含海藻酸有机水溶肥料对设施大棚土壤容重与孔隙度影响的研究

高 岩，申培丽，王海朋，王钰馨，秦益民

（1.青岛明月海藻集团有限公司/农业部海藻类肥料重点实验室，山东 青岛 266400；2.海藻活性物质国家重点实验室，山东 青岛 266400）

设施大棚栽培采用人工措施改变局部生态环境，能够充分利用光能和热能，对提高蔬菜的品质与产量起到了重要的作用，且成本相对较小，在推进农村经济发展及农业产业化方面具有十分重要的作用，因此，我国大棚蔬菜栽培发展较为迅速。但近年来大棚蔬菜栽培在其发展进程中产生了一系列问题，尤其是种植年限较长的大棚，发生土壤的次生盐渍化[1]、养分失调、土壤酸化、微生物种群受损、土壤结构改变等，造成蔬菜产量下降、品质降低，严重制约了土地的可持续利用[2]，甚至会影响当地的生态环境。设施土壤状况将直接关系到作物的产量与质量及设施农业的发展。

土壤是多孔体，土粒、土壤团聚体之间以及团聚体内部均有孔隙存在。土壤容重是土壤的基本物理性状之一，其能够反映土壤的孔隙情况和紧密程度，并影响土壤中的水、肥、气、热状况，进而影响作物的生长发育情况[3]。高慧等[4]研究表明，不同深度设施土壤的容重随着种植年限的增加呈现下降趋势，总孔隙度呈现上升趋势，毛管孔隙度的变化幅度不是很大。

随着现代绿色农业的不断发展，环保、生态的绿色农用肥料日益受到广大农户的青睐。其中，海藻肥是以海藻为原料，通过生物发酵技术提取海藻多糖和低聚糖等，浓缩形成海藻精或与其他营养物质科学地进行复配，极大地保留了海藻天然活性成分，是一种新型的绿色肥料。国外已对土豆、玉米、小麦、大麦、花生、甜菜、黄瓜、西红柿、葡萄和菠菜等一系列农作物、水果和蔬菜做过施用液体海藻肥的试验，均表现出很好的效果[5]。丁晨曦等[6]在研究不同浓度海藻肥对羊茅生长的影响中发现，海藻肥对促进种子萌发、改善作物形态和产量、提高作物对胁迫的抗性、延长采后产品的储存期等方面起到重要作用。秦青等[7]研究表明，海藻有机肥具有促生、增产、改良土壤、抗病等特点，适用于各种作物，在国内外广泛应用。

目前对施用海藻肥提高作物产量和品质的研究较多，而针对施用海藻肥对土壤的影响研究相对较少。本项目研究含海藻酸有机水溶肥料施用条件下，设施大棚土壤呼吸强度、土壤容重和孔隙度等的差异，旨在为改善土壤环境、提高作物对土壤养分的吸收利用率、减缓土壤退化，并探索含海藻酸有机水溶肥料对土壤的影响，为改善设施大棚土壤、促进设施大棚生产的可持续发展提供依据，并为指导生产实践提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

青岛西海岸新区位于北纬 35°35′～36°08′、东经119°30′～120°11′。南临黄海，北靠胶州市，西邻诸城市、五莲县和日照市。青岛西海岸新区地处北温带季风区域内，属暖温带半湿润大陆性气候，空气湿润、雨量充沛、温度适中、四季分明，有明显的海洋气候特点，具有春寒、夏凉、秋爽、冬暖的气候特征。年平均气温12.5℃；年平均降水量696.6 mm；年无霜期平均为200 d；风速平均5.4 m/s，年平均瞬时风力大于8级天数为71 d。

试验研究在青岛西海岸新区海青镇水泊子村的番茄大棚进行，地处东经 119°33′41″、北纬 35°41′20″。试验地土壤类型为黄棕壤土，呈微酸性，质地黏重。

1.2 试验设计

试验于2017年12月—2018年4月进行，供试番茄品种为“雪莉”，供试肥料为三元复合肥（15-15-15），含海藻酸有机水溶肥料（有机质≥150 g/L、P2O5+K2O≥60 g/L、Cu+Fe+Zn+B=5～15 g/L、pH 值 =6.5～8.5、水不溶物≤20 g/L，主要原料为泡叶藻），由青岛明月蓝海生物科技有限公司提供。

试验设5个处理，分别介绍如下。

（1）CK：沟灌清水。

（2）CF：沟施普通复合肥料（kg/hm2）。

（3）H1：沟灌含海藻酸有机水溶肥料400倍液0.3 kg/次。

（4）H2：沟灌含海藻酸有机水溶肥料400倍液1 kg/次。

（5）H3：沟灌含海藻酸有机水溶肥料400倍液3 kg/次。

（6）H4：沟灌含海藻酸有机水溶肥料400倍液6 kg/次。

各处理于开花期、第一穗果核桃大小时、第一穗果采收后各施肥1次，共施肥3次。试验小区面积67 m2，每个处理设3次重复，采用随机分组排列。

1.3 测定方法

1.3.1 土壤呼吸强度的测定

称取12.00 g新鲜土样置于500 mL具塞平口烧杯中。准确吸取5 mL浓度为0.1 mol/L NaOH溶液于另一个50 mL三角瓶中，将其放入盛有土样的平口烧杯中，塞紧瓶口，将平口烧杯置于25℃下恒温培养24 h。取出三角瓶，加入2 mL浓度为0.2 mol/L BaCl2溶液，滴加2滴酚酞指示剂，用0.05 mol/L盐酸滴定至红色消失，记录所用盐酸体积。同时做空白试验2个。

1.3.2 土壤容重的测定

采用环刀法进行实地测定，计算公式为：土壤容重(g/cm3)=干土重/容积。

1.3.3 土壤孔隙度的测定

采用环刀法测定土壤孔隙度、吸水法测定土壤毛管孔隙度。各孔隙度的计算公式如下：

土壤总孔隙度=[1-(容重/比重)]×100%

式中，土壤比重为2.65 g/cm3。

毛管孔隙度=(毛管水容积/土体容积)×100%

非毛管孔隙度=总孔隙度-毛管孔隙度。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2007进行作图，数据计算和方差分析采用SPSS 13.0。

2 结果与分析

2.1 不同浓度含海藻酸有机水溶肥料对设施大棚土壤呼吸强度的影响

土壤呼吸强度指单位时间从单位面积土壤上扩散出来的CO2量，是表征土壤质量及土壤肥力的一项重要生物学指标，其反映了土壤中生物活性和土壤物质代谢的强度。影响土壤呼吸强度的因素诸多，包括土壤温度、土壤含水量、土壤生物、施肥、大气、风速等。

由图1分析可知，不同处理的土壤呼吸强度由大到小依次为：H3＞H2＞H4＞H1＞CF＞CK，施用肥料均能增强设施土壤的呼吸强度，以沟灌含海藻酸有机水溶肥料400倍液3 kg/次的H3处理土壤呼吸强度最高，增幅达72.78%，说明施用肥料能增加土壤中生物活性和土壤物质的代谢强度，增加土壤肥力，以H3处理对设施番茄土壤的改良效果最佳。

图1 不同施肥处理下设施土壤的呼吸强度

各施用含海藻酸有机水溶肥料处理中，随着施用量的增加，土壤呼吸强度呈抛物线形，即先增后降，说明适量施用含海藻酸有机水溶肥料有利于土壤呼吸强度的增加，过量施用反而降低土壤的呼吸作用强度，不利于土壤中生物活性和土壤物质的代谢。

2.2 不同浓度含海藻酸有机水溶肥料对设施大棚土壤容重的影响

土壤容重是自然状态下单位体积原状土壤的干土质量，土壤容重与土壤质地、结构、有机质含量、土壤紧实度和耕作条件等相关，可用于鉴定土壤颗粒间排列的紧实度，也可以作为土壤熟化程度的指标之一。

由图2可以看出，施用普通复合肥料的CF处理土壤容重较CK略有增加，增加了3.30%，说明施用复合肥不利于土壤疏松透气，易造成土壤板结，这与张宝峰等研究结果一致。施用含海藻酸有机水溶肥料，在一定程度上降低了土壤容重，以H3处理降低幅度最大，与CK处理相比较，降低幅度为13.78%，说明该处理条件下土壤疏松透气性最好，更利于作物根系的生长发育。而H4处理土壤容重虽较CK略有下降，但差异不显著，说明过多施用含海藻酸有机水溶肥料反而对土壤疏松透气性的改量效果不明显。

图2 不同施肥处理下设施土壤容重的变化

2.3 不同浓度含海藻酸有机水溶肥料对设施大棚土壤孔隙度的影响

土壤孔隙度即土壤孔隙容积占土体容积的百分比。土壤孔隙的多少决定着土壤气、液两相的总量，同时反映土壤协调水分和空气的能力，影响土壤的吸热、导热、温度的升降及土壤肥力的发挥等，进而影响作物的生长。

由图3可知，与CK处理相比较，施用含海藻酸有机水溶肥料均不同程度地增加了土壤总孔隙度，增加幅度为3.56%～19.22%。土壤毛管孔隙度及土壤非毛管孔隙度分别增加0.79%～17.85%、3.95%～20.04%。其中，以H3处理对土壤总孔隙度及毛管孔隙度、非毛管孔隙度的增加幅度最大，表明该处理施肥量对增加试验设施土壤的孔隙体积，增强土壤的透气能力效果最好。从图3还可以看出，供试土壤非毛管孔隙度的比例要高于毛管孔隙度。施用复合肥料的CF处理较CK处理土壤总孔隙度下降，说明施用复合肥不利于土壤的透气性。

图3 不同施肥处理下设施土壤孔隙度的变化

2.4 试验土壤呼吸强度与土壤孔隙度和土壤容重的相关性

由图4表明，土壤呼吸强度与土壤总孔隙度呈正比例关系，说明试验设施土壤呼吸强度随着土壤总孔隙度的增大而增大。

图4 不同施肥处理下设施土壤呼吸强度与土壤总孔隙度的关系

图5 不同施肥处理下设施土壤呼吸强度与土壤容重的关系

由图5可以看出，土壤呼吸强度与土壤容重总体呈反比例关系，说明随着土壤容重的增加，土壤呼吸强度呈现下降的趋势。

3 结论与讨论

我国是一个农业大国，各类肥料需求量非常大。但同时农业发展是一项复杂、艰巨的系统工程，由于长期大量使用化学肥料，农业污染日益突出、土壤衰退等环境恶化问题严重，发展绿色、安全、无公害肥料已成为我国肥料发展的必然趋势。现在，我国土壤生态环境整体比较脆弱，如果任凭当前化肥、农药大量盲目使用，势必会距离生态、现代、健康、高效的农业发展目标越来越远。所以，必须统筹考虑经济效益和生态效益，引进一种绿色、安全、高效、环保、功能多样的肥料。

由于大棚特殊的建造结构，大棚蔬菜地常处于半封闭状态，具有气温高、湿度大、高蒸发量、无雨水淋洗、复播指数高、肥料投入量大等特点，与露地土壤生态环境条件有明显的差异，而且大棚利用到一定年限后，其土壤的理化性状将发生变化，抑制土壤微生物的新陈代谢，降低土壤的呼吸强度。

在农业生产中，适宜的土壤孔隙度及土壤容重能促进土壤养分的转化，并促进作物的生长。前人研究认为，结构良好的耕地耕作层容重为1.14～1.26 g/cm3[8]。土壤质地也会影响土壤容重的大小，并且土壤中有机质含量越高，土壤容重越小。土壤容重过大，表明土壤紧实，不利于通气透水，从而不利于植物扎根；土壤容重过小，易造成土壤有机质分解过速，并使植物扎根不牢，易倒伏。赵风艳等[9]研究认为，随着大棚种植年限的增加，土壤结构性明显改善，水稳性团聚体(5～0.25 mm)的数量随种植年限增加而增加，毛细管孔隙发达，持水性变好；但非毛细管孔隙比例相对降低，耕作层变浅，土壤板结严重，通气透水性差。高新昊等[10]研究认为，随种植年限增加，土壤容重和pH值均明显下降，而土壤孔隙度、土壤EC值和土壤盐分含量则显著升高。

海藻及其提取物在种植业以及养殖业中的应用已经得到多个国际组织和政府的认可。欧盟IMO认证、北美OMIR认证和中国有机食品技术规范等明确指出，允许海藻制品作为土壤培肥和改良物质[11]。迄今为止，国内外有大量相关海藻肥在玉米、小麦、土豆、黄瓜、西红柿、葡萄等一系列农作物的应用，研究表明：农作物应用海藻肥均表现出很好的效果，其不仅能提高种子的发芽率，提高农作物的产量和品质，而且能改善土壤性质，促进植物对土壤中营养成分的吸收[12]。王泽文等[13]研究认为，海藻肥具有改善土壤结构、提高土壤保水能力等功效。

本试验中，施用含海藻酸有机水溶肥料一定程度上降低了土壤容重，并增加了土壤孔隙度及土壤呼吸强度。以H3处理变化幅度最大，该处理条件下土壤结构良好，疏松透气性最好，更利于作物根系的生长发育，说明含海藻酸有机水溶肥料有很好的改良土壤结构的效果，进一步说明施用适量海藻肥对土壤结构有一定的改善作用。而施用普通复合肥处理CF虽一定程度上增加了土壤的呼吸强度，却降低了土壤孔隙度并增加了土壤容重，这可能是由于含丰富N、P、K等养分的复合肥施入土壤后，刺激了土壤中微生物的分解代谢，从而增加了土壤的呼吸强度，但却不利于土壤疏松，这与前人研究的大量施用化学肥料易造成土壤板结等问题一致。