輪作模式對(duì)日光溫室土壤特性影響的研究

王文嬌，曹晶晶，呂思琪，李梅蘭，侯雷平

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

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輪作模式對(duì)日光溫室土壤特性影響的研究

王文嬌，曹晶晶，呂思琪，李梅蘭，侯雷平*

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

[目的]篩選可有效緩解土壤鹽漬化及改善土壤酶活性的輪作模式。[方法]本試驗(yàn)以不同輪作模式的溫室土壤為研究對(duì)象，分析土壤的pH值、EC值及4種主要酶(脲酶、蔗糖酶、磷酸酶(酸性、堿性)、過氧化氫酶)的酶活性。[結(jié)果]4種輪作模式中，茄子-番茄-草莓輪作模式的土壤pH值最高且土壤EC值最低，表明這種輪作模式緩解土壤的鹽堿化程度的效果較好；不同輪作模式的4種土壤酶的酶活性各不相同，其中茄子-番茄-草莓輪作模式的溫室土壤的酶活性均較高，與深土層相比，溫室淺土層的土壤酶活性較高。[結(jié)論]比較幾種輪作模式，茄子-番茄-草莓輪作有利于降低土壤鹽漬化程度，土壤酶活性也保持在一定水平，可作為較為理想的短期輪作模式。

日光溫室； 輪作； 土壤酶活性； pH； EC

連作障礙作為各個(gè)作物生產(chǎn)中都會(huì)發(fā)生的一種危害，已成為世界性難題，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失[1]。不同作物間輪作是連作障礙的最佳防范措施[2]。輪作可有效改善連作引起土壤養(yǎng)分不均衡、酶活改變和土壤理化性狀不良。

土壤次生鹽漬化是導(dǎo)致設(shè)施土壤連作障礙的原因之一[3,4]。土壤pH值和EC值是評(píng)價(jià)土壤鹽漬化的直接指標(biāo)。土壤pH值與土壤中營(yíng)養(yǎng)元素能否被植物吸收利用密切相關(guān)。EC值表示溶液中的可溶性鹽濃度，其值越高表示土壤鹽漬化越嚴(yán)重，根系受到的傷害越大。景宇鵬等研究表明，土壤的鹽漬化程度是影響土壤酶活性的關(guān)鍵因素之一[5]。土壤酶的主要來源是土壤微生物及土壤中原生動(dòng)物的分泌物，是土壤中有機(jī)物轉(zhuǎn)化的重要的催化劑[6]。土壤酶活性是反映土壤肥力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，酶活性較高的土壤，其生化過程較活躍、生產(chǎn)性能也較好[7,8]。土壤中脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶等活性水平，以及酶活性之間的關(guān)系對(duì)于評(píng)價(jià)土壤肥力有著重要意義[9]。前人研究表明，土壤中脲酶、過氧化氫酶以及磷酸酶的酶活性提高會(huì)顯著增加黃瓜產(chǎn)量[10]。其中，脲酶的酶促反應(yīng)產(chǎn)物可以供給植物利用的氮源，其活性可以用來表征土壤的供氮能力[11]。蔗糖酶屬于水解酶類，它參與碳水化合物的轉(zhuǎn)化，其酶促反應(yīng)產(chǎn)物可以為植物、微生物提供碳源[7]；土壤蔗糖酶的酶活性在一定程度上反映了土壤的呼吸強(qiáng)度[11]。磷酸酶的作用是參與進(jìn)入土壤中或累積在土壤中的含磷化合物的磷素循環(huán)，其酶促作用的產(chǎn)物是有效磷，為植物提供磷素營(yíng)養(yǎng)源[7],其活性能夠表示土壤的有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化狀況及其生物有效性，反映土壤中的磷素營(yíng)養(yǎng)狀況[11]。過氧化氫酶作為氧化還原酶中的一種，其活性與土壤中腐殖質(zhì)化強(qiáng)度相關(guān)，同時(shí)與土壤中的有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度有著密切關(guān)系[7]。

為了篩選出可有效緩解土壤鹽漬化及改善土壤酶活性的輪作模式，于2015 年4月對(duì)4種不同輪作模式的溫室土壤以及露地土壤進(jìn)行取樣，分析土壤的pH值、EC值以及4種主要酶的酶活性，旨在為緩解日光溫室土壤鹽漬化，生產(chǎn)提質(zhì)增效提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)以4種輪作模式(I西葫蘆-番茄-黃瓜輪作、II黃瓜-草莓-番茄輪作、III茄子-番茄-草莓輪作、IV西葫蘆-番茄-茄子輪作)的種植土壤為供試土壤，并利用露地土壤作為對(duì)照(CK)進(jìn)行土壤分析測(cè)定。供試黃瓜品種為“98”，番茄品種為“北斗皇妃”，草莓品種為“紅顏”，茄子品種為“盛園一號(hào)”，西葫蘆品種為“冬圣”。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2015 年4月在山西省呂梁市交城縣宏禾園中的7號(hào)(西葫蘆-番茄-黃瓜輪作)、15號(hào)(黃瓜-草莓-番茄輪作)、29號(hào)(茄子-番茄-草莓輪作)、37號(hào)(西葫蘆-番茄-茄子輪作)日光溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室為鋼架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)88 m，跨度9 m，脊高3.8 m，種植年限為5年，連續(xù)采用相同的輪作模式。

1.3 試驗(yàn)方法

土壤采集采用S型五點(diǎn)取樣法，分別在露地土壤及四個(gè)輪作模式的溫室中取樣。每個(gè)取樣點(diǎn)分別選取0～20 cm、20～40 cm土層的土樣。將土樣中的碎石塊、植物根系等雜物剔除，待土樣自然風(fēng)干后，用100目篩子過篩備用。

土壤pH用雷磁 PHS-3C pH儀(水土比2.5∶1)測(cè)定。

土壤EC值用實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式電導(dǎo)率測(cè)試儀(水土比5∶1)測(cè)定。

土壤脲酶活性運(yùn)用苯酚鈉比色法測(cè)定[12]。

土壤蔗糖酶活性運(yùn)用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[10]。

土壤磷酸酶活性運(yùn)用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定[12]。

土壤過氧化氫酶活性測(cè)定采用紫外分光光度法，酶活性以20 min內(nèi)每克土壤分解的過氧化氫的毫克數(shù)表示[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)由Excel軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪圖，采用SAS 軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作模式土壤pH值及EC值比較

由表1可見，4種輪作模式的土壤pH值均低于露地土壤。露地土壤在0～20 cm土層和20～40 cm土層的pH值顯著高于西葫蘆-番茄-黃瓜輪作、西葫蘆-番茄-茄子輪作，與其它2個(gè)輪作模式差異不顯著。不同土層深度相比，0～20 cm土層的pH值均比20～40 cm土層低。4個(gè)模式輪作土壤pH相比，黃瓜-草莓-番茄輪作和茄子-番茄-草莓輪作在0～20 cm土層和20～40 cm土層中土壤pH值均高于其它2種輪作模式。

4種輪作模式的土壤EC值均高于露地土壤。0～20 cm土層，西葫蘆-番茄-黃瓜輪作、西葫蘆-番茄-茄子輪作、茄子-番茄-草莓輪作、黃瓜-草莓-番茄輪作的土壤EC值分別為露地土壤的3.33倍、2.35倍、1.63倍、1.57倍。20～40 cm土層，西葫蘆-番茄-黃瓜輪作、西葫蘆-番茄-茄子輪作、黃瓜-草莓-番茄輪作、茄子-番茄-草莓輪作的土壤EC值分別為露地土壤的2.56倍、1.99倍、1.87倍、1.30倍。不同土層深度相比，0～20 cm土層土壤EC值均比20～40 cm土層高。4種輪作模式的土壤EC值相對(duì)比，西葫蘆-番茄-黃瓜輪作土壤EC值極顯著高于其它輪作模式。

表1 供試土壤pH值及EC值

注：CK為對(duì)照，表中大寫字母和小寫字母分別表示1%和5%水平的差異顯著性

Note：CK is control, different capital letters and case letters show significant difference at the 0.01 and 0.05 level in the same row

綜合來看，4種輪作模式的土壤均為微堿性。4種輪作模式的土壤EC值均比露地土壤高，其中西葫蘆-番茄-黃瓜輪作的土壤鹽漬化程度最高，西葫蘆-番茄-茄子輪作次之。黃瓜-草莓-番茄輪作和茄子-番茄-草莓輪作的土壤鹽漬化程度較低。

2.2 不同輪作模式下土壤酶活性比較

2.2.1 土壤脲酶活性

不同輪作模式土壤的脲酶活性如圖1所示。與露地土壤相對(duì)比，在0～20 cm土層中， 黃瓜-草莓-番茄輪作的土壤脲酶活性比露地土壤低，其余3種輪作模式的土壤脲酶活性比露地土壤高。西葫蘆-番茄-茄子輪作的土壤脲酶活性顯著高于露地土壤。20～40 cm土層中，西葫蘆-番茄-黃瓜輪作模式低于露地土壤，其余3種輪作模式的脲酶活性高于露地土壤。其中茄子-番茄-草莓輪作、西葫蘆-番茄-茄子輪作的土壤脲酶活性極顯著高于露地土壤。

圖1 不同輪作模式土壤脲酶活性Fig.1 Urease activity of different rotation patterns 注: 柱上大寫字母和小寫字母分別表示1%和5%水平的差異顯著性。下同Note：Different capital letters and case letters show significant difference at the 0.01 and 0.05 level. The same below

不同土層深度相對(duì)比，0～20 cm土層的脲酶活性均比20～40 cm土層的高。

綜合來看，茄子-番茄-草莓輪作與西葫蘆-番茄-茄子輪作的土壤脲酶活性較高，反映出這兩個(gè)溫室的土壤的供氮能力較高。

2.2.2 土壤蔗糖酶活性

由圖2可見，與露地土壤相對(duì)比，在0～20 cm土層中，茄子-番茄-草莓輪作模式中的土壤蔗糖酶活性極顯著高于露地土壤，其余3個(gè)溫室蔗糖酶活性低于露地土壤。在20～40 cm土層中，茄子-番茄-草莓輪作和西葫蘆-番茄-茄子輪作土壤蔗糖酶活性極顯著高于露地土壤，西葫蘆-番茄-黃瓜輪作和黃瓜-草莓-番茄輪作低于露地土壤。

圖2 不同輪作模式土壤蔗糖酶活性Fig.2 Invertase activity of different rotation patterns

不同土層深度相對(duì)比，0～20 cm土層的土壤蔗糖酶活性均比20～40 cm土層的高。

綜合來看，茄子-番茄-草莓輪作的蔗糖酶活性最高，反映出其土壤的呼吸強(qiáng)度最高，而黃瓜-草莓-番茄輪作的蔗糖酶活性最低，反映出其土壤的呼吸強(qiáng)度最低。

2.2.3 土壤磷酸酶活性

由圖3可見，與露地土壤相對(duì)比，0～20 cm土層中，茄子-番茄-草莓輪作、西葫蘆-番茄-黃瓜輪作和西葫蘆-番茄-茄子輪作的酸性磷酸酶活性極顯著高于露地土壤。露地土壤酸性磷酸酶活性極顯著高于黃瓜-草莓-番茄輪作。20～40 cm土層中，4個(gè)溫室土壤的酸性磷酸酶活性均高于露地土壤。西葫蘆-番茄-茄子輪作、西葫蘆-番茄-黃瓜輪作和茄子-番茄-草莓輪作土壤酸性磷酸酶活性極顯著高于露地土壤。黃瓜-草莓-番茄輪作溫室土壤酸性磷酸酶活性顯著高于露地土壤。

圖3 不同輪作模式土壤酸性磷酸酶活性Fig.3 Acid phosphatase activity of different rotation patterns

不同土層深度相對(duì)比，0～20 cm土層的酸性磷酸酶活性均比20～40 cm土層的高。

綜合來看，黃瓜-草莓-番茄輪作溫室的土壤酸性磷酸酶活性最低，反映出該土壤的磷素營(yíng)養(yǎng)狀況較其他溫室低。

由圖4可見，與露地土壤相對(duì)比，0～20 cm土層中， 西葫蘆-番茄-黃瓜輪作土壤的堿性磷酸酶活性極顯著高于露地土壤。露地土壤堿性磷酸酶活性顯著高于黃瓜-草莓-番茄輪作。20～40 cm土層中， 西葫蘆-番茄-黃瓜輪作、西葫蘆-番茄-茄子輪作土壤堿性磷酸酶活性極顯著高于露地土壤，茄子-番茄-草莓輪作土壤堿性磷酸酶活性顯著高于露地土壤。黃瓜-草莓-番茄輪作土壤的堿性磷酸酶活性與露地土壤差異不顯著。

圖4 不同輪作模式土壤堿性磷酸酶活性Fig.4 Alkaline phosphatase activity of different rotation patterns

不同深度土層相比，0～20 cm土層的堿性磷酸酶活性均比20～40 cm土層的較高。

綜合來看，西葫蘆-番茄-黃瓜輪作的堿性磷酸酶活性最高，反映出該輪作模式的土壤磷素營(yíng)養(yǎng)狀況較高，而黃瓜-草莓-番茄輪作的堿性磷酸酶活性最低，反映出該溫室土壤的磷素營(yíng)養(yǎng)狀況較低。

2.2.4 土壤過氧化氫酶活性

由圖5可見，與露地土壤相對(duì)比，0～20 cm土層中，露地土壤的過氧化氫酶活性極顯著高于西葫蘆-番茄-茄子輪作。20～40 cm土層中，露地土壤的過氧化氫酶活性極顯著高于西葫蘆-番茄-茄子輪作和西葫蘆-番茄-黃瓜輪作，顯著高于黃瓜-草莓-番茄輪作。

圖5 不同輪作模式土壤過氧化氫酶活性Fig.5 Catalase activity of different rotation patterns

不同深度土層相比，黃瓜-草莓-番茄輪作溫室0～20 cm土層比20～40 cm土層高。而其他3種輪作模式的過氧化氫酶活性在0～20 cm土層均比20～40 cm土層低。

綜合來看，西葫蘆-番茄-茄子輪作和西葫蘆-番茄-黃瓜輪作的過氧化氫酶活性較低，反映出其溫室土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度相對(duì)較慢。

3 討論與結(jié)論

輪作在一定程度上可降低土壤鹽漬化，其原理是利用不同作物對(duì)養(yǎng)分的需求不同，從而可以均衡土壤養(yǎng)分，避免單一鹽分的大量積累[13]。由于不同植物根系生長(zhǎng)所需的適宜土壤pH值和吸收利用的養(yǎng)分不同，可能導(dǎo)致所測(cè)得的4種輪作模式土壤與露地土壤pH及EC值不同。由結(jié)果可以看出，茄子-番茄-草莓的輪作模式在一定程度上可避免土壤次生鹽漬化的發(fā)生。

4種輪作模式的土壤酶活性各不相同。每個(gè)輪作模式下0～20cm土層的土壤酶活性(除過氧化氫酶外)比20～40cm土層的土壤酶活性高。其中茄子-番茄-草莓輪作模式的溫室土壤的酶活性均較高，反映出該溫室土壤的肥力狀況較高，土壤質(zhì)量較好。西葫蘆-番茄-黃瓜輪作模式(除堿性磷酸酶活性最高外)和西葫蘆-番茄-茄子輪作模式(除過氧化氫酶活性最低外)的土壤酶活性次之。黃瓜-草莓-番茄輪作模式土壤的酶活性除過氧化氫酶活性最高外，其余3種酶的活性均較低，反映出該輪作模式的土壤肥力狀況較低，土壤質(zhì)量較差。土壤酶主要來源于土壤中的植物根系分泌、土壤中微生物的分解以及動(dòng)植物殘?bào)w的分解等[14]。土壤酶是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)其活性的影響因素(如土壤理化性質(zhì)，土壤微生物、動(dòng)物，土壤類型，農(nóng)業(yè)管理措施等)也較復(fù)雜[15]。有研究認(rèn)為土壤空氣狀況對(duì)土壤酶活性有直接影響[16]，本研究中溫室淺土層土壤酶活性比深土層高，可能是淺層土壤中的空氣較深層充足所致。何君研究認(rèn)為，土壤中酶的種類和活性受栽培作物的種類影響，由于植物種類不同，根系、微生物種群及數(shù)量不同，從而導(dǎo)致土壤中酶的種類及活性也不同[6]，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。茄子-番茄-草莓輪作模式的土壤酶活性較高，其原因可能是相對(duì)于其他作物，草莓的根系、微生物種群及數(shù)量豐富，使得種植草莓土壤中的酶活性較高。

輪作是防治設(shè)施蔬菜連作障礙的有效方式之一[17,18]，針對(duì)目前設(shè)施蔬菜土壤鹽堿化的生產(chǎn)現(xiàn)狀，可以在采用輪作栽培方式下，采用生態(tài)肥與有機(jī)肥配合施用的方法來增強(qiáng)土壤中關(guān)鍵酶的活性，改良土壤微生態(tài)環(huán)境[11,19～21]；同時(shí)采取病蟲害綜合防控、改進(jìn)栽培制度等措施以提高作物產(chǎn)量，增加收益。

[1]王飛,李世貴,徐鳳花,等.連作障礙發(fā)生機(jī)制研究進(jìn)展[J].中國(guó)土壤與肥料,2013(5):6-13.

[2]吳鳳芝,趙鳳艷,劉元英.設(shè)施蔬菜連作障礙原因綜合分析與防治措施[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,31(3):241-247.

[3]施毅超,胡正義,龍為國(guó),等.輪作對(duì)設(shè)施蔬菜大棚中次生鹽漬化土壤鹽分離子累積的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011,19(3):548-553.

[4]顧京晏,顧衛(wèi),張化,等.我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤次生鹽漬化生物改良措施研究進(jìn)展[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,52(1):70-75.

[5]景宇鵬,李躍進(jìn),姚一萍,等.鹽漬化土壤酶活性及其與微生物、理化因子的關(guān)系[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2016,18(2):128-138.

[6]布鳳琴,范萌嘉,顏歡,等.土壤中主要酶類對(duì)林業(yè)和園林影響的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代園藝,2014,22(11):18-19.

[7]周禮愷.土壤酶學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1987:118-159.

[8]李文革,劉志堅(jiān),譚周進(jìn),等.土壤酶功能的研究進(jìn)展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2006(6):34-36.

[9]孫瑞蓮,趙秉強(qiáng),朱魯生,等.長(zhǎng)期定位施肥對(duì)土壤酶活性的影響及其調(diào)控土壤肥力的作用[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2003,9(4):406-410.

[10]楊麗娟,丘忠祥,須暉,等.菜田土壤酶活性與黃瓜產(chǎn)量之間的關(guān)系[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2000,6(1):113-116.

[11]王聰翔,聞杰,孫文濤,等.不同保護(hù)性耕作方式土壤酶動(dòng)態(tài)變化的研究初報(bào)[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,6:16-18.

[12]關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1986:296-304.

[13]顧大路,王偉中,孫愛俠,等.不同輪作模式對(duì)日光溫室黃瓜生長(zhǎng)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2016,32(4):874-878.

[14]劉恩科,趙秉強(qiáng),李秀英,等.長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤微生物量及土壤酶活性的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2008,32(1):176-182.

[15]張?jiān)伱?周國(guó)逸,吳寧.土壤酶學(xué)的研究進(jìn)展[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào),2004,12(1):83-90.

[16]徐雁,向成華,李賢偉.土壤酶的研究概況[J].四川林業(yè)科技,2010,31(2):14-20.

[17]盧欣欣,邢茂玉,姚陸銘,等.扁豆-水稻輪作對(duì)土壤環(huán)境影響的比較分析[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2016,32(5):92-96.

[18]袁建玉,周增輝,張娜,等.設(shè)施蔬菜水旱輪作前后耕作層土壤鹽分和pH值的變化[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(3):301-303.

[19]王延軍,宗良綱,李銳,等.不同肥料對(duì)有機(jī)栽培番茄生長(zhǎng)和土壤酶及微生物量的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,30(3):83-87.

[20]榮勤雷,梁國(guó)慶,周衛(wèi),等.不同有機(jī)肥對(duì)黃泥田土壤培肥效果及土壤酶活性的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2014,20(5):1168-1177.

[21]吳玨.微生物土壤改良劑對(duì)設(shè)施黃瓜連作障礙修復(fù)作用的研究[D].上海:上海交通大學(xué),2011.

(編輯：梁文俊)

Effects of crop rotation on soil characteristics of solar greenhouse

Wang Wenjiao, Cao Jingjing, Lv Siqi, Li Meilan, Hou Leiping*

(CollegeofHorticulture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

[Objective] In this experiment, the samples of greenhouse soil in different crop rotations were studied to identify the rotation that could effectively alleviate soil salinization and improve soil enzyme activities. [Methods] The pH , EC and activities of 4 main enzymes (urease, sucrose, phosphatase (acid, alkaline), and catalase) of soil were analyzed. [Results] Among four rotations, soil from tomato and strawberry rotation had the highest pH and the lowest EC, which indicated that this rotation could alleviate soil salinization. Enzyme activities differed between each rotation. The soil from tomato and strawberry rotation had superior enzyme activities that were higher in shallow layer than in deep layer. [Conclusion] Comparing these rotations, we identified that tomato and strawberry rotations were conducive to reduce soil salinity and keep soil enzyme activities at a certain level, so it could be used as an ideal short-term rotation system.

Solar greenhouse, Rotation, Enzyme activities of soil, pH, EC

2017-03-05

2017-06-17

王文嬌(1988-)，女(漢)，山西太原人，講師，博士，研究方向：設(shè)施園藝蔬菜栽培

*通信作者：侯雷平，教授，Tel：0354-6289929；E-mail：sxndhlp@126.com

山西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20150311010-2)；山西省煤基重大科技攻關(guān)資助項(xiàng)目(FT201402)；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)博士科研啟動(dòng)項(xiàng)目(2015YJ14)

S151.9+2

A

1671-8151(2017)09-0644-05