温室黄瓜连作土壤微生物区系和养分含量变化

闫 敏，庞金梅，焦晓燕，武爱莲，王立革，王劲松

（山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030006）

近年来，随着日光温室黄瓜生产面积的不断扩大，黄瓜连作也常导致其生长发育受抑制、品质及产量下降、病害增加等连作障碍的发生，阻碍了黄瓜生产的可持续发展[1-4]。黄瓜连作障碍产生的原因主要来自土壤，其中微生物种群数量和组成的变化以及土壤养分失衡是主要原因之一，马云华等[2-6]研究了温室黄瓜连作对根际微生物区系的影响以及酶活性的变化。有研究表明，轮作和间作能提高土壤微生物多样性和均匀度，轮作与休闲可提高土壤酶活性[7-8]；稻草营养基质可以减缓黄瓜连作障碍[9]；轮作和微生物菌肥可以改善土壤理化性质以及优化微生物菌群[10]。段春梅等[11]研究了连作黄瓜枯萎病株、健株根域土壤微生物生态的变化，吕卫光等[12]研究了苯丙烯酸对连作黄瓜土壤微生物活性的影响。这些研究都表明，连作障碍与土壤微生物活性变化有着密切的关系，但由于气候条件、栽培习惯和土壤条件的差异导致黄瓜连作障碍的发生也存在差异。

本研究针对山西曲沃不同连作年限的温室土样的养分含量和微生物区系变化进行了分析，以期说明在连作条件下土壤中不同微生物以及土壤养分的变化趋势，为进一步研究黄瓜连作障碍发生的成因提供依据。

1 材料和方法

1.1 土样的采集

土样采自山西省曲沃县磨盘岭的黄瓜温室，共27个土样，其中连作年限不同，分别为1～3，4～7，8～10 a，每种选取 9 个土样。采集深度为30 cm，装入无菌袋，放入冰箱保存。

1.2 微生物的分离

细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养；真菌采用孟加拉红培养基培养；放线菌采用改良高氏1号培养基（每300 mL培养基中加入3%重铬酸钾1 mL）培养。均置于28℃条件下培养，分别于第3，5，7天采用平板计数法计数。

1.3 土壤养分分析

风干后测定土样。土壤全氮采用开氏定氮法测定；有机质采用H2SO4-K2Cr2O7外加热法测定；Olsen-P采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定；NO3--N含量用2 mol/L KCl浸提（土水比为1∶10），搅拌30 min，用流动注射仪分析测定。

2 结果与分析

2.1 土壤微生物数量变化

如图1所示，在不同种植年限的温室黄瓜土壤中，微生物数量存在较大差异，黄瓜根际土壤中微生物总量为2.6×107～4.7×107cfu/g。其中，微生物总数在连续种植4～7 a的土壤中最多，达到4.7×107cfu/g，是其他2种连作年限土壤中微生物总数的近2倍；其次是连续种植1～3 a的土壤，为2.8×107cfu/g；在连续种植8～10 a的土壤中最少，为2.6×107cfu/g。不同连作土壤中微生物的组成是相似的，细菌是优势菌群，占绝对优势（82.3%～90.2%），是土壤中物质代谢和能量转化的主体；放线菌次之，真菌最少。微生物数量随连作年限的增加呈规律性变化，细菌数量体现为先增加后减少的趋势，在连作4～7 a的土壤中数量达到最大值，为4.2×107cfu/g；放线菌的数量表现为逐年减少的趋势；真菌数量则随着土壤连作年限的增加呈上升趋势，上升幅度为13.9%～20.7%。

细菌与真菌数量的比值（B/F）是表征土壤肥力的一个潜在指标，土壤中细菌密度高，表明土壤肥力水平较高[13-14]。由于细菌在土壤微生物总数中占有主导地位，所以细菌与真菌总量的比值随年限增加的变化趋势与细菌数量的变化相似，也呈先增加后降低的趋势，4～7 a达到最大，以后急剧下降。也就是说连作10 a后，虽然细菌仍是土壤微生物的主要菌群，但所占的比例有所下降，土壤微生物区系结构组成在一定程度上从细菌型向真菌型转化。

将温室黄瓜连作土壤中微生物总数、细菌、真菌和放线菌数量转化成对数值，更直观地看出，土壤微生物的结构组成没有随着连作年限的增加而改变，仍然是细菌＞放线菌＞真菌；3类微生物的数量则在一定程度上受到连作年限的影响而有所不同，但影响幅度不大，根际微生物总量的变化主要表现在细菌数量的变化上，说明在曲沃温室黄瓜连作的根际土壤对微生物生长仍具有较强的缓冲能力，也是当地连作10 a仍然可以继续种植的原因之一（图2）。

2.2 土壤养分变化

由表1可知，依照华北地区设施黄瓜土壤肥力水平分级指标[15]，当地的设施黄瓜温室土壤氮、磷、钾含量随着连作年限的增加逐年增多，但是，氮的投入不足，连作8～10 a的土壤，硝态氮含量还未达中等肥力水平，只有80.06 mg/kg。有机质含量很低，最高只有20.8 g/kg，菜园土壤一般应为30～40 g/kg，可见有机肥投入严重不足。有效磷含量稍好，1～3 a和4～7 a的菜园土壤有效磷在中级指标范围内，8～10 a的含量在高级指标范围内，可见磷的投入比较适中。速效钾含量不论多少年限的大棚，都在高至极高水平，说明钾肥投入过量，可以适当减少对钾肥的投入。

表1 不同连作年限土壤养分含量

3 讨论

目前，有很多研究表明，病原真菌引起的土传病害是黄瓜连作障碍的重要表现[16-17]。因此，病原真菌在根际土壤中的大量积累，是黄瓜连作病害发生的必要条件。本研究结果表明，在山西省曲沃县磨盘岭的日光温室中，随着温室中黄瓜连作年限的增加，土壤中微生物总量、细菌数量明显下降，而真菌数量呈上升趋势。同时菌群组成结构也发生了改变，虽然仍然是以细菌为主，但是其在根际微生物中所占的比例有所下降，土壤从高肥的细菌型向低肥的真菌型转化，B/F降低，土壤中有益的拮抗菌减少，病原菌积累。8～10 a后微生物总数也随着细菌数量的减少而明显减少。这一变化规律与葛红莲等[18]的结果一致。从微生物数量的变化趋势可以看出，在种植前期，随着黄瓜根系活动的增加，土壤微生物明显活跃，促进了其繁殖和活动；但是经过连作固定不变的耕作措施和管理模式，形成了特定的土壤环境条件，使土壤微生物群落结构发生定向改变，微生物总数和细菌数量开始下降，连作对细菌生长有抑制作用，对放线菌影响不大。此外，随着连作年限的增加，蔬菜对养分的需求与施肥不符，土壤养分的不均衡也是造成黄瓜连作障碍发生的原因之一[19-21]。

[1]陈晓红，邹志荣.温室蔬菜栽培连作障碍研究现状及防治措施[J].陕西农业科学，2002（12）：16-17.

[2]马云华，魏珉，王秀峰.日光温室连作黄瓜根区微生物区系及酶活性的变化[J].应用生态学报，2004，15（6）：1005-1008.

[3]李建良.黄瓜蔓枯病的无公害防治技术 [J].天津农业科学，2006，12（2）：36．

[4]王茂芬，王孟文.早春大棚黄瓜多层覆盖种植技术[J].天津农业科学，2010，16（4）：148-149．

[5]朱林，张春兰，沈其荣.施用稻草等有机物料对黄瓜连作土壤pH，EC值和微生物的影响 [J].安徽农业大学学报，2001，28（4）：350-353.

[6]杨建霞，范小峰，刘建新.温室黄瓜连作对根际微生物区系的影响[J].浙江农业科学，2005（6）：441-443.

[7]王旭辉，张雪艳，高丽红.不同栽培制度对黄瓜连作土壤微生物群落结构的影响[J].中国蔬菜，2012（8）：26-31.

[8]杨凤娟，吴焕涛，魏珉，等.轮作与休闲对日光温室黄瓜连作土壤微生物和酶活性的影响 [J].应用生态学报，2009，20（12）：2983-2988.

[9]佟贤，何莉莉.日光温室黄瓜连作于稻草营养基质中的微生物变化[J].江苏农业科学，2009（5）：162-165.

[10]王涛，乔卫花.轮作和微生物菌肥对黄瓜连作土壤理化性状及生物活性的影响[J].土壤通报，2011，42（3）：578-583.

[11]段春梅，薛泉宏.连作黄瓜枯萎病株、健株根域土壤微生物生态研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2010，38（4）：143-150.

[12]吕卫光，张春兰，彭宇.外源苯丙烯酸抑制连作黄瓜生长的机制初探[J].中国蔬菜，2001（3）：10-12.

[13]胡江春，薛德林，王书锦，等.大豆连作障碍研究Ⅲ.海洋放线菌MB-97促进连作大豆增产机理 [J].应用生态学报，2002，13（9）：1095-1098.

[14]邹莉，袁晓颖，李玲，等.连作对大豆根部土壤微生物的影响研究[J].微生物学杂志，2005，25（2）：27-30.

[15]张福锁，陈新平，陈清，等.中国主要作物施肥指南[M].北京：中国农业大学出版社，2009：122-124.

[16]申卫收，林先贵，张华勇，等.不同栽培条件下蔬菜塑料大棚土壤尖孢镰刀菌数量的变化[J].土壤学报，2008，45（1）：137-142.

[17]陈志杰，梁银丽，张锋，等.温室土壤连作对黄瓜主要病害的影响[J].中国生态农业学报，2008，16（1）：71-74.

[18]葛红莲，胡春红.日光温室连作黄瓜根际微生物区系的变化[J].安徽农业科学，2009，37（1）：248-249.

[19]丛黎明，焦晓燕，王立革，等.临汾曲沃日光节能温室蔬菜施肥现状及建议[J].山西农业科学，2011，39（4）：342-344.

[20]王立革，王劲松，焦晓燕，等.山西南部日光节能温室土壤化学特征及其相关性的研究[J].华北农学报，2011，26（5）：218-221.

[21]赵秋，高贤彪.天津地区不同年限设施土壤pH及酶活性变化[J].华北农学报，2012，27（1）：215-217.