王保君， 沈月明， 何凱波， 韓斌， 張紅梅， 沈亞強(qiáng)， 程旺大*

(1.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 生態(tài)環(huán)境研究所，浙江 嘉興 314016； 2.桐鄉(xiāng)市龍圖糧油農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)合作社，浙江 桐鄉(xiāng) 314514；3.桐鄉(xiāng)市大麻鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)服務(wù)中心，浙江 桐鄉(xiāng) 314514)

桐鄉(xiāng)市長(zhǎng)梗白菜種植歷史悠久，早在民國(guó)時(shí)期《德清縣新志》就有相關(guān)記載。桐鄉(xiāng)長(zhǎng)梗白菜主要以加工為主，腌制后鮮脆爽口，倍受當(dāng)?shù)叵M(fèi)者青睞。氮肥作為植物生長(zhǎng)的重要元素，是長(zhǎng)梗白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要保證。近幾年來(lái)，氮肥減量行動(dòng)在我國(guó)廣泛開(kāi)展，蔬菜和瓜果等經(jīng)濟(jì)作物是過(guò)量施氮的主要對(duì)象[1]。因此，合理施用氮肥是提高長(zhǎng)梗白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素。

作物秸稈作為重要的農(nóng)業(yè)資源，富含氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素[2]，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的農(nóng)田廢棄物。秸稈還田作為秸稈廢棄物利用的主要方式，在改善土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)土壤肥力等方面具有積極的作用[3]。秸稈造粒還田作為新型的還田方式，具有秸稈和土壤混合均勻、秸稈腐解速度和養(yǎng)分釋放速度快等優(yōu)點(diǎn)[4]。張莉等[5]研究表明，秸稈造粒還田可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷的含量，提高小麥分蘗成穗率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)速率。叢萍等[6]研究表明，秸稈顆粒還田對(duì)養(yǎng)分元素比例的提高具有短期快速效應(yīng)。徐忠山等[7]研究表明，秸稈造粒還田可以增加土壤酶活性、微生物量碳含量以及提高變形菌門(mén)、厚壁菌門(mén)菌株的相對(duì)豐度，提高土壤固氮、養(yǎng)分釋放能力，降低土壤病害發(fā)生概率。由此可見(jiàn)，秸稈造粒還田結(jié)合氮肥調(diào)控栽培技術(shù)，對(duì)蔬菜種植具有重要的意義。

目前，有關(guān)秸稈造粒還田的研究主要集中于對(duì)糧食作物生長(zhǎng)及其土壤質(zhì)量影響的研究[8-9]，有關(guān)秸稈造粒還田對(duì)水稻-長(zhǎng)梗白菜等糧經(jīng)輪作模式影響的相關(guān)研究較少，而關(guān)于秸稈造粒還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的影響鮮有報(bào)道。本研究通過(guò)溫室大棚盆栽試驗(yàn)，研究秸稈造粒還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)水稻-長(zhǎng)梗白菜輪作后茬長(zhǎng)梗白菜生長(zhǎng)及其土壤質(zhì)量的影響，旨在優(yōu)化當(dāng)?shù)厮?長(zhǎng)梗白菜糧經(jīng)輪作模式下氮肥和秸稈等農(nóng)業(yè)資源配置，為當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)梗白菜高質(zhì)高效生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持和理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與盆栽管理

供試土壤來(lái)源于浙江嘉興市青紫泥水稻土，于2020年11月27日水稻收獲后進(jìn)行采集、晾曬，作為試驗(yàn)盆栽用土。供試土壤的基本理化性質(zhì)為：pH 7.29，土壤有機(jī)碳含量17.16 g·kg-1，全氮含量1.75 g·kg-1，速效鉀含量163.28 mg·kg-1，速效磷含量46.01 mg·kg-1，銨態(tài)氮含量19.85 mg·kg-1，硝態(tài)氮含量29.85 mg·kg-1。供試試驗(yàn)箱為上底33 cm×51 cm、下底30 cm×49 cm、高度為33 cm的梯形塑料整理箱。試驗(yàn)采取二因素隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置秸稈(造粒還田：7 500 kg·hm-2，S；不還田：0 kg·hm-2)和施氮量(常規(guī)氮肥用量：240 kg·hm-2，N；氮肥減量：180 kg·hm-2，N-25%)兩因素，設(shè)4個(gè)處理，3次重復(fù)，共12個(gè)試驗(yàn)箱，每個(gè)試驗(yàn)箱裝入25 kg干土。于2020年12月10日進(jìn)行長(zhǎng)梗白菜播種。在播種前1 d，SN和SN-25%處理施入造粒秸稈，并與土壤充分混合均勻。于2020年2月4日進(jìn)行定苗，每個(gè)試驗(yàn)箱留6棵長(zhǎng)梗白菜，于2020年3月12日進(jìn)行收獲、測(cè)產(chǎn)。在施肥管理方面，氮肥按基追肥比例2∶1∶1施入，施肥時(shí)間分別為2020年12月9日、2021年1月11日和2021年2月7日。磷肥、鉀肥作基肥用量分別為22.5和45 kg·hm-2，在長(zhǎng)梗白菜播種前1 d(2020年12月9日)施入。具體秸稈和氮肥盆栽用量如表1所示。

表1 不同處理的施肥用量

1.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.1 長(zhǎng)梗白菜形態(tài)學(xué)指標(biāo)測(cè)定

于2021年3月12日對(duì)大棚長(zhǎng)梗白菜進(jìn)行適時(shí)采收，并測(cè)定長(zhǎng)梗白菜株高、葉片數(shù)、展開(kāi)度、單株凈重等指標(biāo)。

1.2.2 土壤質(zhì)量測(cè)定

盆栽長(zhǎng)梗白菜收獲后，進(jìn)行取土。用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷含量[10]，火焰光度計(jì)比色法測(cè)定速效鉀含量[11]，靛酚藍(lán)比色法測(cè)定銨態(tài)氮含量[12]，紫外分光光度計(jì)測(cè)定硝態(tài)氮含量[12]，凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮、可溶性有機(jī)氮含量[12-13]，重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定土壤總有機(jī)碳和水溶性有機(jī)碳含量[13-14]，氯仿熏蒸法測(cè)定土壤微生物量碳、氮含量[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

用SPSS 25.0進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較，用Microsoft Office Excel 2010作表，用graphpad prism 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈造粒還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)長(zhǎng)梗白菜植物學(xué)特性的影響

由表2可知，秸稈造粒還田對(duì)長(zhǎng)梗白菜的生長(zhǎng)具有一定程度的影響。同N處理相比，SN處理的葉片數(shù)顯著增加；同N-25%處理相比，SN-25%處理的葉片數(shù)和單株凈重均顯著增加，而株高顯著降低。此外，氮肥減量對(duì)長(zhǎng)梗白菜的生長(zhǎng)具有負(fù)面影響，同N處理相比，N-25%處理的單株凈重和凈菜率均顯著降低；同SN處理相比，SN-25%處理的單株凈重顯著降低。

表2 秸稈造粒還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)長(zhǎng)梗白菜植物學(xué)特性的影響

2.2 秸稈造粒還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

由表3可知，秸稈造粒還田對(duì)土壤速效鉀和銨態(tài)氮有一定程度的影響。同N-25%處理相比，SN-25%處理的速效鉀和銨態(tài)氮含量顯著增加。此外，氮肥減量對(duì)土壤銨態(tài)氮和pH值均有不同程度的影響。同N處理相比，N-25%的土壤硝態(tài)氮含量和pH值均顯著降低；同SN處理相比，SN-25%處理的土壤硝態(tài)氮含量顯著降低。

表3 秸稈造粒還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.3 秸稈還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)土壤微生物量碳、氮的影響

由圖1可知，秸稈造粒還田可以顯著提高土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比，同N處理相比，SN處理的土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比均顯著增加；同N-25%處理相比，SN-25%處理的土壤微生物量碳含量和微生物量碳氮比均顯著增加。此外，氮肥減量對(duì)土壤微生物量碳含量有一定程度的影響，同N處理相比，N-25%處理的土壤微生物量碳含量顯著降低。

柱上無(wú)相同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2同。

2.4 秸稈還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)土壤可溶性碳、氮的影響

由圖2可知，秸稈造粒還田對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳含量有一定程度影響。同N處理相比，SN處理的可溶性有機(jī)碳含量顯著增加。此外，氮肥減量對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳、可溶性有機(jī)氮以及可溶性有機(jī)碳氮比均有不同程度的影響。同N處理相比，N-25%處理的可溶性有機(jī)氮含量顯著降低；同SN處理相比，SN-25%處理的可溶性有機(jī)碳、氮含量均顯著降低，而可溶性有機(jī)碳氮比顯著增加。

圖2 秸稈還田耦合氮肥調(diào)控對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳、氮的影響

3 討論

長(zhǎng)梗白菜作為桐鄉(xiāng)市當(dāng)?shù)靥厣卟?，深受人們喜?ài)。秸稈造粒還田和氮肥調(diào)控作為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施，在保證當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)梗白菜質(zhì)量和產(chǎn)量方面發(fā)揮著重要作用。楊曉燕等[16]研究表明，秸稈還田可以增加白菜的株高和單株凈重。本研究表明，秸稈造粒還田可以顯著提高長(zhǎng)梗白菜葉片數(shù)。張苗等[17]研究表明，在一定范圍內(nèi)，合理施用氮肥可以提高白菜植株產(chǎn)量，然而施氮量增加至3.75 g·kg-1時(shí)，白菜產(chǎn)量下降。劉一凡等[18]研究表明，氮肥減量至300 kg·hm-2時(shí)，白菜較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥產(chǎn)量增加3%。而本研究表明，氮肥減量可以顯著降低長(zhǎng)梗白菜單株凈重，這可能是由于不同地區(qū)施肥差異造成的。在秸稈還田耦合氮肥調(diào)控方面，山楠等[19]研究表明，同常規(guī)施肥相比，有機(jī)肥代替30%優(yōu)化氮肥處理(有機(jī)肥1 445 kg·hm-2，氮肥202.3 kg·hm-2)在魏善莊鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)9.8%，在長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)僅1.8%。因此，合理的氮肥供給是長(zhǎng)梗白菜增產(chǎn)的有力保證。水稻秸稈含氮0.45%[20]，1 hm2產(chǎn)7 500 kg稻草，氮含量約為33.75 kg，本試驗(yàn)大棚長(zhǎng)梗白菜的生育期為71 d，秸稈顆粒還田70 d的氮素釋放率約為50%[4]，由此可知，7 500 kg稻草造粒還田可為當(dāng)季長(zhǎng)梗白菜生長(zhǎng)提供約16.88 kg純氮。本研究表明，在常規(guī)施氮基礎(chǔ)上減少25%(180 kg·hm-2)，秸稈造粒還田很好地補(bǔ)充了土壤氮肥，促進(jìn)長(zhǎng)梗白菜顯著增產(chǎn)，但是氮肥用量偏少，總體產(chǎn)量不高。在本試驗(yàn)條件下，秸稈造粒還田配施常規(guī)氮肥(240 kg·hm-2)處理的長(zhǎng)梗白菜產(chǎn)量最高。

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要表征。秸稈富含氮、磷、鉀等礦質(zhì)元素，是循環(huán)補(bǔ)充土壤養(yǎng)分的重要來(lái)源。黃蓉等[21]研究表明，秸稈還田配合氮肥減量30%可以顯著增加土壤的速效鉀和堿解氮含量。劉金山等[22]研究表明，氮肥施用是造成土壤硝態(tài)氮含量增加的重要因素之一。本研究表明，同氮肥減量25%(180 kg·hm-2)相比，秸稈造粒還田配施氮肥減量25%可以顯著提高土壤銨態(tài)氮和速效鉀含量。此外，氮肥減量顯著降低了土壤硝態(tài)氮含量，同前人研究結(jié)果[23]基本一致。

土壤微生物量碳氮、可溶性有機(jī)碳氮是反映土壤肥力變化的靈敏指標(biāo)，也是衡量土壤肥力、土壤健康狀況的重要指標(biāo)[24]。土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)可以表征微生物群落結(jié)構(gòu)特征[25]。相關(guān)報(bào)道指出，以細(xì)菌、放線(xiàn)菌和真菌為主要類(lèi)型的土壤微生物群落的碳氮比分別為3～5、5～7和4.5～15.0。張莉等[26]研究表明，秸稈顆粒還田顯著提高還田當(dāng)年0～20 cm和20～40 cm土層可溶性有機(jī)碳含量，增加土壤溶解性有機(jī)碳與有機(jī)碳含量的比值(DOC/SOC)。本研究表明，秸稈造粒還田可以顯著提高土壤微生物量碳含量以及微生物量碳氮比，且各處理土壤生物群落主要以真菌為主，與前人研究結(jié)果[27]一致。吳傳發(fā)等[28]研究表明，秸稈還田配合氮肥減量20%可以保持旱地土壤可溶性有機(jī)碳氮養(yǎng)分含量。而本研究表明，同秸稈造粒還田配施常規(guī)氮肥相比，秸稈造粒還田配施氮肥減量25%的土壤可溶性有機(jī)碳氮含量顯著下降，這可能是由于不同地區(qū)施氮量以及土壤類(lèi)型差異所致。

秸稈造粒還田可以顯著提高長(zhǎng)梗白菜葉片數(shù)、土壤微生物量碳和微生物量碳氮比。在氮肥減量25%(180 kg·hm-2)條件下，秸稈造粒還田可以顯著提高長(zhǎng)梗白菜單株凈重、土壤速效鉀、銨態(tài)氮含量。氮肥減量顯著降低了長(zhǎng)梗白菜單株凈重和土壤硝態(tài)氮含量。在本試驗(yàn)條件下，秸稈造粒還田配施240 kg·hm-2氮肥的長(zhǎng)梗白菜產(chǎn)量最高，在維持土壤養(yǎng)分和活性碳庫(kù)方面效果最佳。