几种土壤调理剂改良大棚种植草莓土壤的效果

戴 黎，杜延全，朱建强

［1.长江大学农学院，湖北 荆州 434025；2.中化农业（临沂）研发中心有限公司，山东 临沂 276000］

草莓是富有营养的浆果类果品，具有多种营养保健功能，经济效益相对较高［1］。在大棚多年种植草莓的生产过程中，由于大量使用化学肥料、忽视补充中微量元素肥和不科学的水肥管理，使得一系列问题随之出现，成为限制草莓产业发展的主要因素之一。大棚草莓连作障碍主要表现为病虫害发生和蔓延、土壤板结、盐渍化、养分不平衡等［2-4］，这些变化影响了草莓生长，增加了草莓鲜果质量安全风险，制约了区域草莓产业的可持续发展。就粮食安全、环境发展及土壤养分循环来看，科学技术和必要的土壤改良才能使土壤持续发展［5］。土壤调理剂能有效地改良土壤理化性状，增加土壤肥力，促进微生物活性，从而提高障碍土壤的生产力［6］，土壤调理剂已经是修复障碍土壤的重要手段之一。目前，市场上土壤调理剂种类繁多，但根据土壤调理剂的成分、功能和作用机理以及应用的土壤类型不同，其使用效果差异较大［7］。因此，寻找更加经济、环保且有效的土壤调理剂，已成为目前连作障碍土壤改良研究的重要方向。本研究所采用的硅钙钾镁土壤调理剂和钙镁磷土壤调理剂不仅能调节土壤理化性状，而且可以为土壤补充钙、镁、硅等中微量元素，并且广泛的应用于南方酸性土壤的改良中，免申耕土壤调理剂（月桂醇乙氧基硫酸铵）可以降低土壤的容重，增加孔隙度和阳离子交换量，改善土壤生态环境［8］，聚丙烯酰胺可以改善无盐土壤结构、保持水分和防止肥料流失［9］。但是，上述土壤调理剂改良大棚草莓连作障碍土壤的效果如何，目前的研究相对较少。对此，我们开展了试验研究。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

种植草莓的大棚试验地位于山东省临沂市莒南县兰墩官庄村，大棚内种植的草莓为当地主栽品种“久香”，草莓连作已有5年。草莓每年9月下旬种植，从12月中下旬开始收获，收获期至来年5月上旬。草莓收获后每个种植棚（950 m2）施用鲜猪粪10 m3，用石灰氮进行杀毒、杀菌。7月至8月覆膜封棚，利用夏季高温天气自然热量进行鲜猪粪发酵和杀菌。

试验地内的大棚呈东西走向布置，面积为95 m×10 m；棚内沿南北向起垄，垄宽为0.8 m。试验前取土样检测，得到耕层土壤（0～20 cm）的基本理化性质指标为：pH 5.98，有机质24.45 g·kg-1，碱解氮139.84 mg·kg-1，有效磷（P）133.25 mg·kg-1，速效钾（K）568.32 mg·kg-1；耕层土壤的盐分含量如表1所示。

1.2 试验设计

选用5种土壤调理剂用于试验，品名和主要成分为：硅钙钾镁土壤调理剂，粉末状，含SiO230%、CaO 28%、K2O 3%、MgO 4%；钙镁磷土壤调理剂，含 CaO 35%、MgO 14%、P2O512%；免申耕土壤调理剂，含月桂醇乙氧基硫酸铵24%～26%；中洁土壤调理剂，主要成分为天然海洋萃取物碳酸钙和椰子提取物；聚丙烯酰胺调理剂。

试验设置6个处理：CK为对照，按当地生产习惯，于5月草莓收获后向草莓种植棚施入鲜猪粪105 m3·hm-2（即每棚10 m3），在9月下旬草莓种植前基施复合肥（N-P2O5-K2O 16-7-8）1050 kg·hm-2和金能佳菌剂1684 kg·hm-2（即每棚160 kg）；其余5个处理分别为在CK基础上使用土壤调理剂硅钙钾镁1125 kg·hm-2（T1）、钙镁磷1125 kg·hm-2（T2）、免申耕30 kg·hm-2（T3）、中洁45 kg·hm-2（T4）、聚丙烯酰胺 22.5 kg·hm-2（T5）。由于用量较少，施用前与20～30 kg 细干土充分混均，通过多次翻耕与耕层土壤混匀，再灌水，之后进行起垄、定植、覆膜。

每个处理重复3次，每个重复为3垄，随机区组排列。每小区面积为24 m2，草莓株距20 cm，双行定植，每垄定植110株。试验棚的日常生产管理与当地农民生产习惯一致。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 土壤样品的采集与测定

在草莓的开花期、挂果期和收获后期每小区各取0～20 cm耕层混合土壤样品，按现行方法测定有关指标［10］：土壤的pH值用酸度计法（土∶水=1∶2.5），有机质含量用重铬酸钾容量法，碱解氮用碱解扩散法，有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，速效钾用中性 NH4AcO 浸提-火焰光度法；土壤脲酶测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，蔗糖酶用3，5-二硝基水杨酸比色法，过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法。离子组成的具体测定方法为：HCO3-用双指示剂盐酸滴定法；Cl-用AgNO3滴定法；NO3-釆用2 mol·L-1KCl浸提-紫外分光光度法；SO42-用 EDTA 间接滴定法；Ca2+、Mg2+用原子吸收分光光度法；K+、Na+用火焰光度法；总盐含量采用质量差法。

1.3.2 草莓样品采集与测定

在草莓进入收获期后，随机进行3次草莓样品的采集，每小区选择5株，采集成熟草莓带回实验室测定主要品质指标。其中，可溶性糖采用蒽酮比色法测定；维生素C含量用高效液相色谱法测定；可滴定酸含量采用0.05 mol·L-1NaOH滴定法测定；花色苷采用紫外分光光度法测定。

1.3.3 产量数据的采集

草莓的收获期比较长，本试验分别在草莓收获的早期、中期和尾期按小区随机进行3次完全收获，每次随机选择5株测定草莓单果重，以每小区3次收获量作为每小区的总产。

1.4 数据统计与分析

应用DPS 15.10高级版进行方差分析，Duncan法进行处理间多重比较，利用Excel 2010作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理土壤的养分含量

草莓开花期、挂果期和收获后期的土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量如表2所示。可以看出，开花期至挂果期是土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量迅速下降的时期。与开花期相比，挂果期土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别减少了9%、60%、20%和35%，因为此阶段草莓结果需养分量较大，且灌溉水相对后期较频繁。

对表2试验结果进一步分析表明，草莓开花期后T1、T5处理下土壤的有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均高于CK，但是T5土壤有机质、碱解氮含量与CK差异不显著。表明施用土壤调理剂硅钙钾镁和聚丙烯酰胺可有效提高土壤速效养分含量。

2.2 不同处理的土壤pH值和酶活性

草莓开花期、挂果期和收获后期的土壤pH值、过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性如图1所示。可以看出，开花期时土壤的pH值显著大于土壤背景pH值，主要是因为草莓大棚前期使用石灰氮和有机肥等进行高温闷棚处理，从开花期-挂果期土壤pH值下降明显，达到1个单位左右，从挂果期-收获后期变化不大。其中，在开花期时，只有T1处理和T5处理显著高于CK 0.11和0.09个单位，其它处理差异不显著；挂果期到收获后期一直以T1和T2处理的pH值最大，且与CK差异显著，其余处理对pH值影响不大。

土壤酶作为重要的土壤肥力指标，可以催化土壤中微生物进行的生物学和化学反应。随生育进程，土壤的过氧化氢酶和脲酶活性呈逐渐降低的趋势，但土壤蔗糖酶活性呈增加趋势，主要是因为过氧化氢酶和脲酶活性与土壤有机质和氮磷含量呈正相关关系，且酸性条件会导致过氧化氢酶和脲酶活性丧失，但是酸化会促进，且蔗糖酶活性与施肥种类及种植方式有关。在草莓整个生育阶段，土壤过氧化氢酶活性一直以T1处理最高，较CK高出25.8%～47.9%，且差异显著，T5处理次之；土壤脲酶活性仍以T1处理含量最高，显著高于CK 17.1%～40.5%，其次是T5处理高出5.9%～39.8%；土壤蔗糖酶活性最高的处理是T5，较CK高出30.2%～39.0%，T1处理次之。从各处理间的方差分析可以看出，T1处理可以显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶的活性。

图1 不同处理土壤的pH值和酶活性

2.3 不同处理土壤的盐分

草莓开花期、挂果期和收获后期的土壤水溶性总盐和水溶性阴阳离子（HCO3-、SO42-、NO3-、Cl-、Na+、K+、Ca2+和Mg2+）含量如图2所示。可以看出，除了NO3-以外，土壤总盐和各阴阳离子含量随生育期的进程呈下降趋势，其中，开花期-挂果期下降明显，土壤总盐含量在挂果期较开花期下降了23%左右，主要是受灌溉水淋洗的影响，后期为了避免草莓果实沾水腐烂，减少了灌溉水的次数和水量。

图2 不同处理土壤的盐分含量

在草莓全生育期，与CK相比，施用不同土壤调理剂各处理土壤的阴阳离子含量均发生了不同程度的变化：HCO3-的含量在开花期和挂果期时除了T1处理有所增加外，其余处理均有不同程度的降低，其中T5处理的含量最低，且较CK达到显著水平，在收获后期，各处理HCO3-的含量均高于CK，除了T1和T3处理外均与CK无显著差异；SO42-的含量以T5处理含量最低，较CK降低15.7%～48.7%，且差异显著，其次是T3和T1处理含量较低；NO3-的含量在开花期T5和T2含量最低，到挂果期和收获后期T1和T2处理的含量显著低于CK 22.3%～28.8%和6.8%～27.1%；Cl-的含量在开花期和挂果期T5和T2处理含量最低，二者间无显著差异，且与CK差异显著，在收获后期各处理的Cl-含量无显著差异；Na+的含量在开花期和挂果期T5处理显著低于CK，到收获后期各处理均与CK无显著差异；K+的含量在开花期时T5、T4、T3处理显著低于CK，T1处理显著高于对照，T2处理无显著影响，在挂果期和收获后期T5 含量最低，但与CK无显著差异；Ca2+的含量在开花期、挂果期和收获后期均以T5处理最低，其次是T3和T4处理；Mg2+的含量综合来看，T5处理均低于CK，且在开花期和收获后期时与CK差异显著。总盐含量在开花期、挂果期和收获后期均以T5处理最低，较CK降低了11.1%～35.4%，且差异显著，表明聚丙烯酰胺可以在一定程度上有利于降低土壤盐分。

2.4 不同处理草莓果实的品质

草莓收获期果实的可溶性糖、可滴定酸、维生素C和花色苷含量如表3所示。可以发现，草莓可溶性糖的含量在收获前期-中期明显下降，中期-后期差异不大，主要是因为土壤中钾元素含量的降低，从而影响果实中可溶性糖的积累，同时也受到了光照和温度等的影响；可滴定酸的含量从收获前期到后期有所增加，这主要是因为收获后期，光照时间延长，棚内温度升高，有利于果实酸的累积；维生素C含量随收获期延长而呈降低趋势，花色苷含量呈“V”型趋势。在草莓收获期，与CK相比，T2和T1处理可以提高草莓的可溶性糖含量，T1处理草莓可滴定酸含量最高，维生素C含量最高的是T2处理，花色苷含量最高的是T5处理；各处理间差异显著性分析表明，T1处理的草莓可溶性糖、可滴定酸、维生素C和花色苷含量显著提高，T2处理的草莓可溶性糖和维生素C含量显著增加，T5处理的草莓花色苷含量显著提升，说明硅钙钾镁和钙镁磷2种土壤调理剂可以改善草莓的品质。

表3 不同处理对草莓果实品质的影响

2.5 不同处理对草莓产量的影响

表4 为施用不同土壤调理剂对草莓的产量及其单果重的影响，可以看出，从收获前期到收获后期，草莓的产量呈“倒V”趋势，而草莓单果重呈降低趋势，说明在草莓收获前期影响草莓产量的主要因素是草莓果实的大小，收获中期影响草莓产量的限制因子是草莓数量。在整个收获期，T1和T5处理的产量最高，较对照分别高出6.6%～32.6%和10.2%～40.8%，3次产量总计来看，T1和T5处理分别增加19.5%和19.1%；草莓单果重以T5处理最大，重达58.83 g，平均单果重超出CK 14.51 g，其次是T1处理，平均超出对照7.35 g；各处理间差异显著性显示，T1和T5处理产量较CK差异达到显著水平，且二者间无显著差异，说明硅钙钾镁土壤调理剂和聚丙烯酰胺可以一定程度提高草莓的产量。

3 讨论

3.1 土壤调理剂对土壤pH值的影响

在草莓大棚多年连续种植的模式下，化学肥料的不合理施用，会通过土壤的硝化等一系列作用产生

表4 不同处理对草莓产量的影响

大量的NO3-，同时不合理的灌溉方式［11］，导致部分阴离子如NO3-有可能淋溶出根区，而H+则留在表层土壤中，导致土壤酸化。冀建华等［12］研究发现，硅钙钾镁可以显著提高土壤pH值，有效促进土壤交换性酸的消耗。本研究表明，硅钙钾镁土壤调理剂有提高土壤pH值的趋势，主要是因为硅钙钾镁土壤调理剂（pH为9～11）呈碱性，可以部分中和土壤中的H+，而且含有大量钙镁钾等阳离子，可以取代原本吸附在土壤胶体表面的H+和Al3+，导致土壤胶体表面盐基离子含量增多，土壤pH上升。

3.2 土壤调理剂对土壤养分的影响

魏岚等［13］在辣椒上的研究表明，碱性土壤调理剂能提高土壤pH、有机质、速效氮磷钾。黎庆芬等［14］发现，施用钙镁磷、硅钙等土壤调理剂，可提高酸性稻田土壤有机质、有效磷、速效钾和pH。谭青涛等［15］在烟田上的研究表明，硅钙钾镁土壤调理剂能有效提高土壤的pH值、速效钾、有效磷含量，但对碱解氮无显著效果。

本研究表明，硅钙钾镁土壤调理剂可以有效提高土壤的有效磷、速效钾含量，同时也可提高土壤的碱解氮含量，这可能是因为在设施大棚的种植模式下，会减少土壤中铵态氮的挥发，大量施用氮肥，导致土壤中硝态氮的积累。同时，由于硅钙钾镁土壤调理剂可以提高土壤脲酶的活性，从而增加土壤碱解氮的含量。

硅钙钾镁土壤调理剂引起土壤pH值升高，间接使土壤氧化还原电位降低、还原物质增加。在还原条件下，土壤中还原出的铁锰等离子会使一部分原被吸附的钙钾钠离子变成速效性，使土壤速效养分增加。

3.3 土壤调理剂对土壤盐分的影响

土壤盐渍化是引起设施栽培连作障碍的主要原因之一。员学锋［16］的研究表明，聚丙烯酰胺可以有效抑制土壤淋溶损失，提高肥料的利用率。本研究表明，聚丙烯酰胺可以有效降低土壤中可溶性盐分的含量。这是因为其具水溶液粘度大和离子吸附、凝絮作用等特性［17］，且其分子链上的酰胺基、羟基可与土壤颗粒相互吸附，形成稳定的土壤团聚体［18］，吸附盐分离子，降低土壤中可溶性盐分的含量，从而降低盐分对草莓植株的影响。

3.4 土壤调理剂对草莓产量和品质的影响

涂玉婷等［19］发现硅钙钾镁肥能显著提高香蕉产量，并一定程度的增加果肉中维生素C、可溶性糖和可溶性固形物含量。栗方亮等［20］的研究表明硅钙钾镁肥能提高蜜柚的产量以及Vc和可溶性糖含量。

本研究表明，硅钙钾镁土壤调理剂可以增加草莓产量6.6%～32.6%，同时提高草莓果实的可溶性糖、可滴定酸和维生素C的含量，因为硅钙钾镁土壤调理剂中含有大量的硅、钙、镁中微量元素，养分全面，能有效促进作物生长，同时，能够调节土壤pH值，稳定土壤养分状况，改善土壤环境。聚丙烯酰胺也有一定的增产效果，主要是因为聚丙烯酰胺可以提高草莓的单果重，从而增加产量。

4 结论

向草莓连作5年的大棚土壤施入土壤调理剂硅钙钾镁1125 kg·hm-2，可以提高土壤pH，显著增加土壤的有机质9.3%、碱解氮21.8%、有效磷19.7%和速效钾22.8%，一定程度上可改善土壤酶活性，草莓产量提高19.5%左右，草莓果实的可溶性糖增加14.4%，可滴定酸增加15.1%，维生素C增加11.5%。

本试验土壤中盐分含量最高的离子为SO42-和NO3-，施用聚丙烯酰胺22.5 kg·hm-2土壤水溶性总盐含量可以降低11.1%～35.4%。