土壤熏蒸劑及生物菌肥對日光溫室番茄 土壤酶活性及產(chǎn)量的影響

米國全，王裔娜，史艷艷，韓婭楠*，盧甜甜，李 欣

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，河南 鄭州 450002； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，河南 鄭州 450002)

番茄(LycopersiconesculentumMill.)是世界上廣泛種植的蔬菜作物，也是我國主栽的蔬菜作物之一。我國番茄常年產(chǎn)量在5 000萬t以上，2015年達(dá)到了5 594萬t，占全國蔬菜總產(chǎn)量的7.1%，因其經(jīng)濟(jì)價值較高，又深受市民喜愛，產(chǎn)量和種植面積呈穩(wěn)步增長態(tài)勢[1-3]。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國設(shè)施蔬菜栽培面積不斷增加，蔬菜生產(chǎn)呈規(guī)?；I(yè)化和工廠化發(fā)展趨勢。由于受耕地數(shù)量、氣候條件的限制及對高產(chǎn)高效的追求，設(shè)施蔬菜種植品種相對單一，土地難以做到輪作倒茬，土壤有害微生物不斷積累，土傳病害逐年加劇[4-8]。

土壤酶參與土壤的物質(zhì)代謝和能量循環(huán)過程，是土壤質(zhì)量評價指標(biāo)體系中不可或缺的組成部分，也是評價土壤生物活性和土壤肥力的重要指標(biāo)[9-10]。土壤的連作障礙與土壤的酶活性之間存在著密切的聯(lián)系。合理的輪作有利于增強(qiáng)土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶的活性，提高土壤肥力，隨之改善后茬番茄的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量和品質(zhì)[11-13]。

菌肥中含有大量的微生物，能在土壤中調(diào)節(jié)微生物種群，并且通過有益微生物的生命活動來改善植物所需要的土壤條件。土壤熏蒸消毒是目前控制土傳病害的最有效方法之一，但是在殺滅病原微生物的同時也會對土壤中的有益微生物的組成和活性產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響[14]。目前主要的熏蒸劑有：棉隆、石灰氮、威百畝、1,3-二氯丙烯、氯化苦等。威百畝與泥土結(jié)合后分解形成的異硫氰酸甲酯，能夠殺滅各類病原菌、線蟲等[15]。石灰氮是最近幾年來推廣防治土壤病原菌的一種肥料，其在土壤中能水解生成單氰胺和雙氰胺等氫氮化物，具有殺滅土壤病原菌、線蟲、雜草、地下害蟲等作用[16]。棉隆是一種環(huán)保型、廣譜性、較理想的土壤熏蒸消毒劑，當(dāng)棉隆同濕潤的土壤接觸時，生成異硫氰酸甲酯，可有效殺滅病原菌、根結(jié)線蟲、地下害蟲和雜草[17]。

針對河南省汝南縣老君廟鄉(xiāng)余子河村胡莊日光溫室2015年番茄越冬栽培過程中枯萎病大暴發(fā)造成絕產(chǎn)的情況，本研究于2016年夏季高溫休閑季節(jié)，通過采用不同土壤熏蒸劑和生物菌肥處理，探討適用于設(shè)施蔬菜種植的土壤熏蒸處理和生物菌肥修復(fù)方式，以確保設(shè)施栽培中土壤健康可持續(xù)，番茄穩(wěn)產(chǎn)效益不減。

1 材料和方法

1.1 供試材料

番茄品種為圣羅蘭3689；土壤熏蒸劑有藍(lán)白黑石灰氮顆粒劑(寧夏藍(lán)白黑化工股份有限公司)、壟鑫?98%棉隆(南通施壯化工有限公司)、豐收?42%威百畝水劑(沈陽豐收農(nóng)藥有限公司)；生物菌肥有金匯生物菌肥(河南金匯農(nóng)業(yè)科技有限公司)和ETS生物菌肥(ETS〈天津〉生物科技發(fā)展有限公司)。

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)3種熏蒸劑處理。處理1為威百畝，處理2為石灰氮，處理3為棉隆，用量分別為500 L/hm2、1 170 kg/hm2、400 kg/hm2。處理20 d后，翻耕透氣。

每種熏蒸劑處理中又設(shè)計2種生物菌肥處理，具體為：處理1-1，威百畝+金匯生物菌肥；處理1-2，威百畝+ETS；處理2-1，石灰氮+金匯生物菌肥；處理2-2，石灰氮+ETS；處理3-1，棉隆+金匯生物菌肥；處理3-2，棉隆+ETS。每小區(qū)處理面積為34 m2，3次重復(fù)。金匯生物菌肥和ETS施用量分別為2 451 kg/hm2和8 403 kg/hm2。由于受日光溫室面積限制，本試驗對照(CK)為熏蒸劑處理前土壤樣本，沒有設(shè)生物菌肥空白對照和產(chǎn)量對照。

1.3 土壤樣品采集與處理

取樣的日期分別為土壤熏蒸劑處理前(2016年7月13日)、土壤熏蒸劑處理后(2016年8月16日)、施用菌肥后結(jié)果盛期(2017年3月16日)和結(jié)果后期有輕微發(fā)病征兆時(2017年4月21日)。取樣采取隨機(jī)布點法，每個處理小區(qū)取5個點，采集前去除表面雜質(zhì)，鏟除地表1 cm左右土層，在番茄根系20 cm土層處取樣，每個點采樣數(shù)量大致相同并按“四分法”逐次棄去多余部分，混勻后裝入保鮮袋，填寫標(biāo)簽。采回的樣品經(jīng)過風(fēng)干、磨細(xì)，過2 mm篩孔，用于土壤酶活性測定。

1.4 測試項目與方法

采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定土壤脲酶活性，采用磷酸苯二鈉比色法測定土壤堿性磷酸酶活性，采用二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性，采用高錳酸鉀容量法測定過氧化氫酶活性[9,18-20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對土壤酶活性的影響

2.1.1 不同土壤熏蒸劑處理對土壤酶活性的影響 由表1可知，不同土壤熏蒸劑處理對土壤脲酶活性的影響，CK與處理2無顯著差異，而與其他處理都具有顯著差異。CK土壤脲酶活性最高，分別比處理2、處理1和處理3高3.6%、47.1%和50.8%，這表明不同的土壤熏蒸劑處理都不同程度降低了土壤脲酶活性。

表1 不同土壤熏蒸劑處理對土壤酶活性的影響 mg/g

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著，下同。

不同土壤熏蒸劑處理對土壤蔗糖酶活性的影響，CK與處理1土壤蔗糖酶活性無顯著差異，而與其他處理都具有顯著差異。處理3土壤蔗糖酶活性最高，比CK高46.3%，處理2比CK高42.2%，處理1比CK低17.0%，這表明熏蒸劑威百畝在一定程度上降低了土壤蔗糖酶活性，而石灰氮和棉隆熏蒸處理則增強(qiáng)了土壤蔗糖酶活性。

不同土壤熏蒸劑處理對土壤堿性磷酸酶活性的影響，CK與處理1和3土壤堿性磷酸酶活性無顯著差異，而與處理2呈顯著性差異。處理1土壤堿性磷酸酶活性最高，比CK高3.6%，其余依次為處理3和處理2，分別比CK低6.1%和22.0%。這表明石灰氮熏蒸處理明顯降低了土壤堿性磷酸酶活性。

不同土壤熏蒸劑處理對土壤過氧化氫酶活性的影響，CK與其他處理土壤過氧化氫酶活性都無顯著差異。這表明3種熏蒸劑對土壤過氧化氫酶活性并無太大影響。

2.1.2 不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄盛果期土壤酶活性的影響 由表2可知，不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄盛果期土壤脲酶活性的影響，CK與處理2-2土壤脲酶活性無顯著差異，而與其他處理都具有顯著差異。處理2-1土壤脲酶活性最高，比CK高出13.6%，其余依次為處理1-2、處理2-2、處理3-1、處理1-1和處理3-2，處理1-2和處理2-2分別比CK高11.1% 和3.3%，處理3-1、處理1-1和處理3-2分別比CK低11.5%、17.6%和18.9%。與單一熏蒸劑處理相比，土壤中補充生物菌肥后，各處理土壤脲酶活性明顯提高，這表明生物菌肥有改善土壤脲酶活性的作用。

表2 不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄盛果期土壤酶活性的影響 mg/g

不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄盛果期土壤蔗糖酶活性的影響，CK與處理3-2和處理1-2的土壤蔗糖酶活性無顯著差異，而與其他處理都具有顯著差異。處理2-2土壤蔗糖酶活性最高，比CK高29.9%，與其他處理都有顯著差異，其余依次為處理3-2、處理1-2、處理1-1、處理3-1和處理2-1，分別比CK低13.6%、15.1%、18.8%、24.4%、29.3%。與單一熏蒸劑處理相比，補充生物菌肥后，絕大多數(shù)處理的土壤蔗糖酶活性都有所下降。

不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄盛果期土壤堿性磷酸酶活性的影響，CK與處理2-1土壤堿性磷酸酶活性無顯著差異，而與其他處理都具有顯著差異。處理2-2土壤堿性磷酸酶活性最高，比CK高22.4%，其余依次為處理3-2、處理1-1、處理3-1、處理2-1和處理1-2，其中處理1-2比CK低10.3%，其余處理分別比CK高13.3%、9.7%、6.7%和3.0%。與單一熏蒸劑處理相比，補充生物菌肥后，絕大多數(shù)處理的土壤堿性磷酸酶活性都有所上升。

不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄盛果期土壤過氧化氫酶活性的影響，CK與其他處理都無顯著差異。處理1-2土壤過氧化氫酶活性最高，比CK高57.1%，處理1-1、處理2-1和處理2-2無差異，并比CK高28.6%，處理3-1比CK高14.3%，處理3-2比CK低28.6%。與單一熏蒸劑處理相比，補充生物菌肥后，所有處理土壤過氧化氫酶活性都有所上升。

2.1.3 不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄結(jié)果后期土壤酶活性的影響 由表3可知，不同土壤熏蒸劑加生物菌肥對番茄結(jié)果后期土壤脲酶活性的影響，CK與其他處理土壤脲酶活性相比都具有顯著差異。處理1-2土壤脲酶活性最高，比CK高90.7%，其余依次為處理2-1、處理3-1、處理3-2、處理1-1和處理2-2，分別比CK高64.6%、54.5%、38.4%、37.6%和37.4%。這表明在番茄整個生育期，雖然熏蒸劑在一定程度上降低了土壤脲酶活性，但隨著生物菌肥的施入，土壤脲酶活性呈現(xiàn)上升趨勢。在威百畝熏蒸土壤后，補充ETS比金匯生物菌肥更能提高土壤脲酶活性；而石灰氮或棉隆熏蒸土壤后，補充金匯生物菌肥比ETS更能提高土壤脲酶活性。

表3 不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄結(jié)果后期土壤酶活性的影響 mg/g

不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄結(jié)果后期土壤蔗糖酶活性的影響，CK與處理1-1和處理1-2土壤蔗糖酶活性無顯著差異，而與其他處理都具有顯著差異。處理2-1土壤蔗糖酶活性最高，比CK高54.5%，與其他處理都有顯著差異，其余依次為處理3-1、處理2-2、處理1-2、處理1-1和處理3-2，其中處理3-1和處理2-2分別比CK高35.2%和17.4%，處理1-2、處理1-1和處理3-2分別比CK低2.9%、8.8%和57.0%。威百畝熏蒸土壤降低了土壤蔗糖酶活性，補充2種生物菌肥后，土壤蔗糖酶活性在一定程度上呈緩慢上升趨勢；石灰氮或棉隆熏蒸土壤提高了土壤蔗糖酶活性，但補充金匯生物菌肥后，土壤蔗糖酶活性呈現(xiàn)先下降后上升的過程，而補充ETS后，土壤蔗糖酶活性呈持續(xù)下降趨勢。

不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄結(jié)果后期土壤堿性磷酸酶活性的影響，CK與其他處理土壤堿性磷酸酶活性都具有顯著差異。處理2-1土壤堿性磷酸酶活性最高，比CK高60.6%，其余依次為處理2-2、處理1-2、處理1-1、處理3-1和處理3-2，分別比CK高41.8%、33.9%、28.5%、23.0%和17.6%。這表明補充生物菌肥有利于提高土壤堿性磷酸酶活性。對于石灰氮熏蒸處理來說，補充金匯生物菌肥比ETS更有利于提高土壤堿性磷酸酶活性；而威百畝或棉隆熏蒸處理后，補充2種生物菌肥對提高土壤堿性磷酸酶活性無顯著差異。

不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄結(jié)果后期土壤過氧化氫酶活性的影響，CK與處理1-1土壤過氧化氫酶活性無顯著差異。處理2-1土壤過氧化氫酶活性最高，比CK高100%，其余依次為處理2-2、處理3-1、處理3-2和處理1-2，分別比CK高71.4%、57.1%、28.6%、28.6%。這表明補充生物菌肥有提高土壤過氧化氫酶活性的作用。威百畝熏蒸后，補充2種生物菌肥土壤過氧化氫酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，其中ETS比金匯生物菌肥更能提高土壤過氧化氫酶活性；石灰氮或棉隆熏蒸后，補充2種生物菌肥土壤過氧化氫酶活性都呈上升趨勢，其中金匯生物菌肥比ETS更能提高土壤過氧化氫酶活性。

2.2 不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄產(chǎn)量的影響

不同熏蒸劑+生物菌肥處理對番茄產(chǎn)量的影響見圖1。處理1-1對番茄產(chǎn)量的影響最大，產(chǎn)量最高，達(dá)到118 294 kg/hm2。其余依次是處理3-2、處理3-1、處理1-2、處理2-1和處理2-2，產(chǎn)量依次為110 938 kg/hm2、91 222 kg/hm2、90 045 kg/hm2、51 496 kg/hm2和50 319 kg/hm2。

不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)圖1 不同土壤熏蒸劑及生物菌肥對番茄產(chǎn)量的影響

2.3 番茄產(chǎn)量與土壤酶活性之間的相關(guān)性分析

番茄產(chǎn)量與土壤酶活性之間的相關(guān)性分析見表4。番茄產(chǎn)量和土壤堿性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤堿性磷酸酶活性與土壤蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)。

表4 番茄產(chǎn)量與土壤酶活性之間的相關(guān)性分析

注：*表示在 0.05 水平上顯著相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

土壤酶推動著土壤生態(tài)系統(tǒng)的代謝，土壤中進(jìn)行的全部生化過程幾乎都需要酶的催化[20-21]。土壤酶可加速土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，但其活性的改變將影響土壤養(yǎng)分的釋放，進(jìn)而影響作物的生長，因此土壤酶活性常被當(dāng)作農(nóng)業(yè)管理實踐中土壤質(zhì)量演變的生物活性指標(biāo)[22]。

威百畝是一種低毒、無污染、使用范圍廣的土壤熏蒸劑，效果依賴于其在土壤中分解釋放出的異硫氰酸甲酯。卜東欣[23]采用不同劑量威百畝對土壤進(jìn)行熏蒸處理，研究表明，不同劑量的威百畝對土壤脲酶活性表現(xiàn)出抑制作用，處理劑量越高，抑制率越大，且這種抑制作用是不可恢復(fù)的。而本研究顯示，威百畝熏蒸土壤抑制了土壤脲酶活性，但隨著生物菌肥的施入，土壤脲酶活性可以逐漸恢復(fù)，甚至超過CK，且ETS生物菌肥的施入更有利于土壤脲酶活性的恢復(fù)和提高。卜東欣[23]研究表明，中低劑量威百畝處理對土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)激活—抑制—激活—恢復(fù)的趨勢，高劑量處理表現(xiàn)抑制—激活—恢復(fù)的趨勢。本研究顯示，威百畝熏蒸處理抑制了土壤蔗糖酶活性，但并不顯著，隨著金匯生物菌肥的施入，直到結(jié)果盛期，金匯生物菌肥并沒有逆轉(zhuǎn)威百畝對土壤蔗糖酶活性的抑制作用，進(jìn)入結(jié)果后期，土壤蔗糖酶活性才有所上升，而隨著ETS生物菌肥的補充，土壤蔗糖酶活性呈逐漸恢復(fù)狀態(tài)。威百畝熏蒸對土壤磷酸酶活性表現(xiàn)為抑制—激活—恢復(fù)的趨勢，且劑量越高，抑制作用和激活效應(yīng)越明顯。趙婷婷[24]研究表明，威百畝熏蒸抑制了土壤堿性磷酸酶活性。而本研究顯示，威百畝熏蒸土壤并沒有抑制土壤堿性磷酸酶活性，酶活性反而有所提高，隨著金匯生物菌肥的施入，土壤堿性磷酸酶活性呈逐漸上升趨勢，而ETS生物菌肥施入后，土壤堿性磷酸酶活性呈先下降后上升的趨勢。威百畝熏蒸劑對土壤過氧化氫酶活性有一定抑制作用，這與卜東欣[23]報道一致，隨著生物菌肥的施入，土壤過氧化氫酶活性很快得到恢復(fù)。

石灰氮熏蒸處理對土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶有激活效果，尤其對脲酶、磷酸酶和過氧化物酶活性的提高效果顯著[25]。張學(xué)鵬等[26]利用不同濃度石灰氮對黃瓜連作土壤酶活性研究中也表明，施用石灰氮能有效提升土壤脲酶和過氧化氫酶活性，其中脲酶活性隨石灰氮濃度的增加升高。王哲昕等[27]采用田間試驗，在夏季休閑期進(jìn)行石灰氮消毒處理，研究表明，石灰氮消毒處理對土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性有促進(jìn)作用，而對土壤脲酶和堿性磷酸酶活性則有抑制作用。而本研究表明，石灰氮熏蒸處理對土壤脲酶和堿性磷酸酶活性有抑制作用，對土壤蔗糖酶活性有促進(jìn)作用，對土壤過氧化氫酶活性無顯著效果。這與前人研究有相同之處，也有不同之處。隨著2種生物菌肥的施入，土壤脲酶活性得到了激發(fā)，活性不斷提升，其中金匯生物菌肥對土壤脲酶活性提升效果比ETS快。金匯生物菌肥施入后，在結(jié)果盛期土壤蔗糖酶活性明顯降低，進(jìn)入結(jié)果后期活性又迅速提升，而施入ETS后，隨著番茄生育期延長，土壤蔗糖酶活性呈下降趨勢。2種生物菌肥都明顯提升了土壤堿性磷酸酶活性，在結(jié)果盛期，ETS比金匯生物菌肥對土壤堿性磷酸酶活性提升得快，而結(jié)果后期，金匯生物菌肥比ETS對土壤堿性磷酸酶活性提升快。2種生物菌肥都能提升土壤過氧化氫酶活性，但差異并不明顯。

棉隆對土壤脲酶活性有顯著抑制作用，對土壤蔗糖酶活性有一定激活作用，對土壤堿性磷酸酶活性和過氧化氫酶活性無顯著影響[28-29]，這與本研究結(jié)果一致。隨著2種生物菌肥的施入，土壤脲酶活性不斷上升，金匯生物菌肥較ETS處理土壤脲酶活性上升更為明顯；金匯生物菌肥施入土壤后，土壤蔗糖酶活性在結(jié)果盛期降低至最低值，隨后呈增加趨勢，而ETS則不利于土壤蔗糖酶活性的增加，酶活性一直呈下降趨勢。土壤堿性磷酸酶活性隨著2種生物菌肥的施入呈現(xiàn)上升趨勢，在結(jié)果盛期，ETS處理上升較快，而在結(jié)果后期，金匯生物菌肥處理上升較快。在結(jié)果盛期，2種生物菌肥對土壤過氧化氫酶活性無顯著影響，到結(jié)果后期，土壤過氧化氫酶活性才有所提高。

威百畝熏蒸結(jié)合金匯生物菌肥處理產(chǎn)量最高，為118 294 kg/hm2，其次為棉隆熏蒸結(jié)合ETS生物菌肥處理，產(chǎn)量為110 938 kg/hm2；石灰氮結(jié)合生物菌肥處理產(chǎn)量最低。通過番茄產(chǎn)量與土壤酶活性之間的相關(guān)性分析，土壤堿性磷酸酶活性與番茄產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)。

鑒于日光溫室面積有限，試驗沒有設(shè)空白對照，但從結(jié)果后番茄生長發(fā)育及枯萎病發(fā)生情況與相鄰溫室番茄對比來看，結(jié)果量和發(fā)病率差異明顯，此項研究還有待進(jìn)一步完善。