輪作對(duì)黃瓜生長(zhǎng)及根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響研究進(jìn)展

王 燦 曹紹玉 王艷芳 許俊強(qiáng) 張 牧 張應(yīng)華?

（1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南省滇臺(tái)農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)化工程研究中心，云南 昆明 650201；2石林彝族自治縣經(jīng)濟(jì)作物站，云南 石林 652200）

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)因其產(chǎn)量高，能適應(yīng)不良?xì)夂虻葍?yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用與推廣。但由于農(nóng)民受到種植習(xí)慣影響，種植單一作物和追求高產(chǎn)而盲目超量使用化肥及農(nóng)藥，從而導(dǎo)致土壤生態(tài)環(huán)境惡化、蔬菜產(chǎn)量下降、蔬菜質(zhì)量變劣等。目前，連作障礙現(xiàn)象不僅嚴(yán)重制約了蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也日益威脅著消費(fèi)者的健康[1]。因此，創(chuàng)造一個(gè)有利于蔬菜生產(chǎn)的環(huán)境，提高蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量已成為亟需解決的問(wèn)題。

1 植物群體多樣性與地下微生物關(guān)系

近年來(lái)，由于人們對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)地下部分的土壤生態(tài)過(guò)程和土壤生物多樣性的認(rèn)知不斷加強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)地下微生物群體在決定植物群體生產(chǎn)力、抗病蟲(chóng)害等中扮演著重要角色。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，植物是重要的組成部分，是主要的生產(chǎn)者，是生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的中心和物質(zhì)循環(huán)的載體。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多種植物共同生長(zhǎng)時(shí)，地上微生物量比栽培單一植物要多，同時(shí)，也改善了土壤活性及微生物群落結(jié)構(gòu)。

2 黃瓜栽培模式研究進(jìn)展

黃瓜是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中主要的栽培種類，連作障礙現(xiàn)象普遍存在，黃瓜連作后的根系分泌物會(huì)產(chǎn)生自毒作用，抑制黃瓜根系養(yǎng)分的吸收，并破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，致使病菌群增加。為避免連作障礙的發(fā)生，通常采用輪作方式減輕土傳病害，提高作物產(chǎn)量及質(zhì)量。不同作物與黃瓜輪套作對(duì)于提高黃瓜產(chǎn)量及質(zhì)量的相關(guān)研究較多。

在設(shè)施蔬菜中，不同作物與黃瓜輪套作對(duì)黃瓜產(chǎn)量、質(zhì)量和根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響以及土壤微生物多樣性的改變，對(duì)黃瓜栽培環(huán)境的影響研究還處于初級(jí)階段。因此，為了驗(yàn)證連作及輪套作系統(tǒng)中土壤微生物群落對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的相互作用機(jī)理，進(jìn)行了大量的不同作物與黃瓜輪套作的試驗(yàn)，研究連作與輪作根際土壤中微生物菌落對(duì)黃瓜的影響，為選用合理的栽培模式和創(chuàng)新提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。

2.1 輪作對(duì)黃瓜質(zhì)量及產(chǎn)量的影響

劉靜[1]等在2006～2008年期間，研究了不同輪套作栽培方式對(duì)黃瓜產(chǎn)量及質(zhì)量的影響。試驗(yàn)設(shè)計(jì)小麥、大豆、毛苕子、三葉草、苜蓿作為輪作物，毛蔥和蒜作為套作作物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小麥和大豆輪作處理的產(chǎn)量顯著高于對(duì)照組，其它各處理高于對(duì)照組。小麥和大豆輪作處理的黃瓜中，維生素C和可溶性固形物含量極顯著高于其它各處理，各處理均高于對(duì)照組。小麥輪作和大豆輪作處理的黃瓜硝酸鹽含量顯著低于其它處理，說(shuō)明小麥輪作和大豆輪作均對(duì)黃瓜硝酸鹽含量有明顯的降低作用，可以提高黃瓜的口感和質(zhì)量。

劉守偉[2]等在研究不同蔬菜輪作栽培模式對(duì)黃瓜生長(zhǎng)不同時(shí)期生理特性及產(chǎn)量的影響中發(fā)現(xiàn)，黃瓜輪作栽培模式均顯著提高了黃瓜的產(chǎn)量。其中，菜豆——芹菜——黃瓜輪作對(duì)根系活力、凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度有較好的促進(jìn)作用，黃瓜產(chǎn)量顯著高于其它處理。

2.2 輪作對(duì)黃瓜土壤微生物及性狀的影響

輪作對(duì)土壤微生物群落有顯著的影響，而土壤微生物在陸地生態(tài)系統(tǒng)、植物群落生長(zhǎng)的運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用。劉杰等進(jìn)行了連作及輪作土壤微生物菌群落對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及根際土壤酶活性的影響試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)連作和輪作土壤微生物菌群，都對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)、土壤酶活性產(chǎn)生正回饋?zhàn)饔茫喿魍寥捞幚淼幕仞佔(zhàn)饔么笥谶B作土壤。

于高波[3]等通過(guò)分析土壤速效養(yǎng)分含量、土壤酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性以及黃瓜產(chǎn)量，探究小麥、毛苕子與黃瓜輪作對(duì)根際土壤微生態(tài)環(huán)境及產(chǎn)量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同輪作處理均顯著提高了黃瓜產(chǎn)量，有效改善了土壤微生態(tài)環(huán)境。輪作既有利于促進(jìn)根際土壤細(xì)菌群落種類增加以及結(jié)瓜后期真菌種類的減少，又有利于緩解連作障礙，改善根際土壤微生態(tài)環(huán)境，提高黃瓜產(chǎn)量。

吳鳳芝[4]等報(bào)導(dǎo)：在黃瓜與小麥和大豆輪作的方式中，黃瓜與小麥和大豆輪作顯著提高了土壤微生物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)。2種輪作土壤微生物群落DNA序列相似程度高達(dá)0.5678，而與對(duì)照土壤間的相似程度分別為0.3465和0.3124，說(shuō)明輪作改善了土壤的微生態(tài)環(huán)境。輪作土壤的過(guò)氧化氫酶、脲酶和轉(zhuǎn)化酶的活性顯著高于連作土壤。隨著連作年限的增加，過(guò)氧化氫酶、脲酶和轉(zhuǎn)化酶的活性顯著地降低。

連作土壤黃瓜產(chǎn)量隨種年限的增加而降低，而對(duì)于輪作土壤，雖然種植年限較長(zhǎng)，但產(chǎn)量卻顯著高于連作土壤。研究發(fā)現(xiàn)，連作可使土壤微生物總數(shù)減少，重茬年限越長(zhǎng)，減少越明顯，因此，為了減輕連作障礙發(fā)生，輪作是主要的有效途徑之一。

3 展望

目前國(guó)內(nèi)外研究表明，連作障礙的原因復(fù)雜。根際土壤生態(tài)系統(tǒng)失衡主要的原因可以歸結(jié)為：土壤營(yíng)養(yǎng)失衡、致病菌積累、根系分泌的自毒作用、微生物群和土壤酶活性，對(duì)作物造成產(chǎn)量下降、質(zhì)量降低、生長(zhǎng)受阻等。輪作對(duì)解決連作障礙有著積極作用，輪作不僅影響土壤微生物，使有益微生物增加，有害微生物減少，導(dǎo)致有寄主?；缘牟≡锏貌坏竭m宜生長(zhǎng)和繁殖的寄主，從而減少病原物數(shù)量。同時(shí)，也能平衡土壤養(yǎng)分，減輕土壤養(yǎng)分積累，使土壤微生物和土壤酶活性增強(qiáng)。

未來(lái)，設(shè)施園藝在我國(guó)蔬菜發(fā)展中會(huì)更為迅速，栽培面積會(huì)更大。隨之連作障礙問(wèn)題也會(huì)更加突出，因此，發(fā)展和開(kāi)發(fā)新的輪套作栽培顯得尤為重要。輪作對(duì)黃瓜生長(zhǎng)、土壤微生物群落和土壤特性的影響是一個(gè)相對(duì)有價(jià)值、有意義的研究方向。而土壤微生物在陸地生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行中扮演著重要角色，其催化著生物化學(xué)循環(huán)中一些不可或缺的轉(zhuǎn)換過(guò)程。但是，在確定土壤微生物對(duì)植物生產(chǎn)力以及生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)程的研究中面臨著巨大困難，主要是由于在不改變土壤其它因素或生命體的前提下，控制微生物的多樣性及豐富度難度較大。因此，對(duì)于植物多樣性與土壤微生物多樣性的相關(guān)研究將會(huì)成為研究的熱點(diǎn)。