生物有机肥对绿洲温室黄瓜产量、品质及土壤酶活性的影响

吴平江，夏 叶，薛 勇，陈修斌，尹 鑫

(1.张掖市农业局，甘肃 张掖 734000； 2.河西学院 农业与生物技术学院，甘肃 张掖 734000)

张掖市地处河西走廊中部，属温带大陆性气候，区域内光能丰富、温差大、干燥少雨、阳光充足，是典型的绿洲农业和大型灌溉农业区。近年来，随着农业产业结构的调整，张掖市以日光温室为主体的设施农业发展较快。黄瓜(CucumissativusL.)是张掖市温室主要栽培的蔬菜种类之一，以产量高、效益显著而成为种植者首选的蔬菜，但生产上常存在过量施用化肥而导致的土壤板结、肥力下降和土壤酶活性降低等问题[1-3]，使黄瓜产量下降、品质降低，严重影响设施黄瓜的高产优质化生产。

有机肥含有作物生长所需的多种营养元素，能满足作物各个时期对养分的需要，可直接为根系吸收或是分解而成为作物重要的营养源[4]。土壤酶是土壤的重要组成成分，其活性高低直接反映土壤管理条件下土壤肥力的现状及土壤养分形成机理，有关土壤酶活性的研究已成为国内外土壤学研究的热点之一[5]。大量研究表明，施用有机肥对大多数土壤酶的活性有提高作用，可以增加土壤磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性，同时能够促进作物生长，提高其产量[6]，但这些研究大多集中于大田作物与土壤方面，有关在温室条件下施用有机肥对土壤酶活性及作物产量、品质影响的研究尚缺少系统报道。

2013年7月，张掖市被农业部正式认定为国家级杂交玉米种子生产基地；2010年以来，张掖市杂交玉米种子基地面积稳定在6.67万hm2左右，年产玉米种子4.5亿kg，占全国大田玉米年用种量的40%以上[7]。随着玉米制种产业的发展，市场上的假劣种子数量不断增加，这些假劣种子如按常规进行销毁，存在安全隐患大、处理成本高、环境污染严重等困难和问题。为提高假劣种子的利用率，可以其为辅料生产生物有机肥。本研究即采用以假劣种子为辅料生产的有机肥，探讨不同用量的有机肥对温室黄瓜不同生长阶段土壤酶活性及果实产量、品质的影响，旨在通过了解土壤酶活性的变化来调控生物有机肥的用量，为实现设施黄瓜高产优质化栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2017年8月至2018年3月在张掖市甘州区党寨镇汪家堡日光温室内实施。土壤为当地代表性的灌漠土，含全氮0.78 g/kg、有效磷8.52 mg/kg、速效钾143.62 mg/kg，pH值为6.56，质地为砂壤。供试生物有机肥为以假劣玉米种子为辅料生产的星硕生物有机肥，由甘肃星硕生物科技有限公司提供，含有机质510 g/kg、总氮14.6 g/kg、有效磷7.2 g/kg、速效钾16.7 g/kg，pH值为8.1。供试黄瓜品种为津优31号。

1.2 试验设计

采用田间随机区组排列设计，共设5个处理：①CK(对照)，不施有机肥；②A1，有机肥用量2.25 t/hm2；③A2，有机肥用量3.15 t/hm2；④A3，有机肥用量4.05 t/hm2；⑤A4，有机肥用量4.95 t/hm2。每个处理种植一畦，重复3次，每畦的规格为8.0 m×1.2 m。

黄瓜于8月6日采用50孔穴盘育苗，9月5日幼苗长到四叶一心时定植，株距40 cm，保苗数36 480株/hm2。幼苗定植前各处理有机肥按不同用量一次施入，每个处理再普施磷酸二铵600 kg/hm2和三元复合肥450 kg/hm2；其他管理与日光温室常规管理相同。

1.3 测定项目与方法

(1)土壤样品采集。分别在黄瓜开花结瓜的初期(10月8日)、中期(12月8日)、末期(2月8日)，用土钻采集0～20 cm的表土，每个处理采集5个点，混匀后留取部分土壤样品，分别保存于4 ℃和-80 ℃环境下备用。

(2)土壤酶活性的测定。土壤酶活性参照周礼恺[8]的方法测定。其中采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶活性，采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定脲酶活性，采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性，采用磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶活性。

(3)形态指标与产量统计。在黄瓜结瓜中期(12月8日)，各处理随机标记8株，测定株高并统计叶片数量；每次收获时统计植株的单株结瓜数量和单株产量，记录各处理产量，最后折合成公顷产量。

(4)品质指标测定。于黄瓜结瓜中期，随机选取不同处理各18个果实，测定其可溶性糖、游离氨基酸、维生素C和硝酸盐含量。可溶性糖、游离氨基酸、维生素C和硝酸盐含量均采用高俊凤[9]确定的方法进行，重复3次，取其平均值。

1.4 数据分析

采用DPS 9.50和Microsoft Excel 2003软件进行数据计算与分析，采用Duncan’s法进行差异显著性分析，显著性水平设置为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤蔗糖酶、脲酶活性的影响

蔗糖酶活性大小可以间接表征土壤中有机碳的转化情况[10]。从图1可以看出：不同处理对土壤蔗糖酶活性的影响随着生物有机肥用量的增加呈现先增大后减小的趋势，各处理中处理A3(有机肥用量4.05 t/hm2)土壤中的蔗糖酶活性在黄瓜结瓜的初期、中期、末期均为最高，分别为1.63、3.95和3.41 mg/(g·d)，比CK分别高出0.67、1.12和1.98 mg/(g·d)，比处理A4分别高出0.29、1.10和1.09 mg/(g·d)；各处理对蔗糖酶活性在结瓜初期、中期、末期的影响大小为中期>末期>初期。这说明施入不同量的生物有机肥均能提高土壤蔗糖酶含量，一定程度上提高土壤肥力，但当有机肥用量超过处理A3的用量时，可能是土壤溶液浓度较高，离子之间产生了拮抗作用，导致蔗糖酶的活性降低。

图1 不同处理土壤蔗糖酶活性

注：图中不同字母表示在0.05水平下差异显著，下同。

脲酶是唯一能够影响土壤中氮素转化与利用的酶。由图2可见，增施生物有机肥的各处理，其土壤脲酶活性与CK相比均有不同程度的提高，以处理A3的生物有机肥用量对脲酶的影响最大，在黄瓜结瓜的初期、中期、末期处理A3土壤中的脲酶活性均为最高，分别为0.46、0.85和0.72 mg/(g·d)，明显高于其他各处理，各处理对黄瓜结瓜期土壤脲酶的影响大小为A3>A2>A4>A1>CK；各处理对脲酶活性在结瓜初期、中期、末期的影响大小为中期>末期>初期。这说明适宜用量的有机肥可以显著提高土壤脲酶活性，有效改善土壤的肥力状况，从而提高作物对土壤中氮素的利用。

图2 不同处理土壤脲酶活性

2.2 不同处理对土壤过氧化氢酶、磷酸酶活性的影响

过氧化氢酶活性与土壤有机质含量、好氧微生物数量、土壤肥力密切相关，可以表示土壤氧化过程的强度[11]。从图3可以看出，增施有机肥的各处理，其土壤过氧化氢酶的活性均高于CK，以处理A3的土壤过氧化氢酶活性最高，在结瓜的初期、中期与末期分别为2.56、4.26和3.24 mL/(g·h)，而当生物有机肥用量超过处理A3时，土壤过氧化氢酶活性呈下降的趋势。这表明采用处理A3的生物有机肥用量，可以更好地改善土壤肥力状况。各处理对过氧化氢酶活性在结瓜初期、中期、末期的影响大小为中期>末期>初期。

图3 不同处理土壤过氧化氢酶活性

磷酸酶活性的高低可以用作诊断植株磷素丰缺的指标[12]。从图4可知，在结瓜的初期、中期与末期，各处理土壤磷酸酶的活性也以处理A3为最高，分别为0.96、1.87和1.54 mg/(g·d)，施用生物有机肥的各处理土壤磷酸酶活性均高于CK，各处理按土壤磷酸酶活性大小排序为A3>A2>A4>A1>CK。这表明施用生物有机肥增加了土壤中有效磷的成分，可以促进土壤营养元素的平衡，其中以生物有机肥用量为4.05 t/hm2的处理A3效果最为显著。各处理对磷酸酶活性在结瓜初期、中期、末期的影响大小为中期>末期>初期。

图4 不同处理土壤磷酸酶活性

2.3 不同处理对黄瓜生长与产量的影响

从表1可以看出，增施有机肥的各处理在株高、单株叶片数量、单株结瓜数量、单株产量和折合产量等性状表现上均高于CK，而且随着有机肥施用量的增加，黄瓜各项性状的数值均呈现先增大而后减小的趋势，其中以有机肥用量为4.05 t/hm2的处理A3产量最高，比CK分别高出16.94 cm、3.51片、3.42个、0.54 kg和19 699.2 kg。究其原因，可能是处理A3用量的生物有机肥显著提高了土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶与磷酸酶的活性，有效改善了土壤的肥力状况，从而促进了黄瓜对土壤养分的吸收，使植株保持较强的生长活力，表现出较高的结实能力。

2.4 不同处理对黄瓜品质的影响

不同处理对黄瓜品质的影响见表2。从表2可以看出，不同处理间品质指标呈现一定差异，施用有机肥的各处理黄瓜果实中可溶性糖、游离氨基酸和维生素C的含量均高于处理CK，以处理A3最明显， 比CK分别高出2.96 mg/g、46.12 mg/g FW和20.51 mg/g FW，同时各处理果实内硝酸盐的含量均低于GB 19338—2003《蔬菜中硝酸盐限量》规定的440 mg/kg FW标准，以处理A3的黄瓜果实硝酸盐含量最低，其值为54.63 mg/kg FW，说明以生物有机肥用量为4.05 t/hm2的处理A3黄瓜品质最优。这可能是因为处理A3用量的有机肥与土壤中的营养元素组成的土壤溶液，其离子之间构成了平衡关系，更适合黄瓜根系对水分与养分的吸收，促进了果实内营养成分的转化。表明有机肥在提高作物产量的同时，也能促进其品质的提高。

表1 不同处理对黄瓜产量性状的影响

注：同列数据后的小写字母不同表示在0.05水平下两者差异显著,有相同的字母表示在0.05水平下两者差异不显著，下同。

表2 不同处理对黄瓜品质的影响

3 讨论与结论

研究结果表明，施用生物有机肥的各处理，均能在不同程度上提高土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶与磷酸酶的活性，且这几种酶的活性均随着有机肥用量的增大呈现先增大而后降低的趋势。究其原因，是由于有机肥是以农家肥为主的一种腐熟高效肥料，施入土壤后，不仅能改善土壤理化性状，而且能使土壤中的碳氮比适宜，并促进作物和土壤微生物的生长，从而增加土壤酶的活性[13]，而当有机肥用量超过处理A3水平(4.05 t/hm2)时，土壤中营养元素配比失衡，导致土壤离子之间产生拮抗作用，因此又表现出蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶与磷酸酶活性的降低。本研究还发现，不同用量的有机肥在黄瓜结瓜的初期、中期和末期对土壤酶活性的影响大小均呈现出中期>末期>初期的规律，这可能是由于黄瓜在不同生长阶段，其生长量大小和对土壤养分的吸收强弱不同，进而导致土壤酶活性也产生一定的差异，这一研究结果与前人的研究结果相一致[14]。

试验结果还表明，施用生物有机肥的各处理，其黄瓜的株高、叶片数、产量性状和果实中可溶性糖、游离氨基酸、维生素C的含量均高于CK，而且硝酸盐的含量不同程度降低，究其原因是由于土壤施入生物有机肥后，增强了土壤酶活性，进而促进了土壤肥力的提高。一般情况下，土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶的活性与土壤有机碳、全氮含量有密切关系，本试验说明土壤酶活性可以影响到黄瓜植株的生长，进而影响其产量与果实品质，且在有机肥用量达到4.05 t/hm2时实现黄瓜产量最高、品质最优。这一研究结果与符冠富等[15]在稻米上的研究结果相一致。

本研究得到了绿洲温室黄瓜有机肥的适宜用量，可为本区温室黄瓜合理施肥，以及调控土壤的肥力状况和实现黄瓜高产优质化栽培提供技术上的支撑。本研究尚未涉及不同用量有机肥对温室黄瓜土壤微生物变化的影响，今后需要进一步加强这方面的研究。