CN110249737A - 一种设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法，属于土壤改良技术领域，本发明包括将土著菌菌剂施入设施作物根际土壤中，采用豆科作物与蔬菜间作模式，配合合理的氮肥施用；土著菌菌剂的制备方法如下：大田中采集玉米//大豆间作根际土壤，采集后在阴凉处晾干混匀，经高粱和三叶草扩繁后获得土著菌菌剂。本发明的目的在于对当前设施条件下蔬菜栽培土壤改良方法的进一步完善，并提供一种经济、安全改良蔬菜土壤的方法，科学全面地提出解决方案，不仅能改良设施条件下问题土壤，而且还能促进蔬菜对氮素等营养元素的吸收，提高氮肥利用率，减少氮肥施用量。

Description

一种设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体的说，涉及一种设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法。
背景技术
我国当前蔬菜化肥的使用量占整个农作物近20％,并且，设施条件下作物化肥投入量远高于露地,按照各作物平均每亩化肥用量排序，设施条件种植的黄瓜、番茄、茄子、菜椒位居前四，而氮肥表观利用率平均水平仅在10％左右[祝海燕等，2018]。由于设施蔬菜栽培长期处于高温、高湿、无降水淋洗环境，且盲目过量偏施氮肥，造成蔬菜作物产量、品质下降及设施土壤有益微生物种类和数量减少、土壤盐渍化等问题日益凸显[Yan Y et al,2015]，研究发现土壤中NO3 -浓度过高引起的盐分障碍是造成作物盐害的重要因子，如何提高氮肥利用率、减少设施条件下土壤氮积累、平衡土壤养分成为亟待解决的关键问题。
土著菌是土壤中包括细菌、真菌、放线菌在内的土壤微生物。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是土壤中与植物关系最为密切的微生物之一[Jeffries P et al,2003]。AMF在与植物形成共生关系后，菌根共生体中的根外菌丝可以分泌一种粘结能力很强的糖蛋白，当菌丝死亡后，此物质能够从菌丝表面脱落进入根际土壤中，可以提高土壤微生物活性及多样性、改善土壤质量及通气性，进而使得土壤微域环境适合植物生长和土壤有益微生物繁殖。
如何利用土著菌尤其是AMF促进设施条件下蔬菜对氮素等营养的吸收，提高氮肥利用率，减少氮肥施用量，同时改良问题土壤，探索一条兼顾减肥增效、土壤改良和保护环境的经济、安全的新途径尚属空白。
发明内容
本发明的目的在于对当前设施条件下蔬菜栽培土壤改良方法的进一步完善，并提供一种经济、安全改良蔬菜土壤的方法，科学全面地提出解决方案，不仅能改良设施条件下问题土壤，而且还能促进蔬菜对氮素等营养元素的吸收，提高氮肥利用率，减少氮肥施用量。
为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
所述的设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法包括：将土著菌菌剂施入设施作物根际范围土壤6-8cm深度中，每公斤土壤施入土著菌菌剂30-50g，采用豆科作物与蔬菜间作模式，配合合理的氮肥施用。
进一步的，土著菌菌剂的制备方法如下：大田中采集玉米//大豆间作根际土壤，采集后在阴凉处晾干混匀，经高粱和三叶草混种在土沙混合基质中扩繁至高粱结穗成熟后，剪除高粱和三叶草地上部分及清理盆中枯枝落叶，即获得含有侵染根段、土著菌孢子、菌丝片段及根围基质混合物的土著菌菌剂。
进一步的，所述氮肥为有机氮肥，其施用量为100-120mg/kg，在作物种植前以霍格兰营养液形式施入土壤中。
进一步的，所述氮肥可为尿素、谷氨酰胺中的一种。
进一步的，蔬菜为茄科或葫芦科类蔬菜。
本发明的有益效果：
1)豆科与蔬菜间作条件下，接种土著菌和施氮均不同程度上提高了茄科、葫芦科类蔬菜根系的菌根真菌侵染率。氮形态试验显示，以施有机氮对植物生长和氮吸收利用促进效果最好。
2)间作和接种土著菌均降低了宿主植物根际土壤的铵态氮、硝态氮含量，间作、接种土著菌和施氮均能提高土壤蛋白酶、脲酶和硝酸还原酶活性，改善土壤微生态。将间作系统与土著菌相结合，配合合理的氮肥施用，使各因素相互促进，发挥功效。
3)间作系统接种土著菌的协同作用活化了土壤氮素有效性，促进蔬菜对氮素的高效吸收利用，且土壤无机氮及可溶性盐含量明显降低，达到减肥增效、改良土壤的目的。
附图说明
图1是本发明实施例2中13周后辣椒植株生物量检测结果；
图2是本发明实施例2中13周后辣椒植株氮含量检测结果；
图3是本发明实施例2中13周后辣椒植株氮吸收量检测结果；
图4是本发明实施例3中13周后黄瓜植株氮吸收量检测结果；
图5是本发明实施例4中13周后番茄植株氮吸收量检测结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
实施例1
本实施例在设施大棚内种植茄科辣椒、豆科菜豆进行盆栽模拟试验，按照传统盆栽管理模式，采用自然光照法，探讨接种土著菌处理和种植模式对土壤和辣椒植株相关指标的影响。
操作步骤如下：
以昆明市宝象河水库坡地紫色土作为供试土壤，土壤风干后过2毫米筛，混合均匀后进行2小时的高压蒸汽间歇灭菌，晾干后密封避免污染。盛土前内衬塑料膜，根据盆的大小每盆装土4.3千克，向土壤中加入霍格兰营养液作为基础肥料，加入肥料后混合均匀，平衡7至10天，等待使用。
盆栽试验中使用的菜豆种子为‘太空地豆王’、辣椒为‘绿先锋215’。土著菌采集于大豆-玉米间作大田中的根际土壤，采集后在阴凉处晾干混匀，经高粱和三叶草扩繁后获得。在盆栽试验中接种处理中每盆加100克菌剂，对照加入灭菌菌剂等量，与土壤充分混匀后装盆，浇水使土壤含水量达到田间持水量的60％～80％。
盆栽试验：设置接种、不接种土著菌的2种接种处理，辣椒单作、辣椒//菜豆间作2种种植模式。采用完全随机设计，共4个处理，重复4次。辣椒和菜豆发芽整齐后，均匀撒播于盆栽中，待长势稳定后，单作辣椒间苗至4株，间作辣椒与菜豆分别间苗至2株和4株，期间每天进行必要的水分灌溉管理，控制土壤含水量为田间持水量的80％。
供试土壤基本化学属性见表1所示。
表1供试土壤基本属性
辣椒与菜豆生长13周后采收，先用自来水冲洗沙土混合物，然后用蒸馏水多次漂洗，置于阴凉处晾干，根系剪成1厘米左右根段；取出部分细根样用曲利苯蓝-方格交叉法测定辣椒与菜豆根系的根长及菌根侵染率；根际土壤无机氮及相关酶活性变化结果，见表2所示。
表2间作系统土著菌处理下土壤无机氮含量及相关酶活性变化
由表2可知，不接种土著菌的辣椒根系未发现有菌根真菌侵染，接种处理辣椒根系均有菌根真菌侵染，变化范围在28.55％-32.97％之间，且以间作种植模式下，接种土著菌处理的辣椒根系侵染率最高，为32.97％。单作辣椒种植模式下，接种土著菌处理的土壤中球囊霉素含量显著高于不接种处理，增加了116.49％，对同一接种处理进行的比较分析可知，不接种土著菌间作条件下土壤NH4 +-N含量显著低于单作处理，接种土著菌间作条件下土壤NH4 +-N含量远远低于单作处理，下降幅度在47.02％以上。土壤NO3 --N含量呈现相同降低趋势。与不接种处理相比，接种土著菌均明显提高根际土壤蛋白酶、脲酶及硝酸还原酶活性，说明间作系统接种土著菌改良紫色土比单作不接菌处理的效果更好。
实施例2
本实施例根据实施例1的测定结果，筛选出接种土著菌与间作种植模式的联合应用，在设施大棚内种植辣椒、菜豆进行盆栽模拟试验，探讨施加不同形态氮素对土壤和辣椒植株相关指标的影响。
操作步骤如下：
首先，依据常规农户施肥量，确定换算为施纯氮量为120mg·kg-1。其次，采用茄科//豆科盆栽间作模式，种植辣椒与菜豆，设置接种土著菌处理及间作种植模式，相应的不施氮、施有机氮(谷氨酰胺，120mg·kg-1，ON120)、施无机氮(碳酸氢铵，120mg·kg-1，ION120)。其他常规管理参考实施例1，收获后，测定辣椒植株生物量、氮含量等相关指标。
试验13周后收获，植株相关指标结果见附图1-3，附图1-3表明：
①间作种植模式下，接种处理的辣椒生物量大小依次为：ON120＞ION120＞N0，施氮处理均增加了辣椒植株生物量，间作-土著菌条件下ON120处理的辣椒生物量较N0处理增加了115.71％。
②施氮处理的辣椒植株氮含量均高于N0处理，其中以ON120处理的促进作用较为明显。
③间作-土著菌-ON120处理下辣椒植株氮吸收量显著高于同样种植模式、土著菌处理下的ION120和N0处理，表明间作、土著菌与ON120氮肥三者协同促进辣椒植株吸收利用紫色土里的氮素效果最好。
实施例3
本实施例在设施大棚内种植葫芦科黄瓜、豆科大豆进行盆栽模拟试验，按照常规盆栽管理模式，对实施例1和实施例2结果进行补充验证。
操作步骤如下：
以晋宁县红壤作为供试土壤，供试大豆种子为‘滇豆7号’、黄瓜为‘巨丰王F1’，供试土壤的处理、土著菌菌剂获取及种子催芽处理方式、植株生长期间管理方式和相关指标测定方法参考实施例1和实施例2。
供试土壤基本化学属性见表3
表3供试土壤基本属性
试验13周后，间作黄瓜氮吸收利用情况见附图4。
附图4表明：无论何种种植模式、施氮处理，接种土著菌对黄瓜植株氮吸收量均有增加的趋势；对黄瓜植株氮吸收量而言，施氮均显著增加其在土壤中的含量，且单作-ION120-不接菌处理与单作-ION120-土著菌处理分别比单作-N0-不接菌增加了124.04％、297.60％；无论何种接种处理，相同施氮条件下，间作黄瓜植株氮吸收量明显高于单作，增幅均不低于145.06％。由此可见，一定施氮量条件下，土著菌与间作模式可协同促进黄瓜植株对土壤氮素的吸收利用。
表4试验13周后土著菌及外源氮对间作黄瓜根际土壤无机氮的影响
间作黄瓜根际土壤无机氮含量的变化表明：
①单作种植模式下，ON120条件下土著菌处理的土壤NH4 +-N和NO3 --N含量均低于不接菌处理，分别降低了37.27％和29.66％，单作-N0条件下，接种土著菌后显著降低了土壤NH4 +-N含量，降低幅度为59.29％。
②间作模式下，相同施氮条件下，与不接菌处理相比，接种土著菌均有降低土壤NH4 +-N和NO3 --N含量的趋势。
③不接菌条件下，ON120和ION120条件下间作土壤NH4 +-N和NO3 --N含量均低于单作，分别降低了56.46％、18.90％和59.45％、29.33％。土著菌条件下，相同施氮情况下，间作土壤硝态氮含量均低于单作，最高降幅可达29.33％，土壤铵态氮呈现相同趋势。
试验结果表明，无论何种施氮处理，间作与接种土著菌均不同程度降低了红壤上黄瓜根际的铵态氮、硝态氮含量，减少了氮素累积。三者协同也促进了黄瓜的生长及对红壤氮素的利用。
实施例4
本实施例旨在通过氮肥减施，结合设施土壤和土著菌，总结土著菌与间作对设施土壤蔬菜生产中的节肥及改良土壤的潜力，充分发挥三者协同作用，达到减肥增效、削减设施蔬菜土壤氮残留及盐分累积等方面的效果。
操作步骤如下：
供试土壤采集于曲靖市陆良县华侨农场蔬菜种植基地(25°8′1″N，102°44′46″E)的设施土壤。供试大豆种子为‘滇豆7号’、番茄为‘秦蔬上海908’试验于2018年9-11月在设施大棚内进行，大棚内昼夜温差分别为(22±3)℃和(16±3)℃，采用自然光照。试验设置土著菌处理、种植模式和氮水平3因素。设计与大豆间作的间作番茄和单作番茄两种种植模式，其中番茄、大豆的种植面积比例均为1:1，两种土著菌处理为接种土著菌和不接种土著菌，3种施氮水平处理分为不施氮、施有机氮肥(尿素100mg·kg-1和200mg·kg-1),分别以N0、ON100、ON200表示。共计12个处理，每个处理重复3次。其中种子播种、间苗、基础肥料添加、管理模式、植株收获和土壤采集均同实施例1。
供试土壤化学属性为pH值8.02，有机质含量29.5g·kg-1，全氮量1.83g·kg-1，全磷量1.25g·kg-1，硝态氮含量为37.4mg·kg-1，有效磷含量106.7mg·kg-1，速效钾230.8mg·kg-1。
13周后，间作番茄氮吸收利用情况见附图5。
附图5表明：与单作相比，间作种植模式下，番茄植株氮吸收量有增加趋势，且当接种土著菌时，间作提高番茄植株氮吸收量的能力进一步加强。不施氮条件下，植株氮吸收量在间作-土著菌处理下，比单作-不接菌处理，显著增加120.94％。
表5试验13周后土著菌及施氮量对间作番茄根际土壤盐分等的影响
间作番茄根际土壤盐分相关指标的变化表明：
接种土著菌均可降低土壤NH4 +-N、NO3 --N及可溶性盐含量，增加土壤阳离子交换量；不接菌条件下，随着施氮量的增加，无论单作或是间作，土壤NH4 +-N、NO3 --N、可溶性盐含量及阳离子交换量随之增加；与单作相比，间作均有降低土壤NH4 +-N、NO3 --N及可溶性盐含量，增加阳离子交换量的趋势，幅度均大于44.81％。
试验结果表明，随着施氮量的增加，间作-土著菌条件下，番茄植株氮吸收量并没有随之增加，而土壤无机氮及可溶性盐含量在提高，可见，间作-土著菌-ON100即可满足其正常生长且土壤氮素残留较少。
本发明的目的在于提供一种经济、安全改良蔬菜土壤的方法，科学全面地提出解决方案，不仅能改良设施条件下问题土壤，而且还能促进蔬菜对氮素等营养元素的吸收，提高氮肥利用率，减少氮肥施用量。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法，其特征在于：该方法包括：将土著菌菌剂施入设施作物根际范围土壤6-8 cm深度中，每公斤土壤施入土著菌菌剂30-50 g，采用豆科作物与蔬菜间作模式，配合合理的氮肥施用。
2.根据权利要求1所述的一种设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法，其特征在于：土著菌菌剂的制备方法如下：大田中采集玉米//大豆间作根际土壤，采集后在阴凉处晾干混匀，经高粱和三叶草混种在土沙混合基质中扩繁至高粱结穗成熟后，剪除高粱和三叶草地上部分及清理盆中枯枝落叶，即获得含有侵染根段、土著菌孢子、菌丝片段及根围基质混合物的土著菌菌剂。
3.根据权利要求1所述的一种设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法，其特征在于：所述氮肥为有机氮肥，其施用量为100-120 mg/kg，在作物种植前以霍格兰营养液形式施入土壤中。
4.根据权利要求1或3任一项所述的一种设施条件下蔬菜栽培土壤的改良方法，其特征在于：所述氮肥可为尿素、谷氨酰胺中的一种。
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