不同处理方式对黄瓜连作土壤理化性状及生物活性的影响

不同处理方式对黄瓜连作土壤理化性状及生物活性的影响

近年来，中国的市政绘画迅速发展，蔬菜种植面积逐年增加。已成为增加收入和促进城镇发展的重要支柱。但是,由于设施生产具有高度集约化、复种指数高、栽培种类单一和相对封闭性等特点,长期种植造成的连作障碍现象十分严重,极大的影响了蔬菜作物的生长发育,导致植株发育不良、产量降低、品质下降,已成为我国设施蔬菜生产亟待解决的问题之一。黄瓜作为人们最为喜爱的蔬菜之一,是调整我国城乡种植业发展的重要经济作物,在部分区县已成为经济结构调整中优先发展的主导蔬菜产品,其连作障碍现象尤为严重。微生物菌肥是经过特殊工艺制成的含有活菌并用于植物的生物制剂或活菌制剂,其具有增加土壤肥力、增强植物对养分的吸收、提高作物的抗病能力等多种功能。在黄瓜连作障碍的致病与克服机理、微生物肥料的研制与应用等方面前人已经做了大量研究[3~10]。但微生物菌肥在克服连作障碍上的应用、其与传统轮作方式的克服效应比较等方面的研究还鲜有报道。本文利用周转箱栽培试验,以轮作和施用微生物菌肥两种方式改良的黄瓜连作土壤为研究对象,研究比较其对连作土壤理化性状和生物活性的影响,以期为微生物菌剂的推广应用、连作障碍的减轻与克服以及合理的进行土壤质量管理提供理论依据。1材料和方法1.1实验面积的总结试验在上海交通大学农业与生物学院试验农场温室(RICHEL,法国)内进行,温度32/20℃、相对湿度70%±5%,自然光照。1.2菜生产基地的土壤理化性质供试品种:黄瓜品种为“春秋旱黄瓜”,四川省绵阳市南峰蔬菜研究所生产。番茄品种为“精棚粉丽”,陕西省西安市群兴种业有限责任公司生产。供试土壤:试验所用土壤取自上海市奉贤区南桥镇杨王村蔬菜生产基地。该基地种植用棚为长60m、宽7m、高2m的竹架拱棚,棚内土壤为已种植过5茬黄瓜的连作灰潮土。2009年4月15日分别在多个拱棚多点采取0~20cm耕层土样,用编织袋装好并带回农场温室,土壤基本理化性质如下:有机质含量17.5gkg-1,碱解氮83.05mgkg-1,速效磷61.25mgkg-1,速效钾242.43mgkg-1,pH7.87,EC1.86mScm-1,容重1.61gcm-3。供试菌剂:上海创博生态工程有限公司提供的护根宝及上海交通大学农业与生物学院提供的木霉菌肥,产品参数见表1。1.3试验处理及定值采用周转箱(长70cm,宽35cm,高15cm)进行栽培,完全随机排列。为增加土壤肥力,每千克土施入N、P2O5、K2O均0.2g作为底肥,同时施入少量有机肥,并充分混匀。2009年6月15日将充分混匀的黄瓜连作土装入周转箱中,每箱装土48kg。试验设5个处理(不含对照),每个处理1箱,重复3次。种植时将事先备好的微生物菌剂按需按量与定植土充分混匀,点入种子,待幼苗长至两叶一心时进行间苗,每箱保留植株24株(试验处理及定值安排见表2)。植株生长期保持箱内土壤含水量在60%~80%左右,其它管理按常规管理方法进行,各处理间管理水平一致。1.4提取制备样品定植40d后,采集植株行间0~15cm根际土,各点土样分别混合均匀后装入无菌取样袋,立即带回实验室。一部分新鲜土样,储存于4℃冰箱内用于测定土壤微生物数量,另一部分经自然风干,过1mm筛测定土壤理化性质及酶活性,测定时每个样品均重复3次。1.5测量和方法1.5.1测定项目及方法土壤容重采用环刀法测定;孔隙度采用计算法,即孔隙度(%)=(1-容重/比重)×100%;碱解氮采用碱解扩散法测定;有效磷采用M3-钼锑抗比色法测定;有效K采用M3-原子吸收分光光度计法测定;pH、EC采用土∶水=1∶5浸提,用pH计和电导仪测定。1.5.2培养基和微生物培养方法过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法,以0.02molL-1KMnO4mlg-1土(25℃,20min)表示;蔗糖酶和淀粉酶采用二硝基水杨酸比色法,分别以葡萄糖mgg-1土、麦芽糖mgg-1土(37℃,24h)表示;脲酶采用靛酚蓝比色法,以NH3-Nmgg-1土(37℃,24h)表示。采用稀释平板法测定微生物数量。细菌数量采用牛肉膏蛋白胨培养基;真菌采用马丁氏培养基;放线菌采用改良高氏一号培养基。结果以每克鲜土所含数量表示。1.6数据的统计分析用SAS8.1统计软件进行方差分析,用Excel作图。文中所有数据均为3次重复平均值。2结果与分析2.1黄瓜连作土壤容重及孔隙度的变化,主要表现为土壤容重是反映土壤紧实程度、孔隙状况等结构特性的重要指标,它对土壤的孔隙度及大小分配、土壤的穿透阻力等有重要影响。土壤孔隙度是土壤物理性状的重要组成部分,关系着土壤水、气、热的流通与贮存。由图1可看出,不同处理方式对黄瓜连作土壤容重及孔隙度的影响不同。处理T1-T5均不同程度的降低了土壤容重和提高了土壤孔隙度,其中T2和T3处理的土壤容重分别较对照降低5.7%和8.8%,土壤孔隙度分别较对照提高9.4%和10.5%,差异达显著水平,说明木霉菌肥对黄瓜连作土壤物理性状有明显改善作用,且轮作结合施用菌肥的复合效应较单独轮作的单一效应更为明显。T1、T3处理显著提高了土壤孔隙度,说明番茄轮作能够增加黄瓜连作土壤的通透性,这可能是由于番茄拥有较黄瓜更为发达的根系,其在土壤中伸展使土壤变得更加疏松。2.2轮作和微生物肥料对黄瓜连作土壤化学特征的影响2.2.1微生物菌肥对温室黄瓜长期连作对土壤理化性质的影响由表3可看出,除T1处理外,其余各处理均显著提高了黄瓜连作土壤的pH值,其中以T5处理最高,其次为T3,说明番茄轮作和施用微生物菌肥均能有效防止温室黄瓜长期连作导致的土壤酸化。T2-T5各处理的土壤EC分别较对照降低11.8%、14.3%、13.4%和10.9%,差异均达显著水平,这一方面可能是番茄发达的根系对土壤中的盐离子有更强的吸收作用,另一方面可能是木霉菌和护根宝提高了地上部植株对土壤养分的利用效率。总体来看,施用微生物菌肥对黄瓜连作土壤pH和EC的影响效应更为明显。2.2.2对黄瓜连作土壤化学性状的影响土壤有机质是土壤肥力的重要指标,也是土壤肥力的稳定指标。由表3可看出,不同处理方式对黄瓜连作土壤有机质及速效养分的影响不同。各处理条件下土壤有机质均有所提高,T2、T5处理与对照间差异达显著水平,增幅分别为6.5%、30.4%,这可能菌肥中的功能微生物促进了土壤中植物残体等有机物的腐殖化过程。T1-T5各处理均显著的提高了连作土壤中碱解氮的含量,具体表现为T3、T5>T4、T1>T2>CK,其中T3、T5处理较对照增幅分别达23.0%、20.6%。不同处理方式均提高了黄瓜连作土壤中有效磷及有效钾的含量,其中T4、T5处理有效磷的含量较对照增幅分别达12.7%、17.8%,T2-T5各处理有效钾的含量较对照增幅分别达到16.4%、24.2%、18.6%、19.9%,差异均达显著水平。综合来看,各处理中以T3处理效果最好,其次为T5,但两者之间没有明显差异。以上分析表明,各处理均能改善黄瓜连作土壤化学性状。相比而言,微生物菌肥结合轮作的改良效果更为明显,这一方面是因为不同植物对养分的需求存在差异,另一方面是因为菌肥中的有益微生物促进了土壤中固定养分向有效养分的转化。2.3对黄瓜连作土壤理化指标的影响过氧化氢酶能破坏土壤中生化反应生成的过氧化氢,减轻其对植物的危害。蔗糖酶活性的强弱反映了土壤熟化程度和肥力水平,对增加土壤中营养物质起重要作用。淀粉酶是土壤中有机残体的组成成分,参与土壤中的碳素循环。脲酶是一种酰胺酶,可促使有机物质中碳氮键的水解,有利于有机氮向铵态氮的转化。由图2可看出,供试土壤通过不同方式改良,土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、淀粉酶、脲酶活性均有不同程度的提高。各处理均能促进黄瓜连作土壤中过氧化氢酶活性的提高,其中T3、T4、T5处理过氧化氢酶的活性显著高于对照,增幅分别达10.2%、9.2%、10.9%,以T5处理效果最好。不同处理方式下,蔗糖酶活性与脲酶活性的变化特征表现出一定的相似性,T2、T3含量相对高于T4、T5,T1含量相对较低,以T3含量最高,其次为T2,T1含量最低,T3处理的蔗糖酶和脲酶活性分别比对照高出68.0%、10.9%。所有处理淀粉酶活性均显著高于对照,其中以T1、T3处理效果最好。综合从各处理对酶活性的影响效果来看,木霉菌>护根宝>轮作,复合改良效果好于单一改良,但不具有累加效应。2.4不同改良方式对黄瓜土壤微结构的影响土壤微生物是土壤生态系统中重要的组成部分,其群落结构组成及其变化在一定程度上反映了土壤的质量及其健全性,同时也是克服连作障碍及其它土壤障碍因子的关键所在。土壤微生物群落结构和组成的多样性与均匀性不仅提高土壤生态系统的稳定性与和谐性,同时也提高对土壤微生态环境恶化的缓冲能力。由表4可看出,不同改良方式均使黄瓜连作土壤的微生物结构发生了改变。与对照相比,各处理土壤的细菌、放线菌以及微生物总量均显著提高,真菌数量显著下降。就细菌数量而言,T5>T3>T4>T2>T1,分别为对照的1.93、1.70、1.60、1.56和1.39倍。放线菌数量以T3最大,其次为T5,较对照增幅分别达56.3%和52.6%。T4和T5处理真菌数量较对照分别降低50.0%和52.8%,T2和T3降幅较小,原因可能是木霉菌肥的功能菌哈茨木霉为真菌的缘故。从微生物总数和分布比例来看,T5处理菌群数量最为丰富,细菌所占比例最高,真菌比例最小。总体来看,T5和T4各菌群分布比例较为合理,有利于形成稳定的菌群结构和增强对病原菌的抵抗力。3讨论和结论3.1微生物菌肥对土壤改良效果的影响研究表明,作物连作可导致土壤理化性状变差、养分失衡、酸化和次生盐渍化。微生物菌肥通过微生物的生命活动直接或间接地为植物提供营养元素促进作物生长,同时促进作物对营养物质的吸收,提高作物抵抗病虫害的能力,改善作物品质,增加作物产量。本试验研究了轮作和微生物菌肥对黄瓜连作土壤的改良效果。结果表明,番茄轮作和施用微生物菌肥均能不同程度的降低黄瓜连作土壤容重和电导度,增加土壤孔隙度和pH值。各处理均提高了土壤中碱解氮、有效磷和有效钾的含量。这可能是因为番茄拥有较黄瓜更为发达的根系,能够在土壤中迅速伸展以使土壤变得疏松。同时,番茄与黄瓜在营养需求及根系分泌物方面存在一定差异,从而影响了土壤有效养分的含量。微生物菌肥的施用改善了土壤微生态结构,促进了土壤中有益微生物的增长,提高了土壤微生物多样性,促进土壤中固定养分向有效养分的转化。同时,本研究发现,施用微生物菌肥对黄瓜连作土壤理化性状的改良效果好于轮作,且轮作结合施用微生物菌肥的复合改良效果好于单一改良,但不具有累加效应。由此可推测,长期连作导致土壤微生物区系的改变也是造成土壤理化性状变劣的原因之一,微生物菌肥的施用直接提供了有益微生物,丰富了土壤微生物菌群。因此,其对连作土壤理化性状的改良更为直接,效果更好。3.2不同处理对土壤酶活性的影响土壤酶活性是反映土壤生物化学过程的重要指标。土壤中各种物质的转化、累积和分解是一个复杂的生物化学过程,这些过程几乎都是在各种酶的作用下完成的。因此,土壤酶活性常被作为评价土壤生态环境质量的重要指标。本研究结果显示,轮作和微生物菌肥均能增加黄瓜连作土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、淀粉酶和脲酶活性,但不同处理间存在明显差异,总体效果表现为:木霉菌>护根宝>轮作>对照,菌肥+轮作>菌肥>轮作>对照。研究表明,作物连作可导致土壤微生物种群结构失衡和土壤酶活性降低,活的植物根系在生长发育过程中分泌的有机酸和简单糖类等有机、无机化合物和死根茬在矿化分解过程中释放的各种有机、无机物质,均会直接或间接影响土壤酶活性。番茄轮作引起土壤酶活性的提高,一方面可能是因为番茄根系是许多酶类的来源,另一方面番茄根系分泌物引起连作土壤有机质数量和微生物区系的改变,从而引起酶活性的变化。木霉菌及护根宝两种菌肥能够显著提高连作土壤酶活性,这是因为菌肥含有大量的功能菌,功能菌的迅速繁殖优化了土壤微生物种群结构,土壤酶活性随之增加。木霉菌和护根宝对连作土壤酶活性的影响存在差异,原因可能与两者含有不同的功能菌有关。3.3不同处理对黄瓜连作土壤生物活性的影响连作土壤由于同一类根系分泌物的持续释放,形成了特定的土壤环境和根际条件,导致土壤微生物种类和数量发生变化,即细菌、放线菌数量下降,病原真菌数量升高,微生物区系由高肥的“细菌型”土壤向低肥的“真菌型”土壤转化。本研究结果也印证了这一点,黄瓜连作土壤中的真菌数量显著高于轮作和菌肥处理。番茄轮作和菌肥处理均显著提高了黄瓜连作土壤细菌、放线菌及微生物总量,降低了真菌数量。与番茄轮作相比,木霉菌和护根宝的效果更为显著,且以复合处理效果最好,这与土壤酶的测定结果相一致。从各菌群所占比例来看,T1-T5各处理与CK相比,细菌所占比例上升,比例最高处理与对照间相差2.89个百分点,而真菌和放线菌比例下降,最多分别降低2.04和1.04个百分点,说明各处理主要增加了黄瓜连作土壤中细菌的数量。轮作使微生物区系发生改变可能与不同栽培制度引起作物残体和根系残留物与前茬作物表现出差异有关。连作使土壤微生物定向增殖或减少,形成特定的微生物区系,而轮间作则有利于土壤微生物种群多样性,改善土壤的生态环境。轮作或施用微生物菌肥使连作病原