不同园艺废弃物还田对设施西芹土壤养分和酶活性的影响

宗庆姝++杨冬艳++张雪艳++张学忠++田蕾

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.140

摘要：为明确园艺废弃秸秆利用途径，将宁夏地区温室栽培果树[葡萄（T1）、桃（T2）]、蔬菜[菜用大豆（T3）、黄瓜（T4）]的废弃残体以及4种残体等体积混合 （T5）直接还田，研究不同园艺作物废弃秸秆还田对设施西芹土壤养分及酶活性的影响。结果表明，在西芹缓苗期，不同园艺废弃物还田处理均能显著提高土壤速效养分含量和土壤酶活性，其中以T3还田处理的土壤速效氮、速效磷、速效钾养分含量最高；至西芹收获时，T3处理的土壤速效氮、速效磷含量显著高于其他处理和对照，T2处理的土壤速效钾含量最高，不同处理土壤酶活性较缓苗期大幅下降，但均略高于对照；T2的西芹产量显著高于对照13%，其他处理与对照差异不显著。说明园艺废弃物直接还田能够增加设施土壤速效养分，提高土壤酶活性，桃树枝条秸秆还田能够增加西芹产量。

关键词：园艺废弃物还田；设施西芹土壤；养分；土壤酶活性

中图分类号： S636.304文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0487-04

收稿日期：2015-08-23

基金项目：国家自然科学基金（编号：31460531）；宁夏农业科学院科技创新先导资金（编号：NKYG-13-03）；宁夏农业综合开发土地治理科技推广项目（编号：NTKJ-2014）。

作者简介：宗庆姝（1991—），女，山东济宁人，硕士研究生，从事设施蔬菜高效栽培研究。E-mail：zongqingshu@sina.com。

通信作者：杨冬艳，副研究员，从事设施蔬菜栽培与生理研究。E-mail：yangdongyun2000@163.com。我国设施农业发展迅猛，目前全国已达380 hm2，由于园艺产业集约化生产而产生的作物残体也急剧加速，已成为仅次于水稻、玉米、小麦作物秸秆的第四大农作物秸秆[1]。然而，由于传统利用观念与经济条件等因素的制约，农业生产中97%的秸秆被焚烧和遗弃，既造成了资源浪费，又污染了环境，如何资源化利用废弃资源、减少环境污染成为可持续农业面临的重要问题[2-3]。

作物残体是丰富的农业资源，将秸秆粉碎后还田，通过土壤中微生物活动腐烂分解，增加土壤肥力。张学林等研究发现，秸秆还田后，土壤表层（0～10 cm）的无机氮和速效磷含量显著增加，且速效磷含量与玉米穗数、玉米产量呈正相关，说明秸秆还田后为土壤补充了大量的速效磷含量[4]。李月华等研究表明，连续秸秆还田能够显著增加土壤中速效钾含量，且秸秆还田量越大，钾含量越高[5-6]。季立声等研究证实，秸秆还田后能够给土壤酶提供大量的作用底物，从而提高土壤酶的活性[7]。金海洋等研究也表明，秸秆还田后土壤脲酶、转化酶和纤维素酶活性升高[8]。变废为宝，将秸秆粉碎，更有利于秸秆的腐解。近年来，许多研究发现园艺废弃物具有大量的有机质，其直接还田可使得土壤表层碳源和肥力条件有所改善，促进微生物在田间表面的大量富集，并不断分解秸秆释放养分，从而使得土壤在作物生长期有较高的肥力供给[9-10]。目前，针对园艺废弃物还田的报道主要围绕混合残体还田后对土壤养分、微生物群落的影响，而系统研究几种主要特定单一园艺废弃物还田后，分别对土壤养分、酶活性影响的研究鲜有报道。

桃、葡萄、黄瓜、菜用大豆分别是宁夏温室的主栽作物，桃为乔本作物，葡萄为藤本作物，黄瓜、菜用大豆为草本植物，其废弃残体多丢弃。西芹是宁夏主栽叶菜作物之一。本研究以设施园艺西芹土壤为材料，研究桃树枝条、葡萄枝条、菜用大豆植株、黄瓜植株以及4种残体等体积混合还田对土壤pH值、EC值、土壤酶活性、土壤养分以及西芹产量的影响，探究温室主栽乔本、藤本、草本作物分别还田后对西芹土壤质量的影响，明确园艺作物还田对设施西芹土壤质量的培肥效果，为园艺废弃物资源化利用以及设施西芹土壤可持续生产利用提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

本试验以设施西芹土壤为对象，废弃物包括剪枝后的桃树枝条、葡萄枝条、菜用大豆植株、黄瓜植株以及上述4种残体等体积混合物，废弃物均在7月露地晾晒，利用秸秆粉碎机粉碎为1～3 cm的碎段，还田前利用百菌清消毒，废弃物的基本理化特性见表1。

1.2试验设计

试验在宁夏银川市贺兰园艺产业园日光温室1号棚内进行，设6个处理，即无废弃物还田对照（CK）、桃树枝条还田（T1）、葡萄枝条还田（T2）、菜用大豆植株还田（T3）、黄瓜植株还田（T4）以及4种废弃物等体积混合还田（T5）。试验采用盆栽方式，花盆体积（长630 mm、宽210 mm、高180 mm）约为22 L，每个处理为22盆，3次重复，随机区组排列。每盆装8 kg土壤，处理还田废弃物200 g。供试土壤基本理化性质，土壤pH值7.9、全盐含量2 g/kg、有机质含量 18.5 g/kg、全氮含量 1.21 g/kg、速效氮含量100 mg/kg、速效磷含量 199 mg/kg、速效钾含量210 mg/kg。2013年9月29日定植西芹，2014年2月28日收获西芹，不同处理整个生育期统一水肥管理。

1.3土样采集与分析

分别于2013年10月6日（缓苗期）、2014年2月28日（拉秧期）进行0～20 cm的表土样采集，为避免每个处理最南面与最北面盆中植株长势弱于中间而引起的误差，每个处理取中间10盆的土样。混匀后的土壤经7 d左右风干后过 1 mm 筛，用于土壤pH值、EC值、土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、纤维素酶活性、土壤速效氮含量、速效磷含量、速效钾含量的测定。

1.4土壤样品分析方法

土壤pH值、EC值采用1 ∶5土壤悬液电位计法和电导法测定；土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；土壤纤维素酶活性采用1%羧甲基纤维素钠浸提、3，5-二硝基水杨酸比色法[11-13]测定；土壤速效氮含量采用半微量凯氏定氮法测定；速效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3（pH值8.5）浸提、钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用1 mol/L中性醋酸铵浸提、火焰光度法[14]测定 。

1.5数据分析

每个处理测定3个平行样本，每个样本测量3次，结果取其平均值，数据用SPSS 18.0软件采用LSD方法进行单因素显著性分析；采用Excel 2003绘制图表。

2结果与分析

2.1园艺废弃物还田对土壤pH值、EC值的影响

从图1-A可以看出，在西芹缓苗期，除T2处理土壤pH值显著提高外，其他处理与对照差异不显著；到拉秧期，还田处理均显著增加了土壤pH值，处理间则差异不显著。

从图1-B可以看出，在缓苗期，与对照比较，不同处理均显著提高土壤EC值，T3处理EC值最高，显著高于T1、T2、T4、T5处理。在拉秧期，不同废弃物还田处理均显著提高土壤EC值，T3处理提高127%，最为显著。

2.2园艺废弃物还田对土壤速效养分含量的影响

从图2-A可以看出，在西芹缓苗期，不同园艺废弃物还田处理均显著提高土壤速效氮含量，T3处理提高111%，显著高于其他处理，T2、T5处理次之，分别提高59%、55%；在拉秧期，T3处理土壤速效氮含量较对照提高97%，T5处理提高33%次之，其他还田处理则与CK差异不显著；拉秧期不同处理速效氮含量明显低于西芹缓苗期。

从图2-B可以看出，在西芹缓苗期，不同还田处理显著增加了土壤速效磷含量，且T3处理速效磷含量提高260%，最为显著，T5处理提高78%，次之；在拉秧期，T1、T2、T3、T5处理相对CK显著增加了土壤速效磷含量，T3处理提高370%，仍显著高于其他处理，T5处理提高275%，次之，T4处理速效磷含量与CK差异不显著。

从图2-C可以看出，西芹拉秧期土壤速效钾含量高于缓苗期土壤速效钾含量。在缓苗期，不同园艺废弃物还田处理均显著增加了土壤速效钾含量，T3处理速效钾含量最高，与对照相比提高158%；在拉秧期，不同还田处理均显著增加了土壤速效钾含量，T4处理速效钾含量在不同还田处理中最低，T2处理土壤速效钾含量在不同还田处理中最高，与对照

相比提高64%。

2.3园艺废弃物还田对土壤酶活性的影响

从图3-A可以看出，西芹缓苗期不同处理脲酶活性明显高于拉秧期。在缓苗期，除T1处理处，其他不同废弃物还田处理相对CK均显著增强了土壤脲酶活性，T3处理土壤脲酶活性提高80.5%，在不同还田处理中最高，其他还田处理间差异不显著；在拉秧期，T5处理土壤脲酶活性显著高于CK，其他处理与CK间差异不显著。

从图3-B可以看出，西芹缓苗期不同处理蔗糖酶活性高于拉秧期蔗糖酶活性。在缓苗期，T3处理与对照差异不显著，其他不同处理均相对CK显著增强了土壤蔗糖酶活性，T1、T2、T4、T5处理，分别增加42%、35%、41%、44%；拉秧期，不同废弃物还田处理均相对CK增强了土壤蔗糖酶活性，T1、T2、T5处理增加效果最显著，分别增加了18.0%、175%、16.0%。

从图3-C可以看出，西芹缓苗期不同处理纤维素酶活性高于拉秧期纤维素酶活性。在缓苗期，各废弃物还田处理土壤纤维素酶活性均相对CK显著增强，T1处理增强效果最显著，提高97%；在拉秧期，T1、T2、T5处理相对CK显著增强了土壤纤维素酶活性，T1、T2处理增强效果最显著，分别增强了9%、8%，而T3、T4处理则与CK差异不显著。

2.4园艺废弃物还田对西芹产量的影响

通过产量分析得出，不同废弃物还田对西芹产量有明显差异，与CK相比T2处理显著提高西芹产量13%；其他还田处理与CK无显著差异，折合单位面积产量，不同处理产量高低顺序为T2>T5>T1=T4>T3（图4）。

2.5土壤养分与土壤EC值、pH值和土壤酶活性间的相关性

将土壤养分含量、EC值、pH值、土壤酶活性、西芹产量进行相关关系分析得出，土壤pH值与土壤速效氮含量、蔗糖酶活性、脲酶活性、纤维素酶活性间呈极显著负相关，与速效钾含量呈极显著正相关；土壤EC值与速效氮含量、速效磷含量、脲酶活性呈极显著正相关；土壤速效氮含量与蔗糖酶活性、脲酶活性、纤维素酶活性呈极显著正相关；速效磷含量与速效钾含量呈显著正相关；速效钾含量与蔗糖酶活性呈显著负相关；蔗糖酶活性与脲酶活性和纤维素酶活性呈极显著正相关；西芹产量与速效钾含量、蔗糖酶活性、纤维素酶活性呈极显著正相关（表2）。

3结论与讨论

蔬菜废弃物具有高含水量和高营养成分的特征[15]，作物残体还田具有成本低、省劳力、肥源广、可就地取材等优点，是

土壤有机培肥的主要措施之一[16] 。

本研究结果表明，桃树枝条、葡萄枝条、黄瓜植株以及上述废弃物与菜用大豆植株等体积混合还田处理显著增加西芹缓苗期土壤pH值，说明蔬菜残体具有调节pH值的作用，曾咏梅等研究表明，鲜样废弃物直接还田能够显著提高土壤pH值，对解决设施土壤酸化具有重要意义。不同园艺废弃物还田处理相对CK均显著增加了土壤EC值，可能是与CK相同水肥管理时，园艺废弃物由于残体自身累积的养分释放而增加了土壤的EC值。与CK相比，不同还田处理在西芹缓苗期均显著提高了土壤蔗糖酶、脲酶、纤维素酶活性；在西芹拉秧期，不同园艺废弃物等体积还田处理显著增加了蔗糖酶、脲酶和纤维素酶活性，桃树枝条、葡萄枝条还田处理显著增加了土壤蔗糖酶或纤维素酶活性，这可能是废弃物还田后激发土壤中各类微生物大量增殖，从而使得酶活性提高[17] 。在西芹缓苗期，不同园艺废弃物还田处理均相对CK显著增加了土壤速效氮、速效磷、速效钾含量；菜用大豆植株还田、T5处理显著增加了土壤速效氮含量，不同还田处理均显著增加土壤速效钾含量，除黄瓜植株还田处理外，其他还田处理均显著增加土壤速效磷含量，这可能与土壤酶驱动着土壤生态系统的物质循环和能量转化有关，不同还田处理在提高酶活性的同时，促进了土壤氮、磷、钾养分的提高和积累，本结论与张志刚等研究结果[18-20]一致，研究证明，施用秸秆可显著增加土壤酶活性；秸秆直接还田可提高土壤速效钾、速效磷的含量。另外由于废弃物还田种类不一，秸秆中有机质矿化分解速度和时间不一致，因此不同处理间速效养分含量提高也存在差异。本研究证明，土壤速效养分与土壤酶活性间存在一定的相互关系，且速效氮含量与酶活性存在极显著相互关系，西芹产量与蔗糖酶活性、纤维素酶活性、速效钾含量间存在极显著相互关系，与张志刚等研究结果[18-20]一致。

综上所述，桃、葡萄、黄瓜植株、菜用大豆植株以及上述残体等体积混合还田后能不同程度提高土壤中的速效氮、速效磷、速效钾含量，且T1、T2、T5处理增加酶活性效果显著，T2处理增产效果显著。

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