浅水土表覆盖秸秆对缓解土壤盐渍化及水生蔬菜生长的影响

刘辉， 江解增， 张昊， 张永仙， 钱佳宇， 李东昇， 吕艳， 吴桓锐

（扬州大学水生蔬菜研究室，江苏 扬州 225009）

随着我国现代设施农业的高速发展，设施连作障碍问题日益突显[1]，土壤养分失衡、盐渍化现象愈发严重[2]。过量施肥导致0—20 cm土层硝酸盐的不断累积是土壤盐渍化的重要因素[3]。土壤盐渍化会导致蔬菜生长发育不良、产量降低、品质下降、病虫害发生严重等[4]。而栽培水生蔬菜可以使土壤表层盐分下渗，利用蔬菜来吸收硝态氮，不仅可以减少淋溶损失[5]，而且可以缓解土壤盐渍化问题。秸秆还田是我国重要的有机培肥措施[6]，在土壤上垫铺秸秆可减少NO-3的淋失[7]。研究表明，秸秆还田不仅可以补充蔬菜生长所需的营养元素[8]，还可以作为短期磷和钾的来源、长期氮和碳的来源[9]；长期秸秆还田可以增加土壤有机质含量[10]。此外，Su等[11]研究表明，秸秆还田能够降低病原真菌的数量，减少土壤病害的发生，为土壤微生物群落的健康发展提供适宜环境。

本实验室前期研究发现，夏秋季大棚内浅水栽培蕹菜，在土表覆盖稻麦秸秆7 500、15 000 kg·hm-2能完全腐解，蔬菜产量明显提高，且改善土壤理化性质[12]，但对盐渍化土壤是否有很好的改善效果尚未探究，所以本试验在模拟生产上超量施用化肥促进冬春茬速生叶菜生长、土壤NO-3含量超过1 200 mg·kg-1且重度盐渍化的基础上，开展水旱轮作、浅水栽培蕹菜结合土表覆盖稻麦秸秆，旨在探究夏秋茬秸秆在完全腐解条件下对土壤盐渍化的缓解效果及对蔬菜产量和品质的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

蕹菜品种为泰国柳叶。

供试秸秆：扬稻6号，N、P、K含量分别为7.64、3.22 和 26.13 g·kg-1，有机碳含量为 386.17 g·kg-1；扬麦16号，N、P、K含量分别为4.43、0.92和24.73 g·kg-1，有机碳含量为430.78 g·kg-1。

供试肥料为尿素和45%三元复合肥（N-P-K=15-15-15)。

1.2 试验设计

试验于2019年6月—2019年11月在扬州大学水生蔬菜试验大棚（E 119°01′～119°54′，N 32°15′～33°25′）进行，在内径长、宽、高分别为500、370、320 mm的塑料栽培箱内浅水种植蕹菜，选用扬州大学农学院试验田‘扬麦16号’的小麦秸秆和‘扬稻6号’的水稻秸秆。设置不覆盖秸秆（CK）和覆盖150 g（折合7 500 kg·hm-2）切段5 cm的水稻秸秆（R1505）、150 g切段40 cm的小麦秸秆（W15040）、150 g整株小麦秸秆（W150）和300 g（折合 15 000 kg·hm-2）切 段 10 cm 的 小 麦 秸 秆（W30010）共5个处理，采用随机区组设计，每处理3次重复。

2019年6月15日蕹菜播种育苗，6月20日将秸秆均匀覆盖于塑料栽培箱土表，灌水并保持5 cm水层。于7月14日苗高10 cm左右移栽。当蕹菜群体高度达35 cm左右时留茬5 cm采收，分别于8月18日、9月6日、10月4日和11月8日进行4次蕹菜采收。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤理化性状的测定 分别于试验实施前（6月10日）和试验结束后（11月15日）采用5点取样法取蕹菜土壤表层0—10 cm土样100 g，剔除植株根系及小石子等杂质，其中5 g鲜样用密封袋储存放入4℃冰箱保存，其余土壤风干磨细用于土壤生化指标的测定。土壤全氮含量采用凯氏定氮法（H2SO4-H2O2消煮）[13]测定，全磷含量采用NaOH熔融-钼锑抗比色法[14]测定，全钾含量采用NaOH熔融-火焰光度法[15]测定，土壤有机碳含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定，速效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用火焰分光光度法测定[16]，土壤硝态氮采用紫外分光光度法测定[17]。土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法[18]测定，脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，土壤酸性磷酸酶活性采用苯磷酸二钠比色法[19]测定。

1.3.2 蕹菜产量及品质性状的测定 按箱采收蕹菜并测产，每箱随机留取300 g蕹菜置烘箱内105℃杀青30 min，然后75℃烘至恒重并称干重。蕹菜全氮、磷、钾的测定方法与土壤氮、磷、钾测定方法相同。蕹菜总黄酮含量、总酚含量和DPPH（1，1-二苯基-2-三硝基苯肼，1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）自由基清除率参照陈亮等[20]的方法测定，粗纤维含量按国家标准法（GB/T 5009.10—2003[21]）测定，可溶性糖含量采用硫酸-苯酚法[22]测定。

1.4 数据分析

用Excel 2007和DPS 7.05软件进行数据整理与分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆覆盖对土壤养分的影响

种植蕹菜前、后土壤养分含量如表1所示。种植蕹菜后，W30010处理土壤有机碳含量上升，但与种植前差异不显著；R1505、W15040、W150和CK处理的土壤有机碳含量均下降，其中，W15040、W150和CK处理较种植前显著降低，CK处理的降幅最大，说明秸秆腐解补充了土壤有机碳含量，且秸秆覆盖量越高，补充的土壤有机碳含量越多。各处理土壤硝态氮含量均显著降低，降幅均在50%以上，且麦秸秆处理的降幅略高于稻秸秆处理，说明蕹菜可能吸收了部分硝态氮，同时，高碳秸秆腐解会消耗N素，降低了土壤中NO-3含量，缓解了土壤盐渍化。全磷含量仅R1505处理略有升高，其余处理均有所降低，但仅W30010处理较种植前显著降低。速效磷含量仅W30010处理略有升高，其余处理均有所降低，但仅W15040、W150处理较种植前显著降低。全钾含量仅W30010处理有所降低，其余处理均升高，但较种植前均差异不显著。速效钾含量仅W15040处理降低，其余处理均上升，其中，R1505和CK处理较种植前显著升高。

表1 不同秸秆覆盖下的土壤养分Table 1 Soil nutrients under different straw mulching

2.2 秸秆覆盖对土壤酶活性的影响

由表2可知，种植蕹菜后，各处理与对照土壤蔗糖酶活性均显著降低，可能是淹水环境抑制了土壤微生物活性；脲酶活性除W15040处理外，其余各处理降幅均小于对照；W15040处理土壤酸性磷酸酶活性较种植前显著升高，而W30010和CK处理较种植前活性显著降低。

表2 不同秸秆覆盖下的土壤酶活性Table 2 Soil enzyme activities under different straw mulching

2.3 秸秆覆盖对蕹菜产量的影响

由图1可知，R1505、W15040、W150和W30010处理蕹菜的总产量分别为159.15、134.70、128.40和128.70 t·hm-2，分别较对照（124.95 t·hm-2）增产27.25%、7.80%、2.76%和3.00%，说明秸秆腐解为蔬菜提供了所需养分，有利于提高蔬菜产量。第1次采收时，秸秆覆盖处理的产量均显著高于对照，其中，R1505处理产量最高；第2和第3次采收时，秸秆覆盖处理的产量与对照间差异不显著；第4次采收时，秸秆覆盖处理的产量均高于CK，其中R1505和W30010处理显著高于CK。

图1 不同秸秆覆盖的蕹菜产量Fig.1 Yield of water spinach covered with different straws

2.4 秸秆覆盖对蕹菜养分的影响

不同处理下蕹菜的氮、磷和钾含量如表3所示。对各处理第1和第4次采收蕹菜的全氮、全磷和全钾含量进行比较，秸秆覆盖处理第1次采收蕹菜的全氮含量均高于对照，而第4次采收蕹菜的全氮含量均显著低于对照。W15040处理第4次采收蕹菜的全磷含量显著高于对照，而W150处理第4次采收蕹菜的全磷含量显著低于对照。其余处理间差异不显著，但第4次采收蕹菜的全磷含量高于第1次采收。秸秆覆盖处理第1次和第4次采收蕹菜的全钾含量均显著高于对照，但第4次采收蕹菜的全钾含量显著低于第1次采收。

表3 不同秸秆覆盖下蕹菜的养分含量Table 3 Nutrient content of water spinach under different straw mulching

2.5 秸秆覆盖对蕹菜品质的影响

由表4可知，各处理第1次采收的蕹菜粗纤维含量低于对照，而第4次采收的蕹菜粗纤维含量高于对照，说明前期秸秆腐解释放大量养分供蕹菜生长，蕹菜含水量增加，粗纤维含量降低，口感较好，更加脆嫩。R1505和W30010处理第4次采收蕹菜的可溶性糖含量显著高于第1次采收；W150和W15040处理第4次采收蕹菜的可溶性糖含量显著低于对照。W150和W30010处理第4次采收蕹菜的黄酮含量显著高于第一次采收。各处理第4次采收蕹菜的总酚含量均显著高于第1次采收。R1505和W30010处理第1次采收蕹菜的DPPH自由基清除率显著高于对照。综上所述，秸秆腐解为蕹菜生长提供了养分，使蕹菜抗氧化性增强、品质得到提高。

表4 不同秸秆覆盖下蕹菜的品质Table 4 Quality of water spinach under different straw mulching

3 讨论

研究表明，秸秆还田可发生反硝化作用，使浅层地下水中的NO-3浓度下降[23]。Zhang等[24]研究表明，花卉秸秆还田可缓解硝酸盐污染。本研究发现，覆盖秸秆后土壤硝态氮含量较对照显著降低，降幅均在50%以上，即土壤盐渍化得到明显缓解，可能是由于秸秆中含有丰富碳源，秸秆腐解时会刺激微生物活动，导致土壤中大量有效氮被微生物固持。利用这一特点，秸秆可用来缓解以硝酸盐为主要类型的盐渍化土壤。本研究中，各处理秸秆基本完全腐解，土壤盐渍化虽得到缓解，但硝态氮含量仍较高，因此，后期可继续加大秸秆覆盖量进一步缓解土壤盐渍化。且本研究在塑料试验箱中进行，仅探究了0—10 cm土壤硝态氮含量变化，存在一定局限性，因此，应进一步在盐渍化大田中探究秸秆覆盖对深层土壤硝态氮含量的影响，为设施蔬菜的可持续发展和秸秆的综合利用提供理论依据。

本研究中，W30010和W150处理的土壤有机碳含量显著高于对照。杨钊等[25]研究表明，土壤有机碳含量与秸秆还田的持续时间呈正相关，且持续时间越长土壤有机碳含量越高。由此表明，秸秆还田能缓解土壤有机碳的减少，且持续还田效果将更加显著。土壤中甲烷的排放由甲烷氧化菌和产甲烷菌决定，淹水厌氧条件下，产甲烷菌活性增强，甲烷排放增加[26]，碳损失增多。周杏[27]研究发现，秸秆还田显著增加了甲烷的排放，且在不同灌溉模式下，甲烷的增排效应存在差异，其中，间断灌溉模式下甲烷的增排效应最小。因此，后期应进步一探究灌溉模式与秸秆覆盖双因素对土壤有机碳含量的影响。

钾元素对植株增产具有重要意义。研究表明，水稻秸秆还田的氮、磷、钾释放率分别为60.95%、6.77%和90.58%，小麦秸秆还田的氮、磷、钾释放率分别24.94%、22.01%、93.64%[28]；秸秆还田增加了作物对钾的吸收和土壤中有效钾的含量[29-30]。本研究表明，覆盖秸秆后蕹菜产量增加，且覆盖水稻秸秆增产效果更显著；其中，第2和第3次采收蕹菜产量较对照无显著差异，可能与土壤碳氮比、秸秆分解速度等有关[31]；R1505和W30010处理第4次采收蕹菜产量显著高于对照，可能是由于后期秸秆腐解更加充分，为植株生长提供了均衡的养分。综上所述，秸秆还田为植物生长提供释放大量养分，有效补充土壤氮、磷、钾含量，有利于促进作物增产。