不同间作模式对温室连作番茄产量、土壤微生物和酶的影响

2016-09-12张海春胡晓辉

西北农业学报 2016年8期

关键词：脲酶间作根际

张海春，张　浩，胡晓辉

(1.新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐　830091；2.西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌　712100)

不同间作模式对温室连作番茄产量、土壤微生物和酶的影响

张海春1，张浩2，胡晓辉2

(1.新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐830091；2.西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌712100)

为明确不同间作模式对番茄连作障碍的影响，将生菜和芹菜2种作物分别与番茄间作，研究间作对番茄产量、品质及根系土壤微生物数量和酶活性的影响。结果表明，间作处理可以显著增加连作土壤中微生物总量、细菌数量和细菌/真菌的比例，显著降低真菌数量，同时提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性，从而减轻连作对番茄生长的影响，提高番茄产量，缓解番茄连作障碍。

间作；连作障碍；番茄；产量；土壤微生物；土壤酶

随着设施蔬菜规模化、专业化生产水平的不断提高，在利益的驱动下，设施栽培品种主要局限于经济效益相对较高的茄果类蔬菜。番茄(Solanumlycopersicum)是中国设施蔬菜生产中主要的栽培种类，由于栽培种类单一且连年种植，导致蔬菜根际生态环境恶化，微生物区系改变；病原真菌数量增加，有益拮抗菌数量减少，由“细菌型”土壤向“真菌型”土壤转化；土壤病虫基数增加，根际土壤放线菌密度降低等一系列不良现象，严重影响番茄的生长发育，从而导致大幅减产甚至绝产，成为果菜栽培高效可持续发展亟待解决的问题。导致连作障碍发生的因子是植物-土壤系统内多种因子综合作用的结果[1]。根际土壤微生物种群结构及土壤酶活性是评价土壤微生态环境质量的重要指标[2-3]。研究表明，连作土壤的微生物种群结构破坏严重，主要微生物数量和土壤酶活性不同程度地下降[4]。科学的种植模式和种植制度可以合理利用土壤养分，增强土壤酶活性，减少病、虫、杂草危害，改善土壤的微生物区系，为作物生长创造良好的土壤环境，提高作物的产量和品质，增加经济效益，对防治设施蔬菜连作障碍、实现设施蔬菜可持续生产具有重要意义[3]，是目前应用较广且效果明显的措施之一。研究表明，间作不仅可充分利用作物地上部分空间资源，还有助于提高土壤养分[5]和生物量[6]，增加土壤酶活性[7]，番茄与架豆间作，可以节肥增产[8]。连作土壤下番茄间作其他作物，是否有利于改善土壤环境，提高产量？相关研究报道甚少，因此，本试验研究番茄-生菜和番茄-芹菜2种间作模式对番茄产量及土壤环境的影响，以探讨不同间作模式对连作土壤的修复效应及其关键技术。

1　材料与方法

1.1试验材料

田间试验于2011 年9 月-2012 年7 月在西北农林科技大学园艺场试验基地塑料大棚中进行。供试番茄品种为目前生产主栽品种‘金棚一号’，生菜品种为‘美国大速生菜’，芹菜品种为‘高优他西芹’，种子均购于西北农林科技大学农城种业科技中心。

1.2试验方法

日光温室内穴盘育苗。子叶展开移苗，待番茄幼苗长到3叶1心时，定植到不同连作土壤中。采用槽栽方式，每个栽培槽做2个栽培垄，垄宽60 cm，高30 cm，定植株距30 cm，行距60 cm。缓苗7 d，生菜和芹菜2种间作物播种在番茄栽培垄的两侧，距番茄植株5 cm处，采用条播。具体试验处理为①非连作土壤栽培(CK)；②连作4 a土壤栽培(T1)；③连作土壤间作生菜栽培(T2)；④连作土壤间作芹菜栽培(T3)。每处理3个栽培槽，随机排列。常规方法管理，留4层花打顶。

土壤样品的采集：在番茄果实膨大期采集土壤样品，每处理随机选取3份，采集0 ～ 20 cm深，离植株约5 cm处的土壤，混合均匀后一部分置于4 ℃冰箱保存，用于土壤中微生物区系分析；另一部分风干保存，用于土壤中酶活性的测定。

1.3测定项目与方法

1.3.1土壤微生物的测定细菌、真菌、放线菌采用平板培养计数法，人工气候箱培养记数。细菌分离采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，放线菌分离采用改良高氏一号琼脂培养基，真菌分离采用马丁氏琼脂培养基。微生物计数的基本单位为CFU/g。

1.3.3番茄产量测定及品质分析在番茄果实成熟后，连续记载各处理每次采收的果实数和小区果实产量。番茄果实可溶性固形物采用糖度计测定，有机酸采用NaOH滴定法测定，维生素C采用钼蓝比色法。

定植前土壤物理性状及干土中养分状况见表1。

1.4数据统计与分析

采用Excel 2003、SAS 8.2软件对数据进行处理，用Duncan’s多重比较法(P<0.05)对数据进行统计分析，数据以“平均数±标准差”表示。

2　结果与分析

2.1不同间作处理对土壤微生物种群的影响

由表2可以看出，与对照(CK)相比，连作(T1)处理的微生物总量显著低于CK，降低了49.21%。连作条件下套作莴苣(T2)和芹菜(T3)处理的微生物数量增加，分别比CK增加89.83%和109.67%。T1处理的土壤细菌和放线菌数量显著低于CK处理，分别比CK处理降低52.38%和32.30%；而T1处理的真菌数量显著高于CK处理，比CK增加了209.83%。T2和T3处理可以显著增加土壤中细菌和放线菌数量，降低真菌数量。在土壤中，细菌类群占主要比例，其活性的高低直接影响土壤中有机物的降解效率[7]。从细菌和真菌的比值来看，T1处理显著低于CK处理，而不同套作模式可以增加连作土壤细菌/真菌比值。

表1　定植前土壤物理性状及干土中养分质量分数

注：同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同。

Note：Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level.The same as below.

表2　不同间作处理土壤微生物数量

2.2不同间作处理对土壤中酶活性的影响

土壤酶活性是土壤肥力的重要标志，与土壤的理化性质和水热状况、农业技术措施等密切相关。由表3可以看出，连作土壤的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性显著低于CK处理。T2处理的脲酶和过氧化氢酶活性与T1处理无显著差异，磷酸酶和蔗糖酶活性显著高于T1处理，分别增加154.60%和158.41%。与T1处理相比，T3处理的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性显著增加，分别比T1处理增加22.73%、168.83%、237.12%和33.82%。

表3　不同间作处理土壤酶活性

2.3不同间作处理对番茄产量和品质的影响

由表4可以看出，T1处理的番茄单果质量和单位面积产量显著低于CK。与T1相比，T2的平均单果质量和单位面积产量分别显著增加了22.22%和43.62%；T3的平均单果质量和单位面积产量分别显著增加了55.56%和37.44%。T1处理的果实有机酸质量分数显著高于CK，T2和T3处理的番茄果实有机酸质量分数显著低于T1。T1处理的番茄果实可溶性固形物质量分数显著低于CK；T2和T3与T1处理无显著差异。T1处理的番茄果实维生素C质量分数与CK无显著差异，而其他处理显著低于CK和T1处理。

表4　间作处理下连作番茄果实的产量和品质

3　讨论

不同作物或同一作物在不同生育阶段，其根系微生物的数量、种类差异很大[8-9]。研究表明，合理的种植制度可以提高连作土壤真菌、细菌和放线菌数量[10]，对土壤有一定的修复效果。土壤细菌依靠分解土壤有机物、植物代谢或次级代谢产物后的营养物质进行增殖。土壤细菌不仅能将某些植物不能直接利用的有机物分解为可吸收的小分子物质，某些细菌还可以降低土壤病菌对植物体的毒害作用，减少土传病害的发生[11]。本试验中，连作土壤的细菌数量显著降低，而间作处理可以增加土壤细菌数量，进而可以稳定番茄作物根系微生态环境，并为根际提供养分，促进番茄的生长发育。研究表明，放线菌可以转化土壤有机养分、分泌特异性抗生素、向作物根际周围释放具有广谱抗菌性的酶制剂，抑制土壤病害的病源微生物活性，调控西瓜枯萎病和立枯病的发生[12]。间作处理可以在番茄生长全阶段增加土壤放线菌数量，缓解连作障碍对番茄的不利影响。在土壤中，细菌类群占主要比例，其活性的高低直接影响土壤根中有机物的降解效率[7]。本试验中，各处理的细菌数量在植物根系微生物数量中占很大比例。本试验条件下，连作土壤微生物数量降低，微生物数量表现为细菌型向真菌型转化，这与研究学者的结果一致[13]。研究表明，细菌和放线菌数量增多能够促进番茄植株生长及生物量合成，本试验也得到类似的结果，即间作处理的土壤细菌和放线菌数量增加，促进番茄的生长发育。

土壤酶活性可以间接地反应土壤中某些营养物质的转化情况，以及土壤肥力的演变趋势[14]。设施连作栽培情况下，土壤酶活性下降，有害物质积累、土传病虫害加重及植物的自毒作用，从而加剧连作障碍的产生和危害[15]。众所周知，过氧化氢酶在腐殖质的形成过程中具有重要作用，它能破坏土壤中生化反应生成的过氧化氢，减轻对植物的危害。本试验结果表明，间作可以增强连作土壤的过氧化氢酶活性，为植物生长发育提供一个较有利的根际环境。脲酶能促进有机物分子中肽键的水解，其活性提高有利于土壤有机氮向有效氮的转化，提高土壤中氮素的供应水平。本试验中，连作番茄土壤间作处理能够提高连作土壤脲酶活性，这表明套作处理能够提高土壤中氮素的供应水平，进而促进番茄的生长发育。蔗糖酶可使蔗糖分解成葡萄糖和果糖，对增加土壤中易溶性营养物质起着重要作用[16]，其活性能够反映土壤熟化程度和肥力水平。研究证明蔗糖酶活性高的土壤生物活性较好、土壤肥力较高、土壤状况良好[17-18]。研究表明，番茄连作土壤碱性磷酸酶活性随着连作年限的延长而增加，过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性则下降，其中过氧化氢酶和脲酶活性的下降幅度较大，蔗糖酶活性下降幅度较小[19]。本试验中，连作番茄土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性均低于对照处理，这可能与番茄自身生长发育对外界营养和自身分泌物质对土壤影响有关。

研究表明，连作土壤抑制番茄种子萌发和生长发育，并降低番茄产量和品质，造成这种现象的主要原因是连作土壤的物理化学性状严重恶化，根系分泌累积有毒物质，叶根茎的化感自毒物质积聚[20]。本试验中，连作土壤显著降低番茄产量，品质变劣，这样与前人的研究结果一致[16]。姜忠廷等[10]研究发现套作可以促进西瓜生长，缓解西瓜的连作障碍。本试验条件下，连作土壤套作生菜和芹菜可以显著促进番茄生长发育，并增加番茄产量和品质。套作生产处理的番茄生长和产量由于套作芹菜处理，可能是由于生产地上部冠幅小，对番茄幼苗光合利用率影响小，而套作作物芹菜，地上部叶片先对高，水肥利用率较高，与番茄幼苗竞争部分养分，同时影响番茄幼苗的光合作用，对番茄前期生长的促进作用不如套作作物生菜的效果明显。

4　结论

间作处理改善连作番茄土壤中根系微生物数量和土壤酶活性。间作处理可以显著增加连作土壤中微生物总量、细菌数量和细菌/真菌比例，显著降低真菌数量，同时提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性，从而减轻连作对番茄生长的影响，提高番茄产量。

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Corresponding authorHU Xiaohui,female,Ph.D,associate professor.Research area:protected-land agriculture theory and production technology.E-mail:hxh1977@163.com

(责任编辑：潘学燕Responsible editor:PAN Xueyan)

Effects of Different Intercropping Patterns on Tomato Yield and Soil Microflora and Enzymes Activities in Continuous Cropping

ZHANG Haichun,ZHANG Hao and HU Xiaohui

( 1.Agricultural Mechanization Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi830091,China；2.College of Horticulture,Northwest A&F University,Yangling Shaanxi712100,China)

For making clear the effect of different intercropping patterns on obstacle in tomato continuous croppping,we intercroped lettuce with tomato,celery with tomato to study the effects of intercropping on tomato yield and microflora characteristics and enzymes activities in the soil.The results showed that intercropping significantly increased the number of total micro-biomass,bacteria number and ratio of bacteria to fungus in the continuous cropping soil,and increased the activities of sucrae,urease,phosphatase and catalase in the continuous cropping soil. Thus,intercropping could promote the tomato growth,and increase yield,and prevent the obstacle of continuous cropping of tomato.

Intercropping; Continuous cropping obstacle; Tomato; Yield; Soil microflora; Soil enzyme

2015-12-04Returned2016-01-10

Key Research Project of Shaanxi Province(No.2015NY102).

ZHANG Haichun,male,associate research fellow. Research area:protected-land horticulture and device.E-mail:50222243@qq.com

2015-12-04

2016-01-10

陕西省科技攻关(2015NY102)。

张海春，男，副研究员，研究方向为设施园艺与装备。E-mail:50222243@qq.com

胡晓辉，女，博士，副教授，研究方向为设施农业理论与生产技术。E-mail:hxh1977@163.com

S318

1004-1389(2016)08-1218-06

网络出版日期：2016-07-14