增施生态炭肥对土壤质量及草莓品质的影响.pdf-

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江西农业学报 2018，30（7）68～72 ActaAgriculturaeJiangxihttp／／ DOI10.19386／ki.jxnyxb.2018.07.14 增施生态炭肥对土壤质量及草莓品质的影响施琪 1 ，鲁然英 1 ，常德政 1 ，刘欢欢 2 ，刘涛 2 ，蒋士君 3∗收稿日期 2018－03－13 基金项目河南省科学院院级科研项目“ 利用生态炭肥改良河南省设施农业土壤环境的研究”。作者简介施琪（1980），女，河南南阳人，硕士研究生，主要从事环境保护的研究。 ∗ 通讯作者蒋士君。（1. 河南省冶金研究所责任有限公司，河南郑州450002；2. 河南益禾利科农业科技有限公司，河南郑州450002； 3. 河南农业大学植物保护学院，河南郑州450002）摘要研究了生态炭肥、腐熟鸡粪及两者混施对土壤质量和草莓品质的影响。试验设置3 个处理即生态炭肥处理、生态炭肥＋腐熟鸡粪处理及CK ，分别在开花期和盛果期取土样测定土壤有机质含量、细菌数量、酶活性及团聚体含量，并采样分析草莓品质。结果表明，相较于单施腐熟鸡粪对照，单施生态炭肥及生态炭肥与腐熟鸡粪配施在2 个生育期均能显著提高土壤有机质含量、细菌数量及土壤蔗糖酶活性和淀粉酶活性，其中，土壤有机质含量提高了38.13％～ 72.26％，细菌数量提高了38.04％～69.39％，蔗糖酶活性提高了39.46％～116.60％，淀粉酶活性提高了26.42％～90.63％；单施生态炭肥及生态炭肥与腐熟鸡粪配施还能显著降低较大粒级（＞5mm ）和较小粒级（＜0.25mm ）的团聚体含量，使土壤团聚体向0.5～5mm 粒级分布。草莓品质分析结果也表明试验的两个处理能明显提高草莓品质，改善其风味。关键词草莓；生态炭肥；土壤有机质；土壤团聚体；草莓品质中图分类号 S668.4 文献标志码 A 文章编号 1001－8581 （2018 ）07－0068－05 EffectsofSupplementingEco－charFertilizeronSoil QualityandStrawberryQuality SHIQi 1 ，LURan－ying 1 ，CHANGDe－zheng 1 ，LIUHuan－huan 2 ，LIUTao 2 ，JIANGShi－jun 3∗ （1.LimitedLiabilityCompanyofHenanMetallurgyResearchInstitute ，Zhengzhou450002 ，China ； 2.HenanBene－EcolifeAgriculturalScienceandTechnologyLimitedCompany ，Zhengzhou450002 ，China ； 3.CollegeofPlantProtection ，HenanAgriculturalUniversity ，Zhengzhou450002 ，China ） Abstract Inordertoinvestigatetheeffectsofeco－charfertilizer ，decomposedchickenmanureandtheirmixtureonsoil qualityandstrawberryquality ，wedesignedthefollowing3fertilizationtreatments T 1 ，applying7500kg／hm 2 eco－charfertilizer ； T 2 ，applying7500kg／hm 2 eco－charfertilizer＋6000kg／hm 2 decomposedchickenmanure ；CK ，applying12000kg／hm 2 decom- posedchickenmanure.Afterfertilization ，theauthorcollectedsoilsamplesatbloomingstageandfullfruitstageofstrawberry ， measuredtheorganicmattercontent ，bacterialquantity ，enzymaticactivityandaggregatecontentofthesesoilsamples ，andana- lyzedthequalityofsampledstrawberryfruits.Theresultsshowedthat incomparisonwithCK ，bothT 1 andT 2 couldsignificantly enhancetheorganicmattercontent ，bacterialquantity ，sucraseactivityandamylaseactivityofsoilattwogrowthstagesofstraw- berry ，andtheseindswereincreasedby38.13％～72.26％，38.04％～69.39％，39.46％～116.60％and26.42％～90.63％， respectively ；thetreatmentsT 1 andT 2 alsocouldsignificantlyreducethecontentofbigger （particaldiameter＞5mm ）andsmaller （particaldiameter＜0.25mm ） aggregatesinthesoil ，andcouldmaketheparticaldiameterofsoilaggregatesmainlydistribute within0.5～5.0mm.Thesetwofertilizationtreatmentsalsocouldmarkedlyimprovethequalityandflavorofstrawberryfruits. Therefore ，theeco－charfertilizercanreplacedecomposedchickenmanureintheproductionofstrawberry ，andithasgoodpopu- larizationandapplicationvalue. Keywords Strawberry ；Eco－charfertilizer ；Soilorganicmatter ；Soilaggregate ；Qualityofstrawberry草莓是一种以鲜食为主的高档水果，营养丰富、味道鲜美、食用方便，深受广大消费者喜爱。由于草莓经济效益高，其种植面积在河南省各地不断扩大，一些地区种植草莓已成为当地农业增效和农民增收的主要途径。但由于长期连作栽培、化肥农药的过多投入，草莓生产中出现了土壤质量恶化、草莓产质量下降的问题。科学合理施肥是提高土壤质量、改善草莓品质的重要农业措施，尤其是增施有机肥是其中一种重要的施肥技术，但目前草莓生产中常用的有机肥如鸡粪存在腐熟不充分、重金属超标、激素残留、肥效利用率低等问题，因此研究替代或部分替代传统鸡粪的新型有机肥具有重要的实践意义。生态炭肥是一种以生物质炭为主要原料研制的新型有机肥，具有含有机质丰富、清洁卫生、生态活性高的特点。生物质炭是由农林废弃物、植物落叶等生物质或其它生物质废弃物在厌氧或缺氧条件下经高温（＜700℃）热解形成的固体产物［1－2］。生物质炭具有含碳丰富、空隙结构发达、比表面积大、吸附能力强等特点，其独特的性质和特征使其具有良好的土壤改良剂功能，有研究发现生物质炭可以提高土壤有机碳含量［3－5］，使土壤C／N 比增高，从而提高土壤对氮素及其他养分元素的吸持容量［6－7］，有利于通过配合施肥培肥土壤。生物质炭还可以改善土壤的理化性质如降低粘质土壤的容重、硬度［8－9］，增加土壤的阳离子交换量（ECE）［10］，从而改善土壤的质地和耕作性能。目前生物质炭或生态炭肥已在多种农作物中得到应用，如芹菜［11］、番茄［11］、烟草［12］、小麦［13］、水稻［14］等，研究结果都表明，生物质炭或生态炭肥能提高土壤有机质含量、改善土壤理化性质、促进作物生长及提高作物产量。目前生态炭肥在草莓上的应用鲜有报道，因此本试验通过在草莓生产中增施生态炭肥以替代或部分替代传统有机肥，研究了其对土壤质量及草莓品质的影响，旨在为生态炭肥在草莓中的推广应用提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 材料试验于2017 年在郑州市黄河滩区进行，供试土壤为潮土，土壤pH 值7.49，有机质10.32g／kg，速效氮 41.63mg／kg，速效磷15.22mg／kg，速效钾46.91mg／ kg。供试生态炭肥由河南益禾利科农业科技有限公司生产提供（型号EC－40）。供试传统有机肥为腐熟鸡粪，购自郑州市养鸡场。供试草莓品种为红颜。 1.2 方法 1.2.1 试验设计田间试验设在郑州市黄河滩区黄河农牧场的草莓大棚，试验地连作4 年，试验共设置 3 个处理，分别为处理A 生态炭肥处理（7500kg／ hm 2 ）；处理B 生态炭肥（7500kg／hm 2 ）＋腐熟鸡粪（6000kg／hm 2 ）处理；CK 腐熟鸡粪（12000kg／hm 2 ）。各处理的生态炭肥和腐熟鸡粪均作基肥，在耕地前一次性撒施。试验设3 次重复，随机区组设计，小区面积48m 2 （6m8m），四周留有保护行。 1.2.2 试验方法试验田于2017 年9 月中旬平整土地后，将田块划分小区，按试验设置撒施生态炭肥和腐熟鸡粪，然后耕翻土地起垄；于9 月16 日选取大小一致的有4～5 片叶的壮苗进行移栽定植，株行距 20cm30cm，栽植密度15 万株／hm 2 。试验田各处理追肥及田间管理措施按优质草莓生产要求进行且严格一致。 1.2.3 土壤样品采集及分析分别于开花期和盛果期以五点取样法采集0～20cm 耕层土样，采样遵循 “ 随机、等量、多点混合” 的原则。将土样分3 部分，一部分保持原状土壤结构于阴凉通风处晾干，用以测定土壤团聚体含量，以＞0.25mm 粒径团聚体百分含量表征土壤团聚体的分布特征；一部分自然风干、研碎、过60 目筛，用以测定土壤有机质含量和土壤酶活性；一部分以新鲜土样保存于4℃ 冰箱，用以测定土壤细菌数量。其中，土壤团聚体采用湿筛法［15］测定，土壤有机质含量采用重铬酸钾法测定［16］，土壤可培养细菌测定采用TSA 固体培养基－稀释平板法［17］，土壤淀粉酶和蔗糖酶活性采用3，5－二硝基水杨酸比色法测定［18］。 1.2.4 草莓品质分析于草莓盛果期按小区每个处理随机采集典型商品果20 个，测定平均单果重，同时测定果实的可溶性糖含量、可滴定酸含量及Vc 含量等品质指标。可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定［19］，可滴定酸含量采用NaOH 滴定法测定［20］，Vc 含量测定采用2，6－二氯靛酚法［21］。 1.3 数据分析采用Excel2007 和SPSS17.0 统计分析软件进行数据处理，并进行Duncan 法多重比较。 2 结果与分析 2.1 增施生态炭肥对土壤有机质含量的影响土壤有机质含量分析结果（图1）表明，生态炭肥处理和生态炭肥＋腐熟鸡粪处理相较于对照（腐熟鸡粪）在花期和盛果期均能显著提高土壤有机质含量，其中，在花期两处理较对照分别提高了54.18％、 59.16％；在盛果期两处理分别提高了 38.13％、 72.26％。统计分析表明，两个处理与对照在花期和盛果期均达极显著差异（P＜0.01）。土壤有机质是土壤质量构成中的关键因素［22］，对土壤物理、化学及生物性质都有显著影响，因此结合本分析结果知，相较于腐熟鸡粪，生态炭肥对提高土壤有机质含量效果更显著，对提高土壤质量有积极的促进作用。 2.2 增施生态炭肥对土壤细菌数量的影响由图2 知，生态炭肥处理和生态炭肥＋腐熟鸡粪处理较对照在花期和盛果期均能显著提高土壤细菌数量，其中，在花期两处理的细菌数量较对照分别提高了38.04％、67.24％；统计分析表明，生态炭肥处理与CK 无差异，生态炭肥＋腐熟鸡粪处理则达极显著差异（P＜0.01）。在盛果期两处理较对照分别提高了 9 6 7 期施琪等增施生态炭肥对土壤质量及草莓品质的影响 44.80％、69.39％；统计分析表明，两处理较CK 均达极显著差异（P＜0.01）。但两处理在花期和盛果期均无显著差异。生态炭肥与传统有机肥均能为土壤细菌提供营养物质，但生态炭肥巨大的孔隙度和比表面积又为细菌提供了生存和繁殖场所，因此生态炭肥较腐熟鸡粪更有利于提高土壤细菌数量。图1 不同施肥处理对土壤有机质含量的影响 2.3 增施生态炭肥对土壤酶活性的影响对土壤酶（蔗糖酶及淀粉酶）活性分析结果（表 1）表明，生态炭肥处理和生态炭肥＋腐熟鸡粪处理较对照在花期和盛果期均能显著提高土壤蔗糖酶活性和淀粉酶活性。其中，在花期两个处理的蔗糖酶活性较对照分别提高了116.60％、39.46％，淀粉酶活性分别提高了26.42％、65.05％；统计分析表明，两个处理与对照的蔗糖酶活性均达极显著差异（P＜0.01），而生态炭肥处理的淀粉酶活性与对照无差异，生态炭肥＋腐熟鸡粪处理则达极显著差异（P＜0.01）。在盛果期两个处理的蔗糖酶活性较对照分别提高了 41.73％、62.24％，淀粉酶活性分别提高了63.39％、 90.63％；统计分析表明，两个处理与对照均达极显著差异（P＜0.01）。土壤酶参与土壤中的多种生化反应、养分释放等，由此说明生态炭肥较对照更能有效活化土壤酶活性、加快土壤养分循环、改善土壤理化性质。图2 不同施肥处理对土壤细菌数量的影响表1 不同施肥处理对土壤酶活性的影响 mg／（g·d）处理开花期土壤蔗糖酶活性土壤淀粉酶活性盛果期土壤蔗糖酶活性土壤淀粉酶活性生态炭肥处理 65.37±1.82aA 12.01±1.10bB 99.94±6.00bA 16.40±0.75bB 生态炭肥＋腐熟鸡粪处理 42.09±1.78bB 15.68±1.42aA 114.40±9.07aA 19.13±0.54aA CK 30.18±1.31cC 9.50±0.81cB 70.51±0.62cB 10.04±1.22cC 2.4 增施生态炭肥对土壤团聚体分布特征的影响由图3 和图4 可知，不同施肥处理对草莓花期和盛果期土壤团聚体的百分含量影响显著，各处理均呈现＜0.25mm 粒级的土壤团聚体含量最高、0.25～0.50 mm 和0.5～1.0mm 次之、＞5mm 含量最低的特征。其中＜0.25mm 粒级的土壤团聚体含量均在27％以上，最高可达55.67％；＞5mm 粒级的土壤团聚体含量均小于5％，最小为2.03％。与对照相比，生态炭肥处理和生态炭肥＋腐熟鸡粪处理在两个生育期均能有效降低＜0.25mm 粒级的土壤团聚体含量，其中生态炭肥处理在两个生育期较对照分别降低了15.05％和18.89％，生态炭肥＋腐熟鸡粪处理的分别降低了31.83％和44.12％；同时，两个处理在两个生育期还降低了＞5mm 粒级的土壤团聚体含量，其中生态炭肥处理分别降低了43.27％和 56.35％，生态炭肥＋腐熟鸡粪处理分别降低了 42.17％和54.09％。但两处理均能有效提高0.5～5mm 粒径的团聚体含量，其中，在花期两个处理较对照分别提高了 24.74％和47.68％；在盛果期也分别提高了25.99％和 52.88％，说明增施生态炭肥可大幅度降低较大粒级（＞ 5mm）和较小粒级（＜0.25mm）的团聚体含量，使土壤团聚体粒径向0.5～5mm 粒级分布，由此也说明生态炭肥对促进土壤结构的形成比腐熟鸡粪效果更好。 2.5 增施生态炭肥对草莓品质的影响 Vc、可溶性糖、可滴定酸、单果重等是表征草莓品质和营养价值的重要参数，而糖酸比则是决定草莓风味的最主要因素，也就是说，糖酸比偏低的果实风味偏淡，糖酸比高则风味浓［23］。分析结果（表2）表明，与对照相比，生态炭肥处理及生态炭肥＋腐熟鸡粪处理能明显提高草莓的品质，改善其风味。其中，两个处理的Vc 含量较对照分别提高了22.19％、 55.52％，可溶性糖含量分别提高了29.43％、56.86％，可滴定酸含量则分别降低了14.85％、34.16％，单果重分别提高了22.84％、45.65％，糖酸比分别提高了 51.96％、138.45％。统计分析表明，两个处理的Vc 含 0 7 江西农业学报 30 卷量、可滴定酸含量、单果重、糖酸比与对照均达极显著差异（P＜0.01），而生态炭肥处理的可溶性糖含量与对照无差异，生态炭肥＋腐熟鸡粪处理则达极显著差异（P＜0.01）。表2 不同有机肥配施对草莓品质的改善作用处理 Vc 含量／（mg／100g）可溶性糖含量／％可滴定酸含量／％糖酸比单果重／g 生态炭肥处理 35.40±0.29bB 2.79±0.16bAB 0.58±0.006bB 4.83±0.24bB 19.72±0.49bB 生态炭肥＋腐熟鸡粪处理 45.06±0.06aA 3.38±0.32aA 0.45±0.006cC 7.58±0.82aA 23.39±0.78aA CK 28.98±0.10cC 2.16±0.12cB 0.68±0.010aA 3.18±0.18cC 16.06±0.90cC 图3 不同施肥处理对土壤团聚体百分含量的影响（开花期）图4 不同施肥处理对土壤团聚体百分含量的影响（盛果期） 3 结论与讨论土壤在生态系统的物质循环和能量转化中发挥着重要的作用，是维持作物生长重要的能量和养分源泉，高质量土壤是生产高品质农产品的关键，施肥是影响土壤质量及可持续利用的重要因素，尤其增施有机肥是提高土壤质量的重要措施，土壤有机质是土壤质量和健康的重要指标［24］，其含量与土壤质量呈正相关［25］。本研究表明，单施生态炭肥及生态炭肥与腐熟鸡粪配施较单施腐熟鸡粪能显著提高土壤有机质含量，最高可提高72.26％，对提高土壤质量效果显著。吕泽先等［26］研究也发现单施生物质炭及生物质炭与有机肥等比例配施较单施化肥均能显著提高土壤有机碳含量，但单施有机肥对有机碳无影响，说明生物质炭较有机肥对提高土壤有机碳含量效果更显著。这与本试验研究结果一致。土壤微生物是土壤的重要组成部分，其丰度、多样性对土壤功能及生态系统稳定有重要影响，有研究表明在菠菜生产中添加生物质炭能显著提高土壤细菌、真菌及放线菌数量和微生物量［27］。土壤酶作为一种生物活性物质，直接参与土壤中的多种生物化学反应、养分释放等［28－29］，其与土壤微生物都是衡量土壤质量的重要指标。本研究结果表明，单施生态炭肥及生态炭肥与腐熟鸡粪配施较单施腐熟鸡粪能显著提高土壤细菌数量、土壤淀粉酶活性、蔗糖酶活性。万慧霞等［30］研究也表明烟田施用不同的生态炭肥较常规饼肥均能有效提高土壤细菌数量及酶活性，与本研究结果一致。土壤团聚体是土壤结构的重要物质基础和肥力的重要载体，起着保证和协调土壤水肥气热、维持和稳定土壤疏松熟化等作用，是影响土壤肥力和土壤质量的重要因素之一［31－33］。土壤团聚体、有机质、微生物及酶是相互影响的，施用有机物料能促进土壤团聚体的形成和稳定性，土壤微生物是形成土壤团聚体最活跃的生物因素，而土壤团聚体则可以影响土壤酶的种类和活性。据文献报道，生物质炭可以通过改变土壤的物理化学性质，影响土壤的保水性和团聚体的形成［34］。本研究发现单施生态炭肥及生态炭肥与腐熟鸡粪配施较单施腐熟鸡粪能大幅度降低较大粒级（＞ 5mm）和较小粒级（＜0.25mm）的团聚体百分含量，使土壤团聚体向0.5～5mm 粒级分布；而单施生态炭肥及生态炭肥与腐熟鸡粪配施可促进土壤有机质含量和细菌数量的大幅度提升，使土壤在有机胶体和微生物分泌物的作用下，对破除地表板结、促进团粒结构的形成有积极的促进作用。草莓品质测定结果表明，单施生态炭肥及生态炭肥与腐熟鸡粪配施较单施腐熟鸡粪能显著改善草莓品质，两个处理显著提高了草莓的Vc 含量、可溶性糖含量和单果重，降低了可滴定酸含量。果实的风味是由糖／酸比决定的，例如风味较甜的果实糖含量不一定很高，但有机酸含量会较低［35］。本试验中单施生态炭肥及生态炭肥与腐熟鸡粪配施处理的草莓的糖／酸比较单施腐熟鸡粪分别提高了51.96％和 138.45％，证明这两个处理的草莓风味更佳，对提高草莓的商品价值，实现更高的经济效益十分有利。虽然草莓品种对草莓口感有重要影响，但对于同一品种 1 7 7 期施琪等增施生态炭肥对土壤质量及草莓品质的影响而言改善栽培措施能有效改善草莓口感。本研究结果即证明在相同条件下，增施生态炭肥对提高草莓品质、改善其风味更有显著优势，同时生态炭肥对土壤质量的改良作用也为草莓品质的改善提供了保障。因此，综合本研究结果，生态炭肥可替代腐熟鸡粪应用到草莓生产中，具有较好的推广应用价值。参考文献［1］LehmannJ，GauntJ，RondonM.Biocharsequestrationinter- restrialecosystemsa review［J］. 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