太白縣不同大棚土壤養分差異及其對番茄產量的影響研究

張蓓蓓,景 琦，張 輝，王佳璇

(陜西省災害監測與機理模擬重點實驗室/寶雞文理學院地理與環境學院，陜西 寶雞 721013)

1 前言

20世紀90年代以來，國內外有機農業迅速發展，通過栽培有機蔬菜成為國內外市場發展的潮流[1,2]。發展設施蔬菜栽培模式對發展農村經濟、增加農民收入、提高人民生活水品有巨大的推動作用，太白縣作為“秦嶺綠色大菜園” 是全球同緯度生態環境最為良好的地區之一，也是綠色、有機農產品的最佳生長地[3,4]。2014年太白秦西示范園區建設以來，以低碳生態循環型有機蔬菜產業種植項目為導向，提升蔬菜產品的經濟價值和社會價值。其中，大棚蔬菜種植中，土壤養分是土壤肥力的物質基礎，而肥料是土壤養分的主要來源[5]。但是部分研究表明，不合理的施肥可導致大棚內土壤養分變化及比例失調[6,7]。土壤酶活性作為另外一種土壤基質可以反映土壤生物化學過程的方向與強度，對土壤健康具有一定的指示作用[8]。因此，通過研究不同大棚土壤主要養分C、N、P及土壤酶活性的變化，可了解土壤施肥狀況對土壤健康狀況的影響，從而為生態農業土壤的平衡施肥提供理論依據[9]。筆者研究以太白縣秦西示范園區不同大棚下的番茄土壤為供試材料，探討土壤pH、含水量、C、N、P含量和土壤脲酶，磷酸單酯酶活性的變化，及其與番茄產量之間的關系，以期為促進該區蔬菜種植提供理論依據。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況與試驗材料

試驗地點為陜西省太白縣秦西示范園區，該地處于秦嶺西部，寶雞市東南。氣候類型為大陸性季風氣候與高山氣候交匯，年平均氣溫7.8℃，無霜期158 d。大棚面積為100 m×6 m，2019年5月選擇種植番茄的大棚采集0～20 cm 耕層土壤，大棚號碼為22#，25#和26#，每個大棚土壤按照S型確定10個采樣點。番茄育苗時間為2019年3月22日，栽種時間為2019年5月11日， 栽種數量為3 200株；每個大棚于5月22日用殺毒礬兩袋、6月7號用殺毒礬3袋、7月7號殺毒礬4袋進行殺菌消毒。8、9和10月份分別進行收獲，計算每月產量及總產量(kg)。

2.2 試驗方法

2.2.1 土壤pH及含水量測定[10]主要有:

土壤pH采用pH計進行測定。

土壤含水量采用烘干法測定。

土壤含水量(w/w, %)=(烘干前鋁盒及土樣質量-烘干后鋁盒及土樣質量)/(烘干前鋁盒及土樣質量-烘干空鋁盒質量)×100%

2.2.2 土壤N、P和有機質測定[11]稱取0.5 g土壤，運用H2SO4-H2O2法進行消解，用Flowsys 連續流動分析儀進行土壤總氮、總磷和有效磷含量的測定，單位g·kg-1。有機質含量采用重鉻酸鉀濕氧化法進行測定，單位g·kg-1，并計算C∶N、C∶P和N∶P。

2.2.3 土壤脲酶和磷酸單酯酶活性測定[12, 13]土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定，以37℃下培養24 h后，1g干土中NH3-N的含量表示(mg·g-1)。磷酸單酯酶活性采用對硝基苯磷酸鹽法測定，將底物對硝基苯磷酸鹽加入土壤0.1 g，隨后在37℃條件下恒溫培養1 h，生成物用比色法測定，波長400 nm，單位mg·g-1·h-1。

3 數據分析

利用Excel2010和SPSS 22.0進行數據統計和分析，Origin 2018進行作圖，利用one way- ANOVA進行單因素方差分析，皮爾遜相關進行簡單相關分析，CANOCO5.0進行冗余度(RDA)關系分析。

4 結果與分析

4.1 不同大棚土壤pH和土壤含水量差異分析

由圖1看出，三個大棚的pH都呈酸性，有極顯著的差異性(F=25.26，P<0.01)，以26#的酸性較強，為5.19。各棚之間土壤質量含水量也存在極顯著差異(F=58.37，P<0.01)，以22#土壤含水量較高。

4.2 不同大棚土壤養分含量差異分析

把三個大棚土壤的養分含量作圖于圖2。由圖2(a)看出，三個大棚的土壤全氮和有機質含量均達到顯著差異(F=20.92，50.27；P<0.01)，以22#的全氮和有機質含量最高，分別為2.62 g·kg-1、13.92 g·kg-1。圖2(b)得出，三個大棚的全磷和有效磷含量均達到顯著差異(F=10.42，25.26；P<0.01)，也是以22#的全磷和有效磷含量最高。三個大棚的土壤C∶N、N∶P和C∶P數據如表1所示，均未達到顯著差異。

表1 不同大棚土壤生態化學計量比

注：每列值為平均值±標準差，ns代表差異不顯著。

4.3 不同大棚土壤酶活性差異分析

圖3顯示，三個大棚的脲酶活性達到顯著差異(F=34.68；F<0.01)，以22#棚中土壤脲酶活性最高，為35.18 mg·g-1。三個大棚的土壤磷酸單酯酶活性也呈現顯著性差異(F=28.36；F<0.01)，以22#酶活性最高，為65.34 mg·g-1·h-1。

4.4 不同大棚番茄產量差異分析

由圖4看出，不同大棚之間8月、9月、10月番茄產量和總產量都達到極顯著差異(P<0.01)；8月份，以22#產量最高，9月份以25#產量最高，10月份以22#產量最高，總產量也是以22#產量最高。

4.5 不同大棚土壤養分含量和番茄產量相關分析

由表2看出，土壤各養分含量與8月、10月產量和總產量呈現顯著或極顯著的相關關系，土壤有機質含量與9月份產量呈現顯著相關關系。

表2 土壤養分含量和番茄產量相關分析

注：**代表P<0.01，*代表P<0.05，ns代表不顯著。

4.6 不同大棚土壤碳氮磷比、酶活性和番茄總產量關系分析

對土壤碳氮磷比、酶活性進行RDA分析，得到該土壤特性對番茄產量的特征解釋，解釋值為59.37%，達到極顯著水平(F=13.8，P<0.01)。在第一排序軸上百分比為33.01%，第二軸為26.85%(圖5)，四軸累計百分比為99.87%，因此土壤碳氮磷比和酶活性能在很大程度上解釋番茄的產量形成和變異，特別是磷酸單酯酶和脲酶與總產量在相同方向軸上，對番茄產量的形成起顯著作用。

5 結論與討論

太白縣秦西示范園區已投入使用5 a以上，其中，高山蔬菜番茄已通過國家綠色認證，種植比較普遍， 但是隨著大棚的連作或施肥管理不到位，可能會出現土壤條件惡化、產量降低等一系列問題，嚴重可影響到大棚蔬菜生產的可持續發展。筆者試驗的三個大棚中，26#大棚土壤全氮、全磷、速效磷和有機質含量都小于22#；土壤pH值降低，土壤出現酸化趨勢，可能由于長期不合理的施肥及大棚常年或季節性覆蓋得不到雨水充分淋洗所致[14]。

研究顯示，土壤酶活性反映了土壤中進行各種生化反應的強度和方向，與土壤肥力狀況有密切關系[15]。其中，脲酶能促進土壤中尿素的水解，生成的氨是植物氮素營養的來源之一；磷酸單酯酶能促進有機磷化合物的分解，為植物提供可利用的磷素[16]。該試驗中，22#土壤中的酶活性偏高(圖3)，土壤氮磷含量也較高(圖2)，因此促進了該大棚土壤中氮素和磷素的利用，提高了22#大棚中番茄的產量(圖4)，相關性關系也證實了該試驗結果(表2和圖5)。

綜上所述，筆者試驗研究了種植番茄前三個大棚中土壤養分的含量，并對土壤養分含量對番茄產量的影響做了分析。因為各方面原因，該試驗僅就現有環境條件進行研究，沒有進行長時間序列土壤的測定和不同蔬菜品種的種植，因此，有必要進一步研究栽培模式、施肥模式、蔬菜品種連作、輪作等對土壤理化性質及蔬菜產量和品質的影響等，以指導進行科學種植管理，保證高寒蔬菜產業的可持續發展[17]。