?19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET園藝學報2008,353357362ACTAHORTICULTURAESINICA收稿日期20070924修回日期20080205基金項目國家‘十一五’科技支撐計劃項目2006BAD07B04,2006BAD17B07國家‘863’計劃項目2006AA10Z421農(nóng)業(yè)部結(jié)構調(diào)整項目06204202B3通訊作者AUTHORFORCORRESPONDENCEE2MAILGAOLHCAU1EDU1CNTEL01062732825輪作對黃瓜連作土壤環(huán)境和產(chǎn)量的影響吳艷飛,張雪艷,李元,魏文杰,高麗紅3中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院,北京100094摘要為了評價輪作對連作障礙土壤的修復效果,采用盆栽方式,設置休閑、輪作、間作等處理,以生產(chǎn)中常用的夏季休閑的連作為對照,研究各處理對連作8年黃瓜的溫室土壤生物修復效果及對后茬黃瓜產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明,夏季溫室休閑期種植大蒜和菠菜及白菜的處理可以顯著降低土壤鹽分積累,增加土壤微生物數(shù)量,抑制鐮刀菌的增殖葉菜黃瓜番茄輪作較對照收益提高了2613,大蒜黃瓜黃瓜輪作較對照提高了1116,黃瓜間作大蒜年收益與對照相近。從本試驗的結(jié)果來看,填閑和輪作可顯著改善土壤微生物組成,利于修復連作障礙的土壤。關鍵詞黃瓜輪作土壤微生物土壤肥力中圖分類號S64212文獻標識碼A文章編號05132353X20080320357206INFLUENCEOFROTATIONONCONTINUOUSCROPPINGSOILENVIRONMENTANDCUCUM2BERYIELDWUYAN2FEI,ZHANGXUE2YAN,LIYUAN,WEIWEN2JIE,ANDGAOLI2HONG3COLLEGEOFAGRONOMYANDBIOTECHNOLOGY,CHINAAGRICULTURALUNIVERSITY,BEIJING100094,CHINAABSTRACTINORDERTOEVALUATETHERESTORATIONEFFECTOFCROPPINGSYSTEMSONCONTINUOUSCROPPINGSOIL,TREATMENTSOFNITROGEN2CATCHINGCROP,ROTATION,ANDINTERCROPWEREADAPTEDTOSTUDYSOILFERTILITYANDMICROBIALINDEXESOFTHESOILFROMAN82YEARCONTINUOUSCROPPINGFIELDUSINGPOTEXPERIMENTSFALLOWWASUSEDASCONTROLCKCUCUMBERYIELDWERERECORDEDBYPLANTINGGARLICANDLEAFYVEGETABLE,SOILSALTWERESIGNIFICANTLYREDUCED,NUMBEROFSOILMICROBEINCREASED,ANDTHEREPRODUCTIONOFFUSARIUMWASINHIBITEDINCOMEFROMLEAFYVEGETABLECUCUMBERTOMATOTREATMENTINCREASEDBY2613ANDTHATFROMGARLICCUCUMBERCUCUM2BERINCREASEDBY1116,WHILEINCOMEFROMTREATMENTOFCUCUMBERINTERCROPPINGGARLICWASALMOSTTHESAMEASTHATFROMCONTROLTHEREFORE,THETREATMENTOFLEAFYVEGETABLECUCUMBERTOMATOORTHETREATMENTOFGARLICCUCUMBERCUCUMBERCOULDIMPROVECOMPOSITIONOFSOILMICROBE,RESTORECONTINUOUSCROPPINGSOIL,ANDIN2CREASEINCOMEKEYWORDSCUCUMBERCROPROTATIONSOILMICROBESOILFERTILITY設施蔬菜生產(chǎn)中,土壤質(zhì)量退化問題日趨嚴重,造成土壤質(zhì)量退化的原因有多種,其中連作障礙是主因之一。黃瓜是設施栽培的主栽品種,同時也是連作障礙比較嚴重的作物。學者們對于黃瓜連作障礙的機理進行了較為深入的研究吳鳳芝等,2000喻景權和杜堯舜,2000,對解決連作障礙的途徑也作了一些有益探討,認為輪作是克服連作障礙的最有利的技術措施之一。但有關輪作克服連作障礙的機理、輪作對土壤環(huán)境及作物影響的研究大都集中在大田作物及其它經(jīng)濟作物上HICK2MAN,2002閆志山等,2005,而對連作障礙嚴重的溫室作物黃瓜的研究相對較少。?19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET園藝學報35卷本試驗是在對北京溫室黃瓜生產(chǎn)現(xiàn)狀進行調(diào)研的基礎上,選用連作8年黃瓜的溫室土壤為研究對象,研究不同輪作方式對連作土壤的修復效果及對產(chǎn)量的影響,為溫室土壤健康、持續(xù)利用提供理論依據(jù)。1材料與方法111材料及試驗設計試驗于2004年6月至2005年10月在中國農(nóng)業(yè)大學科學園日光溫室中進行。土壤取自順義種植8年黃瓜的日光溫室,土壤EC值0173MSCM1,PH6188,全氮01181,速效氮、有效磷、速效鉀分別為19214、824和805MGKG1,土壤養(yǎng)分含量明顯高于一般的溫室土壤。細菌、放線菌、真菌、鐮刀菌分別為102106、71105、92103和6918102個G1DM。采用盆栽方式,盆直徑25CM,盆高28CM。為防止試驗過程中塑料盆受外界環(huán)境的影響,將塑料盆埋于地下,盆口與地面齊平。供試黃瓜CUCUMISSATIVUSL品種為‘津優(yōu)3號’,菠菜SPINACIAOLERACEAL品種為耐熱的‘KERDIONRZ’,白菜BRASSICACAMPESTRISSSPCHINENSISMAKINO品種為‘青梗王’,大蒜ALLIUMSATI2VUML品種為‘成都二水早’,番茄為‘中雜9號’。試驗設計見表1。每個小區(qū)面積約515M2,種植12盆,3次重復,隨機區(qū)組排列。夏茬所有處理均不施肥,但根據(jù)作物生長要求進行正常的水分管理。秋黃瓜定植前每盆施入膨化雞糞300G,雞糞肥力指標為全氮01061,速效氮102515MGKG1,有效磷1077127MGKG1,速效鉀4422134MGKG1。追肥澆施山崎黃瓜專用配方營養(yǎng)液,所有處理水肥供應一致。表1試驗設計TABLE1EXPERIMENTALDESIGN處理TREATMENT夏茬SUMMER2004625930秋茬FALL20049301230春茬SPRING2005310625夏茬SUMMER200562510151大蒜GARLIC黃瓜CUCUMBER黃瓜CUCUMBER大蒜GARLIC2菠菜白菜黃瓜CUCUMBER番茄TOMATO菠菜白菜SPINACHPAKCHOISPINACHPAKCHOI3休閑FALLOW黃瓜間作大蒜黃瓜CUCUMBER休閑FALLOWCUCUMBERGARLIC對照CONTROL休閑FALLOW黃瓜CUCUMBER黃瓜CUCUMBER休閑FALLOW112取樣及測量方法于每茬拉秧期取樣,每盆取一個樣,每小區(qū)取10個樣混合,土樣取自0～20CM,共3份平行樣。一部分土樣裝入無菌紙袋,立即帶回實驗室,研磨過2MM篩后于4℃冰箱保存,用于土壤微生物的分析另一部分土樣風干,用于土壤化學指標分析。采用土壤浸出液法培養(yǎng)細菌,稀釋平板計數(shù)法計數(shù)馬丁孟加拉紅鏈霉素選擇性培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌,稀釋平板計數(shù)法計數(shù)改良高氏一號培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌,稀釋平板計數(shù)法計數(shù)PCNB培養(yǎng)基培養(yǎng)鐮刀菌,稀釋平板計數(shù)法計數(shù)李阜棣等,1996。采用1∶5土壤懸液電導法電導儀法測量土壤EC值電位計法測量土壤PH值半微量凱氏定氮法測量土壤全氮流動分析儀測量土壤速效氮015MOLL1NAHCO3浸提鉬銻抗吸光光度法測量土壤有效磷1MOLL1NH4AC浸提火焰光度法測量土壤速效鉀鮑士旦,2000。共測定3個平行樣本,每個樣本測量3次,取其平均值。數(shù)據(jù)采用SAS分析法進行顯著性分析。記錄溫室夏茬不同處理作物的產(chǎn)量、產(chǎn)值及秋冬茬和早春茬不同處理小區(qū)產(chǎn)量和產(chǎn)值。853?19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET3期吳艷飛等輪作對黃瓜連作土壤環(huán)境和產(chǎn)量的影響2結(jié)果與分析211輪作對土壤化學指標的影響本試驗初始土壤的EC值為0173MSCM1,速效N、P、K含量偏高,鹽分積累嚴重。從圖1可以看出,夏季種植作物處理1和處理2后20040930,土壤EC值、速效N、P、K含量與本土相比均有顯著降低,其中以種植葉菜的處理2降低幅度最大。夏茬休閑處理處理3和處理4土壤化學指標雖然較本土也有變化,這種變化與休閑期土壤含水量低,土壤中有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化有關,但差異不如種植作物的處理明顯。隨后的秋冬茬試驗由于定植前均施入一定量底肥,且秋冬季地溫低,黃瓜吸肥量小,所以在秋冬茬黃瓜拉秧期20041230土壤EC值及速效N、P、K含量恢復到較高水平。經(jīng)過一年的試驗,在春茬黃瓜拉秧期20050625各處理土壤EC值有明顯降低,處理1和處理2降低幅度最大速效氮的含量依次為對照處理3處理2處理1,有效磷的含量處理2和處理3要高于對照速效鉀含量處理2比對照低155MGKG1,處理1比對照低139MGKG1,各處理間差異顯著。土壤酸堿度會影響土壤中各離子的有效性及作物對離子的吸收。從圖1中可以看出夏季種植大蒜處理1后20040930土壤PH值較對照上升了0121個單位,這種變化有利于抑制真菌病害圖1輪作對土壤EC、PH、全氮、速效N、有效磷、速效鉀值的影響FIG1EFFECTOFROTATIONONSOILEC,PH,TOTALN,AVAILABLEN,AVAILABLEP,AVAILABLEK953?19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET園藝學報35卷的發(fā)生,但為何會出現(xiàn)這種變化有待于進一步研究。各處理在秋茬黃瓜及春茬黃瓜拉秧期PH值變化處理間差異不顯著,但相比而言,對照PH最低,夏茬種植大蒜處理1和秋茬黃瓜大蒜間作處理處理3的土壤PH相對較高。212輪作對土壤微生物數(shù)量的影響土壤微生物區(qū)系組成和數(shù)量的變化,與土壤中植物養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和吸收以及各種土壤病害的發(fā)生都有很大關系,其含量和組成在一定程度上反映了土壤健康程度。隨著土壤連作年限的增加,土壤會從細菌型向真菌型轉(zhuǎn)化。本試驗對各茬口拉秧期土壤微生物數(shù)量的變化進行了研究。從圖2可以看出,經(jīng)過2004年夏茬不同輪作處理后20040930,各處理土壤中細菌數(shù)量與初始土壤相比大幅降低,放線菌數(shù)量升高,真菌和鐮刀菌種植大蒜和速生葉菜的處理1和處理2均降低,而夏茬休閑的處理3和對照數(shù)量變化不大。這種變化一方面是作物改變的結(jié)果,另一方面是由于試驗所用土壤從田栽變?yōu)榕柙?土壤的理化性質(zhì)發(fā)生改變,進而影響到土壤的微生物組成和繁殖。在秋茬黃瓜拉秧期20041230,由于地溫很低,溫度對微生物的影響超過了作物根系對微生物的影響,所以各處理間微生物數(shù)量差異不是很大,同時微生物總量偏低。經(jīng)過一年穩(wěn)定期,在重復試驗2005年夏茬試驗結(jié)束后20051015,土壤中細菌數(shù)量為處理1處理2處理3對照真菌反之放線菌以處理3最高。各處理B/F細菌/真菌比值值為處理1處理2處理3對照。處理1種植大蒜后土壤中細菌大幅度的提高與大蒜生長前期根系細菌數(shù)量遠大于其它作物有關楊益清,1989。圖2輪作對土壤細菌、真菌、放線菌、鐮刀菌數(shù)量的動態(tài)影響FIG2EFFECTOFROTATIONONSOILBACTERIA,SOILFUNGI,SOILACTINOMYCETES,ANDSOILFUSARIUM黃瓜枯萎病是黃瓜生產(chǎn)中重點防治的土傳病害,也是造成黃瓜連作障礙的重要因素,因此抑制鐮刀菌的繁殖,降低枯萎病的發(fā)病率是判斷輪作克服連作障礙效果的重要指標。黃瓜與非瓜類作物輪作可以抑制枯萎病的發(fā)生。063?19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET3期吳艷飛等輪作對黃瓜連作土壤環(huán)境和產(chǎn)量的影響從圖2中可以看出,種植大蒜處理1對鐮刀菌有明顯的抑制作用。這是因為種植大蒜后一方面改變了寄主的種類,另一方面大蒜分泌的大蒜素對鐮刀菌有較強的抑制作用,所以種植一茬大蒜后土壤中鐮刀菌明顯下降金揚秀等,2003,種植菠菜和白菜處理2雖然對枯萎病沒有抑制作用,但由于寄主的改變也不利于鐮刀菌的繁殖和生長。213產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的評價不同輪作處理各茬作物的產(chǎn)量和收益存在差異。從表2中可以看出,夏茬的產(chǎn)量和收益以處理2較高,其次為處理1,處理3和處理4均為休閑期,此茬無收益。各處理秋黃瓜的產(chǎn)量非常低,這與秋黃瓜結(jié)瓜期短有關,本茬黃瓜收獲期為一個半月,而且后期處于低溫弱光期。各處理比較,處理2的產(chǎn)量最高,結(jié)瓜期也早,其次是對照,處理1和處理3產(chǎn)量沒有差異,都低于對照。春茬產(chǎn)量高于秋茬,處理2種植番茄,產(chǎn)量最高,種植黃瓜的處理以處理1產(chǎn)量最高,處理3次之,最低的是對照。從年收益來看,處理2收益達到22107元M2,比對照高了2613,其次是處理1,年收益為19151元M2,比對照高1116,處理3和對照沒有差異。表2不同輪作產(chǎn)量和經(jīng)濟效益表TABLE2YIELDANDINCOMEFROMDIFFERENTROTATION處理TREATMENT夏茬產(chǎn)量/KGM22004930SUMMERYIELD夏茬收益/YUANM22004930SUMMERINCOME秋茬產(chǎn)量/YUANM220041230AUTUMNYIELD秋茬收益/YUANM220041230AUTUMNINCOME春茬產(chǎn)量/KGM22005625SPRINGYIELD春茬收益/YUANM22005625SPRINGINCOME總收益/YUANM2TOTALINCOME11117111711433101101315131915120197112321691181314210152151952210730011402186101121511117197對照CONTROL0011603112915214136171413結(jié)論與討論研究者將連作障礙歸結(jié)為致病菌積累、營養(yǎng)失衡和根系分泌物的自毒作用。不同作物吸收養(yǎng)分的種類和數(shù)量不同,因此不同作物輪作可以均衡土壤養(yǎng)分,避免某種鹽分的過量積累,在一定程度上可以避免土壤次生鹽漬化的發(fā)生。土壤微生物不僅受到外界環(huán)境、施肥種類、作物生育期等的影響胡元森等,2004樊軍和郝明德,2003,同時還受到植物根系分泌物的影響,根系分泌物直接影響了土壤微生物的種類和數(shù)量朱麗霞等,2003。不同作物輪作可以避免某種致病菌的大量積累,減輕土傳病害的發(fā)生。因此改變連作這種栽培模式,將黃瓜與其它作物輪作理論上可以修復產(chǎn)生連作障礙的土壤。本試驗的結(jié)果表明夏季種植大蒜不僅降低了土壤鹽分積累,同時增加了土壤中細菌、放線菌的數(shù)量,降低了真菌、鐮刀菌的數(shù)量,并且對鐮刀菌的抑制作用效果非常明顯。葉菜黃瓜番茄處理同樣降低了土壤鹽分積累,增加微生物數(shù)量,但該處理影響了磷的吸收,與對照相比磷反而有了一定積累。夏季種植速生葉菜類及大蒜有利于秋茬黃瓜的生長,葉菜黃瓜番茄處理全年的經(jīng)濟效益最高。作物不僅僅影響到土壤中微生物的數(shù)量,更多的是影響到微生物的種類和多樣性ALVEY,2003,合理的微生物多樣性可以抑制有害病菌的繁殖,對微生物多樣性的研究在評價系統(tǒng)、維護生態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用,因此在研究輪作對土壤微生物的影響時應該考慮到微生物多樣性和種類的變化。本試驗選用的栽培模式比較少,要全面探討輪作機理、選擇合適的輪作措施,還需要選用更多的作物與黃瓜輪作。163?19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET園藝學報35卷REFERENCESALVEYS2003CEREAL/LEGUMEROTATIONEFFECTSONRHIZOSPHEREBACTERIALCOMMUNITYSTRUCTUREINWESTAFRICANSOILSBIOLOGYANDFERTILITYOFSOILS,3727382BAOSHI2DAN2000SOILANDAGRICULTURALCHEMISTRYANALYSISBEIJINGCHINAAGRICULTURALPRESS39114INCHINESE鮑士旦2000土壤農(nóng)化分析北京中國農(nóng)業(yè)出版社39114FANJUN,HAOMING2DE2003EFFECTSOFLONGTERMROTATIONSANDFERTILIZATIONSONSOILMICROFLORARESEARCHOFSOILANDWATERCONSERVATION,108889INCHINESE樊軍,郝明德2003長期輪作與施肥對土壤主要微生物類群的影響水土保持研究,108889HICKMANMV2002LONGTERMTILLAGEANDCROPROTATIONEFFECTSONSOILCHEMICALANDMINERALPROPERTIESJOURNALOFPLANTNUTRITION,25714571470HUYUAN2SEN,WUKUN,LIUNA,CHENHONG2GE,JIAXIN2CHENG2004STUDIESONMICROBIALPOPULATIONDYNAMICSINTHECUCUMBERRHIZOSPHERESATDIFFERENTDEVELOPMENTALSTAGESSCIENTIAAGRICULTURESINICA,3715211526INCHINESE胡元森,吳坤,劉娜,陳紅歌,賈新成2004黃瓜不同生育期根際微生物區(qū)系變化研究中國農(nóng)業(yè)科學,3715211526JINXIU2YANG,XIEGUAN2LIN,SUNXIANG2LIANG2003RELATIONSHIPOFGARLICROTATIONANDSEVERITYOFFUSARIUMWILTOFMELONJOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY,21912INCHINESE金揚秀,謝關林,孫祥良2003輪作與瓜類枯萎病發(fā)病的關系上海交通大學學報,21912LIFU2DI,YUZI2NIU,HESHAO2JIANG1996EXPERIMENTTECHNIQUEFORAGRICULTUREMICROBIOLOGYBEIJINGCHINAAGRICULTURALPRESS305306INCHINESE李阜棣,喻子牛,何紹江1996農(nóng)業(yè)微生物學實驗技術北京中國農(nóng)業(yè)出版社305306WINDMERTL2000IMPACTOFSOILHEALTHMANAGEMENTPRACTICESONSOILBORNEPATHOGENS,NEMATODESANDROOTDISEASESOFVEGETABLECROPSAPPLIEDSOILECOLOGY,153747WUFENG2ZHI,ZHAOFENG2YAN,LIUYUAN2YING2000ONTHEREASONSOFCONTINUOUSCROPPINGOBSTACLESINVEGETABLEFACILITYGARDENINGJOURNALOFNORTHEASTAGRICULTURALUNIVERSITY,313241247INCHINESE吳鳳芝,趙鳳艷,劉元英2000設施蔬菜連作障礙原因綜合分析與防治措施東北農(nóng)業(yè)大學學報,313241247YANZHI2SHAN,YANGJI,ZHANGYU2SHUANG,WANGXIAO2CHUN,FANYOU2JUN2005INTEGRATEDCONTROLFORSHORT2TERMOFSUGAR2BEETROTATIONSUGARCROPSOFCHINA,33538INCHINESE閆志山,楊驥,張玉霜,王孝純,范有君2005甜菜短期輪作的綜合調(diào)控技術中國糖料,33538YANGYI2QING1989THESTUDYOFTHEHOSTEXTENSIONOFCUCUMBERFUSARIUMWILTCHINAVEGETABLE,11013INCHINESE楊益清1989黃瓜枯萎病菌寄主范圍的研究中國蔬菜,11013YUJING2QUAN,DUYAO2SHUN2000SOIL2SICKNESSPROBLEMINTHESUSTAINABLEDEVELOPMENTFORTHEPROTECTEDPRODUCTIONVEGETABLESJOURNALOFSHEN2YANGAGRICULTURALUNIVERSITY,31124126INCHINESE喻景權,杜堯舜2000蔬菜設施栽培可持續(xù)發(fā)展中的連作障礙問題沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,31124126ZHULI2XIA,ZHANGJIA2EN,LIUWEN2GAO2003,REVIEWOFSTUDIESONINTERACTIONSBETWEENROOTEXUDATESANDRHIZOPHERICMICROORGANISMSECOLOGI2CALENVIRONMENT,121102105INCHINESE朱麗霞,張家恩,劉文高2003根系分泌物與根際微生物相互作用研究綜述生態(tài)環(huán)境,121102105263