董 宇,郭世榮,李向雨,王 健,王 玉,束 勝*

(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,南京 210095;2 江蘇譜發(fā)生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司,江蘇宿遷 223600)

目前,世界上90%的無土栽培形式都是基質(zhì)栽培,基質(zhì)是無土栽培的重要因素。常見的栽培基質(zhì)有草炭、蛭石和珍珠巖等,而草炭是不可再生資源,過度開采會破壞濕地環(huán)境,蛭石鍛燒條件要求高,都是高成本基質(zhì)材料[1]。從經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境保護(hù)的角度來看,基質(zhì)多次利用是必然趨勢。

基質(zhì)重復(fù)利用可能出現(xiàn)的問題和土壤連作出現(xiàn)的問題類似,包括但不限于理化性質(zhì)發(fā)生改變、鹽分積累、根系殘留和有害分泌物的累積、微生物群落的失衡以及病蟲害的傳播等?；|(zhì)消毒是解決基質(zhì)連作的有效途徑,有研究發(fā)現(xiàn)淋洗+太陽熱+殺菌藥劑的消毒處理再結(jié)合一定量的石灰或有機(jī)肥能有效殺死連作基質(zhì)中的致病菌,并使基質(zhì)重要的理化指標(biāo)達(dá)到正常生長水平[2]。周雪青等[3]基于微波電磁場作用的生物效應(yīng)和熱效應(yīng),研發(fā)了基質(zhì)微波消毒設(shè)備,平均滅菌率可達(dá)95.57%。不同的藥劑消毒也可改變連作基質(zhì)菌群多樣性、結(jié)構(gòu)和組成,惡霉靈+乙酸銅、2.2%酒精和甲醛處理均能顯著降低真菌OTU序列、Chao1指數(shù)和Ace指數(shù),并且甲醛處理在短期內(nèi)對番茄連作基質(zhì)微生物群落的影響較為明顯的[4]。種植模式的改變也有利于緩解連作障礙,如連作豇豆與芹菜和紫背天葵伴生均可以提高葉片抗氧化酶活性和根際土壤酶活性,提高作物產(chǎn)量[5]。通過向廢舊基質(zhì)添加叢枝菌根可以減輕連作基質(zhì)對番茄生長造成的影響,并促進(jìn)番茄幼苗生長,提高幼苗根系活力,為連作基質(zhì)再利用提供了新的途徑[6]。

栽培后基質(zhì)的處理是基質(zhì)栽培亟待解決的問題,但是使用過的基質(zhì)如何合理重復(fù)利用的相關(guān)研究,與方興未艾的設(shè)施基質(zhì)栽培的發(fā)展速度并不一致。目前有關(guān)連作基質(zhì)消毒處理后,其理化特性變化對連作基質(zhì)栽培黃瓜生長發(fā)育方面的影響尚缺乏深入了解。因此,本試驗以設(shè)施主栽的黃瓜品種為材料,研究3種消毒方式、大蒜伴生栽培和施入微生物菌對連作基質(zhì)種植黃瓜后基質(zhì)的理化性質(zhì)的變化,以及對黃瓜的生長發(fā)育的影響,為栽培基質(zhì)重復(fù)利用并達(dá)到最佳效果提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜品種為‘戴多星’水果型黃瓜,購自荷蘭瑞克斯旺公司;供試基質(zhì)為第一茬種植番茄第二茬種植黃瓜的連作基質(zhì)(pH 5.79,電導(dǎo)率 1.02 mS/cm);供試大蒜購買于當(dāng)?shù)夭藞?品種為‘邳州大蒜’;供試微生物菌為綠農(nóng)林微生物菌,購自市場,其有效活菌數(shù)≥2.0×108/g,有效菌種主要有哈茨木霉菌和枯草芽孢桿菌;供試新基質(zhì)購自江蘇興農(nóng)基質(zhì)科技有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2021年7-11月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)白馬基地塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。7月15日到8月15日進(jìn)行連作基質(zhì)消毒試驗,9月3日進(jìn)行黃瓜催芽、播種和育苗,當(dāng)黃瓜幼苗兩葉一心時,定植于NAU-G1栽培桶[7]中(外桶為聚乙烯制成,上口直徑為35 cm,下底直徑為22.5 cm,高30 cm;內(nèi)部網(wǎng)芯盤直徑為26.5 cm,網(wǎng)芯上口直徑為13.5 cm,下口為11.5 cm,高12 cm),每桶種植2株,緩苗3 d后開始連作基質(zhì)第三茬栽培試驗,具體設(shè)計見表1。其中,太陽能消毒是指利用夏季高溫在空閑的塑料大棚里進(jìn)行,消毒前給基質(zhì)噴水,使基質(zhì)含水量保持在70%以上,然后把基質(zhì)堆成堆體(其基質(zhì)堆體高度不超過10 cm,長度和寬度根據(jù)地形而定),用塑料薄膜覆蓋,曝曬30 d。熱水消毒是采用90～100 ℃的熱水浸泡基質(zhì)3 h,其含水量達(dá)85%,然后用塑料薄膜覆蓋,曝曬30 d。夏季溫室內(nèi)溫度最高可達(dá)60 ℃。多菌靈消毒方法是每1 m3基質(zhì)上施50%多菌靈粉劑40 g,拌勻后用塑料薄膜覆蓋,覆蓋30 d,揭去薄膜后待藥味揮發(fā)掉再使用。大蒜伴生栽培是使用未進(jìn)行處理的連作基質(zhì),在1株黃瓜3 cm處附近種植2株已出芽的大蒜;施入微生物菌劑則是將微生物原液激活稀釋1 000倍,然后在黃瓜定植后進(jìn)行灌根,每桶澆灌600 mL。

表1 試驗設(shè)計

試驗采用隨機(jī)區(qū)組排列,每個處理3個重復(fù)。育苗、定植、定植后的管理、病蟲害防治和溫室環(huán)境管理各處理均保持一致。在基質(zhì)種植前和種植結(jié)束后分別取基質(zhì)樣品,重復(fù)3次。剔除植物殘體后分為兩部分,一部分裝入自封袋中迅速保存于4 ℃的冰箱中,用于測定基質(zhì)的磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和多酚氧化酶活性,以及基質(zhì)總酚、水溶性酚、復(fù)合態(tài)酚、阿魏酸、對羥基苯甲酸、苯甲酸和香草醛含量;另一部分風(fēng)干,磨碎過篩(0.25 mm),保存測定基質(zhì)理化性狀。

另外,于黃瓜結(jié)果期(30 d)測定其株高、莖粗、葉綠素相對含量(SPAD)、地上部干(鮮)重、地下部干(鮮)重、根系活力和光合氣體交換參數(shù)。

1.3 指標(biāo)測定及方法

1.3.1 基質(zhì)理化性狀基質(zhì)酸堿度、電導(dǎo)率、容重和孔隙度的測定采用郭世榮等[8]的方法。

1.3.2 基質(zhì)養(yǎng)分含量基質(zhì)速效氮含量、速效磷含量和速效鉀含量采用鮑士旦[9]的方法測定?；|(zhì)的全磷、全鉀、鈣和鐵等礦質(zhì)元素的含量通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP,Optima 8000)測定。

1.3.3 基質(zhì)酚類物質(zhì)含量基質(zhì)總酚、復(fù)合態(tài)酚酸和水溶性酚酸含量用改良的Folin-Ciocalteau法測定[10]。苯甲酸、對羥基苯甲酸、阿魏酸和香草醛含量采用譚秀梅等[11]的方法測定。

1.3.4 基質(zhì)酶活性基質(zhì)脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性參考關(guān)松蔭等[12]的方法測定。多酚氧化酶活性采用Solarbio土壤多酚氧化酶活性檢測試劑盒測定,活性結(jié)果以U/g表示。

1.3.5 植株生長指標(biāo)和SPAD株高采用卷尺測量;莖粗采用游標(biāo)卡尺測量;SPAD值采用SPAD502葉綠素含量測定儀測定;地上部、地下部干鮮重的測定參照周冉冉等[13]的方法。

1.3.6 根系活力和葉片光合氣體交換參數(shù)根系活力采用氯化三苯基四氯唑(TTC)比色法測定;于晴天上午,采用LI-6400XT便攜式光合系統(tǒng)測量儀測定黃瓜結(jié)果期的葉片氣體交換參數(shù):凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr),在測定時光合儀的光強(qiáng)控制在800 μmol/(m2·s),葉室溫度控制在(25±1) ℃,參比室CO2濃度為(400±10) μmol/mol,相對濕度60%～70%。

1.3.7 果實產(chǎn)量和品質(zhì)黃瓜結(jié)果期記錄單株結(jié)果數(shù)和單果重,統(tǒng)計其單株產(chǎn)量。每個處理隨機(jī)選取同一節(jié)位的果實,測定其果實品質(zhì)。果實可溶性固形物、可溶性糖、維生素C、可溶性蛋白質(zhì)和可滴定酸含量測定參照鮑士旦[9]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019和SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差分析,采用Duncan多重極差檢驗進(jìn)行單因素方差分析(P<0.05)。采用Origin 2018 pro繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 消毒、伴生和微生物菌對連作基質(zhì)種植黃瓜后理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響

如表2所示,與新基質(zhì)(CK)相比,連作基質(zhì)(T0)的電導(dǎo)率顯著增加,其余指標(biāo)均無顯著變化。與T0相比,基質(zhì)的pH值在太陽能消毒(T1)和熱水消毒(T2)處理下分別顯著提高了7.29%和10.19%,在其余處理下無顯著變化,其中的T2處理還顯著高于CK;基質(zhì)的電導(dǎo)率在各處理下均比T0顯著降低,且除大蒜伴生(T4)處理外比CK增加 9.09%～63.64%;基質(zhì)的容重除T1和T2處理比T0顯著降低外,其余處理均與T0無顯著差異,且所有處理比CK降低3.85%～23.98%,降幅大多達(dá)到顯著水平;基質(zhì)間總孔隙度在各處理及對照間均無顯著差異。

表2 消毒、伴生和微生物菌處理連作基質(zhì)理化性質(zhì)在種植黃瓜后的變化

同時,表3顯示,在基質(zhì)全磷和全鉀含量上,T1～T5處理均與T0沒有顯著差異,但均顯著高于相應(yīng)對照。而在速效養(yǎng)分方面,基質(zhì)的速效氮、速效磷和速效鉀含量在T0處理下均不同程度地高于CK,但僅速效鉀含量增幅顯著,并均以T1處理最高,T4處理最低;與T0相比,T1的速效氮、速效磷、速效鉀含量分別提高了14.76%、19.91%和12.48%,T3～T5的速效氮含量降低了21.38%～36.25%,T2～T5的速效磷和速效鉀含量分別降低了10.53%～34.12%和19.61%～35.42%;同時,在基質(zhì)鈣、鐵和錳含量方面,T0均不同程度高于CK,且鈣、鐵增幅顯著;與T0相比,T1和T2處理鈣含量分別顯著提高了22.65%和18.78%,而T3～T5處理鈣含量以及各處理的鐵、錳含量均沒有顯著變化,但各處理鈣、鐵含量以及T3和T4處理的錳含量與相應(yīng)CK相比均顯著提高。

表3 消毒、伴生和微生物菌劑處理連作基質(zhì)養(yǎng)分含量在種植黃瓜后的變化

2.2 消毒、伴生和微生物菌對連作基質(zhì)種植前后基質(zhì)酶活性的影響

經(jīng)過黃瓜種植后,各處理基質(zhì)的過氧化氫酶活性和除T5、T0處理外的磷酸酶活性均不同程度下降,而各處理的脲酶和多酚氧化酶活性,以及除T3、T4處理外的蔗糖酶活性均總體呈上升趨勢(圖1)。

同期不同小寫字母表示處理間在0.05水平存在顯著性差異(P<0.05)。下同。圖1 消毒、伴生和微生物菌處理連作基質(zhì)酶活性在種植黃瓜前后的變化The different normal letters within same stage indicate significant difference among treatments at 0.05 level (P<0.05). The same as below.Fig.1 The enzyme activities of continuous cropping substrates treated by disinfection, accompanying cultivation and microbial agent before and after planting cucumbers

其中,在基質(zhì)脲酶活性上,黃瓜種植前表現(xiàn)為,T0比CK顯著降低,T5處理比T0顯著提高,T2處理比T0顯著降低,而其余處理與T0沒有顯著差異;黃瓜種植后,T0比CK稍低,T1處理比T0顯著降低,其他處理與T0之間均無顯著差異,且T4和T5處理與CK均沒有顯著差異。在基質(zhì)磷酸酶活性上,黃瓜種植前的T0處理比CK顯著降低,而與T0相比,T2處理顯著下降,T3～T5顯著提高了26.49%～46.36%,并與CK相近;種植后T0處理比CK稍低,與T0相比,T1和T2處理分別顯著降低18.39%和35.51%,T4和T5分別顯著提高了25.93%和29.55%。在基質(zhì)蔗糖酶活性方面,黃瓜種植前的T0比CK顯著降低,與T0相比,T1和T5處理顯著提高,T2和T3處理顯著降低;黃瓜種植后T0仍比CK顯著降低,T1～T5處理均比T0降低,且除T5處理外均達(dá)顯著水平,T1～T4降幅在45.25%～95.06%之間;CK的蔗糖酶活性在種植前后一直最高。在過氧化氫酶活性上,黃瓜種植前的各處理均比CK顯著降低,但T1～T5處理均比T0顯著提高,增幅在25.93%～89.91%之間;黃瓜種植后,T5比CK顯著提高,其余處理均比CK顯著降低,而T1～T4又均比T0顯著降低,降幅在22.73%～59.10%之間,T5比T0顯著提高了110.60%;各處理及對照種植后的過氧化氫酶活性均不同程度低于種植前。

另外,黃瓜種植前后各處理的多酚氧化酶活性均顯著低于CK;與T0處理相比,種植前的T1～T5處理均不同程度提高且大多達(dá)到顯著水平,種植后的T2處理顯著提高了23.51%,而其余處理則顯著降低了27.63%～65.49%。

2.3 消毒、伴生和微生物菌對連作基質(zhì)種植后基質(zhì)酚類物質(zhì)的影響

表4顯示,種植3茬后T0基質(zhì)酚類物質(zhì)含量均不同程度地高于CK,且除苯甲酸含量外均達(dá)到顯著水平。其中,消毒、伴生和微生物菌處理基質(zhì)總酚含量和復(fù)合態(tài)酚含量均比T0不同程度降低,且T2、T4、T5處理總酚含量和T2處理復(fù)合態(tài)酚含量顯著降低,降幅分別為16.37%、19.27%、 9.87%和21.15%,但各處理總酚含量均顯著高于CK,而它們的復(fù)合態(tài)酚含量與CK相比均差異不顯著。T3處理的水溶性酚含量比T0顯著提高90.99%,其余處理均比T0不同程度降低,T1和T4處理達(dá)到顯著水平,降幅分別為33.28%和54.89%。同時,T2、T3和T5處理的對羥基苯甲酸含量和T3和T5處理的苯甲酸含量均比T0提高,其余處理均比T0降低,且T5和T4處理的升降幅度均達(dá)到顯著水平,T4的對羥基苯甲酸和苯甲酸含量降幅分別達(dá)到78.54%和86.21%,T5處理的增幅分別達(dá)到23.76%和37.93%。另外,與T0相比,各處理的香草醛和阿魏酸含量皆不同程度下降,但僅T1和T4處理降幅達(dá)到顯著水平,兩者的香草醛含量分別降低了31.14%和56.29%,香草醛含量分別降低了30.30%和54.55%,其余處理間差異不顯著。

表4 消毒、伴生和微生物菌處理連作基質(zhì)酚類物質(zhì)含量在種植黃瓜后的變化

2.4 消毒、伴生和微生物菌劑對連作基質(zhì)栽培黃瓜生理指標(biāo)的影響

2.4.1 根系活力和葉片SPAD黃瓜結(jié)果期的根系活力在T0處理下比CK顯著大幅度降低,消毒、伴生和微生物菌劑處理均比T0顯著提高, T1～T5處理的根系活力增幅在14.63%(T3)～146.34%(T5)之間,其中的T1、T2、T5的根系活力又顯著高于T3、T4(圖2)。

圖2 消毒、伴生和微生物菌處理連作基質(zhì)上栽培黃瓜結(jié)果期根系活力和SPAD的變化Fig.2 The root activity and SPAD of cucumber at fruiting stage under continuous cropping cultivation substrates treated by disinfection, accompanying cultivation and microbial agent

同時,黃瓜結(jié)果期的葉片SPAD也在T0處理下比CK顯著降低,消毒、伴生和微生物菌劑處理均比T0提高,且T1、T2、T4和T5處理的SPAD分別比T0顯著增加了16.19%、27.90%、29.29%和22.74%,而T3與T0沒有明顯差異(圖2)。以上結(jié)果說明所有消毒、伴生和微生物菌劑處理黃瓜根系活力均未恢復(fù)到新基質(zhì)栽培水平,而其SPAD除T3處理外均接近新基質(zhì)栽培水平。

2.4.2 葉片光合氣體交換參數(shù)圖3顯示,黃瓜結(jié)果期葉片的凈光合速率(Pn)在T0處理下均比CK顯著降低,而在消毒、伴生和微生物菌劑處理下均比T0不同程度提高,且各處理的蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)及T2、T5處理的Pn增幅均達(dá)到顯著水平,各處理的光合氣體交換參數(shù)大多接近或者超過對照水平,并多以T5處理最高。其中黃瓜結(jié)果期葉片的Pn、Tr、Gs、Ci在T5處理下比T0分別顯著提高了190.75%、300.00%、150.00%和67.02%。

圖3 消毒、伴生和微生物菌處理連作基質(zhì)上栽培黃瓜結(jié)果期光合參數(shù)的變化Fig.3 The photosynthetic parameters of cucumber at fruiting stage under continuous cropping cultivation substrates treated by disinfection, accompanying cultivation and microbial agent

2.5 消毒、伴生和微生物菌劑對連作基質(zhì)栽培黃瓜生長的影響

如表5所示,消毒、伴生和微生物菌劑處理連作基質(zhì)栽培黃瓜的莖粗與CK、T0均無顯著差異,各處理的其余生長指標(biāo)在T0處理下均比CK顯著降低,在消毒、伴生和微生物菌劑處理下均比T0處理不同程度提高。其中,株高和地上鮮重在T1～T5處理下均比T0顯著提高,增幅分別為6.91%～26.53%和14.19%～35.02%,且T2處理株高以及T1、T4、T5處理的地上鮮重已接近相應(yīng)CK水平;地上干重在T4和T5處理下顯著高于T0,且各處理與CK均無顯著差異;地下鮮重在T1和T5處理下比T0分別顯著提高12.00%和21.79%,但各處理均比CK顯著降低;地下干重僅在T5處理下比T0顯著提高了27.50%,并接近CK水平,但T1～T5各處理之間沒有顯著差異。

表5 消毒、伴生和微生物菌處理連作基質(zhì)上栽培黃瓜結(jié)果期生長的變化

2.6 消毒、伴生和微生物菌劑對連作基質(zhì)栽培黃瓜果實品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

在黃瓜果實品質(zhì)方面(表6),可溶性糖含量和維生素C含量在消毒、伴生、微生物菌劑、連作處理及CK之間均沒有顯著差異,可溶性蛋白含量在各處理下也與CK無顯著差異,但T5處理顯著高于T1處理;可溶性固形物含量在T0處理下比CK顯著降低,在消毒、微生物菌劑處理下均比T0顯著提高,增幅在5.59%(T1)～12.73%(T5)之間,而伴生處理與T0相比無顯著變化,但各處理均比CK顯著降低;可滴定酸含量在T0處理下比CK顯著提高,在消毒、伴生、微生物菌劑處理下均比T0不同程度降低,且T2、T4和T5分別顯著下降了32.86%、18.57%和15.71%,但各處理均不同程度高于CK。總體而言,T2處理的果實品質(zhì)指標(biāo)最接近新基質(zhì)(CK)栽培的果實。

表6 消毒、伴生和微生物菌處理連作基質(zhì)上栽培黃瓜果實品質(zhì)

同時,在黃瓜果實產(chǎn)量方面(圖4),所有消毒、伴生、微生物菌劑處理的單果重和單株產(chǎn)量均比T0處理不同程度提高,且T2處理的單果重和各處理的單株產(chǎn)量增幅均達(dá)到顯著水平,但各處理單果重和單株產(chǎn)量均未恢復(fù)到新基質(zhì)(CK)栽培的正常水平。其中,T2處理單果重比T0顯著增加4.76%,各處理單株產(chǎn)量比T0顯著提高了3.68%(T4)～18.40%(T5)。

圖4 消毒、伴生和微生物菌處理連作基質(zhì)上栽培黃瓜果實產(chǎn)量的變化Fig.4 The yield of cucumber fruit under continuous cropping cultivation substrates treated by disinfection, accompanying cultivation and microbial agent

3 討 論

連作障礙是指同一植物在同一塊土地上持續(xù)種植兩茬或多茬以后,即使在正常管理的情況下,也會發(fā)生作物生長水平下降的現(xiàn)象[14]。而同一批基質(zhì)連續(xù)種植作物多次則使該基質(zhì)成為了連作基質(zhì)。連作可能會引起基質(zhì)性質(zhì)改變、植物化感作用、微生物區(qū)系的改變等[15]。要緩解連作基質(zhì)對作物的影響,則要對癥下藥,采取較為經(jīng)濟(jì)、科學(xué)且實用的消毒方式。研究表明物理消毒在土壤消毒中因其成本低且操作簡單而使用較為廣泛,尤其是熱水消毒可以提高基質(zhì)pH,降低電導(dǎo)率,可使作物增產(chǎn)30%[16]。這一研究結(jié)果與本試驗所得結(jié)果相一致,太陽能消毒方式和熱水消毒方式能夠提高連作基質(zhì)的pH,并且熱水消毒基質(zhì)增加了連作基質(zhì)栽培產(chǎn)量,與新基質(zhì)栽培獲得的產(chǎn)量無顯著差異。本試驗中太陽能消毒基質(zhì)的速效養(yǎng)分含量最高,這與胡杰等[17]研究結(jié)果相一致。而太陽能消毒(T1)和熱水消毒(T2)處理的根系活力顯著高于連作基質(zhì)(T0),可能是因為基質(zhì)消毒后有害微生物數(shù)量大量減少,鹽分也被稀釋,根系生長環(huán)境優(yōu)于連作基質(zhì)。多菌靈消毒(T3)基質(zhì)也消除了基質(zhì)中部分微生物,微生物菌劑(T5)則是往連作基質(zhì)中加入大量促生與拮抗菌,使連作基質(zhì)的微生物群落結(jié)構(gòu)向有利于植物生長的方向進(jìn)行[18]。因此本試驗中T3和T5處理的黃瓜株高、地上部干鮮重以及果實產(chǎn)量均顯著高于T0處理,而大蒜伴生栽培(T4)植株的生長勢與其他處理相比差異不大,但其果實產(chǎn)量卻是除T0外最低的。這與李志萌等[19]的結(jié)論一致,大蔥伴生栽培處理的植株長勢和對根結(jié)線蟲病害的防控效果是各項處理中最好的,但其產(chǎn)量卻不是最高的。進(jìn)一步分析可知,大蒜伴生栽培是2種作物栽培,其他處理都是單作,大蒜與黃瓜可能存在養(yǎng)分競爭關(guān)系,并且種植結(jié)束后T4的速效養(yǎng)分含量皆是最低的,說明有一部分養(yǎng)分是被大蒜吸收,因此導(dǎo)致伴生栽培處理黃瓜產(chǎn)量低于其他處理。

基質(zhì)酶活性是評價基質(zhì)性狀的重要指標(biāo)。蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶均參與了土壤的生物化學(xué)反應(yīng)[20]。磷酸酶可提高土壤中速效磷的含量[21]。但本試驗基質(zhì)中磷酸酶活性與速效磷含量不是成正比的關(guān)系,如T5處理基質(zhì)的磷酸酶活性最高,而其速效磷含量卻較低。具體分析可知,磷酸酶活性還受到基質(zhì)酸堿度影響,基質(zhì)酸堿度不平衡時也會影響磷酸酶化學(xué)活性,從而降低速效磷含量[22]。而T5處理基質(zhì)的酶活高是因為人為添加了微生物菌。蔗糖酶直接參與有機(jī)物質(zhì)的代謝過程,其活性大小與土壤肥力呈正相關(guān),而在本試驗中,T1、T2和T3的蔗糖酶活性較低,但其養(yǎng)分含量表現(xiàn)則與之相反。這可能是因為物理消毒時環(huán)境溫度高達(dá)60 ℃,破壞了相關(guān)酶的活性;而養(yǎng)分含量的變化可能是因為物理消毒加速了有機(jī)質(zhì)的分解。過氧化氫酶能減輕基質(zhì)中過氧化氫對植物的毒害[23]。T5處理因施入微生物菌劑提高了過氧化氫酶活性,從而減輕過氧化氫對植物的毒害使黃瓜生長指標(biāo)和光合作用指標(biāo)高于連作基質(zhì)種植。

酚酸類化合物是一類具有化感作用的物質(zhì),通過植物殘體分解和根系分泌等途徑進(jìn)入土壤,導(dǎo)致植物連作障礙、發(fā)生自毒作用。鑒于前人用GC-MS法鑒定出黃瓜根系分泌物中的主要化感物質(zhì)[24]有苯甲酸、對羥基苯甲酸、香草酸和阿魏酸等苯甲酸的衍生物,本試驗除了測定總酚含量外,也測定了這些酚酸物質(zhì)的含量。黃瓜連作多茬會導(dǎo)致基質(zhì)中總酚和復(fù)合態(tài)酚積累[25],本試驗也證實了這一點,T0處理在連續(xù)種植多茬后基質(zhì)總酚含量與復(fù)合態(tài)酚含量高于其他處理。酚酸類自毒物質(zhì)對根系生長來說較為敏感,能明顯抑制根系的伸長和分布,影響植株生長[26]。本試驗中連作基質(zhì)T0種植后的酚酸類含量最高,其黃瓜地下部鮮重、干重值都較低,光合作用也較差。T4處理基質(zhì)的4個酚酸類組分含量皆為最低,因此其根系活力值高于T0。有研究表明,對羥基苯甲酸對黃瓜的鮮重、株高、莖粗和葉面積均有一定的抑制作用,并隨著處理濃度的增加抑制作用逐漸增強(qiáng)[26]。在本試驗中,T5處理基質(zhì)的對羥基苯甲酸含量最高,其黃瓜株高、莖粗和SPAD值均低于對羥基苯甲酸含量值最低的T1處理。有研究初步表明酚酸類物質(zhì)中的阿魏酸和香草醛能阻礙光合速率,改變滲透壓,關(guān)閉氣孔,從而改變根系功能,抑制生物量積累[27]。本試驗中T0處理基質(zhì)的香草醛和阿魏酸含量都很高,T0處理植株的Ci和Gs最低,其Tr和Pn也皆受到抑制,其光合作用效率最差。進(jìn)一步分析可知,栽培基質(zhì)的微生物數(shù)量和活性與根系化感物質(zhì)是密切相關(guān)[28]。T0處理是連作基質(zhì),種植過一茬番茄后連續(xù)種植兩茬黃瓜,其基質(zhì)本身的微生物環(huán)境已失衡,根系分泌物大量積累,因此T0處理黃瓜植株的生長發(fā)育皆受到影響。

綜合各項指標(biāo)表現(xiàn)來看,本研究中,3種消毒方式、伴生栽培和施入微生物菌處理均可以促進(jìn)連作基質(zhì)栽培黃瓜的生長、增強(qiáng)根系活力、加強(qiáng)光合作用并且提高產(chǎn)量,同時降低連作基質(zhì)中積累的總酚含量,提高基質(zhì)中相關(guān)酶活性,尤其是熱水消毒和施入微生物菌處理表現(xiàn)較好。因此,本研究認(rèn)為熱水消毒連作基質(zhì)和向連作基質(zhì)中施入微生物菌的措施可在生產(chǎn)上推廣使用。