凹土和有益微生物菌液對淮安紅椒連作土壤養(yǎng)分和酶活性的影響

任旭琴++陳伯清++彭莉++朱園園++楊萬里++譚斌

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.141

摘要：在分析淮安紅椒連作10年大棚土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性變化基礎(chǔ)上，研究了早春和秋延遲紅椒施用有益微生物菌液、凹土+有益微生物菌液后連作土壤中有機(jī)質(zhì)、有效養(yǎng)分和酶活性的變化。結(jié)果表明，與露地相比，紅椒連作土壤中的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著升高，脲酶、蔗糖酶、蛋白酶活性顯著降低，過氧化氫酶活性顯著升高；有益微生物菌液能夠顯著促進(jìn)紅椒對土壤有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分的吸收和利用，降低土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，能夠顯著改善根際土壤微生態(tài)，提高土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶活性，降低過氧化氫酶活性；凹土和有益微生物能夠進(jìn)一步促進(jìn)土壤養(yǎng)分的吸收利用，降低連作土壤有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分含量，使土壤酶活性更接近露地水平。

關(guān)鍵詞：有益微生物；凹土；連作；土壤養(yǎng)分；土壤酶；酶活性；淮安紅椒；連作障礙；土壤生態(tài)修復(fù)

中圖分類號：S344.4；S641.304；X171.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0491-03

收稿日期：2015-08-10

基金項(xiàng)目：江蘇省科技支撐計劃（編號：BE2013376）；江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新計劃（編號：201511049057X、201511049015Z）。

作者簡介：任旭琴（1973—），女，山西高平人，博士，副教授，從事園藝植物環(huán)境與營養(yǎng)生理研究。E-mail：824332973@qq.com?；窗彩墙K省的辣椒主產(chǎn)區(qū)，淮安紅椒在全國鮮紅椒市場有著舉足輕重的地位，可以影響全國各個地區(qū)鮮紅椒市場的行情。“淮安紅椒”已成為國家地理標(biāo)志證明商標(biāo)。由于長期周年生產(chǎn)，淮安紅椒種植出現(xiàn)了嚴(yán)重的連作障礙現(xiàn)象，對紅椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。凹土是一種具有優(yōu)良吸附性能和膠體性能的天然富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，是搭載微生物的友好載體，還能吸附土壤中的營養(yǎng)元素，增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，保持并調(diào)節(jié)土壤肥力，調(diào)節(jié)pH值，促進(jìn)植物生長，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、肥料控釋技術(shù)及土壤改良等方面[1-2]。微生物菌劑是一類能共生的、有互補(bǔ)作用的、人工培植的微生物菌群經(jīng)混合后制成的活性物質(zhì)，它含有大量的有益活菌物質(zhì)及多種天然發(fā)酵活性物質(zhì)，能夠在根區(qū)土壤繁殖形成有利于作物生長的微生物優(yōu)勢菌群，來調(diào)節(jié)根際營養(yǎng)環(huán)境，制造和協(xié)助作物吸收營養(yǎng)，改善和恢復(fù)土壤微生態(tài)平衡[3]。利用微生物進(jìn)行土壤生態(tài)修復(fù)，改變土壤微生物種群結(jié)構(gòu)，重建土壤微生物系統(tǒng)動態(tài)平衡，已成為克服土壤連作障礙的重要手段。目前尚未見到凹土和益生菌在防治辣椒連作障礙上的應(yīng)用。本研究在分析淮安紅椒連作土壤養(yǎng)分和酶活性基礎(chǔ)上，研究了凹土和有益微生物菌液對淮安紅椒連作土壤中有機(jī)質(zhì)、有效養(yǎng)分和土壤酶活性的影響，希望為緩解淮安紅椒連作障礙提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

紅椒品種為中華紅巨椒，穴盤苗購自淮安市蔬菜研究所；凹土原土采自江蘇省盱眙白虎山，由江蘇省凹土資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，經(jīng)研磨并篩分至1 mm以下；有益微生物菌液為光合菌、乳酸菌、酵母菌為主體的多種有益微生物復(fù)合制劑，微生物含量為200億/mL，購自康源綠洲生物科技（北京）有限公司；有機(jī)肥購自淮安柴米河農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司；復(fù)合肥購自江蘇省淮安市蔬菜研究所，含N、P2O、K2O均為15%。

1.2試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)在江蘇省淮安市清浦區(qū)淮安紅椒示范基地進(jìn)行，供試土壤為連作10年的塑料大棚，連作障礙嚴(yán)重。

于2013年8月至2014年7月在相同地塊分別種植秋延后和春提早兩茬紅椒，每667 m2施入有機(jī)肥1 500 kg，復(fù)合肥50 kg，定植6～7葉期辣椒幼苗，株行距40 cm×50 cm。結(jié)合整地做畦進(jìn)行土壤施肥處理，具體包括L0（有機(jī)肥）：以大棚土壤施有機(jī)肥為連作土壤對照；L1（有機(jī)肥+有益微生物菌液）：將有益微生物菌液與有機(jī)肥拌勻，比例為1 mL ∶1 kg，保持有機(jī)肥含水量60%～75%，堆放20 d，施入大棚土壤；L2（有機(jī)肥+有益微生物菌液+凹土）：將有益微生物菌液與有機(jī)肥拌勻，比例為1 mL ∶1 kg，再按750 kg/hm2拌入凹土，混勻，保持有機(jī)肥含水量60%～75%，堆放20 d，施入大棚土壤；CK（對照）：以相鄰露地施有機(jī)肥為非連作土壤對照。每處理120株，3次重復(fù)。秋延后和春提早辣椒大棚常規(guī)管理。

2014年7月10日左右，采集根圍0～20 cm土樣，風(fēng)干后搗碎過篩，測定土壤養(yǎng)分指標(biāo)，同時挖取生長完好、有代表性的辣椒植株，取其根際土壤（根系抖落的土壤），用于測定土壤酶活性。

1.3測定項(xiàng)目及方法

土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀-外加熱法[4]；堿解氮含量測定采用堿解擴(kuò)散法[4]；速效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法[4]；速效鉀含量測定采用醋酸銨浸提-火焰光度法[4]；土壤脲酶含量測定采用靛酚比色法[5]；蔗糖酶含量測定采用二硝基水楊酸比色法[6]；蛋白酶活性測定采用茚三酮比色法[7]；過氧化氫酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法[5]。

2結(jié)果與分析

2.1凹土和有益微生物菌液對淮安紅椒連作土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

隨著紅椒種植年限增加，連作障礙加重，椒農(nóng)開始有意識地通過增施有機(jī)肥來改良土壤，導(dǎo)致近幾年大棚土壤有機(jī)肥投入量較大，但是大棚密閉特殊環(huán)境不能使有機(jī)質(zhì)充分分解利用，大棚土壤中有機(jī)質(zhì)顯著升高，較露地相比，有機(jī)質(zhì)含量增高72.45%（表1）。有益微生物菌液和有機(jī)肥拌勻堆放，有利于微生物繁殖增殖，施入連作土壤后有益微生物與原土壤中的有害微生物產(chǎn)生競爭，能夠改變土壤中微生物種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量，豐富微生物多樣性，對土壤微生態(tài)有明顯改善，導(dǎo)致連作土壤的有機(jī)質(zhì)含量顯著下降，有機(jī)質(zhì)被分解利用率提高，與L0相比，有機(jī)質(zhì)下降22.6%（表1）。凹土是微生物良好的載體介質(zhì)，對有機(jī)肥中的養(yǎng)分和微量元素有良好的吸附性能，從表1可以看出，加入凹土后，土壤中有機(jī)質(zhì)含量降低幅度更大，較L1下降13.82%，說明凹土和益生菌互作能更好地促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的吸收利用。

2.2凹土和有益微生物菌液對淮安紅椒連作土壤有效養(yǎng)分含量的影響

從表1可以看出，紅椒連作能夠造成大棚土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀含量顯著增加，與露地相比，速效磷富集最嚴(yán)重，增加幅度達(dá)到121.9%，這與磷肥施用量大和當(dāng)季利用率低有關(guān)。研究認(rèn)為，磷肥只有10%～25%能被當(dāng)季作物吸收利用，加上多年種植蔬菜和連年施用有機(jī)肥與磷素化肥，磷素就在土壤中迅速積累起來了[7]。多年連作中化肥施用量大，施肥種類單一，加上設(shè)施內(nèi)不受雨淋，也造成了氮肥和鉀肥在耕層中富集，造成土壤鹽漬化嚴(yán)重。用有益微生物菌液連續(xù)處理兩茬辣椒后，連作土壤中的堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著下降。與L0相比，L1的堿解氮含量下降25.9%；添加凹土和有益微生物能夠使堿解氮含量進(jìn)一步降低，L2的堿解氮較L0下降33.8%，接近露地（CK）水平。凹土和有益微生物對速效磷的分解利用也有顯著影響，從表1可以看出，雖然L1和L2的速效磷含量仍顯著高于CK，但2個處理都能夠使大棚土壤的速效磷含量顯著下降，與L0相比，速效磷含量分別下降12.8%和16.3%。速效鉀表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，經(jīng)過有益微生物菌液處理后，大棚土壤中速效鉀含量顯著下降，凹土和有益微生物互作進(jìn)一步使速效鉀含量下降，但二者的速效鉀含量仍均顯著高于露地。

2.3凹土和有益微生物菌液對淮安紅椒根際土壤酶活性的影響

作為土壤的重要組成部分，土壤酶參與包括土壤生物化學(xué)過程在內(nèi)的自然界物質(zhì)循環(huán)，在土壤的發(fā)生發(fā)育以及土壤肥力的形成過程中起重要作用[8]。連作土壤熟化程度和肥力水平低、有害物質(zhì)積累和土壤病害嚴(yán)重，與土壤微生態(tài)變化密切相關(guān)。脲酶、蔗糖酶和蛋白酶都屬于水解酶，過氧化氫酶屬于氧化酶，它能促進(jìn)過氧化氫分解成水和氧氣，從而解除過氧化氫對生物和土壤的毒害作用，其活性與解毒強(qiáng)度呈正相關(guān)。由圖1可知，連作10年后，大棚土壤中脲酶、蔗糖酶、蛋白酶活性較露地（CK）顯著降低，而過氧化氫酶活性則顯著增強(qiáng)；有益微生物菌液（L1）處理后，淮安紅椒根際土壤酶活性均有顯著變化，與L0相比，脲酶、蔗糖酶、 蛋白酶活性顯著增

強(qiáng)，而過氧化氫酶活性顯著降低；凹土和益生菌處理則能夠進(jìn)一步增強(qiáng)土壤中脲酶、蔗糖酶和蛋白酶的活性，抑制過氧化氫酶活性。

3結(jié)論與討論

長期連作往往施肥具有相對固定性，而特定作物對肥料具有選擇性吸收，易造成土壤養(yǎng)分的不均衡。范亞娜等研究表明，連作使土壤養(yǎng)分失衡，N、P、K比失調(diào)，土壤鹽漬化程度高[9]。在大棚土壤鹽漬化過程中，硝態(tài)氮是增加最多的一種陰離子，它的積累是引起土壤次生鹽漬化的原因之一[10]。高慧等研究表明，大棚內(nèi)土壤有效養(yǎng)分含量均高于露地，0～20 cm 土層的含量隨種植年限的增加而增加[11]。郭紅偉等發(fā)現(xiàn)，連作6年后的大棚辣椒土壤明顯出現(xiàn)養(yǎng)分富集現(xiàn)象和次生鹽漬化現(xiàn)象[12]。張振華等研究表明，大棚土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量明顯高于露地，速效磷和速效鉀呈高度富集狀況[13]，本研究結(jié)果這與其基本一致。土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量有密切的相關(guān)性，能加速土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，其活性的改變將影響土壤養(yǎng)分釋放，從而影響作物生長。連作會影響土壤酶活性，但不同作物乃至同一作物連作后土壤酶活性的研究結(jié)果不一致。董艷等認(rèn)為設(shè)施種植年限和栽培制度對土壤微生物多樣性和土壤酶活性產(chǎn)生顯著影響，隨著連作年限增加，土壤酶活性降低，土壤生態(tài)環(huán)境惡化[14]。孫秀山等報道，隨花生連作年限的增加，土壤的堿性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均有逐年降低趨勢[15]。西瓜隨著種植年限的增加，蛋白酶、多酚氧化酶也同樣呈現(xiàn)先升后降趨勢，脲酶整體呈下降趨勢，蔗糖酶呈上升趨勢[16]。辣椒連作后土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性顯著上升[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，紅椒長期連作使土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶活性顯著降低，而過氧化氫酶活性顯著增強(qiáng)，這與何志剛等的研究結(jié)果[18]相符。

添加有益微生物可以改善和平衡設(shè)施生態(tài)環(huán)境中微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣化，抑制土壤病原菌，修復(fù)土壤生態(tài)。研究表明，施用生物有機(jī)肥能顯著提高土壤酶活性，活化土壤養(yǎng)分，從而增加耕層土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，提高土壤肥力[19-20]。范潔群等利用微生物菌肥提高了桃園土壤的有效磷、有機(jī)質(zhì)含量等，促進(jìn)了桃樹的生長[21]。孫倩等通過秸稈生物反應(yīng)堆和菌肥配套處理，發(fā)現(xiàn)該處理能顯著改善溫室連生物反應(yīng)堆和菌肥配套處理，發(fā)現(xiàn)該處理能顯著改善溫室連作土壤，增加作物產(chǎn)量[22]。王濤等認(rèn)為4種微生物菌肥能改善黃瓜連作土壤，其中多功能木霉菌肥處理能降低連作土壤容重，提高土壤孔隙度[23]。本研究中，菌液中的光合菌、乳酸菌、酵母菌等有益微生物施入大棚土壤后，有益微生物的競爭性大大增強(qiáng)，大棚土壤微生態(tài)被顯著改善，導(dǎo)致大棚土壤有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分的利用率提高，土壤中養(yǎng)分富集減少，土壤脲酶、蔗糖酶和蛋白酶活性增強(qiáng)，過氧化氫酶活性降低。

凹土具有良好的吸附性、離子交換性、分散性及環(huán)境友好性等特征。劉總堂等研究認(rèn)為，施加有機(jī)黏土可以使六六六有效固定在土壤中，減少其對環(huán)境的危害[24]。任旭琴等研究表明，凹土能夠吸附土壤中的鄰苯二甲酸二丁酯，修復(fù)鄰苯二甲酸二丁酯對辣椒造成的自毒作用[25]，同時，凹土基修復(fù)劑能夠通過降低土壤中鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二異丁酯的有效含量，使土壤酶活性增強(qiáng)，改善土壤微生態(tài)，通過增強(qiáng)根系保護(hù)酶活性，降低膜脂過氧化，擴(kuò)大根系活躍吸收面積，增強(qiáng)根系活力，從而提高有效養(yǎng)分利用率，促進(jìn)辣椒生長[26]。另外，凹土作為微生物的良好載體和保護(hù)劑，對微生物具有良好的生物親和性。趙玉萍等研究指出，凹土對嗜酸乳桿菌、糞鏈球菌和保加利亞乳桿菌的最大吸附率分別達(dá)到89.08%、84.24%、89.42%[27]。馬喜君研究指出，凹土陶粒固定微生物對處理農(nóng)村生活污水有顯著效果[28]。本研究用凹土和有益微生物菌液處理連作土壤后發(fā)現(xiàn)，土壤有效養(yǎng)分利用率進(jìn)一步提高，土壤養(yǎng)分富集進(jìn)一步減少，土壤酶活性變化更加顯著。推測不僅益生菌對土壤環(huán)境有顯著改善作用，凹土對營養(yǎng)元素的吸附緩釋作用也是重要原因，另外凹土和益生菌之間應(yīng)該存在顯著互作性，凹土更有利于益生菌的存活、繁殖和競爭。

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