大棚蔬菜種植年限、種植茬口對(duì)土壤微生物的影響

閆庚戌，范丙全

（1．河北省衡水市桃城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 衡水 053000；2．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

1980年以來，蔬菜產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展迅速，逐漸成為僅次于糧食產(chǎn)業(yè)的第二大農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)［1］。2014年，我國蔬菜種植面積達(dá)到了2 127萬hm2，其中保護(hù)地蔬菜面積超過350萬hm2，年產(chǎn)量1.7億t，占全國蔬菜總產(chǎn)量的25%［2-3］。山東省是我國蔬菜主產(chǎn)區(qū)，常年蔬菜生產(chǎn)面積占全國的10%以上，設(shè)施蔬菜面積占全國的近50%。尤其壽光市更是全國重要的蔬菜生產(chǎn)基地，有“中國蔬菜之鄉(xiāng)”之稱［4-5］。

然而在這些地區(qū)，由于缺乏科學(xué)的蔬菜生產(chǎn)指導(dǎo)，盲目地追求高產(chǎn)，大棚蔬菜種植使用的化肥、農(nóng)藥數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般農(nóng)田，通過連年的累積，對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境及土壤微生物產(chǎn)生了極其惡劣的影響［6-7］。目前，部分種植時(shí)間較長的蔬菜大棚已經(jīng)不能繼續(xù)生產(chǎn)。

土壤微生物是土壤生物區(qū)系中最重要的功能組分，參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解及腐殖質(zhì)的形成等過程［8］。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)以及組成的多樣性與均衡性，是衡量土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定健康的重要生態(tài)指標(biāo)［9-11］。在壽光和蒼山等重要的蔬菜產(chǎn)區(qū)，隨著種植年限的延長，大量化肥農(nóng)藥的施用，會(huì)造成大棚土壤養(yǎng)分富集，土壤有毒有害物質(zhì)的增加，土壤板結(jié)、酸化嚴(yán)重，土壤微生物量和多樣化指數(shù)的下降［12-14］。另外，種植品類的單一，不合理的茬口安排，也會(huì)造成土壤養(yǎng)分虧缺，根系分泌物和殘茬腐解物所產(chǎn)生的自毒作用嚴(yán)重，導(dǎo)致土壤微生物從細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)化，病原微生物增加，加劇病害的發(fā)生［15-17］。因此在大棚蔬菜生產(chǎn)過程中，不科學(xué)的田間管理以及種植操作都會(huì)對(duì)土壤微生物造成影響，最終會(huì)導(dǎo)致土壤的連作障礙，使蔬菜大棚失去繼續(xù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的能力［18-21］。

本文旨在探討大棚蔬菜種植年限以及種植茬口模式對(duì)土壤微生物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，明確土壤微生物總的變化趨勢(shì)以及各個(gè)區(qū)域的土壤微生物演化特征，為蔬菜連年種植區(qū)保持健康穩(wěn)定的土壤生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品

1.1.1 供試土壤

壽光市與蒼山縣（現(xiàn)蘭陵縣）是山東省主要的蔬菜生產(chǎn)區(qū)，其大棚蔬菜起始于20世紀(jì)的80、90年代，之前多為小麥、玉米一年兩收的傳統(tǒng)種植。

2002年5～6月，于壽光市孫家鎮(zhèn)的寨子村、稻田鎮(zhèn)的官路村，蒼山縣興明鄉(xiāng)的馬官村、卞莊鎮(zhèn)的西小屯村、項(xiàng)城鎮(zhèn)的吳莊村等大棚蔬菜主產(chǎn)地，從其中55戶農(nóng)戶和生產(chǎn)基地，共采集包括種植年限 分 別 為1、2、3、4、5、6、7、8、10、12年，不同茬口種植的蔬菜大棚土樣55個(gè)。

1.1.2 土樣采集

土樣采集時(shí)，將每一個(gè)選定的大棚去掉兩頭各5 m的保護(hù)行后，平均分為3塊，作為3個(gè)重復(fù)。每一塊采取10鉆土壤，取樣深度0～20 cm。10鉆土壤放在一起混合均勻，去除雜質(zhì)后，采用四分法保留土樣1kg，裝入聚乙烯塑料袋，封口，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，放入冰箱4℃保存。

壽光孫家鎮(zhèn)與蒼山項(xiàng)城鎮(zhèn)的土壤類型為棕壤，質(zhì)地為砂質(zhì)壤土；壽光稻田鎮(zhèn)與蒼山興明鎮(zhèn)的土壤類型為棕壤，質(zhì)地為壤質(zhì)粘土。兩個(gè)地區(qū)在農(nóng)藥與化肥使用量方面存在差異，壽光市的使用量高于蒼山縣。

1.2 微生物測(cè)定方法

每份土樣稱取10 g，置于含有90 mL無菌水的200 mL三角瓶中，在搖床上搖10 min（轉(zhuǎn)速200 r/min）；搖勻后從中吸取1 mL溶液加入到試管中，加入9 mL無菌水；將溶液分別稀釋到10-3、10-5、10-6的濃度，分別吸取0.1 mL液體置于馬丁培養(yǎng)基、高氏培養(yǎng)基、牛肉膏固體培養(yǎng)基上，用玻璃刮鏟涂勻，3次重復(fù)。置于28℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)，記錄平板上真菌、放線菌、細(xì)菌生長的數(shù)量。同時(shí)，測(cè)定土壤的水分含量，用于計(jì)算每克干基土壤的真菌、放線菌、細(xì)菌數(shù)量。

首先來確定張嘴的閾值(TH_O_MAR)。雖然嘴部的大小，形狀具有不確定行，但是經(jīng)過MAR計(jì)算得到比例之后就具有確定性，可以很好的反應(yīng)張嘴和閉嘴的情況。對(duì)嘴部進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，計(jì)算嘴部的MAR計(jì)算結(jié)果，繪制檢測(cè)圖，如圖：

各培養(yǎng)基的組成如下:

馬丁培養(yǎng)基（真菌）:KH2PO41.0 g/L，MgSO4·7H2O 0.5 g/L，氯霉素0.1 g/L，蛋白胨5.0 g/L，葡萄糖10.0 g/L，1%孟加拉紅3.3 mL，蒸餾水1 000 mL；

高氏培養(yǎng)基（放線菌）:MgSO4·7H2O 0.5 g/L，KNO31 g/L，KH2PO40.5 g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.01g/L，NaCl 0.5 g/L，可溶性淀粉20 g/L，蒸餾水1 000 mL，pH值7.2～7.4；

牛肉膏培養(yǎng)基（細(xì)菌）:牛肉膏5 g/L，蛋白胨5 g/L，瓊脂20 g/L，NaCl 5 g/L，蒸餾水1 000 mL，pH值 7.0。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植年限對(duì)兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)大棚土壤微生物的影響

2.1.1 種植年限對(duì)兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)大棚細(xì)菌的影響

兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)不同年限的大棚土壤的細(xì)菌數(shù)量顯示，種植年限對(duì)兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)大棚土壤細(xì)菌的數(shù)量都有明顯影響，年限之間差異顯著（表1）。土壤細(xì)菌受種植年限影響的變化趨勢(shì)不同，壽光市土壤細(xì)菌數(shù)量為2年＞6年＞3年=10年＞4年＞5年＞12年＞8年＞1年＞7年，蒼山為8年＞4年＞2年＞10年＞6年＞5年＞7年＞12年。將壽光、蒼山兩蔬菜區(qū)土壤細(xì)菌數(shù)量最多的前兩個(gè)年限比較，完全不同。

表1 壽光市、蒼山縣兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)不同年限土壤細(xì)菌數(shù)量 （×108 CFU/g）

壽光市大棚蔬菜種植年限為2年時(shí)，土壤中細(xì)菌數(shù)量最高，達(dá)到了0.93×108CFU/g，種植年限為7年時(shí)，土壤中的細(xì)菌數(shù)量最低，僅為0.08×108CFU/g；而蒼山縣種植年限為8年時(shí)，土壤中細(xì)菌數(shù)量最高，為0.91×108CFU/g，種植年限為7年和12年時(shí)，土壤中細(xì)菌數(shù)量最低，分別為0.29×108和0.28×108CFU/g。這種變化趨勢(shì)的不同可能是兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)蔬菜種類和大棚管理措施的差異導(dǎo)致的。

2.1.2 種植年限對(duì)兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)大棚土壤真菌的影響

表2 壽光市、蒼山縣兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)不同年限土壤真菌數(shù)量 （×105 CFU/g）

壽光市種植年限為3年時(shí)，土壤真菌數(shù)量最高，達(dá)到了1.94×105CFU/g，種植2年時(shí)次之，為1.06×105CFU/g，種植年限為12年時(shí)真菌數(shù)量最低，僅為0.23×105CFU/g；蒼山縣種植年限為8年時(shí)，土壤真菌數(shù)量最高，達(dá)到0.85×105CFU/g，種植年限為12年時(shí)，土壤真菌數(shù)量最低，為0.35×105CFU/g。橫向比較來看，兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)都在種植年限為12年時(shí)真菌量降低最多，兩地區(qū)相同年限時(shí)的真菌數(shù)量沒有顯著的差異。

2.1.3 種植年限對(duì)兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)大棚放線菌的影響

種植年限對(duì)兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)大棚土壤放線菌數(shù)量都有明顯影響，兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)相同年限大棚土壤放線菌數(shù)量有所差異（表3）。壽光市大棚蔬菜土壤放線菌數(shù)量順序?yàn)?0年＞5年＞2年＞4年＞6年＞7年=12年＞1年＞3年＞8年，蒼山縣為2年＞10年＞4年＞6年＞5年＞12年＞8年＞7年。

表3 壽光市、蒼山縣兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)不同年限土壤放線菌數(shù)量 （×107 CFU/g）

壽光市蔬菜大棚種植年限為10年和5年時(shí)，土壤放線菌數(shù)量最高，分別到達(dá)了1.08×107和1.07×107CFU/g，種植年限為8年時(shí)，放線菌數(shù)量最低，僅為0.25×107CFU/g；蒼山縣種植年限為2年時(shí)，土壤放線菌數(shù)量最高，達(dá)到了1.19×107CFU/g，種植年限為7年時(shí)，放線菌數(shù)量最低，僅為0.20×107CFU/g。對(duì)比兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)，在暫不考慮第10年的情況下，種植年限為6年之內(nèi)的兩地土壤放線菌數(shù)量都比較高，6年之后土壤放線菌數(shù)量都開始降低。但是兩個(gè)地區(qū)相同年限的土壤放線菌數(shù)量差異較大，尤其在第5與第10年差異很大，這大概與種植戶換土操作有關(guān)。

2.2 蔬菜茬口與輪作模式對(duì)兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)大棚土壤微生物的影響

2.2.1 蒼山縣大棚蔬菜茬口對(duì)土壤微生物結(jié)構(gòu)影響蒼山縣蔬菜大棚土壤微生物的數(shù)量受蔬菜茬口影響顯著，對(duì)于細(xì)菌、真菌、放線菌三類微生物而言，不同蔬菜品種影響效果不同（表4）。

表4 蒼山縣蔬菜茬口對(duì)土壤微生物結(jié)構(gòu)的影響（CFU/g）

細(xì)菌的數(shù)量按以下順序遞減，茄子-辣椒＞辣椒＞茄子＞黃瓜＞大蒜＞西紅柿，以茄子-辣椒輪作（1.84×108CFU/g）、辣椒（1.48×108CFU/g）等品種的土壤細(xì)菌群體最高，對(duì)土壤細(xì)菌生存繁衍產(chǎn)生了良好的作用；大蒜（0.46×108CFU/g）、西紅柿（0.20×108CFU/g）的細(xì)菌群體最小，這些蔬菜品種不利于土壤細(xì)菌的生長繁殖。

真菌數(shù)量受蔬菜品種影響明顯，茄子＞茄子-辣椒＞黃瓜＞西紅柿＞大蒜＞辣椒，以茄子（0.80×105CFU/g）、茄子-辣椒輪作（0.62×105CFU/g）的土壤真菌群體最高，而大蒜（0.47×105CFU/g）、辣椒（0.46×105CFU/g）的數(shù)量最低，說明茄子以及茄子-辣椒輪作對(duì)土壤真菌菌群的培育與維持具有良好效果，大蒜、辣椒不利于土壤真菌的生存與繁殖。種植大蒜、辣椒能否減少病原真菌數(shù)量，值得研究。

放線菌蔬菜品種影響較大，其順序?yàn)辄S瓜＞茄子-辣椒＞茄子＞辣椒=大蒜＞西紅柿。種植黃瓜（0.84×107CFU/g）、茄子-辣椒輪作（0.72×107CFU/g）土壤放線菌數(shù)量顯著高于其他品種，有利于放線菌的生存與繁衍；辣椒（0.38×107CFU/g）、大蒜（0.38×107CFU/g）、西紅柿（0.35×107CFU/g）土壤中放線菌數(shù)量較低，僅有黃瓜的41.6%～45.2%，這3種作物削弱了放線菌的生存能力。

土壤微生物總量以茄子-辣椒輪作種植最高，達(dá)到1.91×108CFU/g，超過其他單一品種種植；茄子和辣椒的單一品種種植可以使土壤微生物總量維持在較高水平，分別為1.01×108和1.52×108CFU/g，而西紅柿的單一品種種植時(shí)，土壤微生物總量最低，僅為0.23×108CFU/g?？梢姡喿骱痛┎宸N植茄子和辣椒有利于培育土壤微生物菌群并使土壤微生物總量維持在較高的水平。

2.2.2 壽光市大棚蔬菜茬口對(duì)土壤微生物結(jié)構(gòu)的影響

壽光市的大棚蔬菜茬口對(duì)土壤微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)具有顯著影響（表5）。

表5 壽光市蔬菜茬口對(duì)土壤微生物結(jié)構(gòu)的影響（CFU/g）

不同蔬菜品種之間土壤細(xì)菌差異顯著，土壤細(xì)菌數(shù)量由高到底排列順序?yàn)?黃瓜-架豆＞黃瓜=西紅柿＞豆角＞黃瓜-苦瓜＞辣椒＞西葫蘆-豆角＞茄子。黃瓜-架豆輪作的細(xì)菌數(shù)量最多（1.01×108CFU/g）， 黃 瓜（0.93×108CFU/g）、 西紅柿（0.93×108CFU/g）次之，西葫蘆-豆角輪作（0.70×108CFU/g）、茄子（0.51×108CFU/g）的土壤細(xì)菌顯著降低，尤以茄子最低，只占黃瓜-架豆輪作的50%左右。

土壤真菌數(shù)量受蔬菜品種的顯著影響，但變化趨勢(shì)不同于細(xì)菌，土壤真菌數(shù)量由高到底排列順序?yàn)?西葫蘆-豆角＞黃瓜-苦瓜＞黃瓜-架豆＞茄子=西紅柿＞辣椒＞豆角＞黃瓜。西葫蘆-豆角輪作（0.91×105CFU/g）真菌群體最大，其次為黃瓜-苦瓜輪作（0.84×105CFU/g），其他蔬菜品種的真菌數(shù)量都低于以上兩種，豆角（0.55×105CFU/g）、黃瓜（0.46×105CFU/g）最低。

土壤放線菌受蔬菜品種顯著影響，土壤放線菌數(shù)量由高到低排列順序?yàn)?黃瓜＞西紅柿＞黃瓜架豆＞黃瓜-苦瓜＞辣椒＞茄子＞豆角＞西葫蘆-豆角。黃瓜（1.32×107CFU/g）、西紅柿（1.02×107CFU/g）擁有較高的放線菌數(shù)量，茄子（0.50×107CFU/g）、西葫蘆-豆角輪作（0.25×107CFU/g）放線菌菌群較小，以西葫蘆-豆角輪作最低，僅為黃瓜土壤放線菌的18.9%。

土壤微生物總量以黃瓜-架豆輪作最高，達(dá)到了1.11×108CFU/g；西紅柿、黃瓜-苦瓜輪作、黃瓜土壤真菌較高，分別為1.05×108、0.95×108和0.94×108CFU/g；西葫蘆-豆角輪作和茄子的土壤微生物總量降低較多，茄子的土壤微生物總量最少，僅為0.59×108CFU/g。

總之，黃瓜-架豆輪作、黃瓜、西紅柿能夠增加土壤細(xì)菌數(shù)量，西葫蘆-豆角輪作、茄子引起土壤細(xì)菌降低；西葫蘆-豆角輪作、黃瓜-苦瓜輪作具有提高土壤真菌數(shù)量的效果，黃瓜、辣椒表現(xiàn)抑制土壤真菌作用；黃瓜、西紅柿、黃瓜-架豆輪作、黃瓜-苦瓜輪作能夠促進(jìn)放線菌數(shù)量的增長，茄子、西葫蘆-豆角輪作不利于土壤放線菌的生長。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，大棚蔬菜連年種植會(huì)影響到土壤微生物多樣性的變化，種植年限以及蔬菜的茬口安排都是主導(dǎo)因素。

首先，在研究土壤微生物區(qū)系變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，壽光市、蒼山縣兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)其蔬菜大棚土壤的細(xì)菌、真菌、放線菌受種植年限的影響都很大，但是兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤的細(xì)菌、真菌、放線菌受種植年限影響，各自的變化趨勢(shì)大致相同，只是在各菌群數(shù)量的最高值與最低值出現(xiàn)的年限上有所差異。這一點(diǎn)在眾多研究中都有分歧，不同的研究會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。本研究結(jié)果顯示，土壤真菌數(shù)量都隨著年限延長而呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，這與白鵬華等［22］和孫凱寧等［23］研究結(jié)果相同。但費(fèi)穎恒等［24］和陳碧華等［25］則認(rèn)為，設(shè)施土壤的真菌數(shù)量會(huì)隨著種植年限的增加而增加。因此，種植年限雖然是影響土壤微生物變化的主導(dǎo)因素之一，但不同地理位置以及不同地力條件等也會(huì)導(dǎo)致影響結(jié)果的不同。

其次，在研究中還發(fā)現(xiàn)，由于兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)種植的蔬菜品種不相同，導(dǎo)致對(duì)土壤微生物產(chǎn)生了較大的影響，不但兩個(gè)蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤微生物菌群之間表現(xiàn)明顯差異，而且蔬菜品種與不同蔬菜產(chǎn)地交互作用顯著。有學(xué)者認(rèn)為，不同的作物種植、不同的茬口輪作會(huì)對(duì)土壤微生物區(qū)系變化產(chǎn)生影響，是由于不同作物根系分泌物中的化感物質(zhì)不同導(dǎo)致的，從而影響根系微生物的數(shù)量、種類［26-28］。

一般來講，土壤的細(xì)菌、放線菌的增加是土壤質(zhì)量改善的重要標(biāo)志之一，而土壤真菌越多土壤肥力越差，尤其是有害真菌的增加，是土壤生產(chǎn)力下降的一種表現(xiàn)［29-31］。因此，在大棚蔬菜生產(chǎn)中，掌握不同種植年限土壤微生物區(qū)系變化規(guī)律，可以通過配施生物有機(jī)肥，以及秸稈還田等方式，改善土壤的理化性質(zhì)和保持營養(yǎng)的平衡，提高土壤微生物的多樣性和穩(wěn)定性；通過合理茬口安排增加細(xì)菌、放線菌、芽孢桿菌、固氮菌的數(shù)量，減少有害真菌的數(shù)量，從而改善土壤微生物的環(huán)境和結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，促進(jìn)作物的生長。

4 結(jié)論

4.1 蔬菜種植年限對(duì)土壤微生物區(qū)系的影響

蒼山以種植4、8年的土壤細(xì)菌最多，壽光以種植2、6年的細(xì)菌量最大，兩蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤細(xì)菌數(shù)量都以種植7年最低；壽光市土壤真菌數(shù)量以3、2年最高，蒼山以8、10、4年最高，兩個(gè)區(qū)都以種植12年的真菌量降低最多；壽光市土壤放線菌以10、5年最高，蒼山縣以2、10年最高，超過6年下降加快。蔬菜大棚連續(xù)種植12年時(shí)，壽光、蒼山兩個(gè)蔬菜產(chǎn)地土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量都急劇減少。

4.2 蔬菜品種和輪作模式對(duì)土壤微生物區(qū)系的影響

蔬菜輪作有利于土壤微生物的生存與發(fā)育。黃瓜-架豆輪作、黃瓜-苦瓜輪作、單一種植辣椒對(duì)細(xì)菌有良好的促進(jìn)作用，而單一種植西紅柿、茄子、大蒜對(duì)土壤細(xì)菌產(chǎn)生不良影響；黃瓜-苦瓜、西葫蘆-豆角兩種輪作對(duì)真菌具有促進(jìn)作用，這兩種輪作模式下土壤真菌數(shù)量最大，而單一種植辣椒、大蒜卻抑制土壤真菌發(fā)育；黃瓜-架豆輪作、黃瓜-苦瓜輪作、茄子-辣椒輪作能夠增加土壤放線菌的數(shù)量，而單一種植大蒜對(duì)放線菌有抑制作用；各種輪作中以西葫蘆-豆角輪作表現(xiàn)最差，對(duì)放線菌有較強(qiáng)的抑制作用。

4.3 蔬菜種類對(duì)土壤微生物總量的影響

壽光市大棚蔬菜土壤微生物總量以黃瓜-架豆輪作最高，茄子的土壤微生物總量最少。蒼山縣土壤微生物總量以茄子-辣椒輪作種植最高，茄子和辣椒的單一品種能夠維持較高的土壤微生物水平，西紅柿的單一品種種植的土壤微生物總量最低。蔬菜輪作，茄子、辣椒單一種植均有利于提高土壤微生物菌群數(shù)量。