功能性材料对次生盐渍化设施土壤理化性质及黄瓜生理特性的影响

2023-11-01代胜棋张广娜林祥杰韩庆典

中国果菜 2023年10期

代胜棋，张广娜*，林祥杰，韩庆典

（1.临沂大学农林科学学院，山东临沂 276005；2.临沂大学药学院，山东临沂 276005）

设施土壤盐渍化是限制设施农业生产的重要因子[1-2]，土壤盐离子含量升高，严重危害设施蔬菜生产，导致土壤理化性状变差，使土壤容重高于正常土壤，饱和导水率和孔隙度显著低于正常土壤[3-4]，降低土壤微生物生物量[5-7]，最终影响土壤性能，影响作物的正常生长发育[8]和作物体内相关酶和植株自身生理代谢功能造成植物萎缩和叶片坏死[9-11]。此外，盐胁迫还会抑制叶绿素的合成、危害花器和雌蕊，影响花粉活力，导致植株生长发育不良，从而影响产量。

国内外对于土壤盐渍化改良研究表明，盐碱地改良可通过农艺工程措施、化学措施和生物措施等[12-14]，而传统大水漫灌压盐或农艺工程措施排盐的治理方式[15-16]，对水资源及配套设施要求较高。化学措施通过施用改良剂置换土壤Na+，促进盐分淋洗[17]。生物措施主要应用菌肥或栽植绿肥降低土壤pH、含盐量，增加土壤微生物多样性[18-19]，成本较高，且种植绿肥对农业增产意义不大。

黄瓜是临沂市兰陵县设施蔬菜主要栽种作物。兰陵县常年蔬菜种植面积为8 万hm2，其中设施黄瓜面积1.13 万hm2，露地黄瓜面积0.33 万hm2，有些地区已经连续15～20 年种植黄瓜，设施土壤次生盐渍化情况较明显，地面苔藓密布，有些次生盐渍化严重的设施棚内出现地面发白或发红现象。本研究拟选用一种功能性新材料，通过功能性材料与肥料设置不同比例混合施用，对设施黄瓜土壤理化性质及黄瓜的生长生理指标进行测定，以明确该材料对次生盐渍化土壤及设施内作物的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设置在山东省临沂市兰陵县新兴镇龙庄村（34°48′N、117°54′E）黄瓜种植大棚内，常年黄瓜连作，黄瓜品种为当地常规种植品种‘德瑞特398’。黄瓜自10 月中旬左右定植嫁接苗，次年6 月收获完毕，每年施用稻壳发酵有机肥0.6 t/667 m2。

1.2 试验设计

黄瓜定植前结合整地施用底肥75 kg/667 m2（N-P2O5-K2O=14-16-15），肥料与功能性材料按质量比混合好后施入土壤，功能性材料为麦饭石、火山岩、二钾石、砭石、木鱼石等矿石/矿渣按配方破碎、混合、低温烧制、再次破碎、高温烧制、粉碎后过筛的一种富含C、O、Si、Al 的多孔片状物质。

本实验设置对照处理（CK，单施复合肥）、PCT1（复合肥与功能性材料质量比100∶1）、PCT2（复合肥与功能性材料质量比100∶2）、PCT2.5（复合肥与功能性材料质量比100∶2.5），共计4 个处理，每个处理3 次重复，试验小区面积3 m×5 m，每小区间隔2 行黄瓜。

1.3 指标测定

于当年10 月中旬定植，次年1 月份进入盛果期，盛果期测定黄瓜的株高、茎粗、倒数第四片叶面积、叶片数，采集叶片测定叶绿素含量、胡萝卜素含量和净光合速率等，并统计单果质量和田间产量。

黄瓜采样的同时于试验小区内采集0～20 cm 土样，每小区采集3 点混合土样，分别测定土壤pH 值、可溶盐含量、速效氮、磷、钾含量。土壤pH 值采用电位法测定，可溶性盐含量采用烘干称量法测定，铵态氮使用靛酚蓝比色法测定，硝态氮采用双光束紫外分光光度法测定，速效磷采用Olsen 法测定，速效钾使用乙酸铵浸提、火焰光度计法测定[20]。

1.4 数据处理

采用SPSS 16.0 对试验所得数据进行单因素方差分析，方差齐性采用Tukey 多重比较，方差不齐采用Dunnett’s T3 方法进行多重比较；图片绘制采用Excel 2019 进行。

2 结果与分析

2.1 不同功能性材料用量对土壤理化性质的影响

由表1 可知，功能性材料施用后土壤速效磷含量显著高于对照，但不同用量功能性材料处理间无显著差异，相比对照，各试验处理土壤速效磷含量分别提高10.37、9.63 和9.93 mg/kg；而功能性材料施用对土壤pH、可溶性盐含量、铵态氮、硝态氮和速效钾含量等土壤理化性质无显著影响。

表1 不同功能性材料用量对土壤理化指标的影响Table 1 Effect of different functional materials dosages on the properties of soil in greenhouse

2.2 不同功能性材料用量对黄瓜叶绿素含量的影响

由图1 所示，与对照相比，功能性材料施用处理显著提高黄瓜株高、茎粗及叶面积，但施用过多的处理如PCT2.5 对株高和茎粗有一定抑制作用。各处理间，PCT1效果最好，相比对照，PCT1 处理下的单株株高和茎粗分别增加23.0、0.7 mm；PCT1、PCT2 和PCT2.5 处理叶面积显著高于对照，相比对照分别增长了60.3、57.7、56.7mm2；而黄瓜叶片数各处理间无显著差异。

叶绿素是植物进行光合作用的重要物质。如图2（见下页）所示，PCT1、PCT2 和PCT2.5 处理的叶绿素a 和总叶绿素含量均显著高于对照，PCT1 和PCT2 叶绿素a 含量分别比对照高16.9%和16.2%，而PCT2.5 仅比对照高13.8%。类似的，处理PCT1 和PCT2 总叶绿素含量分别比对照高出14.0%和13.0%，而PCT2.5 仅比对照叶片高出11.4%。叶绿素b 及类胡萝卜素含量与对照处理相比无显著差异。

图2 不同功能性材料用量对黄瓜叶片叶绿素含量的影响Fig.2 Effect of different functional material dosages on cucumber chlorophyll contents

2.3 不同功能性材料用量对黄瓜叶片净光合速率的影响

由图3 可以看出，功能性材料施用处理与对照组相比，能够显著提高黄瓜净光合速率，但功能性材料的过量施用（如PCT2.5）对黄瓜净光合速率有一定的抑制作用。三组处理中，PCT1 处理效果最好，净光合速率比对照增加25.1%，其次为PCT2 处理，PCT2.5 处理与对照相比黄瓜叶片净光合速率无显著差异。

图3 不同功能性材料用量对黄瓜叶片净光合速率的影响Fig.3 Effect of different functional material dosages on the net photosynthetic rate of cucumber leaves

2.4 不同功能性材料用量对黄瓜产量的影响

如图4 所示，功能性材料施用处理和对照处理对黄瓜单果质量的影响没有显著差异；功能性材料试验处理下的黄瓜单果质量普遍在0.22～0.23 kg，无显著差异。功能性材料处理的产量稍高于对照，PCT1 和PCT2.5 产量稍高，分别为5 683、5 609 kg/667 m2，PCT2 处理黄瓜每667 m2产量为5 560 kg，与对照（5 447 kg）相比无显著差异。

图4 不同功能性材料用量对黄瓜单果质量和产量的影响Fig.4 Effect of different functional material dosages on single fruit weight and yield of cucumber

3 讨论

3.1 功能性材料对土壤理化指标的影响

土壤中各养分含量直接关系着作物的产量及品质，本试验中，次生盐渍化设施土壤中的养分往往会失衡，影响作物的正常生长发育。功能性材料能显著增加土壤速效磷含量、提升磷的有效性，这可能是由于功能性材料为多孔构造，降低了Ca2+对P 的固定。在pH 值方面，功能性材料在一定程度上降低土壤pH 值，但未达到显著水平，这与脱硫石膏改善盐渍土有一定的相似性。功能性材料含有Si、Ca、Al 等元素，一方面能与土壤中的Na+进行交换，从而降低pH 值[21]，另一方面Si、Al 等离子对pH 值影响不够显著。功能性材料对铵态氮、硝态氮和速效钾含量影响不大，其原因一方面是因为功能性材料本身为一种矿物质粉，可能对土壤氮转化相关酶活性影响较小；另一方面，实验周期较多，材料的后续作用仍需进一步观察测定。

3.2 功能性材料对黄瓜生理指标的影响

黄瓜的生长生理指标是土壤是否适宜黄瓜生长最直观的表现。功能性材料施用显著增加黄瓜株高和茎粗。功能性材料为多孔片状物质，施用后增加土壤的通气透水，可促进设施黄瓜根系生长，能够吸收更多养分用于营养生长，促进了叶面积增大、株高和茎粗的增加。前人研究表明，土壤速效磷含量较高时，黄瓜植株的净光合速率会增加，有利于植物代谢[22]。叶绿素是高等植物进行光合作用的主要色素，其含量对蔬菜的品质有很大的影响[23]。施加功能性材料使叶绿素a 的含量明显增加，而根据陈晨等[24]研究表明磷肥能明显提高作物叶绿素a的含量。部分叶绿素a 是光合作用的启动器，这也使得叶绿素总含量和净光合作用速率提升。张景云等[25]认为，在盐胁迫的土壤条件下会使黄瓜叶绿素的合成受阻，施加功能性材料处理组中总叶绿素含量的增加也表现了功能性材料在降低土壤盐含量方面起一定促进作用。