有机土栽培增施不同添配物后对日光温室黄瓜生长和根际环境的影响

闫妍，张少杰，李衍素，贺超兴

【摘要】以不添加添配物的种植3年的有机土为对照，将堆腐后的番茄秧、黄瓜秧、玉米秸、麦秸添配后的有机土进行温室黄瓜栽培，研究了不同有机土对温室黄瓜生长发育及根际环境的影响，结果表明，添配黄瓜秧、番茄秧的T3、T4有机土栽培效果最好，显著增加了黄瓜叶面积、叶绿素含量，同时根际酶活性增强，植株生长势和结瓜习性改善，黄瓜产量增加且营养物质含量高于添加玉米秸、麦秸的处理及未添加的有机土对照。

有机土栽培技术是一种新兴的蔬菜栽培方法。它是根据环境友好的理念，在中国传统农业的基础上吸收了现代精准农业和无土基质栽培的原理，主要利用经生物发酵无害化处理的农业有机废弃物，与腐熟有机肥、清洁土壤按照蔬菜营养需求及蔬菜根系对根际环境要求精确配制的绿色蔬菜有机栽培系统[1]。土壤质量可以通过土壤物理结构、化学性质和土壤酶活性等进行评价[2-6]，大量研究表明：利用有机土栽培可以改善土壤理化性质[7-8]，可有效提高地表温度、肥水利用率，并增加蔬菜产量，改善蔬菜品质，提高蔬菜的食用安全性，从而生产出高营养品质的蔬菜产品。

有机土栽培（以下简称有机土）是地下以旧棚膜隔离，然后将腐熟玉米秸、麦秸等农业生产废弃物与腐熟有机肥和洁净土壤作为主要成分配制的蔬菜栽培基质系统，其栽培效果明显优于普通土壤栽培[9-10]，有机土栽培添加了有机废弃物玉米秸，麦秸，其土壤有机质含量及植物生长的必需元素与微量元素均有所增加[11-13]。刘义国等[14]研究结果表明，秸秆还田增加了土壤孔隙，加之秸秆还田覆盖后表层土壤含水量增加，使得土壤板结降低，明显改善了土壤的理化性质。张静等[15]研究结果表明，秸秆还田能够提高土壤有机质含量，降低土壤中氮的流失，加强土壤微生物对碳、氮的固持以及供给作用，实现土壤供肥水平的提高；土壤肥力增加促进土壤酶活性上升[16-19]。

但是随着有机土蔬菜栽培年限的增加，土壤有机质不断降解下降，导致栽培3年后的有机土理化性状相对劣化，有必要对其地力进行恢复。番茄秧、黄瓜秧是蔬菜生产过程产生的废弃物，经测定不仅含有氮、磷、钾等大量元素，还富含微量元素、有机质等，是重要的有机肥资源。如果能有效利用蔬菜残体对有机土地力进行恢复，则既能用其对连作有机土进行根区改良，还可减少废弃物的污染，将具有良好的经济效益和生态环境保护效益。为此试验以农田废弃物为研究对象，以黄瓜为栽培对象，比较了菜秧、玉米秸等不同添配物添加到3年栽培后的有机土中对温室黄瓜生长发育和根际环境的影响。为有机土栽培的可持续高效合理利用和黄瓜高产稳产优质提供理论依据和技术参考[7]。

材料与方法

试验材料

试验于2015年3～7月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所日光温室进行，供试黄瓜品种为‘中农106，于2015年2月5日播种，并开始育苗，3月12日定植，双行种植，株距0.3 m，行距0.4 m，每个处理设置3个重复，试验于7月1日拉秧。试验期间，每个小区肥水管理保持一致。

采用旧塑料棚膜隔离的全封闭式的槽式栽培（槽的纵切面为等腰梯形，上底宽0.6 m，下底宽0.4 m，高0.3 cm，槽长0.7 cm）进行有机土基质栽培，所用有机土基质于2011年秋季由玉米秸、麦秸与腐熟有机肥和洁净土壤按3：1配制后用于番茄、黄瓜设施蔬菜栽培，至2015年春连续栽培3年以上的有机土理化性状已严重劣化，亟待添配处理。

供试添配处理的基质原料分别为腐熟玉米秸、麦秸、番茄秧、黄瓜秧和不添配的有机土对照；腐熟的方法是先将4种不同的有机废弃物料10月份秋茬拉秧后分别在日光温室内隔离的水泥腐熟池进行堆腐，每周定期浇透水，然后盖上塑料棚膜保湿保温。堆腐1个月后上下翻一翻使之充分发酵腐熟，至1月份使用前取样，测定腐熟后的理化性状。

试验设计

试验采用完全随机区组设计，每个小区面积为8.4 m2，3次重复，共设6个处理（包括1个对照），T1为腐熟玉米秸：有机土=3：1（体积比）混合；T2为腐熟麦秸、腐熟番茄秧、有机土按1：1：1（体积比）混合；T3腐熟番茄秧、有机土按3：1（体积比）混合；T4腐熟黄瓜秧、有机土按3：1（体积比）混合；T5腐熟麦秸、有机土按3：1（体积比）混合；CK为以未添加的3年有机土（前茬种植番茄）为对照；各处理按常规栽培统一管理。具体处理见表1。

测定项目与方法

黄瓜植株生长测定

定植1个月后（4月12日）测定株高和生长量，以茎基部子叶到生长点的距离，叶面积使用扫描仪测定（上数第5片功能叶），每个处理测定5株。测定干鲜重，叶绿素含量用80%丙酮浸提法；根系活力用TTC还原法测定[20]。

土壤基质理化性状测定

容重采用环刀法测定，总孔隙度用浸泡法測定，pH和电导率分别用pH-3C型pH测定仪和DDS-11A电导率仪测定，样品的有机质和全N、全P、全K以及速效N、P、K由农业部蔬菜品质监督检验中心测定。

根际有机土含氧量测定

定植后使用OXY-4 mini光纤土壤测氧仪（由德国Presens Precision Sensing GmbH公司生产），测定试验小区内10 cm深处有机土含氧量，设置15 min自动采集一次数据，采集24 h，测定结束后下载数据进行分析。

根际降解酶活性测定

土壤脲酶活性采用苯酚钠比色法，磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法，纤维素酶活性采用羧甲基纤维素比色法，转化酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法。

黄瓜产量与品质测定

统计每个栽培处理小区的瓜条数及果实重，取平均值记作各处理的产量。

采摘期摘取长势均匀，成熟度好的黄瓜样品测定，黄瓜VC含量测定采用钼蓝比色法测定，可溶性糖含量的测定采用蒽酮乙酸乙酯比色法[21]，可溶性固形物含量的测定采用手持测糖仪测定，硝酸盐含量的测定采用水杨酸法，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定。

数据处理

应用DPS软件对试验数据进行统计分析，应用OriginPro7.5软件作图。

结果与分析

不同有机土添加物的理化性状分析

土壤的容重、孔隙度、pH和电导率等必须在合适范围内，作物根系才能正常生长。对不同添配物的理化性状分析见表2，从表中可以看出，不同处理的添配物及3年有机土均呈中性偏碱，这可能与喷淋水的pH较高有关。另外不同添配物的电导率均高于3年有机土，说明其水溶性离子较多，供肥强度大。而添配物的容重均小于3年有机土，其中腐熟番茄秧容重最小，其次为玉米秸、黄瓜秧，但相差不大，表明它们均适合用于土壤性状的改良。总孔隙度的理想值是60～90，各处理的有机土总孔隙度均在适宜的范围之内，有利于养分状况的调节和植物根系的伸展，为蔬菜的生长提供了良好的生长环境。

对不同添配物的营养分析（表3）可以看出：各添配物的全效N、P、K和速效N、P、K含量均顯著高于种植3年的有机土，养分充足，特别是3年有机土的有机质含量为16.4%，而其他处理有机质含量为：72.1%、80.3%、57.2%、48.35%，平均有机质含量约为3年有机土的4倍，因此添加后对根区营养和有机质含量有显著的改善作用。

不同处理对黄瓜植株生长的影响

植株的株高、叶面积、根冠比是衡量蔬菜作物生长状况的基本指标。

不同处理对黄瓜生长的影响

由表4可以看出，不同添配物处理间的生长存在一定的差异，对照的株高、叶面积、根冠比均表现最低。从株高、叶面积来看T4>T3>T2>T5>T1>CK，T4最高，T3次之，与CK存在显著差异，T5与T1差异不显著；从根冠比来看各处理间与CK存在显著差异，T4>T3>T5>T2>T1>CK，其中T4根冠比最大，T3与T5之间差异不显著。由此可见，与大田作物秸秆还田基质栽培相比，蔬菜菜秧还田的有机土更有利于黄瓜植株的生长。

不同处理对黄瓜叶片叶绿素含量影响

叶绿素是植物叶片吸收光能的主要色素，是进行光合作用光能利用不可或缺的条件[22]。由图1可见，以T4处理的叶绿素含量最高，T1与T3之间无显著差异，T2与T5之间无显著差异，各处理与对照之间差异显著，CK叶绿素含量最低。表明不同添配物在改善根区环境的同时，对植物叶片叶绿素含量有不同程度的增加作用。

不同处理对黄瓜根系活力和根际含氧量的影响

由图2可知不同添配物处理后黄瓜的根系活力均高于对照，其中T1、T5处理根系活力最强，且根际含氧量最高。而T2、T3、T4根系活力高于对照，但含氧量却低于对照，这表明添加麦秸、玉米秸、黄瓜秧、番茄秧的有机土栽培为植株创造了一个疏松透气、酸碱度适宜、具有一定的肥力的土壤环境，从而提高了黄瓜根系的代谢活力；但添加黄瓜秧、番茄秧后，可能土壤中微生物获得大量的有机碳，引起好氧微生物大量繁殖，消耗大量的氧气，使T2、T3、T4根际氧气下降较快，其含氧量差异与微生物活动有关。

不同处理黄瓜根际酶活性的变化

土壤酶类参与土壤许多重要的生物化学过程，与土壤肥力的形成和转化有密切关系。研究土壤酶活性的变化特征，将有助于了解在不同土壤管理条件下土壤肥力的现状和演化[23-24]。从图3可以看出，不同处理对脲酶活性有较大影响，各处理与对照之间差异显著，T1与T5之间无显著差异，T3与T4之间有显著差异。不同处理对黄瓜根际磷酸酶活性影响较大，该试验所用的基质偏碱性，所以碱性磷酸酶为主导酶，由图3可知，T1与T4的碱性磷酸酶活性显著高于对照，且两者之间有明显差异，其他处理碱性磷酸酶活性大小依次为：T3>T5>T2>CK。各处理的纤维素酶与转化酶活性变化相似，各处理与对照之间差异显著，其活性大小依次为T3>T4>T2>T1>T5>CK，这些结果表明这4种有机土具有较高的肥力。

不同处理对黄瓜产量与品质的影响

不同有机基质对黄瓜产量的影响

不同处理的黄瓜产量与对照相比差异显著（图4），其中T3处理产量显著高于其他处理，T2与T4之间，T1与T5之间差异不显著，与对照相比T3、T2?T4?T5?T1分别增加了48.68%、40.34%、39.31%、28.9%、22.74%，这些结果表明有机土添配腐熟黄瓜、番茄秧不仅改善了物理性状，还增加了根区有机质含量，能为植株的生长提供丰富的营养物质，从而促进了黄瓜产量增加。

不同处理对黄瓜品质的影响

添配不同有机物对黄瓜品质也有很大的影响，从表5可以看出，各处理的VC含量差异显著，且均高于对照，其中T3处理VC含量最高，T4处理次之。各处理的可溶性糖含量差异较显著T3>T4>T1>T5>CK；可溶性固形物含量与可溶性蛋白含量各处理无显著差异；硝酸盐的含量是评价蔬菜品质的主要指标，所有处理的硝酸盐含量均未超过无公害蔬菜标准（≤300 mg/kg），CK硝酸盐含量最高，其次为T5；T3、T4与对照相比硝酸盐含量较低，这可能是黄瓜、番茄秧子中的反硝化菌数量较多，从而可以有效地降低土壤中硝酸盐含量，减少果实中硝酸盐含量。

讨论与结论

试验结果表明，腐熟番茄秧、黄瓜秧等菜秧可以对种植3年的有机土复配，用于有机土的地力恢复，同样亦可与普通土壤复配成比例适宜的有机土[7-10]，由于腐熟菜秧营养物质含量丰富，提高了土壤中有机质含量，提高EC值，改善土壤理化性质，改善根系的生长状况，使植株根系活力增强，叶绿素含量增加，叶面积增大，改善了整个植株的代谢活力和物质运输，且效果显著优于对照。生长初期黄瓜根系主要分布10～20 cm，使用测氧仪测 定土壤15 cm深处根际土壤含氧量，结果表明T5和T1含氧量较多，这与秸秆的生物学特性有关，秸秆纤维素含量较高，可改善土壤的通透性，使土壤疏松透气，氧气含量增加；T3和T4相对含氧量较低，这是因为黄瓜、番茄秧的有机质含量较高，富含微生物群落，好氧微生物不断的进行呼吸作用，消耗土壤中氧气的原因。

不同有机添加物处理对土壤各种酶活性影响也较大，能够显著提高酶活力。其中添加腐熟玉米秸后脲酶、碱性磷酸酶活性最高，添加腐熟麦秸后脲酶活性也较高，而添加腐熟番茄秧后的碱性磷酸酶活性较高，添加番茄秧、黄瓜秧的处理中纤维素酶活性和转化酶活性较高，其中以添加番茄秧的纤维素酶、转化酶活性最高，究其原因可能是影响脲酶、碱性磷酸酶、纤维素酶、转化酶的营养成分差异所致，此外添配物的理化性质、营养物、基质含水量及植株根系生长发育状况亦有差异[18-19]。

综上所述，利用有机土基质栽培黄瓜随着栽培年限的增加，其理化性状劣化，有机质含量下降，而应用不同添配物可以对有机土栽培基质进行地力恢复。从该试验各处理对黄瓜生长和产量品质影响的效果来看，以添配腐熟菜秧的T3、T4处理黄瓜生长势和结瓜习性最好，产量也最高；营养物质含量高于T1、T5，所以T3、T4处理品质相对较高。从整体上看，T3、T4处理提供了良好的根系生长环境，其有机质含量丰富，可以提高黄瓜种植的产量和品质，这一结果为设施蔬菜菜秧的资源化利用提供了理论依据。

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*项目支持：国家特色蔬菜产业技术体系（CARS-24-B-04）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIT-2013-IVFCAA3）和“农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室”资助。

作者简介：闫妍（1982-），女，黑龙江牡丹江人，助理研究员，研究方向：设施蔬菜栽培。

**通信作者：贺超兴（1965-），男，研究员，研究方向：设施蔬菜栽培。

[引用信息]闫妍，张少杰，李衍素，等.有机土栽培增施不同添配物后对日光温室黄瓜生长和根际环境的影响[J].农业工程技术，2017，37（31）：68-74.