轮作对黄瓜连作土壤环境和产量的影响 高丽红.pdf

©19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET园艺学报2008,353357362ACTAHORTICULTURAESINICA收稿日期20070924修回日期20080205基金项目国家‘十一五’科技支撑计划项目2006BAD07B04,2006BAD17B07国家‘863’计划项目2006AA10Z421农业部结构调整项目06204202B3通讯作者AUTHORFORCORRESPONDENCEE2MAILGAOLHCAU1EDU1CNTEL01062732825轮作对黄瓜连作土壤环境和产量的影响吴艳飞,张雪艳,李元,魏文杰,高丽红3中国农业大学农学与生物技术学院,北京100094摘要为了评价轮作对连作障碍土壤的修复效果,采用盆栽方式,设置休闲、轮作、间作等处理,以生产中常用的夏季休闲的连作为对照,研究各处理对连作8年黄瓜的温室土壤生物修复效果及对后茬黄瓜产量的影响。结果表明,夏季温室休闲期种植大蒜和菠菜及白菜的处理可以显著降低土壤盐分积累,增加土壤微生物数量,抑制镰刀菌的增殖叶菜黄瓜番茄轮作较对照收益提高了2613,大蒜黄瓜黄瓜轮作较对照提高了1116,黄瓜间作大蒜年收益与对照相近。从本试验的结果来看,填闲和轮作可显著改善土壤微生物组成,利于修复连作障碍的土壤。关键词黄瓜轮作土壤微生物土壤肥力中图分类号S64212文献标识码A文章编号05132353X20080320357206INFLUENCEOFROTATIONONCONTINUOUSCROPPINGSOILENVIRONMENTANDCUCUM2BERYIELDWUYAN2FEI,ZHANGXUE2YAN,LIYUAN,WEIWEN2JIE,ANDGAOLI2HONG3COLLEGEOFAGRONOMYANDBIOTECHNOLOGY,CHINAAGRICULTURALUNIVERSITY,BEIJING100094,CHINAABSTRACTINORDERTOEVALUATETHERESTORATIONEFFECTOFCROPPINGSYSTEMSONCONTINUOUSCROPPINGSOIL,TREATMENTSOFNITROGEN2CATCHINGCROP,ROTATION,ANDINTERCROPWEREADAPTEDTOSTUDYSOILFERTILITYANDMICROBIALINDEXESOFTHESOILFROMAN82YEARCONTINUOUSCROPPINGFIELDUSINGPOTEXPERIMENTSFALLOWWASUSEDASCONTROLCKCUCUMBERYIELDWERERECORDEDBYPLANTINGGARLICANDLEAFYVEGETABLE,SOILSALTWERESIGNIFICANTLYREDUCED,NUMBEROFSOILMICROBEINCREASED,ANDTHEREPRODUCTIONOFFUSARIUMWASINHIBITEDINCOMEFROMLEAFYVEGETABLECUCUMBERTOMATOTREATMENTINCREASEDBY2613ANDTHATFROMGARLICCUCUMBERCUCUM2BERINCREASEDBY1116,WHILEINCOMEFROMTREATMENTOFCUCUMBERINTERCROPPINGGARLICWASALMOSTTHESAMEASTHATFROMCONTROLTHEREFORE,THETREATMENTOFLEAFYVEGETABLECUCUMBERTOMATOORTHETREATMENTOFGARLICCUCUMBERCUCUMBERCOULDIMPROVECOMPOSITIONOFSOILMICROBE,RESTORECONTINUOUSCROPPINGSOIL,ANDIN2CREASEINCOMEKEYWORDSCUCUMBERCROPROTATIONSOILMICROBESOILFERTILITY设施蔬菜生产中,土壤质量退化问题日趋严重,造成土壤质量退化的原因有多种,其中连作障碍是主因之一。黄瓜是设施栽培的主栽品种,同时也是连作障碍比较严重的作物。学者们对于黄瓜连作障碍的机理进行了较为深入的研究吴凤芝等,2000喻景权和杜尧舜,2000,对解决连作障碍的途径也作了一些有益探讨,认为轮作是克服连作障碍的最有利的技术措施之一。但有关轮作克服连作障碍的机理、轮作对土壤环境及作物影响的研究大都集中在大田作物及其它经济作物上HICK2MAN,2002闫志山等,2005,而对连作障碍严重的温室作物黄瓜的研究相对较少。©19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET园艺学报35卷本试验是在对北京温室黄瓜生产现状进行调研的基础上,选用连作8年黄瓜的温室土壤为研究对象,研究不同轮作方式对连作土壤的修复效果及对产量的影响,为温室土壤健康、持续利用提供理论依据。1材料与方法111材料及试验设计试验于2004年6月至2005年10月在中国农业大学科学园日光温室中进行。土壤取自顺义种植8年黄瓜的日光温室,土壤EC值0173MSCM1,PH6188,全氮01181,速效氮、有效磷、速效钾分别为19214、824和805MGKG1,土壤养分含量明显高于一般的温室土壤。细菌、放线菌、真菌、镰刀菌分别为102106、71105、92103和6918102个G1DM。采用盆栽方式,盆直径25CM,盆高28CM。为防止试验过程中塑料盆受外界环境的影响,将塑料盆埋于地下,盆口与地面齐平。供试黄瓜CUCUMISSATIVUSL品种为‘津优3号’,菠菜SPINACIAOLERACEAL品种为耐热的‘KERDIONRZ’,白菜BRASSICACAMPESTRISSSPCHINENSISMAKINO品种为‘青梗王’,大蒜ALLIUMSATI2VUML品种为‘成都二水早’,番茄为‘中杂9号’。试验设计见表1。每个小区面积约515M2,种植12盆,3次重复,随机区组排列。夏茬所有处理均不施肥,但根据作物生长要求进行正常的水分管理。秋黄瓜定植前每盆施入膨化鸡粪300G,鸡粪肥力指标为全氮01061,速效氮102515MGKG1,有效磷1077127MGKG1,速效钾4422134MGKG1。追肥浇施山崎黄瓜专用配方营养液,所有处理水肥供应一致。表1试验设计TABLE1EXPERIMENTALDESIGN处理TREATMENT夏茬SUMMER2004625930秋茬FALL20049301230春茬SPRING2005310625夏茬SUMMER200562510151大蒜GARLIC黄瓜CUCUMBER黄瓜CUCUMBER大蒜GARLIC2菠菜白菜黄瓜CUCUMBER番茄TOMATO菠菜白菜SPINACHPAKCHOISPINACHPAKCHOI3休闲FALLOW黄瓜间作大蒜黄瓜CUCUMBER休闲FALLOWCUCUMBERGARLIC对照CONTROL休闲FALLOW黄瓜CUCUMBER黄瓜CUCUMBER休闲FALLOW112取样及测量方法于每茬拉秧期取样,每盆取一个样,每小区取10个样混合,土样取自0～20CM,共3份平行样。一部分土样装入无菌纸袋,立即带回实验室,研磨过2MM筛后于4℃冰箱保存,用于土壤微生物的分析另一部分土样风干,用于土壤化学指标分析。采用土壤浸出液法培养细菌,稀释平板计数法计数马丁孟加拉红链霉素选择性培养基培养真菌,稀释平板计数法计数改良高氏一号培养基培养放线菌,稀释平板计数法计数PCNB培养基培养镰刀菌,稀释平板计数法计数李阜棣等,1996。采用1∶5土壤悬液电导法电导仪法测量土壤EC值电位计法测量土壤PH值半微量凯氏定氮法测量土壤全氮流动分析仪测量土壤速效氮015MOLL1NAHCO3浸提钼锑抗吸光光度法测量土壤有效磷1MOLL1NH4AC浸提火焰光度法测量土壤速效钾鲍士旦,2000。共测定3个平行样本,每个样本测量3次,取其平均值。数据采用SAS分析法进行显著性分析。记录温室夏茬不同处理作物的产量、产值及秋冬茬和早春茬不同处理小区产量和产值。853©19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET3期吴艳飞等轮作对黄瓜连作土壤环境和产量的影响2结果与分析211轮作对土壤化学指标的影响本试验初始土壤的EC值为0173MSCM1,速效N、P、K含量偏高,盐分积累严重。从图1可以看出,夏季种植作物处理1和处理2后20040930,土壤EC值、速效N、P、K含量与本土相比均有显著降低,其中以种植叶菜的处理2降低幅度最大。夏茬休闲处理处理3和处理4土壤化学指标虽然较本土也有变化,这种变化与休闲期土壤含水量低,土壤中有效养分的转化有关,但差异不如种植作物的处理明显。随后的秋冬茬试验由于定植前均施入一定量底肥,且秋冬季地温低,黄瓜吸肥量小,所以在秋冬茬黄瓜拉秧期20041230土壤EC值及速效N、P、K含量恢复到较高水平。经过一年的试验,在春茬黄瓜拉秧期20050625各处理土壤EC值有明显降低,处理1和处理2降低幅度最大速效氮的含量依次为对照处理3处理2处理1,有效磷的含量处理2和处理3要高于对照速效钾含量处理2比对照低155MGKG1,处理1比对照低139MGKG1,各处理间差异显著。土壤酸碱度会影响土壤中各离子的有效性及作物对离子的吸收。从图1中可以看出夏季种植大蒜处理1后20040930土壤PH值较对照上升了0121个单位,这种变化有利于抑制真菌病害图1轮作对土壤EC、PH、全氮、速效N、有效磷、速效钾值的影响FIG1EFFECTOFROTATIONONSOILEC,PH,TOTALN,AVAILABLEN,AVAILABLEP,AVAILABLEK953©19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET园艺学报35卷的发生,但为何会出现这种变化有待于进一步研究。各处理在秋茬黄瓜及春茬黄瓜拉秧期PH值变化处理间差异不显著,但相比而言,对照PH最低,夏茬种植大蒜处理1和秋茬黄瓜大蒜间作处理处理3的土壤PH相对较高。212轮作对土壤微生物数量的影响土壤微生物区系组成和数量的变化,与土壤中植物养分的转化和吸收以及各种土壤病害的发生都有很大关系,其含量和组成在一定程度上反映了土壤健康程度。随着土壤连作年限的增加,土壤会从细菌型向真菌型转化。本试验对各茬口拉秧期土壤微生物数量的变化进行了研究。从图2可以看出,经过2004年夏茬不同轮作处理后20040930,各处理土壤中细菌数量与初始土壤相比大幅降低,放线菌数量升高,真菌和镰刀菌种植大蒜和速生叶菜的处理1和处理2均降低,而夏茬休闲的处理3和对照数量变化不大。这种变化一方面是作物改变的结果,另一方面是由于试验所用土壤从田栽变为盆栽,土壤的理化性质发生改变,进而影响到土壤的微生物组成和繁殖。在秋茬黄瓜拉秧期20041230,由于地温很低,温度对微生物的影响超过了作物根系对微生物的影响,所以各处理间微生物数量差异不是很大,同时微生物总量偏低。经过一年稳定期,在重复试验2005年夏茬试验结束后20051015,土壤中细菌数量为处理1处理2处理3对照真菌反之放线菌以处理3最高。各处理B/F细菌/真菌比值值为处理1处理2处理3对照。处理1种植大蒜后土壤中细菌大幅度的提高与大蒜生长前期根系细菌数量远大于其它作物有关杨益清,1989。图2轮作对土壤细菌、真菌、放线菌、镰刀菌数量的动态影响FIG2EFFECTOFROTATIONONSOILBACTERIA,SOILFUNGI,SOILACTINOMYCETES,ANDSOILFUSARIUM黄瓜枯萎病是黄瓜生产中重点防治的土传病害,也是造成黄瓜连作障碍的重要因素,因此抑制镰刀菌的繁殖,降低枯萎病的发病率是判断轮作克服连作障碍效果的重要指标。黄瓜与非瓜类作物轮作可以抑制枯萎病的发生。063©19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET3期吴艳飞等轮作对黄瓜连作土壤环境和产量的影响从图2中可以看出,种植大蒜处理1对镰刀菌有明显的抑制作用。这是因为种植大蒜后一方面改变了寄主的种类,另一方面大蒜分泌的大蒜素对镰刀菌有较强的抑制作用,所以种植一茬大蒜后土壤中镰刀菌明显下降金扬秀等,2003,种植菠菜和白菜处理2虽然对枯萎病没有抑制作用,但由于寄主的改变也不利于镰刀菌的繁殖和生长。213产量及经济效益的评价不同轮作处理各茬作物的产量和收益存在差异。从表2中可以看出,夏茬的产量和收益以处理2较高,其次为处理1,处理3和处理4均为休闲期,此茬无收益。各处理秋黄瓜的产量非常低,这与秋黄瓜结瓜期短有关,本茬黄瓜收获期为一个半月,而且后期处于低温弱光期。各处理比较,处理2的产量最高,结瓜期也早,其次是对照,处理1和处理3产量没有差异,都低于对照。春茬产量高于秋茬,处理2种植番茄,产量最高,种植黄瓜的处理以处理1产量最高,处理3次之,最低的是对照。从年收益来看,处理2收益达到22107元M2,比对照高了2613,其次是处理1,年收益为19151元M2,比对照高1116,处理3和对照没有差异。表2不同轮作产量和经济效益表TABLE2YIELDANDINCOMEFROMDIFFERENTROTATION处理TREATMENT夏茬产量/KGM22004930SUMMERYIELD夏茬收益/YUANM22004930SUMMERINCOME秋茬产量/YUANM220041230AUTUMNYIELD秋茬收益/YUANM220041230AUTUMNINCOME春茬产量/KGM22005625SPRINGYIELD春茬收益/YUANM22005625SPRINGINCOME总收益/YUANM2TOTALINCOME11117111711433101101315131915120197112321691181314210152151952210730011402186101121511117197对照CONTROL0011603112915214136171413结论与讨论研究者将连作障碍归结为致病菌积累、营养失衡和根系分泌物的自毒作用。不同作物吸收养分的种类和数量不同,因此不同作物轮作可以均衡土壤养分,避免某种盐分的过量积累,在一定程度上可以避免土壤次生盐渍化的发生。土壤微生物不仅受到外界环境、施肥种类、作物生育期等的影响胡元森等,2004樊军和郝明德,2003,同时还受到植物根系分泌物的影响,根系分泌物直接影响了土壤微生物的种类和数量朱丽霞等,2003。不同作物轮作可以避免某种致病菌的大量积累,减轻土传病害的发生。因此改变连作这种栽培模式,将黄瓜与其它作物轮作理论上可以修复产生连作障碍的土壤。本试验的结果表明夏季种植大蒜不仅降低了土壤盐分积累,同时增加了土壤中细菌、放线菌的数量,降低了真菌、镰刀菌的数量,并且对镰刀菌的抑制作用效果非常明显。叶菜黄瓜番茄处理同样降低了土壤盐分积累,增加微生物数量,但该处理影响了磷的吸收,与对照相比磷反而有了一定积累。夏季种植速生叶菜类及大蒜有利于秋茬黄瓜的生长,叶菜黄瓜番茄处理全年的经济效益最高。作物不仅仅影响到土壤中微生物的数量,更多的是影响到微生物的种类和多样性ALVEY,2003,合理的微生物多样性可以抑制有害病菌的繁殖,对微生物多样性的研究在评价系统、维护生态平衡中发挥着重要作用,因此在研究轮作对土壤微生物的影响时应该考虑到微生物多样性和种类的变化。本试验选用的栽培模式比较少,要全面探讨轮作机理、选择合适的轮作措施,还需要选用更多的作物与黄瓜轮作。163©19942010CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET园艺学报35卷REFERENCESALVEYS2003CEREAL/LEGUMEROTATIONEFFECTSONRHIZOSPHEREBACTERIALCOMMUNITYSTRUCTUREINWESTAFRICANSOILSBIOLOGYANDFERTILITYOFSOILS,3727382BAOSHI2DAN2000SOILANDAGRICULTURALCHEMISTRYANALYSISBEIJINGCHINAAGRICULTURALPRESS39114INCHINESE鲍士旦2000土壤农化分析北京中国农业出版社39114FANJUN,HAOMING2DE2003EFFECTSOFLONGTERMROTATIONSANDFERTILIZATIONSONSOILMICROFLORARESEARCHOFSOILANDWATERCONSERVATION,108889INCHINESE樊军,郝明德2003长期轮作与施肥对土壤主要微生物类群的影响水土保持研究,108889HICKMANMV2002LONGTERMTILLAGEANDCROPROTATIONEFFECTSONSOILCHEMICALANDMINERALPROPERTIESJOURNALOFPLANTNUTRITION,25714571470HUYUAN2SEN,WUKUN,LIUNA,CHENHONG2GE,JIAXIN2CHENG2004STUDIESONMICROBIALPOPULATIONDYNAMICSINTHECUCUMBERRHIZOSPHERESATDIFFERENTDEVELOPMENTALSTAGESSCIENTIAAGRICULTURESINICA,3715211526INCHINESE胡元森,吴坤,刘娜,陈红歌,贾新成2004黄瓜不同生育期根际微生物区系变化研究中国农业科学,3715211526JINXIU2YANG,XIEGUAN2LIN,SUNXIANG2LIANG2003RELATIONSHIPOFGARLICROTATIONANDSEVERITYOFFUSARIUMWILTOFMELONJOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY,21912INCHINESE金扬秀,谢关林,孙祥良2003轮作与瓜类枯萎病发病的关系上海交通大学学报,21912LIFU2DI,YUZI2NIU,HESHAO2JIANG1996EXPERIMENTTECHNIQUEFORAGRICULTUREMICROBIOLOGYBEIJINGCHINAAGRICULTURALPRESS305306INCHINESE李阜棣,喻子牛,何绍江1996农业微生物学实验技术北京中国农业出版社305306WINDMERTL2000IMPACTOFSOILHEALTHMANAGEMENTPRACTICESONSOILBORNEPATHOGENS,NEMATODESANDROOTDISEASESOFVEGETABLECROPSAPPLIEDSOILECOLOGY,153747WUFENG2ZHI,ZHAOFENG2YAN,LIUYUAN2YING2000ONTHEREASONSOFCONTINUOUSCROPPINGOBSTACLESINVEGETABLEFACILITYGARDENINGJOURNALOFNORTHEASTAGRICULTURALUNIVERSITY,313241247INCHINESE吴凤芝,赵凤艳,刘元英2000设施蔬菜连作障碍原因综合分析与防治措施东北农业大学学报,313241247YANZHI2SHAN,YANGJI,ZHANGYU2SHUANG,WANGXIAO2CHUN,FANYOU2JUN2005INTEGRATEDCONTROLFORSHORT2TERMOFSUGAR2BEETROTATIONSUGARCROPSOFCHINA,33538INCHINESE闫志山,杨骥,张玉霜,王孝纯,范有君2005甜菜短期轮作的综合调控技术中国糖料,33538YANGYI2QING1989THESTUDYOFTHEHOSTEXTENSIONOFCUCUMBERFUSARIUMWILTCHINAVEGETABLE,11013INCHINESE杨益清1989黄瓜枯萎病菌寄主范围的研究中国蔬菜,11013YUJING2QUAN,DUYAO2SHUN2000SOIL2SICKNESSPROBLEMINTHESUSTAINABLEDEVELOPMENTFORTHEPROTECTEDPRODUCTIONVEGETABLESJOURNALOFSHEN2YANGAGRICULTURALUNIVERSITY,31124126INCHINESE喻景权,杜尧舜2000蔬菜设施栽培可持续发展中的连作障碍问题沈阳农业大学学报,31124126ZHULI2XIA,ZHANGJIA2EN,LIUWEN2GAO2003,REVIEWOFSTUDIESONINTERACTIONSBETWEENROOTEXUDATESANDRHIZOPHERICMICROORGANISMSECOLOGI2CALENVIRONMENT,121102105INCHINESE朱丽霞,张家恩,刘文高2003根系分泌物与根际微生物相互作用研究综述生态环境,121102105263