王爽 鄭世偉 李笑 等 日光溫室黃瓜長(zhǎng)期連作自毒物質(zhì)累積與土壤肥力因子的關(guān)系 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 日光溫室黃瓜長(zhǎng)期連作自毒物質(zhì)累積 與土壤肥力因子的關(guān)系 王 爽 鄭世偉 李 笑 張一迪 吳 桐 富宏丹 孫周平 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 北方園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心 設(shè)施園藝省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn) 室 遼寧省設(shè)施園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 沈陽(yáng) 摘 要 以日光溫室連作第 茬次的黃瓜根際土壤為研究材料 研究了長(zhǎng)期連作對(duì) 黃瓜根際土壤酚酸類(lèi)物質(zhì)的影響及其與土壤化學(xué)性質(zhì) 酶活性 微生物活性的關(guān)系 結(jié)果表明 隨著連作茬 次的增加 酚酸類(lèi)物質(zhì)含量顯著增加 且茬次間的總酚增長(zhǎng)量在連作前期 茬 和后期 茬 顯著 高于連作中期 茬 土壤中養(yǎng)分含量富集 蔗糖酶活性和微生物活性降低 冗余分析結(jié)果表明 有機(jī) 質(zhì) 全磷 全氮 堿解氮 微生物生物量碳和微生物代謝熵是與酚酸物質(zhì)累積相關(guān)的主要土壤肥力因子 結(jié)構(gòu) 方程模型分析發(fā)現(xiàn) 土壤中磷富集會(huì)直接導(dǎo)致酚酸物質(zhì)的累積 氮富集通過(guò)影響微生物活性間接促進(jìn)酚酸物 質(zhì)的累積 因此 生產(chǎn)中合理施用氮磷肥能減少酚酸物質(zhì)累積 減緩黃瓜連作障礙 關(guān)鍵詞 日光溫室 黃瓜連作 酚酸 自毒物質(zhì) 土壤因子 本文由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 遼寧省教育廳科 研項(xiàng)目 和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)項(xiàng) 資金 資助 收稿 接受 通訊作者 由于我國(guó)設(shè)施蔬菜的專(zhuān)業(yè)化與規(guī)?；l(fā)展 黃 瓜連作栽培現(xiàn)象較多 長(zhǎng)期連作對(duì)土壤環(huán)境的影響 主要包括以下 個(gè)方面 土壤理化性質(zhì)惡化 土壤微 生態(tài)環(huán)境劣變 酶活性降低 自毒物質(zhì)積累 有 大量證據(jù)表明 自毒物質(zhì)的累積是引起連作障礙的 重要原因 酚酸類(lèi)自毒物質(zhì) 包括對(duì)羥基苯甲 酸 香草酸 阿魏酸 丁香酸等廣泛存在于土壤中 并 抑制作物生長(zhǎng)發(fā)育 酚酸通過(guò)植物葉片揮發(fā) 地 上部淋溶 根系分泌和殘茬腐解等途徑釋放到土壤 中 自毒物質(zhì)的累積導(dǎo)致土壤酶活性降低 損傷作物根系膜系統(tǒng) 降低植株光合能力 影響作物 的抗氧化系統(tǒng)等 自毒物質(zhì)的累積會(huì)改變作物 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 年 月 第 卷 第 期 根際土壤生態(tài)環(huán)境 促進(jìn)病原微生物增殖和抑制有 益微生物生長(zhǎng) 造成根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡 最終爆發(fā)嚴(yán)重的土傳病害 從不同種植年限 的日光溫室中分別取樣 發(fā)現(xiàn)隨著連作年限的延長(zhǎng) 草莓 根際土壤中酚酸類(lèi)自毒 物質(zhì)含量增加 但是在同一溫室條件下黃瓜 不同連作茬次間自毒物質(zhì)的累積 規(guī)律和增長(zhǎng)規(guī)律目前尚不明確 前人往往只針對(duì) 種酚酸物質(zhì) 進(jìn)行相 關(guān)研究 本課題組參考前人研究結(jié)果 使用高效液相 色譜測(cè)定了 種酚酸物質(zhì)含量進(jìn)行黃瓜連作障礙研 究 分別為對(duì)羥基苯甲酸 鄰苯二甲酸 香草酸 丁香酸 香蘭素 對(duì)香豆酸 阿魏酸 苯甲酸 其中對(duì) 羥基苯甲酸和對(duì)香豆酸含量較高 研究表明 酚酸 類(lèi)自毒物質(zhì)的含量受土壤理化性質(zhì)的影響 例如 在 人參 連作過(guò)程中自毒物質(zhì)含量與土 壤酸化呈顯著的正相關(guān)性 土壤中養(yǎng)分含量也 是影響植物根系分泌自毒物質(zhì)的主要因素之一 有 研究發(fā)現(xiàn) 土壤中缺乏磷素會(huì)導(dǎo)致某些樹(shù)木和豆類(lèi) 植物根系分泌更多的酚類(lèi)化合物 也有研究表 明 土壤中養(yǎng)分富集會(huì)導(dǎo)致根系分泌物中酚酸類(lèi)物 質(zhì)含量增加 酚酸作為有機(jī)底物 在為土壤微生 物提供碳源和氮源的同時(shí) 不可避免地與土壤微生 物發(fā)生互作 盡管前人對(duì)連作條件下土壤理化性質(zhì) 和微生態(tài)指標(biāo)報(bào)道較多 但是關(guān)于它們之間的 相互關(guān)系研究較少 尤其是酚酸類(lèi)自毒物質(zhì)的累積 與土壤環(huán)境因子的關(guān)系目前仍不清楚 還需進(jìn)一步 研究 為此 本試驗(yàn)采取日光溫室黃瓜定位連作的 方法 研究連作 茬的黃瓜根際土壤中酚酸類(lèi)物質(zhì) 的累積規(guī)律及其與土壤化學(xué)性質(zhì) 酶活性和微生物 活性的關(guān)系 探討連作障礙的發(fā)生機(jī)制 為日光溫室 的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo) 材料與方法 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)地點(diǎn)為沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科研基地日光溫 室 自 年開(kāi)始在同一個(gè) 日光溫室中進(jìn)行黃瓜長(zhǎng)期定位連作試驗(yàn) 品種 水肥 和環(huán)境管理保持一致 供試黃瓜品種為 津優(yōu) 幼苗于 葉 心時(shí)定植 供試土壤為草甸土 栽培 槽規(guī)格 長(zhǎng) 寬 高 每槽為 個(gè)重復(fù) 定植 株黃瓜 每個(gè)連作茬次設(shè)置 次 重復(fù) 從 年秋冬茬開(kāi)始試驗(yàn) 在每年的 月上 旬和 月上旬進(jìn)行冬春茬和秋冬茬兩茬黃瓜種植 于 年秋茬種植結(jié)束后取連作第 茬的根際土壤 分別表示為 每個(gè)栽培槽隨機(jī)選取 株黃瓜土樣混合視為一個(gè)樣品 一個(gè)連作茬次共取 株黃瓜根際土壤樣品 采用抖根法獲得根際土 即先去除根圍大部分土塊 抖落根系附著的 左右的土壤為根際土 土壤混勻后過(guò) 目篩 一部 分自然風(fēng)干后用于測(cè)定酚酸類(lèi)物質(zhì)含量和化學(xué)性 質(zhì) 一部分鮮土于 保存用于測(cè)定酶活性和微生 物活性 測(cè)定方法 土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定 土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定參考 鮑士旦 的方法 土壤 值采用的水土比為 用 計(jì)測(cè)定 土壤電導(dǎo)率 值采用的水 土比為 用電導(dǎo)儀 電磁 測(cè)定 有機(jī) 質(zhì)采用重鉻酸鉀 硫酸外加熱法測(cè)定 堿解氮采用堿 解擴(kuò)散法測(cè)定 速效磷采用碳酸氫鈉浸提 鉬銻抗比 色法測(cè)定 速效鉀采用乙酸銨浸提 光焰光度計(jì)法 測(cè)定 全氮是土壤消解后 采用凱氏定氮儀 測(cè)定 全磷和全鉀 是土壤經(jīng) 微波消解后 鉬銻抗比色 法測(cè)定全磷 火焰分光光度計(jì)測(cè)定全鉀 土壤酶活性測(cè)定 土壤酶活性采用鮮土測(cè) 定 土壤脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定 蔗糖酶活 性采用 二硝基水楊酸比色法測(cè)定 過(guò)氧化氫酶 活性采用 滴定法測(cè)定 纖維素酶活性采用 二硝基水楊酸比色法測(cè)定 多酚氧化酶活性采 用碘滴定法測(cè)定 中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉 比色法測(cè)定 土壤微生物活性測(cè)定 土壤微生物生物量測(cè) 定采用氯仿熏蒸 提取法 取 新鮮土壤用 的 提取微生物生物量碳 和微生物生物量氮 采用總有機(jī)碳 分析儀 測(cè)定熏蒸和未熏蒸 土壤的 和 換算系數(shù)分別為 和 土壤呼吸采用靜態(tài)氣室法測(cè)定 稱(chēng)取 新鮮土壤調(diào)節(jié)土壤含水量至 田間持水量 放入 塑料瓶中 將裝有 溶液的燒杯放入瓶子中 在 條件下連續(xù)培養(yǎng) 每隔 測(cè)定 次土樣的 釋放量 用 的 溶液沉淀碳酸鹽 然后用 的 溶液反滴定 土壤微生物熵為 與土 壤有機(jī)碳的比值 土壤代謝熵 為土壤基礎(chǔ)呼 吸 與 的比值 期 王 爽等 日光溫室黃瓜長(zhǎng)期連作自毒物質(zhì)累積與土壤肥力因子的關(guān)系 土壤酚酸類(lèi)物質(zhì)測(cè)定 采用 等 的方 法提取土壤中酚酸 使用 高效液相色 譜儀測(cè)定 色譜柱為 測(cè)定條件 流速為 進(jìn)樣量為 柱溫為 檢測(cè)波 長(zhǎng)為 流動(dòng)相 為乙腈 為 值 的乙 酸水溶液 采用梯度洗脫 標(biāo)準(zhǔn)品分別為沒(méi)食子酸 原兒茶酸 綠原酸 對(duì) 羥基苯甲酸 鄰苯二甲酸 香草酸 丁香酸 香蘭素 對(duì)香豆酸 阿魏酸 苯甲酸 水楊酸 香豆素 肉桂酸 純標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司 采用保 留時(shí)間進(jìn)行定性分析 峰面積外標(biāo)法定量分析 建立 的酚酸標(biāo)準(zhǔn)曲線 數(shù)據(jù)處理 采用 和 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)分析 采用單因素 和 法進(jìn)行方差分析和多重比較 用 法進(jìn)行相關(guān)性分析 用 對(duì)酚酸含量與土壤 酶活性 化學(xué)性質(zhì) 微生物活性進(jìn)行冗余 分析 采用 的結(jié)構(gòu)方程模型分析酚酸物質(zhì)與主 要土壤因子的關(guān)系 其中 使用主成分分析 獲 得酶活性和酚酸含量的第 主成分 用于隨后 的結(jié)構(gòu)方程模型 分別解釋了酶活性和酚酸 變化總方差的 和 利用 軟件作圖 圖表中數(shù)據(jù)為平均值 標(biāo)準(zhǔn)誤 結(jié)果與分析 連作對(duì)黃瓜根際土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 由表 可知 隨著連作年限的增加 土壤 值 下降 連作第 茬的土壤 值顯著低于連作第 茬 土壤 值 有機(jī)質(zhì) 全氮 全磷含量均隨 連作茬次增加而表現(xiàn)出升高趨勢(shì) 堿解氮 速效磷和 速效鉀含量隨著連作茬次增加先顯著升高后略有下 降 而全鉀含量呈現(xiàn)波動(dòng)性變化 沒(méi)有明顯的變化趨 勢(shì) 以上結(jié)果表明 在溫室環(huán)境下黃瓜連作會(huì)造成 土壤養(yǎng)分 主要是有機(jī)質(zhì)和氮 磷 累積 連作對(duì)黃瓜根際土壤微生物特性的影響 由圖 可知 連作第 茬的土壤微生物生物量 碳比第 茬顯著增加 而土壤微生物生物量 氮沒(méi)有明顯的規(guī)律 隨著連作年限的增加呈波動(dòng)式 變化 微生物生物量碳氮比總體呈先升后降的變化 趨勢(shì) 連作第 茬的微生物生物量碳氮比顯著高于 連作第 茬和第 茬 土壤呼吸強(qiáng)度可表征土壤 微生物活性 隨著連作年限的增加 土壤呼吸強(qiáng)度先 升高后降低 連作第 茬的土壤呼吸強(qiáng)度顯著低于 連作第 茬 微生物熵 代謝熵用來(lái)描述微生物的 代謝活動(dòng) 在連作期間土壤代謝熵呈顯著下降趨 勢(shì) 連作第 茬較連作第 茬顯著降低 而 土壤微生物熵隨著連作茬次的增加呈波動(dòng)變化 連作對(duì)黃瓜根際土壤酶活性的影響 由圖 可知 連作第 茬的黃瓜根 際土過(guò)氧化氫酶活性顯著高于連作第 茬 土壤 脲酶在連作第 茬時(shí)活性最高 較連作第 茬顯著 提高 蔗糖酶在連作第 茬時(shí)活性最低 連作第 茬顯著低于其他茬次 多酚氧化酶 活性在連作期間呈先降低再升高后降低的變化趨 勢(shì) 連作第 茬和第 茬顯著低于其他茬次 土壤 中性磷酸酶活性隨著連作年限的增加呈現(xiàn)先增加再 降低后增加的顯著變化趨勢(shì) 其中 連作第 茬的 活性最高 顯著高于連作第 茬 纖維素酶 表 不同連作茬次對(duì)黃瓜根際土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 連作茬次 有機(jī)質(zhì) 全氮 全磷 全鉀 堿解氮 速效磷 速效鉀 電導(dǎo)率 下同 表示連作 茬 同列不同小寫(xiě)字母表示 不同茬口差異顯著 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 卷 C 2 UNI8fdeUNI4f5cUNI832cUNI53e3Crop round 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 B R m g C O k g h 2 1 1 C 6 C 10 C 14 C 18 C 20 C 24 C 26 C 2 C 2 15 12 9 6 3 0 6 4 2 0 q C O 2 m g C C O g M B C h 1 1 1 2 C 6 C 6 C 10 C 10 C 14 C 14 C 18 C 18 C 20 C 20 C 24 C 24 C 26 C 26 500 400 300 200 100 0 M B C m g k g 1 M B N m g k g 1 M B C M B N M B C O C 125 100 75 50 25 0 15 10 5 0 c bc b ab ab b a a ab bcd a bcd d bc cd bcd d cd d bc a cd ab bc ab a bab ab ab ab ab a b bc c bc bc bc c abc a ab c a bc abc bc 圖 不同連作茬次對(duì)黃瓜根際土壤微生物活性的影響 微生物生物量碳 微生物生物量氮 基礎(chǔ)呼吸 代謝熵 微生物熵 表示連作 茬 不同字母表示不同茬口差異顯 著 下同 C 2 UNI8fdeUNI4f5cUNI832cUNI53e3Crop round 1 5 1 0 0 5 0 C 6 C 10 C 14 C 18 C 20 C 24 C 26 C 2 C 2 2 0 1 5 1 0 0 5 0 0 6 0 4 0 2 0 C 6 C 6 C 10 C 10 C 14 C 14 C 18 C 18 C 20 C 20 C 24 C 24 C 26 C 26 6 5 4 3 2 1 0 C A T m L g 1 P P O m L g 1 U R E m g g d 1 1 N E P m g g d 1 1 I N V m g g d 1 1 C E L m g g d 1 1 1 25 1 00 0 75 0 50 0 25 0 25 20 15 10 5 0 c b a abab a a a d bc ab a c abc ab ab d bc b a d d c c ab c bc ab b a b b d abc ab cd bcd abc a a b a ab ab ab ab a a 圖 不同連作茬次對(duì)黃瓜根際土壤酶活性的影響 過(guò)氧化氫酶 脲酶 蔗糖酶 多酚氧化酶 中性磷酸酶 纖維素酶 活性呈先升后降的變化趨勢(shì) 在連作第 茬 時(shí)顯著高于連作第 茬 連作對(duì)黃瓜根際土壤酚酸類(lèi)自毒物質(zhì)的影響 由圖 可知 從黃瓜根際土壤中檢測(cè)到 種酚 酸類(lèi)物質(zhì) 分別為對(duì)羥基苯甲酸 鄰苯二甲酸 香草 酸 丁香酸 香蘭素 對(duì)香豆酸 阿魏酸和苯甲酸 其 中 對(duì)羥基苯甲酸 鄰苯二甲酸 香草酸 丁香酸 香 蘭素 對(duì)香豆酸以及酚酸總量隨著連作年限的增加 而顯著增加 呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì) 基本以連作第 茬 時(shí)含量最高 而阿魏酸和苯甲酸含量呈現(xiàn)出先增加 再降低后增加的變化趨勢(shì) 在連作第 茬土壤的所有酚酸類(lèi)物質(zhì)中 對(duì)羥 期 王 爽等 日光溫室黃瓜長(zhǎng)期連作自毒物質(zhì)累積與土壤肥力因子的關(guān)系 圖 不同連作茬次對(duì)黃瓜根際土壤酚酸類(lèi)物質(zhì)的影響 基苯甲酸的相對(duì)含量為 對(duì)香豆酸的相對(duì)含 量是 是本試驗(yàn)黃瓜根際土壤中主要的酚酸 類(lèi)物質(zhì) 由圖 可知 在連作前 茬中 茬次間酚酸類(lèi) 圖 不同連作茬次間黃瓜根際土壤酚酸總量增長(zhǎng)量 表示開(kāi)始連作到連作第 茬間總酚增長(zhǎng)量 以此類(lèi)推 不同數(shù) 字表示連作茬次 物質(zhì)增長(zhǎng)量隨著連作年限的增加而顯著降低 連作 后 茬總體隨著連作年限的增加而顯著增加 總 體來(lái)說(shuō) 茬次間的總酚增長(zhǎng)量是連作前期 茬 和后期 茬 顯著高于連作中期 茬 連作條件下酚酸類(lèi)物質(zhì)累積與土壤因子的關(guān)系 皮爾遜相關(guān)分析表明 表 除了阿魏酸外 其 他酚酸物質(zhì)與土壤 值呈極顯著負(fù)相關(guān) 除了丁 香酸與速效磷呈顯著正相關(guān) 阿魏酸與速效鉀不相 關(guān) 苯甲酸與速效磷和速效鉀不相關(guān)外 酚酸物質(zhì)與 有機(jī)質(zhì)和速效氮 磷 鉀養(yǎng)分基本呈現(xiàn)極顯著正相 關(guān) 土壤酚酸含量與全氮 全磷呈極顯著正相關(guān) 與 全鉀不相關(guān) 酚酸含量與微生物生物量碳呈顯著正 相關(guān) 與土壤代謝熵呈顯著負(fù)相關(guān) 香草酸和香蘭 素與過(guò)氧化氫酶呈極顯著正相關(guān) 酚酸物質(zhì)均與中 性磷酸酶呈極顯著正相關(guān) 分析表明 圖 有機(jī)質(zhì) 全氮 全磷 速 效氮磷鉀 值 微生物生物量碳 微生物代謝 熵對(duì)土壤中酚酸類(lèi)物質(zhì)的累積都有極顯著影響 與 酶活性相比 土壤化學(xué)性質(zhì)和微生物活性對(duì)酚酸類(lèi) 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 卷 表 連作條件下酚酸類(lèi)物質(zhì)與土壤化學(xué)性質(zhì) 微生物活性和酶活性的相關(guān)系數(shù) 項(xiàng)目 對(duì)羥基苯 甲酸 鄰苯二甲酸 香草酸 丁香酸 香蘭素 對(duì)香豆酸 阿魏酸 苯甲酸 總酚 有機(jī)質(zhì) 堿解氮 速效磷 速效鉀 全磷 全鉀 全氮 微生物生物量氮 基礎(chǔ)呼吸 微生物生物量碳 代謝熵 微生物熵 過(guò)氧化氫酶 脲酶 蔗糖酶 多酚氧化酶 中性磷酸酶 纖維素酶 物質(zhì)的影響更明顯 連作前期 和連作后期 在 軸上可明顯區(qū)分 蒙特卡洛排序檢 驗(yàn)表明 該模型占總變異的 第 軸和第 軸 分別解釋了 和 的變異 土壤中酚酸類(lèi) 物質(zhì)與酶活性的 分析表明 圖 該模型占 總變異的 第 軸解釋了總變異的 第 個(gè)軸解釋了總變異的 中性磷酸酶 過(guò)氧化 氫酶活性對(duì)土壤中酚酸類(lèi)物質(zhì)積累有極顯著影響 根據(jù)酚酸類(lèi)物質(zhì)與土壤因子進(jìn)行結(jié)構(gòu)方程模型 的構(gòu)建與檢驗(yàn) 模型擬合度良好 其中 結(jié)構(gòu)方程模型 途徑圖 結(jié)果表明 長(zhǎng)期單一連作會(huì)導(dǎo)致設(shè)施溫室中土壤養(yǎng) 分富集 有機(jī)質(zhì)的增加對(duì)土壤酶活性有正向影響 但 對(duì)酚酸類(lèi)物質(zhì)的累積沒(méi)有顯著影響 連作本身會(huì)導(dǎo) 致土壤中酚酸類(lèi)物質(zhì)累積 全磷直接對(duì)土壤酚酸類(lèi) 物質(zhì)的累積有正向影響 全氮對(duì)微生物生物量碳產(chǎn) 生正向影響 進(jìn)而間接促進(jìn)酚酸類(lèi)物質(zhì)累積 以上 種途徑共解釋了土壤酚酸類(lèi)物質(zhì)總變化的 圖 討 論 連作障礙是日光溫室栽培中亟待解決的主要問(wèn) 題 本研究以在同一個(gè)日光溫室中設(shè)置的長(zhǎng)達(dá) 茬連作的黃瓜根際土壤為對(duì)象 探究長(zhǎng)期連作對(duì) 土壤酚酸物質(zhì) 化學(xué)性質(zhì) 微生態(tài)活性的影響及其相 互關(guān)系 結(jié)果顯示 連作導(dǎo)致土壤酸化和有機(jī)質(zhì) 氮 磷肥富集 這與大田作物連作后的土壤化學(xué)性質(zhì) 不同 可能與日光溫室中習(xí)慣大量施用化肥和 有機(jī)肥有關(guān) 土壤酶活性在土壤質(zhì)量和功能中 起著重要作用 前人研究發(fā)現(xiàn) 連作導(dǎo)致土壤酶活性 下降 本研究中 土壤酶活性隨著連作年限的增 加先升后降 這是因?yàn)樵谶B作前期 黃瓜根系在土壤 中的殘留逐年增加 為土壤酶提供了充足的底物 導(dǎo) 致土壤酶活性增加 但到了連作后期 自毒物質(zhì)和病 原菌累積致使酶活性下降 土壤微生物能夠調(diào) 節(jié)土壤生理生化和養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程 是生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程 的關(guān)鍵因素 本研究在連作過(guò)程中土壤微生物 生物量碳總體呈增加趨勢(shì) 而微生物生物量氮呈波 動(dòng)式下降 導(dǎo)致微生物生物量碳氮比基本上是增加 期 王 爽等 日光溫室黃瓜長(zhǎng)期連作自毒物質(zhì)累積與土壤肥力因子的關(guān)系 1 0 0 5 0 0 5 1 0 1 0 0 5 1 00 5 RDA1 84 8 R D A 2 5 3 0 1 0 0 5 0 0 5 1 0 1 0 0 5 1 00 5 RDA1 55 1 R D A 2 2 3 0 C C C C 18 20 24 26 C C C C 2 6 10 14 TP OM AN MBC EC AP TN AK TK BR MBN MBC OC pH q CO URE CAT NEP CEL INV PPO 2 a b 圖 連作條件下酚酸物質(zhì)含量與土壤化學(xué)性質(zhì) 微生物活 性和酶活性的冗余 分析 酚酸物質(zhì)含量與土壤化學(xué)性質(zhì)和微生物活性 酚酸物質(zhì) 含量與酶活性 電導(dǎo) 率 有機(jī)質(zhì) 全氮 全磷 全鉀 堿解氮 速效磷 速 效鉀 下同 UNI8fdeUNI4f5c OC TN TP MBC 0 17 0 2 0 0 8 8 0 6 9 0 9 2 0 8 7 0 8 8 0 6 5 R 2 0 94 UNI9176UNI6d3bUNI6027 UNI915aUNI9178 圖 連作條件下酚酸類(lèi)物質(zhì)與土壤因子的結(jié)構(gòu)方程模型 分析 方框中表示模型的變量 接近變量的百分比表示模型解釋的方差 箭頭表示路徑方向 實(shí)線為正相關(guān) 本模型沒(méi)有負(fù)相關(guān) 箭頭上 數(shù)字表示標(biāo)準(zhǔn)化的路徑系數(shù) 的 前人研究發(fā)現(xiàn) 連作對(duì)土壤微生物生物量有負(fù) 面影響 作物與土壤微生物之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系 從而影響微生物的正?；顒?dòng) 導(dǎo)致土壤微生物生物 量降低 而在溫室中每年都會(huì)投入大量的有機(jī)肥 和化肥 有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤后增加了有機(jī)碳含量 為微 生物活動(dòng)提供了充足的底物 進(jìn)而增加了微生物生 物量碳 造成根際土壤中微生物生物量碳氮比失 衡 本研究中 隨著連作茬次的增加 土壤代謝 熵先增后降 微生物熵則逐漸降低 表明黃瓜連作降 低了土壤微生物活性 不利于土壤的可持續(xù) 利用 本研究中 酚酸類(lèi)物質(zhì)含量總體上隨著連作年 限的增加而逐年增加 每茬次增加量在連作前期和 后期大于連作中期 這可能是由于連作前期土壤微 生物逐漸適應(yīng)了單一性作物栽培的環(huán)境 所以到了 連作中期時(shí)酚酸增長(zhǎng)速率變緩 但隨著連作的進(jìn)行 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)惡化 病原微生物增加 降解酚 酸類(lèi)物質(zhì)的微生物類(lèi)群衰減 最終導(dǎo)致連作后期酚 酸增長(zhǎng)量增多 對(duì)溫室土壤產(chǎn)生負(fù)面影響 連作障礙的產(chǎn)生是由土壤 微生物 作物相互作 用產(chǎn)生的綜合效應(yīng) 本研究相關(guān)性分析表明 種 酚酸物質(zhì)的累積與土壤化學(xué)性質(zhì) 酶活性 微生物活 性息息相關(guān) 冗余分析 發(fā)現(xiàn) 有機(jī)質(zhì) 全磷 全氮 堿解氮 微生物生物量碳和微生物代謝熵與酚 酸物質(zhì)的累積呈極顯著相關(guān) 說(shuō)明土壤養(yǎng)分含量和 微生物活性對(duì)酚酸物質(zhì)的累積有顯著影響 前人研 究發(fā)現(xiàn) 在煙草連作過(guò)程中土壤養(yǎng)分富集和土壤酸 化與酚酸類(lèi)自毒物質(zhì)累積顯著相關(guān) 但微生物 活性對(duì)酚酸物質(zhì)的影響目前尚不清楚 本研究通過(guò) 結(jié)構(gòu)方程模型 進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn) 除了長(zhǎng)期連 作本身對(duì)自毒物質(zhì)累積的影響外 土壤中磷富集會(huì) 直接促進(jìn)酚酸類(lèi)物質(zhì)累積 氮富集通過(guò)影響微生物 活性對(duì)酚酸類(lèi)物質(zhì)累積也有正面影響 前人報(bào)道表 明 隨著土壤中養(yǎng)分濃度增加 作物根系分泌物總量 顯著增多 相應(yīng)的酚酸物質(zhì)含量也隨之增加 同 時(shí) 土壤中養(yǎng)分含量富集導(dǎo)致土壤鹽漬化 進(jìn)而影響 微生物群落結(jié)構(gòu) 造成分解有害物質(zhì)的微生物類(lèi)群 豐度下降 以上可能是氮磷養(yǎng)分過(guò)量富集后導(dǎo) 致自毒物質(zhì)累積量增加的原因 結(jié) 論 綜上 日光溫室黃瓜長(zhǎng)期連作導(dǎo)致土壤養(yǎng)分富 集 蔗糖酶活性和微生物活性降低 酚酸類(lèi)自毒物質(zhì) 逐漸累積 每茬間酚酸物質(zhì)在連作前期和后期的增 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 卷 長(zhǎng)量高于連作中期 冗余分析 發(fā)現(xiàn) 有機(jī) 質(zhì) 全磷 全氮 堿解氮 微生物生物量碳和微生物代 謝熵是與酚酸物質(zhì)累積相關(guān)的主要土壤肥力因子 結(jié)構(gòu)方程模型 分析表明 土壤中全磷促進(jìn)酚 酸物質(zhì)累積 全氮通過(guò)影響微生物活性來(lái)間接影響 酚酸物質(zhì)累積 總之 日光溫室土壤中氮 磷肥過(guò)量 富集是除連作因素外導(dǎo)致自毒物質(zhì)累積的一個(gè)重要 原因 因此 在日光溫室中應(yīng)避免氮 磷肥的過(guò)量施 用 以緩解日光溫室連作障礙的發(fā)生 參考文獻(xiàn) 安志剛 郭鳳霞 陳垣 等 連作自毒物質(zhì)與根際微 生物互作研究進(jìn)展 土壤通報(bào) 陳玲 董坤 楊智仙 等 連作障礙中化感自毒效應(yīng) 及間作緩解機(jī)理 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào) 喻景權(quán) 杜堯舜 蔬菜設(shè)施栽培可持續(xù)發(fā)展中的連作 障礙問(wèn)題 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 李慶凱 郭峰 唐朝輝 等 三種酚酸類(lèi)物質(zhì)在花生 連作障礙中的生態(tài)效應(yīng)分析 中國(guó)油料作物學(xué)報(bào) 張淑香 高子勤 連作障礙與根際微生態(tài)研究 根 系分泌物與酚酸物質(zhì) 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 劉瑜 梁永超 褚貴新 等 長(zhǎng)期棉花連作對(duì)北疆棉 區(qū)土壤生物活性與酶學(xué)性狀的影響 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào) 宋旭紅 譚均 潘媛 等 連作對(duì)玄參產(chǎn)量和根際土 壤肥力及酶活性的影響 中藥材 鮑士旦 土壤農(nóng)化分析 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 關(guān)松蔭 土壤酶及其研究法 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版 社 期 王 爽等 日光溫室黃瓜長(zhǎng)期連作自毒物質(zhì)累積與土壤肥力因子的關(guān)系 徐剛 彭天沁 高文瑞 等 不同基質(zhì)含水量和鉀肥 施用量對(duì)黃瓜生長(zhǎng)及光合作用的影響 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué) 報(bào) 馬云華 魏珉 王秀峰 日光溫室連作黃瓜根區(qū)微生 物區(qū)系及酶活性的變化 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 陳曉芬 李忠佩 劉明 等 不同施肥處理對(duì)紅壤水 稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳 氮分布和微生物生物量的影響 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) 作者簡(jiǎn)介 王 爽 女 年生 博士研究生 主要從事 設(shè)施蔬菜栽培與生理研究 責(zé)任編委 林文雄 責(zé)任編輯 張鳳麗 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 卷