硫酸钙与腐植酸配施对大蒜产量及土壤性质的影响

王崇华 王付彬 徐祥文 贾庆超 韩战强 邵秀丽 崇峻

摘    要：為明确河南蒜区大蒜生产和碱性潮土改良最佳措施，设常规施肥（CK）、常规施肥+硫酸钙（T1）、常规施肥+腐植酸（T2）、常规施肥+硫酸钙+腐植酸（T3）的处理，研究了不同施肥方式对大蒜产量、叶片抗氧化能力、土壤酶活性、土壤结构的影响，分析了不同施肥方式对大蒜产量和碱性潮土改良的效果。结果表明，在常规施肥的基础上配合施用硫酸钙与腐植酸，能显著提高叶片SOD、POD、CAT活性，增强土壤酶活性，对团粒直径＞0.25 mm土壤水稳性团聚体的形成有促进作用，效果优于CK、T1、T2；T3大蒜产量达15 620.95 kg·hm-2，比当地常规施肥极显著增产11.97%。综上所述，硫酸钙与腐植酸配施对河南蒜区的大蒜产量和土壤性质的改善具有较好的效果。

关键词：大蒜；硫酸钙；腐植酸；产量；抗氧化能力；土壤性质

中图分类号：S633.4           文献标志码：A            文章编号：1673-2871（2024）04-140-06

Effect of calcium sulfate and humic acid combined application on garlic yield and soil properties

WANG Chonghua 1， WANG Fubin2， XU Xiangwen2， JIA Qingchao3， HAN Zhanqiang1， SHAO Xiuli1， CHONG Jun4

（1. Henan Vocational College of Agricultural， Zhongmu 451450， Henan， China; 2. Jining Academy of Agricultural Sciences， Jining 272031， Shandong， China; 3. School of Food Science and Engineering， Zhengzhou University of Science and Technology， Zhengzhou 450064， Henan， China; 4. Jinan Huaqing Agricultural Machinery Technology Co.， Ltd.， Jinan 251004， Shandong， China）

Abstract： In order to clarify the best garlic production and alkaline soil improvement measures in Henan garlic region， four treatments were tested， including conventional fertilization （CK）， conventional fertilization+calcium sulfate （T1）， conventional fertilization+humic acid （T2）， and conventional fertilization+calcium sulfate+humic acid （T3）. The effects of different fertilization methods on garlic yield， leaf antioxidant capacity， soil enzyme activity， and soil structure， and their effects on garlic yield and alkaline soil improvement were studied. The results showed that， on the basis of conventional fertilization， the combination of calcium sulfate and humic acid application（T3）significantly increased the activities of SOD， POD， and CAT in garlic leaves， enhanced soil enzyme activity， and promoted the formation of soil water stable aggregates with a diameter greater than 0.25 mm， with better effects than CK， T1 and T2. The garlic yield of T3 reached 15 620.95 kg·hm-2， an increase in yield of 11.97% compared to CK . In summary， the combination of calcium sulfate and humic acid has a good effect on improving garlic yield and soil quality in the garlic region of Henan province.

Key words： Garlic; Calcium sulfate; Humic acid; Yield; Antioxidant capacity; Soil properties

DOI：10.16861/j.cnki.zggc.202423.0592

收稿日期：2023-09-07；修回日期：2024-01-05

基金项目：农业农村部植物营养与肥料学科群开放基金（APF2015009）；河南省高等学校重点科研项目（22B550021）；河南农业职业学院校级科研团队项目（HNACKT-2023-02）

作者简介：王崇华，男，讲师，主要从事土壤与植物营养方面的研究。E-mail：645320876@qq.com

大蒜为百合科葱属植物，是食药两用且经济价值较高的作物。我国种植面积常年占世界总面积的1/2，而生产了约占世界总产量70%的大蒜产品，现已形成山东、河南、云南及四川的大规模种植基地[1-2]。河南省中牟、杞县、尉氏等地区是大蒜的主产区，常年的连作种植，生产中偏施氮、磷、钾肥料，而不注重中微量元素肥料和有机肥的施用，导致大蒜连作障碍严重，出现了抗逆性弱、易早衰、产量逐年下降的问题。钙质肥料除提供作物必需的中量元素钙之外，还作为一种土壤改良剂来使用，其中在酸性土壤中施用石灰的效果较好，在碱性及偏碱性土壤中施用石膏的效果比较理想。谢志东等[3]研究认为，土壤中施用天然有机钙粉能提高烟叶的产量与产值，其土壤酶活性和土壤结构较对照也有较大提高和改善；已有研究表明，施入外源钙，可增强作物叶片SOD、POD和CAT活性，提高作物抗性，提高作物产量[4-5]。

腐植酸是动植物遗骸经过微生物的分解和转化，积累起来的一类有机物质，既是一种有机肥，同时还是一种有机土壤改良剂，是近年来研究较多的一类有机物质，传统上把腐植酸分为胡敏酸、黄腐酸和棕腐酸，其中黄腐酸在水、酸、碱中都可溶解，黄腐酸的羰基、酚羟基、羧基含量较高。已有研究表明，腐植酸通过刺激植物各器官中蛋白质和酶的合成，增强植物体内过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性，减轻膜脂过氧化程度，增强植物抗性，使植物保持较快生长。另外，腐植酸还具有提高和稳定土壤酶活性、增加水稳性团聚体、提高作物产量的作用[6-8]。

腐植酸和钙质肥料均具有提高作物抗性、改善土壤结构、提高作物产量的作用，在农业上已得到广泛应用，但将钙肥与腐植酸配合在碱性土壤上施用的研究还比较缺乏。笔者以大蒜为材料，以潮土为供试土壤，分析了硫酸钙与腐植酸配合施用对大蒜产量、叶片抗氧化能力、土壤酶活性及土壤团聚体结构的影响，并探讨了二者的作用机制，旨在为硫酸钙和腐植酸的合理施用以及河南省大蒜的优质高产和潮土改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地设在河南省中牟县韩寺镇荣庄村，该区属于北暖温带大陆季风性气候区，平均氣温14.3 ℃，≥10 ℃有效积温为4700～5000 ℃，年降水量630 mm。供试土壤为黄潮土，质地中壤，前茬作物为玉米，田面平整，肥力均匀，排灌方便。供试土壤pH为8.17，土壤有机质含量（w，下同）为13.50 g·kg-1，土壤碱解氮含量为176.83 mg·kg-1，土壤速效磷含量为30.58 mg·kg-1，土壤速效钾含量为218.71 mg·kg-1，土壤交换性钙含量为2.53 g·kg-1。

1.2 材料

供试品种为宋城大蒜，属晚熟品种，以产蒜头为主。供试含钙肥料为硫酸钙（生石膏，CaSO4·2H2O含量≥90%）。腐植酸为一级品（黄腐酸含量≥30%）。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，4个处理，3次重复，小区面积24 m2（4 m×6 m）。处理1（CK）：常规施肥（全量玉米秸秆还田，基施复合肥（15-15-15，总养分含量≥45%）750 kg·hm-2、尿素（总氮含量≥46.4%）150 kg·hm-2，返青期追施复合肥（15-15-15，总养分含量≥45%）450 kg·hm-2，抽薹期追施尿素300 kg·hm-2，蒜头生长期追施尿素300 kg·hm-2）。处理2（T1）：在常规施肥基础上增施硫酸钙。处理3（T2）：在常规施肥基础上增施腐植酸。处理4（T3）：在常规施肥基础上增施硫酸钙+腐植酸。硫酸钙施用量为300 kg·hm-2，腐植酸施用量为45 kg·hm-2，硫酸钙和腐植酸用量均依据已有研究进行施用[9-10]。2021年9月28日播种，行距18 cm，株距14 cm，2022年5月23日收获。

1.4 测定指标与方法

1.4.1    采样及土壤基本理化性质及水稳性团聚体含量的测定    试验后取耕层土样采用人工筛分法测定土壤团聚体组分含量[11]。

1.4.2    大蒜产量性状的测定    每个小区选取连续10株测定大蒜株高、茎粗和蒜头直径。蒜头最大横径即为蒜头直径；大蒜株高、茎粗在抽薹后即进行测定，用直尺测量株高，首先将直尺竖直放置，下部与大蒜植株基部相贴，将叶片竖直拉直，在叶片的最高处直接读数；用游标卡尺测量茎粗，测量位置为倒1叶和倒2叶之间。

收获期每处理选有代表性地段，连续取10株大蒜，风干后测产。

1.4.3    大蒜植株酶活性的测定    于大蒜鳞茎膨大期，每处理选取连续10株，取鳞茎向上第5片叶进行植株叶片酶活性测定；田间采用液氮保存，然后放入超低温冰箱保存。采用NBT还原法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性，采用紫外吸收法测定过氧化氢酶（CAT）活性[13]。

1.4.4    土壤酶活性的测定    分别于大蒜分化期、蒜薹伸长期和鳞茎膨大期采用对角线法，取0～20 cm土层中的根系10个样点，轻轻抖动出根际土壤，混匀风干，过1 mm筛孔，用于测定土壤酶活性。采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶（CAT）活性，采用磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶（ALP）活性，采用靛酚蓝比色法测定脲酶活性[12]。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2003和DPS 7.05软件处理，并用新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对大蒜生长因素和产量的影响

不同处理对大蒜的生长因素和产量的影响见表1。与CK相比，T1的株高、茎粗均显著增加，T2茎粗增加达到显著水平，T3株高、茎粗和蒜头直径增加均达到极显著水平； T1和T2相比，大蒜株高、茎粗、蒜头直径都未达差异显著水平；T3与T1、T2相比，株高和蒜头直径均达差异极显著水平，茎粗差异不显著。说明在常规施肥的基础上，各处理均明显改善了大蒜的生长状况，增施硫酸钙+腐植酸处理对改善大蒜的生长状况效果最佳。与CK相比，T1、T2、T3处理的大蒜分别增产9.19%、2.71%、11.97%，其中T2处理的大蒜产量与CK无显著差异，T1、T3处理的大蒜产量与CK存在显著或极显著差异。T3和T1相比，大蒜产量有所提高，但无显著差异。

2.2 不同处理对大蒜叶片抗氧化能力的影响

SOD、POD、CAT构成了植物体内的酶促防护体系，能有效清除自由基，与作物抗性有密切联系。由图1～3可知，各处理大蒜叶片中SOD、POD、CAT活性差异较大。与CK相比，各处理的SOD活性均极显著增强，T3和T1处理的POD活性极显著增强，T3和T2的CAT活性极显著增强。T3与T1、T2相比，SOD、POD、CAT活性均增强，且差异达到极显著水平。与常规施肥相比，增施硫酸钙能显著提高叶片SOD和POD活性，增施腐植酸肥能显著提高SOD、CAT活性，增施硫酸钙+腐植酸对SOD、POD、CAT活性提高的效果优于增施硫酸钙、增施施腐植酸的处理。

2.3 不同处理对土壤酶活性的影响

过氧化氢酶也称为触酶，广泛存在于土壤中，能促进过氧化氢生成O2和H2O，从而减缓过氧化氢对作物的毒害，其活性与土壤微生物活动和土壤呼吸作用有关，对作物生长和土壤生物学特性具有重要意义。由图4可知，从整个生育期来看，CAT活性表现比较稳定，CK从分化期到成熟期CAT活性略有降低，T1、T2和T3 的CAT活性略有升高；各生育期内比较，除大蒜分化期T1处理与CK相比差异未达显著水平外，其余时期T1、T2和T3的CAT活性均高于CK，且达到差异显著水平或极显著水平。大蒜分化期，T3的CAT活性显著高于T1和T2；大蒜抽薹期，T3的CAT活性显著高于T1，与T2相比，T3的CAT活性有所提高，但未达到显著水平；大蒜成熟期，T1、T2和T3之间CAT活性差异不显著。由此可见，各处理对提高CAT活性都有明显作用，在大蒜分化期，增施硫酸钙+腐植酸处理的作用效果显著，效果优于增施硫酸钙、增施腐殖酸的处理。

土壤磷酸酶可催化磷酸酯类和磷酸酐的水解，将土壤中有机磷水解成可被作物直接吸收的无机磷，对土壤磷的循环有重要作用，其活性的高低直接反映土壤磷素的供应状况。由图5可知，从整个生育期来看，CK土壤磷酸酶活性呈现逐渐升高的趋势，T1、T2和T3均呈现先升高后降低的趋势，在抽薹期磷酸酶活性达到最高。在大蒜分化期，各处理土壤磷酸酶活性为T3＞T1＞T2＞CK，各处理之间差异均达到显著水平；在大蒜抽薹期，与CK相比，T1和T3土壤磷酸酶活性均显著增强，T2处理高于CK，但无显著差异，T1、T2、T3之间无显著差异；在大蒜成熟期，各处理之间的土壤磷酸酶活性无显著差异。说明各处理从大蒜分化期到大蒜抽薹期，都提高或显著提高了土壤磷酸酶活性，但在大蒜成熟期对土壤磷酸酶活性的影响不显著。

土壤脲酶對土壤中氮素的转化起着重要作用，其活性与土壤速效氮含量呈正相关，可以表征土壤的供氮状况。由图6可知，从整个生育期来看，各处理在分化期和抽薹期脲酶活性变化不大，而在成熟期，T1和T3的脲酶活性有所升高，CK和T2的脲酶活性有所降低。大蒜分化期，各处理土壤脲酶活性无显著差异；大蒜抽薹期，与CK相比，T1、T2和T3土壤脲酶活性均有所升高，其中仅T3与CK达到差异显著水平；大蒜成熟期，T2与CK相比，土壤脲酶活性有所提高，但未达到显著水平，T1、T3与CK相比，土壤脲酶活性显著提高。说明各处理在大蒜抽薹期都不同程度提高了土壤脲酶活性，增施硫酸钙+腐植酸肥处理在大蒜成熟期对土壤脲酶活性有显著影响。

2.4 不同处理对土壤水稳性团聚体含量的影响

水稳性团聚体由性质稳定的胶体团聚形成，土壤学上以直径在0.25 mm以上的水稳性团聚体含量判别结构好坏，土壤水稳性团聚体及水稳性大团聚体含量越高，土壤肥力越高。由表2可知，与CK相比，0～20 cm土层中，T2和T3＞0.25 mm水稳性团聚体含量均有显著提高，其中T3达到极显著水平；T3与CK、T1相比，0.25～1 mm水稳性团聚体含量显著提高；1～2 mm水稳性团聚体含量各处理无显著差异；T3与CK 相比，2～5 mm水稳性团聚体含量显著提高。可见，增施硫酸钙+腐植酸肥的处理对2～5 mm、0.25～1 mm土壤水稳性团聚体具有显著促进作用，是促进＞0.25 mm水稳性团聚体形成的主要原因。

3 讨论与结论

已有研究表明[14-17]，Ca-CAM复合体能影响微管的解聚，充足的钙素可促进纺锤体的增长，从而影响细胞分裂；适量浓度的钙素对细胞壁有酸化作用，使pH下降，从而使细胞壁松弛而促进细胞伸长。在土壤钙素供应充足的情况下，腐植酸具有一定的螯合作用，与钙形成可溶性螯合物，使土壤中可溶性钙含量增加，从而促进了大蒜对钙素的吸收，腐植酸本身也具有增强根系活力、促进作物生长的作用，也可能是产量提高的原因之一[18]。本试验条件下，与CK相比，T1、T2、T3处理大蒜株高、茎粗、蒜头直径和产量均有所提高，T1处理显著增加了大蒜株高、茎粗和产量，增产率为9.19%；T2处理显著增加了大蒜茎粗，大蒜产量有所增加；T3处理极显著增加了大蒜株高、茎粗、蒜头直径和产量，增产率为11.97%。可见，增施硫酸钙+腐植酸肥处理对大蒜增产效果最佳。

笔者研究了大蒜成熟期不同处理对大蒜叶片抗氧化能力的影响，结果表明，与CK相比，T1能极显著提高叶片SOD和POD活性，T2能极显著提高SOD、CAT活性，T3对SOD、POD、CAT活性提高的效果优于T1和T2，与CK存在极显著差异。这可能是因为钙能把生物膜表面的磷酸盐、磷酸酯与蛋白质的羧基桥接，从而达到稳定细胞膜的作用，产生自由基的脂氧合酶的底物不饱和脂肪酸氢过氧化物也会减少，另外，强光下多种胁迫可破坏活性氧清除系统，从而破坏光系统Ⅱ反应中心，而施钙可增强植物对多种胁迫的抗性，也可能是抗氧化酶类活性增强的原因；腐植酸所带电性以负电荷为主，在碱性土壤中，减少了H+与金属离子竞争吸附位，增强了吸附土壤中的Ca2+能力，Ca2+一旦被吸附后，就能避免随水流失，且随时能被根系附近H+或其他阳离子交换出来，供作物吸收，仍不失有效性[19-21]。

土壤酶来自土壤微生物、动物和植物残体，土壤中一切物理化学反应都是在酶的参与下进行的，土壤酶活性反映了土壤中生物化学过程的强度和方向，是土壤的本质属性之一。刘淑英[22]研究认为，常规施肥+秸秆还田+过磷酸钙可显著提高土壤中的酶活性；周俊国等[23]研究认为，施用鸡粪能提高土壤中脲酶和碱性磷酸酶活性，而鸡粪中含有大量钙素。本试验结果表明，与CK相比，T1、T2和T3处理对增强过氧化氢酶活性都有明显作用，在大蒜分化期，T3的作用更加明显，优于T1和T2；T1、T2和T3在大蒜分化期，都显著提高了土壤磷酸酶活性，T1和T3在大蒜抽薹期显著提高了土壤磷酸酶活性；T3在大蒜抽薹期显著提高了土壤脲酶活性，且在大蒜成熟期对土壤脲酶活性的影响仍十分显著。这可能是由于碱性土壤施用硫酸钙，降低了土壤pH，有利于土壤微生物的活动，从而增强了土壤酶活性，而腐植酸也具有酸性，能对碱性土壤起到一定的缓冲作用，使土壤更接近于酶促反应最适pH，影响酶活性中心的空间构象，从而提高了酶活性；另外，腐植酸是一种深色物质，深色土壤吸热快，土温相对较高，有利于土壤中微生物生长，从而提高了土壤酶活性[24-26]。

本研究结果表明，T3对＞0.25 mm土壤水稳性团聚体形成具有显著促进作用。腐植酸属于腐殖物质，在土壤中通过自身的功能基、氢键等以胶膜形式包在矿质土粒外表，且黏结力较强，可促进团粒结构的形成，另外腐植酸本身絮状多孔，在土壤中与黏粒结合，使土壤不易形成硬块，耕性变好；碱性土壤中施用硫酸钙，在土壤湿润时起到黏结作用，把土粒或微凝聚体黏结在一起，干燥脱水后形成土块，但这种由无机物质黏结起来的土块水稳性较差，在水中易分散；腐植酸是一种重要的有机胶结剂，它可通过Ca2+与矿物质形成有机-矿质复合体（-Si-O-Ca-OOC-R-），根本上改变了黏粒的水合性和胀缩性，生成的团粒既有力稳性，又有水稳性[27-32]。

在本试验条件下，在常规施肥的基础上，硫酸钙与腐植酸配合施用，能显著提高叶片抗氧化能力，并增加大蒜产量，增产率达11.97%，同时还能增强土壤酶活性、改良土壤结构，其效果优于单独增施硫酸钙和增施腐殖酸的处理。硫酸钙与腐殖酸配施表现出了良好的当季效果，为大蒜的优质高产和土壤改良提供了理论依据。

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