曹彩紅，曹玲玲，祝 寧，陳加和，趙立群，田雅楠，張寶杰，何秉青

（1北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029；2北京市昌平區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 102200）

0 引言

草莓果實柔軟多汁，營養(yǎng)豐富，富含多種維生素，特別是維生素C，被譽為“水果皇后”。京郊草莓產(chǎn)業(yè)是都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，它彌補了北方冬季水果生產(chǎn)淡季對新鮮果品的需求，被稱為“早春第一果”。北京地區(qū)以昌平為首從2002年開始日光溫室冬季草莓種植，2010年農(nóng)業(yè)部農(nóng)場品質(zhì)量安全中心批準(zhǔn)“昌平草莓”實施農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志登記保護，2012年舉辦第七屆世界草莓大會，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來了較高的經(jīng)濟效益，據(jù)統(tǒng)計2015—2017年北京設(shè)施面積在688～701 hm2范圍內(nèi)[1]。

當(dāng)前設(shè)施規(guī)?；a(chǎn)面臨輪作倒茬困難，而連年種植會產(chǎn)生連作障礙，造成草莓植株生長發(fā)育不良、生育期延遲、產(chǎn)量下降、根系病害發(fā)生嚴(yán)重等問題[2-4]。連作障礙已嚴(yán)重制約了草莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是目前生產(chǎn)上亟待解決的重要問題[5]。連作障礙產(chǎn)生的主要原因是保護地連年種植同一作物導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡、鹽漬化、病原微生物富集、根際分泌物積累產(chǎn)生自毒作用等。為克服連作障礙，種植戶目前多采用基質(zhì)栽培、土壤消毒等方法，土壤消毒主要有太陽能高溫物理消毒法和氯化苦、棉隆、1,3-二氯丙烯等化學(xué)藥劑消毒法。這些方法在應(yīng)用過程中存在各種問題，如基質(zhì)栽培成本較高；石灰氮、氯化苦等土壤消毒方式可有效殺滅土壤中的病原菌、害蟲、線蟲和雜草，但同時會嚴(yán)重破壞非靶標(biāo)微生物類群，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，顯著降低土壤酶活性和肥力[6-9]，長期使用對空氣、水源、土壤產(chǎn)生污染、破壞土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)，造成農(nóng)產(chǎn)品污染，危害人體健康[10]，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

因此，尋求高效環(huán)保農(nóng)業(yè)措施，降低土壤中病原菌數(shù)量而改善土壤環(huán)境，已經(jīng)成為目前綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的研究熱點。輪作是緩解連作障礙、修復(fù)連作土壤的有效措施之一[11]，研究表明，通過不同作物之間的輪作，能夠提供多樣性植物、有機物質(zhì)，對微生物群落及其功能產(chǎn)生良性影響，更多能源物質(zhì)的投入將增加微生物數(shù)量[12]，進而增加土壤酶活性，催化土壤中生化反應(yīng)。從而有助于提高土壤微生物多樣性、增加細(xì)菌數(shù)量、減少真菌數(shù)量，使土壤線蟲結(jié)構(gòu)得到改善[13]，土壤生物學(xué)特性的改善將改進連作土壤物理特性和化學(xué)性狀。已有研究表明，草莓與水稻輪作可有效改良土壤狀況，但多見于南方水量充足地區(qū)，如楊祥田等[14]采用草莓—水稻輪作方式，顯著降低黃萎病發(fā)生率，減少鹽分積累，緩解土壤障礙。吳根良等[15]將甜瓜、西瓜、水稻與草莓進行輪作，結(jié)果表明水稻輪作不僅顯著降低設(shè)施土壤的鐮刀菌和真菌數(shù)量(82.6%、76.0%)，其后的草莓產(chǎn)量也高于其他處理。而北京地區(qū)嚴(yán)重缺水，常規(guī)栽培水稻耗水較多，但北京屬于典型的溫帶氣候，夏季多雨，草莓日光溫室一般在6—8月份閑置，恰逢雨熱同季。因此，本研究采用改良式水稻種植方式，即通過育苗棚提早穴盤育苗和膜下滴灌旱作進行輪作栽培，同時與氯化苦土壤消毒進行對比，研究不同農(nóng)業(yè)措施對土壤狀況的影響，以獲得適宜的土壤改良方式進行推廣應(yīng)用，為草莓綠色生產(chǎn)提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗為3年，于2017年開始，在北京市昌平區(qū)金六環(huán)農(nóng)業(yè)園，選擇已連續(xù)栽培草莓5年以上的日光溫室2棟，位置相鄰，溫室棚號為A3和A4，兩溫室前茬均為“紅顏”草莓。試驗于2017年9月2日至2020年8月17日進行，期間每年的9月初至5月初進行草莓生產(chǎn)，5月初至8月中旬進行水稻種植，水稻秧苗于4月初在日光溫室進行穴盤育苗，田間生產(chǎn)時施肥、灌溉等管理方式基本相同。草莓生產(chǎn)結(jié)束后設(shè)定3個土壤處理方式，進行試驗研究。具體操作如下：

5月份草莓生產(chǎn)結(jié)束，草莓植株清理干凈，進行整地，將草莓壟整平，土壤耙勻稱，每個溫室劃分5個小區(qū)，同時為減少棚內(nèi)環(huán)境的誤差和各個處理間的相互影響，在每個溫室東西方向的棚頭和棚尾空出1 m，小區(qū)間間隔2 m。

3個處理分別為：A草莓—夏季閑置，整地后開始夏季休閑；B草莓—水稻輪作，4月初在育苗溫室采用105穴盤進行穴盤育苗，每穴4～5粒種子，棚內(nèi)鋪設(shè)滴灌帶后覆膜，5月10日打孔定植水稻，采用膜下滴灌方式栽培，8月中旬采收；C草莓—氯化苦消毒，至7月底進行氯化苦消毒，使用專用施藥機將氯化苦注射入土壤中，注射深度為15～20 cm，間距為25 cm。然后采取“反向壓膜法”將塑料膜四周密封，防止氣體泄漏，同時關(guān)閉大棚風(fēng)口進行熏蒸處理，7天后揭膜通風(fēng)。在1號溫室開展A和B 2個處理，A處理2次重復(fù)，B處理3次重復(fù)，2號溫室開展A和C 2個處理，A處理2次重復(fù)，C處理3次重復(fù)，棚內(nèi)5個小區(qū)間隨機區(qū)組排列。

土壤樣品采集于2020年8月中旬，水稻成熟收獲后，在溫室內(nèi)用土鉆采用S型5點法從各小區(qū)分別采集土壤樣品，取土壤表層(0～20 cm)及亞表土層(20～40 cm)，放于冰箱4℃保存，用于化驗分析。土壤樣品一部分風(fēng)干，過篩后用于測定土壤理化性狀及土壤酶活性；另一部分新鮮樣品除去植物殘體、根系和可見土壤動物（如蚯蚓），過1 mm篩，用于微生物項目的測定。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤理化性質(zhì)的測定 對土壤pH、EC、速效氮、磷、鉀，有機質(zhì)、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮進行了測定。土壤酸堿度采用pH計進行測定；速效磷的測定采用0.5 mol/L的碳酸氫鈉浸提，鉬藍比色法；速效鉀的測定采用1.0 mol/L的乙酸銨浸提—火焰光度法；有機質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法；銨態(tài)氮的測定采用2 mol/L的氯化鉀浸提—靛酚藍比色法；硝態(tài)氮采用2 mol/L的氯化鉀浸提—紫外分光光度計法[16]。

1.2.2 土壤微生物種群的測定 土壤微生物種群的測定采用稀釋平板法。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基混菌法培養(yǎng)，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基混菌法培養(yǎng)，放線菌采用高氏一號培養(yǎng)基表面涂布法。三類微生物分別在24、36、48 h后觀察計數(shù)，算出每克干土的含菌數(shù)，三者相加的總量作為微生物總數(shù)[17]，計算公式如式(1)所示。

1.2.3 土壤酶活性的測定 土壤酶活性測定脲酶采用靛酚比色法，轉(zhuǎn)化酶采用3,5—二硝基水楊酸比色法，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，磷酸酶采用對硝基苯磷酸二鈉比色法[18]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和SPSS 20.0軟件，方差分析用單因素進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同農(nóng)業(yè)措施對土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤養(yǎng)分的變化 經(jīng)檢測，不同農(nóng)業(yè)措施處理下日光溫室土壤養(yǎng)分的變化如表1。結(jié)果顯示，3種農(nóng)業(yè)措施下的土壤養(yǎng)分均達到一級標(biāo)準(zhǔn)，表明溫室土壤營養(yǎng)豐富。與草莓—夏季閑置相比，土壤表層與亞表層營養(yǎng)在經(jīng)過水稻輪作后，有機質(zhì)含量、水解性氮、有效磷、有效鉀均呈現(xiàn)不同程度的降低，有機質(zhì)含量降低幅度為37.88%，水解性氮含量降低49.5%，有效磷含量降低62.66%，有效鉀含量降低45.69%，而夏季閑置和氯化苦消毒的土壤其養(yǎng)分含量，無顯著變化。結(jié)果表明，日光溫室經(jīng)過多年草莓栽培，土壤養(yǎng)分非常豐富，通過草莓—水稻輪作，可有效利用土壤營養(yǎng)，消耗部分N、P、K，減輕土壤的富營養(yǎng)化。

表1 不同農(nóng)業(yè)措施對土壤養(yǎng)分的影響

2.1.2 土壤酸堿度、鹽分含量及銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的變化由表2可知，不同農(nóng)業(yè)措施對土壤酸堿度的影響有差異，與草莓—夏季閑置相比，草莓—水稻輪作可提高土壤pH，表層提高3.36%，亞表層提高4.61%，而氯化苦消毒無明顯差異。通過檢測不同處理含鹽量表明，草莓—水稻輪作可明顯降低土壤含鹽量，表層約降低32.15%，亞表層約46.15%，而氯化苦消毒可少量降低含鹽量，但差異不顯著。結(jié)果表明，水稻輪作在一定程度上可減緩?fù)寥浪峄望}漬化。

表2 不同農(nóng)業(yè)措施對土壤理化性狀的影響

與夏季閑置相比，水稻輪作和氯化苦消毒后的土壤中銨態(tài)氮的含量顯著增加，表層土壤分別增加了44.3%、18.16%，亞表層分別增加了67.77%、34.04%。而硝態(tài)氮的含量水稻輪作后，表層土減少了21.23%，37.66%，氯化苦消毒無明顯差異。結(jié)果表明，草莓—水稻輪作增加銨態(tài)氮含量，可提高土壤氮素可利用率，減少硝態(tài)氮含量，可有效抑制土壤硝化作用；氯化苦消毒可適當(dāng)增加銨態(tài)氮含量，但硝態(tài)氮含量與夏季閑置相比，無明顯差異。

2.2 不同農(nóng)業(yè)措施對土壤酶活性的影響

土壤酶主要來自微生物和植物根系的分泌作用以及動植物殘體的腐解過程[19]，其活性與土壤的物理特性和水熱狀況、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等密切相關(guān)，在土壤有機物轉(zhuǎn)化及養(yǎng)分循環(huán)中發(fā)揮著重要作用[20]。過氧化氫酶是參與土壤中物質(zhì)與能力轉(zhuǎn)化的一種氧化還原酶，促進過氧化氫的分解，有利于防止過氧化氫對生物體的毒害作用；脲酶能將尿素水解，生成氨，是植物氮素營養(yǎng)的重要來源；蔗糖酶能將蔗糖水解為葡萄糖和果糖，是土壤有機碳轉(zhuǎn)化的重要酶[21-23]。試驗結(jié)果表明（見表3），與草莓—夏季閑置相比，進行水稻輪作倒茬，可以提高土壤表層和亞表層酶的活性，其中表層過氧化氫酶提高6.1%，脲酶顯著提高23.4%，蔗糖酶活性差異不顯著；而進行氯化苦消毒后，土壤酶活性會呈現(xiàn)不同程度的降低，其中脲酶活性降低最為明顯，表層土壤降低52.65%，亞表層降低16.47%，其次為過氧化氫酶，分別降低6.4%和8.4%，而蔗糖酶表層土壤差異不顯著，亞表層酶活性降低38.3%。

表3 不同農(nóng)業(yè)措施對土壤酶活性的影響

2.3 不同農(nóng)業(yè)措施對土壤微生物種群的影響

土壤微生物活性是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[24]，土壤微生物主要由細(xì)菌、真菌、放線菌組成，對于土壤肥力的形成和作物營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化起到極其重要的作用。土壤微生物以細(xì)菌為最多，放線菌次之，真菌最少，通常細(xì)菌通常所占比例為70%～90%[15]。一般認(rèn)為真菌型土壤是地力衰竭的標(biāo)志，因為真菌容易引起一些土傳病害，真菌數(shù)量增加，意味著病蟲害加重[25]，特別是鐮刀菌，是連作障礙的主要原因[26]，在草莓上可以引起根黑腐病、枯萎病等病害。由表4可知，在土壤表層，與草莓—夏季閑置相比，水稻輪作后土壤中微生物總量變化不大，但氯化苦消毒后微生物總量極顯著降低，殺滅率達96.7%，說明通過氯化苦消毒可有效殺滅土壤中所有微生物，具有一定防止土傳病害發(fā)生的效果。此外，土壤微生物菌群不同菌類所占比例差異顯著，與夏季閑置相比，水稻輪作后細(xì)菌數(shù)量明顯增加，所占比例增加約9.86%，真菌數(shù)量減少約一半，所占比例降低約一倍，即0.09%，放線菌數(shù)量減少約6成，所占比例降低9.76%，細(xì)菌/真菌比增加一倍，說明水稻輪作后，土壤細(xì)菌數(shù)量增加，真菌減少，土壤向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變，真菌性土傳病害得到有效降低，連作障礙具有一定的改善。而經(jīng)過氯化苦消毒后，土壤微生物菌群比例失衡，放線菌最多，這可能是由于與細(xì)菌和真菌相比，放線菌對氯化苦具有一定的抗性。

表4 不同農(nóng)業(yè)措施對土壤微生物種群的影響

3 結(jié)論與討論

溫室栽培條件下的土壤缺少雨水淋洗，且溫度、濕度、通氣狀況和水肥管理等與露地栽培有較大差別，易導(dǎo)致土壤酸化、鹽漬化以及呈富營養(yǎng)狀態(tài)。本研究通過3年田間試驗，設(shè)置不同處理，比較了草莓—夏季閑置、草莓—水稻輪作、草莓—氯化苦消毒等3種農(nóng)業(yè)措施對土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，水稻輪作后的土壤pH、鹽分含量、硝態(tài)氮、有效氮、速效磷、速效鉀含量均低于夏季閑置和氯化苦消毒，銨態(tài)氮含量高于夏季閑置處理，說明草莓溫室種植水稻后，具有更好的平衡養(yǎng)分積累、減緩?fù)寥浪峄按紊}漬化的調(diào)控效果。

土壤中的酶類主要參與土壤生化過程，如腐殖質(zhì)的合成與分解、營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等，其活性是衡量土壤生物學(xué)活性的重要指標(biāo)。已有研究表明，戴建軍等[27]、王麗紅等[28]研究發(fā)現(xiàn)不同輪作模式較作物連作能提高過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶的活性。本研究結(jié)果顯示，與夏季閑置相比，水稻輪作后的土壤脲酶、過氧化氫酶活性均提高，說明經(jīng)過輪作可提高土壤酶活性。但氯化苦消毒后的土壤脲酶、過氧化氫酶活性呈現(xiàn)不同程度降低，這一結(jié)果與范琳娟[29]、運翠霞等[30]研究結(jié)果一致。原因可能是氯化苦與土壤酶類分子結(jié)合，形成了比較穩(wěn)定的化合物，從而導(dǎo)致了酶活性降低，也可能是氯化苦將土壤中的微生物殺滅，干擾了酶類代謝途徑，從而降低了酶活性，抑制了尿素水解為氨，影響了植物對氨的吸收[31-33]，具體化學(xué)土壤消毒的機理還需進一步研究。

土壤微生物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成及活性在一定程度上反映了土壤質(zhì)量[34]，是反映土壤變化的敏感性指標(biāo)[35-36]。與夏季閑置相比，氯化苦消毒后，土壤中96%的微生物已被殺滅，對于土傳病害的防止具有立竿見影的效果，但這一措施會不同程度的破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)，從長遠來看并非可持續(xù)發(fā)展途徑；水稻輪作后，土壤菌群向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變，這可能是通過輪作減輕了土壤酸化和鹽分積累，有利于細(xì)菌生長，同時有效降低了真菌數(shù)量，同時，不同作物根際微生物不同，加上澆水灌溉，對一些病原真菌有抑制或殺滅作用，是改善草莓土壤連作障礙的有效途徑。

連作障礙是一個極其復(fù)雜的問題，要全面準(zhǔn)確地評價土壤質(zhì)量的優(yōu)劣，或有無改善連作障礙發(fā)生，不是用某一或幾個指標(biāo)去下結(jié)論，而是應(yīng)根據(jù)土壤的物理、生物、化學(xué)、分子生物學(xué)等方面的綜合指標(biāo)，以及種植作物的生長表現(xiàn)等方面加以評判。不同作物間的輪作可有效改善草莓連作土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性及土壤中微生物種群等，是克服土壤連作障礙的有效農(nóng)業(yè)措施。但在實際生產(chǎn)中，正如連作障礙非一茬造成一樣，通過輪作改良土壤是一個循序漸進的過程，需經(jīng)過多年堅持進行才能更加有效，逐步修復(fù)土壤生態(tài)系統(tǒng)。因此，克服土壤連作障礙，需不斷進行探索更加行之有效的方法和措施。