生物有機(jī)肥提高設(shè)施土壤生產(chǎn)力減緩黃瓜連作障礙的機(jī)制

曲成闖，陳效民*，張志龍，閭婧妍，嵇 晨，張 俊

（1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210095；2 如皋市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇如皋 226500）

黃瓜作為日常必需蔬菜之一，市場(chǎng)需求量和消耗量較大，黃瓜種植也逐漸成為中國(guó)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)蔬菜種植業(yè)的主體。但由于耕地面積減少，人地矛盾不斷加劇，加上種植戶過度追求經(jīng)濟(jì)利益，導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)在同一地塊連續(xù)種植多季黃瓜的現(xiàn)象[1]。連續(xù)在同一地塊上栽培同種作物或近緣作物，即使在正常的管理措施下，也會(huì)引起作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣和生育狀況變差，造成土壤發(fā)生連作障礙，同時(shí)連作障礙會(huì)導(dǎo)致土壤出現(xiàn)養(yǎng)分不平衡、土壤次生鹽漬化、土壤酸化和土壤酶活性紊亂等現(xiàn)象[2-4]，土壤連作障礙嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育不良、病蟲害增多、產(chǎn)量下降甚至絕收[5]。連作障礙已成為制約蔬菜種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。在全球人口增加、人地矛盾日益加深和市場(chǎng)需求量增加等社會(huì)背景下，在同一地區(qū)高強(qiáng)度連續(xù)種植蔬菜和土壤發(fā)生連作障礙的狀況不可避免[6]。如何改善土壤理化特征、減緩?fù)寥肋B作障礙發(fā)生已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要解決的重要問題。

研究發(fā)現(xiàn)，改變耕作方式、優(yōu)化肥料配施比例和精準(zhǔn)施肥等措施可在一定程度上緩解土壤連作障礙問題[7]。生物有機(jī)肥主要由功能微生物與以動(dòng)植物殘?bào)w (如畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等) 為來源并經(jīng)無害化處理、腐熟的有機(jī)物料復(fù)合而成，兼具微生物肥料和有機(jī)肥的效應(yīng)，且生物有機(jī)肥具備養(yǎng)分全面平衡、肥效持久和富含功能菌微生物等特點(diǎn)，已經(jīng)用于培肥土壤、土壤污染修復(fù)以及土壤改良等方面[8-9]。大量理論研究和實(shí)踐表明，生物有機(jī)肥可改善土壤理化性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力水平[10]；可抑制土壤病原菌微生物活性，降低植株病害發(fā)生率，增加土壤微生物多樣性[11]。生物有機(jī)肥在改良土壤，改善土壤理化性質(zhì)和優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)方面也發(fā)揮著積極的作用[12]。然而，大多數(shù)研究?jī)H單一探討生物有機(jī)肥對(duì)土壤理化性質(zhì)、生物學(xué)特性和作物品質(zhì)等的短期影響[13-15]，或者研究生物有機(jī)肥對(duì)已發(fā)生連作障礙土壤的修復(fù)和土傳病害的控制作用[16-17]，且多數(shù)采用溫室盆栽試驗(yàn)[18-19]，而有關(guān)高強(qiáng)度連作體系條件下生物有機(jī)肥對(duì)減緩?fù)寥肋B作障礙發(fā)生、平衡土壤養(yǎng)分、調(diào)控土壤酶活性等的研究卻鮮有報(bào)道，尤其是一次性施入生物有機(jī)肥對(duì)設(shè)施黃瓜連作土壤的影響及效果周期的研究還未發(fā)現(xiàn)。

本研究采用設(shè)施大棚田間小區(qū)試驗(yàn)，將生物有機(jī)肥于第一季黃瓜種植之前一次性施入，針對(duì)高強(qiáng)度連作體系下土壤板結(jié)、次生鹽漬化、養(yǎng)分不平衡以及酶活性紊亂等現(xiàn)象，研究生物有機(jī)肥對(duì)連續(xù)種植3季黃瓜土壤理化性質(zhì)、肥力特征和酶活性等的影響，探索高強(qiáng)度連作體系條件下生物有機(jī)肥對(duì)減緩?fù)寥肋B作障礙發(fā)生、平衡土壤養(yǎng)分、調(diào)控土壤酶活性等的作用機(jī)制，為生物有機(jī)肥在改良土壤、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年8月—2017年12月在江蘇省南通市如皋市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 (東經(jīng) 120°28′54.7″，北緯32°22′02.7″) 設(shè)施大棚基地進(jìn)行，并建立長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)定點(diǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)位于長(zhǎng)江三角洲北翼，南臨長(zhǎng)江，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候 (屬于東亞季風(fēng))，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，年平均氣溫15.6℃，氣溫年變化較小，年降水總量721 mm，全年無霜期224天。試驗(yàn)期間設(shè)施大棚中每日溫度控制在23℃～26℃。

試驗(yàn)開始之前，試驗(yàn)田所在區(qū)域?yàn)榱袒牡?，新開墾后于2016年建成設(shè)施蔬菜大棚。供試土壤類型為典型潮土，耕層土壤基本理化性如下：土壤容重為1.40 g/cm3，總孔隙度48.3%，pH值是7.0，電導(dǎo)率0.97 ds/m，有機(jī)質(zhì)6.54 g/kg，全氮1.03 g/kg，硝態(tài)氮120 mg/kg，速效磷64.4 mg/kg。

1.2 供試生物有機(jī)肥

試驗(yàn)所用的生物有機(jī)肥由江陰市聯(lián)業(yè)生物科技有限公司提供，由牛糞、小麥秸稈經(jīng)過微生物腐熟過程制作而成，其中牛糞和小麥秸稈用量比例為4∶1，活性功能菌微生物為有效活菌數(shù)30.56 ×106億個(gè)/g，其化學(xué)性質(zhì)如下：pH值是7.96，有機(jī)質(zhì)含量387 g/kg，全氮22.2 g/kg，全磷22.2 g/kg、全鉀9.68 g/kg、腐殖酸187 g/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)處理，重復(fù)3次，共計(jì)9個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積21 m2(3 m × 7 m)，采用拉丁方隨機(jī)區(qū)組排列，處理分別為：CK (生物有機(jī)肥施用量為0 t/hm2)，B10 (生物有機(jī)肥施用量為10 t/hm2)，B20 (生物有機(jī)肥施用量為20 t/hm2)，且小區(qū)周圍設(shè)置保護(hù)行和田埂，保護(hù)行和田埂寬度分別是1 m和0.5 m。

生物有機(jī)肥于2016年8月13日第一季黃瓜種植前施入各小區(qū)，且通過人工翻耕與小區(qū)0—20 cm表層土壤混勻。黃瓜種植基肥采用187.5 kg/hm2復(fù)合肥 (N-P2O5-K2O為17-17-17)，于第一季黃瓜種植前一次性施入，提供黃瓜生命活動(dòng)所需養(yǎng)分。黃瓜苗齡為30天時(shí)，將黃瓜幼苗從苗床統(tǒng)一移栽到試驗(yàn)小區(qū)，黃瓜株距和行距分別是25 cm和50 cm。試驗(yàn)期間不再追肥，定期人工除草，且采用滴灌方式適時(shí)適量灌水。試驗(yàn)期間采取同樣的農(nóng)作管理措施。

1.4 樣品采集與測(cè)定

1.4.1 土壤樣品采集 每一季黃瓜成熟期 (2016年12月5日、2017年6月28日、2017年11月26日)，采用“之”字形多點(diǎn)混合采樣法，每個(gè)小區(qū)選擇10個(gè)采樣點(diǎn)，采集不同處理試驗(yàn)小區(qū)0—20 cm土壤樣品。將土壤樣品分成兩份，一份放于4℃冰箱冷藏保存，用于測(cè)定土壤生物學(xué)性質(zhì)；另一份風(fēng)干后過篩處理，以供土壤理化性狀分析。

1.4.2 土壤樣品測(cè)定 1) 土壤理化性質(zhì)指標(biāo)：土壤容重和總孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤pH測(cè)定采用電位法 (其中土水比為1∶5)；土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀 (DDS-320型) 測(cè)定 (其中土水質(zhì)量比為1∶5)；采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量；土壤全氮測(cè)定采用半微量開式法 (采用0.01 mol/L 1/2H2SO4滴定)；硝態(tài)氮采用1 mol/L KCl振蕩浸提，濾液用TRACCS2000型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定；碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷含量。2) 土壤生物學(xué)指標(biāo)：土壤脲酶采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，37℃恒溫培養(yǎng)24 h，脲酶活性以單位土壤中NH3-N毫克數(shù)表示；采用KMnO4滴定法測(cè)定過氧化氫酶活性；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，其活性以24 h后1 g土壤產(chǎn)生1 mg還原糖表示；采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定堿性磷酸酶活性，結(jié)果以酚含量 (37℃，24 h) 表示；采用氯仿熏蒸提取法測(cè)定土壤微生物量碳 (MBC) 和微生物量氮 (MBN) 含量，其中土壤微生物量碳含量采用熏蒸提取—容量分析法測(cè)定，土壤微生物量氮含量采用熏蒸提取后凱氏定氮法測(cè)定。

1.4.3 黃瓜產(chǎn)量統(tǒng)計(jì) 試驗(yàn)過程中，在主要收獲期對(duì)黃瓜果實(shí)進(jìn)行分批采摘，摘取成熟黃瓜果實(shí)進(jìn)行稱重，直到黃瓜葉片嚴(yán)重衰落時(shí)期，黃瓜產(chǎn)量無法計(jì)入有效產(chǎn)量為止，且每個(gè)小區(qū)分批累計(jì)記產(chǎn)，計(jì)算黃瓜產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel 2010軟件和SPSS20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，同時(shí)采用LSD法進(jìn)行多重比較，其中顯著性水平設(shè)為α = 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作土壤容重和總孔隙度的影響

由圖1可知，從第一季到第三季黃瓜成熟期，CK處理中土壤容重由1.35 g/cm3增加到1.40 g/cm3，土壤總孔隙度由49.0%下降到46.6%，說明隨著黃瓜連作季數(shù)增加，土壤疏松程度和通氣性均出現(xiàn)不同程度變差的現(xiàn)象。連續(xù)種植3季黃瓜過程中，施用生物有機(jī)肥B10和B20處理與CK相比，土壤容重分別下降了9.6%、13.0%、15.0%和19.3%、17.4%、20.7%，且到第三季黃瓜成熟期，B10和B20處理與CK相比，差異明顯 (P＜ 0.05)。從黃瓜種植第一季到第三季，CK處理中土壤總孔隙度分別為49.0%、47.8%和46.6%，土壤總孔隙度隨黃瓜連作季數(shù)增加而逐漸減少，而與CK相比，施用生物有機(jī)肥處理中土壤總孔隙度較大，且連續(xù)種植3季黃瓜后土壤總孔隙度并無明顯變化。

2.2 生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

為了探索黃瓜連作條件下生物有機(jī)肥對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，本試驗(yàn)研究了施用生物有機(jī)肥條件下連續(xù)種植3季黃瓜的土壤pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮、速效磷含量變化狀況 (表1)。從第一季到第三季黃瓜成熟期，CK處理中土壤pH、有機(jī)質(zhì)、速效磷含量均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，土壤電導(dǎo)率和全氮呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中電導(dǎo)率和全氮分別增加了6.8%和12.0%，且到第三季黃瓜成熟期，全氮與有機(jī)質(zhì)、速效磷之間比例變大。與CK相比，除土壤電導(dǎo)率外，施用生物有機(jī)肥處理中其他土壤指標(biāo)都有不同程度增加，其中土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和硝態(tài)氮含量分別增加了39.3%～83.9%、6.0%～14.2%和10.0%～22.0%，而土壤電導(dǎo)率降低了8.6%～12.7%，且每一季黃瓜成熟期施用生物有機(jī)肥處理中土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK相比，差異均達(dá)到顯著性水平 (P＜0.05)。連續(xù)種植3季黃瓜過程中，施用生物有機(jī)肥處理的土壤各養(yǎng)分比例與CK相比，變化幅度較小，土壤各養(yǎng)分含量比較均衡。不同處理之間土壤pH差異不明顯，但施用生物有機(jī)肥的B10和B20處理中土壤pH高于CK。由表1可知，第三季黃瓜成熟期中CK處理的土壤pH、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷含量與前兩季黃瓜成熟期相比，差異均達(dá)顯著水平 (P＜ 0.05)，而施用生物有機(jī)肥的B20處理中土壤各指標(biāo)變化均不明顯。

圖 1 施用生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作過程中土壤容重和總孔隙度的影響Fig. 1 Soil bulk density and total porosity response to bio-organic fertilizer addition in cucumber continuous cropping seasons

表 1 施用生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作過程中土壤化學(xué)性質(zhì)的影響Table 1 Soil chemical indexes response to bio-organic fertilizer addition in cucumber continuous cropping system

2.3 生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作土壤酶活性的影響

土壤酶為土壤生態(tài)系統(tǒng)代謝提供了動(dòng)力，且其大部分來自于微生物，探討高強(qiáng)度連作設(shè)施黃瓜土壤酶活性的變化可在一定程度上反映微生物的活性。從第一季到第三季黃瓜成熟期，不同處理中土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性(表2)表明，施用生物有機(jī)肥可增加土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。同一黃瓜成熟期不同處理中土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性由大到小排列均表現(xiàn)為B20 ＞ B10 ＞ CK。生物有機(jī)肥可明顯影響第一季黃瓜土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性，其中與CK處理相比，第一季黃瓜成熟期B10和B20處理中土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性分別提高了47.0%、14.4%、9.1%、4.6%和62.1%、23.7%、16.6%、34.6%。

2.4 生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作土壤微生物量碳氮含量的影響

土壤微生物量碳、氮含量均隨生物有機(jī)肥施用量的增加而增加 (圖2)。施用生物有機(jī)肥處理中土壤微生物量碳、氮含量均明顯高于CK。連續(xù)種植3季黃瓜期間，B10和B20處理中微生物量碳、氮含量與CK相比增幅范圍分別為43.0%～23.2%和21.8%～56.2%。第一季到第二季黃瓜成熟期各處理土壤微生物量碳、氮含量均呈增加趨勢(shì)，第二季到第三季黃瓜成熟期各處理土壤微生物量碳、氮含量均呈下降趨勢(shì)。第一季到第三季黃瓜成熟期B10和B20處理中微生物量碳含量與CK相比，分別增加了20.6、28.3、7.5 mg/kg 和 40.5、42.2、18.0 mg/kg，微生物量氮含量與CK相比，分別增加了4.0、4.1、2.5 mg/kg和6.3、6.7、3.6 mg/kg。第三季黃瓜成熟期不同處理之間土壤微生物量碳、氮含量的差異較小。

表 2 施用生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作過程中土壤酶活性的影響Table 2 Soil enzymatic activities response to bio-organic fertilizer addition in cucumber continuous cropping system

圖 2 施用生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作過程中土壤微生物量碳、氮含量的影響Fig. 2 Soil microbial biomass carbon and nitrogen response to bio-organic fertilizer addition in cucumber continuous cropping seasons

2.5 生物有機(jī)肥對(duì)連作黃瓜產(chǎn)量的影響

施用生物有機(jī)肥可提高黃瓜產(chǎn)量 (圖3)。隨黃瓜連續(xù)種植季數(shù)增加，CK處理中黃瓜產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，第二季到第三季黃瓜產(chǎn)量下降幅度為9.4%，且第三季黃瓜產(chǎn)量與第一和第二季相比，差異均達(dá)顯著水平 (P＜ 0.05)。與CK相比，第一季、第二季和第三季黃瓜生育期B10處理中黃瓜產(chǎn)量分別提高了3.9%、9.7%和10.7%，B20處理中黃瓜產(chǎn)量分別提高了12.9%、18.8%和20.2%，B20處理中黃瓜產(chǎn)量最高，第一季、第二季和第三季黃瓜產(chǎn)量分別是28.8、29.0和26.5 t/hm2，且連續(xù)種植3季黃瓜過程中B10和B20處理的黃瓜產(chǎn)量變化不明顯。

圖 3 施用生物有機(jī)肥對(duì)連作黃瓜產(chǎn)量的影響Fig. 3 Cucumber yield response to bio-organic fertilizer addition in continuous cropping seasons

2.6 連作條件下土壤理化性狀與生物學(xué)特征、黃瓜產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由表3可知，除土壤pH和電導(dǎo)率外，其它土壤理化指標(biāo)均與土壤生物學(xué)指標(biāo) (脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、微生物量碳和微生物量氮) 呈顯著相關(guān)關(guān)系 (P＜ 0.05)，且與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系 (P＜ 0.01)，與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤肥力指標(biāo) (有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮速效磷)與土壤生物學(xué)指標(biāo)呈顯著相關(guān)，說明土壤肥力水平與土壤微生物生命活動(dòng)關(guān)系密切，尤其是土壤有機(jī)質(zhì)含量與生物學(xué)指標(biāo)呈極顯著相關(guān)性，表明黃瓜連作過程中有機(jī)質(zhì)含量與土壤微生物生命活動(dòng)存在較高相關(guān)關(guān)系。土壤理化指標(biāo)與生物學(xué)指標(biāo)之間相關(guān)分析表明，土壤理化指標(biāo)與各生物學(xué)指標(biāo)均具有一定相關(guān)性，說明連作條件下土壤理化性質(zhì)變化會(huì)直接或間接影響土壤生物學(xué)特征變化。黃瓜連作過程中，除土壤全氮外，其他土壤理化指標(biāo)均與黃瓜產(chǎn)量呈明顯相關(guān)性，其中電導(dǎo)率、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量與黃瓜產(chǎn)量相關(guān)性達(dá)極顯著水平。

3 討論

同一地塊連續(xù)種植同種或近緣作物，即使采用正常管理措施，作物也會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)量降低、品質(zhì)變壞等情況，且土壤會(huì)發(fā)生耕性變差、養(yǎng)分失衡、土壤酸化以及次生鹽漬化等現(xiàn)象[5]。本研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機(jī)肥處理后高強(qiáng)度連續(xù)種植3季黃瓜，同一季黃瓜成熟期施用生物有機(jī)肥處理與對(duì)照相比，土壤容重降低，土壤總孔隙度增加，原因是生物有機(jī)肥中含有豐富有機(jī)質(zhì)，添加生物有機(jī)肥對(duì)土壤有一定的稀釋作用，另一方面生物有機(jī)肥中含有多種微量元素，可提高土壤中土著微生物生命活動(dòng)過程中所需要的養(yǎng)分和能量，促進(jìn)微生物種群增加，土壤中以微生物為食物的動(dòng)物活性增加[20]，其活動(dòng)過程中同樣可以疏松土壤，增加土壤通氣性，從而降低土壤容重，增加了土壤總孔隙度，連作土壤通氣性得到改善。連續(xù)種植3季黃瓜過程中，施用生物有機(jī)肥處理中土壤pH高于對(duì)照，原因可能是生物有機(jī)肥中的Ca、Mg、K等鹽基離子在土壤中以碳酸鹽和氧化物形式存在，溶于水后呈堿性從而中和土壤活性酸和潛性酸，導(dǎo)致土壤pH值升高，減緩黃瓜連作過程中土壤酸化問題。本研究發(fā)現(xiàn)，同一季黃瓜成熟期施用生物有機(jī)肥處理與對(duì)照處理相比，土壤電導(dǎo)率均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥疏松了土壤，土壤鹽分會(huì)因淋溶作用而減少，從而也降低了土壤電導(dǎo)率。Kumar等[21]研究表明，生物有機(jī)肥可增加土壤肥力水平，改善土壤養(yǎng)分缺失的狀況。Habashy等在瘠薄地土壤中施入生物有機(jī)肥后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過生物有機(jī)肥處理后土壤磷素缺失現(xiàn)象得到有效解決，土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)等含量與原始土壤相比均明顯增加[22]。本文研究與Kumar等和Habashy等研究結(jié)果基本一致，生物有機(jī)肥施用量越大，黃瓜連作土壤中各肥力指標(biāo)含量越高，且連作過程中土壤養(yǎng)分含量變化幅度較小，各養(yǎng)分含量比較均衡。生物有機(jī)肥本身含有豐富的養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)和微量元素，提高了土壤各肥力指標(biāo)，且生物有機(jī)肥中功能性微生物可以活化土壤中礦物固定的養(yǎng)分[23]，從而增加土壤有效養(yǎng)分含量。

表 3 土壤理化性狀與生物學(xué)特征指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between soil physical and chemical properties and biological characteristics

土壤酶活性可以直接反映土壤微生物活性、土壤生物化學(xué)反應(yīng)的方向和強(qiáng)度等信息，而土壤微生物量碳氮是土壤中易利用的養(yǎng)分庫(kù)及有機(jī)物分解和氮礦化的動(dòng)力，其與土壤各養(yǎng)分循環(huán)均有密切的關(guān)系[24]，且土壤微生物量碳氮可作為土壤微生物量大小的指標(biāo)。研究生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜連作土壤中酶活性和微生物量碳氮的影響以及對(duì)黃瓜連作土壤生態(tài)環(huán)境的改善，對(duì)探討連作土壤中微生物活性狀況具有非常重要意義。Brockett等[25]研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)田管理措施、土壤理化性狀以及土壤肥力水平等因素對(duì)土壤生物學(xué)性質(zhì)均有較大影響。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，連續(xù)種植3季黃瓜過程中，施用生物有機(jī)肥處理與對(duì)照相比，土壤酶活性 (脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶)和微生物量碳氮含量均有不同程度的提高，這與王興龍等[26]研究的土壤酶活性和微生物量的變化結(jié)果基本一致。生物有機(jī)肥含有的功能菌微生物利用土壤中養(yǎng)分進(jìn)行生命活動(dòng)，同時(shí)生物有機(jī)肥中含有的豐富有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素為土壤土著微生物和功能菌微生物活動(dòng)提供了能量和動(dòng)力，可改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，增加微生物種群豐度，而且其還含有較高的氮、磷、鉀以及微量元素，也為微生物提供了生命過程中所需要的養(yǎng)分和能量，土壤微生物生物量增加，使微生物量碳、氮含量提高，微生物在新陳代謝過程中分泌的酶含量增多，使土壤中酶活性增強(qiáng)，從而減緩因連作造成土壤生物學(xué)性質(zhì)變差。土壤腐殖質(zhì)對(duì)微生物活動(dòng)的穩(wěn)定性起著重要的作用[27]，生物有機(jī)肥是一種由功能菌微生物和腐熟有機(jī)物料復(fù)合而成的肥料，其含有豐富有機(jī)物質(zhì)和腐殖酸類物質(zhì)，不僅促進(jìn)了土壤酶活性的提高，還能長(zhǎng)期保持酶活性處于較高水平，減緩因黃瓜連作造成的酶活性紊亂，增強(qiáng)了土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

連續(xù)種植3季黃瓜過程中，對(duì)照處理中黃瓜產(chǎn)量呈逐漸降低趨勢(shì)，而同一季黃瓜生育期施用生物有機(jī)肥處理中黃瓜產(chǎn)量均高于對(duì)照處理，且各處理第三季黃瓜產(chǎn)量均明顯下降。黃瓜屬于極易發(fā)生連作障礙的蔬菜，高強(qiáng)度連續(xù)種植多季黃瓜，黃瓜次生代謝過程中根部分泌自毒物質(zhì)，自毒物質(zhì)在土壤中逐漸積累[28]，加上黃瓜整個(gè)生育期對(duì)養(yǎng)分的選擇性吸收，土壤中個(gè)別元素逐漸缺乏[29]，導(dǎo)致黃瓜連作年限越長(zhǎng)，產(chǎn)量越低[30]。施用生物有機(jī)肥可增加連作黃瓜產(chǎn)量，這是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥補(bǔ)充了土壤因連續(xù)種植黃瓜缺失的有機(jī)質(zhì)和多種養(yǎng)分元素[31]，同時(shí)生物有機(jī)肥中功能菌微生物和土壤中土著微生物因獲得足夠養(yǎng)分，加快對(duì)黃瓜連作過程中自毒物質(zhì)的部分再分解和重新合成，降低了自毒物質(zhì)含量和毒性[32]。由于高強(qiáng)度連續(xù)種植黃瓜，土壤中養(yǎng)分失衡，自毒物質(zhì)積累，且生物有機(jī)肥效作用隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸減小，從而造成各處理中第三季黃瓜產(chǎn)量均出現(xiàn)明顯下降。

相關(guān)性分析表明，土壤各生物學(xué)指標(biāo) (脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、微生物量碳和微生物量氮) 均與土壤容重、孔隙度和土壤肥力指標(biāo)均呈顯著相關(guān)關(guān)系，且與土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明黃瓜連作過程中土壤理化性質(zhì)變化會(huì)與土壤微生物的生命活動(dòng)密切相關(guān)。黃瓜連作過程中理化性質(zhì)優(yōu)良的土壤為微生物提供了適宜的隱蔽場(chǎng)所、食物來源和環(huán)境梯度等條件，自養(yǎng)型微生物因獲得足夠的代謝能量，繁殖加快，數(shù)量和種群逐漸增多，豐富了土壤生物多樣性，異養(yǎng)型微生物也因獲得充足食物，生物活性也變得逐漸增強(qiáng)。另外，黃瓜連作過程中土壤理化性質(zhì)變化也會(huì)影響黃瓜產(chǎn)量，這是因?yàn)辄S瓜連作過程中土壤逐漸發(fā)生耕性變差、次生鹽漬化和養(yǎng)分失衡等現(xiàn)象，黃瓜連作土壤電導(dǎo)率過高、有機(jī)質(zhì)和磷素缺失都會(huì)影響了黃瓜產(chǎn)量。

4 結(jié)論

生物有機(jī)肥可改善黃瓜連作土壤理化性質(zhì)，降低土壤容重和電導(dǎo)率，提高土壤總孔隙度、pH、養(yǎng)分含量、黃瓜產(chǎn)量和土壤生物學(xué)指標(biāo) (土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶和土壤微生物量碳、氮含量)，減緩黃瓜連作過程中土壤耕性變差、養(yǎng)分失衡和次生鹽漬化的發(fā)生，且土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)特征指標(biāo)均明顯得到改善，生物有機(jī)肥可在一定程度上減緩黃瓜連作障礙發(fā)生。黃瓜連作過程中土壤理化指標(biāo)與微生物活動(dòng)關(guān)系密切，通過改善連作土壤理化性質(zhì)可調(diào)控土壤生物學(xué)特征。