張雪艷 田永強(qiáng) 高麗紅* 郭玉曉

（1寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京 100193；3北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029）

設(shè)施栽培土壤常處在半封閉狀態(tài)下，具有氣溫高、濕度大、肥料投入量多等特點，再加上相對單一的栽培制度，使得設(shè)施栽培條件下連作障礙普遍存在。隨種植年限增加，土壤養(yǎng)分失衡、結(jié)構(gòu)被破壞、土壤生物活性和多樣性下降，土壤質(zhì)量退化嚴(yán)重（van Bruggen & Semenov，1999；董艷 等，2009）。近年來，針對溫室土壤健康保持和質(zhì)量退化修復(fù)的研究成為熱點。

不同栽培方式對土壤質(zhì)量影響不同，保護(hù)地栽培相對露地栽培顯著破壞土壤結(jié)構(gòu)，增加養(yǎng)分累積。范君華等（2002）對阿拉爾墾使用10 a以上溫室菜地的微生物區(qū)系以及微生物活性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，溫室土壤由于鹽漬化的影響，微生物活性明顯低于露地菜地。那偉民和陳杏禹（1999）研究指出，使用5 a的大棚與露地相比鹽分含量提高4～5倍。眾多學(xué)者研究表明，作物與土壤間的相互作用能夠改變土壤的理化性質(zhì)和微生物結(jié)構(gòu)，提高土壤微生物多樣性，從而提高土壤質(zhì)量。輪作由于不斷更換作物，阻止了土壤微生物的定向惡性發(fā)展，使有益微生物的作用大于有害微生物，形成了新的生態(tài)體系（尹睿 等，2004）。楊建霞等（2005）研究表明，與非連作土壤相比，連作土壤真菌數(shù)量明顯增多；孟艷玲等（2006）認(rèn)為，蔬菜與甜玉米輪作可大大降低土壤鹽分和硝態(tài)氮的積累；劉恩科等（2008）研究證明，小麥—玉米—小麥—大豆輪作方式的土壤中蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性高于玉米—小麥復(fù)種連作方式；吳艷飛等（2006）、李元等（2008）研究證明，夏季填閑速生葉菜和豆科作物能有效降低土壤鹽分含量和養(yǎng)分積累，增加土壤微生物數(shù)量。以往關(guān)于設(shè)施類型對土壤質(zhì)量的影響主要集中在保護(hù)地與露地的比較，而系統(tǒng)研究長期溫室、大棚、露地條件下，休閑、填閑、輪作對土壤質(zhì)量的影響鮮有報道。

本試驗選取連續(xù)種植30 a的土壤為研究對象，栽培設(shè)施包括加溫溫室、大棚、露地，栽培制度涉及連作、輪作、填閑，比較系統(tǒng)地研究了不同栽培方式和栽培制度對土壤養(yǎng)分、土壤微生物群落的影響，以及土壤指標(biāo)間的相互關(guān)系，為長期設(shè)施栽培條件下改善土壤質(zhì)量措施的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗選取中國農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)園朱其杰老師育種基地連續(xù)種植30 a的土壤（從1969年2月開始種植，2009年5月取樣），栽培設(shè)施包括加溫溫室、大棚、露地，栽培制度包括連作、填閑和輪作，水肥投入按照常規(guī)管理進(jìn)行，具體處理如表1所示。

表1 試驗設(shè)計

1.2 土壤樣品采集

土壤樣品的采集是在春茬生產(chǎn)結(jié)束后（連續(xù)生產(chǎn)30 a），取0～20 cm的表層土壤混勻后研磨，過2 mm篩，一部分于4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物分析；另一部分風(fēng)干，過1 mm篩，用于土壤化學(xué)指標(biāo)和土壤酶活性測定。

1.3 土壤化學(xué)指標(biāo)測定

采用1∶5（V∶V）土壤懸液電導(dǎo)法（電導(dǎo)儀法）測量土壤EC值；采用電位計法測量土壤pH值；采用半微量凱氏定氮法測量土壤全氮含量；采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提—鉬銻抗吸光光度法測量土壤有效磷含量；采用1 mol·L-1NH4AC浸提—火焰光度法測量土壤速效鉀含量；土壤有效氮含量采用1 mol·L-1NaOH堿解—擴(kuò)散法測定；銨態(tài)氮含量采用靛酚藍(lán)比色法測定；硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度法測定（鮑士旦，2000）。

1.4 土壤酶活性指標(biāo)測定

脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定；蔗糖酶活性采用 3，5-二硝基水楊酸比色法測定；多酚氧化酶活性采用鄰苯三酚比色法測定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測定（許光輝和鄭洪元，1986）。

1.5 土壤微生物數(shù)量測定

采用牛肉膏蛋白胨選擇性培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌，稀釋平板計數(shù)法計數(shù)；采用馬丁孟加拉紅—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)；采用改良高氏 1號培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌，稀釋平板計數(shù)法計數(shù)（李阜棣 等，1996）。

1.6 數(shù)據(jù)分析

所有指標(biāo)均測定3次，每個樣本測量3個平行數(shù)值，取平均值。采用SPSS軟件LSD方法進(jìn)行單因素顯著性分析，采用Pearson軟件進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培方式和栽培制度對土壤EC值、pH值的影響

由圖1可知，常年溫室連作（CK）土壤的EC值為0.68 mS·cm-1，顯著高于其他各處理，且高于土壤鹽分警戒值0.4 mS·cm-1（Lin et al.，2004）；S1與S2的EC值在0.35 mS·cm-1左右，顯著低于對照，且低于土壤鹽分警戒值，這可能與S1夏茬填閑的作物能有效吸收土壤中積累的養(yǎng)分有關(guān)，但 S1與 S2的 EC值顯著高于露地栽培土壤 S3與 S4的 EC值；S3與 S4的 EC值均為 0.12 mS·cm-1。

不同栽培方式和栽培制度土壤pH值不同，CK的pH值為6.65，顯著低于其他各處理，比S1、S2、S3、S4分別降低了0.67、0.90、1.00、0.98，說明半封閉狀態(tài)下常年連作造成了土壤嚴(yán)重酸化；S3和S4的pH值無顯著差異，在7.6左右，S1的pH值為7.32，說明露地種植能夠有效地維持土壤酸度值，填閑栽培菜用大豆或花生也具有減緩?fù)寥浪峄内厔荨?/p>

圖1 不同栽培方式和栽培制度對土壤EC值、pH值的影響

2.2 不同栽培方式和栽培制度對土壤養(yǎng)分含量的影響

由表1可知，溫室連作（CK）土壤的全氮、速效氮、速效鉀含量均為最高，分別為0.41%、198.8 mg·kg-1和614.4 mg·kg-1，說明常年黃瓜連作造成了土壤養(yǎng)分含量的積累，尤其是速效鉀含量的積累。速效氮含量為CK＞S1＞S2＞S3＞S4，除S3、S4間無顯著性差異外，其他各處理間均差異顯著。速效鉀含量順序與速效氮相同。各處理間速效磷含量均存在顯著性差異，且順序為S1＞S2＞S3＞CK＞S4。全氮含量為 CK＞S1＞S4＞S3＞S2。土壤有機(jī)質(zhì)含量能夠表示土壤肥力的大小，有機(jī)質(zhì)含量的順序與全氮含量趨勢相同，說明連年的溫室種植能夠增加土壤肥力。各處理銨態(tài)氮含量的順序為 S2＞CK＞S1＞S3＞S4，硝態(tài)氮含量為 CK＞S1＞S2＞S4＞S3。

表1 不同栽培方式和栽培制度對土壤養(yǎng)分含量的影響

2.3 不同栽培方式和栽培制度對土壤酶活性的影響

土壤酶活性是評價土壤肥力的敏感指標(biāo)之一，其中脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶是土壤酶活性評價的常用指標(biāo)。從表 2可以看出，不同栽培方式和栽培制度下，S1的脲酶活性最高，顯著高于CK、S3和S4；溫室連作（CK）土壤的脲酶活性最低，為0.13 mg·g-1；采用大棚種植的S2和S3間脲酶活性差異不顯著。CK的蔗糖酶活性最高；S4次之，且與S1、S3差異不顯著；S2則最低。常年溫室連作（CK）土壤的中性磷酸酶活性顯著高于其他各處理，S1、S2、S3、S4的中性磷酸酶活性分別為對照的 23.51%、13.86%、12.46%、16.14%。S1的過氧化物酶活性最低，其他各處理間差異不顯著。CK過氧化氫酶活性顯著高于其他各處理，S4過氧化氫酶活性最低。CK與S4的多酚氧化酶活性顯著低于其他處理；S2多酚氧化酶活性最高，達(dá)到1.38 mg·g-1。

表2 不同栽培方式和栽培制度對土壤酶活性的影響 mg·g-1

2.4 不同栽培方式和栽培制度對土壤微生物群落的影響

土壤微生物是評價土壤質(zhì)量的重要生物指標(biāo)之一，微生物積極參與土壤中各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，其種群結(jié)構(gòu)失衡會造成作物減產(chǎn)，土壤質(zhì)量降低。土壤惡化時土壤微生物由細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)變。對不同栽培方式和栽培制度下的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量的統(tǒng)計結(jié)果表明（圖2），露地種植的土壤細(xì)菌數(shù)量相對較高，顯著高于溫室連作土壤，長期的大棚和溫室種植造成了細(xì)菌數(shù)量的減少，溫室夏季填閑種植菜用大豆/花生后未能增加土壤中細(xì)菌的數(shù)量。溫室夏季填閑種植（S1）的真菌數(shù)量顯著高于其他各處理；相對于連作溫室，大棚和露地種植均降低了真菌數(shù)量。CK的放線菌數(shù)量最低，顯著低于其他各處理；露地種植（S4）的土壤放線菌數(shù)量最高，溫室夏季填閑種植（S1）顯著增加了放線菌的數(shù)量；大棚種植的放線菌數(shù)量高于CK，但顯著低于溫室填閑種植和露地種植。

圖2 不同栽培方式和栽培制度對細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量的影響

2.5 土壤EC值、pH值與土壤養(yǎng)分含量間的相關(guān)性分析

對土壤EC值、pH值與土壤養(yǎng)分含量間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果表明（表3）：土壤EC值與土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量間存在極顯著正相關(guān)；土壤pH值與土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀、硝態(tài)氮含量間存在極顯著負(fù)相關(guān)，與銨態(tài)氮含量存在顯著負(fù)相關(guān)。

表3 土壤EC值、pH值與土壤養(yǎng)分含量間的相關(guān)性

2.6 土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性、微生物數(shù)量間的相關(guān)性分析

對土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性、微生物數(shù)量間的相關(guān)性進(jìn)行分析結(jié)果表明（表4）：蔗糖酶活性與全氮、有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量間存在極顯著正相關(guān)，與速效氮、速效磷含量間存在顯著相關(guān)；脲酶活性與全氮、有機(jī)質(zhì)含量間存在顯著負(fù)相關(guān)，而與速效磷含量間存在極顯著正相關(guān)；中性磷酸酶含量、過氧化氫酶活性與全氮、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀含量間均存在極顯著正相關(guān)，且與硝態(tài)氮含量存在顯著正相關(guān)，而多酚氧化酶活性則恰恰與之相反。細(xì)菌數(shù)量與速效磷含量間存在極顯著負(fù)相關(guān)；細(xì)菌和放線菌數(shù)量與銨態(tài)氮含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

表4 土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性、微生物數(shù)量間的相關(guān)性

2.7 土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性間的相關(guān)性分析

對土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果表明（表 5）：蔗糖酶、過氧化物酶、多酚氧化酶活性與細(xì)菌數(shù)量呈正相關(guān)；除多酚氧化酶外，其他酶活性均與真菌數(shù)量呈正相關(guān)，蔗糖酶、中性磷酸酶、過氧化氫酶活性與放線菌數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平。

3 結(jié)論與討論

表5 土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性間的相關(guān)性

保護(hù)地栽培對于土壤微生物群落具有消極作用，其在增加土壤有機(jī)質(zhì)的同時，由于微環(huán)境、氮肥、磷肥和殺菌劑的大量施用改變了土壤的理化性狀，造成了土壤微生物特性下降（陳德明和楊勁松，1995）。Dick（1992）研究認(rèn)為，輪作可能比采用單一栽培的保護(hù)性耕作更有利于維持土壤微生物的多樣性及活性，并可抑制在單一栽培系統(tǒng)中易繁衍的有害微生物。微生物不僅受到外界環(huán)境、施肥種類、作物生育期的影響（Yao et al.，2006），同時還受到植物根系分泌物的影響，即栽培制度會對土壤微生物多樣性產(chǎn)生影響（邱莉萍 等，2004）。常年保護(hù)地栽培對土壤質(zhì)量有明顯的消極作用，土壤含鹽量大幅增加，酸化現(xiàn)象嚴(yán)重，夏季休閑期填閑種植花生/豆科作物能顯著降低土壤鹽分的積累，這與劉娟等（2011）的研究結(jié)果一致。但長期大棚種植黃瓜土壤質(zhì)量衰退現(xiàn)象遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于溫室連作，常年露地種植能夠較好地維持土壤含鹽量和pH值，延緩?fù)寥赖乃峄@是因為保護(hù)地栽培（溫室和大棚設(shè)施栽培）加速了水肥向地表運移，但是缺少雨水的淋洗，相對容易造成養(yǎng)分的積累；良好的栽培制度可以維持土壤質(zhì)量，延緩?fù)嘶?/p>

吳鳳芝等（1998）的研究表明，土壤養(yǎng)分含量累積的同時，土壤鹽分含量增加，且土壤鹽分累積與土壤酸化相伴而生。這與本試驗中的EC值與養(yǎng)分含量呈顯著正相關(guān)，而與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)論一致。

本試驗結(jié)果表明，露地栽培方式是維持土壤質(zhì)量最有效的種植方式，大棚種植的土壤質(zhì)量介于露地與溫室種植土壤質(zhì)量之間，長期溫室連作對土壤質(zhì)量有顯著的消極作用，但夏季填閑適宜的作物能明顯延緩溫室連作土壤質(zhì)量的衰退。

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