伴生栽培对设施黄瓜根际土壤养分的影响

赵晓翠 刘文宝 王清华 张敏 董昊文 张卫华 李絮花

摘 要：本试验以黄瓜为供试作物，设置甘蓝、菜花、大蒜、大葱四种伴生栽培模式，研究不同伴生条件下黄瓜根际土壤养分的变化规律。速效氮的测定结果显示伴生菜花、甘蓝、大葱、大蒜与黄瓜之间或多或少都存在硝态氮的竞争现象，菜花能够促进氮素向铵态氮转化，而大葱作伴生蔬菜能有效吸收土壤中多余铵态氮；从速效磷的测定结果看甘蓝和菜花与黄瓜伴生能够促进土壤固定的磷元素释放，而大葱和大蒜作伴生蔬菜能够加快土壤中的速效磷吸收利用；速效钾的测定结果表明伴生甘蓝能促进土壤胶体吸附的钾离子释放，显著提高土壤速效钾含量，大蒜则利于解除高钾危害。因此无论是甘蓝、菜花还是大葱、大蒜都能有效降低土壤的盐离子浓度，防止或降低土壤盐害，从各方面综合考量以大葱和大蒜伴生黄瓜为最佳。

关键词：伴生栽培；设施黄瓜；土壤养分，土壤盐分

中图分类号：S642.204+.7文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）05-0075-06

Abstract Using greenhouse cucumber as research object， four different companion planting models， cabbage， cauliflower， garlic and green Chinese onion， were designed to investigate the changes of rhizosphere soil nutrients of cucumber. The results showed that cauliflower， cabbage， green Chinese onion and garlic all had competition with cucumber on nitrate nitrogen. The cauliflower could promote the transformation of nitrogen to ammonium nitrogen， while green Chinese onion could effectively absorb redundant ammonium nitrogen in the soil. The cabbage and cauliflower could release the phosphorus from fixed by soil， while green Chinese onion and garlic could speed up the uptake of available phosphorus in the soil. The cabbage could significantly increase the content of soil available potassium through releasing the potassium ion adsorbed by soil colloid， while garlic was conducive to eliminate the threat of high potassium. Thus， cabbage， cauliflower， garlic and green Chinese onion all could effectively reduce the soil salt concentration and prevent soil salinity. Comprehensively considering， the garlic and green Chinese onion performed the best.

Key words Companion planting； Greenhouse cucumber； Soil nutrient； Soil salt

黄瓜是设施栽培的主要蔬菜之一，随着集约化连年种植，追求高额产出的高投入行为，已经严重危害了设施土壤环境和蔬菜产品的安全，在这种封闭、高肥、高水、高农药的生产环境下，同一作物长期连续种植，片面消耗土壤养分，导致耕层结构恶化，养分失调，病虫害加剧，产量和品质下降，收益减少。因此如何平衡设施内土壤环境、减少土壤盐害的发生、降低土传病害的危害成为摆在研究者面前的主要任务之一。

韩哲[1]研究指出，黄瓜伴生小麦栽培能提高黄瓜产量，使单株产量增加了6.41%。高春琦等[2]指出在植株长势上，黄瓜伴生小麦处理优于黄瓜单作。夏秀波等[3]采用大葱伴生栽培黄瓜的模式研究表明，大葱伴生栽培处理能有效抑制土壤中真菌、放线菌和细菌数量的增加，从而降低土传病害的发生率。赵凤艳等[4]指出，伴生是指经过特殊挑选的具有某种相生相克性状的植物与主栽作物临近种植的栽培方式，其本身不以收获为目的。

目前，不同种植方式对根际土壤养分和酶活性的影响研究已经有大量文献报道[5～9]，但是适于设施黄瓜生长的适宜伴生作物以及不同伴生作物对黄瓜根际土壤养分影响的相关报道尚少见。本试验初步探讨四种不同伴生组合根际土壤不同土层养分的变化规律，利用伴生栽培研究主栽蔬菜根际周围的环境变化，旨在寻找设施黄瓜适宜的伴生蔬菜种类，改善黄瓜根际土壤生态环境，在确保黄瓜产品安全的前提下进行蔬菜的高效生产。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验一在山东省农业科学院蔬菜花卉研究所试验基地的日光温室内进行。起垄前结合耕地666.7m²施猪粪10 m³，其中2/3撒施，余下的1/3配合过磷酸钙50 kg沟施；试验二在济南市农业科学研究院日光温室内进行，起垄前结合耕地666.7m²施牛粪15 m³，其中2/3撒施，余下的1/3配合过磷酸钙50 kg沟施。施肥前供试土壤的基本理化性状见表1。供试黄瓜为高代自交系137-h（华北型，山东省农业科学院蔬菜花卉研究所提供）。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计。试验一于2014年6月12日在山东省农业科学院蔬菜花卉研究所试验基地进行。温室播种育苗，7月23日黄瓜幼苗（两叶一心）定植于温室冬暖棚内。采取高垄双行栽培，大行90 cm，小行60 cm，株距33 cm，每行种植黄瓜25棵；每行前15棵黄瓜进行伴生，两棵黄瓜之间分别伴生甘蓝和菜花。单植黄瓜为对照CK1，伴生甘蓝和菜花分别设为T1和T2。不同处理设3个重复。

试验二于2014年10月12日在山东省农业科学院蔬菜花卉研究所试验基地温室播种育苗，11月12日黄瓜幼苗（两叶一心）定植于济南市农业科学研究院温室冬暖棚内，与大蒜和大葱进行伴生，栽植方式同于伴生甘蓝和菜花。单植黄瓜设为对照CK2，伴生大蒜和大葱的处理分别为T3和T4。不同处理设3个重复。

肥水管理为常规管理。定植浇透水，直至根瓜坐住一般不浇水（试验一由于夏季蒸发快，中间多浇水一次）。结果前期浇一次空水，结合浇水冲施一次氮磷钾复合肥（15-15-15），每次666.7m²施5 kg，交替进行；盛果期后不浇空水，每次666.7m²浇水时随水冲施氮磷钾复合肥5 kg，同时结合打药叶面喷施0.1%磷酸二氢钾。

1.3 样品的采集及测定方法

1.3.1 土壤样品的采集 于黄瓜定植后20、50、80、120 d分别取样。每次采样时每小区采10个样点，呈“S”形线路采样。用管形土钻在距离黄瓜主根5 cm处钻入土壤20 cm深，取出土钻，将管内土样放入保鲜袋中（注意剔除黄瓜须根），依次采取第2、第3个样点，直至采完10个样点。将10个样点采取的同一层次土样混合均匀，标明采样处理编号。采样点随后用70%甲基硫菌灵600倍液灌根，防止黄瓜根部伤口感染。采集的根际土样自然风干，过2 mm筛，用于测定土壤养分含量。

1.3.2 测定方法 主要测定土壤全氮、速效氮、硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾和电导率（EC值）7个指标。土壤全氮用半微量凯氏法；速效氮采用碱解扩散法；硝态氮采用KCl浸提-蒸馏法；铵态氮采用纳氏试剂比色法；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法；速效钾采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法；电导率使用电导率仪测定[10]。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2010对数据进行处理和作图，DPS 7.05统计软件进行方差分析和LSD法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同伴生组合对土壤盐分含量的影响

电导率是衡量土壤盐分的主要指标[15，16]。由图1可知，CK1土壤EC值尚属正常（黄瓜正常EC值0.3～0.6 mS/cm），除了盛果期（80 d）EC值为0.44 mS/cm，其他生育期EC值都在0.6 mS/cm左右，说明试验一地块相对健康。T2处理与CK1相比整个生育中后期土壤EC值显著降低，表明菜花伴生黄瓜能显著降低土壤盐离子浓度，使土壤EC值保持在正常范围内；T1处理比较复杂，黄瓜结果初期（50 d）测定，EC值显著超过CK1，达1.45 mS/cm以上，远远超过黄瓜生育障碍临界点（0.60 mS/cm）；CK2土壤EC值偏高，生育中后期EC值都在1.10 mS/cm以上，说明土壤盐渍化严重（黄瓜地盐分严重危害EC>0.90 mS/cm），T3处理与T4处理相似，都能显著降低土壤的EC值，表明大蒜、大葱伴生黄瓜也能显著减少土壤盐离子浓度，以大蒜效果较好。

2.2 不同伴生组合土壤速效氮含量的变化

由图2可以看出，CK1土壤速效氮水平较低，在30 mg/kg左右，随着黄瓜生长，在整个生育期内土壤速效氮含量呈略下降趋势； T1处理苗期（20 d）略低于对照，之后都能保持土壤速效氮水平稳定并略有升高，在结瓜盛期（80 d）明显高于CK1，推测甘蓝激发了土壤中某些氮素转化酶活性。T2处理在黄瓜苗期至初果期速效氮含量有所下降，与黄瓜存在争氮现象，但之后这种竞争状况明显改善，与CK1差异明显。CK2在整个生育期土壤中速效氮含量比CK1高，在40 mg/kg以上，且比较稳定，T3处理能明显提升土壤中速效氮的含量，说明大蒜的根部分泌物也刺激了土壤中某些氮素转化酶活性，利于速效氮水平的维持。T4处理则对氮素的吸收利用或者促进转化固定较明显，土壤中速效氮水平一直明显低于对照。

硝态氮是植物易于吸收利用的氮素形态，测定结果表明无论伴生菜花、甘蓝，还是大葱、大蒜与黄瓜之间或多或少都存在硝态氮的竞争现象。由图3可知，CK1在中后期土壤中硝态氮含量有所上升，是因为追肥所致；T2处理与CK1土壤硝态氮变化趋势基本一致，但是由于有伴生菜花的存在，吸收了部分硝态氮，因此显著降低了土壤中硝态氮的含量；T1处理硝态氮的变化有些异常，在黄瓜生长50 d时含量特别高，推测是取样时取到了化肥粒导致，这也与EC值测定结果偏高相吻合。CK2的变化趋势表明试验二土壤硝态氮基础值偏高，在作物吸收和浇水淋失条件下，土壤硝态氮含量不断降低，追肥后硝态氮含量有所上升；T3处理与CK2变化趋势相同，但是大蒜的存在显著降低了土壤硝态氮含量；T4处理苗期（20 d）土壤硝态氮含量与CK2差异明显，之后虽有上升趋势，但仍比对照低，这说明伴生栽培确实能够降低土壤中多余硝态氮含量，以菜花和大蒜为适宜。提示硝态氮的施用每次不宜过多。

由图4看出，T2处理土壤铵态氮的变化趋势与CK1基本一致，但是含量比CK1稍高，显示菜花的存在能够刺激氮素向铵态氮转化，维持铵态氮含量的稳定。T1处理与CK1土壤铵态氮的变化趋势差异较大，在黄瓜苗期和结果初期能显著降低土壤中的铵态氮含量，后期又能维持铵态氮含量的减少。T4处理土壤铵态氮的变化趋势与CK2相同，但显著降低了土壤中铵态氮水平；T3处理的变化比较复杂，前期和后期能降低土壤铵态氮的含量，但是中期却能刺激土壤铵态氮含量的升高，表明对黄瓜而言大葱作伴生蔬菜能够有效吸收土壤中多余铵态氮，减少铵态氮肥对土壤环境的不利影响，而菜花能够维持铵态氮含量的稳定。

2.3 不同伴生组合对土壤有效磷含量的影响

有效磷含量是土壤磷素养分供应水平高低的指标，能一定程度上反映土壤中磷素的贮量和供应能力。主栽蔬菜黄瓜在开花、结果期对磷元素需求量增大。由图5可以看出，T1处理除黄瓜生长后期外土壤有效磷含量均比CK1高，其中黄瓜苗期和结果盛期的测定结果差异显著，T2处理与CK1土壤有效磷含量基本持平，差异不显著，揭示甘蓝和菜花与黄瓜伴生不但不会与黄瓜竞争磷元素，其根系微生物菌群还能够将土壤固定的磷元素释放出来，保持土壤有效磷的持续供应；T3处理在黄瓜苗期和结瓜后期能刺激土壤有效磷的释放，黄瓜结果期土壤有效磷含量都比CK2低，说明伴生大蒜吸收了大量有效磷，降低了土壤磷富余的影响，表明黄瓜结果期之后伴生大蒜存在与黄瓜争夺磷养分的威胁；T4处理测定结果与T3类似，在黄瓜苗期和结果初期能刺激土壤有效磷的释放，但是在黄瓜结果盛期之后土壤有效磷含量都比CK2低，说明伴生大葱在中后期也存在与黄瓜争夺磷养分的威胁。可见从磷的稳定供应角度看甘蓝、菜花更适于黄瓜的伴生栽培。

2.4 不同伴生组合对土壤速效钾含量的影响

钾是生物体内许多酶的催化中心，是植物生长发育所必需的营养元素，在黄瓜开花结果期钾的需求量较大。由图6看出，整个生育期T1处理速效钾含量都比CK1显著高，表明伴生甘蓝能促进土壤胶体吸附的钾离子释放，显著提高了土壤速效钾含量；T2处理除了黄瓜苗期速效钾显著降低外，在黄瓜生长的其他时期没有造成速效钾的显著降低。与CK2相比，T3处理显著降低了土壤中速效钾含量；T4处理比较特殊，显示在黄瓜结果初期之前伴生大葱能促进土壤中钾离子维持在一个较高水平，黄瓜结果盛期后又显著降低土

壤中速效钾含量，但是仍维持在合理含量范围内，推测与大葱进入开花结籽期有关。因此从土壤速效钾供应角度看四种伴生作物中甘蓝最适伴生黄瓜，维持速效钾养分的稳定供应，而大蒜则利于解除高钾浓度的危害。

3 结论与讨论

在一定浓度范围内，土壤含盐量与电导率呈正相关[17～20]。本研究选取了两个营养水平不同的试验地块，试验一地块比较健康，EC值测定结果显示盐分含量尚属正常；试验二地块土壤盐分含量较高，EC值>1.10 mS/cm，盐胁迫比较明显，因此在不同类型地块上进行伴生栽培，研究伴生栽培对设施菜地土壤养分变化、根际土壤微生物种群变化和土壤酶活性的影响对揭示土壤改良、减少土产病害的发生机理具有重要的理论和实践意义。

EC值的测定表明无论是十字花科的甘蓝、菜花还是葱蒜类的大葱、大蒜都能有效降低土壤的盐溶液浓度，防止或降低土壤盐害，即使土壤较为健康的试验一地块，在菜花伴生黄瓜的结果后期（120 d）EC值降至最低为0.29 mS/cm，仅比正常EC范围（0.3～0.6 mS/cm）稍低；只是T1处理结果偏离常规，在结果初期EC值达到1.45 mS/cm，可能是取土过程中取到了化肥粒，使这一结果发生较大偏差，这一点将在后续试验中进行重复验证。

铵态氮、硝态氮作为可被植物直接吸收利用的有效态氮素，其含量的变化直接对土壤氮素的迁移转化和植物的生长发育产生影响[13，14]。氮肥施入土壤后，除了被作物吸收利用和随水流失以外，还有部分氮素以有机氮的形式存在土壤中，可以通过微生物的矿化作用转化为植物可吸收的有效态氮[11，12]，维持土壤有效态氮素的持续供应。

速效氮的测定结果显示伴生菜花、甘蓝、大葱、大蒜与黄瓜之间或多或少都存在硝态氮的竞争现象，而菜花刺激氮素向铵态氮形式转化，大葱作伴生蔬菜能够有效吸收土壤中多余铵态氮，减少铵态氮肥对土壤环境的不利影响；本试验结果表明在进行黄瓜伴生栽培时，除了苗期外，其他时期追肥应适当增加氮肥，以免影响黄瓜的正常生长和产量形成，但是每次追施量不宜过大。

从有效磷的测定结果看，甘蓝和菜花与黄瓜伴生其根系微生物菌群还能够将土壤固定的磷元素释放出来，保持土壤有效磷的持续供应，而大葱和大蒜作伴生蔬菜能够将土壤中的有效磷很快吸收，因此从防止土壤盐渍化角度讲，大葱和大蒜更适于黄瓜伴生，但是从恢复土壤活力的能力看，十字花科的甘蓝、菜花更有潜力。

从速效钾含量变化看伴生甘蓝能够提高土壤中钾离子水平。而大葱在黄瓜生长的苗期和结果初期也能显著提高土壤速效钾含量，推测它们的根系分泌物或者根系微生物菌群能够将土壤胶体吸附的钾离子交换出来，提高钾离子的利用率，而大葱伴生在黄瓜生长的盛果期测定值下降可能由于大葱也处于开花结果期，钾离子的吸收量增大引起；大蒜作伴生蔬菜整个生育期都能有效降低速效钾含量，生产上可以利用大蒜解除土壤高钾危害。

甘蓝、菜花和大葱、大蒜伴生黄瓜对减少土壤中盐溶液的积累都有明显的效果，但是作用机理比较复杂，有的是以竞争性吸收的方法减少养分的流失或固定，有的是刺激释放土壤中固定的营养元素，促进土壤中养分的利用，都能起到改善设施土壤盐分积累的作用，但是试验中发现这四种蔬菜与黄瓜伴生过程中，甘蓝与菜花在莲座期后营养体长得比较大，妨碍黄瓜植株的通风透光，同时甘蓝、菜花都是蚜虫、粉虱的良好寄主，给设施黄瓜蚜虫、粉虱的防治带来较大的压力。大葱、大蒜的伴生则没有这些弊端，综合起来大葱和大蒜是伴生黄瓜的理想作物。

参 考 文 献：

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