王 榮,劉吉青,周海霞,蘭摯謙,韓澤宇,張雪艷

(寧夏大學 農(nóng)學院/寧夏設施園藝工程技術研究中心/寧夏設施園藝(寧夏大學)技術創(chuàng)新中心，寧夏 銀川 750021)

我國設施蔬菜總面積呈穩(wěn)定增長態(tài)勢，設施蔬菜的產(chǎn)值一直占很高比例。2016 年全國蔬菜播種面積2 548.8萬hm2，產(chǎn)量91 834.9萬t，總產(chǎn)值首次突破 2 萬億元大關，其中設施蔬菜的播種面積、產(chǎn)量、產(chǎn)值分別占21.5%、30.5%、62.7%[1]。隨著設施栽培面積的迅速擴大及栽培年限的增加，長期覆蓋栽培、高度集約經(jīng)營及設施環(huán)境內(nèi)水、熱失衡等因素導致設施內(nèi)部的微生態(tài)環(huán)境發(fā)生顯著變化，設施土壤普遍出現(xiàn)次生鹽漬化、酸化、養(yǎng)分失調(diào)、微生物區(qū)系破壞、土傳病害加重等一系列質(zhì)量退化及連作障礙問題[2]。另外，化學肥料的盲目大量施用，導致肥料利用率低，造成設施土壤板結、鹽漬化、酸化、污染等現(xiàn)象嚴重[2-4]。因此，在保證產(chǎn)量前提下，如何降低化學肥料投入，提高肥料利用率，改善設施連作土壤質(zhì)量衰退現(xiàn)象顯得尤為必要。

眾多學者針對連作障礙提出很多解決方法[3-4]。其中，施用生物有機肥是重要措施之一。生物有機肥是指特定功能微生物與主要以動植物殘體(如畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等)為來源經(jīng)無害化處理、腐熟的有機物料復合而成的一類兼具微生物肥和有機肥效應的肥料[5]。國內(nèi)外眾多學者針對生物有機肥對植物生長和土壤質(zhì)量的改善效果進行了研究，結果表明，施用生物肥料能促進西瓜、西蘭花、黃瓜等作物的生長，改善作物品質(zhì)、土壤理化性質(zhì)，提升土壤肥力，提高產(chǎn)量等[5-11]，但均作為底肥施用，同時生育期要追肥。保水劑能在短時間內(nèi)吸收其自身質(zhì)量幾百倍甚至幾千倍的水并具有良好的保水性能，吸收的水分能緩慢釋放被植物吸收利用，目前已在農(nóng)、林等領域發(fā)揮改良土壤，減少土壤水分和養(yǎng)分流失，提高土壤水肥利用率、造林成活率、產(chǎn)量等多種作用[12-16]。而且，保水劑無毒、無害、無環(huán)境污染，施于土壤后會逐漸被微生物分解，對人體無刺激，使用安全[16]。但采用穴施生物肥和保水劑，系統(tǒng)探討生物有機肥一次施用、全生育期不追肥的土壤供肥能力，以及保水劑對土壤、生物有機肥的保水、保肥能力的研究鮮有報道。黃瓜是我國主要設施蔬菜作物，化肥需用量大，連作障礙嚴重[17]。因此，以設施連作土壤為研究對象，穴施不同用量生物有機肥，并施用保水劑，系統(tǒng)研究生物有機肥一次施用、全生育期不追肥的土壤供肥能力，明確其合理用量，并探究保水劑對土壤以及生物有機肥的保水、保肥能力，明確保水劑調(diào)控水、肥、土的能力，使目前依賴化肥的化學農(nóng)業(yè)轉變?yōu)橐揽可镉袡C肥的生態(tài)農(nóng)業(yè)，為設施連作黃瓜土壤的可持續(xù)健康利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年4月1日—9月1日在寧夏吳忠孫家灘國家園區(qū)C15棚進行，試驗地土壤養(yǎng)分狀況見表1。

表1 試驗地土壤養(yǎng)分狀況

黃瓜品種為德爾88，由寧夏天緣種業(yè)有限公司提供。

生物有機肥為豐田寶生物有機肥(顆粒，含芽孢桿菌≥0.2億個/g、有機質(zhì)≥40%)，由北京漢力淼新技術有限公司提供。

1.2 試驗設計

以傳統(tǒng)全營養(yǎng)液水溶肥(追肥)為對照(CK)，設置穴施(底施)生物有機肥(S)、保水劑(B,用100倍水溶解，由北京漢力淼新技術有限公司提供)+生物有機肥等處理，具體見表2。所有處理均底施牛糞60 000 kg/hm2、二銨(總養(yǎng)分≥62%，14-46-0)600 kg/hm2、復混肥(15∶15∶15)600 kg/hm2。常規(guī)水溶肥采用隨水灌施法，苗期到花期為魔粒豐(16-8-32)和海法鉀寶(12-2-44)1∶1配施，均為75 kg/hm2；結果期到拉秧期為魔粒豐和海法鉀寶1∶2配施，魔粒豐為75 kg/hm2，海法鉀寶為150 kg/hm2。穴施有機肥或保水劑處理全程不再追肥，全程追清水。每個處理小區(qū)面積15 m2，5次重復，所有處理灌水量一致，具體灌水量見表3。黃瓜采用平畦栽培，株距20 cm，行距80 cm。

表2 試驗設計

表3 黃瓜不同生育時期的灌水量 m3/hm2

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤理化性狀 盛果期，每個處理每個重復多點采集0～20、20～40 cm土樣，進行混合，一部分用于測定土壤物理特性，另一部分風干后過孔徑0.25 mm的篩，用于土壤pH值、EC及養(yǎng)分含量的測定。土壤含水量采用烘干稱質(zhì)量法測定，容重采用環(huán)刀法測定，比重采用比重瓶法測定，計算土壤總孔隙度，土壤總孔隙度(%)=(1-容重/比重)×100%；pH值采用1∶5土壤懸液—電位法測定，EC采用電導法測定，速效氮含量采用流動分析儀測定，速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用1 mol/L NH4AC浸提—火焰光度法測定，有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定[18]。

1.3.2 地上部生長發(fā)育指標 定植緩苗后，每個處理每個重復分別取代表性植株5株，每2周進行1次，測定黃瓜的株高、莖粗及葉片數(shù)，進而計算株高、莖體積、葉片數(shù)相對生長速率，連續(xù)測定5次。株高為生長點到根基部的垂直距離，用卷尺測量；莖粗為子葉下1 cm的粗度，用游標卡尺測定；葉片數(shù)為直徑大于2 cm的葉片的數(shù)目。

1.3.3 光合特性和根系性狀 盛瓜期，每個處理每個重復取代表性植株5株，測定光合特性，并測定根系性狀。利用光合儀測定黃瓜葉片的光合速率、蒸騰速率、氣孔導度以及胞間CO2濃度；用EPSON EXPRESSION 4990 型掃描儀對根進行掃描，用Win RHIZO根系分析軟件對掃描的根系圖片進行分析，得到根長、表面積、體積和直徑數(shù)據(jù)[19]。

1.3.4 產(chǎn)量 統(tǒng)計整個生育期各處理黃瓜產(chǎn)量，并折合成單位面積產(chǎn)量。

1.3.5 品質(zhì) 盛果期，每個處理每個重復隨機取5個大小均勻、著色一致的果實，測定果實品質(zhì)。果實可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[20]；有機酸含量采用酸堿中和轉移法測定[20]；維生素C(Vc)含量采用鉬藍比色法測定[20]；硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定[21]；可溶性固形物含量采用便攜式糖度計進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 17.0軟件進行差異顯著性分析(LSD法)。

2 結果與分析

2.1 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜土壤理化性狀的影響

2.1.1 物理性狀 由表4可知，對于0～20 cm土壤，隨著生物有機肥用量增加(200～400 g/株)，土壤含水量和容重均先增加后降低，土壤總孔隙度先降低后增加，比重總體呈降低趨勢。其中，B+S600處理的土壤含水量、容重以及比重均最低，土壤總孔隙度最高，為49.35%。CK的土壤含水量、容重以及比重均最大。

表4 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜0～20 cm土層土壤物理性狀的影響

由表5可知，對于20～40 cm土壤，在不添加保水劑條件下，隨著生物有機肥用量增加(200～400 g/株)，土壤含水量、容重、比重、總孔隙度變化趨勢與0～20 cm土壤相似；在添加保水劑條件下，土壤含水量、容重、比重、總孔隙度變化趨勢與不添加保水劑條件下正好相反。CK的土壤含水量和容重均最大，土壤總孔隙度最??；B+S400處理的土壤含水量和容重均最低，比重和總孔隙度最大。

2.1.2 養(yǎng)分含量等化學性狀 由圖1可知，對于0～20 cm土壤，在不添加保水劑條件下，隨生物有機肥用量增加(200～400 g/株)，土壤EC顯著降低，S600處理土壤EC與CK無顯著差異，其他處理均顯著高于CK；pH值先稍微升高后降低，所有處理pH值均顯著低于CK。在添加保水劑條件下，隨生物有機肥用量增加(200～400 g/株)，土壤EC先顯著上升后顯著降低，生物有機肥+保水劑處理EC均比單一生物有機肥處理、CK高；pH值先顯著降低后顯著升高，生物有機肥+保水劑處理pH值均比單一生物有機肥處理、CK低。整體來看，B+S400處理EC最高，為0.82，且pH值最接近7。

表5 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜20～40 cm土層土壤物理性狀的影響

由圖1可知，對于20～40 cm土壤，在不添加保水劑條件下，隨生物有機肥用量增加(200～400 g/株)，土壤EC變化趨勢與0～20 cm土壤相似，S200處理EC最高；除B+S600處理外，生物有機肥+保水劑處理EC均比單一生物有機肥處理低，其中B+S200處理最低，且與CK無顯著差異。土壤pH值變化趨勢與0～20 cm土壤正好相反，所有處理pH值均較CK顯著降低，B+S600處理最低，顯著低于其他處理。

不同小寫字母表示不同處理之間的差異顯著(P<0.05),下同

由圖2可知，對于0～20 cm土壤，隨生物有機肥用量增加(200～400 g/株)，土壤速效鉀含量下降，生物有機肥+保水劑處理速效鉀含量較單一生物有機肥處理增加，但差異不顯著，CK速效鉀含量最高，S200處理與CK無顯著差異，S600處理最低，其次為B+S600處理。20～40 cm土壤速效鉀含量變化趨勢與0～20 cm土壤相似。

由圖2可知，對于0～20 cm土壤，相比CK，單一生物有機肥處理土壤速效磷含量降低，單一生物有機肥處理之間無顯著差異；生物有機肥+保水劑處理土壤速效磷含量升高，彼此間差異顯著，且均顯著高于單一生物有機肥處理和CK?？傮w來看，B+S200處理速效磷含量最高，比CK提高17.21%，B+S600處理次之。對于20～40 cm土壤，S400處理土壤速效磷含量最高，隨后依次為S600、B+S600處理，均顯著高于CK；B+S400處理最低，顯著低于CK，其余處理與CK之間的差異均不顯著。

圖2 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜土壤速效鉀、速效磷含量的影響

由圖3可知，對于0～20 cm土壤，除S200處理外，其他處理土壤速效氮含量均顯著高于CK。隨生物有機肥用量增加，速效氮含量不斷增加，且生物有機肥+保水劑處理土壤速效氮含量高于單一生物有機肥處理，B+S600處理速效氮含量最高，比CK顯著提高59.48%。對于20～40 cm土壤，隨生物有機肥用量增加，單一生物有機肥處理土壤速效氮含量先降低后升高，生物有機肥+保水劑處理土壤速效氮含量增加，B+S600處理速效氮含量最高，比CK顯著提高51.20%，CK最低，隨后為S400處理，其他處理間無顯著差異。

由圖3可知，對于0～20 cm土壤，S400、S600、B+S200、B+S400處理土壤有機質(zhì)含量均顯著高于CK，其中S400處理最高，比CK高72.7%，B+S400處理比CK提高62.74%，其他處理與CK均無顯著差異；對于20～40 cm土壤，隨生物有機肥用量增加，單一生物有機肥處理土壤有機質(zhì)含量增加，且顯著高于CK；生物有機肥+保水劑處理土壤有機質(zhì)含量稍微降低，B+S200處理土壤有機質(zhì)含量高于CK，其他處理與CK均無顯著差異。總體來看，單一生物有機肥處理土壤有機質(zhì)含量明顯高于生物有機肥+保水劑處理。

圖3 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜土壤速效氮、有機質(zhì)含量的影響

2.2 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜生長發(fā)育的影響

2.2.1 地上部 由圖4可知，株高相對生長速率以S400處理最低，其次為S200處理，兩處理之間無顯著差異，其余5個處理之間無顯著差異，總體來看，以S600、B+S200、B+S600處理較高，三者相近。莖體積相對生長速率以B+S200處理最高，顯著高于CK，S200處理與S400處理較低，兩者之間無顯著性差異，但均顯著低于CK，其他各處理與CK均無顯著性差異。葉片數(shù)相對生長速率在各處理之間均無顯著性差異。

2.2.2 根系 由表6可知，相比CK，S200處理顯著提高了根長、表面積、體積；S600處理顯著提高了根長；B+S200處理顯著提高了根長，但降低了根表面積、直徑；B+S400處理顯著提高了根長、表面積、體積；B+S600處理根長、表面積、直徑、體積均與CK無顯著差異。

表6 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜根系生長發(fā)育的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理之間的差異顯著(P<0.05),下同。

2.3 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜葉片光合特性的影響

由圖5可知，葉片蒸騰速率、光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度變化趨勢一致。隨生物有機肥用量增加，單一生物有機肥處理上述指標均增加，生物有機肥+保水劑處理上述指標均降低，上述4個指標總體均以S600處理最高，B+S200處理次之，S200處理最低。

圖5 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜葉片光合特性的影響

2.4 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜產(chǎn)量的影響

由圖6可知，B+S200處理總產(chǎn)量最高，為41 153.90 kg/hm2，CK最低，為36 568.28 kg/hm2，B+S200處理較CK提高12.54%，B+S600處理比CK提高5.37%。S600處理和B+S400處理總產(chǎn)量也相對較高，分別比CK提高10.17%和7.43%。單一生物有機肥處理中，S600處理總產(chǎn)量最高，為40 286.80 kg/hm2，分別比S200、S400處理提高4.43%、6.63%。生物有機肥+保水劑處理中，B+S200處理總產(chǎn)量分別比B+S400、B+S600處理提高4.75%、6.80%。

圖6 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜產(chǎn)量的影響

2.5 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜果實形態(tài)及品質(zhì)的影響

由表7可知，單果質(zhì)量、果實縱徑、果實橫徑總體均以B+S600處理最高，S200處理最低，B+S600處理顯著高于S200處理，提高幅度分別為18.6%、11.6%、6.1%，其他處理與B+S600處理在單果質(zhì)量、果實縱徑(S600處理除外)、果實橫徑方面均無顯著性差異；果實含水量也以B+S600處理最高，S600處理最低。

表7 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜果實形態(tài)的影響

由圖7可知，隨生物有機肥用量增加，單一生物有機肥處理果實Vc含量不斷增加，且所有處理均顯著高于CK，S600處理最高，顯著高于其他處理，S200、S400處理間無顯著差異；Vc含量在生物有機肥+保水劑處理之間均無顯著差異，且均高于單一生物有機肥處理，比CK提高44.48%～47.58%。與CK相比，S200、B+S400處理硝酸鹽含量無顯著差異，S400處理硝酸鹽含量最高，顯著高于其他處理，比CK顯著提高16.3%，隨后依次為B+S200、S600處理。除S200處理外，其他處理果實可溶性固形物含量均顯著高于CK，加保水劑處理的可溶性固形物含量比CK提高7.73%～18.18%，其中B+S200處理可溶性固形物含量最高，為5.20%，CK最低，為4.40%，其他4個處理間均無顯著差異。B+S400、B+S600處理可溶性糖含量較高，分別比CK高15.20%、15.08%，兩者之間的差異不顯著，但均顯著高于其余處理， S600處理最低，其他處理間均無顯著差異。除B+S600處理果實有機酸含量顯著低于CK外，其他處理均與CK無顯著差異。B+S200、B+S600處理糖酸比較高，兩者之間的差異不顯著，但均顯著高于CK，其他5個處理間均無顯著差異。

圖7 生物有機肥與保水劑對設施連作黃瓜品質(zhì)的影響

2.6 生物有機肥與保水劑處理的主成分分析

由表8可知，CK的綜合得分最低；單一生物有機肥處理中，S600處理綜合得分最高，即S600處理最優(yōu)；生物有機肥+保水劑處理中，B+S200處理綜合得分最高，即B+S200處理最優(yōu)。

表8 不同處理主成分分析綜合得分

3 結論與討論

生物有機肥將功能微生物與有機肥結合，具有調(diào)節(jié)根際微生物區(qū)系結構、增加土壤肥力、增強植物對養(yǎng)分的吸收、提高作物的抗病能力等多種功能，且無污染、零殘留，是消除黃瓜連作障礙的理想手段[7]。保水劑具有增強土壤持水能力、改良土壤結構、降低土壤容重和pH值、提高土壤孔隙度、增強根系活力、促進植物生長發(fā)育、改善黃瓜和辣椒果實品質(zhì)等作用[22-24]。由于保水劑的活性基團可以和土壤顆粒表面的活性基團或離子發(fā)生相互作用，故保水劑可以通過創(chuàng)建和穩(wěn)定水穩(wěn)性團粒結構，增加對養(yǎng)分的吸附作用而抑制其流失[22]；也可通過靜電引力、范德華力、離子交換、離子吸附、絡合等機制增加對養(yǎng)分的吸附作用抑制其流失，并達到保水、保土、保肥的作用,進而促進植物生長[13]。

本研究結果表明，適量生物有機肥處理能夠明顯促進黃瓜株高的生長；降低土壤容重、比重以及pH值，提高土壤的總孔隙度、EC、速效氮、速效磷以及有機質(zhì)含量；提高黃瓜果實的Vc、硝酸鹽、可溶性固形物含量及糖酸比；提高黃瓜葉片的光合速率；明顯促進根系的生長發(fā)育；提高產(chǎn)量，這與前人所報道的施用生物有機肥可以改善土壤的理化性狀，減少土壤的酸化和鹽漬化，增加有機質(zhì)含量，提高根系活力、根系的吸收面積、光合速率，刺激葉片生長，從而提高植株產(chǎn)量等結論相符合[25-27]。通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，單一生物有機肥處理中，S600處理的綜合得分最高，說明合理施用生物有機肥可以提高黃瓜產(chǎn)量，改善植物學性狀和生物學性狀[28]。

生物有機肥+保水劑處理能夠明顯促進黃瓜地上部生長發(fā)育，這是因為保水劑與土壤混合后，自身會吸收大量的水分和營養(yǎng)物質(zhì)，然后緩慢釋放給需要的植物使用，因此，即使土壤中水分不足，植株也同樣能維持生長[29]；降低土壤容重和比重，增大土壤總孔隙度，降低土壤pH值，這與前人研究結果相似[13-14,23]，但是土壤的含水量卻明顯降低，這是因為土壤和肥料中的可溶性鹽可影響保水劑的吸水性能[30]；明顯提高0～20 cm土壤的EC和速效磷含量，顯著提高土壤速效氮含量，這與保水劑對銨態(tài)氮有明顯的吸附作用，而且保水劑量一定時，吸肥量隨肥料的增加而增加有關[16]；提高果實的單果質(zhì)量、果實縱徑、果實橫徑及Vc、可溶性糖、可溶性固形物含量和糖酸比；提高葉片的光合速率；提高產(chǎn)量。通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，生物有機肥+保水劑處理中，B+S200處理的綜合得分最高，說明保水劑對肥料的吸附是定量的，不是越多越好，所以在實際應用中需考察保水劑對肥料的吸附容量及其與肥料的化學結合性[31]。

綜上所述，生物有機肥+保水劑處理在促進植株生長及改善土壤理化性質(zhì)等方面的總體表現(xiàn)效果優(yōu)于單一生物有機肥及傳統(tǒng)全營養(yǎng)液水溶肥處理。