孫藝文 吳鳳芝

（東北農業(yè)大學園藝學院，黑龍江哈爾濱 150030）

近年來我國設施蔬菜生產面積逐年增加，給人們帶來了巨大的經(jīng)濟利益，但是由于設施生產具有高度集約化、復種指數(shù)高、栽培種類單一和相對封閉性等特點，連作障礙普遍發(fā)生（吳鳳芝和趙鳳艷，2000）。輪作是解決連作障礙的有效途徑，輪作條件下作物殘體和根系殘留物及根系分泌物在土壤中積累的不同，其機理與化感作用直接或間接的有害或有利作用有關（Rice，1984）。植物根茬腐解產物種類豐富，其中有很多已被認為是化感物質（侯永俠 等，2009；梁春啟 等，2009；周寶利 等，2010），將與黃瓜（Cucumis sativusL.）輪作效果較好的作物殘茬摻入連作土壤中，不僅可以引入新的土壤碳源，改善土壤生物環(huán)境，其腐解過程中釋放的化感物質還可能會起到提高土壤生物活性、促進黃瓜生長、緩解連作障礙等作用。目前對于作物殘茬輸入的研究多集中于改良土壤物理結構及培肥土壤方面（Liu，2007；孫文濤 等，2011；王中堂 等，2011），對于研究其腐解過程對連作土壤生物環(huán)境和作物生長的影響，并將其應用于改善土壤連作障礙方面則少見報道。土壤酶是土壤的一個重要組分，主要來自微生物、植物和動物的活體或殘體，參與包括土壤生物化學過程在內的自然界物質循環(huán)，在土壤的發(fā)生發(fā)育以及土壤肥力的形成過程中起有重要作用（王俊華 等，2007）。土壤酶活性極易受土壤環(huán)境因子的影響，比土壤有機質、養(yǎng)分含量等其他理化性狀能更敏感地對土壤質量的變化做出響應（宋日 等，2002），土壤生物學性質可用來反映農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和土壤生產力變化。以往研究認為，連作障礙會導致土壤微生態(tài) 環(huán)境惡化、土壤酶活性降低，致使土地可持續(xù)利用能力下降（李瓊芳，2006；楊鳳娟 等，2009；于高波 等，2011）。國內外學者對摻入有機物料后土壤酶的變化做了大量研究，普遍認為施用有機物料能夠提高土壤酶活性（蘇立濤 等，2010；王丹英 等，2011；Celik et al.，2011），改善土壤生物學環(huán)境。本試驗通過在土壤中摻入與黃瓜輪作效果較好的小麥、燕麥殘茬及其混合殘茬，研究其對連作黃瓜根際土壤酶活性的影響和對黃瓜生長的調節(jié)作用，旨在為評價不同殘茬處理對連作障礙的調控作用及殘茬應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2010年7月～2011年11月在東北農業(yè)大學園藝試驗站日光溫室和園藝學院蔬菜生理生態(tài)研究室進行。供試黃瓜品種為津優(yōu)1號，小麥（Triticum aestivumLinn.）品種為克豐6號，燕麥（Avena sativaL.）品種為白燕2號。供試土壤為東北農業(yè)大學園藝試驗站瓜類連作4 茬的土壤（采用5 點取樣法，取0～15 cm 耕層土后混合均勻備用），土壤類型為黑土。土壤養(yǎng)分含量為：堿解氮208.7 mg·kg-1，速效磷310.6 mg·kg-1，速效鉀227 mg·kg-1，全氮253 mg·kg-1，全磷326mg·kg-1，緩效鉀915.1 mg·kg-1，全碳304.1 mg·kg-1，有機質524.3 mg·kg-1，pH值為7.68，EC值為0.8 mS·cm-1。供試殘茬：小麥和燕麥收割后，取根部包含地上部分15 cm的作物殘茬，自然風干后粉碎待用（40 目）。

1.2 試驗設計

采取盆栽方式，將供試土壤按照處理與供試殘茬徹底混勻后裝入規(guī)格為240 mm×180 mm的塑料盆中，每盆3 kg。為防止試驗過程中塑料盆受外界環(huán)境影響，將塑料盆埋于地下，盆口稍高于地面。根據(jù)殘茬的不同配比（質量比）設置4個處理：2%小麥殘茬，2%燕麥殘茬，小麥、燕麥殘茬各1%，不添加殘茬為對照。每處理3次重復，每重復20 盆，隨機區(qū)組排列。每盆施用（NH4）2HPO415 g、K2SO410 g，定植前將化肥與殘茬一起拌入土壤，充分混勻。整個試驗過程不施用任何有機肥。采用常規(guī)方法浸種催芽育苗，黃瓜幼苗三葉一心時定植于盆中，觀察測定各處理10 d 內的幼苗成活率并及時補苗，之后進行常規(guī)管理。

1.3 測定項目

分別于定植后20、30、40 d時，各重復隨機取4株進行形態(tài)指標的測定；株高采用卷尺測定，莖粗采用游標卡尺測定，單株鮮質量采用分析天平測定。

分別于定植后第20、30、40天采用抖根法收集不同處理的根際土壤，每重復隨機取4株，將采集的土壤樣品過80 目篩后保存于4℃冰箱中，用于土壤酶活性的測定（嚴昶升，1988）。采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，采用三苯基四氮唑氯化物比色法測定脫氫酶活性，采用靛酚比色法測定脲酶活性，采用鄰苯三酚比色法測定多酚氧化酶活性，采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定轉化酶活性，采用磷酸苯二鈉法測定中性磷酸酶活性。

2 結果與分析

2.1 不同殘茬處理對連作土壤黃瓜生長的影響

小麥和燕麥殘茬處理對黃瓜株高、莖粗和單株鮮質量有促進作用（圖1）。黃瓜定植后第20天，小麥殘茬處理的株高顯著高于對照，燕麥殘茬處理的莖粗顯著高于對照和混合殘茬處理，混合殘茬處理的單株鮮質量顯著低于對照，出現(xiàn)了抑制作用；定植后第30天，小麥殘茬處理的株高、莖粗和單株鮮質量均顯著高于對照，燕麥殘茬處理的莖粗和單株鮮質量顯著高于對照，混合殘茬處理與對照差異不顯著；定植后第40天，燕麥殘茬處理的株高和莖粗顯著高于對照，小麥殘茬處理的株高顯著高于對照，混合殘茬處理與對照差異不顯著。

圖1 不同殘茬處理對連作土壤黃瓜生長的影響

2.2 不同殘茬處理對連作土壤酶活性的影響

2.2.1 不同殘茬處理對連作土壤過氧化氫酶活性的影響 隨著黃瓜的生長，土壤過氧化氫酶活性變化幅度不大（圖2）；定植后第20天各處理間無顯著差異；定植后第30天和第40天，各殘茬處理的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于對照；其中，定植后第30天燕麥殘茬處理的土壤過氧化氫酶活性最高，顯著高于其他處理。

2.2.2 不同殘茬處理對連作土壤脫氫酶活性的影響 黃瓜定植后第20天，混合殘茬和燕麥殘茬處理的土壤脫氫酶活性顯著高于對照和小麥殘茬處理（圖3）；定植后第30天和第40天，混合殘茬處理的土壤脫氫酶活性均最高，顯著高于對照和其他殘茬處理。

2.2.3 不同殘茬處理對連作土壤脲酶活性的影響 經(jīng)不同殘茬處理的連作土壤脲酶活性在定植后第20天和第40天均顯著高于對照（圖4）；定植后第30天，燕麥殘茬處理的脲酶活性最高，顯著高于對照；定植后第40天，混合殘茬處理的脲酶活性最高，且顯著高于對照和小麥殘茬處理。

2.2.4 不同殘茬處理對連作土壤中性磷酸酶活性的影響 隨著黃瓜的生長，土壤中性磷酸酶活性呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢（圖5）；與對照相比，不同殘茬處理均顯著提 高了土壤中性磷酸酶活性，各處理間則無顯著差異。

圖2 不同殘茬處理對土壤過氧化氫酶活性的影響

圖3 不同殘茬處理對土壤脫氫酶活性的影響

圖4 不同殘茬處理對土壤脲酶活性的影響

圖5 不同殘茬處理對土壤中性磷酸酶活性的影響

2.2.5 不同殘茬處理對連作土壤轉化酶活性的影響 由圖6可知，各殘茬處理的土壤轉化酶活性均顯著高于對照；且在定植后第30天 和第40天，混合殘茬及小麥殘茬處理的土壤轉化酶活性顯著高于燕麥殘茬處理。

2.2.6 不同殘茬處理對連作土壤多酚氧化酶活性的影響 定植后第20天，混合殘茬處理及燕麥殘茬處理的土壤多酚氧化酶活性顯著低于對照（圖7），小麥殘茬處理顯著高于燕麥殘茬處理；定植后第30天，燕麥和小麥殘茬處理的土壤多酚氧化酶活性顯著高于對照，各殘茬處理間無顯著差異；定植后第40天，燕麥殘茬處理的土壤多酚氧化酶活性顯著高于對照及其他殘茬處理。

圖6 不同殘茬處理對土壤轉化酶活性的影響

圖7 不同殘茬處理對土壤多酚氧化酶活性的影響

3 結論與討論

土壤酶活性可以作為衡量土壤生物學活性和土壤生產力的指標，測定各種相應的土壤酶活性可以間接地了解或預測某些營養(yǎng)物質的轉化情況，以及土壤肥力的演變趨勢。本試驗選取6種與土壤質量評價密切相關的酶進行研究，結果表明小麥、燕麥殘茬及其混合殘茬處理對土壤中酶的活性產生了很大的影響，均不同程度地提高了土壤中過氧化氫酶、脫氫酶、脲酶、中性磷酸酶、轉化酶的活性，改善了連作土壤生物學環(huán)境。土壤中摻入殘茬后影響土壤酶活性的可能原因是：殘茬腐解過程中，在釋放一些酶的同時產生了酚酸類物質（彭宇 等，2004；梁春啟 等，2009），這些物質與土壤的交互作用直接或間接地改善了連作土壤的生態(tài)環(huán)境，從而引起了酶活性的改變。此外，也可能是由于土壤中摻入作物殘茬后引入了新的碳源，導致土壤微生物區(qū)系組成發(fā)生改變，改善了土壤生態(tài)環(huán)境，刺激微生物活性進而間接地影響土壤酶的活性（朱林 等，2001a；Rao & Siddaramappa，2008）。由于土壤酶活性受多因素控制，其具體原因尚需進一步研究。

化感作用是一種植物向周圍環(huán)境釋放某種或某些化學物質，從而促進或抑制其他植物生長發(fā)育的現(xiàn)象（Rice，1984）。作物的輪作、間作、覆蓋、翻埋、連作種植中都可能存在化感作用（Miller，1996）。目前很多研究認為，植物堆肥以及一些有機物料對于防治作物病害，緩解連作障礙很有效果（朱林 等，2001b；Joshi et al.，2009），這可能是多種因素的影響，包括一些未明確的化學物質（Hoitink et al.，2001）。單玉華等（2006）認為在秸稈腐解前期產生大量的化感物質，這些物質會隨著腐熟時間的延長而減少，為避免殘茬腐熟后某些活性物質的流失，本試驗使用未腐熟的殘茬在定植時摻入土壤，以衡量其腐解過程中產生的物質對連作障礙土壤環(huán)境的影響。但本試驗僅對作物殘茬摻入土壤后對土壤環(huán)境的影響進行了分析討論，對于腐解過程中產生的物質還有待進一步研究。

本試驗采用的是與黃瓜輪作效果較好的小麥和燕麥的殘茬，試驗結果表明小麥和燕麥殘茬處理能夠促進連作土壤黃瓜的生長。這與王玉彥等（2009）研究認為小麥和燕麥與黃瓜間作可以提高黃瓜的株高、鮮質量的結果相一致，與亓延鳳（2006）研究認為玉米和小麥的秸稈可以顯著提高黃瓜植株的株高、莖粗等生長指標的結果相符。小麥和燕麥混合殘茬對黃瓜植株生長未產生顯著影響，這可能是混合后殘茬的化學成分發(fā)生改變，影響了其腐解效率及腐解物質的組分。在農業(yè)生產上，使用植株殘體及綠肥等改善土壤質量、培肥土壤時，應當充分考慮作物的化感現(xiàn)象，選擇適當?shù)淖魑餁埐缫悦猱a生負面影響。今后的研究應當注意從化感作用角度對殘茬腐解產物進行分析討論，以便為作物殘茬的合理應用提供理論基礎。

此外，本試驗僅定位于處理后20、30、40 d 的黃瓜連作土壤，并未對其進行跟蹤測量，隨著時間的延長，酶活性及微生物群落結構可能會發(fā)生變化，殘留在土壤中未腐解的殘茬也可能對下茬的栽培過程產生一定的影響。試驗過程中，水分和溫度也會影響殘茬在土壤中的腐解程度，這都需要進一步研究討論。蔬菜的連作障礙現(xiàn)象是多種因素共同作用的結果，要明確小麥和燕麥殘茬在連作障礙中的作用，還需進一步 探明殘茬腐解與其他因素的交互作用。

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