不同施肥处理对芹菜农田土壤理化性状及产量的影响

仁增草，武 均，彭 敏，宋雪峰，王月胜，蔡立群

（1甘肃农业大学资源与环境学院，兰州 730070；2元泰丰（包头）生物科技有限公司，内蒙古包头 014000）

0 引言

甘肃省黄土高原夏季生产的蔬菜俗称“兰州高原夏菜”，芹菜是兰州高原夏菜外销的主要品种之一，具有祛风利湿、清肠利便、润肺止咳、降低血压等功效。甘肃定西和兰州地区的芹菜主要的栽培模式是大田直播，此外，还有育苗移栽和大棚生产等栽培模式，一般在3月播种，7月下旬或8月上旬陆续收获，销售到南方市场后，能获得较好的经济效益。目前甘肃定西和兰州地区的芹菜种植面积达6700 hm2，平均每产量达105～135 t/hm2，收益 18 万～30 万元/hm2[1]。然而近年来，连年重茬使芹菜连作障碍问题日趋严重，造成减产甚至绝收，已成为制约高原夏菜芹菜产业绿色可持续发展的重要因素。连作障碍使得土壤物理性状恶化。为了保证芹菜出苗，种植时需要全田铺砂，在经过连年铺砂种植后，土壤团粒结构发生变化，保水保肥和抗旱田变成了跑水跑肥易旱田。菜农为了追求产量，大量施用化肥，尤其是化学氮肥，有机肥施用量很少甚至不施用，使土壤养分比例失调、土壤环境恶化，影响高原夏菜芹菜对土壤中氮、磷、钾及微量元素的吸收[2-3]，从而导致产量下降、品质降低。同时化学氮肥的过量施用，使得蔬菜和土壤中硝酸盐含量不断提高，给环境和人类健康构成了威胁[4-5]。研究表明，过量施用化肥可导致土壤耕层中营养元素大量流失，会造成有机质含量的下降，微生物数量和酶活性降低，造成土壤板结，最终导致土壤肥力整体下降，还会降低化肥的肥效[6]。

已有研究表明，长期配施有机肥能明显调节土壤碳氮比，提高土壤有机质和氮磷钾含量，促进微生物代谢和繁育，增加土壤微生物数量，提高土壤保墒、透气、保肥性能，从而改善作物根系生长的环境条件，为作物稳产高产创造良好的土壤生态环境[7-8]。长期施用有机肥还能够稳定土壤pH，防治土壤酸化[9]。适量有机肥与氮肥配施，可以提高作物产量，增加经济效益，保证土壤肥力可持续发展[10-11]。房恩翰[12]研究发现，以有机肥替代化肥能提高番茄叶片的叶绿素含量和叶片氮素含量，对番茄叶片的生长有一定的促进作用，随着有机肥施用量的增加，土壤有机质含量有明显的提升；在以甜瓜为试验对象时，随着有机肥量的增加，土壤速效磷的含量也随之提高；在以茄子为试验对象时，得出随着有机肥替代化肥量的增加土壤容重逐渐降低的结论，说明增施有机肥可以增加土壤孔隙度，改善土壤理化性状，更适合植物生长。有机肥还能明显提升农作物品质，有机肥替代化肥可以增加土壤中的有机质含量，有机肥替代化肥处理后土壤速效钾含量高于其他处理，增施有机肥可以增加3种蔬菜的产量。

有机肥料作为有机农业生产的主体，不但可以提供农作物所需的各种养分，还可以有效改善农作物土壤环境，提高土壤养分含量，对农作物品质、产量以及农业生产成本起到重要作用[13-16]。且不合理施用化肥已成为目前中国农业面源污染最主要的原因之一[17]，在保证作物产量的基础上减少化肥施用量是农业可持续发展的必然趋势[18]。本研究根据芹菜生长发育和养分需求规律，以‘文图拉’芹菜为供试作物，田间试验研究有机肥施用对芹菜产量及土壤理化性状的影响，以期为该区芹菜高产高效和土壤培肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验布设于甘肃省兰州市永登县龙泉寺镇瑞芝村(36°51′N，103°38′E)，该区位于青藏高原东北部与黄土高原西部过渡地带，为甘肃省重要的高原夏菜种植基地。试区年均降雨量293 mm，年均气温7℃，平均海拔1900 m，年日照2570 h，全年无霜期143天，年平均风速1.0 m/s，属大陆性季风气候。试区农田土壤为典型的灰钙土，质地疏松，熟化程度高。

1.2 试验设计

试验地采取一年两季种植模式，菠菜、芹菜轮作措施，当季前茬作物为菠菜，二茬作物为芹菜。共设3个处理，具体处理方式见表1，共计3个小区，小区面积360 m2(30 m×12 m)。供试芹菜品种为‘文图拉’。芹菜于2019、2020年6月下旬定植，9月下旬收获，芹菜株距为0.20 m，行距为0.15 m，种植密度为330570株/hm2。各处理均施纯 N 450 kg/hm2，纯 P2O5300 kg/hm2，纯K2O 600 kg/hm2。

表1 处理方法描述

1.3 测定项目和方法

土壤容重、孔隙度采用环刀法，作物收获后，对0～5、5～10、10～30 cm 3个土层的土壤容重进行测定。土壤饱和导水率采用圆盘渗透仪法。pH采用pH计(Sartorius PB-10)测定（水土比为2.5:1）。土壤有机质采用重铬酸钾外加热法。土壤全氮采用凯氏定氮法。土壤全磷采用碱熔融后分别采用钼锑抗比色法和火焰光度计法测定。土壤碱解氮采用碱扩散法。土壤速效磷采用NaHCO3-钼锑抗比色法。速效钾采用NH4OAc-火焰光度计法[19]。2019、2020年9月下旬芹菜收获时，每个处理小区单独测定产量。

1.4 数据处理

文中数据、图表采用Excel 2016处理，采用SPSS 24.0软件进行统计分析，显著性差异分析采用新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对芹菜地上产量的影响

由表2可知，2019和2020年的芹菜地上产量均以YTF1/2处理最高。2019年，YTF1/2处理较T和YTF处理分别提升地上产量2.65%和22.83%；2020年，YTF1/2处理较T和YTF处理分别提升地上产量25%和13.64%。

表2 不同施肥处理对芹菜地上产量的影响

2.2 不同施肥处理对芹菜农田土壤理化性状的影响

2.2.1 土壤物理性状 由表3可知，2019年，YTF1/2处理和YTF处理较T处理分别显著降低土壤容重4.9%和13.16%，亦可分别显著提升土壤孔隙度4.17%和10.72%；2020年，YTF1/2处理和YTF处理较T处理分别显著降低土壤容重5.98%和10.71%，亦可分别显著提升土壤孔隙度5.22%和8.23%。

表3 不同施肥处理对芹菜农田土壤物理性状的影响

2.2.2 土壤饱和导水率 由图1可知，2019年芹菜收获后，YTF处理较T和YTF1/2处理耕层土壤饱和导水率显著提升20.73%和10.56%；2020年芹菜收获后，YTF处理较T和YTF1/2处理耕层土壤饱和导水率显著提升17.76%和10.43%。

图1 不同施肥处理对芹菜农田土壤饱和导水率的影响

2.3 不同施肥处理对芹菜农田土壤有机质和养分的影响

由表4可知，2019年各处理间土壤pH、有机质、全氮含量差异均未达到显著水平。施用有机肥可提升土壤有机质，但对全量氮磷无提升效果，各处理间土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量差异均达到显著水平。YTF1/2处理较T和YTF处理可显著提升碱解氮、有效磷含量15.80%、19.60%和29.95%、43.00%。T处理速效钾含量显著高于YTF、YTF1/2处理11.40%、21.40%。2020年各处理间土壤pH差异均未达到显著水平。施用有机肥可提升土壤有机质，但对全量磷无提升效果，YTF1/2处理全氮含量最高，各处理间土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量差异均达到显著水平。YTF1/2处理较T和YTF处理可显著提升碱解氮、有效磷含量16.18%、12.91%和31.13%、35.46%。T处理速效钾含量显著高于YTF、YTF1/2处理11.34%、21.30%。

表4 不同施肥处理对芹菜农田土壤养分的影响

2.4 相关性分析

图2相关分析表明，芹菜地上产量与碱解氮极显著正相关，与其他土壤指标均未达到显著水平。

图2 芹菜地上产量与土壤指标的相关关系

3 结论

3种施肥处理中有机肥配施化肥、全量有机肥均可不同程度改善农田土壤的理化性质。有机肥配施化肥对芹菜增产效果最优，全量有机肥处理对土壤物理性状改良效果最好，全量有机肥处理对土壤有机质提升效果最优，对全量氮磷无明显提升效果，而速效养分对有机肥配施化肥响应最强。总体来看，有机肥配施化肥效果最优。

4 讨论

（1）已有研究表明，有机肥替代能提高作物产量[20]。在本研究中，2019年和2020年的芹菜地上产量均是YTF1/2处理最高，这与王昌全等[21]的研究结论一致，有机肥能改善芹菜的外观形态和生理活性，从而提高芹菜的产量和改善其品质。

（2）土壤容重可以反映土壤孔隙数量和土壤颗粒结构等组合特征，土壤容重越小，土壤紧实度越低，土壤孔隙越多。本研究中，YTF1/2处理和YTF处理均能降低土壤容重，显著增加土壤孔隙度，且YTF处理下效果显著。这与匡崇婷[22]的研究结论相似，有机肥培肥处理后土壤容重有所降低。王宪玲等[23]研究发现，有机无机肥配施相比不施肥、单施化肥在不同土层的土壤容重均为最小，有机无机肥配施土壤的饱和导水率有明显提升。这主要是因为有机肥含有大量土壤微生物活动所需的养分，施入土壤后可使土壤中微生物数目种类增多，土壤微生物活动可以疏松土壤，增加土壤通气透水性，使其容重减小，孔隙度增大。有研究者指出，从长远来看，有机无机肥料联合施用能够使土壤的肥力明显提高，理化性质不断得到改善，进而促进土壤中微生物的繁殖与生长，使根系发育健壮[24-25]。

（3）本研究中，随着有机肥施用量的增加，全量氮磷和速效钾含量总体呈下降趋势，碱解氮和有效磷在YTF1/2处理时含量最高，这可能与添加有机肥对解磷菌的活性和数量的提升有促进作用有关。杨忠赞等[26]研究表明，有机肥替代能提高土壤速效钾和全氮含量，与单施化肥相比，提升土壤全磷效果不明显。匡崇婷[22]的试验结果表明，持续有机肥培肥后，土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量有提高。而本研究中各处理下芹菜农田土壤pH、全氮、全磷之间差异未达到显著水平，这可能与试验年限较短，外源有机物料输入对土壤养分改善效果未体现有关，还需要进一步研究。