夏季填闲对连作黄瓜根区土壤酶活性及土壤化学性状的影响

吴凤芝，郭 晓，刘守伟，周新刚，衣振华

（东北农业大学园艺学院，哈尔滨 150030）

黄瓜（Cucumis sativusL.）是设施蔬菜生产中主要栽培种类，在我国北方地区蔬菜生产中，黄瓜栽种面积占设施蔬菜总面积比例已超过60%[1]。为短期内获得更大经济收益，黄瓜生产中连作已是普遍现象，但随着种植年限增加及水肥过量投入，导致营养失衡、土壤生态环境恶化等土壤质量下降问题出现，引起栽培作物生理病害、产量和品质下降等问题，即产生连作障碍现象[2]。

夏季休闲是指春茬和秋茬间耕种土壤上不种植任何植物的耕作方式，是在我国北方设施蔬菜种植体系中常见的改良土壤连作障碍措施。传统休闲在改良退化土壤中的作用有限，取代传统休闲途径之一是在夏季种植生长周期短、耐热的深根系作物阻控养分流失，即夏季填闲作物[3]，这种夏季种植填闲作物的方式叫作夏季填闲。

Vos等研究表明，夏季填闲作物能非常有效吸收土壤淋溶液中的氮，吸收量可达19 g·m-2[4]。Gustafson等研究表明，夏季填闲作物可降低75%的NO3-淋溶损失，有效降低土壤溶液中的硝态氮含量及渗透速率[5-6]。长期种植夏季填闲作物，在不减产情况下可有效降低氮肥[7]。尽管在夏季填闲作物防控硝酸盐淋失、防治土壤退化和促进作物生长等方面研究颇多，但关于夏季不同填闲植物对黄瓜土壤酶活性及其化学性状的影响报道不多。

本试验选用禾本科作物小麦、黑麦，苏丹草，唇形科作物鼠尾草、罗勒，叶菜类作物油菜六种不同填闲作物，用于连作黄瓜夏季填闲，研究其对连作黄瓜根区土壤的土壤酶和土壤化学性状的影响，筛选对黄瓜生长有促进作用的填闲作物，为建立有助于黄瓜连作土壤修复及黄瓜持续适效的栽培方式提供理论依据和技术支撑，实现蔬菜生产可持续发展，为我国蔬菜产业发展提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试土壤

供试土壤于2013年6月采集于东北农业大学园艺设施工程中心黄瓜连作大棚中的3年连作黄瓜土壤。土壤的基本化学性状为：有机质含量27.8g·kg-1，碱解氮78 mg·kg-1，速效磷48.32 mg·kg-1，速效钾76.58 mg· kg-1，pH 6.72，EC值1.125 ms· cm-1。

1.1.2 供试作物

供试作物为黄瓜（Cucumis sativusL.）品种为津春9号，小麦（Triticum aestivumL.）品种为东农125，黑麦（Lolium perenneL.）鼠尾草（Salvia japonicaThunb.）来源于东北农业大学小麦课题组，苏丹草（Sorghum sudanense（Piper）Stapf.）来自意大利，罗勒（Ocimum basilicum）品种为甜香罗勒，油菜（Brassica campestrisL.）品种为青梗小白菜。

1.2 试验设计

2013年6月，在春茬黄瓜拉秧后，在东北农业大学园艺设施工程中心黄瓜连作大棚中取3年连作黄瓜土壤，置于盆（20 cm×17 cm）中，试验设7个处理，具体处理及编号见表1，以常规休闲作为对照组，以六种填闲作物为试验组，每个处理3次重复，每个重复复种12盆，随机排列。

2013年6月5日在盆中直播六种填闲作物，播种量为30粒，7月14日割掉填闲作物地上部分，置于盆上晒干后翻入土中腐熟。黄瓜常规育苗，于8月29日两叶一心定植于盆中。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土样采集方法

分别于与定植缓苗后的10、20和30 d，采用抖落法收集根区土壤[8]，并保存于4℃冰箱。

1.3.2 土壤化学性状测定

土壤化学性质测定方法，主要参考鲍士旦方法[9]，即土壤有机质采用重铬酸钾容量测定法，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用铝蓝比色法测定，速效钾采用醋酸铵一火焰光度法测定，EC值按土水比1∶2.5采用电导率仪测定。

1.3.3 土壤酶活性测定

过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，脱氢酶活性采用三苯基四氮唑氯化物比色法测定，脲酶活性采用靛酚比色法测定，多酚氧化酶采用邻苯三酚比色法测定，每个处理3次重复，结果取平均值[10-11]。

1.4 数据处理

原始数据整理采用Excel2010版软件完成，差异显著性测验采用SAS 9.1软件处理完成。

2 结果与分析

2.1 不同填闲植物对黄瓜土壤化学性状的影响

2.1.1 对黄瓜土壤EC的影响

由图1可知，在不同取样时期，各处理中土壤EC值均显著低于对照（P＜0.05），其中填闲油菜处理EC值最低，除对照处理外，罗勒和鼠尾草处理的EC值高于其他处理。即随着黄瓜植株生长，土壤EC值呈上升趋势。

图1 不同填闲处理对土壤EC值的影响Fig.1 Effect of different catch treatments on soil EC

2.1.2 对黄瓜土壤碱解氮含量的影响

由图2可知，在3个不同取样时期，土壤碱解氮含量差异不显著，但随着取样时间有差异降低的趋势。其中，填闲鼠尾草处理的土壤碱解氮含量显著高于其他填闲处理，但低于对照；在6个处理中，填闲苏丹草、油菜和黑麦处理之间差异不显著且最低。

图2 不同填闲处理对土壤碱解氮含量的影响Fig.2 Effect of different catch treatments on soil available nitrogen content

2.1.3 对黄瓜土壤速效磷含量的影响

由图3可知，随着黄瓜植株的生长，土壤速效磷含量呈现上升趋势；各个处理均显著高于对照，其中填闲黑麦处理土壤速效磷含量最高。而在3个不同取样时期，在10 d时填闲苏丹草处理土壤速效磷含量高于其他处理，填闲苏丹草和油菜处理间差异不显著，但高于其他处理，且低于填闲黑麦处理。在20和30 d时，填闲苏丹草处理高于其他处理，但低于填闲黑麦处理，填闲罗勒、油菜、小麦和鼠尾草处理间，无显著差异。

图3 不同填闲处理对土壤速效磷含量的影响Fig.3 Effect of different catch treatments on soil available phophorus content

2.1.4 对黄瓜土壤速效钾含量的影响

由图4可知，在各个取样时期，处理中速效钾含量均低于对照，在10 d时，填闲鼠尾草和罗勒处理低于对照，但高于其他处理，且无显著差异。在20 d时，填闲罗勒、黑麦和鼠尾草处理显著高于填闲苏丹草和油菜处理，在30 d时，填闲鼠尾草处理显著高于填闲苏丹草和油菜处理，填闲罗勒、小麦和黑麦处理显著低于对照，但与其他处理间无显著差异（P＜0.05）。随着黄瓜植株生长，土壤速效钾含量呈下降趋势。

图4 不同填闲处理对土壤速效钾含量的影响Fig.4 Effect of different catch treatments on soil available potassium content

2.2 不同填闲作物处理对黄瓜土壤酶活性的影响

2.2.1 对土壤脲酶活性的影响

由图5可知，在10 d取样时期，各个处理均显著高于对照，其中苏丹草处理最高。在20和30 d取样时期，各个处理均显著高于对照，而罗勒处理在20 d取样时期与对照差异显著，但其在30 d取样时差异不显著，油菜处理在20和30 d取样时期与对照差异均不显著，而其他处理显著高于对照。随着黄瓜植株生长，土壤中脲酶活性呈上升趋势。

图5 不同填闲处理对土壤脲酶活性的影响Fig.5 Effect of different catch treatments on soil urease activity

2.2.2 对土壤多酚氧化酶活性的影响

由图6可知，在各个取样时期中，各个处理多酚氧化酶活性均高于对照，其中油菜处理中多酚氧化酶活性最高。随着黄瓜植株生长，土壤中多酚氧化酶活性呈增高趋势。

图6 不同填闲处理对土壤多酚氧化酶活性的影响Fig.6 Effect of different catch treatments on soil polyphenol oxidase activity

2.2.3 对土壤脱氢酶活性的影响

由图7可知，在各个取样时期，各个处理土壤脱氢酶活性均高于对照，其中苏丹草处理的土壤脱氢酶活性含量最高，油菜处理的土壤脱氢酶活性最低，在10和20 d取样时期时，均显著高于对照，但在30 d取样时期时，与对照差异不显著。随着黄瓜植株生长，土壤中脱氢酶活性呈现升高趋势。

图7 不同填闲处理对土壤脱氢酶活性的影响Fig.7 Effect of different catch treatments on soil dehydrogenase activity

2.2.4 对土壤过氧化氢酶活性的影响

由图8可知，在各个取样时期，各处理土壤过氧化氢酶活性均显著高于对照，但在10 d取样时期时，鼠尾草处理土壤过氧化氢酶活性最高，但在20和30 d取样时期时，过氧化氢酶活性与对照相比差异逐渐降低，在20 d取样时期时，小麦处理中的土壤过氧化氢酶活性最高，在30 d取样时期时，苏丹草处理的土壤过氧化氢酶活性最高。随着黄瓜植株生长，土壤中过氧化氢酶活性呈上升趋势。

图8 不同填闲处理对土壤过氧化氢酶活性的影响Fig.8 Effect of different catch treatments on soil catalase activity

3 讨论

大棚黄瓜多年连作后土壤环境恶化，连作障碍现象普遍发生，现在国内外学者将连作障碍主要归结为3大因素：致病菌积累、营养失衡及根系分泌物的自毒作用[12-13]。不同研究者提出了多种预防和解决方案[14-16]，其中套作、轮作、填闲等对解决连作障碍具有较好效果。根据不同作物需肥特点，在大棚夏季休闲期种植合适的填闲作物，可达到平衡土壤养分，减轻土壤盐分积累，改善微生物环境目的。

本试验结果可知，六种夏季填闲作物均能有效降低连作黄瓜根区土壤EC值，明显降低土壤盐分累积，对减少日光温室土壤次生盐渍化具有重要作用。各个填闲处理的速效氮和速效钾均显著低于对照，说明夏季种植填闲作物可减缓土壤中速效氮和速效钾富集，减缓次生盐渍化发生。可能是由于填闲作物的生长吸收土壤中营养所致。各个填闲处理的速效磷含量均显著高于对照，这对于释放土壤中固定的磷素养分具有积极意义，可提高土壤中磷的释放和利用，其原因还有待进一步研究。

土壤酶是评价土壤质量最有效的指标之一，土壤酶活性极易受土壤环境因子影响，酶活性生物特性比土壤有机质、养分含量等其他理化形状能更敏感地对土壤质量变化作出响应[17]。Kennedy等研究认为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[18]。土壤酶中脲酶参与土壤氮素转化，为作物生长提供氮源。邱莉萍等研究表明脲酶与土壤肥力呈极显著正相关[19]，认为脲酶活性可作为土壤肥力正相关指标，而本研究结果表明，在不同夏季填闲模式条件下脲酶活性均增高，表明夏季填闲作物有助于改善土壤氮素转化。填闲植物对土壤微生物量、区系组成以及代谢过程造成改变，使主要由土壤微生物产生土壤酶数量和活性发生变化，改善土壤生态环境[20-23]。由于本试验采用盆栽方式，其环境条件（如土壤中水分流动、植物根系生长）均会与田间有很大差别。而这些差别会同时影响到填闲作物残茬的腐解及其它相关土壤生态过程，尤其是土壤营养的固持、矿化及流失。因此，不同填闲作物对土壤营养含量及酶活性影响还需要在田间条件下进一步研究。

4 结论

夏季填闲不同作物对于增强土壤酶活性，改善土壤化学性状均有显著影响。对于降低土壤EC值，降低土壤速效氮和钾的富集，提高速效磷含量方面，叶菜类油菜要优于禾本科苏丹草、小麦和黑麦，优于唇形科罗勒和鼠尾草。禾本科苏丹草、小麦和黑麦在增强土壤酶活性方面要优于唇形科罗勒和鼠尾草，优于叶菜类油菜。因此，苏丹草、小麦和黑麦比较适合用于夏季填闲。

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