草莓不同連作年限土壤養(yǎng)分及微生物區(qū)系分析

趙帆　趙密珍　王鈺

摘要：選取大棚草莓不同連作年限的土壤為試材，以相鄰露地小麥田土壤為對照，研究其種植草莓對土壤養(yǎng)分含量及微生物區(qū)系的影響。結果表明，隨草莓連作年限的增加，0～10、10～20、20～30 cm不同土層的細菌、真菌、放線菌數量多有不同程度的增加，且真菌在微生物中的比例不斷增加，土壤由高肥力的“細菌型”土壤向低肥力的“真菌型”土壤轉變；連作土壤的蔗糖酶活性、脲酶活性、EC值明顯高于對照，pH值與對照相比變化不大；不同連作年限土壤的養(yǎng)分含量主要集中在0～10、10～20 cm土層；土壤細菌數量與速效鉀含量、速效磷含量、有效鋅含量、硼含量及EC值呈顯著正相關，真菌數量與速效鉀含量、速效磷含量、硼含量、EC值呈極顯著正相關，放線菌數量只與有效鋅含量呈顯著正相關。

關鍵詞：草莓；連作；土壤；微生物；酶活性；養(yǎng)分；真菌；細菌；放線菌

中圖分類號： S668406文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2017）16-0110-04

收稿日期：2016-11-03

基金項目：江蘇省現代農業(yè)研究開發(fā)示范類項目（編號：BE2016369）；江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（14）2017）]。

作者簡介：趙帆（1993—），男，江蘇南京人，碩士研究生，從事農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究。E-mail：843003818@qqcom。

通信作者：趙密珍，研究員，從事漿果類果樹種質資源收集、評價與創(chuàng)新利用研究。E-mail：njzhaomz@163com。

草莓（Fragaria×ananassa Duch）為薔薇科草莓屬植物，是一種營養(yǎng)價值和經濟價值較高的水果，因其色、香、味俱佳，深受消費者青睞。隨著人口數量增加和社會經濟發(fā)展，耕地面積逐漸減少，特別是近年來設施農業(yè)的迅速發(fā)展，設施草莓栽培面積逐年增加，導致連作障礙發(fā)生越來越嚴重。有研究認為，連作會導致土壤養(yǎng)分失衡、理化性質惡變、微生物群落變化、作物自毒物質積累等[2-4]。土壤養(yǎng)分含量高低是衡量土壤質量的一個重要方面，有研究表明，連作土壤中有效養(yǎng)分的含量增加[5-7]、細菌數量降低、真菌數量增多[8]。有關草莓連作與土壤病害、自毒物質、土壤酶活性和養(yǎng)分等的研究有所報道[9-11]，但不同連作年限草莓土壤不同土壤層微生物數量、酶活性和養(yǎng)分含量的研究尚未見報道。土壤中微生物的種類、數量及其變化一定程度上反映了土壤有機碳的礦化速度及各種養(yǎng)分的存在狀態(tài)，同時，微生物種群結構失衡是導致作物減產、土壤質量下降的主要原因之一。土壤酶的活性反映土壤中進行各種生物化學過程的強度和方向，是土壤養(yǎng)分轉化的媒介[12]，直接影響土壤養(yǎng)分的有效性和供給狀態(tài)。因此，通過分析土壤中微生物數量和酶的活性及土壤養(yǎng)分變化的關系，可以綜合反映土壤質量特征。本試驗以大棚草莓連作土壤為對象，研究不同連作年限草莓土壤不同土層的土壤養(yǎng)分、微生物區(qū)系及酶活性變化，探明草莓連作對土壤環(huán)境的影響及連作障礙機理的形成，為草莓優(yōu)質豐產及可持續(xù)發(fā)展提供理論依據。

1材料與方法

11樣品采集與處理

2016年5月下旬草莓收獲后，自江蘇省東海石榴鎮(zhèn)草莓基地分別采集連作紅頰草莓2年、9年的大棚土壤為試材，以相鄰的露地小麥田土壤為對照（CK）。連作土壤樣品采集區(qū)的大棚連成一片，土壤類型主要為沙質，樣本成土母質相同。土壤樣本采集時按等距離原則進行，各采樣點按“S”形分別布點采集0～10、10～20、20～30 cm土層的土壤。每個連作土壤采自3個大棚，每棚采5個點。同一土層的土壤混合均勻，按四分法處理，將約2 kg的樣品帶回實驗室。

將采集的土樣去掉植物根系、落葉、石塊等，用滅菌的塑料袋包扎密封，一部分4 ℃冰箱保存，供測定土壤微生物數量；一部分樣品自然風干，研磨過08 mm尼龍篩，混勻，取100 g樣品，再研磨，過016 mm尼龍篩，貯存，用于測定土壤養(yǎng)分及酶活性。

12測定方法

分別采用堿解擴散法、重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法、碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法、乙酸銨浸提火焰光度計法測定堿解氮、有機質、速效磷、速效鉀的含量；沸水提取，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-aes）測定硼含量；DTPA提取，ICP-aes測定鋅、鐵、錳的含量；乙酸銨提取，ICP-aes測定鈣、鎂的含量；無二氧化碳蒸餾水（水土比5 ∶1）浸提，用Mettler Toledo型pH計測定土壤pH值；土壤脲酶、蔗糖酶分別用比色法測定[14]；土壤細菌、真菌、放線菌分別用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁培養(yǎng)基、改良高氏培養(yǎng)基培養(yǎng)一定時間，計數培養(yǎng)皿上生長的菌落，以菌落形成單位表示，菌數（CFU/g）=菌落平均數×稀釋倍數[15]。

13數據處理

采用Excel 2010、SPSS 170軟件對數據進行統(tǒng)計分析。

2結果與分析

21連作土壤的養(yǎng)分含量、酶活性和微生物數量

211連作土壤的微生物數量和酶活性由表1可知，隨連作年限的增加，不同土層的細菌、真菌、放線菌數量多有不同程度的增加；同一連作土壤中，以細菌為主，數量相對較多；隨連作年限的增加，真菌在微生物中的比例有所增加，具體表現在細菌數量/真菌數量、放線菌數量/真菌數量的比例多呈減小趨勢。土壤酶活性是土壤肥力的重要指標之一。由表2可知，不同連作年限的不同土層，其蔗糖酶、脲酶的活性多高于對照，蔗糖酶活性呈逐漸增加的趨勢，脲酶活性呈先增加后減少的趨勢

注：表中差異顯著性分析分每個處理0～10、10～20、20～30 cm不同土層及不同處理0～30 cm土層進行。不同小寫字母、大寫字母分別表示處理間差異顯著（P<005）、極顯著（P<001）。表2～表4同。

212連作土壤的養(yǎng)分含量由表3可知，隨連作年限的增加，不同土層的有機質、堿解氮的含量呈先增加后減少趨勢，速效鉀、速效磷的含量和EC值呈逐漸增加趨勢，其中速效鉀、速效磷的含量增加幅度相對較大；隨土層深度的增加，不同連作年限土壤有機質、堿解氮、速效鉀、速效磷的含量多呈降低趨勢，0～10、10～20 cm土層的養(yǎng)分含量相對較高。由表4可知，隨連作年限的增加，不同土層有效鈣、有效鎂的含量呈先減少后增加趨勢，有效鐵、有效錳的含量呈先增加后減少趨勢，有效鋅、硼的含量呈逐漸增加趨勢，其中有效鐵、有效鋅的含量變化幅度相對較大，可能是由于農戶在補充中微量元素肥的過程中偏施有效鐵、有效鋅的緣故；不同連作年限土壤，大部分微量元素主要集中在0～10、10～20 cm土層。

22土壤微生物數量、酶活性與土壤養(yǎng)分的關系

由表5可知，土壤細菌數量與速效鉀、速效磷、有效鋅、硼的含量呈顯著正相關，與EC值呈極顯著正相關；真菌數量與速效鉀含量、速效磷含量、硼含量、有效鋅含量、EC值呈極顯著正相關；放線菌數量與有效鋅含量呈顯著正相關；蔗糖酶活性與有效鋅、硼的含量呈顯著正相關，與速效鉀含量、速效磷含量、EC值呈極顯著正相關；脲酶活性與養(yǎng)分含量無顯著相關性。

注：“”“”分別表示因子間有顯著、極顯著性相關。

3討論

大棚草莓連作土壤的養(yǎng)分變化、累積，可能與栽培過程肥料的種類和施用量及灌溉條件等管理措施有關。另外，設施大棚栽培條件下，土壤缺少雨水淋洗及相應的水分運移也可能是造成表層土壤養(yǎng)分累積的重要原因[16]。試驗結果表明，不同連作年限土壤的絕大多數養(yǎng)分主要集中在0～10、10～20 cm土層，這可能是因為草莓根系分布較淺，根系從土壤中吸收的養(yǎng)分經殘茬表層釋放，進一步導致土壤表層的養(yǎng)分含量升高；不同土層的有機質、堿解氮的含量隨連作年限的增加呈先增加后減少的趨勢，可能是化學氮肥施入土壤，經過一系列如硝化淋溶、反硝化等途徑損失，雖然連作2年土壤中的堿解氮含量有所增加，但隨連作程度的增加、硝化淋溶和反硝化作用的持續(xù)影響，土壤中堿解氮的含量會逐漸變少；連作9年土壤中的有機質含量出現減少，可能是因為日光溫室土壤溫度高，微生物活動旺盛，加速了土壤有機質的分解，另一方面日光溫室內施用的有機肥以雞糞、豬糞為主，此類肥料含速效性養(yǎng)分、纖維素較少，分解速度快，對土壤腐殖質形成的貢獻不大；土壤中速效鉀含量、速效磷含量和EC值隨連作程度的增加而逐漸增加，其中速效鉀含量、速效磷含量增加較為迅猛，這是由于磷、鉀淋溶較少，容易在土壤中積累；連作9年的大棚土壤表層速效磷含量為200 mg/kg左右，堿解氮為 80 mg/kg 左右，達到豐富程度，而養(yǎng)分的富集一方面導致土壤鹽分累積，浪費資源，污染環(huán)境，另一方面土壤硝態(tài)氮含量過高，也會使草莓硝酸鹽含量增高，草莓品質下降。有研究表明，土壤鹽分積累是由于缺少雨水淋溶，而降水對日光溫室土壤的自然淋溶作用更為顯著，大棚土壤水分的蒸發(fā)也比露地有明顯增加，大部分時間土壤水分的運動方向與露地相反，水分自下而上運動，隨水分運動土壤鹽分逐漸向土表聚集，鹽分含量增加[17]。

隨草莓連作程度的加深，土壤pH值變化不大，連作9年土壤pH值為73，沒有呈現酸性，與范小峰等研究結論[18]不一致，可能是由于農戶在每茬草莓收獲后施用大量菜籽餅等腐熟的有機肥改良土壤，并積極施用復合肥，這很好地抑制了土壤的酸化趨勢。蔗糖酶對增加土壤中的易溶性營養(yǎng)物質發(fā)揮著重要的作用，土壤中蔗糖酶活性表征了土壤有機碳累積與分解轉化規(guī)律[19]。脲酶活性可用來表示土壤有機態(tài)氮向有效態(tài)氮的轉化能力和土壤無機氮的供應能力[20]。試驗結果表明，不同連作年限的不同土層，其蔗糖酶、脲酶的活性都明顯高于草莓非連作土壤，蔗糖酶活性呈逐漸增加的趨勢，脲酶活性呈先增加后減少的趨勢。有研究表明，不同作物連作對土壤酶活性的影響存在一定差異，施肥可以改善土壤營養(yǎng)缺乏、酶活性將低、土壤肥力下降等一系列問題，長期施肥會對土壤性質產生深遠的影響[21-22]。雖然草莓連作時間較長，但長期合理的施肥對土壤酶活性起到了一定的促進效果。有研究表明，隨著酚酸類物質的增多，土壤酶活性相應升高，影響作物的生長發(fā)育，但達到一定濃度時，酚酸類物質又會抑制酶活性[23]。草莓在生長過程中會分泌大量的酚酸物質，這可能會影響土壤的酶活性，具體原因有待進一步研究。

連作可使土壤微生物種群結構失衡，進而導致土壤質量下降，養(yǎng)分失衡[24-25]，這與土壤肥力及其微生物關系密切[26]。本研究表明，土壤細菌數量與速效鉀、速效磷、有效鋅、硼的含量呈顯著正相關，與EC值呈極顯著正相關，真菌數量與速效鉀含量、速效磷含量、硼含量、有效鋅含量、EC值呈極顯著正相關，放線菌數量與有效鋅含量呈顯著正相關，這說明土壤養(yǎng)分含量的變化會影響微生物的繁殖和積累；隨連作時間的延長，真菌數量普遍升高，說明隨連作時間的延長，土壤肥力會由“細菌型”向“真菌型”轉變，而真菌型土壤會導致作物發(fā)病較嚴重，主要是由于作物連作會使某些特定的微生物種群得到富集，特別是植物病原真菌，不利于土壤中微生物種群的平衡，這與王海霞等研究結果[27-29]一致，也可能是由于連作導致土壤容重增大，透氣性降低，不利于細菌的繁殖。另外，生產中大量施入氮肥，導致耕層土壤氮素逐漸積累、滲透壓降低，抑制了放線菌的生長，從而使作物發(fā)生根部病害，根系的發(fā)育受到影響，同時，氮肥的施入也易使微生物處于不活躍狀態(tài)，甚至阻礙了有益微生物的生長[30]。

總之，連作會使土壤中主要的養(yǎng)分含量升高，土壤由高肥力的“細菌型”土壤向低肥力的“真菌型”土壤轉變，土壤的真菌病害加重。土壤養(yǎng)分能直接或間接影響土壤的微生物種群結構數量和酶活性[31-32]，而微生物是土壤健康的決定因素，可以通過微生物的變化預測土壤質量[33-37]。

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