玉米秸秆腐熟还田对设施番茄...量品质及土壤理化性质的影响_赵颖.pdf

北方园艺 （）：设施园艺第一作者简介：赵颖（），女，本科，副研究员，现主要从事设施蔬菜养分管理及栽培技术等研究工作。：责任作者：董环（），男，硕士，研究员，现主要从事设施障碍 土 壤 修 复 与 设 施 蔬 菜 养 分 管 理 等 研 究 工 作。：基金项目：辽宁省农业科学院基本科研业务费资助项目（）；辽 宁 省 重 点 研 发 计 划 资 助 项 目（）；辽宁省应用基础研究计划资助项目（）。收稿日期：玉米秸秆腐熟还田对设施番茄产量品质及土壤理化性质的影响赵颖，董环，刘 爱 群，韩 瑛 祚，赵 丽 丽，宫亮（辽宁省农业科学院 植物营养与环境资源研究所，辽宁 沈阳 ）摘要：以“奇迹”番茄为试材，采用秸秆腐熟还田的方法，研究不同秸秆还田剂量和方式对番茄产量、品质和土壤理化性质的影响，以期为玉米秸秆在设施栽培中还田改良土壤提供参考依据。结果表明：多数情况下，同水平腐熟还田与未腐熟还田对土壤理化性质和产量指标影响差异不显著；腐熟秸秆还田显著提高土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾，提高幅度分别为 、和 ；秸秆还田降低土壤电导率，二水平腐熟还田与未腐熟还田降幅分别为 和 ，腐熟秸秆还田显著提高土壤阳离子交换量，二水平和四水平腐熟还田升幅分别为 和 ，未腐熟秸秆还田显著降低土壤硝态氮含量，比同水平腐熟还田降低 ；秸秆还田降低土壤容重，提高土壤总孔隙度，提高土壤非毛管孔隙度，降低土壤毛管孔隙度，土壤容重降幅为 ，土壤总孔隙度升幅为 ，土壤非毛管孔隙度升幅为 ，土壤毛管孔隙度降幅为 ；秸秆还田使土壤团聚体表现为大团聚体增多，小团聚体减少的趋势；秸秆还田显著提高番茄产量和地上干物质量，提升幅度分别为 和 。关键词：腐熟秸秆；产量；品质；土壤理化中图分类号：文献标识码：文章编号：（）设施蔬菜种植业是在作物生长发育环境相对可控的条件下开展生产，其保障了蔬菜产品的季节性均衡供应，改善了城乡居民生活水平，受到了社会各界的广泛重视和认同，设施蔬菜可进行反季节、全年不间断生产，产量一般为常规生产的 倍，有着高投入、高产出、高收益的特点。高度集约化、连续种植极大提高了土地利用率，也因投入品频繁、过大和不均衡施用产生了土壤酸化板结、养分失衡、次生盐渍化、土传病害等问题，这些客观问题限制着蔬菜种植业的安全、可持续发展。此外，“十三五”期间，我国设施蔬菜面积基本稳定在 ，我国蔬菜年人均占有量已超过 ，人们对蔬菜的需求已由高产量向营养品质、外观品质和风味品质等多样化方向发展。因此，设施退化土壤的修复改良及健康土壤培育是满足设施蔬菜安全生产和社会高品质需求的趋势所在。农作物秸秆作为有机物料，因其还田能够降低土壤容重，增加土壤有益孔隙，改善土壤团聚体组成，提高土壤有机质、氮、磷、钾和微量元素，为微生物提供碳源和生存场所，常常被用作农田的培肥改良物质。关于秸秆还田对土壤理化性质及产量影响的研究较多，且多集中研究露地大田作物种植条件下的秸秆还田，如玉米、水稻、小麦 等，秸秆还田方式也以不同形态直接还田或配施腐熟剂还田为主，将秸秆腐熟后还田的研究鲜见报道，在设施栽培条件下开展的相关研究多集中在秸秆反应堆技术 ，或在种植休闲期间，配合高温闷棚开展有机肥、秸秆发酵还田，设施栽培条件下的秸秆腐熟还田改良效应研究较为缺乏。该研究拟通过比较不同剂量腐熟玉米秸秆及未腐熟玉米秸秆对设施土壤理化性质和番茄产量的影响，明确秸秆腐熟还田对设施番茄产量、品质和土壤理化性质的具体效果，以期为玉米秸秆在设施栽培中的应用和土壤培肥改良提供参考依据。材料与方法 试验地概况试验地位于铁岭市铁岭县新台子镇诸民屯村（北纬 ，东经 ）。该地区地处欧亚大陆东部的中纬地带，属北温带大陆性季 风 气 候，月 平 均 气 温 最 高 ，最 低 ，最高气温为 ，平均年降水量为 ；地势平坦、开阔，土壤肥沃；适宜开展设施农业生产。试 验 地 块 土 壤 为 壤 质 草 甸 土，有 机 质 ，全氮 ，碱解氮 ，有效磷 ，速效钾 ，电导率 ，硝态氮 （表）。供试秸秆未腐熟前全氮含量为 ，全磷含量为 ，全钾含量为 （表）。表供试土壤理化性质 有机质 （）酸碱度 全氮 （）碱解氮 （）速效磷 （）速效钾 （）电导率 （）硝态氮 （）表供试秸秆理化性质 全氮 全磷 全钾 试验材料供试番茄品种为“奇迹”。供试秸秆为完全粉碎后造粒的压缩玉米秸秆颗粒。供试菌剂为能强烈分解纤维素、半纤维素、木质素的解纤维梭菌、枯草芽孢杆菌、绿色木霉菌和米曲霉组成。有效活菌数为 亿 ，每 秸秆施用。供试肥料包括普通尿素（）、过磷酸钙（）、硫酸钾（）。试验方法试验 于 年月 日 定 植，年月 日完成拉秧。试验设置个秸秆处理，分别为处 理（无 秸 秆，）、处 理（腐 熟 秸 秆 ，）、处 理（腐 熟 秸 秆 ，）、处 理（未 腐 熟 秸 秆 ，）、处 理（腐 熟 秸 秆 ，）（表）。试验用腐熟秸秆在番茄定植前，将颗粒秸秆与水按照比例混合，同时撒施菌剂，混合均匀后，采用塑料薄膜覆盖，并且四周压严，每隔揭开薄膜，翻动次，并重新覆膜，直到定植前施用。秸秆施用时，采用小型旋耕机，使秸秆与耕层土壤充分混合均匀。小区垄长，垄宽 ，垄区，小区面积（条），设置次重复。试验安排在秋茬月日定植，总计留穗果，每穗果 留 个 果 实。氮 肥 和 钾 肥 施 用 量 均 为 ，氮 肥 和 钾 肥 的 做 底 肥，其它追肥，分次，一穗果膨大期，二穗果膨北方园艺月月（上上）大期，三穗果膨大期，四穗果膨大期，五 穗 果 膨 大 期 ；所 有 处 理 施 磷 量 ，全部做底肥；所有追肥均采用滴灌设备随水施用。表试验处理与水平编号 处理编号 秸秆颗粒 （）施用量 项目测定定植前和拉秧后试验地块采集 耕层土壤，测定土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、值、阳离子交换量、硝态氮。常规土壤理化性质采用鲍士旦 方法测定，土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定，土壤 采用去 蒸馏水浸提玻璃电极法测定，土壤全氮采用半微量凯氏法测定，碱解氮采用碱解扩算法测定，土壤有效磷采用 浸提钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用 的 浸提火焰光度法测定，值采用电导率法 测定，阳离子交换量采用乙酸铵法测定，土壤硝态氮采用 溶液浸提，连续流动分析仪（型）测定。收获期调查番茄果实产量和地上干物质量；分次采收果实，混合样品测定果实维生素、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸，维生素采用分光光度计法 测定，可溶性固形物采用折射仪法 测定，可溶性糖采用蒽酮法 测定，可滴定酸采用 指示剂法 测定；拉秧期后测定土壤团聚体结构、孔隙度、容重，土壤团聚体结构测定采用 法（中国科学院南京土壤研究所 年），土壤孔隙度和容重采用环刀法 测定。数据分析采用 软件进行数据统计、软件进行方差分析（法），利用 软件进行画图和数据分析。结果与分析 秸秆还田对土壤养分指标的影响由表可知，与 相比，腐熟秸秆还田显著提高土壤有机质，、和 处理平均分别提高 、和 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）土壤有机质差异不显著；腐熟秸秆还田（）与未腐熟还田（）对土壤全氮影响不显著；与 相比，和 处理显著提高土壤碱解氮，平均分别提高 和 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）土壤碱解氮差异不显著；与 相比，处理显著提高土壤速效磷，平均提高 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）土壤速效磷差异不显著；与 相比，腐熟秸秆还田显著提高土壤速效钾，、和 处理平均分别提高 、和 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）土壤速效钾差异不显著；总体来说，腐熟秸秆还田可显著提高土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾，腐熟秸秆还田与未腐熟秸秆还田土壤养分指标差异不显著。表秸秆还田对土壤养分指标的影响 处理 有机质含量 （）全氮含量 （）碱解氮含量 （）速效磷含量 （）速效钾含量 （）注：表中数值为平均值标准差。同列不同小写字母代表 水平上差异显著。下同。：第第期期 北方园艺 秸秆还田对土壤盐分、酸碱度和环境指标的影响由表可知，与 相比，和 处理显著降低土壤电导 率，平 均 分 别 降 低 和 ，和 处理差异不显著；腐熟秸秆还田与未腐熟秸秆还田对土壤 影响不显著；与 相比，和 处理显著提高土壤阳离子交换量，平均分别提高 和 ，且腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）土壤阳离子交换量差异显著；与 相比，未腐熟秸秆还田显著降低土壤硝态氮含量，平均降低 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）土壤硝态氮含量差异显著，与 处理相比，处理土壤硝态氮含量降低 。总体来说，秸秆还田可降低土壤电导率，腐熟秸秆还田显著提高土壤阳离子交换量，未腐熟秸秆还田显著降低土壤硝态氮含量。表秸秆还田对土壤电导率、酸碱度和环境指标的影响 ，处理 电导率 （）酸碱度 阳离子交换量 （）硝态氮含量 （）秸秆还田对土壤容重、孔隙度的影响由表可知，与 相比，和 处理显著 降 低 土 壤 容 重，平 均 分 别 降 低 和 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）土壤容重差异不显著；与 相比，处理显著提高土壤总孔隙度，平均提高 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）土壤总孔隙度差异不显著；与 相比，、和 处理显著提高土壤非毛管孔隙度，平均分别提高 、和 ，腐 熟 秸 秆 还 田（）与未腐熟秸秆还田（）非毛管孔隙度差异不显著。与 相比，和 处理显著降低土壤 毛 管 孔 隙 度，平 均 分 别 降 低 和 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）毛管孔隙度差异不显著；总体来说，秸秆还田有降低土壤容重，提高土壤总孔隙度，提高土壤非毛管孔隙度，降低土壤毛管孔隙度的趋势，腐熟秸秆还田与未腐熟秸秆还田土壤容重和孔隙度指标差异不显著。表秸秆还田对土壤容重、孔隙度的影响 处理 容重 （）总孔隙度 非毛管孔隙度 毛管孔隙度 秸秆还田对土壤团聚体的影响由表可知，与 相比，处理显著增加 团聚体，平均增加 ，和 处理 团聚体增加未达到显著水平，但表北方园艺月月（上上）现 为 增 加 趋 势，平 均 增 幅 分 别 为 和 ；与 相比，处理显著增加团聚体，平均降低 ，和 处理对 团聚体影响差异不显著。与 相比，处理显著降低 团聚体，平均增加 ，和 处理 团聚体降低未达到显著水平，但表现为降低趋势，降幅平均分别 为 和 ；与 相 比，各 处 理 团聚体差异不显著，但秸秆还田处理均表现为降低趋势，、和 处理降幅 平 均 分 别 为 、和 。总体来说，秸秆还田使土壤团聚体表现为大团聚体增多，小团聚体减少的趋势。表秸秆还田对土壤团聚体的影响 处理 ，），），）秸秆还田对番茄果实品质的影响从表可以看出，各处理间番茄果实维生素、可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸均表现为差异不显著，从趋势上看，处理可提高果实维生素、可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸含量，比 平 均 增 幅 分 别 为 、和 。表秸秆还田对番茄果实品质的影响 处理 维生素含量 （）可溶性固形物含量 可溶性糖含量 可滴定酸含量 （）秸秆还田对番茄产量和地上干物质的影响从图 可以看 出，与 相 比，、和 处 理 显 著 提 高 番 茄 产 量，平 均 分 别 提 高 、和 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）番茄产量差异不显著；与 相比，处理显著提高番茄地上干物质量，平均提高 ，腐熟秸秆还田（）与未腐熟秸秆还田（）番茄地上干物质量差异不显著。讨论与结论秸秆还田可为土壤增加营养成分，但其还田的形式和方法影响养分的释放效率。作物秸秆含有大量的碳、氮、磷和钾等营养元素，但将秸秆直接还田，其中的营养元素不能直接被种植的作物吸收利用，营养元素多以有机态存在，它们需要在微生物作用下，降解为可被植物吸收的小分子和离子养分，因此，该研究在秸秆还田前对秸秆进行提前发酵处理，以快速增补土壤养分。因为秸秆表面有蜡质层，自然状态下，降解菌短时间内很难直接对秸秆纤维素、木质素等进行作用，为了提高秸秆降解效率，该研究使用的秸秆为粉碎的颗粒秸秆，破坏了蜡质层，增加与降解菌的接触面积。以往研究表明，秸秆在发酵或还田后 具有快速的降解率 ，因此，该研究还田秸秆采用了 作为发酵时间。研究结果表明，腐熟第第期期 北方园艺图秸秆还田对番茄产量和地上干物质的影响 秸秆还田可显著提高土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾，但腐熟秸秆还田与未腐熟秸秆还田土壤养分指标差异不显著，这可能是因为设施栽培及种植周期为秸秆腐熟提供了良好的发酵环境，缩小了二者差距。土壤、值、阳离子交换量、硝态氮是衡量设施土壤障碍程度和健康程度的重要化学指标 ，秸秆还田具有改良障碍土壤的作用。国立财 在碱化草甸土研究结果表明，腐解菌促进秸秆腐解，腐解的有机物可促进土壤团粒结构形成，土壤代换量增加，抑制盐分上升，减缓表土盐分的积累。张秀敏等 研究认为，还田秸秆可通过吸附作用使盐碱土的交换性 含量降低，且秸秆还田后分解过程中产生大分子羧基，显著提高了土壤胶体吸附盐基离子的能力，结合土壤中的各种阳离子生成腐植酸盐，从而降低盐分离子含量。该研究验证了以上结果，即腐熟秸秆还田显著降低土壤 值。葛顺峰等 的秸秆和生物质炭提高土壤缓冲性研究结果表明，氮肥配施粉碎秸秆还田显著增加了耕层土壤阳离子交换量，李录久等秸秆还田结合氮肥运筹管理研究表明，小麦秸秆直接还田后，土壤阳离子交换量明显升高，只是增加幅度较小，差异不显著，且土壤阳离子交换量增加趋势与有机质升高趋势相似。该研究结果表明，腐熟秸秆还田显著提高土壤阳离子交换量，平均分别提高 和 ，且腐熟秸秆还田与未腐熟秸秆还田土壤阳离子交换量差异显著，可见，秸秆腐熟后还田对土壤阳离子交换量提升具有促进作用，进一步说明该处理方式可提高土壤的保肥能力。而关于秸秆还田对土壤硝态氮效应的研究较多，但研究的结果有所不同。陈金等 秸秆还田条件下适量施氮研究结果表明，秸秆还田各土层硝态氮累积量均低于无秸秆还田处理，尤其是 和 土层，其硝态氮累积量分别下降 和 （年 度）及 和 （年度）；而张国娟等 干旱区棉花秸秆还田和施肥对土壤氮素有效性研究表明，秸秆还田和秸秆配施肥料均显著增加了土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量。该研究表明，腐熟秸秆还田土壤硝态氮未有显著变化，但未腐熟秸秆还田土壤硝态氮显著降低，这可能是因为未腐熟秸秆提高了土壤碳氮比，而在发酵分解秸秆过程中，微生物消耗了部分硝态氮，从而在拉秧期表现出土壤硝态氮降低的现象。土壤容重、孔隙度和团聚体组成是土壤主要的物理性质，它们关系到土壤中水肥气热状况、养分调节及植物根系的伸展和生长发育。秦都林等 研究表明，连续年棉花秸秆还田后显著降低 土层的土壤容重，显著增加 土壤大团聚体的含量，显著降低 土壤微团聚体的含量。刘禹池等 研究结果表明，长期秸秆覆盖还田免耕显著改善 土层土壤物理性状，降低土壤容重，增加土壤孔隙度、非水稳性和水稳性团聚体数量。庞党伟等 玉米秸秆还田方式和氮肥处理研究结果表明，秸秆还田条件下，连续年旋耕年深耕显著降低 土层容重，增加 土层的总孔隙度和 土层的毛管孔隙度。该研究与前人的研究结果基本一致，即未腐熟秸秆还田和高量腐熟秸秆还田显著降低土壤容重和毛管孔隙度，高量 腐 熟 秸 秆 还 田 显 著 提 高 土 壤 总 孔 隙 度，还田量均显著提高土壤非毛管孔隙度；秸秆还田显著增加土壤大团聚体，使小团聚体呈减少趋势。产量和品质是关乎农产品经济和社会效益的重要指标，王幸等 研究表明，黄淮海夏大豆区麦豆两熟制条件下，麦秸还田显著增加了大豆单株荚数和百粒质量，进而增加了产量。袁玲等 不同栽培方式和秸秆还田研究表明，秸秆还田能北方园艺月月（上上）显著提高水稻产量和稻米中铁、锌含量。敖金成等 研究玉米秸秆还田方式对初烤烟叶品质及土壤肥力的影响表明，玉米秸秆还田有效改善了烟叶物理特性、常规化学成分的协调性及吃味。王子阳等 研究结果表明，“翻耕秸秆还田”处理改善了抽穗期水稻上叶的氮素水平，显著提高了水稻产量，年试验水稻产量“翻耕秸秆还田”处理比对照处理增加 。而该研究基本进一步证明了前人的研究结果，从趋势上看，高量腐熟秸秆还田可提高果实维生素、可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸含量，比对照处理平 均 增 幅 分 别 为 、和 ，但其提质效果未达显著水平，需进一步研究以确定实际效果；大于等于 还田量处理均显著提高番茄产量，平均分别提高产量 、和 。参考文献李浩 我国设施农业发展现状、障碍及对策研究 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