菌-菜輪作對土壤質(zhì)量及蔬菜品質(zhì)的影響*

瞿 飛，楊 靜，趙夏云，唐 兵，馬關(guān)鵬，文林宏

（貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，貴州 貴陽 550025）

優(yōu)良的土壤結(jié)構(gòu)是農(nóng)業(yè)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，連作會引起土壤肥力下降、土傳病害嚴重、根系分泌的自毒作用增強、病原微生物數(shù)量增多等問題，從而導(dǎo)致作物生長受阻、病害嚴重、品質(zhì)和產(chǎn)量降低[1-2]。輪作是近年來應(yīng)用最廣泛、最有效的科學(xué)栽培管理方法之一。合理輪作能有效解決連作障礙的一系列問題，如降低土壤有害物質(zhì)的積累、改善土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)[3-4]、創(chuàng)造良好的作物生長環(huán)境、促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)增產(chǎn)增收，從而實現(xiàn)農(nóng)田土壤生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。土壤結(jié)構(gòu)廣義上定義為土壤顆粒、團聚體、孔隙的空間排列或異質(zhì)性[5]。有相關(guān)研究表明，直接通過覆蓋種植，對土壤擾動最小，不同作物輪作可以保持和改善土壤質(zhì)量[6]。輪作可以提高土壤養(yǎng)分利用率，提高根際土壤微生物群落物種多樣性和土壤酶活性，減少病蟲害的發(fā)生[7]。土壤肥力形成機制復(fù)雜，土壤肥力評價方法也不盡一致[8]，溫庭臣等[9]運用主成分分析和聚類分析方法綜合評價了土壤肥力特征。毛寧等[10]在研究大球蓋菇與草莓輪作對土壤及草莓生長的影響中發(fā)現(xiàn)，輪作可顯著改善土壤質(zhì)量，增加土壤酶活，促進植物生長，有效緩解草莓連作障礙。章明清等[11]研究表明，利用蔬菜、水稻對氮和磷吸收能力上的差異，創(chuàng)制菜-稻輪作體系，較蔬菜連作促進了氮、磷的高效利用，降低了土壤氮、磷流失率。近年來，不同作物輪作已得到廣泛應(yīng)用，相關(guān)報道也較多，但以食用菌和蔬菜輪作模式對土壤養(yǎng)分、酶活以及蔬菜品質(zhì)的影響報道較少。研究在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所科研基地進行，選擇大球蓋菇與辣椒、白菜輪作為研究對象，分析輪作后土壤養(yǎng)分含量、酶活以及蔬菜品質(zhì)的響應(yīng)變化，為現(xiàn)代高效山地農(nóng)業(yè)發(fā)展提供理論材料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗土壤為貴州省園藝研究所常年用于辣椒和白菜連作的土壤，土壤類型為石灰?guī)r發(fā)育的微酸性黃壤，0?30 cm土層有機質(zhì)含量28.96 g·kg-1、有效氮 0.15 g·kg-1、有效磷 23.49 mg·kg-1、有效鉀 0.25 g·kg-1。通風(fēng)條件好，光照較充足，肥力中等。

供試食用菌選用大球蓋菇，培養(yǎng)基料為玉米芯。辣椒品種為香辣四號，白菜品種為貴蔬高抗三季王。

1.2 試驗設(shè)計

試驗以大田方式進行，大田面積1 334 m2，2019年11月在栽培大球蓋菇前五點法取蔬菜連作土壤5個樣，設(shè)為對照（CK）。2020年5月待大球蓋菇采收后取5個土樣，設(shè)為處理T1；大球蓋菇-辣椒、大球蓋菇-白菜輪作試驗分別劃分3塊試驗小區(qū)，面積相同，待輪作蔬菜成熟后，隨機取土壤樣品，設(shè)大球蓋菇-辣椒土樣為處理T2，大球蓋菇-白菜土樣為處理T3。植株樣取樣前使用卷尺測定株高、株幅，用電子秤稱取整株蔬菜重量，用錫箔紙包裹植株樣品。菌-菜輪作辣椒和白菜植株樣分別設(shè)為處理G1和G2，辣椒和白菜連作植株樣分別設(shè)為對照CK1和CK2。

1.3 樣品測定

土壤樣品測定指標及方法：總氮，凱氏定氮法；有效氮，堿解擴散法；總磷，HClO4-H2SO4消煮法；有效磷，碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；總鉀，火焰光度法；有效鉀，醋酸銨浸提-火焰光度法；有機質(zhì)，重鉻酸鉀油浴法；土壤粒徑分析，六偏磷酸鈉-吸管法；比重，排水稱重法；脲酶，二乙酰-肟比色法；酸性磷酸酶，對硝基苯磷酸二鈉比色法；過氧化氫酶，高錳酸鉀滴定法；蔗糖酶，3，5-二硝基水楊酸比色法。

植株樣品測定指標及方法：VC，高效液相色譜；可溶性糖，蒽酮比色法；可溶性蛋白，G-250考馬斯亮藍法；纖維素，蒽酮比色法；辣椒素，高效液相色譜。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用microsoft excle 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理，SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計性分析，相關(guān)性分析，采用origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤養(yǎng)分的影響

不同處理下土壤養(yǎng)分特征如表1所示。

表1 不同處理土壤養(yǎng)分特征Tab.1 Soil nutrient characteristics of different treatments

如表1所示，各處理與對照相比均有不同程度變化，表現(xiàn)為T1處理后土壤pH、總氮、總磷、有效磷、有效鉀和有機質(zhì)等指標顯著提高（P＜0.05）；T2和T3處理后，土壤養(yǎng)分均顯著提高（P＜0.05）。T1處理的pH、有效鉀高于T2和T3處理、其他指標均低于輪作處理；T2與T3處理主要在有效氮、有效磷及有機質(zhì)方面出現(xiàn)顯著差異（P＜0.05），且T3均高于T2。T1處理后土壤pH顯著升高（P＜0.05），接茬蔬菜后又降低，輪作過程pH呈先升高后降低趨勢。從養(yǎng)分含量變化說明單獨栽培大球蓋菇與菌-菜輪作均能一定程度改善土壤養(yǎng)分，T3處理促進氮磷有效態(tài)轉(zhuǎn)化優(yōu)于其他處理，T1處理對有效鉀的轉(zhuǎn)化貢獻率最高。

2.2 不同處理對土壤粒徑分布的影響

不同處理后土壤粒徑含量占比情況見圖1。

圖1 不同處理土壤粒徑分布Fig.1 Distribution of soil particle size under different treatments

如圖1所示，從含量分布可以看出粒級出現(xiàn)8個等級，其中 2 μm～5 μm、5 μm～10 μm、10 μm～20 μm、20 μm～50 μm 這五個等級含量占比較高。T1 處理下土壤粒徑主要集中在 2 μm～5 μm、5 μm～10 μm、10 μm～20 μm，分別占比 25.1%、20.4%和19.3%；T2處理下土壤粒徑主要集中在2 μm～5 μm、5 μm～10 μm、10 μm～20 μm，分別占比 19.1%、18.3%和22.3%；T3處理下土壤粒徑主要集中在2 μm～5 μm、5 μm～10 μm、10 μm～20 μm、20 μm～50 μm，分別占比19.7%、18.3%、21.9%和19.7%；各處理與對照相比，T1處理和對照分布一致，T2和T3處理一致，與對照相比有顯著差異，說明輪作處理可改變土壤團聚結(jié)構(gòu)。

根據(jù)《土壤理化分析》[12]對土壤粒徑進行分級，按照粒徑大小分為9級。粒徑＞10 000 μm為石塊，粒徑 3 000 μm?10 000 μm 為粗碩，粒徑 1 000 μm?3 000 μm 為細碩，粒徑 250 μm?1 000 μm 為粗砂粒，粒徑50 μm?250 μm為細砂粒，粒徑10 μm?50 μm為粗粉粒，粒徑5 μm?10 μm為細粉粒，粒徑1 μm?5 μm為粗粘粒，粒徑<1 μm為粘粒。

2.3 不同處理對土壤酶活性影響

不同處理對土壤酶活性的影響，見圖2。

圖2 不同處理的土壤酶活Fig.2 Enzyme activity of different treatment soil

如圖2所示，與對照相比，不同處理對土壤酶活產(chǎn)生較大影響。T1和T3處理可顯著提高土壤脲酶活性（P＜0.05），分別提高44.0%和37.5%。T2處理顯著提高蔗糖酶活性（P＜0.05），達21.8%，T3處理顯著降低26.4%（P＜0.05），T1無顯著差異。T2和T3處理顯著降低酸性磷酸酶活性（P＜0.05），分別降低87.8%和83.5%。T2處理后土壤過氧化氫酶活性顯著降低（P＜0.05），降低55.6%，T3處理則提高39.0%活性（P＜0.05）。數(shù)據(jù)反映出不同處理對土壤酶活可產(chǎn)生不同程度的影響，但不同酶活反應(yīng)具有較大差異。

2.4 菌-菜輪作對蔬菜品質(zhì)的影響

輪作處理對辣椒和白菜品質(zhì)的影響見表2和表3。

表2 輪作處理對辣椒品質(zhì)的影響Tab.2 Effect of rotation on quality of Capsicum annuum

表3 輪作處理對白菜品質(zhì)的影響Tab.3 Effect of rotation on quality of Chinese cabbage

由表2和表3數(shù)據(jù)分析可知，輪作對辣椒、白菜品質(zhì)具有明顯影響。相比對照，G1處理可明顯提高辣椒生長量，其中單株產(chǎn)量增產(chǎn)40.8%，VC含量45.5%，可溶性蛋白增加16%，可溶性糖和辣椒素含量略低。與白菜輪作的G2處理中，白菜生長量也明顯提高，單株產(chǎn)量增產(chǎn)12.4%，VC增加45.5%，可溶性糖增加21.9%，纖維素含量降低19.6%，可溶性蛋白含量降低28.1%。由此可知，輪作能有效提高蔬菜產(chǎn)量和部分品質(zhì)含量。

3 討論

3.1 不同處理對土壤質(zhì)量的影響

土壤肥力與養(yǎng)分的有效利用是保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。輪作已成為作物現(xiàn)代化高效栽培的重要環(huán)節(jié)，其對土壤作用的豐富多樣。本研究中單種大球蓋菇，大球蓋菇分別與辣椒、白菜輪作可顯著改善土壤質(zhì)量，提高土壤肥力。相關(guān)研究結(jié)果與本研究結(jié)果基本一致，如稻-菜輪作能顯著提高雙季稻土壤質(zhì)量[13]；玉米-豌豆-小麥輪作后土壤全氮和有機質(zhì)的含量顯著提高[14]；谷子-大豆輪作可改善土壤肥力狀況[15]。輪作對土壤肥力作用效果要優(yōu)于只栽培大球蓋菇，尤其有效態(tài)養(yǎng)分含量，但大球蓋菇連作、辣椒白菜的連作及輪作沒有試驗數(shù)據(jù)分析對比，因此，該輪作效果還需進一步對比驗證，明確此輪作模式的優(yōu)勢。

土壤酶活是土壤質(zhì)量水平中重要的生物指標。輪作模式中不同作物生長期對土壤作用效果存在差異，易引起土壤中酶活性的變化[16]。合理的輪作能促進土壤生物化學(xué)作用，提高土壤相關(guān)酶活性[17]。試驗中4種酶活反應(yīng)發(fā)生無規(guī)律變化， T3處理使脲酶和過氧化氫酶活性顯著提高，蔗糖酶和酸性磷酸酶降低。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，番茄與大白菜輪作后土壤過氧化氫酶活性顯著提高[18]，與本試驗結(jié)果相似。而菌-辣椒輪作僅促進蔗糖酶活性的提高，有研究發(fā)現(xiàn)，通過添加辣椒秸稈等有機物料與酸化土壤進行培養(yǎng)，隨著培養(yǎng)時間的延長，土壤脲酶、過氧化氫酶等活性出現(xiàn)下降現(xiàn)象[19]。總體而言，不同處理方式下土壤酶活變化沒有表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，可能與輪作次數(shù)、周期等相關(guān)，后期需長期多次進行驗證。

土壤粒徑被看作理想球體的直徑，粒徑含量分布可表示土壤團聚結(jié)構(gòu)類型，土壤團聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響土壤通透性和微生態(tài)環(huán)境[20]。本研究結(jié)果顯示，菌-菜輪作處理試驗組較只栽培大球蓋菇處理試驗組以及對照組，土壤粒徑分布發(fā)生明顯變化，主要從粗粘粒結(jié)構(gòu)向粗粉粒發(fā)生轉(zhuǎn)變，一定程度上優(yōu)化了土壤通透性和微生物環(huán)境。相關(guān)研究也表明，保護性耕作可增強土壤團聚體的形成[21]。不同作物輪作可使土壤根系分泌的類型增加，同時保持土壤微生物多樣性，使微團聚體含量增多，促進土壤結(jié)構(gòu)改良[22]。但持續(xù)單一輪作模式是否對土壤團聚結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負作用，還需長期監(jiān)測。

3.2 菌-菜輪作對蔬菜品質(zhì)的影響

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輪作可使蔬菜產(chǎn)量顯著增高，VC含量增長幅度較大，其他品質(zhì)指標變化較小，因此，后續(xù)可考慮產(chǎn)量和VC含量較低的蔬菜資源進行此輪作模式研究，一方面進一步驗證菌-菜輪作對該方面的影響效果，另一方面可協(xié)助優(yōu)良品種的選育及生產(chǎn)。