不同間作模式對溫室連作番茄產(chǎn)量、土壤微生物和酶的影響

張海春，張　浩，胡曉輝

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，烏魯木齊　830091；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西楊凌　712100)

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不同間作模式對溫室連作番茄產(chǎn)量、土壤微生物和酶的影響

張海春1，張浩2，胡曉輝2

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，烏魯木齊830091；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西楊凌712100)

為明確不同間作模式對番茄連作障礙的影響，將生菜和芹菜2種作物分別與番茄間作，研究間作對番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及根系土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響。結(jié)果表明，間作處理可以顯著增加連作土壤中微生物總量、細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌的比例，顯著降低真菌數(shù)量，同時(shí)提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性，從而減輕連作對番茄生長的影響，提高番茄產(chǎn)量，緩解番茄連作障礙。

間作；連作障礙；番茄；產(chǎn)量；土壤微生物；土壤酶

隨著設(shè)施蔬菜規(guī)?；?、專業(yè)化生產(chǎn)水平的不斷提高，在利益的驅(qū)動(dòng)下，設(shè)施栽培品種主要局限于經(jīng)濟(jì)效益相對較高的茄果類蔬菜。番茄(Solanumlycopersicum)是中國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中主要的栽培種類，由于栽培種類單一且連年種植，導(dǎo)致蔬菜根際生態(tài)環(huán)境惡化，微生物區(qū)系改變；病原真菌數(shù)量增加，有益拮抗菌數(shù)量減少，由“細(xì)菌型”土壤向“真菌型”土壤轉(zhuǎn)化；土壤病蟲基數(shù)增加，根際土壤放線菌密度降低等一系列不良現(xiàn)象，嚴(yán)重影響番茄的生長發(fā)育，從而導(dǎo)致大幅減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，成為果菜栽培高效可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題。導(dǎo)致連作障礙發(fā)生的因子是植物-土壤系統(tǒng)內(nèi)多種因子綜合作用的結(jié)果[1]。根際土壤微生物種群結(jié)構(gòu)及土壤酶活性是評價(jià)土壤微生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)[2-3]。研究表明，連作土壤的微生物種群結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，主要微生物數(shù)量和土壤酶活性不同程度地下降[4]?？茖W(xué)的種植模式和種植制度可以合理利用土壤養(yǎng)分，增強(qiáng)土壤酶活性，減少病、蟲、雜草危害，改善土壤的微生物區(qū)系，為作物生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加經(jīng)濟(jì)效益，對防治設(shè)施蔬菜連作障礙、實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬菜可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義[3]，是目前應(yīng)用較廣且效果明顯的措施之一。研究表明，間作不僅可充分利用作物地上部分空間資源，還有助于提高土壤養(yǎng)分[5]和生物量[6]，增加土壤酶活性[7]，番茄與架豆間作，可以節(jié)肥增產(chǎn)[8]。連作土壤下番茄間作其他作物，是否有利于改善土壤環(huán)境，提高產(chǎn)量？相關(guān)研究報(bào)道甚少，因此，本試驗(yàn)研究番茄-生菜和番茄-芹菜2種間作模式對番茄產(chǎn)量及土壤環(huán)境的影響，以探討不同間作模式對連作土壤的修復(fù)效應(yīng)及其關(guān)鍵技術(shù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

田間試驗(yàn)于2011 年9 月-2012 年7 月在西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝場試驗(yàn)基地塑料大棚中進(jìn)行。供試番茄品種為目前生產(chǎn)主栽品種‘金棚一號’，生菜品種為‘美國大速生菜’，芹菜品種為‘高優(yōu)他西芹’，種子均購于西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)城種業(yè)科技中心。

1.2試驗(yàn)方法

日光溫室內(nèi)穴盤育苗。子葉展開移苗，待番茄幼苗長到3葉1心時(shí)，定植到不同連作土壤中。采用槽栽方式，每個(gè)栽培槽做2個(gè)栽培壟，壟寬60 cm，高30 cm，定植株距30 cm，行距60 cm。緩苗7 d，生菜和芹菜2種間作物播種在番茄栽培壟的兩側(cè)，距番茄植株5 cm處，采用條播。具體試驗(yàn)處理為①非連作土壤栽培(CK)；②連作4 a土壤栽培(T1)；③連作土壤間作生菜栽培(T2)；④連作土壤間作芹菜栽培(T3)。每處理3個(gè)栽培槽，隨機(jī)排列。常規(guī)方法管理，留4層花打頂。

土壤樣品的采集：在番茄果實(shí)膨大期采集土壤樣品，每處理隨機(jī)選取3份，采集0 ～ 20 cm深，離植株約5 cm處的土壤，混合均勻后一部分置于4 ℃冰箱保存，用于土壤中微生物區(qū)系分析；另一部分風(fēng)干保存，用于土壤中酶活性的測定。

1.3測定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤微生物的測定細(xì)菌、真菌、放線菌采用平板培養(yǎng)計(jì)數(shù)法，人工氣候箱培養(yǎng)記數(shù)。細(xì)菌分離采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，放線菌分離采用改良高氏一號瓊脂培養(yǎng)基，真菌分離采用馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基。微生物計(jì)數(shù)的基本單位為CFU/g。

1.3.3番茄產(chǎn)量測定及品質(zhì)分析在番茄果實(shí)成熟后，連續(xù)記載各處理每次采收的果實(shí)數(shù)和小區(qū)果實(shí)產(chǎn)量。番茄果實(shí)可溶性固形物采用糖度計(jì)測定，有機(jī)酸采用NaOH滴定法測定，維生素C采用鉬藍(lán)比色法。

定植前土壤物理性狀及干土中養(yǎng)分狀況見表1。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2003、SAS 8.2軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用Duncan’s多重比較法(P<0.05)對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2　結(jié)果與分析

2.1不同間作處理對土壤微生物種群的影響

由表2可以看出，與對照(CK)相比，連作(T1)處理的微生物總量顯著低于CK，降低了49.21%。連作條件下套作萵苣(T2)和芹菜(T3)處理的微生物數(shù)量增加，分別比CK增加89.83%和109.67%。T1處理的土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著低于CK處理，分別比CK處理降低52.38%和32.30%；而T1處理的真菌數(shù)量顯著高于CK處理，比CK增加了209.83%。T2和T3處理可以顯著增加土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量，降低真菌數(shù)量。在土壤中，細(xì)菌類群占主要比例，其活性的高低直接影響土壤中有機(jī)物的降解效率[7]。從細(xì)菌和真菌的比值來看，T1處理顯著低于CK處理，而不同套作模式可以增加連作土壤細(xì)菌/真菌比值。

表1　定植前土壤物理性狀及干土中養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

Note：Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level.The same as below.

表2　不同間作處理土壤微生物數(shù)量

2.2不同間作處理對土壤中酶活性的影響

土壤酶活性是土壤肥力的重要標(biāo)志，與土壤的理化性質(zhì)和水熱狀況、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等密切相關(guān)。由表3可以看出，連作土壤的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性顯著低于CK處理。T2處理的脲酶和過氧化氫酶活性與T1處理無顯著差異，磷酸酶和蔗糖酶活性顯著高于T1處理，分別增加154.60%和158.41%。與T1處理相比，T3處理的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性顯著增加，分別比T1處理增加22.73%、168.83%、237.12%和33.82%。

表3　不同間作處理土壤酶活性

2.3不同間作處理對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表4可以看出，T1處理的番茄單果質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量顯著低于CK。與T1相比，T2的平均單果質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量分別顯著增加了22.22%和43.62%；T3的平均單果質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量分別顯著增加了55.56%和37.44%。T1處理的果實(shí)有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于CK，T2和T3處理的番茄果實(shí)有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于T1。T1處理的番茄果實(shí)可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于CK；T2和T3與T1處理無顯著差異。T1處理的番茄果實(shí)維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)與CK無顯著差異，而其他處理顯著低于CK和T1處理。

表4　間作處理下連作番茄果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)

3　討 論

不同作物或同一作物在不同生育階段，其根系微生物的數(shù)量、種類差異很大[8-9]。研究表明，合理的種植制度可以提高連作土壤真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量[10]，對土壤有一定的修復(fù)效果。土壤細(xì)菌依靠分解土壤有機(jī)物、植物代謝或次級代謝產(chǎn)物后的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行增殖。土壤細(xì)菌不僅能將某些植物不能直接利用的有機(jī)物分解為可吸收的小分子物質(zhì)，某些細(xì)菌還可以降低土壤病菌對植物體的毒害作用，減少土傳病害的發(fā)生[11]。本試驗(yàn)中，連作土壤的細(xì)菌數(shù)量顯著降低，而間作處理可以增加土壤細(xì)菌數(shù)量，進(jìn)而可以穩(wěn)定番茄作物根系微生態(tài)環(huán)境，并為根際提供養(yǎng)分，促進(jìn)番茄的生長發(fā)育。研究表明，放線菌可以轉(zhuǎn)化土壤有機(jī)養(yǎng)分、分泌特異性抗生素、向作物根際周圍釋放具有廣譜抗菌性的酶制劑，抑制土壤病害的病源微生物活性，調(diào)控西瓜枯萎病和立枯病的發(fā)生[12]。間作處理可以在番茄生長全階段增加土壤放線菌數(shù)量，緩解連作障礙對番茄的不利影響。在土壤中，細(xì)菌類群占主要比例，其活性的高低直接影響土壤根中有機(jī)物的降解效率[7]。本試驗(yàn)中，各處理的細(xì)菌數(shù)量在植物根系微生物數(shù)量中占很大比例。本試驗(yàn)條件下，連作土壤微生物數(shù)量降低，微生物數(shù)量表現(xiàn)為細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)化，這與研究學(xué)者的結(jié)果一致[13]。研究表明，細(xì)菌和放線菌數(shù)量增多能夠促進(jìn)番茄植株生長及生物量合成，本試驗(yàn)也得到類似的結(jié)果，即間作處理的土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量增加，促進(jìn)番茄的生長發(fā)育。

土壤酶活性可以間接地反應(yīng)土壤中某些營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況，以及土壤肥力的演變趨勢[14]。設(shè)施連作栽培情況下，土壤酶活性下降，有害物質(zhì)積累、土傳病蟲害加重及植物的自毒作用，從而加劇連作障礙的產(chǎn)生和危害[15]。眾所周知，過氧化氫酶在腐殖質(zhì)的形成過程中具有重要作用，它能破壞土壤中生化反應(yīng)生成的過氧化氫，減輕對植物的危害。本試驗(yàn)結(jié)果表明，間作可以增強(qiáng)連作土壤的過氧化氫酶活性，為植物生長發(fā)育提供一個(gè)較有利的根際環(huán)境。脲酶能促進(jìn)有機(jī)物分子中肽鍵的水解，其活性提高有利于土壤有機(jī)氮向有效氮的轉(zhuǎn)化，提高土壤中氮素的供應(yīng)水平。本試驗(yàn)中，連作番茄土壤間作處理能夠提高連作土壤脲酶活性，這表明套作處理能夠提高土壤中氮素的供應(yīng)水平，進(jìn)而促進(jìn)番茄的生長發(fā)育。蔗糖酶可使蔗糖分解成葡萄糖和果糖，對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用[16]，其活性能夠反映土壤熟化程度和肥力水平。研究證明蔗糖酶活性高的土壤生物活性較好、土壤肥力較高、土壤狀況良好[17-18]。研究表明，番茄連作土壤堿性磷酸酶活性隨著連作年限的延長而增加，過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶活性則下降，其中過氧化氫酶和脲酶活性的下降幅度較大，蔗糖酶活性下降幅度較小[19]。本試驗(yàn)中，連作番茄土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性均低于對照處理，這可能與番茄自身生長發(fā)育對外界營養(yǎng)和自身分泌物質(zhì)對土壤影響有關(guān)。

研究表明，連作土壤抑制番茄種子萌發(fā)和生長發(fā)育，并降低番茄產(chǎn)量和品質(zhì)，造成這種現(xiàn)象的主要原因是連作土壤的物理化學(xué)性狀嚴(yán)重惡化，根系分泌累積有毒物質(zhì)，葉根莖的化感自毒物質(zhì)積聚[20]。本試驗(yàn)中，連作土壤顯著降低番茄產(chǎn)量，品質(zhì)變劣，這樣與前人的研究結(jié)果一致[16]。姜忠廷等[10]研究發(fā)現(xiàn)套作可以促進(jìn)西瓜生長，緩解西瓜的連作障礙。本試驗(yàn)條件下，連作土壤套作生菜和芹菜可以顯著促進(jìn)番茄生長發(fā)育，并增加番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。套作生產(chǎn)處理的番茄生長和產(chǎn)量由于套作芹菜處理，可能是由于生產(chǎn)地上部冠幅小，對番茄幼苗光合利用率影響小，而套作作物芹菜，地上部葉片先對高，水肥利用率較高，與番茄幼苗競爭部分養(yǎng)分，同時(shí)影響番茄幼苗的光合作用，對番茄前期生長的促進(jìn)作用不如套作作物生菜的效果明顯。

4　結(jié) 論

間作處理改善連作番茄土壤中根系微生物數(shù)量和土壤酶活性。間作處理可以顯著增加連作土壤中微生物總量、細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌比例，顯著降低真菌數(shù)量，同時(shí)提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性，從而減輕連作對番茄生長的影響，提高番茄產(chǎn)量。

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Corresponding authorHU Xiaohui,female,Ph.D,associate professor.Research area:protected-land agriculture theory and production technology.E-mail:hxh1977@163.com

(責(zé)任編輯：潘學(xué)燕Responsible editor:PAN Xueyan)

Effects of Different Intercropping Patterns on Tomato Yield and Soil Microflora and Enzymes Activities in Continuous Cropping

ZHANG Haichun,ZHANG Hao and HU Xiaohui

( 1.Agricultural Mechanization Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi830091,China；2.College of Horticulture,Northwest A&F University,Yangling Shaanxi712100,China)

For making clear the effect of different intercropping patterns on obstacle in tomato continuous croppping,we intercroped lettuce with tomato,celery with tomato to study the effects of intercropping on tomato yield and microflora characteristics and enzymes activities in the soil.The results showed that intercropping significantly increased the number of total micro-biomass,bacteria number and ratio of bacteria to fungus in the continuous cropping soil,and increased the activities of sucrae,urease,phosphatase and catalase in the continuous cropping soil. Thus,intercropping could promote the tomato growth,and increase yield,and prevent the obstacle of continuous cropping of tomato.

Intercropping; Continuous cropping obstacle; Tomato; Yield; Soil microflora; Soil enzyme

2015-12-04Returned2016-01-10

Key Research Project of Shaanxi Province(No.2015NY102).

ZHANG Haichun,male,associate research fellow. Research area:protected-land horticulture and device.E-mail:50222243@qq.com

2015-12-04

2016-01-10

陜西省科技攻關(guān)(2015NY102)。

張海春，男，副研究員，研究方向?yàn)樵O(shè)施園藝與裝備。E-mail:50222243@qq.com

胡曉輝，女，博士，副教授，研究方向?yàn)樵O(shè)施農(nóng)業(yè)理論與生產(chǎn)技術(shù)。E-mail:hxh1977@163.com

S318

A

1004-1389(2016)08-1218-06

網(wǎng)絡(luò)出版日期：2016-07-14

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160714.1105.030.html