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稻草还田对设施切花菊品质及连作土壤养分的影响

花匠小妙招
2024-11-08 19:53

菊花 (Chrysanthemum morifolium) 起源于我国，是我国十大名花及世界四大切花之一，观赏及经济价值较高，占鲜切花总产量的30%，在世界花卉产业中占有极其重要的地位[1]。近年来随着国内外市场对切花菊需求的增加，我国设施切花菊产业飞速发展，生产面积不断扩大。同时，高投入、高产出、高效益的集约化、规模化生产的设施栽培特点伴随着种植年限的持续积累，导致土壤理化性状变劣、养分比例失调、次生盐渍化加重等现象普遍出现，进而使切花菊品质严重下降[2]。日益严重的切花菊连作障碍成为限制其可持续生产的瓶颈之一。因此，克服切花菊连作所引发的一系列产量降低、品质变劣的现象已经迫在眉睫。

稻草作为重要的农作物秸秆之一，资源量大，覆盖面广，含有丰富的氮、磷、钾和微量元素养分，是我国重要的有机肥料[3]。稻秆还田是保护性耕作的有效技术措施之一，它具有节水、节本、增产、增效、环保等特点，促进了农业的可持续发展[4]。秸秆中富含纤维素、木质素等富碳物质可形成土壤中有机质，同时，还可以促进土壤微粒的团聚作用，进而改善土壤物理结构，增加土壤孔隙度和保水能力[5]。据报道，秸秆还田具有改善土壤理化性状和生物学性状，提高土壤有机质和速效养分含量，增加土壤肥力，促进植株生长和根系发育，进而提高作物产量和质量等作用[6-9]。目前秸秆还田已成功应用于大田培肥、改土、改善农田生态环境上[10]，然而应用秸秆改良温室连作土壤理化性质的报道还比较鲜见。本文在连续多年单一种植切花菊‘神马’的连栋温室内，进行了不同稻草秸秆还田量对设施连作土壤改良及提高切花菊品质的研究，以期为设施连作土壤改良提供理论技术依据。

1. 材料与方法

1.1 试验材料

试验在南京农业大学“中国菊花种质资源保存中心”实验基地的连栋薄膜温室中进行。该温室已经连续5年单一种植切花菊，土壤质量严重下降。土壤暗管采用直径11 cm的PVC波纹管，出水孔径2 cm，孔间距30 cm。暗管于试验前开沟深0.6 m，管间距2 m，使用1～2 cm砂滤料填埋土中。

试验所用切花菊‘神马’为长势均一的扦插生根苗，插穗由上海虹华园艺有限公司提供。

1.2 试验设计

2015年12月进行试验处理，稻草秸秆按试验设计要求提前翻耕至土中。试验设5个处理：1) 无暗管和无秸秆还田 (CK)；2) 有暗管和无秸秆还田 (PS0)；3) 有暗管和800 kg/hm2秸秆还田 (PS800)；4) 有暗管和1600 kg/hm2秸秆还田 (PS1600)；5) 有暗管和2400 kg/hm2秸秆还田 (PS2400)。

各处理用长势均一的扦插生根苗，于2016年8月17日定植在经机械翻耕整成的栽培垄上，10 cm × 10 cm间距定植扦插苗，垄高15 cm，垄宽80 cm，垄间行距为55 cm。各处理设3个重复小区，小区面积2.4 m2(0.8 m × 3.0 m)，小区规格为每行定植8株，每个小区定植240株扦插苗，小区之间用20 cm空白隔离带进行隔离。所有处理定植后统一进行正常水肥管理。

1.3 测定项目与方法

切花菊盛花时，从各处理3个重复小区中随机选择90株植株，以常规方法测量切花菊的株高、茎粗、花径、舌状花数，花径为花序盛开时最大花序横径的测定值。植株叶绿素及含氮量采用浙江托普仪器公司生产的植株养分速测仪TYS-3N在田间进行测定 (叶绿素含量为SPAD值)，植株冲洗干净后测定鲜重 (包括地下部分)，烘干后测定生物量。所有指标均进行3次重复测定。

表层土壤样品在切花菊采收前随机多点取样，采样深度均为0—15 cm，混匀，经自然风干后磨碎，过1 mm筛，进行相关指标的测定。

土壤pH采用酸度计法测定 (土∶水为1∶5)；土壤电导率采用上海仪电雷磁DDS-307型电导率仪测定。

有机质的测定采用电热板加热—重铬酸钾容量法；碱解氮采用碱解扩散法；有效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度法测定；全盐量利用残渣烘干质量法测定；阳离子交换量用氯化铵–乙酸铵交换法[11]。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2007对试验数据进行统计与整理，采用SPSS 20软件对数据进行单因素方差分析和差异显著性检验 (SSR法，P < 0.05)。

2. 结果与分析

2.1 不同稻草还田量处理对耕层土壤养分的影响 2.1.1 土壤有机碳含量

图1显示，相比CK处理，其他4个处理有机碳含量均显著提高，且PS800、PS1600和PS2400处理的有机碳含量显著高于PS0处理，说明暗管条件下稻草还田处理对土壤有机碳含量的增加效果显著。但不同稻草还田量的PS800、PS1600和PS2400三个处理之间土壤有机碳含量无显著差异。

图 1 不同稻草还田量下耕作层土壤有机碳和养分含量

[注（Note）：方柱上不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Different small letters above bars mean significant differences among the treatments (P < 0.05).]

Figure 1. Organic carbon and nutrient contents in plough layer of soil under different straw returning rates

2.1.2 土壤速效N、P、K含量

图1显示，相比CK，各处理的碱解氮含量均显著降低，但相比PS0处理，三个稻草还田处理 (PS800、PS1600和PS2400) 的表层土壤碱解氮含量均显著升高，这表明稻草还田可以有效地增加土壤碱解氮含量。其中PS2400处理的土壤碱解氮含量最高，PS800处理次之，PS1600处理的土壤碱解氮含量显著小于PS800和PS2400处理。

与CK相比，稻草还田处理后各处理土壤有效磷含量显著增加，其中PS1600处理有效磷含量最高，为26.79 mg/kg。稻草还田处理 (PS800、PS1600和PS2400) 的表层土壤有效磷含量均显著高于PS0处理，说明暗管条件下稻草还田可以有效提高土壤有效磷含量，且800 kg/hm2稻草还田量效果最优 (图1)。

与CK相比，各处理的土壤速效钾含量均显著提高，且不同稻草还田处理 (PS800、PS1600和PS2400) 之间差异显著，土壤速效钾含量由高到低为PS1600 > PS2400 > PS800 > PS0，这表明PS1600处理对土壤速效钾含量影响最大，提高量最多 (图1)。

2.2 不同稻草还田量处理对耕层土壤pH的影响

由图2可见，CK处理的土壤pH最高，为6.71。相比PS0处理，稻草还田各处理 (PS800、PS1600和PS2400) 土壤pH显著降低，各还田处理之间无显著差异，表明稻草还田可有效降低土壤的pH，改善土壤酸碱度利于植株生长。

图 2 不同稻草还田量处理对耕作层土壤pH、CEC和含盐量的影响

[注（Note）：方柱上不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Different small letters above bars mean significant differences among the treatments (P < 0.05).]

Figure 2. Effects of different straw returning rates on soil pH, CEC and salt content in soil plough layer

2.3 不同稻草还田量处理对耕层土壤阳离子交换量 (CEC) 的影响

土壤阳离子交换量对土壤保肥、供肥和缓冲性能都有很大影响，一般阳离子交换量大的土壤保肥性能强。由图2可见，与CK相比，PS0、PS800、PS1600和PS2400的阳离子交换量均有升高。其中稻草还田处理 (PS800、PS1600和PS2400) 的阳离子交换量显著增加，PS1600处理的阳离子交换量在各处理中最高，比CK升高了8.30 cmol/kg，比PS0升高了6.44 cmol/kg。由此可见，施用稻草可提高土壤的阳离子交换量，从而对土壤保肥能力的提高具有重要的作用。

2.4 不同稻草还田量处理对表层土壤盐分的影响 2.4.1 土壤全盐量

土壤全盐量的变化可以一定程度上反映土壤的盐渍状况和盐分动态。由图2可知，与CK相比，各处理的表层土壤全盐量均显著下降。并且稻草还田处理 (PS800、PS1600和PS2400) 的全盐量显著小于PS0处理，其中PS0 > PS2400 > PS1600 > PS800。表明稻草还田可以有效抑制土壤盐分表聚，达到降低表层土壤盐分的目的。

2.4.2 土壤电导率 (EC)

土壤电导率是反映土壤中水溶性盐分变化的重要指标，从而借此判定土壤中盐类离子是否限制作物生长。由图2可知，与CK相比，各处理的土壤电导率值均显著下降。土壤电导率PS0 > PS2400 > PS800 > PS1600，其中PS1600处理的下降幅度最大，下降了88.48 μS/cm，电导率降低显著。

2.5 不同稻草还田量处理对切花菊品质的影响

由表1可知，与CK相比，各处理的切花菊品质各项指标均有提高，并且处理PS800、PS1600和PS2400各项指标均达到显著差异；相比PS0处理，稻草还田处理 (PS800、PS1600和PS2400) 在茎粗、花鲜重和生物量指标上显著增加；所有处理中以PS1600综合效果最佳，除茎粗及叶片含氮量，其它各项指标均高于PS800和PS2400处理，并在株高、舌状花数、生物量上显著高于PS800和PS2400处理。

表 1 不同稻草还田量处理下切花菊的品质

Table 1. Quality of cut chrysanthemum affected by different straw returning rates

处理
Treatment株高
Shoot height
(cm)茎粗
Stem diameter
(mm)SPAD叶片含氮量
Leaf N content
(mg/g)花径
Flower diameter
(cm)舌状花数
Rayfloret number花鲜重
Flower weight
(g/plant, FW)植株鲜重
Shoot weight
(g/plant)生物量
Shoot dry weight
(g/plant) CK60.27 ± 0.67 c4.41 ± 0.06 c18.28 ± 0.08 b1.24 ± 0.000 b10.87 ± 0.87 c171 ± 8.45 c16.89 ± 1.67 b57.24 ± 5.48 c 7.56 ± 0.26 dPS063.37 ± 1.49 b4.68 ± 0.18 b19.89 ± 0.33 a1.37 ± 0.033 a12.37 ± 0.24 a201 ± 4.52 b18.79 ± 1.33 b 61.82 ± 1.85 bc10.37 ± 0.18 cPS80064.37 ± 1.75 b4.92 ± 0.03 a19.99 ± 0.16 a1.37 ± 0.011 a11.90 ± 0.44 b200 ± 6.80 b20.06 ± 1.32 a66.15 ± 3.19 a11.55 ± 0.88 bPS160066.83 ± 1.57 a4.85 ± 0.05 a20.00 ± 0.26 a1.36 ± 0.019 a12.70 ± 0.58 a213 ± 5.29 a22.49 ± 1.50 a67.73 ± 2.78 a13.44 ± 1.02 aPS240064.13 ± 0.83 b4.84 ± 0.08 a20.03 ± 0.40 a1.37 ± 0.032 a12.20 ± 0.17 a 207 ± 6.28 ab20.84 ± 0.93 a 64.21 ± 2.68 ab11.51 ± 0.72 b 注（Note）：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters in the same column mean significant difference among treatments (P < 0.05).

3. 讨论

随着农业生产集约化程度的不断提高，化肥用量日益增长，而有机肥施用量大幅度降低，秸秆已成为尤为重要的有机肥源之一。稻草秸秆既具有丰富的作物生长所必需的氮、磷、钾等营养元素，又具有提高土壤肥力、增加土壤有机酸等作用，同时可以改善植物的生物学性状[12]。作物秸秆是形成土壤有机质的主要来源，大多数试验证明，秸秆还田有利于增加土壤有机质含量，有机质含量是反映土壤肥力高低的重要指标之一，亦是直接影响土壤通气状况和土壤温度等因素的重要参数。王玄德等[13]通过8年定位试验结果表明，稻草还田各处理耕层土壤有机质含量提高明显；陈德章等[14]在研究秸秆对土壤有机质含量的影响中发现施用秸秆处理后，土壤有机质含量随秸秆还田量的增加而增加。这与本研究结果一致，本研究发现暗管条件下稻草还田处理对土壤有机质含量的增加显著，表明暗管排水条件下稻草还田是增加土壤有机质含量的有效措施之一。周江明等[15]研究表明，在0—20 cm的耕作层内实行水稻秸秆还田土壤中的氮、磷、钾含量都有大幅度提高，这些养分的积累并随着年限的增加，增幅逐渐下降，渐渐达到趋于平稳的状态。王玄德等[13]试验表明，稻草还田的各处理，土壤全氮明显提高，碱解氮、速效钾与试验前基本一致。而本研究发现，最适暗管深埋条件下 (2 m)，相比对照稻草还田处理可以有效地提高土壤有效磷和速效钾含量，且施用1600 kg/hm2稻草还田量时对切花菊土壤养分改善效果最好，但土壤中碱解氮含量有所降低，这可能是由于土壤中的氮素因挥发、淋失、植物吸收等因素所导致[16]。

土壤阳离子交换量对土壤保肥、供肥和缓冲性能都有很大影响。本研究中，稻草还田处理 (800、1600和2400 kg/hm2) 的阳离子交换量显著增加，其中1600 kg/hm2稻草还田量处理的阳离子交换量增幅最高，与对照相比升高了8.30 cmol/kg，这一结果与何志刚等[17]研究结果相似，研究发现施用稻草可提高温室土壤阳离子交换量，其中交换性钾离子含量明显增加，交换性Ca2+也随稻草及生物菌剂的施用而增加，交换性Na+、Mg2+则相反。土壤pH值对土壤微生物活性、有机质转化及土壤养分迁移等均有重要影响[18]。本研究发现稻草还田处理后各处理土壤pH显著降低，这与韩玉珠等[2]单施稻草、稻草与生物菌剂配施处理土壤的pH均比对照降低的研究结果一致。这是由于施用稻草分解过程中产生二氧化碳、有机酸及无机酸等物质，在一定程度上调节了土壤的酸碱度，进而使得土壤pH表现出不同程度降低。

设施土壤长期得不到雨水淋洗，蒸发强烈，盐分易于表层聚集进而形成盐渍土。本研究结果表明，暗管条件下稻草还田可以使土壤中全盐量和EC值显著降低，进而有效抑制土壤盐分表聚，达到降低表层土壤盐分的目的。这一结果与娄春荣等[19]研究得出的番茄在生长过程中秸秆还田处理土壤电导率大幅度下降的结果一致。稻草等有机物施用可降低土壤的pH，同时也降低土壤的EC值，随用量增加，土壤pH有所降低，土壤EC值降低幅度较大[20-21]。

4. 结论

最适暗管排水 (2 m) 条件下，稻草还田可显著增加表层土壤有机质含量和速效养分 (有效磷和速效钾) 的含量，降低土壤pH，抑制土壤盐类向表层积累，增加土壤阳离子交换量，从而改善土壤的理化性质，提高切花菊的品质。施用1600 kg/hm2稻草还田量为试验中综合效果最佳的处理，可有效改良设施连作土壤理化性质及提高切花菊品质。