太白县不同大棚土壤养分差异及其对番茄产量的影响研究

张蓓蓓,景 琦，张 辉，王佳璇

(陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室/宝鸡文理学院地理与环境学院，陕西 宝鸡 721013)

1 前言

20世纪90年代以来，国内外有机农业迅速发展，通过栽培有机蔬菜成为国内外市场发展的潮流[1,2]。发展设施蔬菜栽培模式对发展农村经济、增加农民收入、提高人民生活水品有巨大的推动作用，太白县作为“秦岭绿色大菜园” 是全球同纬度生态环境最为良好的地区之一，也是绿色、有机农产品的最佳生长地[3,4]。2014年太白秦西示范园区建设以来，以低碳生态循环型有机蔬菜产业种植项目为导向，提升蔬菜产品的经济价值和社会价值。其中，大棚蔬菜种植中，土壤养分是土壤肥力的物质基础，而肥料是土壤养分的主要来源[5]。但是部分研究表明，不合理的施肥可导致大棚内土壤养分变化及比例失调[6,7]。土壤酶活性作为另外一种土壤基质可以反映土壤生物化学过程的方向与强度，对土壤健康具有一定的指示作用[8]。因此，通过研究不同大棚土壤主要养分C、N、P及土壤酶活性的变化，可了解土壤施肥状况对土壤健康状况的影响，从而为生态农业土壤的平衡施肥提供理论依据[9]。笔者研究以太白县秦西示范园区不同大棚下的番茄土壤为供试材料，探讨土壤pH、含水量、C、N、P含量和土壤脲酶，磷酸单酯酶活性的变化，及其与番茄产量之间的关系，以期为促进该区蔬菜种植提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 试验地概况与试验材料

试验地点为陕西省太白县秦西示范园区，该地处于秦岭西部，宝鸡市东南。气候类型为大陆性季风气候与高山气候交汇，年平均气温7.8℃，无霜期158 d。大棚面积为100 m×6 m，2019年5月选择种植番茄的大棚采集0～20 cm 耕层土壤，大棚号码为22#，25#和26#，每个大棚土壤按照S型确定10个采样点。番茄育苗时间为2019年3月22日，栽种时间为2019年5月11日， 栽种数量为3 200株；每个大棚于5月22日用杀毒矾两袋、6月7号用杀毒矾3袋、7月7号杀毒矾4袋进行杀菌消毒。8、9和10月份分别进行收获，计算每月产量及总产量(kg)。

2.2 试验方法

2.2.1 土壤pH及含水量测定[10]主要有:

土壤pH采用pH计进行测定。

土壤含水量采用烘干法测定。

土壤含水量(w/w, %)=(烘干前铝盒及土样质量-烘干后铝盒及土样质量)/(烘干前铝盒及土样质量-烘干空铝盒质量)×100%

2.2.2 土壤N、P和有机质测定[11]称取0.5 g土壤，运用H2SO4-H2O2法进行消解，用Flowsys 连续流动分析仪进行土壤总氮、总磷和有效磷含量的测定，单位g·kg-1。有机质含量采用重铬酸钾湿氧化法进行测定，单位g·kg-1，并计算C∶N、C∶P和N∶P。

2.2.3 土壤脲酶和磷酸单酯酶活性测定[12, 13]土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定，以37℃下培养24 h后，1g干土中NH3-N的含量表示(mg·g-1)。磷酸单酯酶活性采用对硝基苯磷酸盐法测定，将底物对硝基苯磷酸盐加入土壤0.1 g，随后在37℃条件下恒温培养1 h，生成物用比色法测定，波长400 nm，单位mg·g-1·h-1。

3 数据分析

利用Excel2010和SPSS 22.0进行数据统计和分析，Origin 2018进行作图，利用one way- ANOVA进行单因素方差分析，皮尔逊相关进行简单相关分析，CANOCO5.0进行冗余度(RDA)关系分析。

4 结果与分析

4.1 不同大棚土壤pH和土壤含水量差异分析

由图1看出，三个大棚的pH都呈酸性，有极显著的差异性(F=25.26，P<0.01)，以26#的酸性较强，为5.19。各棚之间土壤质量含水量也存在极显著差异(F=58.37，P<0.01)，以22#土壤含水量较高。

4.2 不同大棚土壤养分含量差异分析

把三个大棚土壤的养分含量作图于图2。由图2(a)看出，三个大棚的土壤全氮和有机质含量均达到显著差异(F=20.92，50.27；P<0.01)，以22#的全氮和有机质含量最高，分别为2.62 g·kg-1、13.92 g·kg-1。图2(b)得出，三个大棚的全磷和有效磷含量均达到显著差异(F=10.42，25.26；P<0.01)，也是以22#的全磷和有效磷含量最高。三个大棚的土壤C∶N、N∶P和C∶P数据如表1所示，均未达到显著差异。

表1 不同大棚土壤生态化学计量比

注：每列值为平均值±标准差，ns代表差异不显著。

4.3 不同大棚土壤酶活性差异分析

图3显示，三个大棚的脲酶活性达到显著差异(F=34.68；F<0.01)，以22#棚中土壤脲酶活性最高，为35.18 mg·g-1。三个大棚的土壤磷酸单酯酶活性也呈现显著性差异(F=28.36；F<0.01)，以22#酶活性最高，为65.34 mg·g-1·h-1。

4.4 不同大棚番茄产量差异分析

由图4看出，不同大棚之间8月、9月、10月番茄产量和总产量都达到极显著差异(P<0.01)；8月份，以22#产量最高，9月份以25#产量最高，10月份以22#产量最高，总产量也是以22#产量最高。

4.5 不同大棚土壤养分含量和番茄产量相关分析

由表2看出，土壤各养分含量与8月、10月产量和总产量呈现显著或极显著的相关关系，土壤有机质含量与9月份产量呈现显著相关关系。

表2 土壤养分含量和番茄产量相关分析

注：**代表P<0.01，*代表P<0.05，ns代表不显著。

4.6 不同大棚土壤碳氮磷比、酶活性和番茄总产量关系分析

对土壤碳氮磷比、酶活性进行RDA分析，得到该土壤特性对番茄产量的特征解释，解释值为59.37%，达到极显著水平(F=13.8，P<0.01)。在第一排序轴上百分比为33.01%，第二轴为26.85%(图5)，四轴累计百分比为99.87%，因此土壤碳氮磷比和酶活性能在很大程度上解释番茄的产量形成和变异，特别是磷酸单酯酶和脲酶与总产量在相同方向轴上，对番茄产量的形成起显著作用。

5 结论与讨论

太白县秦西示范园区已投入使用5 a以上，其中，高山蔬菜番茄已通过国家绿色认证，种植比较普遍， 但是随着大棚的连作或施肥管理不到位，可能会出现土壤条件恶化、产量降低等一系列问题，严重可影响到大棚蔬菜生产的可持续发展。笔者试验的三个大棚中，26#大棚土壤全氮、全磷、速效磷和有机质含量都小于22#；土壤pH值降低，土壤出现酸化趋势，可能由于长期不合理的施肥及大棚常年或季节性覆盖得不到雨水充分淋洗所致[14]。

研究显示，土壤酶活性反映了土壤中进行各种生化反应的强度和方向，与土壤肥力状况有密切关系[15]。其中，脲酶能促进土壤中尿素的水解，生成的氨是植物氮素营养的来源之一；磷酸单酯酶能促进有机磷化合物的分解，为植物提供可利用的磷素[16]。该试验中，22#土壤中的酶活性偏高(图3)，土壤氮磷含量也较高(图2)，因此促进了该大棚土壤中氮素和磷素的利用，提高了22#大棚中番茄的产量(图4)，相关性关系也证实了该试验结果(表2和图5)。

综上所述，笔者试验研究了种植番茄前三个大棚中土壤养分的含量，并对土壤养分含量对番茄产量的影响做了分析。因为各方面原因，该试验仅就现有环境条件进行研究，没有进行长时间序列土壤的测定和不同蔬菜品种的种植，因此，有必要进一步研究栽培模式、施肥模式、蔬菜品种连作、轮作等对土壤理化性质及蔬菜产量和品质的影响等，以指导进行科学种植管理，保证高寒蔬菜产业的可持续发展[17]。