溫室黃瓜連作土壤微生物區系和養分含量變化

閆 敏，龐金梅，焦曉燕，武愛蓮，王立革，王勁松

（山西省農業科學院農業環境與資源研究所，山西太原030006）

近年來，隨著日光溫室黃瓜生產面積的不斷擴大，黃瓜連作也常導致其生長發育受抑制、品質及產量下降、病害增加等連作障礙的發生，阻礙了黃瓜生產的可持續發展[1-4]。黃瓜連作障礙產生的原因主要來自土壤，其中微生物種群數量和組成的變化以及土壤養分失衡是主要原因之一，馬云華等[2-6]研究了溫室黃瓜連作對根際微生物區系的影響以及酶活性的變化。有研究表明，輪作和間作能提高土壤微生物多樣性和均勻度，輪作與休閑可提高土壤酶活性[7-8]；稻草營養基質可以減緩黃瓜連作障礙[9]；輪作和微生物菌肥可以改善土壤理化性質以及優化微生物菌群[10]。段春梅等[11]研究了連作黃瓜枯萎病株、健株根域土壤微生物生態的變化，呂衛光等[12]研究了苯丙烯酸對連作黃瓜土壤微生物活性的影響。這些研究都表明，連作障礙與土壤微生物活性變化有著密切的關系，但由于氣候條件、栽培習慣和土壤條件的差異導致黃瓜連作障礙的發生也存在差異。

本研究針對山西曲沃不同連作年限的溫室土樣的養分含量和微生物區系變化進行了分析，以期說明在連作條件下土壤中不同微生物以及土壤養分的變化趨勢，為進一步研究黃瓜連作障礙發生的成因提供依據。

1 材料和方法

1.1 土樣的采集

土樣采自山西省曲沃縣磨盤嶺的黃瓜溫室，共27個土樣，其中連作年限不同，分別為1～3，4～7，8～10 a，每種選取 9 個土樣。采集深度為30 cm，裝入無菌袋，放入冰箱保存。

1.2 微生物的分離

細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基培養；真菌采用孟加拉紅培養基培養；放線菌采用改良高氏1號培養基（每300 mL培養基中加入3%重鉻酸鉀1 mL）培養。均置于28℃條件下培養，分別于第3，5，7天采用平板計數法計數。

1.3 土壤養分分析

風干后測定土樣。土壤全氮采用開氏定氮法測定；有機質采用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測定；Olsen-P采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定；NO3--N含量用2 mol/L KCl浸提（土水比為1∶10），攪拌30 min，用流動注射儀分析測定。

2 結果與分析

2.1 土壤微生物數量變化

如圖1所示，在不同種植年限的溫室黃瓜土壤中，微生物數量存在較大差異，黃瓜根際土壤中微生物總量為2.6×107～4.7×107cfu/g。其中，微生物總數在連續種植4～7 a的土壤中最多，達到4.7×107cfu/g，是其他2種連作年限土壤中微生物總數的近2倍；其次是連續種植1～3 a的土壤，為2.8×107cfu/g；在連續種植8～10 a的土壤中最少，為2.6×107cfu/g。不同連作土壤中微生物的組成是相似的，細菌是優勢菌群，占絕對優勢（82.3%～90.2%），是土壤中物質代謝和能量轉化的主體；放線菌次之，真菌最少。微生物數量隨連作年限的增加呈規律性變化，細菌數量體現為先增加后減少的趨勢，在連作4～7 a的土壤中數量達到最大值，為4.2×107cfu/g；放線菌的數量表現為逐年減少的趨勢；真菌數量則隨著土壤連作年限的增加呈上升趨勢，上升幅度為13.9%～20.7%。

細菌與真菌數量的比值（B/F）是表征土壤肥力的一個潛在指標，土壤中細菌密度高，表明土壤肥力水平較高[13-14]。由于細菌在土壤微生物總數中占有主導地位，所以細菌與真菌總量的比值隨年限增加的變化趨勢與細菌數量的變化相似，也呈先增加后降低的趨勢，4～7 a達到最大，以后急劇下降。也就是說連作10 a后，雖然細菌仍是土壤微生物的主要菌群，但所占的比例有所下降，土壤微生物區系結構組成在一定程度上從細菌型向真菌型轉化。

將溫室黃瓜連作土壤中微生物總數、細菌、真菌和放線菌數量轉化成對數值，更直觀地看出，土壤微生物的結構組成沒有隨著連作年限的增加而改變，仍然是細菌＞放線菌＞真菌；3類微生物的數量則在一定程度上受到連作年限的影響而有所不同，但影響幅度不大，根際微生物總量的變化主要表現在細菌數量的變化上，說明在曲沃溫室黃瓜連作的根際土壤對微生物生長仍具有較強的緩沖能力，也是當地連作10 a仍然可以繼續種植的原因之一（圖2）。

2.2 土壤養分變化

由表1可知，依照華北地區設施黃瓜土壤肥力水平分級指標[15]，當地的設施黃瓜溫室土壤氮、磷、鉀含量隨著連作年限的增加逐年增多，但是，氮的投入不足，連作8～10 a的土壤，硝態氮含量還未達中等肥力水平，只有80.06 mg/kg。有機質含量很低，最高只有20.8 g/kg，菜園土壤一般應為30～40 g/kg，可見有機肥投入嚴重不足。有效磷含量稍好，1～3 a和4～7 a的菜園土壤有效磷在中級指標范圍內，8～10 a的含量在高級指標范圍內，可見磷的投入比較適中。速效鉀含量不論多少年限的大棚，都在高至極高水平，說明鉀肥投入過量，可以適當減少對鉀肥的投入。

表1 不同連作年限土壤養分含量

3 討論

目前，有很多研究表明，病原真菌引起的土傳病害是黃瓜連作障礙的重要表現[16-17]。因此，病原真菌在根際土壤中的大量積累，是黃瓜連作病害發生的必要條件。本研究結果表明，在山西省曲沃縣磨盤嶺的日光溫室中，隨著溫室中黃瓜連作年限的增加，土壤中微生物總量、細菌數量明顯下降，而真菌數量呈上升趨勢。同時菌群組成結構也發生了改變，雖然仍然是以細菌為主，但是其在根際微生物中所占的比例有所下降，土壤從高肥的細菌型向低肥的真菌型轉化，B/F降低，土壤中有益的拮抗菌減少，病原菌積累。8～10 a后微生物總數也隨著細菌數量的減少而明顯減少。這一變化規律與葛紅蓮等[18]的結果一致。從微生物數量的變化趨勢可以看出，在種植前期，隨著黃瓜根系活動的增加，土壤微生物明顯活躍，促進了其繁殖和活動；但是經過連作固定不變的耕作措施和管理模式，形成了特定的土壤環境條件，使土壤微生物群落結構發生定向改變，微生物總數和細菌數量開始下降，連作對細菌生長有抑制作用，對放線菌影響不大。此外，隨著連作年限的增加，蔬菜對養分的需求與施肥不符，土壤養分的不均衡也是造成黃瓜連作障礙發生的原因之一[19-21]。

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