種植年限對設(shè)施蔬菜土壤養(yǎng)分和環(huán)境的影響

張曉梅 程亮

摘 要：為了給設(shè)施蔬菜地合理施肥提供依據(jù)，研究了不同種植年限設(shè)施蔬菜地土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性變化，以露地土壤為對照（CK），采集種植1 a（年）、3 a、5 a、7 a、9 a、11 a、13 a、15 a、17 a、20 a以及20 a以上的0～20 cm設(shè)施蔬菜土壤樣品，采用常規(guī)土壤理化性質(zhì)檢測方法測定了土壤理化性質(zhì)和酶活性，采用平板計(jì)數(shù)法，分析土壤微生物數(shù)量。結(jié)果表明，設(shè)施菜地種植年限與土壤容重呈正相關(guān)，與土壤孔隙度呈負(fù)相關(guān);設(shè)施菜地土壤pH值隨種植年限的增加逐年降低，兩者呈顯著的負(fù)相關(guān)性;土壤EC值、土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量都隨種植年限的增加而逐年增高，并與種植年限呈顯著的正相關(guān)性;與CK相比，種植13 a的蔬菜樣地土壤全氮和速效鉀含量均顯著地增加;連續(xù)種植20 a以上，設(shè)施蔬菜土壤含鹽量比對照土壤顯著地增加了486.49%。土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，且都在種植年限為11～13 a時(shí)達(dá)到最大;真菌數(shù)量隨著種植年限的增加而增加，而土壤脲酶活性則隨種植年限的增加呈下降趨勢;轉(zhuǎn)化酶活性隨著種植年限的增加保持不變。土壤微生物數(shù)量與酶活性之間存在一定程度的相關(guān)關(guān)系，其中土壤真菌數(shù)量與土壤酶活性之間的相關(guān)性最為顯著。綜上所述，種植年限不同的設(shè)施菜地，土壤養(yǎng)分失衡，呈現(xiàn)酸化趨勢，鹽分含量逐年增加，土傳真菌病害潛在發(fā)生，對設(shè)施蔬菜生產(chǎn)不利。

關(guān)鍵詞：設(shè)施菜地;種植年限;土壤理化性質(zhì);土壤微生物;土壤酶活性

中圖分類號：S606? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號：1673-2871（2020）01-048-07

Abstact： In order to offer basis for reasonable application of fertilizers in protected vegetable fields， the physical and chemical properties， microorganism， and enzyme activity of soil were studied in vegetable greenhouses under different cultivation times. The open field was taken as control （CK）， and the nearby greenhouses with planting ages of 1 year， 3 years， 5 years， 7 years， 9 years， 11 years， 13 years， 15 years， 17 years， 20 years， and more than 20 years were chosen for the research in Qinghai. The soil samples at depth of 0-20 cm from 25 representative and different planting ages of greenhouses were collected with a S-sampling. The physical and chemical properties were analyzed using conventional chemical methods. The population of soil microorganism was measured using dilution plate counting method. The results indicated that there was a positive correlation between the planting age and soil bulk density， and negative correlation with soil porosity. Soil pH value decreased with year and showed significant negative correlation with the planting age. Soil EC value， soil organic matter， and available phosphorus contents increased with the increasing of greenhouse age and displayed significant positive correlation with the plantation age. Compared with CK， content of both the soil total nitrogen and available potassium in planting ages of 13 years were increased significantly. In the greenhouses of? 20 years of planting， the salt content increased by 486.49% compared with the control. The number of soil bacteria and actinomycetes， catalase and alkaline phosphatase activity increased first and then decreased， and reached their maximum at 11-13 years of planting. With the increase of vegetable plantation age， soil fungi number was increased， while soil urease was decreased continuously and the invertase activity remained unchanged. There was a certain degree of correlation between the number of soil microorganisms and enzyme activity， among which the number of soil fungi was the most significant. In conclusion， the increase of planting ages lead to the soil nutrient imbalance， soil acidification， and significant increases in soil salt content and potential occurrence of soil-borne pathogenic fungi， which is unfavorable to the production of protected vegetable.

Key words： Greenhouse;? Planting ages;? Soil physical and chemical properties;? Soil microorganism;? Soil enzyme activity

設(shè)施蔬菜栽培因其集約化程度高、產(chǎn)能高效、農(nóng)業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、技術(shù)含量高等特點(diǎn)，可運(yùn)用生物、工程與環(huán)境技術(shù)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不再受限于氣候、季節(jié)、地形等因素，有效地提高了農(nóng)業(yè)資源綜合利用效益和水平，在我國發(fā)展迅速，在蔬菜反季節(jié)和跨地區(qū)種植中起著重要作用，成為我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要來源之一[1]。隨著青海省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展要求和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求，以及該地區(qū)氣候冷涼、無霜期短等特點(diǎn)，設(shè)施菜地在青海省農(nóng)業(yè)中占的比重逐年增大。但由于設(shè)施蔬菜集約化的連年種植，在這種半封閉、高肥、高水、高農(nóng)藥的生產(chǎn)環(huán)境下，導(dǎo)致土壤耕層結(jié)構(gòu)惡化，養(yǎng)分失調(diào)，病蟲害加劇，產(chǎn)量和品質(zhì)下降，收益減少，已經(jīng)嚴(yán)重影響設(shè)施土壤環(huán)境和蔬菜產(chǎn)品的安全。如何平衡設(shè)施內(nèi)土壤環(huán)境，減少土壤鹽害的發(fā)生，解決土壤地力下降，微生物群落失衡和土壤病害等連作障礙，降低土傳病害的危害，解決設(shè)施蔬菜連作障礙、恢復(fù)耕層土壤生產(chǎn)力等問題迫在眉睫。

目前，針對不同地區(qū)的設(shè)施溫室土壤的理化性狀、微生物群落及土壤酶等方面已經(jīng)做了大量研究。已有研究表明[2-3]隨種植年限增加，土壤容重和pH 值均明顯下降，而土壤孔隙度、土壤 EC 值、有機(jī)質(zhì)和土壤鹽分含量則顯著升高;土壤全氮和全磷含量均持續(xù)升高，而土壤全鉀、硝態(tài)氮和速效鉀含量呈現(xiàn)先升高后降低;土壤細(xì)菌數(shù)量先上升后下降，放線菌數(shù)量先迅速升高后保持相對穩(wěn)定，真菌數(shù)量呈持續(xù)增加的趨勢。陶笑等[4]研究表明，連續(xù)旱作6 a（年）土壤的 pH 值低于連續(xù)旱作4 a的土壤，其土壤EC值、硝態(tài)氮、養(yǎng)分含量隨著種植年限的增加而提高。也有學(xué)者提出，不同年限的設(shè)施蔬菜土壤理化性狀和土壤微生物數(shù)量及酶活性受區(qū)域影響和種植模式的不同所得出的研究結(jié)果也相差甚遠(yuǎn)[5]。但有關(guān)青海省不同種植年限日光溫室菜地的土壤理化現(xiàn)狀和土壤微生物數(shù)量變化的探討尚有缺乏，且大多數(shù)研究者主要集于單個(gè)年份設(shè)施菜地土壤環(huán)境，在不同年限（尤其是較長年份）設(shè)施菜地土壤性質(zhì)的變化與土壤微生物數(shù)量以及土壤酶活性之間的關(guān)系等方面研究尚不清楚。鑒于此，筆者為了探討青海省不同種植年限對日光溫室土壤性狀變化的影響，采集不同年限的典型設(shè)施蔬菜種植基地的土壤樣品，分析不同種植年限青海省日光溫室土壤理化性狀、微生物數(shù)量及酶活性的變化及其之間相關(guān)性，為指導(dǎo)設(shè)施菜地土壤健康提供有效的改良指標(biāo)，為設(shè)施菜地土壤可持續(xù)利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 土樣采集

設(shè)施菜地土壤采自青海省海東市高店鎮(zhèn)、碾伯鎮(zhèn)、長里鎮(zhèn)、攔隆口鎮(zhèn)、多巴鎮(zhèn)和李家山鎮(zhèn)6個(gè)鎮(zhèn)共計(jì)49棟日光溫室種植菜地，以確保耕作管理措施（灌水、施肥量、施肥種類等）和土壤類型（栗鈣土）相對一致性，種植的蔬菜以黃瓜、番茄、辣椒為主，且不同種植年限的土壤均未換土。日光溫室的施肥主要以商品有機(jī)肥和蔬菜專用肥為主。

試驗(yàn)土樣選取不同種植年限的日光溫室，以相鄰露天蔬菜地的土壤為對照（CK）。其中1 a、17 a、20 a的溫室有3個(gè)，3 a、13 a、15 a的溫室有5個(gè)，9 a、11 a的溫室有4個(gè)，7 a的溫室7個(gè)，5 a的溫室8個(gè)，20 a以上的溫室有2個(gè)。取樣時(shí)用內(nèi)徑2 cm的土鉆取表層0～20 cm的土壤，每個(gè)溫室用“S”型采樣法取6鉆，將土壤混合均勻，并用四分法分區(qū)土樣，混勻的土樣分為2部分，一部分用于分析土壤理化性狀，一部分4 ℃冰箱保存用于分離土壤微生物和土壤酶活性測定。

1.2 測定方法

土壤理化性狀測定參照鮑士旦的方法[6]：土壤容重的測定采用環(huán)刀法;比重的測定采用比重瓶法，計(jì)算土壤孔隙度;土壤pH的測定采用電位法;土壤電導(dǎo)率（EC）的測定采用電極法。土壤有機(jī)質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀容量滴定法;土壤全氮含量的測定采用凱氏定氮法;土壤有效磷含量的測定采用NaHCO3 浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀含量的測定采用NH4OAC 浸提-火焰光度法;土壤鹽分含量的測定采用烘干全量法。土壤微生物數(shù)量的測定參照周德慶的方法[7]。土壤酶活性的檢測參照陳慧的方法[8]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和作圖采用 Excel 2010 軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植年限對土壤物理性狀的影響

土壤容重能反應(yīng)土壤結(jié)構(gòu)，透氣透水性能的好壞，也是作為土壤熟化程度的重要指標(biāo)之一。由圖1-A可知，隨著種植年限的增加，土壤容重呈增加的趨勢，土壤孔隙度呈下降趨勢。通過對49個(gè)日光溫室的種植年限和土壤容重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行回歸和相關(guān)性分析，可知兩者的相關(guān)關(guān)系式為：y=0.023 x +1.104（y為土壤容重，x為設(shè)施種植年限），二者相關(guān)系數(shù)為r=0.958，說明土壤容重與種植年限之間存在正相關(guān)性，隨著種植年限的延長土壤容重值有所增加。相反，土壤孔隙度與種植年限的相關(guān)關(guān)系式為y=-1.037 x+60.04（y為土壤孔隙度，x為設(shè)施種植年限）（圖1-B），二者相關(guān)系數(shù)為r=-0.776，說明土壤孔隙度與種植年限之間存在負(fù)相關(guān)性，隨著種植年限的延長土壤孔隙度值有所下降。上述結(jié)果表明，連年種植是導(dǎo)致溫室土壤板結(jié)，土壤孔隙度降低，造成土壤容重升高的主要原因之一。

2.2 種植年限對土壤化學(xué)性狀的影響

土壤酸堿度對土壤肥力及植物生長的影響很大。由圖2-A可知，土壤pH值隨種植年限的增加呈下降趨勢，并與種植年限呈負(fù)相關(guān)（r=-0.820）。土壤pH由1 a的8.17下降為20年以上的7.34，種植20 a以上的溫室土壤pH值均在7.3以上，說明溫室土壤雖有酸化的趨勢但還未明顯酸化，對土壤理化性狀和蔬菜生長發(fā)育不會產(chǎn)生不良影響，但需要加強(qiáng)合理施肥，防止土壤進(jìn)一步酸化。通過對種植年限和土壤EC值數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸和相關(guān)性分析，由圖2-B 表明二者的回歸關(guān)系式為：y=0.203 x +0.625（r=0.899），其中y為土壤EC值，x為設(shè)施種植年限。說明土壤EC值與種植年限存在一定的相關(guān)性，隨著種植年限的增加，土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)積累的趨勢。土壤EC值從1 a溫室的土壤的EC值0.41 mS·cm-1增加到20 a的2.60 mS·cm-1。

2.3 種植年限與土壤養(yǎng)分的影響

與對照（CK）相比，隨著種植年限的增加，土壤中全鹽含量逐年增加，對照與種植年限為1 a的土壤全鹽含量基本相當(dāng)，沒有差異，種植年限17 a、20 a和20 a以上的土壤中全鹽含量分別顯著增加了393.69%、346.85%和486.4 9%。與CK相比，土壤全氮含量不同年份之間有不同差異，種植年限為11 a的全氮含量為最高，增加了122.43%（圖3-A）。與對照相比，土壤速效鉀含量在不同種植年限之間變化不大，沒有達(dá)到顯著差異，種植年限為13 a的土壤速效鉀含量最高，比對照僅僅增加了27.63%（圖3-B）。通過對種植年限與土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸和相關(guān)性分析（圖3-C～D）可知，二者的相關(guān)關(guān)系式分別為y=1.808 x +12.96和y=8.775 x +51.26，相關(guān)系數(shù)分別為r =0.951（p< 0.01）， r =0.846（p< 0.01），說明種植年限與土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量均呈正相關(guān)，隨著種植年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷呈現(xiàn)積累的趨勢。

2.4 種植年限對土壤微生物的影響

由圖4-A、4-C可知，隨著設(shè)施菜地種植年限增加，土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量呈先增加后降低的趨勢，真菌數(shù)量呈現(xiàn)增長趨勢。土壤細(xì)菌數(shù)量范圍為2.31×108 ～4.80×108 CFU·g-1，與CK相比，種植年限11 a、9 a、7 a顯著增加了土壤細(xì)菌的數(shù)量，分別增加了181.18%、110.45%和86.82%;土壤放線菌的數(shù)量范圍為1.1×106～7.2×106 CFU·g-1，與對照相比，種植年限11 a、9 a、5 a顯著增加了土壤放線菌的數(shù)量，分別增加了554.55%、518.18%和472.73%，總之，土壤細(xì)菌和放線菌在設(shè)施菜地種植11 a時(shí)達(dá)到最高。土壤真菌的數(shù)量范圍為5.0×104～4.6×105 CFU·g-1，與CK相比，種植年限20 a以上、20 a、17 a顯著增加了土壤真菌的數(shù)量，與CK相比，分別增加了820%、800%和700%，土壤真菌表現(xiàn)出逐年增加的趨勢（圖4-C）。對于土壤中的一些有益細(xì)菌（芽孢桿菌和假單胞桿菌）來說，隨著種植年限增加，也表現(xiàn)出先增加后下降的趨勢，種植7 a時(shí)，這兩種菌的數(shù)量達(dá)到最高，分別為5.2×105和1.0×104 CFU·g-1（圖4-D）。

2.5 種植年限對土壤酶活性的影響

由圖5-B、5-D可知，土壤過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性隨種植年限的增加呈先增加后減少的趨勢，而土壤脲酶活性逐漸降低，轉(zhuǎn)化酶活性基本沒有明顯的變化。土壤過氧化氫酶活性的范圍為173.25～256.11 mg·g-1，與CK相比，種植年限11 a、13 a和15 a顯著增加了土壤過氧化氫酶活性，分別增加了39.12%、50.04%和40.06%。土壤堿性磷酸酶活性的范圍為50.40～100.20 mg·g-1，與CK相比，種植年限11 a、13 a和15 a顯著增加了土壤過氧化氫酶活性，分別增加了76.70%、106.60%和100.41%。這兩種土壤酶在種植13 a時(shí)達(dá)到最高。土壤轉(zhuǎn)化酶不同種植年限之間差異不顯著，酶活性基本穩(wěn)定在34 mg·g-1左右，與CK相比，酶活性增加了5.96%～15.16%（圖5-C）。土壤脲酶隨著種植年限的增加，其活性逐漸降低，種植年限之間酶活性差異不顯著，與CK相比，酶活性減少了-6.45%～20.34%（圖5-A）。

2.6 土壤微生物數(shù)量與酶活性的相關(guān)性

由表1可以看出，土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性之間存在一定程度的相關(guān)關(guān)系。其中，細(xì)菌數(shù)量與放線菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān);真菌數(shù)量與放線菌數(shù)量、過氧化氫酶活性呈極顯著正相關(guān)，與脲酶活性、轉(zhuǎn)化酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān);放線菌數(shù)量用于過氧化氫酶呈顯著正相關(guān);脲酶活性與轉(zhuǎn)化酶活性呈極顯著正相關(guān);過氧化氫酶活性與堿性磷酸酶呈極顯著正相關(guān);轉(zhuǎn)化酶活性與堿性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

土壤的理化性狀是評價(jià)土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。筆者研究發(fā)現(xiàn)，隨著種植年限延長，設(shè)施蔬菜地土壤的容重變大，孔隙度變小，土壤結(jié)構(gòu)性變差，這與蔡彥明等[9]的研究結(jié)果基本一致，但與高新昊等[3]研究結(jié)果相反，這可能與不同地區(qū)土壤類型及種植區(qū)施肥習(xí)慣不同有關(guān)。同時(shí)，隨著種植年限的延長，青海省設(shè)施土壤酸化現(xiàn)象越明顯，筆者調(diào)查的設(shè)施菜地土壤pH由8.17下降到7.34，這與高新昊、王學(xué)霞等[3，10]的研究結(jié)果一致。pH值降低的原因可能是隨著種植年限的延長，施用大量的化學(xué)肥料導(dǎo)致SO42-等酸根離子在土壤中的殘留促進(jìn)土壤酸化。土壤養(yǎng)分是由土壤提供的植物生長所必須的營養(yǎng)元素，是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。本研究中，土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量都隨種植年限的增加逐年增高，并與種植年限呈顯著的正相關(guān)性;與CK相比，種植13 a的蔬菜樣地土壤全氮和速效鉀含量均顯著地增加;這與高新昊、熊漢琴、王輝、唐海濱、黎寧等[3，11-14]所研究的設(shè)施菜地中土壤全氮、全磷等理化性狀隨著種植年限的增加而逐漸增加的結(jié)論一致。但筆者同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，青海設(shè)施菜地連續(xù)種植20 a以上，土壤EC值升高顯著，土壤含鹽量比對照土壤顯著地增加了486.49%。另外，在試驗(yàn)調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)種植7 a以上的設(shè)施菜地土壤表面白色、紅色和綠色現(xiàn)象，也證實(shí)本試驗(yàn)的研究結(jié)果。這與祝海燕等[15]所研究的山東壽光的設(shè)施蔬菜土壤鹽含量隨著種植年限的增加呈現(xiàn)積累的趨勢一致。

土壤微生物是土壤質(zhì)量以及健康的評價(jià)指標(biāo)之一，而土壤酶活性能反映微生物數(shù)量和分布狀況，因此兩者可以共同作為評價(jià)土壤肥力的一種評價(jià)指標(biāo)[16]。在本研究中，不同種植年限設(shè)施菜地中土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，這與韋小了、張珍明、馬云華和劉素慧等[16-19]的研究結(jié)果一致。而土壤脲酶活性則隨種植年限的增加呈下降趨勢，這與范玉貞等[20]的研究結(jié)果略有不同，可能與土壤類型、種植作物種類等有關(guān)，具體原因需要進(jìn)行更深入的研究。筆者利用稀釋平板計(jì)數(shù)法分析了不同種植年限設(shè)施菜地土壤真菌數(shù)量，發(fā)現(xiàn)設(shè)施菜地土壤真菌數(shù)量隨著種植年限的增加而增加，并且顯著高于露天菜地，這與宋蒙亞、李瓊芳、朱良和李春格等[21-24]的研究結(jié)論一致。土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性有顯著相關(guān)性，微生物活動分泌是土壤酶主要來源之一，土壤中真菌的分泌活動頻繁可以增強(qiáng)土壤酶活性，而土壤酶與土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分循環(huán)有相關(guān)關(guān)系[25]。在本研究中，土壤微生物數(shù)量與酶活性之間存在一定程度的相關(guān)關(guān)系，其中土壤真菌數(shù)量與土壤酶活性之間的相關(guān)性最為顯著，這與張向前等[26]的研究結(jié)果一致。

細(xì)菌和真菌數(shù)量比及放線菌和真菌數(shù)量比是表示土壤肥力的一種指標(biāo)[27]，反映土壤環(huán)境質(zhì)量的基本情況。本研究中，隨著種植年限的逐漸增加，尤其11 a之后，設(shè)施菜地土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量逐漸減少，而真菌數(shù)量呈上升趨勢，本試驗(yàn)結(jié)果與岳思君等[28]和聶園軍等[29]的研究結(jié)果類似，表明設(shè)施菜地連作導(dǎo)致真菌數(shù)量增加，增加了土傳真菌病害的可能性。

連續(xù)種植導(dǎo)致青海設(shè)施菜地土壤結(jié)構(gòu)變差，鹽分含量顯著升高，土壤酸化，理化性質(zhì)的變化導(dǎo)致土壤真菌數(shù)量增加，土壤酶活性變化總體不大，以種植11～13 a的土壤受干擾程度最大，說明連續(xù)種植后菜地土壤環(huán)境受到嚴(yán)重影響。

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