不同调控措施对设施土壤理化性状和辣椒生长的影响

2020-09-14解新宇黄兴学周国林

湖北农业科学 2020年13期

解新宇黄兴学周国林

摘要：为消除秸秆还田的负面影响，改善土壤性状，以不处理为对照，研究了高温闷棚、常规强还原、强还原秸秆还田、氯化苦熏蒸、灌水洗盐等处理对设施盐渍化土壤理化性状及辣椒（Capsicum annuum L.）生长的影响。结果表明，相比其他处理，强还原秸秆还田处理土壤EC值最低，返盐更少;灭杀病原菌效果好，不用化学药品，病害发生率更低;促进了辣椒根系和植株的生长，辣椒产量最高，缺株率最低，生产上安全性高。

关键词：强还原;秸秆还田;设施土壤;盐渍化;病原菌

Abstract： In order to eliminate the negative effects of straw returning to the field and improve the soil properties， this study used pepper（Capsicum annuum L.） as a crop and facility continuous cropping soil as the treatment object， the experiment used no treatment as a control， and studied the high temperature stuffy shed， conventional strong reduction， strong reduction straw returning to the field， chemical effects of trichloronitromethane fumigation and flooding on physical and chemical properties of facility salinized soil and the growth of pepper. The results showed that， compared with other treatments， the strong reduction straw returning treatment reduced the soil EC value to the lowest， with less salt return. The effect of killing pathogenic bacteria is good， no chemicals are needed. The incidence of diseases is lower; the growth of pepper roots and plants is promoted. The yield of the pepper is the highest， the rate of missing plants is the lowest， and production safety is higher.

Key words： strong reduction; straw returning to the field; facility soil; salinization; pathogenic organisms

设施蔬菜种植方式已经成为农业和农村的经济增长点。然而多年的设施蔬菜生产导致连作障碍、土壤退化、生产潜力降低等问题频繁发生[1]。设施土壤退化一般是多个性状恶化而不是单个性状恶化。如土传病害更加严重、土壤酸化、土壤次生盐渍化、养分失调、土壤微生物区系失衡、土壤板结等[2]。现有研究和推广的设施土壤改良技术往往是针对一两种问题，因此在生产上的效果往往不尽如人意或效果不太稳定[3]。如针对土传病害普遍的技术是高温闷棚和土壤熏蒸。高温闷棚利用夏季高温杀灭土壤中的病原菌[4]，但是由于20 cm以下土壤温度未达到要求，对深层土壤灭菌效果并不理想，而且高温闷棚需要连续5 d的晴好天气也不一定能达到;土壤熏蒸只能灭菌，对次生盐渍化、土壤板结、土壤酸化等其他问题不能很好地解决[5]。灌水洗鹽只能解决土壤次生盐渍化问题[6]，灌水后进行高温闷棚也只是减少了土壤的盐分积累[7]，这些技术并不能解决由多种因素导致的设施土壤退化问题。

土壤强还原技术核心是通过大量施用易分解的有机物料，灌溉、覆膜阻止空气扩散进入土壤，在短时间内创造强烈的土壤还原状况，达到杀灭土传病原菌的目的[8]，同时可以改善土壤酸化及次生盐渍化，还减少了化肥的施用[9]。该方法尚处在研究和初步应用阶段，对一些设施蔬菜土壤只能短期内进行改良[10]，但仍存在一定缺陷，如该方法的效果仍然与温度相关，没有连续的高温晴好天气效果并不稳定。为此，试验对强还原的物料和程序进行改良，以期研究效果更好、可解决多种设施土壤退化的调控技术。

1 材料与方法

1.1 材料

辣椒品种为佳美二号，来自湖北省农业科学院。土壤取自武汉市农业科学院武湖基地设施大棚，连续种植10年，前茬作物为辣椒。

1.2 处理

试验共设置5个处理，具体如下。

处理A：强还原秸秆还田处理。

1）上一茬作物采收后，立即用尿素10 kg溶解成0.5%的溶液（或石灰氮50 kg/667 m2），均匀喷洒在土壤表面，用废旧大棚膜在土壤表面覆盖一周。

2）暂时撤掉土壤表面覆盖的大棚膜，加入以下有机物料：大蒜加工废弃物即蒜皮、蒜杆，含水量5%～10%，400 kg/667 m2;玉米秸秆，含水量 5%～45%，粉碎至1～3 cm，200 kg/667 m2;蔬菜新鲜秸秆，含水量60%以上，粉碎至1～3 cm，1 000 kg/667 m2，锯末100 kg/667 m2，食用菌栽培后废旧菌渣，300 kg/667 m2;均匀撒在土壤表面，旋耕30 cm深，使有机物料与土壤均匀混合，喷洒配制好的EM菌剂溶液。土壤表面再次覆盖大棚膜。

3）从大棚膜下面灌水至积水深20 cm，次日待水下渗后再次灌水深至5 cm，一周后再次灌水深至5 cm，在水中同时加入EM菌和红糖混合发酵液，待水下渗后压紧膜四周。

4）20～30 d后土壤湿度达可耕作程度时去掉土壤表面大棚膜，即按常规方法种植蔬菜。

处理B：高温闷棚技术。蔬菜大棚内施用有机肥，如鸡粪、猪粪、牛粪等，或利用植物秸秆如玉米秆、稻草（切成3～5 cm长小段），加施石灰氮。有机肥用量一般3 000～5 000 kg/667 m2，石灰氮60～100 kg/667 m2，均匀撒施在土壤表面，然后深翻25～30 cm。蔬菜大棚四周做坝，灌水，水面最好高出地面3～5 cm，覆盖旧薄膜，盖好大棚膜，防止雨水进入，严格保持大棚的密闭性，使地表以下10 cm温度达到70 ℃以上，20 cm地温达到45 ℃以上，达到灭菌杀虫的效果。大棚闷棚时间不少于20 d，闷棚结束后要进行耕翻，晾晒10～15 d，即定植下茬作物。

处理C：常规强还原技术。在高温季节，设施大棚清除残茬后加入牛粪1 000 kg/667 m2、玉米秸秆1 000 kg/667 m2、石灰氮100 kg/667 m2，耕翻后灌水至田间最大持水量，覆膜30 d。

处理D：氯化苦熏蒸。清除土壤表面残茬残根，深耕30 cm，土壤平整，水分保持在60%田間最大持水量，用专用注射器每隔30 cm穴施氯化苦2～3 mL，每667 m2施20 kg，施后立即覆盖较厚的大棚膜，四周密封，压膜用干净无污染的细沙土。熏蒸3周后揭膜散气，10 d后耕作播种定植。

处理E：灌水洗盐。清除土壤表面残渣后，蔬菜大棚四周做坝，灌水，水面最好高出地面3～5 cm，每天灌水一次，连续灌3 d，土壤湿度达可耕作时进行常规管理，定植辣椒。

处理F：对照，不进行任何处理。

试验各处理均为一个大棚，面积330 m2，前茬作物均为辣椒，处理时间2019年7月20日。种植作物为辣椒，定植时间2019年8月28日。其他管理措施同常规辣椒秋延后栽培管理。

1.3 测量指标及方法

测量土壤pH、EC值和温度，并测定辣椒干重、根系活力、产量、缺株率和发病情况。测定方法参考文献[11]进行。

土壤病原菌测定采用室内培养方法，主要测定病原菌为立枯丝核菌、尖孢镰刀菌、疫霉病。3种病原菌参考文献[12]进行测定。

1.4 数据分析

采用Excel 2007和SAS 8.1软件处理和分析数据。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤性质的影响

2.1.1 土壤pH 通过图1可以看出，在处理15 d时A处理土壤pH处于酸性环境下，这有利于土壤中病菌的灭活。在A处理30 d完成后，土壤pH恢复成7.0左右，不影响作物生长。其他处理15 d及30 d时土壤pH均为7.0左右，pH差异不显著。

2.1.2 土壤EC值土壤EC值是盐害的主要指标，有研究发现0.50 mS/cm以上会产生盐害，其值越高盐害越严重。图2显示，试验中设施土壤处理前EC值较高，土壤次生盐渍化比较严重。处理30 d和60 d时6个处理中强还原秸秆还田处理EC值最低，显著低于其他5个处理，其次为高温闷棚处理和灌水洗盐处理，二者之间土壤EC值差异不显著。对照与氯化苦熏蒸处理土壤EC值最高，二者之间差异不显著，但显著高于其他4个处理。相比处理30 d，处理60 d时各处理土壤均出现返盐情况，土壤EC值增加。处理60 d时强还原秸秆处理土壤EC值仍然处于较低水平，比处理30 d时土壤EC值增加4.88%，氯化苦熏蒸处理和对照处理土壤EC值处于较高水平，比处理30 d时增加6.28%和-0.80%。高温闷棚处理和灌水洗盐处理60 d时土壤EC值比处理30 d时增加46.17%和115.08%，返盐现象较严重。

2.1.3 土壤温度对土壤表面10 cm和20 cm处温度变化进行监测发现（图3和图4），各处理土表10 cm处温度以强还原秸秆还田处理和高温闷棚处理较高，处理16 d时达55 ℃以上，其次为常规强还原处理，对照处理土表10 cm处温度最低。氯化苦熏蒸处理、灌水洗盐处理、常规强还原处理和对照4个处理温度未达到55 ℃。土表20 cm处温度以强还原秸秆还田处理和高温闷棚处理较高，对照最低。6个处理的土表20 cm处温度均没有超过36 ℃。

2.1.4 病原菌不同处理对病原菌的灭杀效果见图5。处理后土壤立枯丝核菌数量表现为对照>灌水洗盐处理>高温闷棚处理>常规强还原处理>氯化苦熏蒸处理>强还原秸秆还田处理，辣椒疫霉数量和尖孢镰刀菌数量表现为对照>灌水洗盐处理>高温闷棚处理>氯化苦熏蒸处理>常规强还原处理>强还原秸秆还田处理。3种土壤病原菌数量，强还原秸秆还田处理显著低于其他5个处理;其次为常规强还原处理和氯化苦熏蒸处理，灌水洗盐处理和高温闷棚处理对病菌也有一定的灭杀效果。6个处理中3种土壤病原菌数量差异均达到显著水平。

2.2 不同处理对辣椒生长的影响

2.2.1 植株干重如图6所示，辣椒地上干重和地下干重均表现为强还原秸秆还田处理>高温闷棚处理>灌水洗盐处理>常规强还原处理>氯化苦熏蒸处理>对照。强还原秸秆还田处理辣椒地下干重与其他处理之间差异显著，比高温闷棚处理、常规强还原处理、氯化苦熏蒸处理、灌水洗盐处理及对照处理分别高28.87%、60.53%、195.16%、48.78%和245.28%。氯化苦熏蒸处理地下干重与对照差异不显著，二者显著低于其他处理。强还原秸秆还田处理地上干重显著高于其他处理，比高温闷棚处理、常规强还原处理、氯化苦处理、灌水洗盐处理及对照处理分别高40.32%、69.29%、116.73%、64.68%和260.26%。对照处理辣椒地上干重与其他处理之间差异达显著水平。

2.2.2 根系活力根系活力体现根系功能，与土壤逆境胁迫相关性较大。由图7可知，辣椒根系活力表现为强还原秸秆还田处理>高温闷棚处理>灌水洗盐处理>常规强还原处理>氯化苦熏蒸处理>对照。强还原秸秆还田处理辣椒根系活力最高，显著高于其他5个处理。其次为高温闷棚处理，其辣椒根系活力均显著高于常规强还原处理、氯化苦熏蒸处理和灌水洗盐处理。灌水洗盐处理与常规强还原处理辣椒根系活力无显著差异。对照处理的辣椒根系活力顯著低于其他处理。

2.2.3 缺株率缺株率与土壤EC值和土传病害都有关系。通过图8可以看出，各处理辣椒植株缺株情况差异很大。缺株率为强还原秸秆还田处理<高温闷棚处理<常规强还原处理<灌水洗盐处理<氯化苦熏蒸处理<对照。强还原秸秆还田处理缺株率显著低于其他处理，其次为高温闷棚处理和常规强还原处理，对照处理缺株率最高，与其他处理差异达显著水平。

2.2.4 发病率发病率对生长和产量的影响较大。通过图9可以看出，各处理对辣椒发病率影响较大。辣椒发病率为对照>灌水洗盐处理>氯化苦熏蒸处理>常规强还原处理>高温闷棚处理>强还原秸秆还田处理。强还原秸秆还田处理发病率显著低于其他处理，其次为高温闷棚处理和常规强还原处理，对照处理发病率最高，与其他处理差异达到显著水平。

2.2.5 产量从图10可以看出，辣椒产量为强还原秸秆还田处理>高温闷棚处理>灌水洗盐处理>常规强还原处理>氯化苦熏蒸处理>对照。强还原秸秆还田处理辣椒产量显著高于其他处理，比高温闷棚处理、常规强还原处理、氯化苦熏蒸处理和灌水洗盐处理分别高22.47%、54.40%、151.12%和91.85%。高温闷棚处理辣椒产量显著高于除强还原秸秆还田处理外的4组处理，对照辣椒产量显著低于其他处理。

3 小结与讨论

设施大棚长期从事密集的蔬菜种植后，经常会出现很多问题，如生长不良、病害增多、死亡植株变多、连作障碍加重等。分析其原因一般为土壤退化，具体体现在土壤病原菌累积、次生盐渍化、土壤板结、土壤酸化等[1]。生产上常用的措施是高温闷棚处理[4]。高温闷棚处理在特定条件下有一定效果，如高温闷棚降低了土壤EC值和土壤病原微生物，改善了根系发育，提高了根系活力，促进了植株生长，增加了蔬菜产量，但在本试验中高温闷棚处理未达到较理想的效果。高温闷棚处理对土壤病原微生物的灭杀不彻底，对土壤EC值的降低未达到0.50 mS/cm以下，甚至后期出现了返盐现象，这些都对作物生长产生一定抑制作用。有些病原微生物必须在土壤温度55 ℃以上保持5 d时间才可以灭活，而本试验中所有处理包括高温闷棚处理未达到此条件。灌水洗盐处理是生产上调控土壤次生盐渍化的常用方法，与夏季撤膜利用雨水洗盐一样。灌水洗盐处理对土传病害及盐渍化问题均没有取得较好效果。虽然前期土壤EC值降低，但随着时间延长，返盐十分严重，EC值上升到1.10 mS/cm以上，对作物生长发育造成了较大的抑制。氯化苦熏蒸处理对土壤病原微生物灭活效果较好，这与岳瑾等[13]的研究结果一致。但氯化苦熏蒸处理土壤EC值一直处于较高水平，这是氯化苦熏蒸处理使辣椒生长不良的重要原因。常规强还原处理是土壤消毒处理的一种新技术，该技术利用有机物料发酵在土壤中产生厌氧环境从而灭杀病原菌[8]，其优点是在非高温条件下也可以进行。在本试验中常规强还原处理对土壤病原菌灭杀效果仅次于强还原秸秆还田处理，但对土壤EC值降低作用不理想，甚至出现了严重的返盐现象。强还原秸秆还田处理在对土壤理化性状改善及作物生长、产量方面表现最好。强还原秸秆还田处理对土壤病原微生物灭杀效果较好，原因可能是一方面强还原秸秆还田处理造成土壤强烈的厌氧环境，另一方面土壤温度一直处于较高水平，而较高的温度加强了厌氧环境对土壤病原菌的抑制作用，这是高温闷棚及常规强还原处理不具备的条件。强还原秸秆还田处理对土壤EC值的降低作用明显，而且随时间延长返盐不严重，这是该处理死株率和发病率较低、根系活力较高、根系发育较好从而导致产量较高的重要原因。强还原秸秆还田处理土壤温度特别是地表20 cm处温度未达到灭杀病原微生物要求的55 ℃，但仍然对病原菌产生了较好的灭杀作用，这说明强还原秸秆还田处理可能在常温下也能取得较好的效果。强还原秸秆还田处理相比常规强还原处理土壤EC值降低更多，这可能是由二者水分控制不一样造成的，其对土壤病菌灭杀效果更好，可能是有机物料的应用、水分控制二者综合作用的结果，具体原因还需进一步研究。

强还原秸秆还田处理比高温闷棚处理、常规强还原处理、灌水洗盐处理和氯化苦熏蒸处理土壤EC值更低，且一直处于较低水平，灭杀病原菌效果更好，缺株率及发病率更低，根系活力、地下和地上部干重以及辣椒产量更高。高温闷棚处理降低了土壤EC值，对土壤病原菌有一定灭杀作用，缺株率及发病率仅高于强还原秸秆还田处理，地下和地上干重及辣椒产量仅低于强还原秸秆还田处理。常规强还原处理和氯化苦熏蒸处理对病菌灭杀效果较好，但土壤EC值处于较高水平，灌水洗盐处理对病菌灭杀效果不显著，土壤EC值前期降低、后期升高。辣椒产量从高到低为强还原秸秆还田处理>高温闷棚处理>灌水洗盐处理>常规强还原处理>氯化苦熏蒸处理>对照。

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