不同土壤改良措施对连作黄瓜幼苗生理特性和产量及品质的影响

杨囡君 刘新社 决超

摘要：针对连作黄瓜生长不良，产量、品质降低等问题，笔者通过多年田间定位试验，研究不同土壤改良措施对黄瓜幼苗生理特性、产量及品质的影响，旨在为设施黄瓜连作土壤改良可行性提供科学依据。试验设单施化肥（CK）、化肥减量+生物有机肥（SB）、化肥减量+微生物菌肥（SM）、化肥减量+生物有机肥+土壤调理剂（SBC）、化肥减量+微生物菌肥+土壤调理剂（SMC）5个处理，研究不同处理对连作黄瓜叶片叶绿素荧光特性、叶绿素SPAD值、光合速率、叶片和根系抗氧化系统及丙二醛（MDA）含量、产量、品质变化的影响。结果表明，与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理均可显著提高叶片初始荧光（Fo）、最大光化学效率（Fv/Fm）、有效光化学效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ实际光合效率［Y（Ⅱ）］；显著提高叶绿素SPAD值、光合速率、叶片和根系超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性以及黄瓜产量、品质，显著降低叶片和根系MDA含量。其中，SBC处理叶绿素Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）均最高，较CK处理分别显著提高50.00%、54.24%、58.33%；SBC处理叶绿素SPAD值、光合速率以及叶片SOD、POD活性均最高，较CK处理分别显著提高44.98%、31.32%、52.66%、30.60%；SMC处理叶片CAT活性以及根系SOD、POD、CAT活性均最高，较CK处理分别显著提高53.71%、37.24%、25.91%、52.85%；SBC处理的黄瓜产量最高，较CK处理提高58.69%，较SB、SM、SMC处理分别提高11.28%、21.71%、6.01%。相关性分析表明，黄瓜产量、品质的提高與叶片、根系生理特性变化密切相关。综上，与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理均可改善黄瓜叶片荧光特性，提高黄瓜的光合作用和抗逆能力，进而促进黄瓜生长发育，其中SBC处理表现较优。

关键词：黄瓜；连作；土壤调理剂；生理特性；产量；品质

中图分类号：S642.204；S156.2  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）08-0144-07

收稿日期：2023-07-17

基金项目：河南省科技攻关项目（编号：182102110371）；河南省高等学校重点科研项目支撑计划（编号：23B2120006）。

作者简介：杨囡君（1983—），女，河南商丘人，讲师，主要从事蔬菜栽培生理与连作障碍研究。E-mail：sqyang1027@sina.com。

黄瓜是我国的主要蔬菜作物之一，种植面积居世界首位［1］。近年来，随着设施农业的兴起与快速发展，设施黄瓜效益越来越高，而受耕地与设施农业现有的硬件条件以及人们盲目追求效益等影响，常年连作黄瓜，不仅造成土壤养分失衡、肥力下降、菌群失活等土壤质量问题，还造成黄瓜生长发育不良、植株矮化、产量、品质降低、光合作用及抗逆能力下降等问题［2-4］。而为改变这一现象，人们通常盲目加大肥药用量进行管控与治理，但治理效果与经济效益往往均不明显。化肥、农药是保证粮食增产的核心，但过量施用不仅起不到增产丰产效果，还会造成作物产量、品质下降，病虫害频发、药剂残留过多等问题，严重影响了我国生态农业环境安全［5-7］。因此，近年来，针对作物连作障碍问题，有较多学者提出增施有机肥用于调理土壤结构与活性，促进作物生长发育［8-9］。

有研究表明，无机有机肥配施能够通过改良土壤结构与活性，促进作物生长发育，提高作物光合作用及抗逆能力［10-12］。吕海龙的研究表明，增施有机肥能够提升茄子根系对土壤养分的吸收与利用，进而提高叶片光合色素含量及光合作用能力，促进茄子生长发育［13］；王庆玲等的研究表明，化肥减量增施有机肥能够提高蒜苗叶片光合色素含量、净光合速率以及根系活力［14］；刘艳等的研究表明，化肥减量增施有机肥能够提高玉米穗位叶超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性，降低丙二醛含量［15］。可见，通过无机有机肥配施来改良土壤结构与活性，促进作物生长发育，提高作物抗逆能力，是解决黄瓜连作障碍问题的重要研究方向。

生物防治对农业生态环境友好安全，能够长期调控与修复土壤，提高土壤持续生产力，对促使我国农业可持续发展具有一定的积极影响［16-17］。而通过土壤调理剂修复土壤是生物防治的一种新型技术手段，近年来，针对连作土壤修复问题，土壤调理剂越来越受到人们的重视与接受。有研究表明，土壤调理剂能够降低土壤容重，增加土壤孔隙度，促使大粒径团聚体形成，保持土壤结构稳定性，提高作物根系养分吸收、利用，促进作物生长发育［18-20］。目前，关于有机肥配施土壤调理剂对土壤养分、酶活性以及微生物影响的研究报道有很多，而关于对连作黄瓜生长发育、光合作用以及抗逆能力影响的研究报道并不多见［21-24］。因此，本研究通过不同有机肥与土壤调理剂配施，研究不同土壤改良措施对连作黄瓜叶片荧光特性、光合特性以及叶片与根系抗逆能力的影响，并探讨不同改良措施条件下黄瓜产量、品质变化与叶片、根系生理特性之间的联系。旨在保护农业生态环境，有效缓解黄瓜连作障碍，为黄瓜连作田有机肥与土壤调理剂的合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年8月至2023年5月在商丘职业技术学院试验基地的温室大棚内进行。该大棚长60 m，宽8 m，大棚脊高3 m，黄瓜沿东西方向种植，截至试验种植前已经连续3年6季进行黄瓜连作。试验土壤为黄潮土中壤，土壤基础养分：有机质含量9.26 g/kg、速效氮含量56.22 mg/kg、速效磷含量62.94 mg/kg、速效钾含量109.85 mg/kg，土壤pH值为7.92。

1.2 材料

供试黄瓜品种为粤秀1号（广东省农业科学院蔬菜研究所提供）。供试土壤调理剂：高钾型类沸石矿物质调理剂，含有丰富的钙镁铁等矿质元素，山西屹米达环保材料有限责任公司生产。供试化肥：复合肥（N、P2O5、K2O含量均为15%），河南心连心化工集团有限公司生产。供试生物有机肥：有机质含量≥30%，N+P2O5+K2O含量≥6%，有效活菌数≥0.2亿CFU/g，河北丰农有机肥制造有限公司生产。供试微生物菌肥：有机质含量≥60%、N+P2O5+K2O含量≥5%，有效活菌数≥5亿CFU/g，河北旺润农业科技有限公司生产。

1.3 试验设计

试验设5个处理，分别为CK处理：单施化肥（750 kg/hm2）；SB处理：化肥减量20%（600 kg/hm2）+生物有机肥（1 500 kg/hm2）；SM处理：化肥减量20%（600 kg/hm2）+微生物菌肥（480 kg/hm2）；SBC处理：化肥减量40%（450 kg/hm2）+生物有机肥（1 500 kg/hm2）+土壤调理剂（600 kg/hm2）；SMC处理：化肥减量40%（450 kg/hm2）+微生物菌肥（480 kg/hm2）+土壤调理剂（600 kg/hm2）。3次重复，共15个小区，随机区组排列。小区长宽分别为7.0、3.6 m，黄瓜株行距分别为40、60 cm。种植前，将不同处理的70%复合肥以及全部生物有机肥、微生物菌肥和土壤调理剂作为基肥施入土壤中，30%复合肥作为追肥，在黄瓜初花期、坐果前期以及坐果后期各追施10%。其他田间管理措施如除草、浇水等均按照当地习惯进行。秋季黄瓜8月10日定植，12月20日拉秧；春季黄瓜2月10日定植，5月20日拉秧。

1.4 测试指标与方法

1.4.1 叶绿素荧光、SPAD值、光合速率测定

在2023年春季黄瓜坐果期每个处理分别选择10株黄瓜进行叶片叶绿素荧光、SPAD值、光合速率测定。叶片SPAD值采用叶绿素仪SPAD-502（北京）进行测定，叶绿素荧光参数和光合速率采用便携式光合-荧光测量系统（GFS-3000）测定。叶绿素荧光参数和光合速率从09：00开始每隔2 h测定1次，测得初始荧光（Fo）、最大光化学效率（Fv/Fm）、有效光化学效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ实际光合效率［Y（Ⅱ）］、光化学淬灭系数（qP）、非光化学淬灭系数（NPQ）等数据。连续测定5次，取平均值。

1.4.2 抗氧化酶活性和丙二醛含量测定

在2023年春季黄瓜坐果后期分别采用鲜活叶片与根系进行抗氧化酶活性和丙二醛含量测定。叶片及根系超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）含量分别采用氮蓝四唑光还原法、紫外吸收法、愈创木酚法、硫代巴比妥酸法测定［25］。

1.4.3 产量、品质测定

2023年春季黄瓜进行产量与品质测定，每小区定点选择10株黄瓜进行产量测定，自第1次采摘开始直至最后1次采摘结束记录其产量总和，然后进行公顷折算。利用头茬黄瓜进行品质测定，游离氨基酸、可溶性蛋白质、可溶性糖、维生素C含量分别采用茚三酮显色法、考马斯亮蓝G-250法、蒽酮比色法、2，6-二氯靛酚比色法测定［25］。

1.5 数据分析

通过Excel 2010软件进行试验数据整理、计算与作图，通过SPSS 19.0利用新复极差法（Duncans）进行多重比较与显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤改良措施对连作黄瓜叶片叶绿素荧光特性的影响

不同土壤改良措施会对黄瓜叶片叶绿素荧光参数变化产生不同的影响（表1）。与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理均能够显著提高黄瓜叶片Fo、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）、qP、NPQ。其中，黄瓜叶片Fo、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）总体表现均为SBC＞SMC＞SB＞SM＞CK。SBC处理F0、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）均最高，较CK处理分别显著提高58.98%、50.00%、54.24%、58.33%。黄瓜叶片qP、NPQ总体表现均为SMC＞SBC＞SB＞SM＞CK。SMC处理qP、NPQ均最高，显著高于除SBC处理外的其他处理，較CK处理分别显著提高27.27%、36.36%。从表中还可以看出，增施土壤调理剂的SBC、SMC处理Fo、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）、qP、NPQ明显高于相对应不施土壤调理剂的SB、SM处理。

2.2 不同土壤改良措施对连作黄瓜叶片叶绿素含量和光合速率的影响

不同处理的黄瓜叶片叶绿素含量、光合速率差异显著（图1）。与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理均可显著提高黄瓜叶片叶绿素SPAD值、光合速率。叶绿素SPAD值总体表现为SBC＞SB＞SMC＞SM＞CK。SBC处理叶片叶绿素SPAD值最高，较CK处理显著提高44.98%，较SB、SMC、SM处理分别显著提高9.60%、11.13%、17.35%。光合速率总体表现为SBC＞SMC＞SB＞SM＞CK。SBC处理叶片光合速率最高，较CK处理显著提高31.32%，较SMC、SB、SM处理分别显著提高7.63%、9.24%、16.09%。从图1中还可以看出，增施土壤调理剂的SBC、SMC处理叶绿素SPAD值、光合速率明显高于相对应不施土壤调理剂的SB、SM处理。

2.3 不同土壤改良措施对连作黄瓜叶片抗氧化酶活性和丙二醛含量的影响

由图2可知，不同处理黄瓜叶片抗氧化酶活性和MDA含量差异明显。与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理均可显著提高黄瓜叶片SOD、POD以及CAT活性，显著降低MDA含量。其中，SBC处理SOD、POD活性均最高，较CK处理分别显著提高52.66%、30.60%；SOD活性较SB、SM处理分别显著提高32.79%、27.38%，POD活性较SB、SM、SMC处理分别显著提高11.02%、17.42%、9.33%。SMC处理CAT活性最高，较CK处理显著提高53.71%，较SB、SM处理分别显著提高23.38%、28.08%。SB、SM、SBC、SMC处理MDA含量较CK处理分别显著降低8.04%、7.57%、13.95%、12.06%，SBC、SMC处理MDA含量显著低于SB、SM处理。从图中还可以看出，增施土壤调理剂时，化肥减量配施生物有机肥或微生物菌肥处理叶片SOD、POD以及CAT活性均有显著提高，MDA含量显著降低。

2.4 不同土壤改良措施对连作黄瓜根系抗氧化酶活性和丙二醛含量的影响

不同处理黄瓜根系抗氧化酶活性及丙二醛含量也表现出明显差异（图3）。与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理黄瓜根系SOD、POD、CAT活性以及MDA含量变化与叶片抗氧化酶活性和MDA含量的变化相似，SB、SM、SBC、SMC处理能够显著提高SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量。而不同措施处理相比时，根系SOD、POD、CAT活性总体表现均为SMC＞SBC＞SM＞SB。SMC处理根系SOD、POD、CAT活性均最高，较CK处理分别显著提高37.24%、25.91%、52.85%，较SB、SM处理分别显著提高23.17%、15.37%、31.49%和11.90%、9.46%、23.77%。根系MDA含量总体表现为CK＞SB＞SM＞SBC＞SMC。SMC处理MDA含量最低，较CK处理显著降低12.76%。从图中还可以看出，增施土壤调理剂时，化肥减量配施生物有机肥或微生物菌肥处理根系SOD、POD、CAT活性均显著提高，MDA含量显著降低，与叶片抗氧化酶活性以及MDA含量变化相似。

2.5 不同土壤改良措施对连作黄瓜产量及品质的影响

不同处理黄瓜产量及品质差异显著（表2）。与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理均能够提高黄瓜产量及各品质指标含量。黄瓜产量总体表现为SBC＞SMC＞SB＞SM＞CK。其中，SBC处理黄瓜产量最高，较SB、SM、SMC处理分别显著提高11.28%、21.71%、6.01%，较CK处理显著提高58.69%，而SB、SM、SMC处理黄瓜产量也显著高于CK处理。SBC处理黄瓜游离氨基酸、可溶性蛋白以及维生素C含量均最高，较CK处理分别显著提高13.35%、42.09%、29.78%；SMC处理可溶性糖含量最高，较CK处理显著提高22.61%。从表中还可以看出，增施土壤调理剂时，化肥减量配施生物有机肥或微生物菌肥处理的黄瓜产量、游离氨基酸、可溶性蛋白、维生素C、可溶性糖含量均有明显的提高。

2.6 相关性分析

对黄瓜产量、品质与叶片、根系生理特性进行相关性分析，结果（表3）表明，黄瓜产量与根系超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶活性呈显著正相关（P<0.05），与根系丙二醛含量呈显著负相关（P<0.05），与叶片叶绿素SPAD值、光合速率呈极显著正相关（P<0.01）；黄瓜游离氨基酸含量与叶片叶绿素SPAD值、光合速率、根系过氧化氢酶活性呈显著正相关（P<0.05）；黄瓜可溶性糖含量与根系过氧化氢酶活性呈显著正相关（P<0.05），与根系过氧化物酶活性呈极显著正相关（P<0.01），与根系丙二醛含量呈极显著负相关（P<0.01）；黄瓜维生素C含量与叶片叶绿素SPAD值、光合速率、根系过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性呈显著正相关（P<0.05），与根系丙二醛含量呈显著负相关（P<0.05）；其他黄瓜产量、品质指标与叶片、根系生理特性指标的相关性未达到显著性水平。这说明黄瓜产量、品质与叶片、根系生理特性变化密切相关，其叶片、根系生理特性的改善能够明显促进黄瓜生长发育，进而影响黄瓜产量及品质。

3 讨论与结论

叶绿素荧光参数的变化可以定性和定量反映作物生长状况以及光合作用能力［26］。有研究表明，植物光能利用效率的提高主要通过叶片光合作用时间的延长以及光合效率的提高来实现［27］。屈魏蕾等研究表明，施加微生物菌肥能够提高叶绿素含量以及PSⅡ实际光化学效率［28］；李蒙等的研究表明，增施有机肥能够显著提高番茄幼苗有效光化学效率以及PSⅡ实际光化学效率［29］。本研究结果表明，与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理能够显著提高黄瓜叶片Fo、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）、qP、NPQ值，其中，增施土壤调理剂的SBC、SMC处理荧光参数明显高于相对应不施土壤调理剂的SB、SM处理。这与张树衡的研究［30］较为一致。这是因为增施有机肥与土壤調理剂能够改善土壤性状，提高微生物活性以及土壤通风透气状况，促进根系对养分的吸收与利用，从而使得黄瓜叶片叶绿素荧光特性得到明显改善。

叶绿素含量是反映作物光合作用强弱的重要指标，其含量的高低能够直接影响植物光合作用能力［31］。有研究表明，增施有机肥或土壤调理剂能够显著提高植物叶绿素含量以及光合速率［32-33］。本研究表明，与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理能够显著提高叶片叶绿素SPAD值、光合速率、产量及品质，其中，增施土壤调理剂的SBC、SMC处理的叶绿素SPAD值、光合速率、产量及品质均高于相对应不施土壤调理剂的SB、SM处理。这与上述分析较为一致，增施有机肥与土壤调理剂改善了根系养分吸收环境，促进黄瓜生长发育，延缓叶片衰老，延长叶片持绿时间，提高叶绿素含量，提升其光合作用能力，促使光合产物向黄瓜各器官运输，进而提高黄瓜的产量及品质。而生物有机肥处理与微生物菌肥处理间的差异说明，不同有机肥对土壤改良的侧重点不同，生物有机肥倾向于养分释放效率以及改善土壤物理结构，提高土壤通风透气状况；而微生物菌肥更倾向于改善土壤微生态环境，提高土壤生物活性以及酶活性。这可能是不同有机肥与土壤调理剂配施时，不同处理叶片叶绿素SPAD值、光合速率以及黄瓜生长发育均有较大差异的主要原因。

抗氧化活性系统能够清除植物逆境时体内产生的自由基活性氧，而丙二醛是植物细胞膜脂过氧化反应的主要产物，其含量的高低能够反映植物受损程度［34-36］。本研究结果显示，与CK处理相比，SB、SM、SBC、SMC处理均能够显著提高叶片及根系SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量。这与多数学者的研究［37-39］较为一致。本研究还表明，SMC处理根系SOD、POD、CAT活性均最高，SBC处理叶片SOD、POD活性较高，这是因为微生物菌肥含有大量的有益菌，施入土壤中能够提高土壤微生物活性，改善根系吸收环境，但养分释放效率、时长较差，而生物有机肥能够保持较长的养分释放过程，能够满足后期黄瓜吸收利用，促进植物生长发育，延长叶片持绿时间，提高叶片的抗逆能力。由此可知，不同有机肥与土壤调理剂配施能够促进作物生长发育，延迟作物早衰，提高作物的抗逆能力。在黄瓜产量、品质与叶片、根系生理特性的相关性分析中可以看出，部分黄瓜产量、品质与叶片、根系生理特性呈显著或极显著关系，说明不同土壤改良措施条件下黄瓜叶片、根系生理特性的改善能够明显促进黄瓜生长发育，进而影响黄瓜的产量及品质。

综上所述，与单施化肥相比，4种有机肥配施土壤调理剂组合均可改善叶绿素荧光参数，提高叶绿素SPAD值、光合速率以及黄瓜的产量、品质，提高叶片、根系SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量。其中，SBC处理叶绿素SPAD值、Fv/Fm、Fv′/Fm′、Y（Ⅱ）、光合速率以及叶片SOD、POD活性均最高。因此，化肥减量配施生物有机肥和土壤调理剂为本研究条件下的最优施肥组合。

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