蔬菜废弃物堆肥对设施蔬菜连作土壤生态质量的改良效果

摘    要：为了探究利用蔬菜废弃物堆肥制备的生物有机肥对设施蔬菜连作土壤的改良效果，将芹菜、白菜、胡萝卜、花椰菜等蔬菜废弃物与玉米秸秆进行堆肥，并施用于不同连作年限的设施小白菜土壤。研究表明，受试的4种土壤中细菌、放线菌及真菌数量，土壤酶活性及小白菜品质均随着堆肥添加量的增加而提高；而土壤尖孢镰刀菌数量则随着堆肥添加量的增加而降低。在连作5年的土壤中，高剂量施肥处理与未施肥对照相比，土壤细菌、放线菌及真菌数量，土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶及磷酸酶活性分别提高0.77、1.63、1.53、3.50、1.66、0.99及1.65倍；小白菜维生素C与可溶性糖含量分别提高了88.56%和50.42%；土壤尖孢镰刀菌数量减少了94.55%。结果表明，利用蔬菜废弃物堆肥制备的生物有机肥能够显著改善连作土壤的生态质量，并且对连作年限长的土壤有着更显著的效果。

关键词：蔬菜废弃物；连作；生物有机肥；土壤微生物数量；土壤酶活性；小白菜品质

中图分类号：S63 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）03-151-07

Improvement effect of vegetable waste composting on soil ecological quality of continuous vegetable cropping in facilities

CAI Jinzhong1， 2， WANG Liling3， DENG Ying1

（1. College of Environment and Public Health， Xiamen Huaxia University， Xiamen 361024， Fujian， China; 2. Xiamen Environmental Monitoring Engineering Technology Research Center， Xiamen 361024， Fujian， China; 3. Xiamen University of Technology， Xiamen， 361024， Fujian， China）

Abstract： In order to explore the effect of bio-organic fertilizer prepared from vegetable waste composting on the soil improvement of facility vegetable with continuous cropping， we  composted vegetable wastes such as celery， Chinese cabbage， carrot and cauliflower with corn straw and applied them to the facility pakchoi soil with different continuous cropping years. The results showed that the number of bacteria， actinomycetes and fungi， soil enzyme activity and pakchoi quality in the four tested soils increased with the increase of compost addition. However， the number of Fusarium oxysporum in soil decreased with the increase of compost addition. For example， in the soil with 5 years’ continuous cropping， the number of soil bacteria， actinomycetes and fungi， and the activities of soil sucrase， catalase， urease and phosphatase increased by 0.77， 1.63， 1.53， 3.50， 1.66， 0.99 and 1.65 times， respectively， and the content of vitamin C and soluble sugar in pakchoi increased by 88.56% and 50.42%， respectively. The number of F. oxysporum in soil decreased by 94.55%. The results showed that the bio-organic fertilizer prepared by composting vegetable waste could significantly improve the ecological quality of continuous cropping soil， and had a more significant effect on soil with long continuous cropping years.

Key words： Vegetable waste; Continuous cropping; Bio-organic fertilizer; Soil microbial quantity; Soil enzyme activity; Pakchoi quality

随着蔬菜种植面积的快速增加，蔬菜生产过程中产生大量的废弃物[1-2]。这些废弃物若不能得到妥善处理，将会对环境产生负面影响[3]。目前，针对蔬菜废弃物的处理方法主要包括动物饲养、厌氧消化和焚烧等[4]，但存在操作困难、成本高、产品质量不稳定等缺点[5]。相比之下，堆肥是一种无害化的处理方法，通过微生物将可降解有机物转化为稳定的有机和无机产物[6]，能有效地利用蔬菜废弃物资源[7]。堆肥有助于提高土壤肥力和植物产量[8-9]，增加土壤持水能力、改善土壤结构、提高团聚体稳定性[10]，作为植物病害的生物防治剂[11]，被重金属污染的土壤也可通过堆肥修复。堆肥还可用于降解土壤中的化学污染物[12]。

连作障碍是指同一作物或其近缘作物在同一块土地上连续种植，即使在正常管理条件下，也会导致植物生长发育受阻，产品产量和品质降低，病虫害严重的现象[13-16]。连作会导致土壤速效养分含量下降[17]、养分要素比例失衡[18]、土壤酶活性下降、理化性质恶化[19]、微生物种群变化、病虫害加剧[20]等问题。在我国，由于可利用耕地面积有限、栽培条件限制以及经济利益的驱使，通常在同一块土地上连续种植同一作物，导致大面积的耕地和温室受到连作障碍的威胁，从而产生严重的土壤传播疾病并抑制作物生长，最终导致作物产量和品质下降，影响农民收入[21-22]。

近年来，如何缓解连作障碍已成为农业生产中亟待解决的热点问题[23]。为了解决这一问题，以前的研究主要集中在利用间作或轮作、使用有机肥或生物肥、对自体毒素的吸附和降解以及土壤微生物结构的重建等方法。Du等[19]通过在同一块土地上采用黄瓜与洋葱或大蒜间作，提高了黄瓜的产量，并增强了土壤酶活性及改善了微生物环境。Gao等[24]则利用烟草与花生轮作的方式，有效地改善了土壤生态菌群。Chen等[25]发现，有机肥和含有效微生物的有机肥能够缓解花生连作障碍。Li等[26]利用腐植酸，改善了土壤的理化性质、酶活性和微生物多样性，从而提高了连作花生的产量和品质。Mao等[27]在土壤中接种放线菌，成功降解了草莓在土壤中产生的2种主要自体毒素——苯甲酸和对羟基苯甲酸。Wang等[28]则利用生物碳抑制苹果连作障碍，并促进幼苗生长。生物碳的加入还增强了苹果重植土壤的酶活性、改变了真菌群落结构、增加了真菌丰度，并降低了土壤传播病原体基数。Li等[29]利用合成细菌群落成功控制了蒙古黄芪的根腐病。然而，关于利用蔬菜废弃物堆肥来缓解连作障碍的研究尚不多见[30]。

笔者的研究旨在通过将芹菜、白菜、胡萝卜、花椰菜等蔬菜废弃物与玉米秸秆进行堆肥，制备出一种生物有机肥，并将其施用于不同连作年限的设施小白菜土壤中，测定土壤微生物数量及酶活性，同时分析小白菜品质并以此探明蔬菜废弃物堆肥对设施蔬菜连作土壤的改良效果，以期为蔬菜废弃物资源化利用提供新的途径，为设施蔬菜连作土壤生态质量的改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

蔬菜废弃物堆肥制备的生物有机肥为环境与公共健康学院固体废弃物处理研究团队自制：将芹菜、白菜、胡萝卜、花椰菜这4种蔬菜废弃物经过4 d暴晒，使水分下降到70%～75%，蔬菜废弃物和玉米秸秆辅料均经过粉碎机粉碎到1～2 cm小段，用玉米秸秆调节碳氮质量比为25∶1，调节含水率为60%左右，加入葡萄糖10 g·kg-1，微生物菌剂0.5 g·kg-1（微生物菌剂主要为芽孢杆菌、放线菌、霉菌和酵母菌，活菌数为1.3×108 CFU·g-1）。将充分混合好的物料在60 cm×50 cm×30 cm的泡沫箱进行堆肥，通气量为0.1 L·min-1，且为连续通风，每5 d翻堆1次，堆肥30 d，制备生物有机肥料[31]。试验土壤种植作物为小白菜，取自厦门市集美区后溪镇下店里蔬菜专业合作社大棚0～20 cm根区耕层，包括未连作、连作3年、连作5年、连作7年共4种土壤，土壤的养分如表1所示。

1.2 试验设计

2022年3月份以盆栽方式进行生物有机肥的施肥试验，施用量包括4个水平：未施肥、低施肥剂量（7.5 t·hm-2）、中等施肥剂量（15 t·hm-2）、高施肥剂量（30 t·hm-2）；连作年限4个处理：未连作、连作3年、连作5年、连作7年；共计16个处理，5次重复，每个重复为1个盆栽。在30 cm×10 cm×12 cm的盆中放入1.5 kg土壤，放入小白菜种子，小白菜全部出苗后间苗，保持每盆3株小白菜。待小白菜成熟后，测定小白菜维生素C、可溶性糖含量；同时用土壤采样器采集盆中2～3 cm处100 g土壤，过2 mm筛，测定土壤微生物数量和酶活性。

1.3 测试方法

小白菜品质指标的测定：采用2，6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量[32]，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[31]。采用平板计数法测定土壤微生物数量[33]，细菌培养采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养采用马丁氏培养基，放线菌培养采用改良高氏一号培养基，尖孢镰刀菌培养采用尖孢镰刀菌分离培养基。采用二硝基水杨酸比色法测定土壤蔗糖酶活性[34]，采用对硝基苯磷酸盐法测定磷酸酶活性[32]，采用滴定法测定过氧化氢酶活性[35]，采用次氯酸钠比色法测定脲酶活性[36]。

1.4 数据分析

所有的试验数据用Excel 2016绘图，用SPSS 18.0 进行数据处理和完全随机方差分析，均值差异性分析采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥对连作土壤微生物数量的影响

生物有机肥作用下连作土壤的微生物数量如图1所示。随着连作年限增加，未施肥土壤的土壤细菌、放线菌数量呈现逐年下降的趋势，在连作3年时最高，连作5年时下降到未连作水平，连作7年时则进一步降低。施入生物有机肥后，随着施肥量的增加，土壤细菌数量与未连作土壤之间的差距不断缩小，连作7年时，未施肥时细菌数量比未连作土壤低17.60%，高剂量时连作7年土壤细菌数量已基本与未连作土壤持平，仅比未连作土壤低5.80%；连作7年时，土壤放线菌数量也是随着施肥剂量的增加而增加，中、高施肥剂量时放线菌数量超过未连作土壤，高剂量时放线菌数量比未连作土壤显著提高了28.69%。

对未施肥土壤，土壤真菌数量随着连作年限增加而不断增加；施入生物有机肥后，连作土壤真菌数量均随着施肥剂量的增加与未连作土壤相比增幅不断减小，高剂量下各连作年限土壤真菌数量已与未连作土壤没有显著差异，其中连作7年土壤真菌数量增幅由未施肥时的189.07%减少到高施肥量时的11.24%。在未施肥土壤处理中，土壤尖孢镰刀菌数量随着连作年限的延长急剧增加，连作3、5、7年分别比未连作土壤提高了0.68、8.31、22.90倍；当施入生物有机肥后，随着施肥剂量的增加，连作土壤的尖孢镰刀菌数量与未连作土壤相比增幅不断缩小，高剂量时已降低到与未连作土壤接近的水平。