引言
近年來,隨著西安市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐步調(diào)整和都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展,全市以塑料大棚和溫室為主的設施栽培面積不斷擴大。設施栽培雖有可生產(chǎn)期長、作物產(chǎn)量高、經(jīng)濟和社會效應顯著等優(yōu)點,但內(nèi)部環(huán)境由于長期處于封閉或半封閉狀態(tài),缺失自然雨水的淋洗過程,加之強烈的蒸發(fā)、蒸騰作用以及不合理的水肥管理等原因,極易出現(xiàn)土壤酸化、土壤次生鹽漬化、土壤理化性質(zhì)惡化、土壤養(yǎng)分失調(diào)、土壤微生物區(qū)系改變、作物連作障礙等系列障礙問題,進而對作物生長、產(chǎn)量及品質(zhì)產(chǎn)生影響。周建斌等人的研究已經(jīng)表明,西安市設施栽培過量施肥現(xiàn)象比較普遍,土壤養(yǎng)分積累明顯,土壤酸化、次生鹽漬化問題突出。馮武煥等人的研究也表明,西安市設施栽條件下土壤鹽分和硝酸鹽累積十分明顯,已對作物生產(chǎn)形成潛在不良影響。為此,在西安地區(qū)開展設施土壤改良活動兼具現(xiàn)實必要性和緊迫性。
設施土壤改良問題由來已久,目前仍為研究熱點之一,且大部分研究主要針對土壤次生鹽漬化問題開展。總體來看,設施土壤改良方法主要包括施用改良劑(有機肥)、水利工程措施、農(nóng)藝措施和生物措施等。以上方法各具特色,但有些方法操作起來成本較高,費時費工,且見效較慢,不利于大面積推廣。相比其他方法而言,施用改良劑(有機肥)無疑是最簡單,投資小,可持續(xù),且見效快的一種方式。目前,生物質(zhì)炭、蚯蚓糞、腐殖酸、微生物肥、有機廢棄物(菌糠和醋糟)等改良劑在設施土壤改良方面均有研究涉及。但不同改良劑理化性質(zhì)及作用機理不盡相同,而且不同區(qū)域土壤屬性及自然環(huán)境不一,導致很難選取一種通用性的土壤改良劑。
第三次農(nóng)業(yè)普查數(shù)據(jù)顯示,2016年年底西安市設施栽培面積已達6.41×103 hm2,其中塑料大棚在全市設施栽培中占據(jù)主導地位,面積占比達到82.22%?;诖耸聦?,本研究以西安市塑料大棚土壤改良研究為例,選擇了土香香、腐殖酸、富活素、蚯蚓糞4種改良劑,分別探討了不同改良劑對大棚土壤基本理化性質(zhì)、鹽分離子組成、作物產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,旨在篩選出能較好改良土壤的改良劑,以期能為當?shù)卦O施土壤改良乃至設施農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展提供一定的參考依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗地概況
試驗地布設于西安市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技展示中心24號塑料大棚內(nèi)。試驗地地理坐標為34.071106°N,108.882640°E;海拔高度為435 m。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū),年均氣溫15.5℃,年均降水量600 mm,最大平均濕度69.6%,無霜期216 d,日照時數(shù)1377 h。供試塑料大棚建于2010年,棚內(nèi)土壤類型為褐土,土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。根據(jù)西安市農(nóng)用地土壤養(yǎng)分含量分級標準,供試大棚土壤養(yǎng)分等級較高,土壤養(yǎng)分累積明顯。另外,大棚土壤pH為6.63,和西安市耕地土壤pH(7.18)相比,土壤出現(xiàn)酸化現(xiàn)象;土壤電導率為362.24μS/cm,稍大于350 μS/cm,但根據(jù)相關分類標準,土壤已經(jīng)處于中度次生鹽漬化水平。
表1 土壤基本理化性質(zhì) | ||||||||
容重 (g/cm3) | 孔隙度 (%) | pH | 有機質(zhì) (g/kg) | 電導率 (μS/cm) | 全氮 (g/kg) | 堿解氮(mg/kg) | 有效磷(mg/kg) | 速效鉀(mg/kg) |
1.38 | 46.66 | 6.63 | 21.22 | 362.24 | 1.66 | 136.61 | 132.03 | 170.84 |
1.2 供試材料
供試甜瓜為新培育品種“韓金蜜”。供試土壤改良劑及生產(chǎn)廠家基本信息如下:土香香(液劑),渭南順天集團有限公司生產(chǎn);腐殖酸原液(液劑),楊凌鼎天濟農(nóng)腐殖酸制品有限公司生產(chǎn);富活素(液劑),西安秦衡生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn);蚯蚓糞(固劑),陜西迪隆生態(tài)環(huán)保技術(shù)有限公司生產(chǎn)。土香香是以植物、食用菌等為原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得的一種農(nóng)用酵素,其含有糖類、有機酸、礦物質(zhì)、維生素、酚類、萜類等營養(yǎng)成分以及一些重要的酶類等生物活性物質(zhì)。供試腐殖酸原液是從褐煤中用堿液(NaOH)提取后處理的中間產(chǎn)物,其中腐殖酸含量為9.50%。富活素是采取人工模擬微生物降解的方法,將畜禽糞便、作物秸稈等廢棄物降解而后得到的一種土壤液體改良劑,其中腐殖酸(全為黃腐酸)含量超過30%以上。蚯蚓糞是蚯蚓對有機廢棄物進行生物降解的產(chǎn)物,其富含腐殖酸、有機質(zhì)、有益微生物和多種生理活性物質(zhì)含量??傮w而言,4種改良劑理化性質(zhì)不盡相同,但均含有機質(zhì)。
1.3 試驗設計
于2018年3月上旬開始育苗,4月1日定植。栽培方式為傳統(tǒng)壟栽,壟寬70 cm,壟距50 cm,株距30 cm。試驗設置土香香、腐殖酸、富活素、蚯蚓糞4個改良劑處理和1個空白對照(CK,即不施用改良劑),共計5個試驗處理。試驗采用完全隨機區(qū)組設計,每處理重復3次,共計5個小區(qū)(長4.8 m×寬3.0 m),所有改良劑均于幼苗定植前2個月施入土壤(各改良劑施用情況如表2所示),后間隔一周進行翻耕。為防止不同小區(qū)間肥水側(cè)滲,小區(qū)之間用塑料薄膜(埋深50 cm)縱向隔開,其他同農(nóng)戶常規(guī)管理。
表2 不同改良劑施用情況 | |||
處理 | 改良劑 | 施用量(t/hm2) | 施用方法 |
T1 | 土香香 | 0.6 | 稀釋200倍后用灑水壺撒施 |
T2 | 腐殖酸原液 | 0.3 | 稀釋200倍后用灑水壺撒施 |
T3 | 富活素 | 0.6 | 稀釋200倍后用灑水壺撒施 |
T4 | 蚯蚓糞 | 60 | 均勻撒施 |
CK |
1.4 測定項目與方法
1.4.1 土壤物理和農(nóng)化性質(zhì)測定:于實驗開始前和甜瓜拉秧期,采集土壤樣品(0~20 cm),前處理后測定pH、有機質(zhì)、電導率、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤水溶性陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)以及陰離子(HCO3-、Cl-、SO42-、NO3-)含量。土壤pH值測定使用酸度計;有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀-容量法;電導率測定使用電導率儀測定;全氮測定采用凱氏定氮法;堿解氮測定采用堿解擴散法;有效磷測定采用0.5 mol/LNaHCO3浸提-礬鉬藍比色法;速效鉀測定采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度計法;K+、Na+測定采用火焰光度法水溶性鈣檢測方法,Ca2+、Mg2+測定采用原子吸收分光光度法,HCO3-測定采用雙指示劑-中和滴定法,Cl-測定采用硝酸銀滴定法,SO42-測定采用硫酸鋇比濁法,NO3-測定采用紫外分光光度法。另外,于試驗開始前和結(jié)束時采用環(huán)刀法測定土壤容重,進而計算處不同處理土壤孔隙度。
1.4.2 生長發(fā)育指標測定:定植3周后開始測量,每隔7天測量一次。測定指標包括株高、莖粗及葉綠素含量。株高用卷尺測定;莖粗用游標卡尺測定;葉綠素相對含量用葉綠素儀(SPAD-502)測定。由于定植一月后進行掐尖,故株高、莖粗只測量4次;而甜瓜生長周期內(nèi)葉綠素相對含量連續(xù)測定6次。
1.4.3 果實品質(zhì)指標測定:收獲時取樣測定可溶性固形物含量、可滴定酸含量和維生素C含量。可溶性固形物含量采用手持糖度計(BX-1)測定;可滴定酸含量采用堿滴定法測定;維生素C含量測定采用2,6-二氯靛酚滴定法。
1.4.4 產(chǎn)量相關測定:收獲時統(tǒng)計各小區(qū)甜瓜數(shù)量并稱重,最后計算單果重和總產(chǎn)量。同時,用游標卡尺測定果實縱徑與橫徑,計算果形指數(shù)。
1.4.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析:用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件進行方差分析,并用Excel2007進行作圖分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同改良劑對土壤理化性質(zhì)的影響
土壤容重是指單位體積的自然狀態(tài)土壤(包括孔隙)的質(zhì)量,其在一定程度上可反映出土壤的疏松與緊實程度。一般而言,土壤容重越小,表明土壤越疏松;土壤容重越大,表明土壤越緊實。土壤孔隙度是指一定體積的土壤中,孔隙的體積占整個土壤體積的比例。實踐證明,一般作物適宜的土壤孔隙度大于50%為好。圖2為不同改良劑處理對土壤容重、孔隙度的影響。從表中可以看出,T1、T4處理較CK均能顯著降低土壤容重(降幅分別為5.07%和4.35%),并顯著提高土壤孔隙度(上升幅度分別為5.45%和5.12%)至50%以上。T2、T3處理較CK雖也能降低土壤容重(降幅分別為0.72%和2.17%)和提高土壤總孔隙度(升幅分別為0.98%和2.17%),但差異并未達到顯著水平。進一步分析表明,試驗中不同處理土壤容重與孔隙度呈現(xiàn)顯著的線性負相關關系(R2=0.998),這說明土壤容重與孔隙度的變化具有反向同步性。綜上,就改良土壤容重和孔隙度而言,施用土香香和蚯蚓糞改良效果更好一些。
由圖3可以看出,所有改良劑處理較CK均能提高土壤有機質(zhì)含量,提高幅度依次為15.56%、10.19%、28.94%、28.99%。但T1、T3、T4處理土壤有機質(zhì)含量顯著高于CK,而T2與CK差異并不顯著。土壤pH值是反映土壤酸堿狀況的重要土壤指標,直接影響土壤養(yǎng)分的存在形態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性,進而影響作物的生長發(fā)育。由圖2可以看出,CK土壤pH為6.62,介于6.5~7.5之間,酸堿度屬中性,但其值明顯小于西安市耕地土壤pH值7.80,總體來看有酸化趨勢,這主要源于設施土壤的連續(xù)栽培。在本實驗條件下,施用不同改良劑較CK均能不同程度提高土壤pH。具體而言,T1、T2處理土壤pH較CK并無顯著性差異,但T3、T4處理土壤pH顯著高于CK,其增幅分別為5.44%和3.47%??傮w來看,施用改良劑均能使大棚土壤pH小幅上升并更接近于7,這在一定程度上緩解了大棚土壤的繼續(xù)酸化。
2.2 不同改良劑對鹽分組成的影響
就CK而言,土壤中陽離子含量大小規(guī)律為Ca2+>Na+>Mg2+>K+,其中Ca2+含量在統(tǒng)計的4種陽離子總量中占比達74.90%,是中度次生鹽漬化土壤的主導陽離子;土壤中陰離子含量大小規(guī)律為SO42->HCO3->NO3->Cl-,其中SO42-、HCO3-含量在統(tǒng)計的4種陰離子離子總量中占比分別為48.40%和28.15%,是中度次生鹽漬化土壤的主導陰離子。
表3為不同改良劑處理對土壤鹽分組成的影響。就土壤鹽分中的陽離子變化而言,與CK相比:T1、T2、T3和T4處理均能大幅顯著降低Ca2+含量,降幅分別為69.42%、39.91%、85.86%和65.83%,且由于各處理條件下Ca+含量在土壤鹽分中的陽離子中占比較大,所以此改良效果意義較大;各處理Na+含量有升有降,但差異并不顯著,表明此改良效果意義不大;T1、T2、T3處理均能顯著降低Mg2+含量,但T4處理對Mg2+含量影響并不顯著;各處理均能顯著降低K+含量,降幅分比為44.37%、51.44%、63.65%和28.69%,但由于各處理條件下K+含量在全鹽組成中的占比均極小,所以此改良效果意義也不大??傮w來看,T1、T2、T3和T4處理較CK均能顯著降低土壤鹽分中的陽離子總量,其降幅分別為58.35%、35.44%、75.52%和51.52%,尤以T3處理,即施用富活素改良劑降低土壤鹽分中的陽離子總量的效果最為顯著。就土壤鹽分中的陰離子變化而言,與CK相比:T1、T3處理均能大幅顯著降低SO42-含量,而T2、T4處理卻使SO42-含量顯著增加;T2處理能顯著降低HCO3-含量,其余處理均對HCO3-含量無顯著影響;T1、T2、T3和T4處理均能顯著降低NO3-含量,降幅分別為62.83%、50.42%、87.88%和49.08%,改良效果較為明顯;T1、T3處理能顯著降低Cl-含量,而T2、T4處理對Cl-含量影響比并不顯著。總體來看,與CK相比,T2、T4處理對土壤鹽分中的陰離子總量影響并不顯著,而T1、T3處理較CK均能顯著降低土壤鹽分中的陰離子總量,其降幅分別為34.91%和60.48%,尤以T3處理,即施用富活素改良劑的處理降低土壤鹽分中的陰離子總量的效果最為顯著。綜上,T1、T2、T3和T4處理均能大幅顯著降低土壤鹽分離子總量,其降幅分別為46.96%、20.65%、68.21%和29.97%,尤以T3處理,即施用富活素改良劑的處理降低土壤鹽分離子總量的效果最為顯著。
表3 不同改良劑對土壤鹽分組成的影響(mg/kg) | ||||||||||||
處理 | 陽離子 | 陰離子 | 離子總量 | |||||||||
K+ | Na+ | Ca2+ | Mg2+ | 合計 | HCO3- | Cl- | SO42- | NO3- | 合計 | |||
T1 | 10.87 bc | 71.50 ab | 123.68 d | 18.84 b | 224.89 d | 103.27 a | 14.42 bc | 161.13 c | 53.41 b | 332.22 b | 557.12 d | |
T2 | 9.49 c | 77.42 ab | 243.01 b | 18.68 b | 348.60 b | 70.57 b | 20.26 ab | 322.80 a | 71.24 b | 484.86 a | 833.46 b | |
T3 | 7.10 c | 58.38 b | 57.20 e | 9.50 b | 132.18 e | 92.94 ab | 6.98 c | 84.38 d | 17.41 c | 201.71 c | 333.89 e | |
T4 | 13.94 b | 80.64 a | 138.20 c | 28.97 ab | 261.75 c | 88.16 ab | 19.97 ab | 292.53 a | 73.17 b | 473.82 a | 735.58 c | |
CK | 19.54 a | 73.73 ab | 404.42 a | 42.24 a | 539.93 a | 96.38 a | 23.35 a | 247.03 b | 143.69 a | 510.44 a | 1050.37 a |
2.3 不同改良劑對土壤電導率的影響
土壤電導率是反映土壤溶液中離子成分總質(zhì)量濃度(全鹽量)的指標,反映了在一定水分條件下土壤鹽分的實際狀況以及土壤中可被植物吸收利用的總養(yǎng)分狀況。從圖4中可以看出,所有改良劑處理較CK均能顯著降低土壤電導率。進一步的分析表明,T1、T2、T3、T4處理條件下,土壤電導率較CK(373.50 μS/cm)分別降低189.45 μS/cm、92.85 μS/cm、283.45 μS/cm和132.45 μS/cm,降幅分別達到50.72%、24.86%、75.89%和35.46%,其中T3處理,即施用富活素改良劑的處理降低土壤電導率的效果最佳。進一步的分析還發(fā)現(xiàn),不同處理土壤電導率與土壤鹽分離子總量呈顯著的線性正相關關系(R2=0.996),這在一定程度上說明了土壤電導率與土壤鹽分離子總量在一定范圍內(nèi)具有正向同步性。
2.4 不同改良劑對株高和葉綠素SPAD值的影響
圖5為不同處理對甜瓜株高的影響。由于定植一個月后對甜瓜植株進行掐尖,所以試驗過程中株高只測定了4次。從圖中可以看出,定植7天和21天時,不同改良劑處理條件下的株高均大于CK,其中T2、T3和T4處理的株高與CK并無顯著性差異,唯獨T1處理的株高顯著高于CK。定植14天和28天時,不同處理相互之間無顯著性差異??傮w來看,不同處理對甜瓜的株高影響在不同生長階段表現(xiàn)不一,沒有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。
葉綠素相對含量用SPAD值表示,SPAD值是一個無量綱的比值,與葉綠素含量呈正相關。本試驗過程中,只取前6次甜瓜葉綠素SPAD值進行分析。從圖6中可以看出,不同處理條件下葉綠素SPAD值變化趨勢大體相同,即隨著定植時間的增加,SPAD值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。定植7天后,T4處理葉綠素SPAD值顯著高于CK,其他改良劑處理SPAD值雖高于CK,但差異未達顯著性水平。定植14天后,T4處理葉綠素SPAD值顯著低于其他處理,且其他處理之間SPAD值并無顯著性差異。定植21天和28天后,T1、T2和T3處理葉綠素SPAD值顯著高于CK,而T4處理與CK之間并無顯著性差異。定植35天后,T1、T2處理葉綠素SPAD值與CK差異不顯著,而T3、T4處理顯著小于CK。定植42天后,T1、T4處理葉綠素SPAD值顯著高于CK,但是T2、T3處理與CK相比并無顯著性差異??傮w來看,不同處理對甜瓜的葉綠素相對含量影響在不同生長階段也表現(xiàn)不一,沒能呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。
2.5 對甜瓜品質(zhì)的影響
表4為不同改良劑對甜瓜各個品質(zhì)指標的影響,從表中可以看出,不同改良劑處理對甜瓜各個品質(zhì)指標影響不一。糖度和酸度是評價甜瓜品質(zhì)的重要指標,直接影響甜瓜品質(zhì)。其中可溶性固形物主要由糖(葡萄糖、蔗糖和果糖)組成;可滴定酸即果實中的所有酸性成分的總量,它包括未離解的濃度和已離解的酸的濃度。本試驗中,T1、T3和T4處理條件下可溶性固形物含量顯著高于CK,而T2顯著低于CK,所有處理中T3處理的可溶性固形物含量最高。另外,本試驗條件下,所有處理甜瓜的可滴定酸含量并無顯著性差異。維生素C即抗壞血酸,其是甜瓜的一個重要品質(zhì)指標,同時也是一些酶、自由基的清除劑及一些物質(zhì)生物合成的底物等,在植物新陳代謝過程中具有重要作用。本試驗中,T3處理的維生素C含量顯著高于其它處理,而T1、T2和T4處理與CK差異并未達到顯著水平。
表4 不同改良劑對甜瓜品質(zhì)的影響 | |||
處理 | 可溶性固形物(%) | 可滴定酸(%) | 維生素C(mg/kg) |
T1 | 15.51 b | 0.15 a | 69.95 bc |
T2 | 13.27 e | 0.17 a | 87.31 b |
T3 | 16.17 a | 0.16 a | 146.21 a |
T4 | 15.08 c | 0.19 a | 43.93 c |
CK | 13.46 d | 0.16 a | 69.73 bc |
2.6 對甜瓜產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響
從表5中可以看出,不同改良劑處理對甜瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響程度不一。單果重方面,T1、T2、T3和T4處理均顯著大于CK,且較CK分別提高了4.71%、5.31%、7.24%和11.31%。進一步的分析表明,T1、T2處理單果重差異不顯著,且均顯著小于T3和T4處理,而T4處理的單果重顯著大于T3處理。果形指數(shù)也叫縱橫比,即果實縱徑與橫徑的比值。在本試驗條件下,所有處理甜瓜的果形指數(shù)雖有差異,但并未達到顯著性水平,說明不同處理對甜瓜果形指數(shù)無明顯影響。產(chǎn)量方面,T1、T2、T3和T4處理均高于CK,且較CK分別增產(chǎn)7.49%、5.12%、14.37%和21.01%。進一步分析發(fā)現(xiàn),T1、T2處理甜瓜產(chǎn)量差異不顯著,但其均顯著小于T3和T4處理,而T4處理的甜瓜產(chǎn)量顯著大于T3處理,這與不同處理間單果重的差異具有相似性。進一步的分析表明,所有改良劑處理均能顯著提高甜瓜單果重和產(chǎn)量,且甜瓜單果重與和產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著的線性正相關關系(R2=0.927)。但由于所有處理間的果形指數(shù)均無顯著性差異,這說明單果重直接決定了產(chǎn)量的大小。總體來看,不同改良劑處理雖對過甜瓜果形指數(shù)無明顯影響,但較CK均能顯著提高單果重和產(chǎn)量,尤以T4處理即施用蚯蚓糞的增產(chǎn)效果最佳。
表5 不同處理對甜瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 | |||
處理 | 果形指數(shù) | 單果重(g) | 產(chǎn)量(t/hm2) |
T1 | 1.33 a | 422.47 c | 56.71 c |
T2 | 1.34 a | 424.92 c | 55.46 c |
T3 | 1.32 a | 432.69 b | 60.34 b |
T4 | 1.31 a | 449.10 a | 63.84 a |
CK | 1.30 a | 403.48 d | 52.76 d |
3 討論與結(jié)論
以往研究大多針對已經(jīng)出現(xiàn)嚴重次生鹽漬化的設施土壤進行開展,且研究側(cè)重于發(fā)生重度次生鹽漬化后的土壤修復技術(shù)探討,屬于事后防御。本研究則是基于塑料大棚土壤開始出現(xiàn)由低鹽度向中鹽度發(fā)展趨勢后及時開展的一項改良研究,屬于適時防御,可為中鹽度的設施土壤修復提供一定的理論依據(jù)。本研究開展過程中,設置了4種改良劑處理。其中腐殖酸和蚯蚓糞在改良土壤理化性質(zhì)方面的良好功效目前已被證實;酵素雖在污水處理研究中被廣泛應用,但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面研究甚少;富活素自身富含腐殖酸,理論上也具有改良土壤的功效,但目前有關其的研究報道也很少。
本試驗在探討各改良劑改良土壤效果時,只以0~20 cm耕層土壤為研究對象,原因有二。一方面,在改良劑處理條件下,耕層土壤的理化性質(zhì)變化最為明顯,改良效果最好的即為此層。另一方面,大部分作物的絕大部分根系分布于此層,在篩選土壤改良劑時,重點分析耕層土壤改良效果對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大。
本研究結(jié)果表明,4種改良劑處理均能在一定程度上降低塑料大棚土壤容重,提高土壤孔隙度和有機質(zhì)含量,并小幅提升土壤pH。分析認為,這種土壤改良效果主要源于改良劑自身含有的有機質(zhì)。改良劑施入土壤后,其在直接增加土壤有機質(zhì)的基礎上,進一步改善了土壤的孔隙結(jié)構(gòu),增大了孔隙度,降低了土壤容重。同時,有機質(zhì)由于兼有酸性官能團和堿性官能團,能增強土壤的酸堿緩沖能力,并調(diào)節(jié)大棚土壤pH,一定程度上防止了設施土壤的繼續(xù)酸化。另外,本試驗結(jié)果還表明,不同改良劑對土壤基本理化性質(zhì)的影響程度不盡相同,分析認為,這種差異除與不同改良劑自身有機質(zhì)含量高低有關外,可能還與不同改良劑自身含有的其它生物活性物質(zhì)有關,具體調(diào)節(jié)機制尚需進一步的探究。
目前,土壤次生鹽漬化已成為設施栽培的“頭號”障礙因子,其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的負面影響是多方面的。一方面,土壤次生鹽漬化會導致土壤理化性質(zhì)變劣,改變土壤微生物區(qū)系,嚴重影響微生物的代謝,降低土壤酶活性,導致土壤養(yǎng)分釋變慢,土壤肥力降低;另一方面,土壤次生鹽漬化還會增加土壤鹽分濃度,提高土壤滲透壓,致使作物根系出現(xiàn)生理干旱。以上負面影響,最終會表現(xiàn)在作物的生長發(fā)育、品質(zhì)及產(chǎn)量上。本試驗供試大棚土壤次生鹽漬化程度雖屬中度,但4種改良劑較CK均能大幅降低土壤電導率和土壤鹽分離子總量,分析認為原因有三。第一,與土壤結(jié)構(gòu)的改良有一定關系。土壤改良劑在降低土壤容重、提高孔隙度的同時,一定程度上疏通了鹽分隨灌溉水下滲的通道,自然能增加鹽分的淋失,從而在一定程度上降低了土壤鹽分和電導率。第二,與有機質(zhì)有關。4種有機型改良劑施入土壤中,有機質(zhì)在分解過程中產(chǎn)生各種有機酸,這些酸會加速溶解土壤中的陰離子,進而有利于脫鹽。第三,與腐殖酸的膠體離子代換反應和螯合反應有關。本試驗選取的4種改良劑均為有機物料,其在土壤中降解后會產(chǎn)生腐殖酸,而且腐殖酸原液、富活素、蚯蚓糞3種改良劑本身就含有腐殖酸。腐殖酸(分子結(jié)構(gòu)見圖7)由于羧基、酚羥基、醇羥基等功能基的解離以及胺基的質(zhì)子化,使其具有兩性膠體的特征,可同時吸附陰、陽鹽基離子,這可以很好的解釋改良劑的降鹽效果和陰陽離子的下降。同時,腐殖酸上的羧基等功能基可與K+、Na+、Ca2+和Mg2+等金屬陽離子結(jié)合形成絡合物,尤其對Ca2+的吸附能力較大,Mg2+次之,所以各改良劑處理條件下Ca2+含量下降均特別明顯。本研究還發(fā)現(xiàn),富活素處理條件下土壤鹽分的陽離子和陰離子含量下降最為明顯,降幅分別達到75.52%和60.48%,同時總鹽下降68.21%。分析認為富活素的這種大幅降鹽效果與其中含有的高量黃腐酸有關。本研究中4種改良劑中富活素的腐殖酸含量最高,且其中30%的腐殖酸幾乎為黃腐酸,而黃腐酸的良好降鹽效果已被前人證實。高婧等人指出,高量黃腐酸處理較對照能使表層土壤鹽分降低95%;而王曉洋也指出,施用黃腐酸能使土壤鹽分降低30%。前人研究結(jié)果已經(jīng)表明,在同等的陽離子濃度條件下,分子量越小的腐殖酸與陽離子結(jié)合能力越強。而腐殖酸主要包括黃腐酸、棕腐酸和黑腐酸,其中黃腐酸的分子量最小,故黃腐酸對陽離子的吸附作用最強,所以陽離子含量降低特別明顯。而黃腐酸對陰離子的明顯降低作用,筆者認為其是依靠黃腐酸自身膠體的強大吸附功能以及強酸性的溶解作用來實現(xiàn)的。另外,本研究4種改良劑處理條件下,土壤陰離子中的NO3-含量下降極為明顯,下降幅度介于49.08~87.88%,這在一定程度上也為設施土壤硝酸鹽積累問題的防治提供了一定的方法和思路。
本研究表明,不同改良劑處理降低了土壤容重,增大了孔隙度,調(diào)節(jié)了土壤pH,增加了土壤有機質(zhì)含量,并顯著降低了土壤鹽分,整體優(yōu)化了作物賴以生存的土壤環(huán)境,進而會直接影響作物對養(yǎng)分的吸收及生長發(fā)育等方面,并最終將這種影響表達在作物的產(chǎn)量和品質(zhì)上。與CK相比,不同改良劑對不同階段甜瓜株高、葉綠素SPAD值影響雖然沒有表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性,但不同改良劑增產(chǎn)效果明顯,尤以蚯蚓糞和富活素增產(chǎn)效果最佳,產(chǎn)量增幅分別達到14.37%和21.01%。另外,就品質(zhì)而言,所有改良劑均能顯著提高甜瓜的可溶性固形物,這主要與改良劑中含有的有機質(zhì)密切相關。大量研究表明,外源有機物料的施入能提高果實的可溶性固形物。但相較CK,4種改良劑處理條件下甜瓜維生素含量卻有升有降,具體原因尚需進一步的研究??傮w來看,對比4種改良劑處理條件下甜瓜的品質(zhì)發(fā)現(xiàn),富活素處理條件下可溶性固形物和維生素含量均顯著高于其他處理,這主要與復活素中較高的腐殖酸(黃腐酸)含量密切相關。
圖7 腐殖酸分子結(jié)構(gòu)
總體看來,和常規(guī)處理相比,經(jīng)過一季甜瓜栽培后,土香香、腐殖酸、富活素和蚯蚓糞4種改良劑處理均能不同程度改善土壤基本理化性質(zhì),顯著降低土壤電導率和鹽分,一定程度上影響甜瓜的生長及品質(zhì),并最終促使作物產(chǎn)量增加。總體而言,在本研究中,就改土、降鹽、提質(zhì)、增產(chǎn)等綜合效果來看,施用富活素改良劑效果最佳,尤其是在降鹽方面的卓越表現(xiàn),無疑給設施土壤次生鹽漬化防治帶來了福音,推廣潛力巨大。但是,富活素在設施農(nóng)業(yè)中的土壤改良應用研究目前還處于起步階段,其用法、用量尚不十分清楚,本研究只是為了對比方便,富活素在作物定植前一次性施入土壤,但據(jù)廠家介紹,在作物生長過程中再次施入富活素,效果會更好。另外,本試驗只進行了一季栽培,而設施栽培復種指數(shù)極高,連續(xù)施用1年以上后土壤的理化性質(zhì)、鹽分、果實品質(zhì)及產(chǎn)量如何變化;如果中斷施用后,土壤是否會馬上會出現(xiàn)“返鹽”現(xiàn)象;本研究供試土壤次生鹽漬化水平為中度,重度次生鹽漬化水平下富活素降鹽效果是否還會如此顯著……。要回答好以上問題,必須做進一步的研究分析。