黃瓜秸稈原位還田施用不同菌劑對土壤理化性質(zhì)、黃瓜生長及產(chǎn)量的影響

摘 要：采用田間試驗(yàn)方式，研究黃瓜秸稈不還田、秸稈還田不加菌劑（秸稈）及使用不同菌劑（菌劑1：枯草芽孢桿菌、貝萊斯芽孢桿菌、黑曲霉和東方木霉復(fù)合顆粒菌劑；菌劑2：膠凍芽孢菌、沼澤紅假單胞菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢菌和寡雄菌復(fù)合水劑）對薄膜連棟溫室黃瓜土壤理化性質(zhì)及植株生長和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與對照（黃瓜秸稈不還田且不加菌劑）相比，各處理的土壤速效養(yǎng)分含量、土壤酶活性、黃瓜產(chǎn)量均有所提高，菌劑2處理增產(chǎn)19.00%，秸稈還田處理增產(chǎn)18.65%，而菌劑1處理與對照相比，產(chǎn)量略有提高。以上結(jié)果表明，黃瓜秸稈還田改良效果表現(xiàn)為菌劑2>秸稈>菌劑1>對照（CK）。綜上，黃瓜秸稈廢棄資源利用可提高土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量，增強(qiáng)土壤酶活性，優(yōu)化黃瓜根系生長環(huán)境，從而提高黃瓜產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：黃瓜；秸稈還田；菌劑；植株生長；產(chǎn)量；土壤肥力

中圖分類號(hào)：S642.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2024）09-116-06

Effects of in-situ returning of cucumber straw with different microbial inocula on soil physicochemical properties， cucumber growth and yield

LU Yinghao， SUN Yanjie， SHI Qinghua， REN Zhonghai， CHEN Chunhua

（Shandong Collaborative Innovation Center for High-quality and Efficient Production of Fruits and Vegetables/Key Laboratory of Horticultural Crop Biology and Germplasm Innovation in Huang-Huai-Hai Area， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/College of Horticultural Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Tai’an 271018， Shandong， China）

Abstract： Field experiments were conducted to investigate the effects of not returning cucumber straw to the field， returning straw without microbial inoculum（straw）and the use of two different fungal agents on the physicochemical properties of cucumber soil， plant growth， and yield in a multi-span film greenhouse. Microbial inoculum 1 consisted of Bacillus subtilis， Bacillus cereus， Aspergillus niger， and Trichoderma orientalis， while microbial inoculum 2 comprised Bacillus jelly， Pseudomonas swamp， Bacillus subtilis， Bacillus licheniformis， and pythium oligadrum composite water agent. The results showed that compared to the control group（cucumber straw not returned to the field and no microbial inoculum added）， all treatments led to an increase in soil available nutrient content， soil enzyme activity， and cucumber yield. The yield increased by 19.00% with microbial inoculum 2 treatment and by 18.66% with straw treatment. Although the yield with microbial inoculum 1 treatment was slightly higher， there was no significant difference compared to the control. Therefore， the improvement effect of cucumber straw returning followed the order： microbial inoculum 2 > Straw > microbial inoculum 1 > Control（CK）. In conclusion， the use of cucumber straw waste resources is feasible， which can enhance soil organic matter and available nutrients content， improve soil enzyme activity， optimize the growth environment for cucumber roots， ultimately leading to increased cucumber yield.

Key words： Cucumber; Straw returning; Microbial inoculum; Plant growth; Yield; Soil fertility

收稿日期：2023-11-13；修回日期：2024-01-31

基金項(xiàng)目：聊城市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021LZ04）；冠縣鄉(xiāng)村振興科技合作基金項(xiàng)目（GXJJ2020-06）；山東省蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（SDAIT-05）

作者簡介：盧英昊，男，碩士，主要從事黃瓜生理方面的科學(xué)研究工作。E-mail：18266526032@163.com

黃瓜是設(shè)施栽培中的主要蔬菜之一。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計(jì)，2022年我國黃瓜種植面積為131.15萬hm2，占全世界比重的60.32%，總產(chǎn)量為7 730.73萬t，占全世界比重的81.62%，生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)量均位居世界第一。隨之而來的問題是黃瓜收獲后的秸稈數(shù)量龐大，無論是常規(guī)的焚燒處理還是棄置堆放，往往都會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染，造成資源浪費(fèi)，制約蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，設(shè)施內(nèi)蔬菜連年種植，土壤生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重制約作物的生長發(fā)育。研究表明，秸稈腐熟后能使殘留農(nóng)藥降解，且可以對化感物質(zhì)進(jìn)行分解，是對秸稈進(jìn)行無害化處理的有效方式[1]。另外，秸稈作為農(nóng)作物的生物副產(chǎn)物，即使收獲了農(nóng)產(chǎn)品，其中也依然含有豐富的氮、磷、鉀等作物生產(chǎn)所必需的營養(yǎng)元素[2]。利用秸稈還田措施，一方面可改良設(shè)施土壤理化性質(zhì)，另一方面可解決環(huán)境污染問題[3]。

在自然條件下秸稈分解腐化是由環(huán)境中細(xì)菌、真菌等各種微生物導(dǎo)致的，腐化分解緩慢，釋放養(yǎng)分的速度跟不上作物快速生長的需求，且秸稈長時(shí)間殘留在土壤耕層，會(huì)加速地下害蟲孵化，土壤堿化度提高，嚴(yán)重影響后茬作物生長[4]。而秸稈快速腐熟劑作為根據(jù)微生物的營養(yǎng)機(jī)制而制成的復(fù)合菌劑，是一種能加速秸稈等有機(jī)物料分解、腐熟的生物活體制劑，可提高秸稈中的養(yǎng)分釋放和利用效率，且使用成本低、操作簡單，應(yīng)用前景廣闊[5]。因此，秸稈還田中配施菌劑的方法將是目前秸稈還田處理中簡單且高效的方法，找出最適合的菌劑也是目前主要的研究方向。

土壤的pH、EC值、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量等是衡量設(shè)施土壤理化性質(zhì)健康狀態(tài)的重要化學(xué)指標(biāo)[6]。肖健等[7]研究發(fā)現(xiàn)，通過對還田前的秸稈進(jìn)行菌劑處理后施入田中，土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均有所提高，土壤理化性質(zhì)得到改善。在衡量土壤肥力的指標(biāo)中，土壤酶活性起著關(guān)鍵作用[8]。龐荔丹等[9]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可以提高土壤酶活性，優(yōu)化黃瓜根系生長環(huán)境，對土壤肥力也會(huì)有明顯改善，從而使黃瓜植株更健壯，進(jìn)而提高黃瓜產(chǎn)量。宋佳澤等[10]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可以改善土壤肥力和土壤結(jié)構(gòu)，促使黃瓜在各個(gè)生長時(shí)期中的各項(xiàng)生理指標(biāo)都有所提高，促進(jìn)黃瓜的生長發(fā)育，進(jìn)而使黃瓜產(chǎn)量得到提高。性狀良好的設(shè)施土壤能夠?yàn)辄S瓜提供優(yōu)良生長環(huán)境，提高根系活力，間接影響黃瓜的葉面積、莖粗、株高等生長指標(biāo)，保持土壤良好的酶環(huán)境，也能為作物的后期生長提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，對黃瓜的生長發(fā)育起到積極促進(jìn)作用[11]。

目前，有關(guān)黃瓜秸稈直接還田對黃瓜產(chǎn)量、生長狀況及土壤肥力等方面影響的研究鮮見報(bào)道。筆者以黃瓜為研究對象，施加秸稈及其配施不同菌劑處理，以黃瓜秸稈不還田不施加菌劑為CK，分析其對黃瓜產(chǎn)量、生長狀況和土壤肥力的影響，以期研究黃瓜秸稈直接還田的可行性，為促進(jìn)蔬菜秸稈廢棄資源利用和設(shè)施蔬菜的可持續(xù)生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2022年7月至2023年9月在山東省聊城市山東鑫豐種業(yè)股份有限公司薄膜連棟溫室進(jìn)行，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫13.5 ℃，全年日照2567 h，年均降水量540.4 mm。該試驗(yàn)田常年黃瓜連作。

1.2 材料

供試黃瓜品種為科涵106，屬華北型黃瓜，種子購自山東省聊城市冠縣綠豐源蔬菜合作社，所種植嫁接苗由山東鑫豐種業(yè)股份有限公司培育。肥料：氮磷鉀平衡肥[（N + P2O5 + K2O）含量（w，后同） ≥ 20%；（Mn + Zn + B）含量0.5%～3.0%，哈爾濱粒粒強(qiáng)勒作物營養(yǎng)有限公司生產(chǎn)）]，購自山東省聊城市莘縣長海農(nóng)業(yè)科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，共設(shè)4個(gè)處理，分別為黃瓜秸稈不還田不施加菌劑（CK）、黃瓜秸稈原位還田不施加菌劑（秸稈）、黃瓜秸稈原位還田并施加菌劑1（枯草芽孢桿菌、貝萊斯芽孢桿菌、黑曲霉和東方木霉復(fù)合顆粒菌劑，自主研發(fā)）、黃瓜秸稈原位還田并施加菌劑2（膠凍芽孢菌、沼澤紅假單胞菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢菌和寡雄菌復(fù)合水劑，來自山東湛藍(lán)生物有限公司）。各處理均設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)使用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為66.7 m2定植210棵，每小區(qū)間設(shè)寬1 m隔離帶，防止串水串肥。

黃瓜秸稈原位還田方法：將在薄膜連棟溫室種植4個(gè)月拉秧的黃瓜秸稈，利用粉碎機(jī)粉碎成1～2 cm的碎段，然后晾曬風(fēng)干，均勻撒入地里。

菌劑施加方法：

菌劑1：菌劑50 g，加1 kg紅糖，對水10 kg靜置24 h制成腐熟液，每667 m2地用腐熟液5 kg，均勻潑灑；

菌劑2：菌劑1 kg，加1 kg紅糖，對水4 kg靜置24 h制成腐熟液，每667 m2地用腐熟液5 kg，均勻潑灑。

在黃瓜秸稈原位還田并施用菌劑后，高溫悶棚20 d，于2022年7月13日種植黃瓜種苗，種植方式與當(dāng)?shù)亓?xí)慣保持一致，大壟雙行，壟寬70 cm，壟上種植2行，行距為60 cm，壟間行距為120 cm，株距為35 cm。各處理只在苗期沖施氮、磷、鉀復(fù)合肥10 kg·667 m-2。其他管理按生產(chǎn)上常規(guī)進(jìn)行。

1.3.2 土壤樣品采集 以五點(diǎn)采樣法采集土壤樣品，在結(jié)果末期（2022年9月26日）于壟上2株黃瓜正中位置采集0～20 cm耕層土壤用于土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的測定。

1.3.3 測定指標(biāo)及方法 植物生長狀況測定：隨機(jī)選擇30株黃瓜植株，統(tǒng)計(jì)其單株的葉片數(shù)；使用游標(biāo)卡尺測量莖粗（單位mm，地面以上第2個(gè)節(jié)位），使用卷尺測量株高（單位cm，距離為地面到植株生長點(diǎn)）；選取頂部第2片完全展開的功能葉，在上午9：00-10：00，測量葉綠素相對含量（SPAD）。

土壤理化性質(zhì)測定：參考鮑士旦[12]的方法，采用電極法測定pH（水土質(zhì)量比為1∶2.5）；采用電導(dǎo)儀測量EC值；采用重鉻酸鉀外加熱法測定有機(jī)質(zhì)含量；采用堿解擴(kuò)散法測定堿解氮含量；采用鉬銻抗比色法測定速效磷含量；采用火焰光度計(jì)法測定速效鉀含量。采用苯酚鈉比色法測定土壤脲酶活性；采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性；采用硝基水楊酸法測定蔗糖酶活性。

產(chǎn)量測定：果實(shí)成熟后開始采摘，分小區(qū)分批次記錄，稱質(zhì)量獲得各小區(qū)產(chǎn)量，共測20 d。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖；采用DPS 9.01對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菌劑處理進(jìn)行黃瓜秸稈原位還田對土壤酶活性的影響

由表1可知，土壤過氧化氫酶活性在不同處理間沒有顯著性差異。不同菌劑處理下土壤脲酶活性差異不顯著，菌劑2略高于菌劑1，且均顯著高于CK和只添加秸稈的處理，而CK與只添加秸稈處理之間無顯著差異。不同菌劑處理下，土壤蔗糖酶活性差異不顯著，菌劑2略高于菌劑1，且均顯著高于CK和只添加秸稈的處理，只添加秸稈處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于CK。以上結(jié)果表明，不同菌劑處理對土壤酶活性無負(fù)面作用，均可以不同程度地提升土壤脲酶和蔗糖酶活性。

2.2 不同菌劑處理進(jìn)行黃瓜秸稈原位還田對土壤理化性質(zhì)的影響

由表2可知，使用菌劑與不使用菌劑進(jìn)行秸稈還田的處理之間比較，土壤pH值存在顯著差異。CK和各菌劑處理的土壤pH值均顯著高于只添加秸稈的處理，菌劑1處理與CK相比土壤pH值顯著下降，而菌劑2則與CK相比無顯著差異。菌劑處理土壤EC值與CK差異顯著，菌劑2處理土壤EC值與秸稈處理差異顯著，而秸稈處理土壤EC值與CK差異不顯著，菌劑1處理土壤EC值與秸稈處理差異不顯著，不同菌劑處理間土壤EC值差異不顯著。只添加秸稈處理和各菌劑處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK，且菌劑2的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于菌劑1。與CK相比，只添加秸稈處理和兩種菌劑處理均可提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量，其變化趨勢與土壤EC值變化趨勢一致。以上結(jié)果表明，與CK相比，不添加菌劑進(jìn)行黃瓜秸稈原位還田會(huì)使土壤pH值顯著降低，不同菌劑的添加則會(huì)使土壤pH值出現(xiàn)不同程度的回升。另外，與CK相比，施用2種菌劑進(jìn)行黃瓜秸稈還田均可顯著提高土壤EC值、有機(jī)質(zhì)含量及速效養(yǎng)分含量，且菌劑2對土壤理化性質(zhì)的改良效果要優(yōu)于菌劑1。

2.3 不同菌劑處理進(jìn)行黃瓜秸稈原位還田對黃瓜生長指標(biāo)的影響

由表3可知，秸稈還田添加不同菌劑處理間黃瓜莖粗、葉片數(shù)和葉綠素相對含量均無顯著差異，但株高差異顯著。其中，以使用菌劑2處理的黃瓜植株最矮，比CK減少了14.62%，且不同菌劑處理黃瓜植株的莖粗、葉片數(shù)和葉綠素相對含量均低于CK。以上結(jié)果說明，菌劑的施加抑制了黃瓜的營養(yǎng)生長。

2.4 不同菌劑處理進(jìn)行黃瓜秸稈原位還田對黃瓜產(chǎn)量的影響

由表4可以看出，使用菌劑處理黃瓜直徑顯著大于CK，只添加秸稈處理黃瓜直徑與CK、菌劑1處理均無顯著差異，兩種菌劑處理間黃瓜直徑無顯著差異；僅菌劑2處理黃瓜瓜長與CK差異顯著，其他處理間瓜長無顯著差異；兩種菌劑處理單瓜質(zhì)量與CK差異顯著，其他處理間差異不顯著。與CK相比，秸稈處理增產(chǎn)18.65%，菌劑2處理顯著增產(chǎn)19.00%，而菌劑1處理與CK相比差異不顯著。以上結(jié)果表明，利用適宜的菌劑處理進(jìn)行秸稈還田可以獲得較高的產(chǎn)量。

3 討論與結(jié)論

秸稈還田可以改善土壤理化性質(zhì)[13]，調(diào)節(jié)土壤pH值，使酸性土壤pH值升高，堿性土壤pH值降低。筆者在研究中發(fā)現(xiàn)，秸稈處理的土壤pH值與空白CK相比顯著降低，這和郝中宇等[14]的研究結(jié)果一致。而菌劑1處理和菌劑2處理的土壤pH值回升到與空白CK相近的水平，可能是因?yàn)榫鷦┩ㄟ^補(bǔ)充土壤磷、鉀含量來調(diào)節(jié)土壤pH值為弱堿性[15]。

李辛等[16]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量。秸稈中含有豐富的氮、磷、鉀等作物生產(chǎn)所必需的營養(yǎng)元素[2]，合適的菌劑會(huì)加速其分解成速效養(yǎng)分[17]，筆者的研究結(jié)果與其相符。秸稈還田后施加菌劑會(huì)使土壤有機(jī)質(zhì)含量升高[18]。筆者的研究表明，菌劑1處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量低于秸稈處理，可能是因?yàn)榫鷦?對秸稈的分解效果不好。

張思雨[19]研究表明，有機(jī)質(zhì)和菌劑的施加會(huì)改變土壤EC值。筆者的研究結(jié)果顯示，與CK相比，秸稈還田處理后土壤EC值大幅增長，其趨勢和速效氮、磷、鉀含量的趨勢一致，說明在秸稈還田后土壤中的速效氮、磷、鉀大幅升高，帶動(dòng)土壤EC值增高。

土壤酶是土壤的重要組成部分，在一定程度上可反映土壤肥力狀況。其中，土壤脲酶活性可表征微生物代謝氮素的能力，反映土壤微生物活力[20]；蔗糖酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量緊密相關(guān)，能表征土壤肥力狀況[21]。筆者的研究結(jié)果表明，與CK相比，添加不同菌劑進(jìn)行秸稈還田后土壤脲酶和蔗糖酶活性均顯著提高，表明土壤肥力狀況得到顯著改善。過氧化氫酶是過氧化物酶體的標(biāo)志酶，約占過氧化物酶總量的40%，且?guī)缀趺恳环N生物體中都含有該物質(zhì)[22]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，各處理之間過氧化氫酶活性無顯著差異，這與劉芳等[23]的研究結(jié)果一致。

楊小玲等[24]研究結(jié)果顯示，良好的土壤理化性質(zhì)會(huì)提高黃瓜的各項(xiàng)生長指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，不同菌劑處理下進(jìn)行秸稈還田處理，菌劑2處理的黃瓜植株最矮，比空白CK減少了14.62%，差異顯著；且不同菌劑處理進(jìn)行黃瓜秸稈還田雖對黃瓜莖粗、葉片數(shù)和葉綠素相對含量無顯著影響，但與空白CK相比也有不同程度下降?？赡苁且?yàn)闇y量株高時(shí)，黃瓜已到初花期開始坐果[25]，而不同菌劑處理的黃瓜收獲期要比秸稈處理和空白CK早3～4 d，所以不同菌劑處理的植株較矮可能是由于生殖生長抑制了營養(yǎng)生長[26]。

本研究結(jié)果表明，菌劑處理與空白CK相比，黃瓜直徑和單瓜質(zhì)量均顯著增加。前人研究表明，秸稈還田對黃瓜產(chǎn)量的提升效果取決于土壤地力水平[27]，良好的土壤地力條件不僅能增加黃瓜的短期收獲量，還能延長黃瓜的收獲期[28]，而菌劑2處理與秸稈處理之間、菌劑1處理與空白CK之間在收獲期的短時(shí)間產(chǎn)量雖差異不大，但不同菌劑處理的黃瓜收獲期要比秸稈處理和空白CK長，即菌劑2處理下進(jìn)行秸稈還田的黃瓜總產(chǎn)量會(huì)高于其他處理。另外，筆者研究發(fā)現(xiàn)，所有黃瓜秸稈原位還田處理組的黃瓜產(chǎn)量與空白CK相比均獲得了不同程度升高，可以證明黃瓜秸稈原位還田可以使黃瓜產(chǎn)量升高，而菌劑1處理的黃瓜產(chǎn)量明顯低于秸稈處理和菌劑2處理，可能是因?yàn)榫鷦?內(nèi)部菌株的大量繁殖，抑制了土壤中原有的優(yōu)勢菌群，破壞了原有的土壤生態(tài)群落平衡，反而降低了根系生物量，影響了黃瓜產(chǎn)量[29]。再結(jié)合菌劑2處理的產(chǎn)量高于其他處理這一結(jié)果，可以證明黃瓜產(chǎn)量是受到黃瓜秸稈原位還田和菌劑共同作用的，合適的菌劑和秸稈相輔相成，共同促進(jìn)黃瓜產(chǎn)量的增長。

綜上所述，黃瓜秸稈原位還田配施菌劑2表現(xiàn)最佳。研究結(jié)果證明了黃瓜秸稈原位還田方案的可行性，為促進(jìn)蔬菜秸稈廢棄資源利用和設(shè)施蔬菜的可持續(xù)生產(chǎn)提供了參考依據(jù)。

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