化肥减量配施生物有机肥对大棚连作草莓的影响*

李进，袁春新，孙正国，黄步高

（1 南通科技职业学院，江苏226007）（2 南通市农村专业技术协会）（3 南通市白龙有机肥科技有限公司）

草莓（Fragaria×ananassaDuch.）系蔷薇科草莓属多年生浆果，色泽艳丽，风味独特，营养丰富，大棚栽培周期短、效益好，是江苏省南通地区设施农业的支柱产业[1]。化肥施用便捷、见效快，在草莓栽培中普遍应用，但连续多年大量使用化肥，养分明显超过实际需求量，易造成连作障碍养分富集失衡、土壤酸化、盐渍化，导致草莓减产、品质下降[2]。减少化肥过量施用，提高土壤质量综合管理水平，保障设施土壤持续高效产出，已成为大棚草莓生产中亟待解决的问题[3]。生物有机肥依靠微生物的生产代谢活动为植物提供养分和必需物质的肥料，兼具微生物肥和有机肥的优点，可以增加土壤有效养分含量、有机质含量，改善土壤结构，增加土壤微生物活性，促进根系生长，提高肥料利用率，提高产品品质和产量[4]。香蕉、番茄、黄瓜等多种作物研究表明，化肥减量配施生物有机肥可改进土壤养分状况，协调平衡作物养分供应，满足作物整个生育期对养分的需求[5-7]。本试验针对江苏省南通地区大棚草莓连作障碍问题，研究化肥减量配施生物有机肥对土壤养分、土壤酶活性[8]，以及草莓产量、品质的影响，应用主成分分析法评价土壤质量，探讨化肥、生物有机肥施用的适宜量，以期为大棚连作草莓合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在如皋市长江镇南通科技职业学院试验基地进行，土壤为沙壤土，大棚连续种植草莓3 年。2020 年试验开始前0～20 cm 土壤的理化性状：有机质含量32.30 g/kg，全氮含量3.87 g/kg，全磷含量2.21 g/kg，全钾含量19.32 g/kg，碱解氮含量224.50 mg/kg，速效磷含量248.15 mg/kg，速效钾含量381.50 mg/kg，pH 值6.20。

1.2 试验材料

供试草莓品种为红颜，由南通科技职业学院繁育。供试化肥为尿素（N 含量46%）、过磷酸钙（P2O5含量16%）、硫酸钾（K2O 含量52%），由江苏威尔盛肥料有限公司生产。供试生物有机肥由南通市白龙有机肥科技有限公司生产，其中有机质含量≥40%，有效活菌数≥0.2×108CFU/g，全氮、全磷、全钾含量分别为0.62%、0.33%、0.29%。

1.3 试验设计

草莓于2020 年8 月28 日定植到大棚内，2021年4月12日采收结束。一垄双行垄面覆膜栽培模式，垄高30 cm，垄宽40 cm，株距15 cm，行距30 cm。试验共设6 个处理：对照（CK），当地大棚草莓常规施肥100%化肥（尿素675 kg/hm2、过磷酸钙900 kg/hm2、硫酸钾450 kg/hm2）；T1 处理，80%化肥＋20%生物有机肥；T2 处理，60%化肥＋40%生物有机肥；T3 处理，40%化肥＋60%生物有机肥；T4 处理，20%化肥＋80%生物有机肥；T5 处理，100%生物有机肥（7 500 kg/hm2）。每个处理60 株草莓，3次重复，试验小区共18 个，每小区间挖沟隔离，防止串水串肥。肥料分为基肥和追肥，基肥在移栽前7 d 一次性施入土壤中，生物有机肥和1/3 尿素、过磷酸钙、硫酸钾作为基肥施入，剩余肥料在整个生育期随水追施，其余田间管理措施一致。

1.4 测定指标与方法

草莓采收后（2021 年4 月13 日）采集表层土壤（0～20 cm）样品，每小区按照S 形采样法采集土壤样品。每小区采集5 次重复，重复样品均匀混合，2 mm 过筛待测。测定土壤样本有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾含量等指标，参照鲍士旦[9]的方法测定。分别在定植前（2020 年8 月25 日）、初花期（2020 年11 月10 日）、盛果期（2021 年1 月26 日）以及采收后（2021 年4 月13 日）4 个时期采集土壤样本，测定脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性，参照关松荫[10]的方法测定。

2021 年1—2 月盛果期，每处理随机采收当天刚成熟的果实10 个，单果重用电子天平称量，果实硬度用硬度计测定，可溶性固形物含量用手持式糖度计测定。可溶性糖含量、维生素C 含量和可滴定酸含量，参照鲁如坤[11]的方法测定。果实成熟期采集各小区所有果实并称重，计算小区平均产量，折算成每公顷产量。

1.5 数据处理

利用Microsoft Excel 2010 软件处理数据，利用SPSS 19.0 软件对数据进行方差分析和对采集土壤样本的养分、酶活性进行主成分分析，并对不同处理进行排序和评价[4]。

2 结果与分析

2.1 化肥减量配施生物有机肥对土壤养分的影响

由表1 可以看出，随着化肥施用量的减少及生物有机肥施用量的增加，果实采收后，T1、T2、T3、T4、T5 处理土壤中有机质含量呈增加趋势，而土壤中的氮、磷、钾含量均呈减少趋势。T1、T2、T3、T4、T5 处理土壤中有机质含量分别比CK 极显著增加了7.67%、9.60%、13.95%、18.78%、20.29%。T1 处理土壤中的全氮、速效磷含量分别比CK 显著减少了3.40%、2.89%，全钾、碱解氮含量分别比CK 极显著减少了8.05%、8.48%，全磷、速效钾含量分别比CK 减少了1.72%、0.21%，差异不显著。T5 处理土壤中的全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别比CK 极显著减少了29.37%、17.24%、23.53%、43.66%、28.84%、18.90%。

表1 化肥减量配施生物有机肥对土壤养分的影响

2.2 化肥减量配施生物有机肥对土壤酶活性的影响

由表2 可以看出，在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 个时期，CK 土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性均呈不断下降趋势，采收后，CK 土壤中4 种酶活性比定植前分别下降了32.88%、25.05%、23.04%、23.70%。除定植前，在其他3 个时期，T1、T2、T3、T4、T5 处理土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性均高于CK。初花期，T1、T2、T3、T4、T5 处理土壤中4 种酶活性均达到最高水平，盛果期和采收后不断下降。

由表2 可知，在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 个时期，T1、T2、T3、T4、T5 处理土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性总体均呈现先增加后降低的趋势。T3 处理定植前和初花期土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性，以及盛果期和采收后土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性，均在所有处理中表现最高。盛果期和采收后，T4 处理土壤中过氧化氢酶活性最高，比同期T3 处理分别增加了1.09%、5.95%，2 个处理之间相差不大。综合考虑，在草莓定植前、初花期、盛果期、采收后4 个时期，T3 处理对提升土壤中酶活性的综合效果最好。

表2 化肥减量配施生物有机肥对土壤酶活性的影响 mg/kg

2.3 土壤养分与酶活性主成分分析

将采收后土壤中主要养分及酶活性作主成分分析并进行分权计算，计算出各因子在各主成分上的载荷。由表3 可以看出，第1 主成分的方差贡献率最大，为77.797 3%，即涵盖了原始数据信息量的77.797 3%，能基本反映化肥减量配施生物有机肥采收后土壤养分和土壤酶活性的变化。

表3 土壤主成分分析

由表4 可以看出，有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量及过氧化氢酶活性的分权系数较大，对第1 主成分起决定性作用，证明这几个指标可以代表不同处理土壤的变化信息。

表4 土壤主成分的特征向量分析

通过主成分分析计算不同处理综合得分并对其进行排序，由表5 可以看出，不同处理综合得分及排序依次为T3＞T2＞T4＞T1＞CK＞T5。化肥减量配施生物有机肥能有效改善土壤养分含量和酶活性，且其改善程度与化肥和生物有机肥的使用量有密切关系。

表5 不同处理土壤评价指标综合得分及排序

2.4 化肥减量配施生物有机肥对草莓产量的影响

由表6 可以看出，T1、T2、T3、T4、T5 处理随着化肥施入的减少及配施生物有机肥的增加，草莓产量呈先增加后降低的趋势。T3 处理产量最高，达35.65 t/hm2，比CK 极显著增产了14.37%，T5 处理产量最低，为29.82 t/hm2，比CK 减产了4.33%。根据化肥和有机肥中纯氮、P2O5、K2O 含量计算，T1、T2、T3、T4、T5 处理纯氮、P2O5、K2O 的施用量与CK 相比不断减少，产量最高的T3 处理纯氮、P2O5、K2O 的施用量比CK 分别减少了51.01%、49.69%、54.42%。按每生产1 000 kg 草莓计算，CK纯氮、P2O5、K2O 施用量分别是T3 处理的2.33、2.28、2.51 倍。这表明，在大棚连作草莓营养富集的土壤中，化肥减量配施生物有机肥具有较好的增产作用。

表6 不同处理草莓产量和纯氮、P2O5、K2O 施用量

2.5 化肥减量配施生物有机肥对草莓果实品质的影响

从表7 可以看出，除可滴定酸含量外，T1、T2、T3、T4 处理草莓果实品质的各个指标均高于CK。其中T3 处理单果重、果实硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量均最高，分别比CK 极显著增加了19.65%、10.29%、10.19%、30.03%。T3 处理维生素C 含量略低于T4 处理，比CK 极显著增加了30.27%。同时，T3 处理可滴定酸含量略高于T4 处理，比CK 极显著减少了15.91%。T5 处理维生素C含量比CK 极显著增加了29.34%，但单果重、果实硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比分别比CK 减少了2.31%、3.68%、1.85%、0.54%、8.85%，可滴定酸含量比CK 极显著增加了9.09%。综合考虑，T3 处理对草莓果实品质提升效果最好，而T5 处理对草莓品质抑制作用明显。

表7 化肥减量配施生物有机肥对草莓果实品质的影响

3 讨论与结论

施肥能够有效改良培肥土壤，提升土壤供肥能力，增加作物产量，是农业稳产高产的有效手段[12]。为追求大棚草莓高产，过量施用化肥现象普遍存在，土壤养分富集严重导致肥料利用率低和生产效率下降，连作障碍明显[13]。本试验中，与土壤初始理化性状相比，适当进行化肥减量配施生物有机肥，减少了氮、磷、钾施用量，降低了土壤中过量累积的养分，增加了有机质积累，使土壤养分趋于平衡。

土壤酶活性与土壤功能紧密相关，土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶分别与有机质转化、碳循环、氮循环和磷循环相关，可以表示土壤的肥力质量[14]。土壤酶主要由微生物分泌，生物有机肥含有大量有益微生物，施入土壤后显著提升了土壤酶活性。因此，本试验在不同时期，所有施入生物有机肥的处理土壤酶活性均高于CK。本试验发现，不是生物有机肥施用量越大、化肥施用量越小土壤酶活性就越高，这与生物有机肥对小白菜、番茄的影响结果相似[15-16]，这可能是因为土壤微生物在生长繁殖过程中需要适量有机质和氮、磷、钾等养分作为底物。本试验中，T3（40%化肥＋60%生物有机肥）处理在定植前、初花期、盛果期、采收后4个时期均最能满足土壤微生物对有机质和氮、磷、钾等养分的要求，对提升土壤酶活性综合效果最好。草莓定植后到初花期主要因为有机质和氮、磷、钾等养分变化促进了微生物生长繁殖，土壤酶活性迅速增加并在初花期达到高峰。初花期往后有机质和氮、磷、钾等养分变化开始抑制微生物生长繁殖，导致土壤酶活性不断下降。因此，生物有机肥对土壤酶活性的提升作用并不能长期维持下去，在采收后种植下茬作物前，还需要适当施用生物有机肥及化肥才能保证优质丰产[17]。土壤酶活性还受到土壤类型、作物种类、管理与耕作方式、土壤水分和环境条件等因素影响[18]，需在今后研究中不断明确。

化肥减量配施生物有机肥能改善根际土壤微生物群落的数量和结构，增强根际土壤酶活性，分解和活化土壤中难溶、不易移动、不能被作物直接吸收利用的营养物质[19]。本试验中，T1（80%化肥＋20%生物有机肥）、T2（60%化肥＋40%生物有机肥）、T3（40%化肥＋60%生物有机肥）、T4（20%化肥＋80%生物有机肥）处理虽然施入的氮、磷、钾减少，但土壤酶活性增高，从而提升了土壤肥料利用率，各种养分供应充足，促进了草莓光合作用及干物质积累，最终提高了果实产量和品质。其中T3 处理纯氮、P2O5、K2O 的施用量分别是CK 的48.99%、50.31%、45.58%，每生产1 000 kg 草莓纯氮、P2O5、K2O 的施用量分别是CK 的42.87%、43.94%、39.81%，但产量最高，达35.65 t/hm2，比CK 极显著增加了14.37%，且果实品质全面提升，果大、肉硬、味甜、酸度低、维生素C 含量高。T5处理全部施用生物有机肥产量还低于CK，果实品质也不如CK。因此，生产中并不是一味地减少化肥用量、增加生物有机肥用量的效果才好，化肥减量配施生物有机肥也需适当[20]。

综上所述，在大棚连作草莓营养富集的土壤中，适量化肥减量配施生物有机肥，可缓解过量施用化肥导致的根区土壤养分状况失衡问题，改善根际土壤微生物生态环境，肥料利用更加高效，提高了大棚草莓品质与产量[21]。本试验综合土壤性状及草莓产量、品质等进行分析，40%化肥＋60%生物有机肥处理（尿素270 kg/hm2、过磷酸钙360 kg/hm2、硫酸钾180 kg/hm2、生物有机肥4 500 kg/hm2）效果最好。适量的化肥减量配施生物有机肥有助于实现农业生产中化肥合理施用，促进农业生产的可持续发展。