强还原处理对青菜连作土壤理化性质及产量的影响

叶伟芬， 陆晓林， 姚燕来， 王卫平， 朱为静*

(1.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.杭州宇航梦园农业科技有限公司，浙江 杭州 311116)

青菜营养丰富，生长期短，适应性强，深受种植户和消费者喜爱[1]。近年来，随着设施青菜种植面积不断扩大、耕作强度不断增加以及轮作困难，导致青菜复种指数偏高，连作障碍越发显现，严重影响了青菜的产量和品质。研究[2]表明，连作障碍造成的经济作物减产一般在25%以上，重者可导致绝收。因此，连作障碍已经成为多数经济作物种植产业可持续发展的瓶颈问题。

引起青菜连作障碍的因子较多，究其根本在于根际土壤微生态失衡[3]，具体表现为土壤结构遭到破坏、物理性质恶化、土壤养分失衡以及病原菌数量激增[4]。现阶段，消减青菜连作障碍的主要途径包括农业防治、物理防治、化学防治、培育抗病品种以及生物防治。农业防治如轮作、间作和套作，虽具有一定的防治效果，但往往受到农作物生长习性以及当地土地资源和耕作习惯的限制[5]；物理防治如土壤暴晒，不但操作复杂，气候条件限制性大，而且效果欠佳[6]；有机溴化物等化学药剂可以高效抑杀病原菌，但也会破坏臭氧层[7]；抗性品种选育是防治土传病原菌侵染发病的经济有效的措施，但选育品种的抗性难以持久[8]；外源添加生防菌等生物防治需要适应障碍土壤环境，见效慢，防效不稳定[6]。因此，青菜连作障碍防控仍缺乏有效的方法。

多年来，发展可行的替代方法或技术来克服连作障碍已成为研究的热点。21世纪初，国内外学者使用强还原处理法(reductive soil disinfestation，RSD)来防治土传病害[9-11]。该方法通过在土壤中添加易分解的有机物料、灌溉淹水、上覆不透气塑料薄膜密封3～4周，从而快速杀灭土传病原菌，改善土壤性状，重建土壤微生物区系，操作简便，不耽误农时[5]。但目前有关此类方法的田间研究主要集中在西瓜[7]、辣椒[11]和黄瓜[12]等经济作物上，在叶类蔬菜连作障碍防控上尚未见报道。

青菜绿色高效生产的前提是菜地土壤营养丰富，理化性质优良[13]。设施青菜生产中，土壤理化性质对青菜的产量和品质有很大的影响，通过施用土壤调理剂或采用有效的土壤修复技术，使设施菜地土壤得以改善，提高青菜产量和品质，对设施蔬菜的可持续发展有重要意义。本研究旨在探明RSD和其他土壤处理对青菜连作障碍的防控效果及其作用机理，选择连作超过6 a的青菜种植设施大棚进行试验，以期为改善青菜连作土壤性质、促进青菜增产和防控青菜连作障碍提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

试验种植青菜品种为金品一夏青梗菜，采用人工育苗移栽方式种植。2020年9月26日播种，2020年10月30日采收。供试熏蒸剂为棉隆(有效成分含量98%，剂型为微粒剂)，由南通施壮化工有限公司生产。供试调理剂为：吉吉彩土壤调理剂(CaO含量≥45，pH 8.5～10.5)，由兰溪吉吉彩肥业有限公司生产；田师傅土壤调理剂(CaO含量≥25%，MgO含量≥7%，pH 10～12)，由广东大众农业科技股份有限公司生产。供试强还原修复剂为蚕砂(有机碳含量为45.30%，总氮含量为2.50%，总磷含量为0.68%，总钾含量为2.74%)，由浙江省农业科学院研制。

1.2 试验地点

试验地点位于杭州市余杭区径山镇宇航梦园农业科技有限公司基地内的蔬菜大棚。该蔬菜基地经过6 a不间断复种青菜，耕作土壤已出现严重的酸化、次生盐渍化及有机质含量低等问题，青菜土传病害高发，严重影响到青菜的产量。

1.3 处理设计

试验区土壤pH 5.38，有机质含量为16.4 g·kg-1，碱解氮含量为110 mg·kg-1，有效磷含量为142 mg·kg-1，速效钾含量为207 mg·kg-1。

采用随机区组布置试验小区，小区面积为320 m2(8 m×40 m)，共设置5个处理(3次重复)。空白对照(CK)，除密闭大棚外不采取任何措施；棉隆处理(ML)，将棉隆按照每小区10 kg的用量并配施490 kg有机肥共同均匀撒施畦面翻耕入土，灌水至最大饱和含水率后，覆膜盖严，闷棚处理15 d；土壤调理剂处理，分别为吉吉彩土壤调理剂处理(JJC)和田师傅土壤调理剂处理(TSF)，均按照每小区30 kg的用量并配施470 kg有机肥共同均匀撒施，随后翻耕播种；强还原处理(RSD)，将地上部分杂物清理干净后，用旋耕机将土壤旋耕疏松，旋耕深度达到20 cm以上，然后按照每小区500 kg的用量在土壤表面均匀撒施强还原修复剂，再用旋耕机将修复剂翻入土壤耕层混匀，灌水至最大饱和含水率后，土壤覆膜盖严，闷棚处理15 d。处理期间，气温在28～38 ℃。处理结束后排水揭膜，土干后旋耕播种。播种青菜前一次性施用35%复合肥7.5 kg。青菜成熟后，采收期间每个小区采摘的青菜均单独称重，并记录产量。

1.4 样品采集和土壤理化性质测定

按照多点采样法[14]采集各处理青菜采收期的土壤样品，分析测定土壤理化性质。土壤pH和电导率(EC)按照土水体积质量比1∶2.5进行浸提[7]，分别采用pH计(型号为PB-30L)和电导率仪(型号为DDSJ-308F)进行测定。土壤自然风干后，磨细过筛待用。有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法，碱解氮含量的测定采用碱解扩散法，有效磷含量的测定采用氟化铵-盐酸浸提钼锑抗比色法，速效钾含量的测定采用火焰光度法。具体参照《土壤农化分析》中的测定方法[15]。

1.5 数据处理与统计分析

使用Excel 2010、SPSS 17.0和Origin pro 2017c软件进行数据处理、方差分析(one-way ANOVA)并作图。使用Pearson相关性分析检验土壤理化性质与青菜产量之间的相关性。不同数据组间差异显著性采用Tukey法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤pH、EC和有机质含量的影响

不同处理土壤的pH、EC含量和有机质含量如图1所示。由图1可知，CK土壤pH为5.33。与CK相比，JJC、TSF和RSD3组处理土壤pH均显著升高，分别为5.96、5.91和6.33；而ML处理土壤pH与对照相比无显著差异。CK土壤EC为375.67 μS·cm-1。与CK相比，ML、TSF和JJC处理土壤EC略有上升，而RSD处理的EC略有下降，但各处理间EC无显著差异。CK土壤有机质含量为24.4 g·kg-1，ML处理显著降低了土壤有机质含量，仅为23.1 g·kg-1；而JJC、TSF和RSD处理均提高了土壤有机质含量，其中RSD处理有机质的提升最为显著。

柱间无相同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)；图2～3同。

2.2 不同处理对土壤速效养分含量的影响

不同处理土壤速效养分含量如图2所示。由图2可知，ML、JJC和TSF3处理组土壤碱解氮含量略高于CK，而RSD处理组土壤碱解氮含量低于CK，仅为128.00 mg·kg-1，但各处理间差异未达显著水平。CK土壤有效磷含量为253.33 mg·kg-1，其他4组处理土壤有效磷含量均低于CK，且RSD的土壤有效磷含量最低，仅为178.67 mg·kg-1，但各处理间差异未达显著水平。与有效磷情况类似，4组处理土壤速效钾含量均低于CK，其中TSF土壤速效钾含量最低，仅为126.40 mg·kg-1。总体上，碱解氮、有效磷和速效钾含量在各处理组和对照组间无显著性差异。

图2 不同处理对土壤碱解氮、有效磷和速效钾的影响

2.3 不同处理对青菜产量的影响

不同处理的青菜产量如图3所示，每667 m2CK平均产量为1 448.22 kg，而ML、JJC和TSF3组处理的每667 m2平均产量略高于对照，分别为1 467.12、1 540.21和1 520.76 kg。方差分析结果显示，这3组处理间青菜产量无显著性差异。值得注意的是，RSD处理青菜每667 m2平均产量高达1 674.61 kg，相比于CK显著提高。

图3 不同处理对青菜产量的影响

2.4 不同处理土壤理化性质与青菜产量间的相关性分析

相关性分析结果显示，青菜产量与土壤pH(0.70**)和有机质含量(0.63*)分别呈极显著和显著正相关关系，即RSD处理土壤青菜产量的显著增加与土壤酸化的改善和土壤肥力的增加有关。

3 小结与讨论

连作障碍是指在正常的栽培和管理条件下，在同一个地块连续多年种植同一种或同一科作物所引起的生长势弱、产量下降、品质变劣、病虫害滋生及生育状况变差的现象[4,11]。本研究中，试验地常年复种青菜，表层土壤pH 5.38，表明试验地土壤酸化程度较高。pH值是土壤的基本性质之一，直接影响着土壤养分的存在形态、转化和有效性，是影响土壤肥力的重要因素[16]。研究[17]表明，多数营养元素的最佳利用pH在6.0～8.0，当pH小于5.5时，土壤养分的有效性显著降低，而且利于病原微生物的生长[3]，进而导致植物的生长受到抑制[16]。本试验中，2种土壤调理剂和RSD均能显著提高土壤pH值，其中RSD对土壤pH的改良效果最为显著。土壤调理剂对pH的提升作用可能与其本身具有较高的pH有一定的关系[18]。而以蚕砂作为修复剂的RSD处理能显著提升pH至6.33，究其原因，一方面可能与蚕砂本身具有较高的pH有关，另一方面，RSD通过采用淹水并加入大量有机质，短时间内创造强烈的土壤还原环境，使土壤中积累的硝态氮和硫酸根等离子还原成N2或H2S等气体[19-20]。因此，与其他处理相比，RSD能显著提升土壤pH和有效降低土壤EC值，减轻连作障碍土壤酸化和盐渍化问题。

土壤有机质是土壤固相部分重要的组成成分，其含量的变化直接反映土壤肥力水平[11]。本研究表明，RSD处理能显著提升土壤有机质含量，2种调理剂配施有机肥对土壤有机质含量无显著影响，而棉隆处理反而降低了土壤有机质。棉隆作为一种新型的化学杀菌剂，可以用于防控土传真菌病害[21-23]。但是，本研究结果表明，棉隆处理显著降低了土壤有机质含量，这与前人[24]的研究结果类似，原因可能在于棉隆大幅降低了土壤微生物数量和酶活，并最终导致有机质含量下降。而RSD处理过程中，添加的有机物料经高温腐解转化生成有机质，可以改善土壤物理结构，有利于土壤透水、透气及青菜根系的生长[25]。同时，相关性分析结果表明，青菜产量与pH和有机质含量显著正相关，因此本试验中RSD处理青菜产量最高。这些结果与郭树根等[11,26]研究结果一致。

综上所述，相比于棉隆和土壤调理剂等处理方法，强还原处理是解决青菜连作障碍的较优措施。未来的工作将进一步研究强还原处理对设施土壤障碍因子消除的相关机制，以期为强还原法在防治设施蔬菜连作障碍的应用推广方面提供理论支撑。