呂海龍，師桂英，賈喜霞，李亞娟，黃煒，張立彭，高啟發(fā)

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.白銀區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園管理委員會(huì)，甘肅 白銀 730900)

茄子(SolanummelongenaL.)是我國北方日光溫室反季節(jié)栽培的主要蔬菜之一.隨著專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)迅速發(fā)展，設(shè)施茄子連作障礙發(fā)生較為普遍.連作障礙治理的理論與實(shí)踐均表明：合理輪作、土壤改良、增強(qiáng)植株抗性是減輕連作障礙的基本思路[1-3].近年來隨著肥料科學(xué)的發(fā)展，特種肥料為連作障礙治理提供了新方法.生物有機(jī)肥、硅肥及油菜素內(nèi)酯(BR)是重要的特種肥料種類.大量研究表明：生物有機(jī)肥可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤微生物區(qū)系，提高肥效[4-7]；BR能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性，減輕各種生物脅迫和非生物脅迫對植物生長發(fā)育的危害，提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)[8-10]；硅具有活化土壤中磷的作用，是作物生長所必須的第四大元素[11].硅肥具有改良土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)有機(jī)肥分解、調(diào)節(jié)土壤pH以及抑制土壤病原菌發(fā)生的作用.它對農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)、安全性具有重要作用[12].植物種類、土壤類型、栽培技術(shù)對土壤理化性狀和微生物區(qū)系有很大影響[13-15].增施生物有機(jī)肥對連作作物根際土壤的生物化學(xué)環(huán)境良性效應(yīng)得到廣泛證明[16].關(guān)于硅肥及BR的研究多集中于常規(guī)條件下其作用機(jī)理及施肥方法的探討[17-18]，對于設(shè)施連作栽培條件下作物根際土壤的生物化學(xué)環(huán)境效應(yīng)研究未見報(bào)道.

甘肅省白銀市地處黃河灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，光熱資源豐富，日光溫室反季節(jié)茄果類蔬菜生產(chǎn)已成規(guī)模.其中以水川鎮(zhèn)大坪科技示范園區(qū)為中心，形成了較大的茄子種植片帶.該區(qū)日光溫室茄子普遍采用一大茬、高肥水、自根苗的栽培方式.連茬栽培成為常態(tài)，連作障礙嚴(yán)重.基于以上生產(chǎn)現(xiàn)狀及研究應(yīng)用現(xiàn)狀，本課題組確定在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，以生物有機(jī)肥處理為參照，開展商品硅肥及BR克服連作障礙的試驗(yàn)研究.通過分析設(shè)施連作茄子根際土壤的生物化學(xué)環(huán)境效應(yīng)，以期評估硅肥與BR對設(shè)施茄子連作障礙的緩解作用.

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2017年9月在白銀區(qū)水川鎮(zhèn)大坪村現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園92號(hào)溫室內(nèi)進(jìn)行.施肥前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)26.1 g/kg，堿解氮148.4 mg/kg，有效磷275.0 mg/kg，速效鉀154.0 mg/kg.供試肥料：(1)生物有機(jī)肥(N+P2O5+K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)含量≥45%)，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院研制，與白銀鑫昊生物科技有限公司聯(lián)合生產(chǎn)；(2)硅肥(SiO2(70±3)%)，由廊坊五和農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)；(3)油菜素內(nèi)酯(BR)，純度≥95%，購自上海源葉生物科技有限公司.供試茄子品種為‘黑龍長茄’.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì).設(shè)6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，各處理在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上施入上述肥料.具體處理如下：T1：生物有機(jī)肥300 kg/667m2；T2：硅肥5 kg/667m2；T3：BR(0.1 μmol/L葉面噴施)；T4：生物有機(jī)肥300 kg/667m2+硅肥5 kg/667m2；T5：生物有機(jī)肥300 kg/667m2+BR(0.1 μmol/L葉面噴施)，以常規(guī)施肥(不增施特種肥料)為CK.定植前施入腐熟羊糞15 m3/667m2作基肥(即CK)，生物有機(jī)肥與硅肥隨基肥在定植前起壟開溝后條施.壟長8 m，寬1 m，壟高15 cm，溝寬20 cm.壟上覆黑膜，每壟種植兩行.幼苗于9月28日定植，株行距為50 cm×70 cm.供試植株采用單干整枝方式，吊蔓栽培(當(dāng)?shù)厍炎赢a(chǎn)區(qū)以單干整枝為主，少數(shù)情況下采用雙干整枝).BR于花期每隔7 d噴施一次，連續(xù)噴施5次.化肥隨水追施，常規(guī)管理.

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性測定 定植后20 d(苗期2017-10-17)、50 d(結(jié)果前期2017-11-15)、80 d(盛果期2017-12-14)、110 d(結(jié)果后期2018-1-12)，采用五點(diǎn)取樣法在壟上茄子行間進(jìn)行土壤樣品采集，土層深度為0～20 cm.真菌、細(xì)菌和

放線菌培養(yǎng)分別采用馬丁氏培養(yǎng)基、牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和高氏1號(hào)培養(yǎng)基.采用稀釋涂布平板法測定真菌、細(xì)菌和放線菌的數(shù)量[19].過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶等土壤酶活性參照關(guān)松蔭[20]的方法測定.

1.3.2 植株產(chǎn)量和茄子果實(shí)品質(zhì)測定 產(chǎn)量測定為整個(gè)結(jié)果期(2017.12.2～2018.3.31).品質(zhì)測定在盛果期(2017.12.15)進(jìn)行，每處理隨機(jī)選擇3株，每株選擇一個(gè)符合商品要求的果實(shí)進(jìn)行測定.測定指標(biāo)及方法如下：可溶性糖含量用蒽酮法；維生素C含量用2,6-二氯酚靛酚鈉染色法；可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法；硝酸鹽含量用5%水楊酸-硫酸法[21].

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2010作圖，利用SPSS 22.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行單因素方差分析和多重比較.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.1 不同處理對土壤細(xì)菌數(shù)量的影響 茄子土壤細(xì)菌數(shù)量與生育期密切相關(guān)，增施生物有機(jī)肥、硅肥、BR可以提高茄子連作田土壤細(xì)菌數(shù)量(圖1).在定植后80d，與對照相比各處理的細(xì)菌數(shù)量顯著增加.該時(shí)期T1、T4處理細(xì)菌數(shù)量顯著高于CK和其他處理，較CK分別顯著增加181.0%、160.9%(P<0.05)；定植110 d時(shí)，各處理細(xì)菌數(shù)量有所下降.T4、T1處理的細(xì)菌數(shù)量仍顯著高于CK，分別較CK增加167.1%、141.3%；其次為T2、T5、T3處理，較CK分別顯著增加了80.2%、34.7%、17.4%.從整個(gè)試驗(yàn)期的變化情況來看，土壤細(xì)菌數(shù)量在前期波動(dòng)較小，變化不明顯，到后期快速上升.由此說明生物有機(jī)肥與硅肥配施更有利于細(xì)菌數(shù)量的繁殖.

圖1 各時(shí)期不同處理對土壤細(xì)菌數(shù)量的影響Figure 1 Effects of different treatments on the number of soil bacteria

2.1.2 不同處理對土壤真菌數(shù)量的影響 茄子土壤真菌數(shù)量也與生育期密切相關(guān).增施生物有機(jī)肥、硅肥、BR可以降低茄子連作田土壤真菌數(shù)量(圖2).在植株定植后50 d，包括CK在內(nèi)的所有處理真菌數(shù)量下降，定植后80 d有所回升，110 d數(shù)量與80 d基本持平.不同肥料處理對土壤真菌數(shù)量有顯著的影響.與對照相比，各處理在每個(gè)時(shí)期均不同程度地降低了土壤真菌數(shù)量.與CK相比，除第80天的T1處理，其他處理均在各時(shí)期顯著降低了土壤真菌的數(shù)量.在定植第110天時(shí)，T4、T5處理真菌數(shù)量最低，較CK分別顯著降低了63.2%和42.2%.說明生物有機(jī)肥處理后能顯著降低土壤中的真菌數(shù)量，且以硅肥和BR配施的處理效果最好.

圖2 各時(shí)期不同處理對土壤真菌數(shù)量的影響Figure 2 Effects of different treatments on the number of soil fungi

2.1.3 不同處理對土壤放線菌數(shù)量的影響 放線菌數(shù)量同樣與茄子的生育期密切相關(guān)(圖3).定植50 d后，包括CK在內(nèi)的所有處理放線菌數(shù)量增加，定植后80 d有所下降，至110 d各處理放線菌數(shù)量持續(xù)下降.增施生物有機(jī)肥、硅肥、BR可以提高茄子連作田土壤放線菌數(shù)量.定植后50 d，各處理放線菌觀察值均達(dá)到最大值.此時(shí)T4、T5處理放線菌數(shù)量最高，較CK分別顯著增加了588.3%、507.8%；其次為T1、T2、T3處理，較CK分別顯著增加了309.1%、209.1%、162.3%.定植80 d時(shí)，各處理中以T1、T4、T5處理的放線菌數(shù)量最大，較CK分別

顯著增加了372.1%、550.0%、416.2%(P<0.05).放線菌數(shù)量整體變化趨勢與細(xì)菌相似，即各處理前期數(shù)量較少，到50d時(shí)達(dá)到最大值，較前一時(shí)期數(shù)量快速上升，后期開始逐漸降低.因此，生物有機(jī)肥中有益微生物與拮抗菌進(jìn)入茄子根際后，顯著提高了土壤中放線菌的數(shù)量，與硅肥和BR配施能進(jìn)一步改善連作茄子的土壤微生物區(qū)系.

2.2 不同處理對土壤酶活性的影響

增施生物有機(jī)肥、硅肥、BR可以提高茄子連作土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶以及堿性磷酸酶的活性(表1).過氧化氫酶在茄子定植后50 d，T1、T2、T4、T5處理均顯著高于CK和T3處理.定植后80 d，T4處理的過氧化氫酶顯著高于CK和T3處理，較其增加225.2%、87.1%；定植后110 d，T1、T4、T5處理顯著高于CK，較對照增加69.1%、134.3%、80.3%.土壤脲酶活性與茄子的生育期密切相關(guān)，隨著生育期的推進(jìn)，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢.與CK相比，以T4、T5處理的效果最為顯著.定植后20 d、50 d、80 d、110 d，T4處理的脲酶活性分別較CK顯著增加了57.9%、39.0%、125.4%、69.5%；T5處理的脲酶活性較CK分別顯著增加了48.3%、26.3%、97.0%、51.3%.土壤蔗糖酶活性與茄子的生育期也密切相關(guān)，隨著生育期的推進(jìn)，酶活性先上升，至80 d后達(dá)到最大值，之后有所下降.與CK相比，T2處理作用效果不顯著.而T4處理在定植50 d、80 d、110 d時(shí)，蔗糖酶活性比CK分別顯著增加了10.4%、153.1%、398.2%.土壤堿性磷酸酶活性也與茄子的生育期密切相關(guān)，隨著生育期的推進(jìn)，酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢.其中以T4、T5處理的效果最為顯著.與CK相比，定植后80 d，T4、T5處理的磷酸酶活性分別增加了47.5%、39.0%；定植后110 d，T4、T5處理的磷酸酶活性分別增加了90.1%、85.3%.

圖3 各時(shí)期不同處理對土壤放線菌數(shù)量的影響Figure 3 Effects of different treatments on the number of soil actinomycetes

表1 各時(shí)期不同處理對土壤酶活性的影響

2.3 不同處理對茄子產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

增施生物有機(jī)肥、硅肥、BR均能顯著提高茄子的產(chǎn)量(表2).以T4、T5處理的增產(chǎn)效果最好，二者產(chǎn)量分別為6 683.9、6 592.2 kg/m2，較CK相比顯著增加了8.8%、7.3%(P<0.05)；T1、T2、T3處理間差異不顯著，產(chǎn)量較CK顯著增加，分別增加了4.6%、3.3%、4.5%.同時(shí)，增施3種肥料后均能顯著增加果實(shí)中維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白的含量，且有效降低硝酸鹽含量.其中以T4、T5處理提質(zhì)效果最好.與CK相比，T4、T5處理的可溶性蛋白分別顯著增加3.4%、2.9%，硝酸鹽含量分別顯著降低31.3%、18.3%；T5處理的維生素C含量最高，比CK顯著增加了6.5%；T4處理的可溶性糖含量最高，較CK顯著增加8.2%.因此生物有機(jī)肥配施硅肥和BR對提高茄子產(chǎn)量和改善果實(shí)品質(zhì)有重要的作用.

表2 不同處理對茄子產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)的影響

3 討論

3.1 外源硅及BR對連作土壤生物學(xué)性狀的影響

長期連作導(dǎo)致土壤微生物區(qū)系平衡破壞，土壤中的病原真菌增加.土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)由“細(xì)菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)變，是連作障礙產(chǎn)生的機(jī)理之一[22].生物有機(jī)肥中含有大量的有益微生物，其優(yōu)化土壤微生物區(qū)系的作用在大量理論及實(shí)踐應(yīng)用中被證實(shí)[23-24].前人研究表明，BR可使植物細(xì)胞壁松弛，擴(kuò)大植物對水分和養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)根系生長，進(jìn)而有利于根際土壤微生物的生長并參與直接或間接降解土壤中石油污染物[25].本研究結(jié)果表明，連作茄子噴施外源BR，其根際土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量降低.一定程度上緩解土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)，有利于茄子生長發(fā)育.類似結(jié)論在豇豆葉片噴施外源BR的研究中也有報(bào)道[17].而施用硅肥能增加土壤毛管孔隙度、土壤總孔隙度，進(jìn)而提高土壤通透性[11].該方式可能是緩解土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)劣化的重要機(jī)理之一.

3.2 外源硅及BR對連作土壤理化性狀的影響

土壤鹽漬化是設(shè)施栽培連作障礙發(fā)生的重要原因之一.外源硅緩解番茄鹽脅迫的研究表明，硅可以通過調(diào)控響應(yīng)鹽脅迫的轉(zhuǎn)錄因子、抗氧化酶相關(guān)基因和硅轉(zhuǎn)運(yùn)體等一系列基因的表達(dá)，調(diào)控激素含量和抗氧化酶活性，緩解鹽脅迫帶來的傷害[26].BR可以通過保護(hù)葉片細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的完整和葉片PSⅡ反應(yīng)中心功能來提高黃瓜幼苗的耐鹽性[27].因此，通過BR及硅肥的誘導(dǎo)作用以提高植株的耐鹽性，是設(shè)施連作茄子克服連作障礙的另一重要機(jī)理.

土壤酶參與土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝，其活性大小是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)[16，28].連作可使土壤酶活性持續(xù)降低[14-15].脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶是土壤中最主要的幾種酶，與土壤呼吸強(qiáng)度、磷和有機(jī)質(zhì)含量等養(yǎng)分狀況以及微生物數(shù)量密切相關(guān)[29-30].前人研究表明，連作豇豆葉片噴施外源BR處理可提高土壤脲酶和蔗糖酶的活性[17].本研究結(jié)果表明，增施生物有機(jī)肥、硅肥及BR，可以提高脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶的活性.因此有利于促進(jìn)土壤有機(jī)成分的轉(zhuǎn)化，改善茄子連作土壤的生物化學(xué)環(huán)境.硅元素具有活化土壤中磷的作用[11]，硅肥配施氮肥和磷肥可以調(diào)節(jié)辣椒營養(yǎng)元素吸收等功能，提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)[18].本研究結(jié)果也顯示，硅肥處理比對照能顯著提高土壤堿性磷酸酶的活性.大量文獻(xiàn)報(bào)道BR在提高蔬菜抵抗干旱、低氧、溫度、鹽離子、病害、重金屬等環(huán)境脅迫方面具有重要作用[8-10].但是，葉面噴施外源BR提高土壤酶活力、提高土壤肥力的作用機(jī)理尚不明晰.

4 結(jié)論

均可以延緩連作土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)由“細(xì)菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)變的劣化過程.改善土壤微生物區(qū)系，增加土壤酶活性，進(jìn)而改善土壤理化性狀.提高土壤肥力，促進(jìn)植株生長，緩解茄子連作障礙.單施上述3種肥料，設(shè)施茄子產(chǎn)量增幅在3.3%～4.6%，而生物有機(jī)肥配施硅肥或BR，茄子產(chǎn)量增幅分別達(dá)到8.8%和7.3%，增產(chǎn)效果明顯.該類肥料不僅可以提高茄子產(chǎn)量，而且可以提高茄子的營養(yǎng)品質(zhì)與安全品質(zhì).茄子維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白的含量增加，硝酸鹽含量降低.硝酸鹽含量是無公害蔬菜生產(chǎn)最重要的安全指標(biāo)之一，生物有機(jī)肥[1]、硅肥[29]及BR[30-31]對于提高蔬菜安全品質(zhì)的作用已為諸多研究所證實(shí).本研究所有處理(包括CK)，硝酸鹽含量在220.29～320.63 mg/kg，低于無公害蔬菜硝酸鹽含量600 mg/kg的國家限量標(biāo)準(zhǔn)(GB18406.1-2001).大量研究表明，在菜田土壤增施生物有機(jī)肥的條件下，將化肥施肥量減少20%～30%，有利于改善土壤的微生物區(qū)系及土壤肥力.在不影響產(chǎn)量的條件下，可以使蔬菜營養(yǎng)及安全品質(zhì)得到改善[32-33].過量使用化肥所引起的土壤鹽漬化是設(shè)施作物栽培連作障礙發(fā)生的重要成因之一[34].以本試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，在該區(qū)開展生物有機(jī)肥配施硅肥或BR，化肥減量的環(huán)境友好型施肥技術(shù)試驗(yàn)，將是本研究的后續(xù)工作內(nèi)容.