夏季填閑對連作黃瓜根區(qū)土壤酶活性及土壤化學(xué)性狀的影響

吳鳳芝，郭 曉，劉守偉，周新剛，衣振華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，哈爾濱 150030）

黃瓜（Cucumis sativusL.）是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中主要栽培種類，在我國北方地區(qū)蔬菜生產(chǎn)中，黃瓜栽種面積占設(shè)施蔬菜總面積比例已超過60%[1]。為短期內(nèi)獲得更大經(jīng)濟收益，黃瓜生產(chǎn)中連作已是普遍現(xiàn)象，但隨著種植年限增加及水肥過量投入，導(dǎo)致營養(yǎng)失衡、土壤生態(tài)環(huán)境惡化等土壤質(zhì)量下降問題出現(xiàn)，引起栽培作物生理病害、產(chǎn)量和品質(zhì)下降等問題，即產(chǎn)生連作障礙現(xiàn)象[2]。

夏季休閑是指春茬和秋茬間耕種土壤上不種植任何植物的耕作方式，是在我國北方設(shè)施蔬菜種植體系中常見的改良土壤連作障礙措施。傳統(tǒng)休閑在改良退化土壤中的作用有限，取代傳統(tǒng)休閑途徑之一是在夏季種植生長周期短、耐熱的深根系作物阻控養(yǎng)分流失，即夏季填閑作物[3]，這種夏季種植填閑作物的方式叫作夏季填閑。

Vos等研究表明，夏季填閑作物能非常有效吸收土壤淋溶液中的氮，吸收量可達19 g·m-2[4]。Gustafson等研究表明，夏季填閑作物可降低75%的NO3-淋溶損失，有效降低土壤溶液中的硝態(tài)氮含量及滲透速率[5-6]。長期種植夏季填閑作物，在不減產(chǎn)情況下可有效降低氮肥[7]。盡管在夏季填閑作物防控硝酸鹽淋失、防治土壤退化和促進作物生長等方面研究頗多，但關(guān)于夏季不同填閑植物對黃瓜土壤酶活性及其化學(xué)性狀的影響報道不多。

本試驗選用禾本科作物小麥、黑麥，蘇丹草，唇形科作物鼠尾草、羅勒，葉菜類作物油菜六種不同填閑作物，用于連作黃瓜夏季填閑，研究其對連作黃瓜根區(qū)土壤的土壤酶和土壤化學(xué)性狀的影響，篩選對黃瓜生長有促進作用的填閑作物，為建立有助于黃瓜連作土壤修復(fù)及黃瓜持續(xù)適效的栽培方式提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，實現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，為我國蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤

供試土壤于2013年6月采集于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝設(shè)施工程中心黃瓜連作大棚中的3年連作黃瓜土壤。土壤的基本化學(xué)性狀為：有機質(zhì)含量27.8g·kg-1，堿解氮78 mg·kg-1，速效磷48.32 mg·kg-1，速效鉀76.58 mg· kg-1，pH 6.72，EC值1.125 ms· cm-1。

1.1.2 供試作物

供試作物為黃瓜（Cucumis sativusL.）品種為津春9號，小麥（Triticum aestivumL.）品種為東農(nóng)125，黑麥（Lolium perenneL.）鼠尾草（Salvia japonicaThunb.）來源于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥課題組，蘇丹草（Sorghum sudanense（Piper）Stapf.）來自意大利，羅勒（Ocimum basilicum）品種為甜香羅勒，油菜（Brassica campestrisL.）品種為青梗小白菜。

1.2 試驗設(shè)計

2013年6月，在春茬黃瓜拉秧后，在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝設(shè)施工程中心黃瓜連作大棚中取3年連作黃瓜土壤，置于盆（20 cm×17 cm）中，試驗設(shè)7個處理，具體處理及編號見表1，以常規(guī)休閑作為對照組，以六種填閑作物為試驗組，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)復(fù)種12盆，隨機排列。

2013年6月5日在盆中直播六種填閑作物，播種量為30粒，7月14日割掉填閑作物地上部分，置于盆上曬干后翻入土中腐熟。黃瓜常規(guī)育苗，于8月29日兩葉一心定植于盆中。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土樣采集方法

分別于與定植緩苗后的10、20和30 d，采用抖落法收集根區(qū)土壤[8]，并保存于4℃冰箱。

1.3.2 土壤化學(xué)性狀測定

土壤化學(xué)性質(zhì)測定方法，主要參考鮑士旦方法[9]，即土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量測定法，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用鋁藍比色法測定，速效鉀采用醋酸銨一火焰光度法測定，EC值按土水比1∶2.5采用電導(dǎo)率儀測定。

1.3.3 土壤酶活性測定

過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，脫氫酶活性采用三苯基四氮唑氯化物比色法測定，脲酶活性采用靛酚比色法測定，多酚氧化酶采用鄰苯三酚比色法測定，每個處理3次重復(fù)，結(jié)果取平均值[10-11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)整理采用Excel2010版軟件完成，差異顯著性測驗采用SAS 9.1軟件處理完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同填閑植物對黃瓜土壤化學(xué)性狀的影響

2.1.1 對黃瓜土壤EC的影響

由圖1可知，在不同取樣時期，各處理中土壤EC值均顯著低于對照（P＜0.05），其中填閑油菜處理EC值最低，除對照處理外，羅勒和鼠尾草處理的EC值高于其他處理。即隨著黃瓜植株生長，土壤EC值呈上升趨勢。

圖1 不同填閑處理對土壤EC值的影響Fig.1 Effect of different catch treatments on soil EC

2.1.2 對黃瓜土壤堿解氮含量的影響

由圖2可知，在3個不同取樣時期，土壤堿解氮含量差異不顯著，但隨著取樣時間有差異降低的趨勢。其中，填閑鼠尾草處理的土壤堿解氮含量顯著高于其他填閑處理，但低于對照；在6個處理中，填閑蘇丹草、油菜和黑麥處理之間差異不顯著且最低。

圖2 不同填閑處理對土壤堿解氮含量的影響Fig.2 Effect of different catch treatments on soil available nitrogen content

2.1.3 對黃瓜土壤速效磷含量的影響

由圖3可知，隨著黃瓜植株的生長，土壤速效磷含量呈現(xiàn)上升趨勢；各個處理均顯著高于對照，其中填閑黑麥處理土壤速效磷含量最高。而在3個不同取樣時期，在10 d時填閑蘇丹草處理土壤速效磷含量高于其他處理，填閑蘇丹草和油菜處理間差異不顯著，但高于其他處理，且低于填閑黑麥處理。在20和30 d時，填閑蘇丹草處理高于其他處理，但低于填閑黑麥處理，填閑羅勒、油菜、小麥和鼠尾草處理間，無顯著差異。

圖3 不同填閑處理對土壤速效磷含量的影響Fig.3 Effect of different catch treatments on soil available phophorus content

2.1.4 對黃瓜土壤速效鉀含量的影響

由圖4可知，在各個取樣時期，處理中速效鉀含量均低于對照，在10 d時，填閑鼠尾草和羅勒處理低于對照，但高于其他處理，且無顯著差異。在20 d時，填閑羅勒、黑麥和鼠尾草處理顯著高于填閑蘇丹草和油菜處理，在30 d時，填閑鼠尾草處理顯著高于填閑蘇丹草和油菜處理，填閑羅勒、小麥和黑麥處理顯著低于對照，但與其他處理間無顯著差異（P＜0.05）。隨著黃瓜植株生長，土壤速效鉀含量呈下降趨勢。

圖4 不同填閑處理對土壤速效鉀含量的影響Fig.4 Effect of different catch treatments on soil available potassium content

2.2 不同填閑作物處理對黃瓜土壤酶活性的影響

2.2.1 對土壤脲酶活性的影響

由圖5可知，在10 d取樣時期，各個處理均顯著高于對照，其中蘇丹草處理最高。在20和30 d取樣時期，各個處理均顯著高于對照，而羅勒處理在20 d取樣時期與對照差異顯著，但其在30 d取樣時差異不顯著，油菜處理在20和30 d取樣時期與對照差異均不顯著，而其他處理顯著高于對照。隨著黃瓜植株生長，土壤中脲酶活性呈上升趨勢。

圖5 不同填閑處理對土壤脲酶活性的影響Fig.5 Effect of different catch treatments on soil urease activity

2.2.2 對土壤多酚氧化酶活性的影響

由圖6可知，在各個取樣時期中，各個處理多酚氧化酶活性均高于對照，其中油菜處理中多酚氧化酶活性最高。隨著黃瓜植株生長，土壤中多酚氧化酶活性呈增高趨勢。

圖6 不同填閑處理對土壤多酚氧化酶活性的影響Fig.6 Effect of different catch treatments on soil polyphenol oxidase activity

2.2.3 對土壤脫氫酶活性的影響

由圖7可知，在各個取樣時期，各個處理土壤脫氫酶活性均高于對照，其中蘇丹草處理的土壤脫氫酶活性含量最高，油菜處理的土壤脫氫酶活性最低，在10和20 d取樣時期時，均顯著高于對照，但在30 d取樣時期時，與對照差異不顯著。隨著黃瓜植株生長，土壤中脫氫酶活性呈現(xiàn)升高趨勢。

圖7 不同填閑處理對土壤脫氫酶活性的影響Fig.7 Effect of different catch treatments on soil dehydrogenase activity

2.2.4 對土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖8可知，在各個取樣時期，各處理土壤過氧化氫酶活性均顯著高于對照，但在10 d取樣時期時，鼠尾草處理土壤過氧化氫酶活性最高，但在20和30 d取樣時期時，過氧化氫酶活性與對照相比差異逐漸降低，在20 d取樣時期時，小麥處理中的土壤過氧化氫酶活性最高，在30 d取樣時期時，蘇丹草處理的土壤過氧化氫酶活性最高。隨著黃瓜植株生長，土壤中過氧化氫酶活性呈上升趨勢。

圖8 不同填閑處理對土壤過氧化氫酶活性的影響Fig.8 Effect of different catch treatments on soil catalase activity

3 討論

大棚黃瓜多年連作后土壤環(huán)境惡化，連作障礙現(xiàn)象普遍發(fā)生，現(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者將連作障礙主要歸結(jié)為3大因素：致病菌積累、營養(yǎng)失衡及根系分泌物的自毒作用[12-13]。不同研究者提出了多種預(yù)防和解決方案[14-16]，其中套作、輪作、填閑等對解決連作障礙具有較好效果。根據(jù)不同作物需肥特點，在大棚夏季休閑期種植合適的填閑作物，可達到平衡土壤養(yǎng)分，減輕土壤鹽分積累，改善微生物環(huán)境目的。

本試驗結(jié)果可知，六種夏季填閑作物均能有效降低連作黃瓜根區(qū)土壤EC值，明顯降低土壤鹽分累積，對減少日光溫室土壤次生鹽漬化具有重要作用。各個填閑處理的速效氮和速效鉀均顯著低于對照，說明夏季種植填閑作物可減緩?fù)寥乐兴傩У退傩р浉患?，減緩次生鹽漬化發(fā)生?？赡苁怯捎谔铋e作物的生長吸收土壤中營養(yǎng)所致。各個填閑處理的速效磷含量均顯著高于對照，這對于釋放土壤中固定的磷素養(yǎng)分具有積極意義，可提高土壤中磷的釋放和利用，其原因還有待進一步研究。

土壤酶是評價土壤質(zhì)量最有效的指標(biāo)之一，土壤酶活性極易受土壤環(huán)境因子影響，酶活性生物特性比土壤有機質(zhì)、養(yǎng)分含量等其他理化形狀能更敏感地對土壤質(zhì)量變化作出響應(yīng)[17]。Kennedy等研究認為土壤生物學(xué)性質(zhì)可用來反映農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和土壤生產(chǎn)力變化[18]。土壤酶中脲酶參與土壤氮素轉(zhuǎn)化，為作物生長提供氮源。邱莉萍等研究表明脲酶與土壤肥力呈極顯著正相關(guān)[19]，認為脲酶活性可作為土壤肥力正相關(guān)指標(biāo)，而本研究結(jié)果表明，在不同夏季填閑模式條件下脲酶活性均增高，表明夏季填閑作物有助于改善土壤氮素轉(zhuǎn)化。填閑植物對土壤微生物量、區(qū)系組成以及代謝過程造成改變，使主要由土壤微生物產(chǎn)生土壤酶數(shù)量和活性發(fā)生變化，改善土壤生態(tài)環(huán)境[20-23]。由于本試驗采用盆栽方式，其環(huán)境條件（如土壤中水分流動、植物根系生長）均會與田間有很大差別。而這些差別會同時影響到填閑作物殘茬的腐解及其它相關(guān)土壤生態(tài)過程，尤其是土壤營養(yǎng)的固持、礦化及流失。因此，不同填閑作物對土壤營養(yǎng)含量及酶活性影響還需要在田間條件下進一步研究。

4 結(jié)論

夏季填閑不同作物對于增強土壤酶活性，改善土壤化學(xué)性狀均有顯著影響。對于降低土壤EC值，降低土壤速效氮和鉀的富集，提高速效磷含量方面，葉菜類油菜要優(yōu)于禾本科蘇丹草、小麥和黑麥，優(yōu)于唇形科羅勒和鼠尾草。禾本科蘇丹草、小麥和黑麥在增強土壤酶活性方面要優(yōu)于唇形科羅勒和鼠尾草，優(yōu)于葉菜類油菜。因此，蘇丹草、小麥和黑麥比較適合用于夏季填閑。

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