生物有機肥對綠洲溫室黃瓜產量、品質及土壤酶活性的影響

吳平江，夏 葉，薛 勇，陳修斌，尹 鑫

(1.張掖市農業局，甘肅 張掖 734000； 2.河西學院 農業與生物技術學院，甘肅 張掖 734000)

張掖市地處河西走廊中部，屬溫帶大陸性氣候，區域內光能豐富、溫差大、干燥少雨、陽光充足，是典型的綠洲農業和大型灌溉農業區。近年來，隨著農業產業結構的調整，張掖市以日光溫室為主體的設施農業發展較快。黃瓜(CucumissativusL.)是張掖市溫室主要栽培的蔬菜種類之一，以產量高、效益顯著而成為種植者首選的蔬菜，但生產上常存在過量施用化肥而導致的土壤板結、肥力下降和土壤酶活性降低等問題[1-3]，使黃瓜產量下降、品質降低，嚴重影響設施黃瓜的高產優質化生產。

有機肥含有作物生長所需的多種營養元素，能滿足作物各個時期對養分的需要，可直接為根系吸收或是分解而成為作物重要的營養源[4]。土壤酶是土壤的重要組成成分，其活性高低直接反映土壤管理條件下土壤肥力的現狀及土壤養分形成機理，有關土壤酶活性的研究已成為國內外土壤學研究的熱點之一[5]。大量研究表明，施用有機肥對大多數土壤酶的活性有提高作用，可以增加土壤磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性，同時能夠促進作物生長，提高其產量[6]，但這些研究大多集中于大田作物與土壤方面，有關在溫室條件下施用有機肥對土壤酶活性及作物產量、品質影響的研究尚缺少系統報道。

2013年7月，張掖市被農業部正式認定為國家級雜交玉米種子生產基地；2010年以來，張掖市雜交玉米種子基地面積穩定在6.67萬hm2左右，年產玉米種子4.5億kg，占全國大田玉米年用種量的40%以上[7]。隨著玉米制種產業的發展，市場上的假劣種子數量不斷增加，這些假劣種子如按常規進行銷毀，存在安全隱患大、處理成本高、環境污染嚴重等困難和問題。為提高假劣種子的利用率，可以其為輔料生產生物有機肥。本研究即采用以假劣種子為輔料生產的有機肥，探討不同用量的有機肥對溫室黃瓜不同生長階段土壤酶活性及果實產量、品質的影響，旨在通過了解土壤酶活性的變化來調控生物有機肥的用量，為實現設施黃瓜高產優質化栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017年8月至2018年3月在張掖市甘州區黨寨鎮汪家堡日光溫室內實施。土壤為當地代表性的灌漠土，含全氮0.78 g/kg、有效磷8.52 mg/kg、速效鉀143.62 mg/kg，pH值為6.56，質地為砂壤。供試生物有機肥為以假劣玉米種子為輔料生產的星碩生物有機肥，由甘肅星碩生物科技有限公司提供，含有機質510 g/kg、總氮14.6 g/kg、有效磷7.2 g/kg、速效鉀16.7 g/kg，pH值為8.1。供試黃瓜品種為津優31號。

1.2 試驗設計

采用田間隨機區組排列設計，共設5個處理：①CK(對照)，不施有機肥；②A1，有機肥用量2.25 t/hm2；③A2，有機肥用量3.15 t/hm2；④A3，有機肥用量4.05 t/hm2；⑤A4，有機肥用量4.95 t/hm2。每個處理種植一畦，重復3次，每畦的規格為8.0 m×1.2 m。

黃瓜于8月6日采用50孔穴盤育苗，9月5日幼苗長到四葉一心時定植，株距40 cm，保苗數36 480株/hm2。幼苗定植前各處理有機肥按不同用量一次施入，每個處理再普施磷酸二銨600 kg/hm2和三元復合肥450 kg/hm2；其他管理與日光溫室常規管理相同。

1.3 測定項目與方法

(1)土壤樣品采集。分別在黃瓜開花結瓜的初期(10月8日)、中期(12月8日)、末期(2月8日)，用土鉆采集0～20 cm的表土，每個處理采集5個點，混勻后留取部分土壤樣品，分別保存于4 ℃和-80 ℃環境下備用。

(2)土壤酶活性的測定。土壤酶活性參照周禮愷[8]的方法測定。其中采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性，采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定脲酶活性，采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，采用磷酸苯二鈉比色法測定磷酸酶活性。

(3)形態指標與產量統計。在黃瓜結瓜中期(12月8日)，各處理隨機標記8株，測定株高并統計葉片數量；每次收獲時統計植株的單株結瓜數量和單株產量，記錄各處理產量，最后折合成公頃產量。

(4)品質指標測定。于黃瓜結瓜中期，隨機選取不同處理各18個果實，測定其可溶性糖、游離氨基酸、維生素C和硝酸鹽含量?？扇苄蕴?、游離氨基酸、維生素C和硝酸鹽含量均采用高俊鳳[9]確定的方法進行，重復3次，取其平均值。

1.4 數據分析

采用DPS 9.50和Microsoft Excel 2003軟件進行數據計算與分析，采用Duncan’s法進行差異顯著性分析，顯著性水平設置為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤蔗糖酶、脲酶活性的影響

蔗糖酶活性大小可以間接表征土壤中有機碳的轉化情況[10]。從圖1可以看出：不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響隨著生物有機肥用量的增加呈現先增大后減小的趨勢，各處理中處理A3(有機肥用量4.05 t/hm2)土壤中的蔗糖酶活性在黃瓜結瓜的初期、中期、末期均為最高，分別為1.63、3.95和3.41 mg/(g·d)，比CK分別高出0.67、1.12和1.98 mg/(g·d)，比處理A4分別高出0.29、1.10和1.09 mg/(g·d)；各處理對蔗糖酶活性在結瓜初期、中期、末期的影響大小為中期>末期>初期。這說明施入不同量的生物有機肥均能提高土壤蔗糖酶含量，一定程度上提高土壤肥力，但當有機肥用量超過處理A3的用量時，可能是土壤溶液濃度較高，離子之間產生了拮抗作用，導致蔗糖酶的活性降低。

圖1 不同處理土壤蔗糖酶活性

注：圖中不同字母表示在0.05水平下差異顯著，下同。

脲酶是唯一能夠影響土壤中氮素轉化與利用的酶。由圖2可見，增施生物有機肥的各處理，其土壤脲酶活性與CK相比均有不同程度的提高，以處理A3的生物有機肥用量對脲酶的影響最大，在黃瓜結瓜的初期、中期、末期處理A3土壤中的脲酶活性均為最高，分別為0.46、0.85和0.72 mg/(g·d)，明顯高于其他各處理，各處理對黃瓜結瓜期土壤脲酶的影響大小為A3>A2>A4>A1>CK；各處理對脲酶活性在結瓜初期、中期、末期的影響大小為中期>末期>初期。這說明適宜用量的有機肥可以顯著提高土壤脲酶活性，有效改善土壤的肥力狀況，從而提高作物對土壤中氮素的利用。

圖2 不同處理土壤脲酶活性

2.2 不同處理對土壤過氧化氫酶、磷酸酶活性的影響

過氧化氫酶活性與土壤有機質含量、好氧微生物數量、土壤肥力密切相關，可以表示土壤氧化過程的強度[11]。從圖3可以看出，增施有機肥的各處理，其土壤過氧化氫酶的活性均高于CK，以處理A3的土壤過氧化氫酶活性最高，在結瓜的初期、中期與末期分別為2.56、4.26和3.24 mL/(g·h)，而當生物有機肥用量超過處理A3時，土壤過氧化氫酶活性呈下降的趨勢。這表明采用處理A3的生物有機肥用量，可以更好地改善土壤肥力狀況。各處理對過氧化氫酶活性在結瓜初期、中期、末期的影響大小為中期>末期>初期。

圖3 不同處理土壤過氧化氫酶活性

磷酸酶活性的高低可以用作診斷植株磷素豐缺的指標[12]。從圖4可知，在結瓜的初期、中期與末期，各處理土壤磷酸酶的活性也以處理A3為最高，分別為0.96、1.87和1.54 mg/(g·d)，施用生物有機肥的各處理土壤磷酸酶活性均高于CK，各處理按土壤磷酸酶活性大小排序為A3>A2>A4>A1>CK。這表明施用生物有機肥增加了土壤中有效磷的成分，可以促進土壤營養元素的平衡，其中以生物有機肥用量為4.05 t/hm2的處理A3效果最為顯著。各處理對磷酸酶活性在結瓜初期、中期、末期的影響大小為中期>末期>初期。

圖4 不同處理土壤磷酸酶活性

2.3 不同處理對黃瓜生長與產量的影響

從表1可以看出，增施有機肥的各處理在株高、單株葉片數量、單株結瓜數量、單株產量和折合產量等性狀表現上均高于CK，而且隨著有機肥施用量的增加，黃瓜各項性狀的數值均呈現先增大而后減小的趨勢，其中以有機肥用量為4.05 t/hm2的處理A3產量最高，比CK分別高出16.94 cm、3.51片、3.42個、0.54 kg和19 699.2 kg。究其原因，可能是處理A3用量的生物有機肥顯著提高了土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶與磷酸酶的活性，有效改善了土壤的肥力狀況，從而促進了黃瓜對土壤養分的吸收，使植株保持較強的生長活力，表現出較高的結實能力。

2.4 不同處理對黃瓜品質的影響

不同處理對黃瓜品質的影響見表2。從表2可以看出，不同處理間品質指標呈現一定差異，施用有機肥的各處理黃瓜果實中可溶性糖、游離氨基酸和維生素C的含量均高于處理CK，以處理A3最明顯， 比CK分別高出2.96 mg/g、46.12 mg/g FW和20.51 mg/g FW，同時各處理果實內硝酸鹽的含量均低于GB 19338—2003《蔬菜中硝酸鹽限量》規定的440 mg/kg FW標準，以處理A3的黃瓜果實硝酸鹽含量最低，其值為54.63 mg/kg FW，說明以生物有機肥用量為4.05 t/hm2的處理A3黃瓜品質最優。這可能是因為處理A3用量的有機肥與土壤中的營養元素組成的土壤溶液，其離子之間構成了平衡關系，更適合黃瓜根系對水分與養分的吸收，促進了果實內營養成分的轉化。表明有機肥在提高作物產量的同時，也能促進其品質的提高。

表1 不同處理對黃瓜產量性狀的影響

注：同列數據后的小寫字母不同表示在0.05水平下兩者差異顯著,有相同的字母表示在0.05水平下兩者差異不顯著，下同。

表2 不同處理對黃瓜品質的影響

3 討論與結論

研究結果表明，施用生物有機肥的各處理，均能在不同程度上提高土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶與磷酸酶的活性，且這幾種酶的活性均隨著有機肥用量的增大呈現先增大而后降低的趨勢。究其原因，是由于有機肥是以農家肥為主的一種腐熟高效肥料，施入土壤后，不僅能改善土壤理化性狀，而且能使土壤中的碳氮比適宜，并促進作物和土壤微生物的生長，從而增加土壤酶的活性[13]，而當有機肥用量超過處理A3水平(4.05 t/hm2)時，土壤中營養元素配比失衡，導致土壤離子之間產生拮抗作用，因此又表現出蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶與磷酸酶活性的降低。本研究還發現，不同用量的有機肥在黃瓜結瓜的初期、中期和末期對土壤酶活性的影響大小均呈現出中期>末期>初期的規律，這可能是由于黃瓜在不同生長階段，其生長量大小和對土壤養分的吸收強弱不同，進而導致土壤酶活性也產生一定的差異，這一研究結果與前人的研究結果相一致[14]。

試驗結果還表明，施用生物有機肥的各處理，其黃瓜的株高、葉片數、產量性狀和果實中可溶性糖、游離氨基酸、維生素C的含量均高于CK，而且硝酸鹽的含量不同程度降低，究其原因是由于土壤施入生物有機肥后，增強了土壤酶活性，進而促進了土壤肥力的提高。一般情況下，土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、磷酸酶的活性與土壤有機碳、全氮含量有密切關系，本試驗說明土壤酶活性可以影響到黃瓜植株的生長，進而影響其產量與果實品質，且在有機肥用量達到4.05 t/hm2時實現黃瓜產量最高、品質最優。這一研究結果與符冠富等[15]在稻米上的研究結果相一致。

本研究得到了綠洲溫室黃瓜有機肥的適宜用量，可為本區溫室黃瓜合理施肥，以及調控土壤的肥力狀況和實現黃瓜高產優質化栽培提供技術上的支撐。本研究尚未涉及不同用量有機肥對溫室黃瓜土壤微生物變化的影響，今后需要進一步加強這方面的研究。