和礦化過程，與土壤肥力緊密相關(guān)［26］。本研究結(jié)果表明，添加檸檬酸提高了土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性，可能是因為酶活性與土壤微生物有關(guān)，而檸檬酸的添加引起土壤微生物區(qū)系變化，導致微生物細胞內(nèi)酶、胞間酶活性失衡或酶構(gòu)象發(fā)生變化，從而提高了土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性［27］。生物炭和蚯蚓糞的施用均可顯著提高土壤蔗糖酶、過氧化氫酶活性，可能因為生物炭和蚯蚓糞為微生物活動供給碳源和能源物質(zhì)，同時也為微生物酶促反應提供充足的底物，從而增強了土壤過氧化氫酶、蔗糖酶活性，且蚯蚓-生物炭原位處理中土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶活性顯著高于其他處理，這點從和文祥等研究發(fā)現(xiàn)的土壤脲酶、蔗糖酶活性與土壤全氮、有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)的結(jié)果［28］中得到證明。同時，過氧化氫酶與pH值呈顯著正相關(guān)，而蚯蚓糞和生物炭的施用顯著提高了土壤的pH值，因而過氧化氫酶的活性增強［29］。此外，添加生物炭能顯著降低脲酶活性，可能是由于生物炭中存在的某種活性物質(zhì)（如呋喃、酚類等［30］）可以抑制脲酶的活性。在本研究中，檸檬酸、有機物料處理可以提高土壤酶活性，而檸檬酸與有機物料的交互作用對土壤酶活性有極顯著影響，可能是檸檬酸通過加速有機物料中有機質(zhì)的分解和有效養(yǎng)分的釋放，提高了土壤微生物數(shù)量，改善了土壤環(huán)境，導致土壤酶活性增強。

配施檸檬酸、生物炭和蚯蚓糞不僅能夠顯著提高草莓植株全氮、全磷和全鉀含量，而且對草莓質(zhì)量也會產(chǎn)生促進作用。邵微等研究發(fā)現(xiàn)，低分子有機酸與氮磷鉀肥配施能降低梨皮明亮度與色度角，提高果實糖酸比和可溶性固形物含量［12］。楊官凱等研究發(fā)現(xiàn)，在玉米秸稈中添加生物炭、蚯蚓糞，能顯著提高葉片的光合作用，增加植株葉面積、葉綠素含量，提高番茄果實中可溶性固形物、可溶性糖和有機酸含量［31］。此外有研究發(fā)現(xiàn)，配施生物炭和蚯蚓糞可降低土壤容重，提高土壤孔隙度，促進土壤的通氣性和水分滲透率，改善土壤結(jié)構(gòu)［23，32］。同時，施用生物炭和蚯蚓糞顯著提高了土壤有機質(zhì)、速效和全效養(yǎng)分含量。土壤環(huán)境的改善和養(yǎng)分水平的提高有利于植株根系的生長，從而促進了植物對養(yǎng)分的吸收，而檸檬酸可通過直接或間接參與植株生長代謝來影響根部脲酶、蔗糖酶及代謝物質(zhì)的分泌，提高根系活力和轉(zhuǎn)運養(yǎng)分的能力，從而促進作物對養(yǎng)分的利用［33］。提高草莓植株中的養(yǎng)分含量（尤其是鉀元素），能夠提高作物的光合作用，促進有機物質(zhì)的合成，增加作物葉面積、葉綠素含量，進而促進光合產(chǎn)物等向果實中運輸，從而提高果實質(zhì)量。在本研究中，配施檸檬酸、生物炭和蚯蚓糞能夠顯著增加草莓的可溶性糖、有機酸和維生素C含量，在這一過程中，土壤養(yǎng)分的增加和釋放是外在條件的改善，根系形態(tài)的改善和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化酶活性的提高是草莓增強養(yǎng)分吸收、提高果實質(zhì)量的內(nèi)在動力。

生物炭、蚯蚓原位處理和蚯蚓-生物炭原位處理與檸檬酸配施均可顯著降低土壤的pH值，提高土壤養(yǎng)分及有機質(zhì)含量，促進草莓植株的生長，提高草莓植株的養(yǎng)分含量、產(chǎn)量和品質(zhì)。并且，通過隸屬函數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，L1BW處理（檸檬酸配施蚯蚓-生物炭原位處理）的效果最好。

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