小麦、燕麦残茬对连作黄瓜生长及土壤酶活性的影响

孙艺文 吴凤芝

（东北农业大学园艺学院，黑龙江哈尔滨 150030）

近年来我国设施蔬菜生产面积逐年增加，给人们带来了巨大的经济利益，但是由于设施生产具有高度集约化、复种指数高、栽培种类单一和相对封闭性等特点，连作障碍普遍发生（吴凤芝和赵凤艳，2000）。轮作是解决连作障碍的有效途径，轮作条件下作物残体和根系残留物及根系分泌物在土壤中积累的不同，其机理与化感作用直接或间接的有害或有利作用有关（Rice，1984）。植物根茬腐解产物种类丰富，其中有很多已被认为是化感物质（侯永侠 等，2009；梁春启 等，2009；周宝利 等，2010），将与黄瓜（Cucumis sativusL.）轮作效果较好的作物残茬掺入连作土壤中，不仅可以引入新的土壤碳源，改善土壤生物环境，其腐解过程中释放的化感物质还可能会起到提高土壤生物活性、促进黄瓜生长、缓解连作障碍等作用。目前对于作物残茬输入的研究多集中于改良土壤物理结构及培肥土壤方面（Liu，2007；孙文涛 等，2011；王中堂 等，2011），对于研究其腐解过程对连作土壤生物环境和作物生长的影响，并将其应用于改善土壤连作障碍方面则少见报道。土壤酶是土壤的一个重要组分，主要来自微生物、植物和动物的活体或残体，参与包括土壤生物化学过程在内的自然界物质循环，在土壤的发生发育以及土壤肥力的形成过程中起有重要作用（王俊华 等，2007）。土壤酶活性极易受土壤环境因子的影响，比土壤有机质、养分含量等其他理化性状能更敏感地对土壤质量的变化做出响应（宋日 等，2002），土壤生物学性质可用来反映农业生态系统和土壤生产力变化。以往研究认为，连作障碍会导致土壤微生态 环境恶化、土壤酶活性降低，致使土地可持续利用能力下降（李琼芳，2006；杨凤娟 等，2009；于高波 等，2011）。国内外学者对掺入有机物料后土壤酶的变化做了大量研究，普遍认为施用有机物料能够提高土壤酶活性（苏立涛 等，2010；王丹英 等，2011；Celik et al.，2011），改善土壤生物学环境。本试验通过在土壤中掺入与黄瓜轮作效果较好的小麦、燕麦残茬及其混合残茬，研究其对连作黄瓜根际土壤酶活性的影响和对黄瓜生长的调节作用，旨在为评价不同残茬处理对连作障碍的调控作用及残茬应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2010年7月～2011年11月在东北农业大学园艺试验站日光温室和园艺学院蔬菜生理生态研究室进行。供试黄瓜品种为津优1号，小麦（Triticum aestivumLinn.）品种为克丰6号，燕麦（Avena sativaL.）品种为白燕2号。供试土壤为东北农业大学园艺试验站瓜类连作4 茬的土壤（采用5 点取样法，取0～15 cm 耕层土后混合均匀备用），土壤类型为黑土。土壤养分含量为：碱解氮208.7 mg·kg-1，速效磷310.6 mg·kg-1，速效钾227 mg·kg-1，全氮253 mg·kg-1，全磷326mg·kg-1，缓效钾915.1 mg·kg-1，全碳304.1 mg·kg-1，有机质524.3 mg·kg-1，pH值为7.68，EC值为0.8 mS·cm-1。供试残茬：小麦和燕麦收割后，取根部包含地上部分15 cm的作物残茬，自然风干后粉碎待用（40 目）。

1.2 试验设计

采取盆栽方式，将供试土壤按照处理与供试残茬彻底混匀后装入规格为240 mm×180 mm的塑料盆中，每盆3 kg。为防止试验过程中塑料盆受外界环境影响，将塑料盆埋于地下，盆口稍高于地面。根据残茬的不同配比（质量比）设置4个处理：2%小麦残茬，2%燕麦残茬，小麦、燕麦残茬各1%，不添加残茬为对照。每处理3次重复，每重复20 盆，随机区组排列。每盆施用（NH4）2HPO415 g、K2SO410 g，定植前将化肥与残茬一起拌入土壤，充分混匀。整个试验过程不施用任何有机肥。采用常规方法浸种催芽育苗，黄瓜幼苗三叶一心时定植于盆中，观察测定各处理10 d 内的幼苗成活率并及时补苗，之后进行常规管理。

1.3 测定项目

分别于定植后20、30、40 d时，各重复随机取4株进行形态指标的测定；株高采用卷尺测定，茎粗采用游标卡尺测定，单株鲜质量采用分析天平测定。

分别于定植后第20、30、40天采用抖根法收集不同处理的根际土壤，每重复随机取4株，将采集的土壤样品过80 目筛后保存于4℃冰箱中，用于土壤酶活性的测定（严昶升，1988）。采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性，采用三苯基四氮唑氯化物比色法测定脱氢酶活性，采用靛酚比色法测定脲酶活性，采用邻苯三酚比色法测定多酚氧化酶活性，采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定转化酶活性，采用磷酸苯二钠法测定中性磷酸酶活性。

2 结果与分析

2.1 不同残茬处理对连作土壤黄瓜生长的影响

小麦和燕麦残茬处理对黄瓜株高、茎粗和单株鲜质量有促进作用（图1）。黄瓜定植后第20天，小麦残茬处理的株高显著高于对照，燕麦残茬处理的茎粗显著高于对照和混合残茬处理，混合残茬处理的单株鲜质量显著低于对照，出现了抑制作用；定植后第30天，小麦残茬处理的株高、茎粗和单株鲜质量均显著高于对照，燕麦残茬处理的茎粗和单株鲜质量显著高于对照，混合残茬处理与对照差异不显著；定植后第40天，燕麦残茬处理的株高和茎粗显著高于对照，小麦残茬处理的株高显著高于对照，混合残茬处理与对照差异不显著。

图1 不同残茬处理对连作土壤黄瓜生长的影响

2.2 不同残茬处理对连作土壤酶活性的影响

2.2.1 不同残茬处理对连作土壤过氧化氢酶活性的影响 随着黄瓜的生长，土壤过氧化氢酶活性变化幅度不大（图2）；定植后第20天各处理间无显著差异；定植后第30天和第40天，各残茬处理的土壤过氧化氢酶活性均显著高于对照；其中，定植后第30天燕麦残茬处理的土壤过氧化氢酶活性最高，显著高于其他处理。

2.2.2 不同残茬处理对连作土壤脱氢酶活性的影响 黄瓜定植后第20天，混合残茬和燕麦残茬处理的土壤脱氢酶活性显著高于对照和小麦残茬处理（图3）；定植后第30天和第40天，混合残茬处理的土壤脱氢酶活性均最高，显著高于对照和其他残茬处理。

2.2.3 不同残茬处理对连作土壤脲酶活性的影响 经不同残茬处理的连作土壤脲酶活性在定植后第20天和第40天均显著高于对照（图4）；定植后第30天，燕麦残茬处理的脲酶活性最高，显著高于对照；定植后第40天，混合残茬处理的脲酶活性最高，且显著高于对照和小麦残茬处理。

2.2.4 不同残茬处理对连作土壤中性磷酸酶活性的影响 随着黄瓜的生长，土壤中性磷酸酶活性呈现逐渐增高的趋势（图5）；与对照相比，不同残茬处理均显著提 高了土壤中性磷酸酶活性，各处理间则无显著差异。

图2 不同残茬处理对土壤过氧化氢酶活性的影响

图3 不同残茬处理对土壤脱氢酶活性的影响

图4 不同残茬处理对土壤脲酶活性的影响

图5 不同残茬处理对土壤中性磷酸酶活性的影响

2.2.5 不同残茬处理对连作土壤转化酶活性的影响 由图6可知，各残茬处理的土壤转化酶活性均显著高于对照；且在定植后第30天 和第40天，混合残茬及小麦残茬处理的土壤转化酶活性显著高于燕麦残茬处理。

2.2.6 不同残茬处理对连作土壤多酚氧化酶活性的影响 定植后第20天，混合残茬处理及燕麦残茬处理的土壤多酚氧化酶活性显著低于对照（图7），小麦残茬处理显著高于燕麦残茬处理；定植后第30天，燕麦和小麦残茬处理的土壤多酚氧化酶活性显著高于对照，各残茬处理间无显著差异；定植后第40天，燕麦残茬处理的土壤多酚氧化酶活性显著高于对照及其他残茬处理。

图6 不同残茬处理对土壤转化酶活性的影响

图7 不同残茬处理对土壤多酚氧化酶活性的影响

3 结论与讨论

土壤酶活性可以作为衡量土壤生物学活性和土壤生产力的指标，测定各种相应的土壤酶活性可以间接地了解或预测某些营养物质的转化情况，以及土壤肥力的演变趋势。本试验选取6种与土壤质量评价密切相关的酶进行研究，结果表明小麦、燕麦残茬及其混合残茬处理对土壤中酶的活性产生了很大的影响，均不同程度地提高了土壤中过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶、中性磷酸酶、转化酶的活性，改善了连作土壤生物学环境。土壤中掺入残茬后影响土壤酶活性的可能原因是：残茬腐解过程中，在释放一些酶的同时产生了酚酸类物质（彭宇 等，2004；梁春启 等，2009），这些物质与土壤的交互作用直接或间接地改善了连作土壤的生态环境，从而引起了酶活性的改变。此外，也可能是由于土壤中掺入作物残茬后引入了新的碳源，导致土壤微生物区系组成发生改变，改善了土壤生态环境，刺激微生物活性进而间接地影响土壤酶的活性（朱林 等，2001a；Rao & Siddaramappa，2008）。由于土壤酶活性受多因素控制，其具体原因尚需进一步研究。

化感作用是一种植物向周围环境释放某种或某些化学物质，从而促进或抑制其他植物生长发育的现象（Rice，1984）。作物的轮作、间作、覆盖、翻埋、连作种植中都可能存在化感作用（Miller，1996）。目前很多研究认为，植物堆肥以及一些有机物料对于防治作物病害，缓解连作障碍很有效果（朱林 等，2001b；Joshi et al.，2009），这可能是多种因素的影响，包括一些未明确的化学物质（Hoitink et al.，2001）。单玉华等（2006）认为在秸秆腐解前期产生大量的化感物质，这些物质会随着腐熟时间的延长而减少，为避免残茬腐熟后某些活性物质的流失，本试验使用未腐熟的残茬在定植时掺入土壤，以衡量其腐解过程中产生的物质对连作障碍土壤环境的影响。但本试验仅对作物残茬掺入土壤后对土壤环境的影响进行了分析讨论，对于腐解过程中产生的物质还有待进一步研究。

本试验采用的是与黄瓜轮作效果较好的小麦和燕麦的残茬，试验结果表明小麦和燕麦残茬处理能够促进连作土壤黄瓜的生长。这与王玉彦等（2009）研究认为小麦和燕麦与黄瓜间作可以提高黄瓜的株高、鲜质量的结果相一致，与亓延凤（2006）研究认为玉米和小麦的秸秆可以显著提高黄瓜植株的株高、茎粗等生长指标的结果相符。小麦和燕麦混合残茬对黄瓜植株生长未产生显著影响，这可能是混合后残茬的化学成分发生改变，影响了其腐解效率及腐解物质的组分。在农业生产上，使用植株残体及绿肥等改善土壤质量、培肥土壤时，应当充分考虑作物的化感现象，选择适当的作物残茬以免产生负面影响。今后的研究应当注意从化感作用角度对残茬腐解产物进行分析讨论，以便为作物残茬的合理应用提供理论基础。

此外，本试验仅定位于处理后20、30、40 d 的黄瓜连作土壤，并未对其进行跟踪测量，随着时间的延长，酶活性及微生物群落结构可能会发生变化，残留在土壤中未腐解的残茬也可能对下茬的栽培过程产生一定的影响。试验过程中，水分和温度也会影响残茬在土壤中的腐解程度，这都需要进一步研究讨论。蔬菜的连作障碍现象是多种因素共同作用的结果，要明确小麦和燕麦残茬在连作障碍中的作用，还需进一步 探明残茬腐解与其他因素的交互作用。

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