不同施肥處理對芹菜農(nóng)田土壤理化性狀及產(chǎn)量的影響

仁增草，武 均，彭 敏，宋雪峰，王月勝，蔡立群

（1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070；2元泰豐（包頭）生物科技有限公司，內(nèi)蒙古包頭 014000）

0 引言

甘肅省黃土高原夏季生產(chǎn)的蔬菜俗稱“蘭州高原夏菜”，芹菜是蘭州高原夏菜外銷的主要品種之一，具有祛風(fēng)利濕、清腸利便、潤肺止咳、降低血壓等功效。甘肅定西和蘭州地區(qū)的芹菜主要的栽培模式是大田直播，此外，還有育苗移栽和大棚生產(chǎn)等栽培模式，一般在3月播種，7月下旬或8月上旬陸續(xù)收獲，銷售到南方市場后，能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。目前甘肅定西和蘭州地區(qū)的芹菜種植面積達(dá)6700 hm2，平均每產(chǎn)量達(dá)105～135 t/hm2，收益 18 萬～30 萬元/hm2[1]。然而近年來，連年重茬使芹菜連作障礙問題日趨嚴(yán)重，造成減產(chǎn)甚至絕收，已成為制約高原夏菜芹菜產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要因素。連作障礙使得土壤物理性狀惡化。為了保證芹菜出苗，種植時需要全田鋪砂，在經(jīng)過連年鋪砂種植后，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，保水保肥和抗旱田變成了跑水跑肥易旱田。菜農(nóng)為了追求產(chǎn)量，大量施用化肥，尤其是化學(xué)氮肥，有機(jī)肥施用量很少甚至不施用，使土壤養(yǎng)分比例失調(diào)、土壤環(huán)境惡化，影響高原夏菜芹菜對土壤中氮、磷、鉀及微量元素的吸收[2-3]，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低。同時化學(xué)氮肥的過量施用，使得蔬菜和土壤中硝酸鹽含量不斷提高，給環(huán)境和人類健康構(gòu)成了威脅[4-5]。研究表明，過量施用化肥可導(dǎo)致土壤耕層中營養(yǎng)元素大量流失，會造成有機(jī)質(zhì)含量的下降，微生物數(shù)量和酶活性降低，造成土壤板結(jié)，最終導(dǎo)致土壤肥力整體下降，還會降低化肥的肥效[6]。

已有研究表明，長期配施有機(jī)肥能明顯調(diào)節(jié)土壤碳氮比，提高土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀含量，促進(jìn)微生物代謝和繁育，增加土壤微生物數(shù)量，提高土壤保墑、透氣、保肥性能，從而改善作物根系生長的環(huán)境條件，為作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造良好的土壤生態(tài)環(huán)境[7-8]。長期施用有機(jī)肥還能夠穩(wěn)定土壤pH，防治土壤酸化[9]。適量有機(jī)肥與氮肥配施，可以提高作物產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)效益，保證土壤肥力可持續(xù)發(fā)展[10-11]。房恩翰[12]研究發(fā)現(xiàn)，以有機(jī)肥替代化肥能提高番茄葉片的葉綠素含量和葉片氮素含量，對番茄葉片的生長有一定的促進(jìn)作用，隨著有機(jī)肥施用量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量有明顯的提升；在以甜瓜為試驗對象時，隨著有機(jī)肥量的增加，土壤速效磷的含量也隨之提高；在以茄子為試驗對象時，得出隨著有機(jī)肥替代化肥量的增加土壤容重逐漸降低的結(jié)論，說明增施有機(jī)肥可以增加土壤孔隙度，改善土壤理化性狀，更適合植物生長。有機(jī)肥還能明顯提升農(nóng)作物品質(zhì)，有機(jī)肥替代化肥可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)肥替代化肥處理后土壤速效鉀含量高于其他處理，增施有機(jī)肥可以增加3種蔬菜的產(chǎn)量。

有機(jī)肥料作為有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體，不但可以提供農(nóng)作物所需的各種養(yǎng)分，還可以有效改善農(nóng)作物土壤環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分含量，對農(nóng)作物品質(zhì)、產(chǎn)量以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本起到重要作用[13-16]。且不合理施用化肥已成為目前中國農(nóng)業(yè)面源污染最主要的原因之一[17]，在保證作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)上減少化肥施用量是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢[18]。本研究根據(jù)芹菜生長發(fā)育和養(yǎng)分需求規(guī)律，以‘文圖拉’芹菜為供試作物，田間試驗研究有機(jī)肥施用對芹菜產(chǎn)量及土壤理化性狀的影響，以期為該區(qū)芹菜高產(chǎn)高效和土壤培肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗布設(shè)于甘肅省蘭州市永登縣龍泉寺鎮(zhèn)瑞芝村(36°51′N，103°38′E)，該區(qū)位于青藏高原東北部與黃土高原西部過渡地帶，為甘肅省重要的高原夏菜種植基地。試區(qū)年均降雨量293 mm，年均氣溫7℃，平均海拔1900 m，年日照2570 h，全年無霜期143天，年平均風(fēng)速1.0 m/s，屬大陸性季風(fēng)氣候。試區(qū)農(nóng)田土壤為典型的灰鈣土，質(zhì)地疏松，熟化程度高。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地采取一年兩季種植模式，菠菜、芹菜輪作措施，當(dāng)季前茬作物為菠菜，二茬作物為芹菜。共設(shè)3個處理，具體處理方式見表1，共計3個小區(qū)，小區(qū)面積360 m2(30 m×12 m)。供試芹菜品種為‘文圖拉’。芹菜于2019、2020年6月下旬定植，9月下旬收獲，芹菜株距為0.20 m，行距為0.15 m，種植密度為330570株/hm2。各處理均施純 N 450 kg/hm2，純 P2O5300 kg/hm2，純K2O 600 kg/hm2。

表1 處理方法描述

1.3 測定項目和方法

土壤容重、孔隙度采用環(huán)刀法，作物收獲后，對0～5、5～10、10～30 cm 3個土層的土壤容重進(jìn)行測定。土壤飽和導(dǎo)水率采用圓盤滲透儀法。pH采用pH計(Sartorius PB-10)測定（水土比為2.5:1）。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法。土壤全氮采用凱氏定氮法。土壤全磷采用堿熔融后分別采用鉬銻抗比色法和火焰光度計法測定。土壤堿解氮采用堿擴(kuò)散法。土壤速效磷采用NaHCO3-鉬銻抗比色法。速效鉀采用NH4OAc-火焰光度計法[19]。2019、2020年9月下旬芹菜收獲時，每個處理小區(qū)單獨測定產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

文中數(shù)據(jù)、圖表采用Excel 2016處理，采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，顯著性差異分析采用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對芹菜地上產(chǎn)量的影響

由表2可知，2019和2020年的芹菜地上產(chǎn)量均以YTF1/2處理最高。2019年，YTF1/2處理較T和YTF處理分別提升地上產(chǎn)量2.65%和22.83%；2020年，YTF1/2處理較T和YTF處理分別提升地上產(chǎn)量25%和13.64%。

表2 不同施肥處理對芹菜地上產(chǎn)量的影響

2.2 不同施肥處理對芹菜農(nóng)田土壤理化性狀的影響

2.2.1 土壤物理性狀 由表3可知，2019年，YTF1/2處理和YTF處理較T處理分別顯著降低土壤容重4.9%和13.16%，亦可分別顯著提升土壤孔隙度4.17%和10.72%；2020年，YTF1/2處理和YTF處理較T處理分別顯著降低土壤容重5.98%和10.71%，亦可分別顯著提升土壤孔隙度5.22%和8.23%。

表3 不同施肥處理對芹菜農(nóng)田土壤物理性狀的影響

2.2.2 土壤飽和導(dǎo)水率 由圖1可知，2019年芹菜收獲后，YTF處理較T和YTF1/2處理耕層土壤飽和導(dǎo)水率顯著提升20.73%和10.56%；2020年芹菜收獲后，YTF處理較T和YTF1/2處理耕層土壤飽和導(dǎo)水率顯著提升17.76%和10.43%。

圖1 不同施肥處理對芹菜農(nóng)田土壤飽和導(dǎo)水率的影響

2.3 不同施肥處理對芹菜農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的影響

由表4可知，2019年各處理間土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮含量差異均未達(dá)到顯著水平。施用有機(jī)肥可提升土壤有機(jī)質(zhì)，但對全量氮磷無提升效果，各處理間土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量差異均達(dá)到顯著水平。YTF1/2處理較T和YTF處理可顯著提升堿解氮、有效磷含量15.80%、19.60%和29.95%、43.00%。T處理速效鉀含量顯著高于YTF、YTF1/2處理11.40%、21.40%。2020年各處理間土壤pH差異均未達(dá)到顯著水平。施用有機(jī)肥可提升土壤有機(jī)質(zhì)，但對全量磷無提升效果，YTF1/2處理全氮含量最高，各處理間土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量差異均達(dá)到顯著水平。YTF1/2處理較T和YTF處理可顯著提升堿解氮、有效磷含量16.18%、12.91%和31.13%、35.46%。T處理速效鉀含量顯著高于YTF、YTF1/2處理11.34%、21.30%。

表4 不同施肥處理對芹菜農(nóng)田土壤養(yǎng)分的影響

2.4 相關(guān)性分析

圖2相關(guān)分析表明，芹菜地上產(chǎn)量與堿解氮極顯著正相關(guān)，與其他土壤指標(biāo)均未達(dá)到顯著水平。

圖2 芹菜地上產(chǎn)量與土壤指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系

3 結(jié)論

3種施肥處理中有機(jī)肥配施化肥、全量有機(jī)肥均可不同程度改善農(nóng)田土壤的理化性質(zhì)。有機(jī)肥配施化肥對芹菜增產(chǎn)效果最優(yōu)，全量有機(jī)肥處理對土壤物理性狀改良效果最好，全量有機(jī)肥處理對土壤有機(jī)質(zhì)提升效果最優(yōu)，對全量氮磷無明顯提升效果，而速效養(yǎng)分對有機(jī)肥配施化肥響應(yīng)最強。總體來看，有機(jī)肥配施化肥效果最優(yōu)。

4 討論

（1）已有研究表明，有機(jī)肥替代能提高作物產(chǎn)量[20]。在本研究中，2019年和2020年的芹菜地上產(chǎn)量均是YTF1/2處理最高，這與王昌全等[21]的研究結(jié)論一致，有機(jī)肥能改善芹菜的外觀形態(tài)和生理活性，從而提高芹菜的產(chǎn)量和改善其品質(zhì)。

（2）土壤容重可以反映土壤孔隙數(shù)量和土壤顆粒結(jié)構(gòu)等組合特征，土壤容重越小，土壤緊實度越低，土壤孔隙越多。本研究中，YTF1/2處理和YTF處理均能降低土壤容重，顯著增加土壤孔隙度，且YTF處理下效果顯著。這與匡崇婷[22]的研究結(jié)論相似，有機(jī)肥培肥處理后土壤容重有所降低。王憲玲等[23]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)肥配施相比不施肥、單施化肥在不同土層的土壤容重均為最小，有機(jī)無機(jī)肥配施土壤的飽和導(dǎo)水率有明顯提升。這主要是因為有機(jī)肥含有大量土壤微生物活動所需的養(yǎng)分，施入土壤后可使土壤中微生物數(shù)目種類增多，土壤微生物活動可以疏松土壤，增加土壤通氣透水性，使其容重減小，孔隙度增大。有研究者指出，從長遠(yuǎn)來看，有機(jī)無機(jī)肥料聯(lián)合施用能夠使土壤的肥力明顯提高，理化性質(zhì)不斷得到改善，進(jìn)而促進(jìn)土壤中微生物的繁殖與生長，使根系發(fā)育健壯[24-25]。

（3）本研究中，隨著有機(jī)肥施用量的增加，全量氮磷和速效鉀含量總體呈下降趨勢，堿解氮和有效磷在YTF1/2處理時含量最高，這可能與添加有機(jī)肥對解磷菌的活性和數(shù)量的提升有促進(jìn)作用有關(guān)。楊忠贊等[26]研究表明，有機(jī)肥替代能提高土壤速效鉀和全氮含量，與單施化肥相比，提升土壤全磷效果不明顯?？锍珂肹22]的試驗結(jié)果表明，持續(xù)有機(jī)肥培肥后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量有提高。而本研究中各處理下芹菜農(nóng)田土壤pH、全氮、全磷之間差異未達(dá)到顯著水平，這可能與試驗?zāi)晗掭^短，外源有機(jī)物料輸入對土壤養(yǎng)分改善效果未體現(xiàn)有關(guān)，還需要進(jìn)一步研究。