賈慧　李蕾　王永　云興福

摘? ? 要：為研究不同修復材料對設施土壤的修復效果，設置有機肥（T1）、玉米秸稈段（T2）、玉米秸稈段+微生物菌劑（T3）3種不同修復材料和不施加修復物（CK），先在非種植狀態(tài)下修復30 d，然后定植黃瓜，持續(xù)修復至拉秧，測定其對設施土壤理化性狀和酶活性的影響。結果表明，不同修復材料對設施土壤理化性狀及酶活性均有影響。修復30 d，T1處理的土壤pH和EC值較對照顯著降低，土壤有機質、速效氮、有效磷、脲酶、堿性磷酸酶和蛋白酶含量顯著增加。修復115 d，T3處理的土壤pH和EC值顯著降低，0～10 cm土壤有機質、速效氮和速效鉀含量分別較對照增加17.42%、41.13%和46.69%，10～20 cm土壤有機質、速效氮和速效鉀含量分別較對照增加35.61%、48.82%和69.16%，顯著增加了土壤過氧化氫酶、淀粉酶和蔗糖酶活性。綜合各項指標，修復期內，3種材料對設施土壤的修復效果表現為T3>T1>T2。

關鍵詞：黃瓜;有機肥;秸稈;微生物菌劑;土壤理化性狀;土壤酶活性

中圖分類號：S642.2+S506 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2022）06-041-09

Restoration materials affect soil physical and chemical properties and enzyme activities under protected cultivation

JIA Hui LI Lei WANG Yong YUN Xingfu

（1. College of Horticulture and Plant Protection， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010018， Inner Mongolia， China; 2. Manzhouli Russian Vocational College， Manzhouli 021400， Inner Mongolia， China; 3. Inner Mongolia Academy of Agriculture and Animal Husbandry， Hohhot 010010， Inner Mongolia， China）

Abstract： In order to study the effect of different remediation materials on greenhouse soil， three different remediation materials， namely organic fertilizer （T1）， corn stalk segment （T2）， corn stalk segment + microbial agent （T3） and no remediation （CK）， were set up in this experiment. First， they were remediated for 30 days in the non-planting state， then cucumber was planted in the field， and the effects on physical and chemical characteristic and enzyme activities of greenhouse soil were measured. The results showed that the physical and chemical characteristic and enzyme activities of the soil were affected by different restoration materials. After 30 days of restoration， T1 treatment significantly decreased soil pH and EC values， and significantly increased soil organic matter， available nitrogen， available phosphorus， urease， alkaline phosphatase and protease contents. After 115 days of remediation， T3 treatment significantly reduced soil pH and EC values. Soil organic matter， available nitrogen and available potassium in 0-10 cm increased by 17.42%， 41.13% and 46.69% respectively compared with the control， and soil organic matter， available nitrogen and available potassium in 10-20 cm increased by 35.61%， 48.82% and 69.16% respectively， which was significant. According to the comprehensive indexes， the restoration effect of facility soil was T3 > T1 > T2 during the restoration period.

Key words： Cucumber; Organic fertilizer; Straw; Microbial agent; Soil physical and chemical properties; Soil enzyme activity

設施農業(yè)是利用先進技術來裝備農業(yè)進行農作物高效生產的現代農業(yè)生產方式，作為全球最重要的農業(yè)生產方式之一，它在很大程度上解決了部分人地矛盾問題，屬于勞動密集型產業(yè)[1]。設施農業(yè)對水、土地及自然資源的高利用率，可以改善我國耕地和水資源匱乏的狀況[2]。推動發(fā)展設施農業(yè)，可以有效調節(jié)農業(yè)的產業(yè)結構、轉化農業(yè)的發(fā)展方式。近年來，我國的設施蔬菜產業(yè)發(fā)展迅速。有研究表明，我國的設施農業(yè)面積位居世界第一，以蔬菜生產為主[3-4]，塑料大棚是一種廣泛應用于茄果類蔬菜種植的設施農業(yè)生產方式。為提高經濟效益，設施蔬菜高度集約化種植，施肥量大，復種指數高，常年連作，改變了設施土壤理化性狀，導致作物產量和品質下降[5]。

隨著農業(yè)種植理念的全面更新，設施土壤修復成為近年來人們重點關注的問題[6]。設施土壤修復技術是通過合理配施有機肥、各類植物秸稈及生物菌肥，改良和修復設施土壤，減輕土地污染，優(yōu)化農產品品質，提高農產品產量[7]。玉米秸稈和禽畜糞便等土壤修復材料價格低廉、易于獲取，而且合理施用能有效修復設施土壤理化性狀，增加土壤養(yǎng)分，從而提高設施土壤的生產力[8]。

關于用有機肥和作物秸稈修復設施土壤的研究已有報道，但其研究方法均是施加修復物后立即播種或定植[9-11]。而施加修復物先在非種植狀態(tài)下修復30 d，然后定植作物，持續(xù)修復至拉秧，比較其土壤理化性狀及酶活性的研究尚未見報道。筆者對比不同修復材料對設施土壤的理化性狀和酶活性的影響，篩選出修復效果顯著的設施土壤修復材料，以期為有效修復設施土壤提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 修復材料 充分腐熟的有機肥（羊糞，內含有機質≥45%，N+PO+KO≥3.8%），購于呼和浩特市賽罕區(qū)金河鎮(zhèn);玉米秸稈段[3～5 cm，有機碳≥40%，全氮含量（w，后同）9.51 g·kg，全鉀含量17.64 g·kg，全磷含量1.05 g·kg]，購于呼和浩特市賽罕區(qū)金河鎮(zhèn);微生物菌劑（菁貝，有效活菌數100億個·g，主要成分為芽孢桿菌群、放線菌群、酵素菌群和木霉菌），購于山東貝佳生物科技有限公司。

1.1.2 植物材料 津優(yōu)35號黃瓜種子，由天津科潤農業(yè)股份有限公司培育。在內蒙古農業(yè)大學教學科研試驗基地的溫室內穴盤（32孔）育苗，培育27 d后作為試驗用黃瓜秧苗。

1.2 方法

本試驗設置有機肥修復（T1）、玉米秸稈段修復（T2）、玉米秸稈段+微生物菌劑修復（T3）和不施加修復物（CK）4個處理，施加修復物深翻修復30 d后定植黃瓜秧苗，4次重復，小區(qū)面積為11.25 m，隨機區(qū)組排列。黃瓜株距40 cm，行距60 cm，小區(qū)株數為40株。測定開始修復前到修復115 d（拉秧時）的土壤理化性狀和土壤酶活性。

2020年5月31日將充分腐熟的有機肥（羊糞，8 kg·m）、玉米秸稈段（6 kg·m）、玉米秸稈段+微生物菌劑（6 kg·m+6 g·m）平鋪在前茬為黃瓜的內蒙古農業(yè)大學教學科研試驗基地的塑料大棚試驗地上，用旋耕機進行旋耕（包括CK），旋耕深度20 cm，各處理等量灌溉（相同管道相同時間灌水）;先在非種植狀態(tài)下修復30 d，于2020年7月1日在試驗地上定植育好的黃瓜秧苗，繼續(xù)修復，直至2020年9月19日拉秧。所有田間管理一致。

修復前取土樣測定試驗地概況;定植前（非種植狀態(tài)下修復30 d）到拉秧后（修復115 d）期間每隔30 d對各處理及對照進行土壤取樣，采用五點取樣法，用土鉆取0～10 cm和10～20 cm土層土樣，各處理及對照不同土層土樣分別充分混合均勻，用自封袋帶回實驗室，將土樣薄薄的平鋪于樣品盤上，在室內自然風干，避免暴曬，風干后測定土壤的理化性狀和酶活性。

1.3 指標測定

1.3.1 土壤理化性狀指標 使用雷磁pHS-3C型pH計測定土壤pH，水土體積比為5∶1，振蕩60 min之后，取出并立即測量pH值[12]。使用ST300C便攜式電導率儀測定土壤EC值，以水土體積比5∶1在土樣中加入去離子水，振蕩30 min，靜置30 min，將上清液過濾后，測定土壤提取液電導率[13]。用烘干法測定[14]土壤含水量，土壤含水量/%=（原土質量-烘干土質量）/烘干土質量×100。采用KCr2O7容量法-外加熱法測定土壤有機質含量;采用擴散吸收法測定土壤速效氮含量;采用NH4OAc 浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀含量;采用NaHCO3 浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷含量。

1.3.2 土壤酶活性指標 采用紫外分光光度法測定土壤過氧化氫酶活性;采用靛酚藍比色法測定土壤脲酶活性;采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定土壤淀粉酶活性;采用磷酸苯二鈉比色法測定土壤堿性磷酸酶活性;采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶活性;采用茚三酮比色法測定土壤蛋白酶活性;土壤葡聚糖酶活性測定參照關松蔭[15]《土壤酶及其研究法》。

1.4 數據分析

采用Excel 2017進行數據處理，采用Duncan’s新復極差法進行顯著性檢驗，在WPS 2019軟件中繪制圖。

2 結果與分析

2.1 不同修復材料對設施土壤理化性狀的影響

2.1.1 設施土壤pH的變化 由圖1可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤pH值均呈先下降后上升趨勢。修復30～115 d，T1和T3處理土壤pH值始終低于對照。修復30 d，T1處理0～10 cm、10～20 cm的土壤pH值均與對照差異顯著，分別較對照下降3.03%和1.59%，且低于其他處理。修復115 d，T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤pH值均顯著低于對照及其他處理，分別較對照下降1.19%和1.18%，且隨著土壤深度增加土壤pH值增大。

2.1.2 設施土壤EC值的變化 由圖2可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm土壤EC值呈下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤EC值始終顯著低于對照。修復30 d，T1處理0～10 cm、10～20 cm土壤EC值最小，分別較對照下降27.47%和24.19%，但與其他處理無顯著性差異。修復115 d，T3處理0～10 cm、10～20 cm土壤EC值均顯著低于對照及其他處理，分別較對照下降44.52%和44.26%，且隨著土壤深度增加土壤EC值增大。

2.1.3 設施土壤含水量的變化 由圖3可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤含水量均呈上升趨勢，T2和T3處理土壤含水量始終高于對照。修復30 d，T2和T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤含水量均與對照差異顯著，其中T2處理最高，分別較對照增加89.47%和94.19%。修復115 d，各處理0～10 cm的土壤含水量與對照均無顯著性差異，其中T3處理高于其他處理，較對照增加5.74%;T2處理10～20 cm的土壤含水量顯著高于對照及其他處理，較對照增加7.10%。

2.1.4 設施土壤有機質含量的變化 由圖4可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm各處理的土壤有機質含量均呈先上升后下降趨勢，各處理土壤有機質含量始終高于對照。修復30 d，T1和T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤有機質含量與對照差異顯著，其中T1處理最高，分別較對照增加19.27%和16.26%。修復115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤有機質含量均顯著高于對照，其中T3處理最高，分別較對照增加17.42%和35.61%，且隨著土壤深度增加土壤有機質含量降低。

2.1.5 設施土壤速效氮含量的變化 由圖5可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤速效氮含量均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤速效氮含量始終高于對照。修復30 d，T1處理0～10 cm、10～20 cm的土壤速效氮含量均顯著高于對照及其他處理，分別較對照增加25.07%和33.45%。修復115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤速效氮含量均顯著高于對照，其中T3處理最高，分別較對照增加41.13%和48.82%，且隨著土壤深度增加土壤速效氮含量降低。

2.1.6 設施土壤速效鉀含量的變化 由圖6可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤速效鉀含量均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤速效鉀含量始終顯著高于對照。修復30 d，T2處理0～10 cm、10～20 cm的土壤速效鉀含量分別較對照增加240.55%和194.81%，且顯著高于T3處理。修復115 d，T3處理0～10 cm的土壤速效鉀含量最高，較對照增加46.69%;T3處理10～20 cm的土壤速效鉀含量顯著高于其他處理，較對照增加69.16%，且隨著土壤深度增加土壤速效鉀含量降低。

2.1.7? ? 設施土壤有效磷含量的變化? ? 由圖7可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤有效磷含量均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理的土壤有效磷含量始終顯著高于對照。修復30 d，T1處理0～10 cm、10～20 cm的土壤有效磷含量最高，顯著高于T2處理，分別較對照增加36.89%和71.44%。修復115 d，T1處理0～10 cm的土壤有效磷含量較對照增加18.21%，顯著高于T3處理;T3處理10～20 cm的土壤有效磷含量顯著高于其他處理，較對照增加34.59%，且隨著土壤深度增加土壤有效磷含量明顯降低。

2.2 不同修復材料對設施土壤酶活性的影響

2.2.1? ? 設施土壤過氧化氫酶活性的變化? ? 由圖8可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm土壤過氧化氫酶活性均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤過氧化氫酶活性始終高于對照。修復30 d，T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于對照及其他處理，分別較對照增加1.78%和16.19%。修復115 d，T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于對照及其他處理，分別較對照增加11.20%和78.36%，且隨著土壤深度增加土壤過氧化氫酶活性降低。

2.2.2? ? 設施土壤脲酶活性的變化? ? 由圖9可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤脲酶活性均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤脲酶活性始終高于對照。修復30 d，各處理0～10 cm、10～20 cm土壤脲酶活性均顯著高于CK，其中T1處理土壤脲酶活性最高，且與其他處理無顯著差異，分別較對照增加25.63%和17.41%。修復115 d，T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤脲酶活性均顯著高于對照及其他處理，分別較對照增加51.96%和76.30%，且隨著土壤深度增加土壤脲酶活性降低。

2.2.3? ? 設施土壤淀粉酶活性的變化? ? 由圖10可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm土壤淀粉酶活性均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤淀粉酶活性始終高于對照。修復30 d，各處理0～10 cm、10～20 cm土壤淀粉酶活性均與對照無顯著性差異，其中T3處理最高，分別較對照增加4.00%和8.93%。修復115 d，各處理0～10 cm土壤淀粉酶活性均顯著高于對照，其中T2處理最高，較對照增加17.24%;T3處理10～20 cm的土壤淀粉酶活性最高，顯著高于對照及其他處理，較對照增加32.56%，且隨著土壤深度增加，土壤淀粉酶活性降低。

2.2.4? ? 設施土壤堿性磷酸酶活性的變化? ? 由圖11可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤堿性磷酸酶活性均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤堿性磷酸酶活性始終高于對照。修復30 d，T1處理0～10 cm、10～20 cm的土壤堿性磷酸酶活性均最高，分別較對照增加2.06%和8.02%，在10～20 cm與對照差異顯著。修復115 d，T3處理0～10 cm的土壤堿性磷酸酶活性最高，與對照差異顯著，較對照增加14.73%，與T2處理也差異顯著;T1處理10～20 cm的土壤堿性磷酸酶活性與對照差異顯著，較對照增加31.2%，高于其他處理但差異不顯著。隨著土壤深度增加，土壤堿性磷酸酶活性降低。

2.2.5? ? ?設施土壤蔗糖酶活性的變化? ? ?由圖12可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤蔗糖酶活性均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，T3處理土壤蔗糖酶活性始終顯著高于對照及其他處理。修復30 d，T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤蔗糖酶活性分別較對照增加30.00%和40.48%。修復115 d，T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤蔗糖酶活性分別較對照增加67.37%和50.79%，且隨著土壤深度增加，土壤蔗糖酶活性降低。

2.2.6? ? 設施土壤蛋白酶活性的變化? ? 由圖13可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤蛋白酶活性均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤蛋白酶活性均顯著高于對照。修復30 d，T1處理0～10 cm、10～20 cm的土壤蛋白酶活性最高，顯著高于其他處理，分別較對照增加72.46%和55.32%。修復115 d，T3處理0～10 cm的土壤蛋白酶活性高于其他處理但無顯著性差異，較對照增加47.73%;T1處理10～20 cm土壤蛋白酶活性較對照增加76.19%，高于其他處理，與T2處理差異顯著，且隨著土壤深度增加，土壤蛋白酶活性降低。

2.2.7? ? 設施土壤葡聚糖酶活性的變化? ? 由圖14可以看出，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤葡聚糖酶活性均呈先上升后下降趨勢。修復30～115 d，各處理土壤葡聚糖酶活性均顯著高于對照。修復30 d，T2處理0～10 cm、10～20 cm的土壤葡聚糖酶活性最高，但與其他處理無顯著差異，分別較對照增加10.61%和15.15%。修復115 d，T3處理0～10 cm、10～20 cm的土壤葡聚糖酶活性最高，但與其他處理無顯著差異，分別較對照增加82.76%和138.46%，隨著土壤深度增加，土壤葡聚糖酶活性降低。

3 討論與結論

土壤pH、EC值和含水量是影響作物吸收土壤有機質和礦質元素的重要指標，受土壤鹽分狀況和土壤結構等土壤理化性狀的影響[16-18]。逄煥成等[19]在盆栽玉米裝盆時施入牛糞、尿素等基肥，配施微生物菌劑或基質，結果表明，施入微生物菌劑明顯降低了土壤pH值和EC值。劉杏認等[20]研究表明，將玉米秸稈和氮肥在裝盆時施入盆栽油菜中，可以降低土壤EC值。本試驗中，修復30～115 d，各處理在0～10 cm、10～20 cm土壤pH和含水量呈上升趨勢，土壤EC值呈下降趨勢;隨深度增加，土壤pH和EC值增加。與CK相比，T3處理在修復后期顯著降低了0～10 cm、10～20 cm土壤pH值和EC值，提高了0～10 cm土壤含水量;修復115 d，T3處理在0～10 cm土壤pH值和EC值分別較對照降低了1.19%和44.52%，含水量較對照增加了5.74%，在10～20 cm土壤pH值和EC值分別較對照降低了1.18%和44.26%;T2處理提高了10～20 cm土壤含水量，較對照增加7.10%。修復60～90 d，0～10 cm增加土壤含水量效果為T3>T2>T1。可能是由于施用秸稈配施微生物菌劑可以提高土壤有機質含量，土壤中的堿性物質可以被有機質中的大分子羧基所中和，使土壤膠體吸附陽離子形成腐殖酸鹽[21]，從而降低土壤pH和EC值。這與前人[22-24]的研究結果相似，施加修復材料可以改善土壤結構，降低pH值，提高土壤含水量。

土壤有機質、速效氮、速效鉀和有效磷含量是土壤的主要肥力指標，可以反映出土壤的養(yǎng)分狀況，直接影響種植作物的生長發(fā)育，對于研究土壤養(yǎng)分有重要意義。趙偉等[25]研究表明，在塑料大棚內種植西瓜時基施有機肥和油渣，顯著提高了西瓜整個生育期的土壤養(yǎng)分含量。宋時麗等[26]將水稻秸稈還田后，次年播種小麥時施用基質或復合菌劑，結果表明，基質配施復合菌劑顯著提高了土壤有機質含量。李本旭等[27]在播種作物時施用秸稈和秸稈腐熟菌劑，研究表明秸稈配施秸稈腐熟菌劑可以增加土壤肥力。李國等[28]和甄靜等[29]研究表明，微生物菌劑會促進土壤養(yǎng)分的釋放。本試驗中，修復0～115 d，各處理0～10 cm、10～20 cm的土壤有機質、速效氮、速效鉀和有效磷含量均呈先上升后下降趨勢;隨深度增加，土壤有機質、速效氮、速效鉀和有效磷含量均降低。各處理在修復后期均顯著增加了0～10 cm、10～20 cm土壤有機質、速效氮、速效鉀和有效磷含量。修復115 d，T3處理0～10 cm的土壤有機質、速效氮和速效鉀含量分別較對照增加了17.42%、41.13%和46.69%，10～20 cm的土壤有機質、速效氮、速效鉀和有效磷含量分別較對照增加了35.61%、48.82%、69.16%和34.59%，高于其他處理;T1處理提高了0～10 cm的土壤有效磷含量，較對照增加18.21%，高于其他處理。

土壤酶是組成土壤的成分之一，其活性會直接影響土壤養(yǎng)分狀況，和文祥等[30]和Burns等[31]研究表明，土壤有機質、速效氮、速效鉀和有效磷的形態(tài)和含量均和土壤酶活性密切相關，進而影響種植作物的生長和發(fā)育。因此，土壤酶活性常作為評判土壤肥力狀況和土壤生物活性的指標[32-33]。弓建澤等[34]研究表明將有機肥在裝盆時施入盆栽油菜中可以提高土壤有機質含量和土壤酶活性。袁穎紅等[35]研究表明施用生物炭土壤改良劑，次年可以顯著提高土壤淀粉酶和蔗糖酶的活性。本試驗中，修復0～115 d，各處理在0～10 cm、10～20 cm的土壤酶活性均呈先上升后下降趨勢;隨深度增加，土壤酶活性均降低。各處理在整個修復期均增加了0～10 cm、10～20 cm土壤酶活性。修復后期，T3處理0～10 cm的土壤過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、蛋白酶和葡聚糖酶活性均高于其他處理;10～20 cm的土壤過氧化氫酶、脲酶、淀粉酶、蔗糖酶和葡聚糖酶活性高于其他處理?？赡苁且驗殡S著修復時間的推移，微生物菌劑對腐熟秸稈起到了促進分解作用，改善土壤的整體生態(tài)環(huán)境，進而促進土壤酶活性提高。

不同修復材料對設施土壤均有修復效果。修復后期，與對照相比，T3處理較對照顯著降低了土壤pH和EC值，顯著增加了土壤有機質、速效氮和速效鉀含量，顯著增加了土壤過氧化氫酶、淀粉酶和蔗糖酶活性。綜上所述，T3處理對設施土壤的修復效果最佳。

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