不同种植年限有机土基质的变化及其对温室黄瓜生长的影响_宋为交.pdf

书书书不同种植年限有机土基质的变化及其对温室黄瓜生长的影响*宋为交 贺超兴于贤昌 张志斌 李衍素 闫 妍( 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 ， 北京 100081)摘 要 研究了不同种植年限有机土基质的理化性质变化及其对黄瓜生长的影响 结果表明 : 随着种植年限的增加 ， 有机土栽培基质的理化性质变差 ， 表现为容重增大 、总孔隙度减小 、土壤酸碱度降低 、有效养分含量下降 ; 有机土微生物区系中细菌 、放线菌数量下降 ， 真菌数量增多 随有机土种植年限的增加 ， 黄瓜的生长受到一定影响 ， 表现为株高 、叶面积减小 ， 光合功能衰退 ， 黄瓜产量和品质下降 ， 有必要对连续种植 3 年的有机土基质进行地力恢复 关键词 温室黄瓜 有机土基质 种植年限 理化性状 产量品质文章编号 10019332( 2013) 10285706 中图分类号 S642. 2 文献标识码 AChanges of organic soil substrate properties with different cultivation years and their effectson cucumber growth in solar greenhouse SONG Wei-jiao， HE Chao-xing， YU Xian-chang，ZHANG Zhi-bin， LI Yan-su， YAN Yan ( Institute of Vegetable and Flower， Chinese Academy ofAgricultural Sciences， Beijing 100081， China) -Chin J Appl Ecol ， 2013， 24( 10) : 28572862Abstract: This paper studied the changes of organic soil substrate properties with increasing culti-vation years and their effects on the cucumber growth in solar greenhouse The results showed thatwith increasing cultivation years， the physical and chemical properties of organic soil substrate dete-riorated， which was manifested in the increase of bulk density and the decrease of total porosity，pH， and available nutrient contents The numbers of bacteria and actinomycetes in the substrate de-creased with increasing cultivation years， while that of fungi was in reverse The cucumber growthwas also affected to a certain extent， manifesting in the decrease of plant height and leaf area， thedecline of photosynthetic efficiency， and the decrease of yield and quality It would be necessary torestore the fertility of organic soil substrate after 3-year cultivationKey words: greenhouse cucumber; organic soil substrate; cultivation year; physical and chemicalproperties; yield and quality* 国家科技支撑计划项目 ( 2011BAD12B03) 、公益性行业 ( 农业 ) 科研专项 ( 201203005) 和农业部园艺作物生物学与种质创新实验室资助 通讯作者 E-mail: hechaoxing126 com2013-01-14 收稿 ， 2013-07-23 接受 设施栽培主要在半封闭状态下进行 ， 连续种植蔬菜作物会使土壤地力下降 ， 土壤理化性质恶化 ， 导致蔬菜产量下降 ， 影响了设施农业的可持续发展 13 土壤质量可以通过土壤物理结构 、化学性质和土壤生物等进行评价 48 大量研究表明 ， 秸秆还田可降低表土盐分积累 ， 增加各类群生物活性 ， 减少设施病原真菌繁殖 ， 使土壤温度提高 1 2 ， 增强黄瓜对白粉病的抗性 911有机土壤栽培基质 ( 简称有机土 ) 是以农业产品有机废弃物玉米秸 、麦秸等及腐熟有机肥和洁净土壤为主要成分配制的蔬菜栽培基质系统 ， 其栽培效果明显优于普通土壤 1213 研究表明 ， 有机土栽培增加了土壤养分含量 ， 可使白菜增产 28% 14 有机土栽培的油麦菜植株生长旺盛 ， 产量较土壤栽培提高 196%， 硝酸盐含量则下降 81 0%， 大大提高了叶菜类蔬菜的食用安全性 15 有机土因富含有机营养 ， 可有效提高地温 1 2 ， 对增产和改善作物品质有一定促进作用 16 有机土还显著促进了温室番茄的生长 ， 提高了产量 ， 改善了果实营养品质 17然而 ， 随着种植年限的增加 ， 有机土中有机物质不断降解 ， 理化性质会发生变化并对设施蔬菜生长产生影响 18应 用 生 态 学 报 2013 年 10 月 第 24 卷 第 10 期Chinese Journal of Applied Ecology， Oct 2013， 24( 10) : 28572862DOI:10.13287/j.1001-9332.2013.0461本文通过试验比较了不同种植年限的有机土物理性质 、有机质含量和矿质养分的变化以及对温室黄瓜生长和产量的影响 ， 以期为设施蔬菜栽培和地力保持提供理论依据 1 材料与方法1. 1 试验材料试验于 2011 年 711 月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所试验农场的日光温室内进行 供试黄瓜品种为中国农业科学院蔬菜花卉研究所选育的设施专用黄瓜品种 中农 26， 为普通花性杂交一代黄瓜品种 7 月 27 日播种 ， 8 月 9 日定植于石槽 ( 长 宽 高 =50 cm50 cm30 cm) 中 ， 种植密度为 4 株 m2每个石槽底部用塑料膜隔开 ， 防止水分与养分渗漏 ，采用滴灌供水 黄瓜采用吊蔓栽培 ， 常规管理方式 ， 在9 月下旬进入采收期 ， 11 月 5 日拉秧 1. 2 试验设计试验设 4 个处理 ， 分别为 : 1) T0， 新配有机土 ， 由腐熟玉米秸秆 、腐熟牛粪和普通土壤 ( 2 1 1， V/V) 配制而成 1215， 18; 2) T1， 连续种植一年 ( 2 茬 ) 蔬菜后的有机土 ; 3) T2， 连续种植 2 年 ( 4 茬 ) 蔬菜后的有机土 ; 4) CK， 普通土壤栽培 ( 对照 ) ， 土壤为沙壤土 不同年份配制的有机土基质所用原料相同 ， 在相同温室中栽培相同的蔬菜 ， 每年番茄或黄瓜轮作 ，试验时将槽中的不同年限有机土基质以相同体积填满石槽 每处理设 3 次重复 ， 每个重复 18 株 ， 共 12个小区 腐熟玉米秸秆容重为 012 gcm3， 含有机质 826%、全氮 1 4%、全磷 0 2%、全钾 1 8%; 干腐熟牛粪容重为 085 gcm3， 含有机质 222%、全氮 08%、全磷 05%、全钾 0 6%; 普通土壤的容重为 108 gcm3， 含有机质 13%、全氮 0 2%、全磷03%、全钾 08%， 各处理除前茬正常施肥外 ， 定植前未增施任何肥料 ， 栽培管理施肥主要是每周随水增施适量氮钾肥 1. 3 测定项目与方法1. 3. 1 基质土壤样品采集 分别于黄瓜定植前 ( 8月 8 日 ) 和拉秧后 ( 11 月 6 日 ) 采集土样 ， 每处理随机选取 3 个位点 ， 采集 0 20 cm 深的土壤 ， 混合均匀 一部分于 4 冰箱保存 ， 用于土壤微生物数量分析 ; 另一部分风干保存 ， 用于理化性状分析 1. 3. 2 土壤理化性状分析 土壤容重采用环刀法测定 ; pH 和 EC 值分别用 pH 计和电导率仪测定 ; 有机质采用低温外加热重铬酸钾氧化 -比色法测定 ; 碱解氮含量采用扩散法测定 ; 速效磷含量采用钼蓝比色法测定 ; 速效钾含量采用火焰分光光度法测定 191. 3. 3 土壤微生物数量测定 细菌培养采用牛肉膏蛋白胨培养基 ; 放线菌培养采用改良高氏 1 号培养基 ( 每 1000 mL 培养基中加入重铬酸钾 0 25 g 以抑制细菌和霉菌生长 ) ; 真菌采用马丁氏培养基 ( 每1000 mL 培养基中加 005 g 孟加拉红粉末和链霉素03 g) ; 微生物数量均采用系列稀释法计数 201. 3. 4 光合参数测定 在黄瓜采收初期 ( 9 月 20 日 ，晴天 ) ， 使用 Li-6400 便携式光合测定仪测定植株第8 节位叶片 ( 功能叶 ) 的净光合速率等光合参数 1. 3. 5 黄瓜生长和品质指标测定 定植一个月后测定植株株高 ( 茎基部到生长点的距离 ) 及叶片叶面积 ( 叶面积扫描仪 ) 采收期摘取成熟度好 、生长一致的黄瓜果实样品由农业部蔬菜品质监督检测中心( 北京 ) 测定各品质指标 ， 其中可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝 G-250 染色法测定 ; 维生素 C 含量采用钼蓝比色法测定 ; 可溶性固形物采用手持测糖仪测定 ; 硝酸盐含量采用水杨酸法测定 ; 可溶性糖含量采用蒽酮乙酸乙酯比色法测定 211. 4 数据处理采用 DPS 软件 Duncan 新复极差法 ( P0 05)对试验数据进行统计分析 ， 采用 Microsoft Excel 软件作图 2 结果与分析2. 1 不同种植年限有机土壤理化性质的变化2. 1. 1 物理性状 不同种植年限的有机土壤物理性状存在较大差异 ( 表 1) 定植前与拉秧后各处理的容重大小均表现为 CKT2T1T0， 各处理与对照差异显著 ， T0显著小于其他处理 ， T1与 T2之间无显著差异 定植前和拉秧后的总孔隙度及电导率表现为T0T1T2CK， T0显著高于其他处理 ， T1与 T2之间无显著差异 土壤容重的增加一方面与滴灌导致的土壤紧实度增加有关 ， 另一方面与有机物质不断被微生物分解及矿质化 ， 使原有土壤结构改变 ， 体积减少有关 土壤容重整体上随着种植年限的增加而增大 ，土壤通气性变差 ， 基质电导率由于秸秆分解及土壤腐殖质中矿质元素不断被植物根系吸收而降低 2. 1. 2 有机质含量及速效养分 不同种植年限的有机土基质的有机质含量及速效养分含量显著不同 ，且随黄瓜栽培年限增加其含量有不同程度下降 ( 表2) 与定植前相比 ， 拉秧后 T0、T1、T2分别降低 51%、3 7%、3 7% ， 新配有机土基质的有机质含量最高 ，8582 应 用 生 态 学 报 24 卷表 1 不同种植年限的有机土物理性状的变化Table 1 Changes of physical property of organic soil with different cultivation years处理Treatment容重Bulk density( gcm3)定植前Before planting拉秧后After harvest总孔隙度Total porosity( %)定植前Before planting拉秧后After harvest电导率Electric conductivity( mScm1)定植前Before planting拉秧后After harvestpH定植前Before planting拉秧后After harvestT0045c 059c 810a 793a 137a 089a 813a 745aT1068b 072b 658b 658b 048b 049b 805b 736aT2073b 075b 681b 671b 045bc 030c 744c 711bCK 108a 111a 547c 540c 037c 045b 823a 764a同列不同小写字母表示差异显著 ( P005) Different small letters in same column indicated significant difference at 005 level 下同 The same below表 2 不同种植年限的有机土有机质含量和速效养分的变化Table 2 Changes of organic matter and available nutrient of organic soil with different cultivation years处理Treatment有机质含量Organic mattercontent ( %)定植前Beforeplanting拉秧后Afterharvest铵态 NNH4+-N( mgkg1)定植前Beforeplanting拉秧后Afterharvest硝态 NNO3-N( gkg1)定植前Beforeplanting拉秧后Afterharvest速效 PAvailable P( gkg1)定植前Beforeplanting拉秧后Afterharvest速效 KAvailable K( gkg1)定植前Beforeplanting拉秧后AfterharvestT0177a 68a 1240a 297a 245a 061b 028c 051a 241a 135aT127b 28b 236c 187b 117b 109a 065a 021c 108b 043cT222b 21b 388b 175b 101c 032c 048b 043b 068c 041cCK 13b 12c 120c 57c 0036d 046c 029c 028c 045d 051b达 177%， 而随黄瓜栽培其有机质含量下降最快 ，可见新配有机土中的有机物质分解很快 ， 随栽培年限增加 ， 其下降速度减缓 ， 其他 3 个处理的有机质含量较低 ， 且相对稳定 ， 表明低含量土壤有机质的补充与消耗基本平衡 定植前有机土各处理的速效养分均显著高于对照 ( 表 2) ， 其中 T1处理的铵态氮 、硝态氮 、速效磷含量最高 ， T0处理的速效钾含量最高 添加秸秆显著改善了有机土的营养水平 ， 随着蔬菜栽培 ， 拉秧后各处理的硝态氮 、铵态氮 、速效钾含量整体下降 ， 表明有机土为蔬菜生长提供了充足的营养 ， 促进了蔬菜的生长和养分的吸收 2. 1. 3 微生物数量 不同种植年限有机土的微生物数量明显不同 ( 表 3) 各有机土处理的细菌含量显著高于对照 ， 且拉秧后的总数量显著高于定植前 定植前各处理差异显著 ， 以 T1含量最多 ， 其干土中细菌达 5 27107CFUg1， T2次之 ， 干土中细菌达2. 77107CFUg1， 新配有机土 T0与 CK 细菌较少 ， 有机土明显高于普通土 ， 表明新配有机土随蔬菜栽培 ， 有机物质诱导了细菌等微生物的迅速增长 ， 微生物的增多加剧了有机质的分解 ， 随栽培年限增加 ，有机质含量减少 ， 微生物数量亦有所下降 真菌数量则以新配有机土 ( T0) 最少 ， 其含量随种植年限的增加而增多 ， 明显高于普通土对照 放线菌亦以有机土中数量显著高于普通土壤 ， 且随蔬菜栽培而迅速增加 表明不同种植年限的温室土壤中 ， 微生物组成和数量存在较大差异 ， 随连作年限的增加 ， 细菌和放线菌数量均表现出先增加后减少的趋势 ， 真菌数量随连作年限的增加呈增加趋势 2. 2 不同种植年限的有机土基质对黄瓜生长和产量的影响不同处理间黄瓜的株高及单叶叶面积有显著差异 ( 表 4) 其中株高以 T0处理最高 ， 显著高于其他处 理 ， 其次为 T1， T2处理与 CK间无显著差异 ; 黄瓜表 3 不同种植年限的有机土根际微生物变化Table 3 Changes of rhizosphere microbe in organic soil with different cultivation years处理Treat-ment细菌Bacteria ( 107CFUg1)定植前Before planting拉秧后After harvest真菌Fungi ( 105CFUg1)定植前Before planting拉秧后After harvest放线菌Actinomyce ( 104CFUg1)定植前Before planting拉秧后After harvestT0187c 820b 167d 467c 153a 803cT1527a 1343a 467b 567b 160a 1367aT2277b 733b 633a 1867a 150a 1163bCK 067d 303c 200c 367d 113b 770d958210 期 宋为交等 : 不同种植年限有机土基质的变化及其对温室黄瓜生长的影响表 4 不同种植年限的有机土对黄瓜生长和产量的影响Table 4 Effects of organic soil with different cultivation years on plant growth and yield of cucumber处理Treatment株高Height( cm)单叶面积Leaf area( cm)叶绿素含量Chlorophyll content( mgg1)根系活力oot activity( gg1h1)单株产量Yield per plant( kg)产量Yield( kgm2)T01372a 3782a 198b 1281a 161a 663aT11245ab 2933b 204b 1105b 126b 519bT21031b 2755c 229a 939c 116c 478cCK 1073b 2576c 184c 712d 115c 474c单叶叶面积亦有相同趋势 ， 依次为 T0T1T2CK，T2与对照无显著差异 表明随种植年限增加 ， 有机土较普通土的根区改良效果呈下降趋势 ， 种植 2 年的有机土基质与普通土壤栽培效果差异不显著 T2处理叶片的叶绿素含量显著高于其他处理 ，其他处理间无明显差异 ， 这可能与 T2处理植株矮小 、单叶叶面积较小而使叶片叶绿素积累有关 不同种植年限的有机土处理其黄瓜根系活力均显著高于对照 ， 其中 T0处理最高 ， 与其他处理呈显著差异 ， T1处理次之 ， T2处理最低 ， 可见随着种植年限的增加 ，黄瓜根系活力呈下降趋势 ， 这与有机土的地力水平下降密切相关 有机土基质比普通土壤疏松透气 、保水保肥 ， 从而提高了黄瓜根系的代谢活力 ， 有利于黄瓜植株的生长 ， 但随着种植年限的增加 ， 这种优势逐渐减弱 从不同种植年限有机土栽培的黄瓜产量可以看出 ，T0、T1、T2处理分别比对照增加 40%、9 6%、0 9%，其中 T0处理的产量最高 ， 与其他处理差异显著 ， T1处理次之 ， T2处理产量最低 ， T2处理与普通土壤无显著差异 ， 表明种植 2 年的有机土与普通土壤已基本相同 2. 3 不同种植年限的有机土基质对黄瓜叶片光合参数的影响应用不同种植年限的有机土栽培黄瓜 ， 各处理叶片光合速率差异显著 ( 图 1) ， 表现为 T0T1T2CK， T0处理的光合速率显著高于其他处理 ， T1与 T2处理之间无显著差异 ， T2处理与对照差异不显著 ， 气孔导度 、胞间 CO2浓度及蒸腾速率表现出相同的趋势 表明随着种植年限的增加 ， 黄瓜叶片的光合速率受到一定的影响 ， 表现出逐渐下降趋势 ， 种植 2 年的有机土与普通土壤栽培效果无显著差异 2. 4 不同种植年限的有机土基质对黄瓜营养品质的影响不同种植年限的有机土基质栽培黄瓜果实营养图 1 不同种植年限有机土对黄瓜叶片光合参数的影响Fig1 Effects of organic soil with different cultivation years on photosynthetic parameters in leaves of cucumber不同小写字母表示差异显著 ( P005) Different small letters indicated significant difference at 005 level0682 应 用 生 态 学 报 24 卷表 5 不同种植年限的有机土对黄瓜营养品质的影响Table 5 Effects of organic soil with different cultivationyears on nutrient quality of cucumber处理Treat-ment维生素 CVitamin C( mgkg1)可溶性糖Solublesugar( %)可溶性蛋白Solubleprotein( mgkg1)可溶性固形物Solublesolids( %)硝酸盐Nitrate( mgkg1)T01080a 196a 074a 40a 1820cT11030b 163b 073a 36b 2866bT2902c 153c 063b 32c 2942bCK 826d 159b 079a 36b 3200a品质有明显差异 ( 表 5) ， 维生素 C 含量在各处理间差异显著 ， 且有机土处理均显著高于对照 ; 可溶性糖和可溶性固形物处理间差异显著 ， 随着种植年限的增加 ， 含量逐渐下降 ; 可溶性蛋白含量除 T2较低外 ，其他处理与对照无显著差异 ; 各处理的硝酸盐含量显著低于对照 可见 ， 有机土基质栽培明显改善了黄瓜的营养品质 ， 但随着种植年限的增加 ， 有机质含量下降 ， 根区理化性质变劣 ， 黄瓜果实的营养品质受到明显影响而降低 3 讨 论植物的根区环境对蔬菜的营养吸收和光合生长有重要作用 ， 因此栽培基质的理化性质包括容重 、总孔隙度 、pH 值和电导率等必须在适宜范围内 ， 作物根系才能正常生长 18 本研究表明 ， 新配的有机土表现出良好的理化性状 ， 这与添加秸秆减小了土壤容重 ， 同时增加了营养供给有关 随着种植年限的增加 ， 土壤有机质不断腐殖化和降解矿质化 ， 土壤有机质不断减少 ， 土壤养分含量不断下降 ， 同时由于秸秆被分解导致土壤容重增大 ， 总孔隙度显著下降 ， 土壤的通气性变差 因此随种植年限的增加 ， 有机土的理化性质劣化 ， 有机土基质的栽培优势逐渐减弱 ， 这与马云华等 22、吴凤芝等 23的研究结果一致 微生物是土壤生态系统的重要组成部分 ， 对动植物残体的分解 、有机质的矿化 、腐殖质和团聚体的形成及维持土壤生态系统平衡起着不可替代的作用 三大类微生物中 ， 细菌是土壤微生物的优势群体 ， 细菌与土壤容重及有机质呈正向效应 ， 真菌与有机质呈正向效应 ， 放线菌则影响较小 2426 本试验结果表明 ， 随着种植年限的增加 ， 土壤中的有机质含量呈下降趋势 ， 导致细菌和放线菌数量不断减少 ， 真菌数量不断增加 ， 土壤微生物区系从 “细菌型 ”向“真菌型 ”转化 ， 这与葛红莲等 27、吴凤芝等 28的研究结果一致 随着蔬菜种植年限的增加 ， 有机土基质理化性质变劣 ， 最终影响了黄瓜的正常生长 ， 不利于黄瓜产量的提高和品质的改善 种植 2 年后的有机土继续使用将不利于设施蔬菜的生长 ， 有必要采取措施对其进行修复 ， 才能维持有机土基质的地力水平 ， 保证设施蔬菜优质高产和设施农业的可持续生产 ， 但如何进行修复还有待进一步研究 参考文献 1 Wu F-Z ( 吴凤芝 ) ， Zhao F-Y ( 赵凤艳 ) ， Liu Y-Y( 刘元英 ) On the reasons of continuous cropping ob-stacles in vegetables facility gardening Journal ofNortheast Agricultural University ( 东北农业大学学报 ) ， 2000， 31( 3) : 241247 ( in Chinese) 2 Kong C-H ( 孔垂华 ) Problems needed attention onplant allelopathy research Chinese Journal of AppliedEcology ( 应用生态学报 ) ， 1998， 9( 3) : 332336 ( inChinese) 3 Ma Y-H ( 马云华 ) ， Wei M ( 魏 珉 ) ， Wang X-F ( 王秀峰 ) Variation of microflora and enzyme activity incontinuous cropping cucumber soil in solar greenhouseChinese Journal of Applied Ecology ( 应用生态学报 ) ，2004， 15( 6) : 10051008 ( in Chinese) 4 Ashton EC， Macintosh DJ Preliminary assessment ofthe plant diversity and community ecology of the Sematanmangrove forest Forest Ecology and Management，2002， 166: 111129 5 Dominy CS， Haynes J Influence of agricultural landmanagement on organic matter content， microbial activi-ty and aggregate stability in the profiles of two 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