不同園藝廢棄物還田對設施西芹土壤養分和酶活性的影響

宗慶姝++楊冬艷++張雪艷++張學忠++田蕾

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.140

摘要：為明確園藝廢棄秸稈利用途徑，將寧夏地區溫室栽培果樹[葡萄（T1）、桃（T2）]、蔬菜[菜用大豆（T3）、黃瓜（T4）]的廢棄殘體以及4種殘體等體積混合 （T5）直接還田，研究不同園藝作物廢棄秸稈還田對設施西芹土壤養分及酶活性的影響。結果表明，在西芹緩苗期，不同園藝廢棄物還田處理均能顯著提高土壤速效養分含量和土壤酶活性，其中以T3還田處理的土壤速效氮、速效磷、速效鉀養分含量最高；至西芹收獲時，T3處理的土壤速效氮、速效磷含量顯著高于其他處理和對照，T2處理的土壤速效鉀含量最高，不同處理土壤酶活性較緩苗期大幅下降，但均略高于對照；T2的西芹產量顯著高于對照13%，其他處理與對照差異不顯著。說明園藝廢棄物直接還田能夠增加設施土壤速效養分，提高土壤酶活性，桃樹枝條秸稈還田能夠增加西芹產量。

關鍵詞：園藝廢棄物還田；設施西芹土壤；養分；土壤酶活性

中圖分類號： S636.304文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0487-04

收稿日期：2015-08-23

基金項目：國家自然科學基金（編號：31460531）；寧夏農業科學院科技創新先導資金（編號：NKYG-13-03）；寧夏農業綜合開發土地治理科技推廣項目（編號：NTKJ-2014）。

作者簡介：宗慶姝（1991—），女，山東濟寧人，碩士研究生，從事設施蔬菜高效栽培研究。E-mail：zongqingshu@sina.com。

通信作者：楊冬艷，副研究員，從事設施蔬菜栽培與生理研究。E-mail：yangdongyun2000@163.com。我國設施農業發展迅猛，目前全國已達380 hm2，由于園藝產業集約化生產而產生的作物殘體也急劇加速，已成為僅次于水稻、玉米、小麥作物秸稈的第四大農作物秸稈[1]。然而，由于傳統利用觀念與經濟條件等因素的制約，農業生產中97%的秸稈被焚燒和遺棄，既造成了資源浪費，又污染了環境，如何資源化利用廢棄資源、減少環境污染成為可持續農業面臨的重要問題[2-3]。

作物殘體是豐富的農業資源，將秸稈粉碎后還田，通過土壤中微生物活動腐爛分解，增加土壤肥力。張學林等研究發現，秸稈還田后，土壤表層（0～10 cm）的無機氮和速效磷含量顯著增加，且速效磷含量與玉米穗數、玉米產量呈正相關，說明秸稈還田后為土壤補充了大量的速效磷含量[4]。李月華等研究表明，連續秸稈還田能夠顯著增加土壤中速效鉀含量，且秸稈還田量越大，鉀含量越高[5-6]。季立聲等研究證實，秸稈還田后能夠給土壤酶提供大量的作用底物，從而提高土壤酶的活性[7]。金海洋等研究也表明，秸稈還田后土壤脲酶、轉化酶和纖維素酶活性升高[8]。變廢為寶，將秸稈粉碎，更有利于秸稈的腐解。近年來，許多研究發現園藝廢棄物具有大量的有機質，其直接還田可使得土壤表層碳源和肥力條件有所改善，促進微生物在田間表面的大量富集，并不斷分解秸稈釋放養分，從而使得土壤在作物生長期有較高的肥力供給[9-10]。目前，針對園藝廢棄物還田的報道主要圍繞混合殘體還田后對土壤養分、微生物群落的影響，而系統研究幾種主要特定單一園藝廢棄物還田后，分別對土壤養分、酶活性影響的研究鮮有報道。

桃、葡萄、黃瓜、菜用大豆分別是寧夏溫室的主栽作物，桃為喬本作物，葡萄為藤本作物，黃瓜、菜用大豆為草本植物，其廢棄殘體多丟棄。西芹是寧夏主栽葉菜作物之一。本研究以設施園藝西芹土壤為材料，研究桃樹枝條、葡萄枝條、菜用大豆植株、黃瓜植株以及4種殘體等體積混合還田對土壤pH值、EC值、土壤酶活性、土壤養分以及西芹產量的影響，探究溫室主栽喬本、藤本、草本作物分別還田后對西芹土壤質量的影響，明確園藝作物還田對設施西芹土壤質量的培肥效果，為園藝廢棄物資源化利用以及設施西芹土壤可持續生產利用提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

本試驗以設施西芹土壤為對象，廢棄物包括剪枝后的桃樹枝條、葡萄枝條、菜用大豆植株、黃瓜植株以及上述4種殘體等體積混合物，廢棄物均在7月露地晾曬，利用秸稈粉碎機粉碎為1～3 cm的碎段，還田前利用百菌清消毒，廢棄物的基本理化特性見表1。

1.2試驗設計

試驗在寧夏銀川市賀蘭園藝產業園日光溫室1號棚內進行，設6個處理，即無廢棄物還田對照（CK）、桃樹枝條還田（T1）、葡萄枝條還田（T2）、菜用大豆植株還田（T3）、黃瓜植株還田（T4）以及4種廢棄物等體積混合還田（T5）。試驗采用盆栽方式，花盆體積（長630 mm、寬210 mm、高180 mm）約為22 L，每個處理為22盆，3次重復，隨機區組排列。每盆裝8 kg土壤，處理還田廢棄物200 g。供試土壤基本理化性質，土壤pH值7.9、全鹽含量2 g/kg、有機質含量 18.5 g/kg、全氮含量 1.21 g/kg、速效氮含量100 mg/kg、速效磷含量 199 mg/kg、速效鉀含量210 mg/kg。2013年9月29日定植西芹，2014年2月28日收獲西芹，不同處理整個生育期統一水肥管理。

1.3土樣采集與分析

分別于2013年10月6日（緩苗期）、2014年2月28日（拉秧期）進行0～20 cm的表土樣采集，為避免每個處理最南面與最北面盆中植株長勢弱于中間而引起的誤差，每個處理取中間10盆的土樣。混勻后的土壤經7 d左右風干后過 1 mm 篩，用于土壤pH值、EC值、土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、纖維素酶活性、土壤速效氮含量、速效磷含量、速效鉀含量的測定。

1.4土壤樣品分析方法

土壤pH值、EC值采用1 ∶5土壤懸液電位計法和電導法測定；土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；土壤纖維素酶活性采用1%羧甲基纖維素鈉浸提、3，5-二硝基水楊酸比色法[11-13]測定；土壤速效氮含量采用半微量凱氏定氮法測定；速效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3（pH值8.5）浸提、鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用1 mol/L中性醋酸銨浸提、火焰光度法[14]測定 。

1.5數據分析

每個處理測定3個平行樣本，每個樣本測量3次，結果取其平均值，數據用SPSS 18.0軟件采用LSD方法進行單因素顯著性分析；采用Excel 2003繪制圖表。

2結果與分析

2.1園藝廢棄物還田對土壤pH值、EC值的影響

從圖1-A可以看出，在西芹緩苗期，除T2處理土壤pH值顯著提高外，其他處理與對照差異不顯著；到拉秧期，還田處理均顯著增加了土壤pH值，處理間則差異不顯著。

從圖1-B可以看出，在緩苗期，與對照比較，不同處理均顯著提高土壤EC值，T3處理EC值最高，顯著高于T1、T2、T4、T5處理。在拉秧期，不同廢棄物還田處理均顯著提高土壤EC值，T3處理提高127%，最為顯著。

2.2園藝廢棄物還田對土壤速效養分含量的影響

從圖2-A可以看出，在西芹緩苗期，不同園藝廢棄物還田處理均顯著提高土壤速效氮含量，T3處理提高111%，顯著高于其他處理，T2、T5處理次之，分別提高59%、55%；在拉秧期，T3處理土壤速效氮含量較對照提高97%，T5處理提高33%次之，其他還田處理則與CK差異不顯著；拉秧期不同處理速效氮含量明顯低于西芹緩苗期。

從圖2-B可以看出，在西芹緩苗期，不同還田處理顯著增加了土壤速效磷含量，且T3處理速效磷含量提高260%，最為顯著，T5處理提高78%，次之；在拉秧期，T1、T2、T3、T5處理相對CK顯著增加了土壤速效磷含量，T3處理提高370%，仍顯著高于其他處理，T5處理提高275%，次之，T4處理速效磷含量與CK差異不顯著。

從圖2-C可以看出，西芹拉秧期土壤速效鉀含量高于緩苗期土壤速效鉀含量。在緩苗期，不同園藝廢棄物還田處理均顯著增加了土壤速效鉀含量，T3處理速效鉀含量最高，與對照相比提高158%；在拉秧期，不同還田處理均顯著增加了土壤速效鉀含量，T4處理速效鉀含量在不同還田處理中最低，T2處理土壤速效鉀含量在不同還田處理中最高，與對照

相比提高64%。

2.3園藝廢棄物還田對土壤酶活性的影響

從圖3-A可以看出，西芹緩苗期不同處理脲酶活性明顯高于拉秧期。在緩苗期，除T1處理處，其他不同廢棄物還田處理相對CK均顯著增強了土壤脲酶活性，T3處理土壤脲酶活性提高80.5%，在不同還田處理中最高，其他還田處理間差異不顯著；在拉秧期，T5處理土壤脲酶活性顯著高于CK，其他處理與CK間差異不顯著。

從圖3-B可以看出，西芹緩苗期不同處理蔗糖酶活性高于拉秧期蔗糖酶活性。在緩苗期，T3處理與對照差異不顯著，其他不同處理均相對CK顯著增強了土壤蔗糖酶活性，T1、T2、T4、T5處理，分別增加42%、35%、41%、44%；拉秧期，不同廢棄物還田處理均相對CK增強了土壤蔗糖酶活性，T1、T2、T5處理增加效果最顯著，分別增加了18.0%、175%、16.0%。

從圖3-C可以看出，西芹緩苗期不同處理纖維素酶活性高于拉秧期纖維素酶活性。在緩苗期，各廢棄物還田處理土壤纖維素酶活性均相對CK顯著增強，T1處理增強效果最顯著，提高97%；在拉秧期，T1、T2、T5處理相對CK顯著增強了土壤纖維素酶活性，T1、T2處理增強效果最顯著，分別增強了9%、8%，而T3、T4處理則與CK差異不顯著。

2.4園藝廢棄物還田對西芹產量的影響

通過產量分析得出，不同廢棄物還田對西芹產量有明顯差異，與CK相比T2處理顯著提高西芹產量13%；其他還田處理與CK無顯著差異，折合單位面積產量，不同處理產量高低順序為T2>T5>T1=T4>T3（圖4）。

2.5土壤養分與土壤EC值、pH值和土壤酶活性間的相關性

將土壤養分含量、EC值、pH值、土壤酶活性、西芹產量進行相關關系分析得出，土壤pH值與土壤速效氮含量、蔗糖酶活性、脲酶活性、纖維素酶活性間呈極顯著負相關，與速效鉀含量呈極顯著正相關；土壤EC值與速效氮含量、速效磷含量、脲酶活性呈極顯著正相關；土壤速效氮含量與蔗糖酶活性、脲酶活性、纖維素酶活性呈極顯著正相關；速效磷含量與速效鉀含量呈顯著正相關；速效鉀含量與蔗糖酶活性呈顯著負相關；蔗糖酶活性與脲酶活性和纖維素酶活性呈極顯著正相關；西芹產量與速效鉀含量、蔗糖酶活性、纖維素酶活性呈極顯著正相關（表2）。

3結論與討論

蔬菜廢棄物具有高含水量和高營養成分的特征[15]，作物殘體還田具有成本低、省勞力、肥源廣、可就地取材等優點，是

土壤有機培肥的主要措施之一[16] 。

本研究結果表明，桃樹枝條、葡萄枝條、黃瓜植株以及上述廢棄物與菜用大豆植株等體積混合還田處理顯著增加西芹緩苗期土壤pH值，說明蔬菜殘體具有調節pH值的作用，曾詠梅等研究表明，鮮樣廢棄物直接還田能夠顯著提高土壤pH值，對解決設施土壤酸化具有重要意義。不同園藝廢棄物還田處理相對CK均顯著增加了土壤EC值，可能是與CK相同水肥管理時，園藝廢棄物由于殘體自身累積的養分釋放而增加了土壤的EC值。與CK相比，不同還田處理在西芹緩苗期均顯著提高了土壤蔗糖酶、脲酶、纖維素酶活性；在西芹拉秧期，不同園藝廢棄物等體積還田處理顯著增加了蔗糖酶、脲酶和纖維素酶活性，桃樹枝條、葡萄枝條還田處理顯著增加了土壤蔗糖酶或纖維素酶活性，這可能是廢棄物還田后激發土壤中各類微生物大量增殖，從而使得酶活性提高[17] 。在西芹緩苗期，不同園藝廢棄物還田處理均相對CK顯著增加了土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量；菜用大豆植株還田、T5處理顯著增加了土壤速效氮含量，不同還田處理均顯著增加土壤速效鉀含量，除黃瓜植株還田處理外，其他還田處理均顯著增加土壤速效磷含量，這可能與土壤酶驅動著土壤生態系統的物質循環和能量轉化有關，不同還田處理在提高酶活性的同時，促進了土壤氮、磷、鉀養分的提高和積累，本結論與張志剛等研究結果[18-20]一致，研究證明，施用秸稈可顯著增加土壤酶活性；秸稈直接還田可提高土壤速效鉀、速效磷的含量。另外由于廢棄物還田種類不一，秸稈中有機質礦化分解速度和時間不一致，因此不同處理間速效養分含量提高也存在差異。本研究證明，土壤速效養分與土壤酶活性間存在一定的相互關系，且速效氮含量與酶活性存在極顯著相互關系，西芹產量與蔗糖酶活性、纖維素酶活性、速效鉀含量間存在極顯著相互關系，與張志剛等研究結果[18-20]一致。

綜上所述，桃、葡萄、黃瓜植株、菜用大豆植株以及上述殘體等體積混合還田后能不同程度提高土壤中的速效氮、速效磷、速效鉀含量，且T1、T2、T5處理增加酶活性效果顯著，T2處理增產效果顯著。

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