增施生態炭肥對土壤質量及草莓品質的影響

施 琪，魯然英，常德政，劉歡歡，劉 濤，蔣士君

(1.河南省冶金研究所責任有限公司，河南 鄭州 450002；2.河南益禾利科農業科技有限公司，河南 鄭州 450002；3.河南農業大學 植物保護學院，河南 鄭州 450002)

草莓是一種以鮮食為主的高檔水果，營養豐富、味道鮮美、食用方便，深受廣大消費者喜愛。由于草莓經濟效益高，其種植面積在河南省各地不斷擴大，一些地區種植草莓已成為當地農業增效和農民增收的主要途徑。但由于長期連作栽培、化肥農藥的過多投入，草莓生產中出現了土壤質量惡化、草莓產質量下降的問題。科學合理施肥是提高土壤質量、改善草莓品質的重要農業措施，尤其是增施有機肥是其中一種重要的施肥技術，但目前草莓生產中常用的有機肥如雞糞存在腐熟不充分、重金屬超標、激素殘留、肥效利用率低等問題，因此研究替代或部分替代傳統雞糞的新型有機肥具有重要的實踐意義。

生態炭肥是一種以生物質炭為主要原料研制的新型有機肥，具有含有機質豐富、清潔衛生、生態活性高的特點。生物質炭是由農林廢棄物、植物落葉等生物質或其它生物質廢棄物在厭氧或缺氧條件下經高溫(<700 ℃)熱解形成的固體產物[1-2]。生物質炭具有含碳豐富、空隙結構發達、比表面積大、吸附能力強等特點，其獨特的性質和特征使其具有良好的土壤改良劑功能，有研究發現生物質炭可以提高土壤有機碳含量[3-5]，使土壤C/N比增高，從而提高土壤對氮素及其他養分元素的吸持容量[6-7]，有利于通過配合施肥培肥土壤。生物質炭還可以改善土壤的理化性質如降低粘質土壤的容重、硬度[8-9]，增加土壤的陽離子交換量(ECE)[10]，從而改善土壤的質地和耕作性能。目前生物質炭或生態炭肥已在多種農作物中得到應用，如芹菜[11]、番茄[11]、煙草[12]、小麥[13]、水稻[14]等，研究結果都表明，生物質炭或生態炭肥能提高土壤有機質含量、改善土壤理化性質、促進作物生長及提高作物產量。目前生態炭肥在草莓上的應用鮮有報道，因此本試驗通過在草莓生產中增施生態炭肥以替代或部分替代傳統有機肥，研究了其對土壤質量及草莓品質的影響，旨在為生態炭肥在草莓中的推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2017年在鄭州市黃河灘區進行，供試土壤為潮土，土壤pH值7.49，有機質10.32 g/kg，速效氮41.63 mg/kg，速效磷15.22 mg/kg，速效鉀46.91 mg/kg。供試生態炭肥由河南益禾利科農業科技有限公司生產提供(型號EC-40)。供試傳統有機肥為腐熟雞糞，購自鄭州市養雞場。供試草莓品種為紅顏。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 田間試驗設在鄭州市黃河灘區黃河農牧場的草莓大棚，試驗地連作4年，試驗共設置3個處理，分別為處理A：生態炭肥處理(7500 kg/hm2)；處理B：生態炭肥(7500 kg/hm2) +腐熟雞糞(6000 kg/hm2)處理；CK：腐熟雞糞(12000 kg/hm2)。各處理的生態炭肥和腐熟雞糞均作基肥，在耕地前一次性撒施。試驗設3次重復，隨機區組設計，小區面積48 m2(6 m×8 m)，四周留有保護行。

1.2.2 試驗方法 試驗田于2017年9月中旬平整土地后，將田塊劃分小區，按試驗設置撒施生態炭肥和腐熟雞糞，然后耕翻土地起壟；于9月16日選取大小一致的有4～5片葉的壯苗進行移栽定植，株行距20 cm×30 cm，栽植密度15萬株/hm2。試驗田各處理追肥及田間管理措施按優質草莓生產要求進行且嚴格一致。

1.2.3 土壤樣品采集及分析 分別于開花期和盛果期以五點取樣法采集0～20 cm耕層土樣，采樣遵循“隨機、等量、多點混合”的原則。將土樣分3部分，一部分保持原狀土壤結構于陰涼通風處晾干，用以測定土壤團聚體含量，以>0.25 mm粒徑團聚體百分含量表征土壤團聚體的分布特征；一部分自然風干、研碎、過60目篩，用以測定土壤有機質含量和土壤酶活性；一部分以新鮮土樣保存于4 ℃冰箱，用以測定土壤細菌數量。其中，土壤團聚體采用濕篩法[15]測定，土壤有機質含量采用重鉻酸鉀法測定[16]，土壤可培養細菌測定采用TSA固體培養基-稀釋平板法[17]，土壤淀粉酶和蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定[18]。

1.2.4 草莓品質分析 于草莓盛果期按小區每個處理隨機采集典型商品果20個，測定平均單果重，同時測定果實的可溶性糖含量、可滴定酸含量及Vc含量等品質指標。可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[19]，可滴定酸含量采用NaOH滴定法測定[20]，Vc含量測定采用2，6-二氯靛酚法[21]。

1.3 數據分析

采用 Excel 2007 和SPSS 17.0統計分析軟件進行數據處理，并進行Duncan 法多重比較。

2 結果與分析

2.1 增施生態炭肥對土壤有機質含量的影響

土壤有機質含量分析結果(圖1)表明，生態炭肥處理和生態炭肥+腐熟雞糞處理相較于對照(腐熟雞糞)在花期和盛果期均能顯著提高土壤有機質含量，其中，在花期兩處理較對照分別提高了54.18%、59.16%；在盛果期兩處理分別提高了38.13%、72.26%。統計分析表明，兩個處理與對照在花期和盛果期均達極顯著差異(P<0.01)。土壤有機質是土壤質量構成中的關鍵因素[22]，對土壤物理、化學及生物性質都有顯著影響，因此結合本分析結果知，相較于腐熟雞糞，生態炭肥對提高土壤有機質含量效果更顯著，對提高土壤質量有積極的促進作用。

2.2 增施生態炭肥對土壤細菌數量的影響

由圖2知，生態炭肥處理和生態炭肥+腐熟雞糞處理較對照在花期和盛果期均能顯著提高土壤細菌數量，其中，在花期兩處理的細菌數量較對照分別提高了38.04%、67.24%；統計分析表明，生態炭肥處理與CK無差異，生態炭肥+腐熟雞糞處理則達極顯著差異(P<0.01)。在盛果期兩處理較對照分別提高了44.80%、69.39%；統計分析表明，兩處理較CK均達極顯著差異(P<0.01)。但兩處理在花期和盛果期均無顯著差異。生態炭肥與傳統有機肥均能為土壤細菌提供營養物質，但生態炭肥巨大的孔隙度和比表面積又為細菌提供了生存和繁殖場所，因此生態炭肥較腐熟雞糞更有利于提高土壤細菌數量。

圖1 不同施肥處理對土壤有機質含量的影響

2.3 增施生態炭肥對土壤酶活性的影響

對土壤酶(蔗糖酶及淀粉酶)活性分析結果(表1)表明，生態炭肥處理和生態炭肥+腐熟雞糞處理較對照在花期和盛果期均能顯著提高土壤蔗糖酶活性和淀粉酶活性。其中，在花期兩個處理的蔗糖酶活性較對照分別提高了116.60%、39.46%，淀粉酶活性分別提高了26.42%、65.05%；統計分析表明，兩個處理與對照的蔗糖酶活性均達極顯著差異(P<0.01)，而生態炭肥處理的淀粉酶活性與對照無差異，生態炭肥+腐熟雞糞處理則達極顯著差異(P<0.01)。在盛果期兩個處理的蔗糖酶活性較對照分別提高了41.73%、62.24%，淀粉酶活性分別提高了63.39%、90.63%；統計分析表明，兩個處理與對照均達極顯著差異(P<0.01)。土壤酶參與土壤中的多種生化反應、養分釋放等，由此說明生態炭肥較對照更能有效活化土壤酶活性、加快土壤養分循環、改善土壤理化性質。

圖2 不同施肥處理對土壤細菌數量的影響

表1 不同施肥處理對土壤酶活性的影響 mg/(g·d)

2.4 增施生態炭肥對土壤團聚體分布特征的影響

由圖3和圖4可知，不同施肥處理對草莓花期和盛果期土壤團聚體的百分含量影響顯著，各處理均呈現<0.25 mm粒級的土壤團聚體含量最高、0.25～0.50 mm和0.5～1.0 mm次之、>5 mm含量最低的特征。其中<0.25 mm粒級的土壤團聚體含量均在27%以上，最高可達55.67%；>5 mm粒級的土壤團聚體含量均小于5%，最小為2.03%。

與對照相比，生態炭肥處理和生態炭肥+腐熟雞糞處理在兩個生育期均能有效降低<0.25 mm粒級的土壤團聚體含量，其中生態炭肥處理在兩個生育期較對照分別降低了15.05%和18.89%，生態炭肥+腐熟雞糞處理的分別降低了31.83%和44.12%；同時，兩個處理在兩個生育期還降低了>5 mm粒級的土壤團聚體含量，其中生態炭肥處理分別降低了43.27%和56.35%，生態炭肥+腐熟雞糞處理分別降低了42.17%和54.09%。

但兩處理均能有效提高0.5～5 mm粒徑的團聚體含量，其中，在花期兩個處理較對照分別提高了24.74%和47.68%；在盛果期也分別提高了25.99%和52.88%，說明增施生態炭肥可大幅度降低較大粒級(>5 mm)和較小粒級(<0.25 mm)的團聚體含量，使土壤團聚體粒徑向0.5～5 mm粒級分布，由此也說明生態炭肥對促進土壤結構的形成比腐熟雞糞效果更好。

2.5 增施生態炭肥對草莓品質的影響

Vc、可溶性糖、可滴定酸、單果重等是表征草莓品質和營養價值的重要參數，而糖酸比則是決定草莓風味的最主要因素，也就是說，糖酸比偏低的果實風味偏淡，糖酸比高則風味濃[23]。分析結果(表2)表明，與對照相比，生態炭肥處理及生態炭肥+腐熟雞糞處理能明顯提高草莓的品質，改善其風味。其中，兩個處理的Vc含量較對照分別提高了22.19%、55.52%，可溶性糖含量分別提高了29.43%、56.86%，可滴定酸含量則分別降低了14.85%、34.16%，單果重分別提高了22.84%、45.65%，糖酸比分別提高了51.96%、138.45%。統計分析表明，兩個處理的Vc含量、可滴定酸含量、單果重、糖酸比與對照均達極顯著差異(P<0.01)，而生態炭肥處理的可溶性糖含量與對照無差異，生態炭肥+腐熟雞糞處理則達極顯著差異(P<0.01)。

表2 不同有機肥配施對草莓品質的改善作用

圖3 不同施肥處理對土壤團聚體百分含量的影響(開花期)

圖4 不同施肥處理對土壤團聚體百分含量的影響(盛果期)

3 結論與討論

土壤在生態系統的物質循環和能量轉化中發揮著重要的作用，是維持作物生長重要的能量和養分源泉，高質量土壤是生產高品質農產品的關鍵，施肥是影響土壤質量及可持續利用的重要因素，尤其增施有機肥是提高土壤質量的重要措施，土壤有機質是土壤質量和健康的重要指標[24]，其含量與土壤質量呈正相關[25]。本研究表明，單施生態炭肥及生態炭肥與腐熟雞糞配施較單施腐熟雞糞能顯著提高土壤有機質含量，最高可提高72.26%，對提高土壤質量效果顯著。呂澤先等[26]研究也發現單施生物質炭及生物質炭與有機肥等比例配施較單施化肥均能顯著提高土壤有機碳含量，但單施有機肥對有機碳無影響，說明生物質炭較有機肥對提高土壤有機碳含量效果更顯著。這與本試驗研究結果一致。

土壤微生物是土壤的重要組成部分，其豐度、多樣性對土壤功能及生態系統穩定有重要影響，有研究表明在菠菜生產中添加生物質炭能顯著提高土壤細菌、真菌及放線菌數量和微生物量[27]。土壤酶作為一種生物活性物質，直接參與土壤中的多種生物化學反應、養分釋放等[28-29]，其與土壤微生物都是衡量土壤質量的重要指標。本研究結果表明，單施生態炭肥及生態炭肥與腐熟雞糞配施較單施腐熟雞糞能顯著提高土壤細菌數量、土壤淀粉酶活性、蔗糖酶活性。萬慧霞等[30]研究也表明煙田施用不同的生態炭肥較常規餅肥均能有效提高土壤細菌數量及酶活性，與本研究結果一致。

土壤團聚體是土壤結構的重要物質基礎和肥力的重要載體，起著保證和協調土壤水肥氣熱、維持和穩定土壤疏松熟化等作用，是影響土壤肥力和土壤質量的重要因素之一[31-33]。土壤團聚體、有機質、微生物及酶是相互影響的，施用有機物料能促進土壤團聚體的形成和穩定性，土壤微生物是形成土壤團聚體最活躍的生物因素，而土壤團聚體則可以影響土壤酶的種類和活性。據文獻報道，生物質炭可以通過改變土壤的物理化學性質，影響土壤的保水性和團聚體的形成[34]。本研究發現單施生態炭肥及生態炭肥與腐熟雞糞配施較單施腐熟雞糞能大幅度降低較大粒級(>5 mm)和較小粒級(<0.25 mm)的團聚體百分含量，使土壤團聚體向0.5～5 mm粒級分布；而單施生態炭肥及生態炭肥與腐熟雞糞配施可促進土壤有機質含量和細菌數量的大幅度提升，使土壤在有機膠體和微生物分泌物的作用下，對破除地表板結、促進團粒結構的形成有積極的促進作用。

草莓品質測定結果表明，單施生態炭肥及生態炭肥與腐熟雞糞配施較單施腐熟雞糞能顯著改善草莓品質，兩個處理顯著提高了草莓的Vc含量、可溶性糖含量和單果重，降低了可滴定酸含量。果實的風味是由糖/酸比決定的，例如風味較甜的果實糖含量不一定很高，但有機酸含量會較低[35]。本試驗中單施生態炭肥及生態炭肥與腐熟雞糞配施處理的草莓的糖/酸比較單施腐熟雞糞分別提高了51.96%和138.45%，證明這兩個處理的草莓風味更佳，對提高草莓的商品價值，實現更高的經濟效益十分有利。雖然草莓品種對草莓口感有重要影響，但對于同一品種而言改善栽培措施能有效改善草莓口感。本研究結果即證明在相同條件下，增施生態炭肥對提高草莓品質、改善其風味更有顯著優勢，同時生態炭肥對土壤質量的改良作用也為草莓品質的改善提供了保障。因此，綜合本研究結果，生態炭肥可替代腐熟雞糞應用到草莓生產中，具有較好的推廣應用價值。