水旱輪作和土壤調(diào)理劑對設(shè)施連作土壤酶活性和番茄產(chǎn)量的影響

張澤錦 王力明 唐麗 代利娟 李躍建

摘 要：為解決設(shè)施蔬菜連作障礙嚴(yán)重問題，以番茄為材料，研究了水旱輪作和土壤調(diào)理劑對設(shè)施連作土壤酶活性和番茄產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，水旱輪作各處理的土壤酶活性、番茄光合作用效率、根系活力及產(chǎn)量均高于旱地連作。與 CKB相比，CKA處理番茄的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）、根系活力和產(chǎn)量分別提高 184.98%、320.00%、9.94%、276.24%、2.66%和 119.75%。在水旱輪作模式下，不同土壤調(diào)理劑對不同時間土壤酶活性、番茄光合作用和產(chǎn)量影響無顯著差異。在旱地連作模式下，不同土壤調(diào)理劑對土壤酶活性影響不一致，提高了番茄光合作用效率和產(chǎn)量。因此，水旱輪作可以有效緩解番茄連作障礙，提高番茄產(chǎn)量，而土壤調(diào)理劑處理作用較小。

關(guān)鍵詞：番茄;水旱輪作;旱地連作;土壤調(diào)理劑;土壤酶活性;光合作用效率;產(chǎn)量

中圖分類號：S641.2 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2022）03-053-06

Abstract： Tomato variety Xianrui 17-8 was used in a protected production experiment to test the effect of paddy-uplandrotation and soil conditioners on soil enzyme activity and yield of tomato under mono-cropping. The results showed thatthe soil enzyme activity， tomato photosynthetic efficiency， root vitality and yield of paddy- upland rotation were higherthan that of dryland mono-cropping. The Pn， Gs， Ci， Tr and yield of tomatoes of paddy-upland rotation were significantlyhigher by 184.98%， 320.00%， 9.94%， 276.24%， 2.66% and 119.75% compared to dryland mono-cropping. Underpaddy- upland rotation， soil conditioners did not change soil enzyme activity， tomato photosynthesis and yield. Undermono-cropping， soil conditioners had inconsistent effects on soil enzyme activities， but increased tomato photosyntheticefficiency and yield. Therefore， paddy- upland rotation can alleviate defects of tomato mono- cropping and improve theyield of tomato in protected production. The soil conditioner used in this experiment was less effective.

Key words： Tomato; Paddy-upland rotation; Mono-cropping; Soil conditioners; Soil enzyme activity; Photosyntheticefficiency; Yield

近年來，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和市場化的需求，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)迅速發(fā)展，到 2018 年全國設(shè)施蔬菜面積達(dá)到 400 hm2，是設(shè)施園藝生產(chǎn)的重要組成部分 ，在蔬菜生產(chǎn)和供應(yīng)中起著舉足輕重的作用[1]。番茄為茄果類蔬菜，因其風(fēng)味特殊，營養(yǎng)豐富而深受人民的喜愛，在全國各地廣為栽培，也是設(shè)施栽培的主要蔬菜之一。然而在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，易受高溫、高濕的特殊環(huán)境及過量施肥的影響，且土壤得不到雨水淋洗，土壤酸化、次生鹽漬化、病蟲害重發(fā)等連作障礙問題逐年加劇，已成為影響設(shè)施栽培的一個重要限制因子，并且制約了我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2-4]。因此，如何解決連作障礙是設(shè)施蔬菜栽培亟待解決的問題，其對設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

水旱輪作是克服連作障礙最經(jīng)濟有效的途徑，其會導(dǎo)致農(nóng)田系統(tǒng)出現(xiàn)季節(jié)性干濕交替的現(xiàn)象，水熱條件強烈變換，引起土壤物理、生物、化學(xué)等特性在不同作物和季節(jié)間交替變化，從而減少土壤中的有害物質(zhì)，改善土壤連作障礙[5]。王克磊等[6]研究表明，番茄與水稻輪作可明顯降低土壤鹽分含量，緩解土壤酸化，提高作物產(chǎn)量。劉永亮等[7]、孫志明等[8]在番茄水旱輪作中均得到相似結(jié)果。土壤調(diào)理劑是指加入土壤中用于改善土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性狀的物料。其可以改善土壤理化性狀[9]、增強作物抗病能力[10]、提高作物品質(zhì)產(chǎn)量[11]的方法。水旱輪作或施用土壤調(diào)理劑在許多作物中已有大量報道，而關(guān)于二者復(fù)合處理還未見研究報道。因 此，筆者以番茄為研究對象，研究了水旱輪作和土壤調(diào)理劑（石灰+微生物菌劑枯草芽孢桿菌、茬必健+活地旺、夏氏藍(lán)得鈣粉+抗重茬肥復(fù)合生物菌肥）對土壤酶活性和番茄產(chǎn)量的影響，以期為設(shè)施番茄連作障礙找到更加高效的解決方案，為設(shè)施蔬菜的發(fā)展提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于 2017 年 10 月至 2018 年 6 月在自貢市榮縣鼎新鎮(zhèn)新堰村蔬菜基地大棚內(nèi)進行。該地屬熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和，年均氣溫 17.8 ℃，雨量充沛，年均降雨量 1032～1041 mm;土壤以紫色土為主，質(zhì)地疏松、肥沃，適宜蔬菜種植。試驗選取了2 種栽培模式，即水旱輪作和旱地連作。水旱輪作區(qū)連續(xù)種植番茄 6 年，每隔 1 年進行水旱輪作（水 稻-番茄輪作），pH 值 5.63，速效氮含量（w，后同）32.8 mg · kg-1，速效磷含量 330.8 mg · kg-1，速效鉀含量 881.4 mg·kg-1。旱地連作區(qū)連續(xù)種植番茄 6 年，pH 值 4.87，速效氮含量 29.4 mg · kg-1、速效磷含量375.1 mg·kg-1、速效鉀含量 517.6 mg·kg-1。

番茄品種：仙瑞 17-8，購自青州市仙瑞農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司。石灰（市場購買，CaO≥85%）、微生物菌劑枯草芽孢桿菌（濰坊韓邦肥業(yè)有限公司，有效活菌數(shù)≥200 億個·g-1，有效成分噁霉靈、吲哚丁酸鉀）、茬必健（德強生物股份有限公司，含枯草芽孢桿菌有效活菌數(shù)≥100 億個·g- 1，有機質(zhì)含量≥45%）、土壤調(diào)理劑夏氏藍(lán)得鈣粉（北京夏氏藍(lán)得海洋公司，CaO 含量≥42%）、抗重茬肥復(fù)合生物菌肥（河南省強生農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，N+P2O5+K2O含量=25%，有效活菌數(shù)≥5 億個·g-1，有機質(zhì)含量≥20%）、活地旺（煙臺泓源生物肥料有限公司，高活性復(fù)合堿式基團含量≥51%、糖醇鈣含量≥25%、糖醇鎂含量≥10%、有機質(zhì)含量≥3%、硅鐵硼鋅銅鉬總量≥2%）。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 水旱輪作試驗 試驗共 4 個處理，即：每667 m2 施石灰 80 kg +微生物菌劑 40 kg（A1）、每667 m2施茬必健 20 kg +活地旺 20 kg（A2）、每 667 m2施夏氏藍(lán)得鈣粉 60 kg +抗重茬肥復(fù)合生物菌肥10 kg（A3）以及不施用土壤調(diào)理劑（CKA）。所有處理均在番茄定植前 7 d 隨基肥（洋豐復(fù)合肥 100 kg+雞糞有機肥 500 kg）施入土壤。然后進行翻耕，使調(diào)理劑與土壤充分混勻，起廂，灌水覆膜。

番茄于 2017 年 10 月 31 日播種，在大棚內(nèi)育苗，12 月 27 日挑選整齊一致的番茄幼苗定植于該試驗小區(qū)內(nèi)，小區(qū)面積 15 m2，每個小區(qū)種植 50 株番茄，雙行錯窩栽植，每個處理 3 次重復(fù)，隨機區(qū)組設(shè)計，同時為了避免處理間的相互影響，在各小區(qū)間設(shè)置 1 m 的隔離帶。其他田間管理措施按當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)方式進行。于盛果期（2018 年 4 月 11 日 和 16 日）分別測定番茄光合參數(shù)和根系活力。于盛果期（2018 年 4 月 13 日）、結(jié)果末期（2018 年 5 月 16 日）和試驗結(jié)束后（2018 年 6 月 6 日）采集耕作層（0～20 cm）土樣，測定土壤酶活性。

1.2.2 旱地連作試驗 試驗共 4 個處理，即：每667 m2 施石灰 80 kg +微生物菌劑 40 kg（B1）、每667 m2 施茬必健 20 kg +活地旺 20 kg（B2）、每667 m2施夏氏藍(lán)得鈣粉 60 kg +抗重茬肥復(fù)合生物菌肥 10 kg（B3）以及不施用土壤調(diào)理劑（CKB）。其他播種育苗及田間管理措施均與水旱輪作試驗一致。

1.3 樣品測定方法

凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）等光合參數(shù)用 LI-6400XT 便攜式光合儀測定，測定時設(shè)定內(nèi)源光強為1000 μmol·m-2 ·s-1，CO2體積分?jǐn)?shù)為 400 μL·L-1，溫度為 25 ℃。于盛果期分別對各處理小區(qū)隨機選取 3株番茄進行測定，每個處理 3 次重復(fù)。

2018 年 4 月 16 日，每個小區(qū)隨機選取 3 株番茄采集番茄根系，將根系洗凈，稱取根尖，采用 TTC法[12]測定根系活力，每個處理 3 次重復(fù)。

每個小區(qū)采用五點取樣法，將采集的土樣混勻，放置陰涼通風(fēng)處進行風(fēng)干，過 10 目細(xì)篩。采用靛酚比色法測定脲酶活性;采用滴定法測定蔗糖酶活性;采用對硝基苯磷酸鹽法測定土壤磷酸酶，均參照《土壤酶及其研究法》[13]。

每次番茄采收時，以每個小區(qū)中 20 株分別計產(chǎn)，各處理重復(fù)產(chǎn)量匯總并折算 667 m2產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本試驗所有數(shù)據(jù)用 Excel 2013 進行整理，用SPSS 20.0 進行單因素方差分析（one- way ANO-VA），差異顯著性檢驗采用 Duncan 新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式和土壤調(diào)理劑對土壤酶活性的影響

由表 1 可知，水旱輪作模式下，在不同時期施用不同土壤調(diào)理劑對土壤酶活性有不同影響。4 月13 日 A3 處理土壤脲酶活性顯著高于 A1、A2 和CKA，A1、A2 與 CKA三者之間土壤脲酶活性差異不顯著。5 月 16 日所有處理之間土壤脲酶活性差異均不顯著。但在收獲后，A1、A2、A3 處理土壤脲酶活性均顯著高于 CKA，分別提高 57.14%、78.57%和57.14%。除 5 月 16 日 A3 處理外，在不同時期下施用土壤調(diào)理劑土壤蔗糖酶活性均低于 CKA。4 月13 日和 6 月 6 日所有處理之間土壤磷酸酶活性均無顯著差異，而 5 月 16 日 A2 和 A3 處理土壤磷酸酶活性均顯著高于 CKA。

旱地連作模式下，4 月 13 日不同土壤調(diào)理劑處理土壤脲酶活性均低于 CKB，僅 B3 處理顯著低于CKB;5 月 16 日僅 B3 處理土壤脲酶活性顯著高于CKB;6 月 6 日所有處理之間土壤脲酶活性差異均不顯著。在 4 月 13 日施用不同土壤調(diào)理劑的土壤蔗糖酶活性均顯著高于 CKB;在 5 月 16 日 B1、B2、 B3 土壤蔗糖酶活性均低于 CKB，僅 B1、B3 與 CKB差異顯著;在 6 月 6 日僅 B2 顯著低于 CKB，B1、B3均高于 CKB，但差異不顯著。在 4 月 13 日所有處理之間土壤磷酸酶活性均無顯著差異;在 5 月 16日 B1、B2、B3 土壤磷酸酶活性均高于 CKB，僅 B2、 B3 與 CKB差異顯著;6 月 6 日僅 B3 處理土壤磷酸酶活性顯著高于 CKB，B1、B2 處理均顯著低于CKB。

以上結(jié)果表明，施用土壤調(diào)理劑對兩種模式下土壤酶活性有一定影響。不同種植模式下施用相同土壤調(diào)理劑對土壤酶活性影響不同，除 4 月 13日的土壤脲酶活性和 5 月 16 日、6 月 6 日的土壤磷酸酶活性外，同一土壤處理下水旱輪作的土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和磷酸酶活性均高于旱地連作，這表明水旱輪作可能是促進土壤酶活性增加的主要原因。

2.2 不同種植模式和土壤調(diào)理劑對番茄光合作用的影響

由圖 1 可知，施用土壤調(diào)理劑對 2 種模式下番茄光合作用的影響基本一致。在水旱輪作模式下， 與 CKA相比，除 A3 處理蒸騰速率顯著增加外，各土壤調(diào)理劑處理對番茄凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）以及蒸騰速率（Tr）均無顯著影響。在旱地連作模式下，施用不同土壤調(diào)理劑均顯著增加了番茄凈光合速率和蒸騰速率，與 CKB相 比，B1、B2、B3 處理凈光合速率分別提高 32.76%、32.76% 和 73.65% ，蒸 騰 速 率 分 別 提 高 25.74% 、22.77%和 28.71%。所有處理的氣孔導(dǎo)度均無顯著差異。B3 處理胞間 CO2濃度顯著低于 CKB，其他處理間無顯著差異。以上結(jié)果表明，施用土壤調(diào)理劑對水旱輪作番茄光合作用影響較小，但可以提高旱地連作番茄的光合作用效率。

水旱輪作所有處理的番茄光合參數(shù)均高于旱地連作，與 CKB 相比，CKA 的 Pn、Gs、Ci 和 Tr 分別增加了 184.98%、320.00%、9.94%和 276.24%。表明水旱輪作可以有效緩解番茄連作障礙，提高番茄光合作用。

2.3 不同種植模式和土壤調(diào)理劑對番茄根系活力的影響

由圖 2 可知，不同種植模式下施用土壤調(diào)理劑對番茄根系活力影響不同。在水旱輪作模式下，與CKA相比，施用土壤調(diào)理劑顯著增加了番茄的根系活力，分別提高 125.05%、53.82%和 11.66%。在旱地連作模式下，土壤調(diào)理劑對番茄根系活力均無顯著影響。且在相同土壤處理下水旱輪作處理根系活力均高于旱地連作，與 CKB 相比，CKA 的番茄根系活力增加了 2.66%，表明水旱輪作可以提高番茄根系活力，促進番茄生長。

2.4 不同種植模式和土壤調(diào)理劑對番茄產(chǎn)量的影響

由圖 3 可知，在水旱輪作模式下，施用土壤調(diào)理劑降低了番茄產(chǎn)量。與 CKA 相比 ，分別降低6.08%、11.30%和 11.24%。在旱地連作模式下，除 B3 處理產(chǎn)量較 CK 下降外，B1、B2 處理番茄產(chǎn)量與CK 相比，分別顯著增加了 23.19%和 22.43%。且在相同土壤處理情況下水旱輪作各處理番茄產(chǎn)量均高于旱地連作，與 CKB 相比，CKA 處理番茄產(chǎn)量增加了 119.75%，表明水旱輪作可以緩解連作障礙，提高番茄產(chǎn)量。

3 討論與結(jié)論

土壤酶活性是土壤肥力評價指標(biāo)之一，其可促進土壤中有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及能量、養(yǎng)分的循壞，提高作物養(yǎng)分吸收利用效率[14]。周勃等[15]研究表明，與連作棉田相比，水旱輪作降低了土壤脲酶活性，增加了土壤過氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶活性。宋秋來等[16]研究表明，水稻→水稻→玉米輪作處理的土壤堿性磷酸酶和乙?；?β-葡萄糖胺酶活性顯著高于水稻連作處理。本試驗得到了相似的結(jié)果，在相同土壤調(diào)理劑處理下水旱輪作的土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性均高于旱地連作。在水旱輪作或旱地連作模式下，施用土壤調(diào)理劑對土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性具有一定影響，但均未體現(xiàn)出一致的規(guī)律，且大部分土壤酶活性與對照無顯著差異。表明土壤調(diào)理劑對提高土壤酶活性的效果不顯著，水旱輪作是促進土壤酶活性提高的主要原因。

植物的生長和干物質(zhì)的積累與光合作用密切相關(guān)[17]，Pn、Gs、Ci、Tr是評估光合能力強弱的基本參數(shù)。本試驗中，水旱輪作相同土壤處理的番茄 Pn、 Gs、Ci、Tr 均高于旱地連作，表明水旱輪作可以有效緩解番茄連作障礙，提高番茄光合作用。水旱輪作處理的番茄光合作用效率提高的原因可能是水旱輪作中土壤酶活性更高，其可以促進番茄吸收土壤養(yǎng)分，進而提高了番茄光合能力。在水旱輪作模式下，施用不同土壤調(diào)理劑與不施用調(diào)理劑（CKA）的番茄光合作用效率差異均不顯著，表明調(diào)理劑對水旱輪作模式下番茄的光合作用影響不大。在旱地連作模式下，施用不同土壤調(diào)理劑顯著提高了番茄凈光合速率和蒸騰速率，表明土壤調(diào)理劑能緩解番茄連作障礙，提高光合作用效率。但是在水旱輪作和土壤調(diào)理劑復(fù)合處理時沒有表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

根系活力是指根系新陳代謝活動的強弱，是反映根系吸收功能的一項綜合指標(biāo)[18]。連作可以顯著降低作物根系活力[19]。前人研究表明，水旱輪作[20]和施用土壤調(diào)理劑[21]可以提高作物根系活力。本研究結(jié)果表明，水旱輪作的番茄根系活力高于旱地連作，這與前人研究結(jié)果一致[20]。在水旱輪作模式下，施用土壤調(diào)理劑增強了番茄根系活力，在旱地連作模式下，施用調(diào)理劑對番茄根系活力無顯著影響。這可能是因為水旱輪作提高了土壤酶活性，可以促進番茄根系對水分和養(yǎng)分的吸收，進而根系活力增強。

連作可以導(dǎo)致番茄減產(chǎn)，隨著種植年限的增加，番茄產(chǎn)量不斷下降[22]。水旱輪作能夠有效緩解連作障礙，提高作物產(chǎn)量。王克磊等[6]以水稻-大棚番茄輪作田塊為研究對象，發(fā)現(xiàn)輪作后番茄產(chǎn)量增加，每 667 m2 較連作番茄提高 8.30%。本試驗中，水旱輪作所有處理的番茄產(chǎn)量均高于旱地連作，這與高忠奎等[23]在花生中的研究結(jié)果一致?？赡苁且驗樗递喿鞲淖兞送寥浪疅岘h(huán)境，提高了土壤酶活性、增強了番茄根系活力，促進了番茄光合作用，進而提高了番茄產(chǎn)量。然而，在水旱輪作模式下，施用土壤調(diào)理劑均降低了番茄產(chǎn)量，表明土壤調(diào)理劑不適用于水旱輪作番茄中。在旱地連作模式下，施用土壤調(diào)理劑增加了番茄產(chǎn)量，表明土壤調(diào)理劑對連作障礙有一定緩解作用。

本試驗中不同土壤調(diào)理劑對土壤酶活性、番茄光合作用和產(chǎn)量的影響較小，可能是因為土壤長期連作，導(dǎo)致有毒有害物質(zhì)大量積累，一次土壤調(diào)理劑的施用并不能直接解決土壤連作障礙問題，其可能是一個長期過程;另外，水旱輪作（水稻-番茄模式）已經(jīng)可以有效緩解土壤連作障礙。因此，土壤調(diào)理劑未能發(fā)揮其作用;還有可能是因為土壤調(diào)理劑的種類不適宜。

總的來說，在施用相同土壤調(diào)理劑條件下，與旱地連作相比，水旱輪作可以提高土壤酶活性和番茄光合作用效率，從而提高番茄產(chǎn)量。水旱輪作能夠有效緩解番茄連作障礙，提高番茄經(jīng)濟效益。在水旱輪作模式下，與 CKA相比，施用土壤調(diào)理劑對番茄光合作用的影響不顯著，但是降低了番茄產(chǎn)量。在旱地連作條件下，施用土壤調(diào)理劑提高了番茄光合作用效率和產(chǎn)量。

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