曹彩紅，曹玲玲，祝 寧，陳加和，趙立群，田雅楠，張寶杰，何秉青

（1北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029；2北京市昌平區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 102200）

0 引言

草莓果實(shí)柔軟多汁，營(yíng)養(yǎng)豐富，富含多種維生素，特別是維生素C，被譽(yù)為“水果皇后”。京郊草莓產(chǎn)業(yè)是都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，它彌補(bǔ)了北方冬季水果生產(chǎn)淡季對(duì)新鮮果品的需求，被稱(chēng)為“早春第一果”。北京地區(qū)以昌平為首從2002年開(kāi)始日光溫室冬季草莓種植，2010年農(nóng)業(yè)部農(nóng)場(chǎng)品質(zhì)量安全中心批準(zhǔn)“昌平草莓”實(shí)施農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志登記保護(hù)，2012年舉辦第七屆世界草莓大會(huì)，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來(lái)了較高的經(jīng)濟(jì)效益，據(jù)統(tǒng)計(jì)2015—2017年北京設(shè)施面積在688～701 hm2范圍內(nèi)[1]。

當(dāng)前設(shè)施規(guī)?；a(chǎn)面臨輪作倒茬困難，而連年種植會(huì)產(chǎn)生連作障礙，造成草莓植株生長(zhǎng)發(fā)育不良、生育期延遲、產(chǎn)量下降、根系病害發(fā)生嚴(yán)重等問(wèn)題[2-4]。連作障礙已嚴(yán)重制約了草莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是目前生產(chǎn)上亟待解決的重要問(wèn)題[5]。連作障礙產(chǎn)生的主要原因是保護(hù)地連年種植同一作物導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡、鹽漬化、病原微生物富集、根際分泌物積累產(chǎn)生自毒作用等。為克服連作障礙，種植戶(hù)目前多采用基質(zhì)栽培、土壤消毒等方法，土壤消毒主要有太陽(yáng)能高溫物理消毒法和氯化苦、棉隆、1,3-二氯丙烯等化學(xué)藥劑消毒法。這些方法在應(yīng)用過(guò)程中存在各種問(wèn)題，如基質(zhì)栽培成本較高；石灰氮、氯化苦等土壤消毒方式可有效殺滅土壤中的病原菌、害蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)和雜草，但同時(shí)會(huì)嚴(yán)重破壞非靶標(biāo)微生物類(lèi)群，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，顯著降低土壤酶活性和肥力[6-9]，長(zhǎng)期使用對(duì)空氣、水源、土壤產(chǎn)生污染、破壞土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)，造成農(nóng)產(chǎn)品污染，危害人體健康[10]，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

因此，尋求高效環(huán)保農(nóng)業(yè)措施，降低土壤中病原菌數(shù)量而改善土壤環(huán)境，已經(jīng)成為目前綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的研究熱點(diǎn)。輪作是緩解連作障礙、修復(fù)連作土壤的有效措施之一[11]，研究表明，通過(guò)不同作物之間的輪作，能夠提供多樣性植物、有機(jī)物質(zhì)，對(duì)微生物群落及其功能產(chǎn)生良性影響，更多能源物質(zhì)的投入將增加微生物數(shù)量[12]，進(jìn)而增加土壤酶活性，催化土壤中生化反應(yīng)。從而有助于提高土壤微生物多樣性、增加細(xì)菌數(shù)量、減少真菌數(shù)量，使土壤線(xiàn)蟲(chóng)結(jié)構(gòu)得到改善[13]，土壤生物學(xué)特性的改善將改進(jìn)連作土壤物理特性和化學(xué)性狀。已有研究表明，草莓與水稻輪作可有效改良土壤狀況，但多見(jiàn)于南方水量充足地區(qū)，如楊祥田等[14]采用草莓—水稻輪作方式，顯著降低黃萎病發(fā)生率，減少鹽分積累，緩解土壤障礙。吳根良等[15]將甜瓜、西瓜、水稻與草莓進(jìn)行輪作，結(jié)果表明水稻輪作不僅顯著降低設(shè)施土壤的鐮刀菌和真菌數(shù)量(82.6%、76.0%)，其后的草莓產(chǎn)量也高于其他處理。而北京地區(qū)嚴(yán)重缺水，常規(guī)栽培水稻耗水較多，但北京屬于典型的溫帶氣候，夏季多雨，草莓日光溫室一般在6—8月份閑置，恰逢雨熱同季。因此，本研究采用改良式水稻種植方式，即通過(guò)育苗棚提早穴盤(pán)育苗和膜下滴灌旱作進(jìn)行輪作栽培，同時(shí)與氯化苦土壤消毒進(jìn)行對(duì)比，研究不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤狀況的影響，以獲得適宜的土壤改良方式進(jìn)行推廣應(yīng)用，為草莓綠色生產(chǎn)提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)為3年，于2017年開(kāi)始，在北京市昌平區(qū)金六環(huán)農(nóng)業(yè)園，選擇已連續(xù)栽培草莓5年以上的日光溫室2棟，位置相鄰，溫室棚號(hào)為A3和A4，兩溫室前茬均為“紅顏”草莓。試驗(yàn)于2017年9月2日至2020年8月17日進(jìn)行，期間每年的9月初至5月初進(jìn)行草莓生產(chǎn)，5月初至8月中旬進(jìn)行水稻種植，水稻秧苗于4月初在日光溫室進(jìn)行穴盤(pán)育苗，田間生產(chǎn)時(shí)施肥、灌溉等管理方式基本相同。草莓生產(chǎn)結(jié)束后設(shè)定3個(gè)土壤處理方式，進(jìn)行試驗(yàn)研究。具體操作如下：

5月份草莓生產(chǎn)結(jié)束，草莓植株清理干凈，進(jìn)行整地，將草莓壟整平，土壤耙勻稱(chēng)，每個(gè)溫室劃分5個(gè)小區(qū)，同時(shí)為減少棚內(nèi)環(huán)境的誤差和各個(gè)處理間的相互影響，在每個(gè)溫室東西方向的棚頭和棚尾空出1 m，小區(qū)間間隔2 m。

3個(gè)處理分別為：A草莓—夏季閑置，整地后開(kāi)始夏季休閑；B草莓—水稻輪作，4月初在育苗溫室采用105穴盤(pán)進(jìn)行穴盤(pán)育苗，每穴4～5粒種子，棚內(nèi)鋪設(shè)滴灌帶后覆膜，5月10日打孔定植水稻，采用膜下滴灌方式栽培，8月中旬采收；C草莓—氯化苦消毒，至7月底進(jìn)行氯化苦消毒，使用專(zhuān)用施藥機(jī)將氯化苦注射入土壤中，注射深度為15～20 cm，間距為25 cm。然后采取“反向壓膜法”將塑料膜四周密封，防止氣體泄漏，同時(shí)關(guān)閉大棚風(fēng)口進(jìn)行熏蒸處理，7天后揭膜通風(fēng)。在1號(hào)溫室開(kāi)展A和B 2個(gè)處理，A處理2次重復(fù)，B處理3次重復(fù)，2號(hào)溫室開(kāi)展A和C 2個(gè)處理，A處理2次重復(fù)，C處理3次重復(fù)，棚內(nèi)5個(gè)小區(qū)間隨機(jī)區(qū)組排列。

土壤樣品采集于2020年8月中旬，水稻成熟收獲后，在溫室內(nèi)用土鉆采用S型5點(diǎn)法從各小區(qū)分別采集土壤樣品，取土壤表層(0～20 cm)及亞表土層(20～40 cm)，放于冰箱4℃保存，用于化驗(yàn)分析。土壤樣品一部分風(fēng)干，過(guò)篩后用于測(cè)定土壤理化性狀及土壤酶活性；另一部分新鮮樣品除去植物殘?bào)w、根系和可見(jiàn)土壤動(dòng)物（如蚯蚓），過(guò)1 mm篩，用于微生物項(xiàng)目的測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定 對(duì)土壤pH、EC、速效氮、磷、鉀，有機(jī)質(zhì)、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮進(jìn)行了測(cè)定。土壤酸堿度采用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定；速效磷的測(cè)定采用0.5 mol/L的碳酸氫鈉浸提，鉬藍(lán)比色法；速效鉀的測(cè)定采用1.0 mol/L的乙酸銨浸提—火焰光度法；有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法；銨態(tài)氮的測(cè)定采用2 mol/L的氯化鉀浸提—靛酚藍(lán)比色法；硝態(tài)氮采用2 mol/L的氯化鉀浸提—紫外分光光度計(jì)法[16]。

1.2.2 土壤微生物種群的測(cè)定 土壤微生物種群的測(cè)定采用稀釋平板法。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基混菌法培養(yǎng)，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基混菌法培養(yǎng)，放線(xiàn)菌采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基表面涂布法。三類(lèi)微生物分別在24、36、48 h后觀察計(jì)數(shù)，算出每克干土的含菌數(shù)，三者相加的總量作為微生物總數(shù)[17]，計(jì)算公式如式(1)所示。

1.2.3 土壤酶活性的測(cè)定 土壤酶活性測(cè)定脲酶采用靛酚比色法，轉(zhuǎn)化酶采用3,5—二硝基水楊酸比色法，過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，磷酸酶采用對(duì)硝基苯磷酸二鈉比色法[18]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和SPSS 20.0軟件，方差分析用單因素進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤養(yǎng)分的變化 經(jīng)檢測(cè)，不同農(nóng)業(yè)措施處理下日光溫室土壤養(yǎng)分的變化如表1。結(jié)果顯示，3種農(nóng)業(yè)措施下的土壤養(yǎng)分均達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明溫室土壤營(yíng)養(yǎng)豐富。與草莓—夏季閑置相比，土壤表層與亞表層營(yíng)養(yǎng)在經(jīng)過(guò)水稻輪作后，有機(jī)質(zhì)含量、水解性氮、有效磷、有效鉀均呈現(xiàn)不同程度的降低，有機(jī)質(zhì)含量降低幅度為37.88%，水解性氮含量降低49.5%，有效磷含量降低62.66%，有效鉀含量降低45.69%，而夏季閑置和氯化苦消毒的土壤其養(yǎng)分含量，無(wú)顯著變化。結(jié)果表明，日光溫室經(jīng)過(guò)多年草莓栽培，土壤養(yǎng)分非常豐富，通過(guò)草莓—水稻輪作，可有效利用土壤營(yíng)養(yǎng)，消耗部分N、P、K，減輕土壤的富營(yíng)養(yǎng)化。

表1 不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.1.2 土壤酸堿度、鹽分含量及銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的變化由表2可知，不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤酸堿度的影響有差異，與草莓—夏季閑置相比，草莓—水稻輪作可提高土壤pH，表層提高3.36%，亞表層提高4.61%，而氯化苦消毒無(wú)明顯差異。通過(guò)檢測(cè)不同處理含鹽量表明，草莓—水稻輪作可明顯降低土壤含鹽量，表層約降低32.15%，亞表層約46.15%，而氯化苦消毒可少量降低含鹽量，但差異不顯著。結(jié)果表明，水稻輪作在一定程度上可減緩?fù)寥浪峄望}漬化。

表2 不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤理化性狀的影響

與夏季閑置相比，水稻輪作和氯化苦消毒后的土壤中銨態(tài)氮的含量顯著增加，表層土壤分別增加了44.3%、18.16%，亞表層分別增加了67.77%、34.04%。而硝態(tài)氮的含量水稻輪作后，表層土減少了21.23%，37.66%，氯化苦消毒無(wú)明顯差異。結(jié)果表明，草莓—水稻輪作增加銨態(tài)氮含量，可提高土壤氮素可利用率，減少硝態(tài)氮含量，可有效抑制土壤硝化作用；氯化苦消毒可適當(dāng)增加銨態(tài)氮含量，但硝態(tài)氮含量與夏季閑置相比，無(wú)明顯差異。

2.2 不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶主要來(lái)自微生物和植物根系的分泌作用以及動(dòng)植物殘?bào)w的腐解過(guò)程[19]，其活性與土壤的物理特性和水熱狀況、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等密切相關(guān)，在土壤有機(jī)物轉(zhuǎn)化及養(yǎng)分循環(huán)中發(fā)揮著重要作用[20]。過(guò)氧化氫酶是參與土壤中物質(zhì)與能力轉(zhuǎn)化的一種氧化還原酶，促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，有利于防止過(guò)氧化氫對(duì)生物體的毒害作用；脲酶能將尿素水解，生成氨，是植物氮素營(yíng)養(yǎng)的重要來(lái)源；蔗糖酶能將蔗糖水解為葡萄糖和果糖，是土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化的重要酶[21-23]。試驗(yàn)結(jié)果表明（見(jiàn)表3），與草莓—夏季閑置相比，進(jìn)行水稻輪作倒茬，可以提高土壤表層和亞表層酶的活性，其中表層過(guò)氧化氫酶提高6.1%，脲酶顯著提高23.4%，蔗糖酶活性差異不顯著；而進(jìn)行氯化苦消毒后，土壤酶活性會(huì)呈現(xiàn)不同程度的降低，其中脲酶活性降低最為明顯，表層土壤降低52.65%，亞表層降低16.47%，其次為過(guò)氧化氫酶，分別降低6.4%和8.4%，而蔗糖酶表層土壤差異不顯著，亞表層酶活性降低38.3%。

表3 不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤酶活性的影響

2.3 不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤微生物種群的影響

土壤微生物活性是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[24]，土壤微生物主要由細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌組成，對(duì)于土壤肥力的形成和作物營(yíng)養(yǎng)的轉(zhuǎn)化起到極其重要的作用。土壤微生物以細(xì)菌為最多，放線(xiàn)菌次之，真菌最少，通常細(xì)菌通常所占比例為70%～90%[15]。一般認(rèn)為真菌型土壤是地力衰竭的標(biāo)志，因?yàn)檎婢菀滓鹨恍┩羵鞑『?，真菌?shù)量增加，意味著病蟲(chóng)害加重[25]，特別是鐮刀菌，是連作障礙的主要原因[26]，在草莓上可以引起根黑腐病、枯萎病等病害。由表4可知，在土壤表層，與草莓—夏季閑置相比，水稻輪作后土壤中微生物總量變化不大，但氯化苦消毒后微生物總量極顯著降低，殺滅率達(dá)96.7%，說(shuō)明通過(guò)氯化苦消毒可有效殺滅土壤中所有微生物，具有一定防止土傳病害發(fā)生的效果。此外，土壤微生物菌群不同菌類(lèi)所占比例差異顯著，與夏季閑置相比，水稻輪作后細(xì)菌數(shù)量明顯增加，所占比例增加約9.86%，真菌數(shù)量減少約一半，所占比例降低約一倍，即0.09%，放線(xiàn)菌數(shù)量減少約6成，所占比例降低9.76%，細(xì)菌/真菌比增加一倍，說(shuō)明水稻輪作后，土壤細(xì)菌數(shù)量增加，真菌減少，土壤向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變，真菌性土傳病害得到有效降低，連作障礙具有一定的改善。而經(jīng)過(guò)氯化苦消毒后，土壤微生物菌群比例失衡，放線(xiàn)菌最多，這可能是由于與細(xì)菌和真菌相比，放線(xiàn)菌對(duì)氯化苦具有一定的抗性。

表4 不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤微生物種群的影響

3 結(jié)論與討論

溫室栽培條件下的土壤缺少雨水淋洗，且溫度、濕度、通氣狀況和水肥管理等與露地栽培有較大差別，易導(dǎo)致土壤酸化、鹽漬化以及呈富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。本研究通過(guò)3年田間試驗(yàn)，設(shè)置不同處理，比較了草莓—夏季閑置、草莓—水稻輪作、草莓—氯化苦消毒等3種農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，水稻輪作后的土壤pH、鹽分含量、硝態(tài)氮、有效氮、速效磷、速效鉀含量均低于夏季閑置和氯化苦消毒，銨態(tài)氮含量高于夏季閑置處理，說(shuō)明草莓溫室種植水稻后，具有更好的平衡養(yǎng)分積累、減緩?fù)寥浪峄按紊}漬化的調(diào)控效果。

土壤中的酶類(lèi)主要參與土壤生化過(guò)程，如腐殖質(zhì)的合成與分解、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等，其活性是衡量土壤生物學(xué)活性的重要指標(biāo)。已有研究表明，戴建軍等[27]、王麗紅等[28]研究發(fā)現(xiàn)不同輪作模式較作物連作能提高過(guò)氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶的活性。本研究結(jié)果顯示，與夏季閑置相比，水稻輪作后的土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶活性均提高，說(shuō)明經(jīng)過(guò)輪作可提高土壤酶活性。但氯化苦消毒后的土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶活性呈現(xiàn)不同程度降低，這一結(jié)果與范琳娟[29]、運(yùn)翠霞等[30]研究結(jié)果一致。原因可能是氯化苦與土壤酶類(lèi)分子結(jié)合，形成了比較穩(wěn)定的化合物，從而導(dǎo)致了酶活性降低，也可能是氯化苦將土壤中的微生物殺滅，干擾了酶類(lèi)代謝途徑，從而降低了酶活性，抑制了尿素水解為氨，影響了植物對(duì)氨的吸收[31-33]，具體化學(xué)土壤消毒的機(jī)理還需進(jìn)一步研究。

土壤微生物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成及活性在一定程度上反映了土壤質(zhì)量[34]，是反映土壤變化的敏感性指標(biāo)[35-36]。與夏季閑置相比，氯化苦消毒后，土壤中96%的微生物已被殺滅，對(duì)于土傳病害的防止具有立竿見(jiàn)影的效果，但這一措施會(huì)不同程度的破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看并非可持續(xù)發(fā)展途徑；水稻輪作后，土壤菌群向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變，這可能是通過(guò)輪作減輕了土壤酸化和鹽分積累，有利于細(xì)菌生長(zhǎng)，同時(shí)有效降低了真菌數(shù)量，同時(shí)，不同作物根際微生物不同，加上澆水灌溉，對(duì)一些病原真菌有抑制或殺滅作用，是改善草莓土壤連作障礙的有效途徑。

連作障礙是一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題，要全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的優(yōu)劣，或有無(wú)改善連作障礙發(fā)生，不是用某一或幾個(gè)指標(biāo)去下結(jié)論，而是應(yīng)根據(jù)土壤的物理、生物、化學(xué)、分子生物學(xué)等方面的綜合指標(biāo)，以及種植作物的生長(zhǎng)表現(xiàn)等方面加以評(píng)判。不同作物間的輪作可有效改善草莓連作土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性及土壤中微生物種群等，是克服土壤連作障礙的有效農(nóng)業(yè)措施。但在實(shí)際生產(chǎn)中，正如連作障礙非一茬造成一樣，通過(guò)輪作改良土壤是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，需經(jīng)過(guò)多年堅(jiān)持進(jìn)行才能更加有效，逐步修復(fù)土壤生態(tài)系統(tǒng)。因此，克服土壤連作障礙，需不斷進(jìn)行探索更加行之有效的方法和措施。