全 文 ：生物炭对设施连作黄瓜根域基质酶活性
和微生物的调节∗
邹春娇　 张勇勇　 张一鸣　 郭小鸥　 李明静　 李天来∗∗
（沈阳农业大学园艺学院省部共建教育部设施园艺重点实验室 ／辽宁省设施园艺重点实验室， 沈阳 １１０８６６）
摘　 要　 以日光温室内连作 ６ 年（１１ 茬）营养基质作为对照进行黄瓜盆栽试验，研究添加量
为 ５％和 ３％（质量比）的生物炭对营养基质中酶活性、微生物数量及群落结构的调节作用．结
果表明： 经生物炭处理后，在定植 ３０～１２０ ｄ，基质的过氧化物酶活性均显著提高至 １ 茬水平，
且 ５％生物炭处理效果显著高于 ３％生物炭处理，中性磷酸酶活性则显著低于对照； 在定植
３０～９０ ｄ，仅 ５％生物炭处理对蔗糖酶和脲酶活性有明显的调节作用．经生物炭处理后，基质内
细菌和放线菌数量在定植 ３０～９０ ｄ均有所增加，真菌数量则均降低，且 ５％生物炭处理效果显
著高于 ３％生物炭处理．同时，生物炭处理能够显著提高基质内细菌的群落结构多样性．说明生
物炭的添加对连作营养基质中的酶活性、微生物数量及群落结构有明显的调节作用．
关键词　 连作； 营养基质； 生物炭； 细菌群落结构
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０６－１７７２－０７　 中图分类号　 Ｓ６４２．２　 文献标识码　 Ａ
Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｃｈａｒ ｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ａｒｏｕｎｄ ｃｕｃｕｍｂｅｒ
ｒｏｏｔｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ． ＺＯＵ Ｃｈｕｎ⁃ｊｉａｏ， ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ⁃ｙｏｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｙｉ⁃ｍｉｎｇ， ＧＵＯ
Ｘｉａｏ⁃ｏｕ， ＬＩ Ｍｉｎｇ⁃ｊｉｎｇ， ＬＩ Ｔｉａｎ⁃ｌａｉ１ （Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ
Ｃｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｎｄ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ／ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ
Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８６６，
Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（６）： １７７２－１７７８．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｃｈａｒ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ ｅｎｚｙｍｅｓ ａｃｔｉｖｉｔｙ， ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ｐｏｐｕｌａ⁃
ｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｆｏｒ ６
ｙｅａｒｓ （１１ ｒｏｔａｔｉｏｎｓ）． Ｃｕｃｕｍｂｅｒｓ ｗｅｒｅ ｇｒｏｗｎ ｉｎ ｐｏｔｓ ｉｎ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｗｉｔｈ ５％ ｏｒ ３％ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ （ｂｙ
ｍａｓｓ） ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｗｉｔｈ ｂｉｏｃｈａｒ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ ａｌｏｎｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｂｉｏｃｈａｒ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｃｒｏｐ
ｆｏｒｍ ３０ ｔｏ １２０ ｄ ａｆｔｅｒ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｉｎ ｂｏｔｈ ｂｉｏｃｈａｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ５％ ｂｉｏｃｈａｒ ｂｅｉｎｇ ｍｏｒｅ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ３％ ｂｉｏｃｈａｒ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｎｅｕｔｒａｌ ｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｗａｓ ｍａｒｋｅｄｌｙ ｒｅ⁃
ｄｕｃｅｄ ａｆｔｅｒ ｂｉｏｃｈａｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ５％ ｂｉｏｃｈａｒ ｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ
ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔａｓｅ ａｎｄ ｕｒｅａｓｅ ｆｒｏｍ ３０ ｔｏ ９０ ｄ ａｆｔｅｒ ｐｌａｎｔｉｎｇ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ３％ ｂｉｏｃｈａｒ
ｈａｄ ｌｉｔｔｌｅ ｅｆｆｅｃｔ． Ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａ ａｎｄ ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｎｇｉ ｐｏｐｕｌａ⁃
ｔｉｏｎ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎ ｂｏｔｈ ｂｉｏｃｈａｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ３０ ｔｏ ９０ ｄ ａｆｔｅｒ ｐｌａｎｔｉｎｇ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ５％ ｂｉｏ⁃
ｃｈａｒ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ３％ ｂｉｏｃｈａｒ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｃｈａｒ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｉｎ ｓｕｍｍａｒｙ， ｂｉｏｃｈａｒ ｈａｄ ｏｂｖｉｏｕｓ ｒｅｇｕ⁃
ｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｏｉｌ ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ， ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｑｕａｎｔｉｔｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｒｏｐｐｉｎｇ； ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ； ｂｉｏｃｈａｒ； ｂｅｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｒｅ．
∗现代农业产业技术体系建设专项资金项目（ＣＡＲＳ⁃２５）和辽宁省重
大科技攻关项目（２０１１２１５００３）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｔｉａｎｌａｉｌｉ＠ １２６．ｃｏｍ
２０１４⁃０７⁃１０收稿，２０１５⁃０３⁃３１接受．
　 　 近年来我国设施蔬菜连作障碍日趋严重［１－２］， 影响到设施蔬菜产业的健康和可持续发展．作物连
作障碍的影响因素很多，其中因连作导致的土壤中
微生物区系及酶活性改变［３］，是造成作物生育障碍
的重要因素之一．如黄瓜连作会引起土壤中尖孢镰
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ６月　 第 ２６卷　 第 ６期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｊｕｎ． ２０１５， ２６（６）： １７７２－１７７８
刀菌（Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）大量繁殖，成为优势真菌
种群，从而导致黄瓜枯萎病发病率升高［４－６］ ．研究认
为，土壤微生物区系、数量及酶活性的变化，与土壤
理化性质、生物性状以及各种土壤病虫害的发生均
有密切的关系［７］ ．一些土壤微生物作为植物病原菌
可直接影响植物生长发育，或者通过微生物之间的
互作，间接对植物生长发育起到促进或抑制作用［８］ ．
研究作物连作土壤的微生物区系及酶活性调控是避
免作物连作障碍的重要手段之一．作物营养基质栽
培能在一定程度上克服严重连作障碍［９－１３］，但作物
营养基质经多年连作栽培后也会导致障碍发生，需
要不断更换基质从而导致人力、物力的大量消耗．因
此，探索防止和修复作物营养基质连作障碍的方法，
对作物营养基质栽培具有重要意义．
生物炭是有机物质在高温缺氧环境下热降解的
产物［１４］ ．某些类型的生物炭可能通过外渗炭刺激微
生物活动，增加微生物丰度［１５］ ．生物炭作为一种新
型材料，在土壤改良和修复方面有许多优良的特性，
可改变土壤生物群落结构和数量［１６－１８］ ．但有关生物
炭对设施作物连作栽培中的土壤修复作用尚缺乏系
统研究，特别是对作物营养基质连作栽培中生育障
碍的修复作用更未见报道．本文以日光温室内连作
１１茬黄瓜的营养基质为研究对象，采用生物炭作为
修复剂，研究生物炭对黄瓜连作营养基质中微生物
数量、群落多样性及酶活性的修复作用，为应用生物
炭修复设施黄瓜连作障碍营养基质提供理论依据．
１　 材料与方法
１􀆰 １　 试验设计
试验于 ２０１２年春季在沈阳农业大学科研基地
的日光温室内进行．采用盆栽方式，盆上口直径 ３３．７
ｃｍ、下口直径 ３０．５ ｃｍ，高 ３２ ｃｍ．供试黄瓜品种为
“津优 ３０”．营养基质堆制方法： 稻草切碎后与土以
体积比 ２︰１混合，加入膨化鸡粪 １５ ｋｇ·ｍ－３，充分
混合，６０ ℃下发酵腐熟．第 １ 茬基质为 ２０１２ 年春按
上述方法堆制并进行试验的营养基质；第 １１茬基质
为 ２００６年春季堆制，每年种植两茬黄瓜，２０１１ 年秋
茬得到的营养基质．试验设种植 １ 茬、种植 １１ 茬添
加 ３％和 ５％生物炭（百分比为生物炭与基质质量之
比）处理，以种植 １１ 茬无生物炭添加为对照（ＣＫ），
每处理 ４次重复．黄瓜幼苗长到两叶一心时定植，每
盆定植 １株，按照株距 ４５ ｃｍ、行距 ６０ ｃｍ 的标准摆
放种植盆．定植后采用常规田间管理．生物炭为辽宁
省生物炭工程技术研究中心提供，营养基质及生物
炭理化性质如表 １．
　 　 定植后每隔 ３０ ｄ取样，共取 ４次．按多点法采集
黄瓜根系周围 ０～２０ ｃｍ基质，剔除石砾和植物残茬
等杂物，得到混合样．新鲜基质样品一部分置于 ４ ℃
冰箱保存，供微生物数量及酶活性分析；一部分置于
－２０ ℃冰箱保存，供微生物多样性分析．
１􀆰 ２　 测定方法
脲酶活性测定采用苯酚钠比色法，中性磷酸酶
活性测定采用磷酸苯二钠比色法，过氧化物酶活性
测定采用邻苯三酚比色法，土壤转化酶活性测定采
用 ３，５⁃二硝基水杨酸比色法．可培养微生物数量测
定采用常规稀释平板法，细菌数量测定采用牛肉膏
蛋白胨培养法，放线菌数量测定采用高氏一号培养
基培养法，真菌数量测定采用马丁氏培养基培养法．
土壤样品总 ＤＮＡ 的提取采用康维世纪公司提
供的试剂盒．细菌 １６Ｓ ｒＤＮＡ ＰＣＲ 扩增通过降落
ＰＣＲ扩增 ＤＮＡ片段．ＰＣＲ 扩增以提取的 ＤＮＡ 为模
板，采用细菌 １６Ｓ ｒＤＮＡ 的通用引物 Ｆ３４１⁃ＧＣ 和
Ｒ５１９进行扩增．引物序列如表 ２ 所示，ＰＣＲ 反应程
序为 ９５ ℃ 预变性 ４ ｍｉｎ，然后 ９４ ℃ ３０ ｓ、６０ ℃ ３０
ｓ、７２ ℃ ３０ ｓ，９个循环；９４ ℃ ３０ ｓ、６０ ℃ ３０ ｓ、７２ ℃
３０ ｓ，９个循环，每个循环降低０．５ ℃ ；９４ ℃ ３０ ｓ、
表 １　 营养基质及生物炭的理化性质
Ｔａｂｌｅ １　 Ｐｈｙｓｉｃｏ⁃ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ａｎｄ ｂｉｏｃｈａｒ
基质
Ｍｅｄｉｕｍ
有机质
Ｏｒｇａｎｉｃ
ｍａｔｔｅｒ
（ｇ·ｋｇ－１）
全 Ｎ
Ｔｏｔａｌ Ｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
全 Ｐ
Ｔｏｔａｌ Ｐ
（ｇ·ｋｇ－１）
全 Ｋ
Ｔｏｔａｌ Ｋ
（ｇ·ｋｇ－１）
碱解 Ｎ
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｎ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
速效 Ｐ
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
速效 Ｋ
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｋ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
ｐＨ 土壤
电导率
ＥＣ
（ｍＳ·ｃｍ－１）
新营养基质
Ｎｅｗ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ
４７．０６ ２．０７ １．４６ １１．５９ ２１０．２０ ３５２．７２ ３０８．９４ ７．２５ １．０２８
１茬营养基质
Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｏｆ １ ｒｏｔａｔｉｏｎ
４５．３５ ２．２１ １．５９ ２０．４７ ２２５．０１ ３５０．４０ ３２０．８５ ７．２ １．０６３
１１茬营养基质
Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｏｆ １１ ｒｏｔａｔｉｏｎｓ
３４．１２ ２．３９ １．０２ １６．８９ ２１８．１２ ３５４．１０ ２０６．１５ ６．２９ １．２６５
生物炭
Ｂｉｏｃｈａｒ
－ ２．５３ ０．７８ １．６８ １３６．０８ ３１１．９１ ３２４．１５ ９．０５ １．６５２
３７７１６期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 邹春娇等： 生物炭对设施连作黄瓜根域基质酶活性和微生物的调节　 　 　 　 　
表 ２　 ＰＣＲ 引物
Ｔａｂｌｅ ２　 ＰＣＲ ｐｒｉｍｅｒｓ
引物
Ｐｒｉｍｅｒ
碱基序列
Ｐｒｉｍｅｒ ｓｅｑｕｅｎｃｅ’
Ｆ３４１⁃ＧＣ ＣＧＣＣＣＧＣＣＧＣＧＣＧＣＧＧＣＧＧＧＣＧＧＧＧＣＧＧＧ⁃
ＧＧＣＡＣＧＧＧＧＧＧＣＣＴＡＣＧＧＧＡＧＧＣＡＧＣＡＧ
Ｒ５１９ ＡＴＴＡＣＣＧＣＧＧＣＴＧＣＴＧＧ
５５ ℃ ３０ ｓ、７２ ℃ ３０ ｓ，９ 个循环；７２ ℃ ８ ｍｉｎ，１０ ℃
保存．细菌 ＰＣＲ 反应体系为 ＤＮＡ ７ μＬ，Ｆ３４１⁃ＧＣ １
μＬ，Ｒ５１９ １ μＬ，Ｔａｑ 酶体系 ２５ μＬ，重蒸馏水补足至
５０ μＬ．
　 　 ＰＣＲ产物的 ＤＧＧＥ采用 ＤＧＧＥ ｓｙｓｔｅｍ（Ｄ⁃Ｃｏｄｅ，
Ｂｉｏ⁃Ｒａｄ），ＤＧＧＥ试剂为无离子水、丙烯酰胺、尿素、
Ｔｒｉｓ、ＥＤＴＡ、乙酸、去离子甲酰胺、ＴＥＭＥＤ、过硫酸
胺、Ｇｅｎｅｆｉｎｄｅｒ核酸染料．ＰＣＲ产物上样量为 ４０ μＬ，
在 ６０ ℃ １×ＴＡＥ缓冲液中，１８０ Ｖ电压下电泳 ６ ｈ后
将胶取出采用 Ｇｅｎｅｆｉｎｄｅｒ 进行染色，用凝胶成像系
统分析，观察每个样品的电泳条带并拍照．ＤＧＧＥ 指
纹图谱采用 Ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｏｎｅ软件进行分析．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 生物炭对黄瓜连作营养基质中酶活性的调节
作用
营养基质连作 １１茬黄瓜后，几种主要酶活性变
化趋势及生物炭对黄瓜连作基质中酶活性的调节作
用如图 １所示．定植 ３０ ｄ 时，各处理和对照（ＣＫ）基
质中的过氧化物酶活性均无显著差异；定植 ６０、９０、
１２０ ｄ时，种植 １茬和种植 １１ 茬后添加 ５％及 ３％生
物炭处理的基质中过氧化物酶活性均极显著或显著
高于 ＣＫ，添加 ５％及 ３％生物炭处理均可恢复或超
过种植 １ 茬的水平，且添加 ５％生物炭的效果更显
著．说明黄瓜营养基质连作可降低基质中过氧化物
酶活性，经过 １１ 茬连作后添加 ５％及 ３％生物炭可
一定程度恢复过氧化物酶活性．
定植 ３０～１２０ ｄ，ＣＫ 基质中的中性磷酸酶活性
均高于种植 １ 茬，但未达到显著水平；种植 １１ 茬后
添加 ５％生物炭处理基质中的中性磷酸酶活性极显
著低于 ＣＫ及种植 １茬，添加 ３％生物炭处理基质中
的中性磷酸酶活性与 ＣＫ及种植 １ 茬相比也有所降
低，但差异不显著；随着时间的延长，５％及 ３％生物
炭处理与 ＣＫ 的差异减小．说明黄瓜营养基质连作
可提高基质的中性磷酸酶活性，而连作后添加 ５％
及 ３％生物炭可降低其活性．
定植 ３０～１２０ ｄ，ＣＫ 基质中的蔗糖酶活性明显
低于种植 １茬，其中 ６０及 １２０ ｄ 时差异达到极显著
水平．种植 １１茬后添加 ５％生物炭处理，基质中蔗糖
酶活性在定植３０ ｄ时与ＣＫ及１茬无差异 ；定植
图 １　 生物炭对黄瓜连作基质中酶活性的调节作用
Ｆｉｇ．１　 Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｃｈａｒ ｏｎ ｓｏｉｌ ｅｎｚｙｍｅｓ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ．
Ⅰ： ５％生物炭处理 ５％ ｂｉｏｃｈａｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ； Ⅱ： ３％生物炭处理 ３％ ｂｉｏｃｈａｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ； Ⅲ： 对照 Ｃｏｎｔｒｏｌ； Ⅳ： １茬营养基质 Ｔｈｅ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｏｆ
１ ｙｅａｒ． 同一取样时期不同小写字母表示处理间差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｄａｔｅ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
ａｍｏｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
４７７１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
６０ ｄ时显著高于 ＣＫ，恢复到种植 １ 茬水平；定植 ９０
ｄ时极显著高于 ＣＫ，与种植 １ 茬无差异；定植 １２０ ｄ
时极显著低于 ＣＫ及种植 １茬．种植 １１茬后添加 ３％
生物炭处理，基质中蔗糖酶活性在定植 ３０ ｄ 时与
ＣＫ及 １茬无显著差异；定植 ６０ ｄ时与 ＣＫ无显著差
异，但极显著低于种植 １ 茬；定植 ９０ ｄ 时极显著低
于 ＣＫ及种植 １茬；定植 １２０ ｄ时极显著低于种植 １
茬，与 ＣＫ无显著差异．说明黄瓜营养基质连作可降
低基质中蔗糖酶活性，经过 １１ 茬连作后添加 ５％生
物炭在黄瓜生长旺盛期对蔗糖酶活性有明显的调节
作用，而添加 ３％生物炭对蔗糖酶活性无显著调节
作用．
定植 ３０～１２０ ｄ，ＣＫ 基质中的脲酶活性均明显
低于种植 １茬，其中种植 ６０ 和 １２０ ｄ 时差异达到极
显著水平；种植 １１ 茬后添加 ５％生物炭处理在定植
３０～ ９０ ｄ 基质中的脲酶活性明显高于 ＣＫ，处理 ３０
及 ６０ ｄ时与种植 １茬无差异，处理 ９０ ｄ时显著高于
种植 １茬，但处理 １２０ ｄ 时显著低于 ＣＫ，极显著低
于种植 １茬；种植 １１茬后添加 ３％生物炭处理，在定
植 ３０ ｄ 时基质中脲酶活性与 ＣＫ 及种植 １ 茬无差
异，６０ ｄ时比 ＣＫ有明显提高，但未达到种植 １ 茬水
平，在定植 ９０～１２０ ｄ，基质中脲酶活性较 ＣＫ明显降
低．这说明黄瓜营养基质连作后基质中脲酶活性有
所降低，添加 ５％生物炭可显著调节黄瓜连作营养
基质中脲酶活性，添加 ３％生物炭可一定程度上调
节脲酶活性，但效果不显著．
２􀆰 ２　 生物炭对黄瓜连作营养基质中微生物数量及
种群结构的调节作用
图 ２显示，连作 １１ 茬后营养基质中细菌、放线
菌数量发生显著改变．定植 ３０ ～ ９０ ｄ，ＣＫ 中的细菌
数量显著低于种植 １ 茬，其中 ６０ 及 ９０ ｄ 极显著低
于种植 １茬．种植 １１茬后添加 ５％生物炭处理，在定
植 ３０～９０ ｄ，基质中细菌数量显著高于 ＣＫ，恢复到
种植 １茬的水平，其中定植 ９０ ｄ 时极显著高于 ＣＫ，
显著高于种植 １ 茬．种植 １１ 茬后添加 ３％生物炭处
理，在定植 ３０～９０ ｄ，基质中细菌数量高于 ＣＫ，与种
植 １茬间无差异，其中在定植 ９０ ｄ 时极显著高于
ＣＫ．说明黄瓜营养基质连作后基质中细菌数量显著
下降，添加生物炭后可显著调节恢复到种植 １ 茬水
平，且高浓度生物炭（５％）处理调节效果更明显．
定植 ３０～９０ ｄ，种植 １ 茬基质中放线菌数量明
显高于 ＣＫ，经 ５％生物炭处理的基质中放线菌数量
均极显著高于 ＣＫ，可恢复或超过种植 １ 茬的水平．
经 ３％生物炭处理的基质中放线菌数量在定植 ３０ ｄ
图 ２　 生物炭对设施黄瓜连作基质中微生物数量的调节作用
Ｆｉｇ．２　 Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｃｈａｒ ｏｎ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ．
时高于 ＣＫ，定植 ６０ ｄ时显著高于 ＣＫ，定植 ９０ ｄ时极
显著高于 ＣＫ；在定植 ３０～９０ ｄ，与种植 １茬均无差异．
这说明黄瓜营养基质连作后会导致放线菌数量显著
减少，添加生物炭对基质中放线菌数量有显著调节作
用，且经 ５％生物炭处理的调节效果更明显．
定植 ３０～ ９０ ｄ，ＣＫ 中真菌数量显著高于种植 １
茬，其中，在定植后 ３０ ｄ 时极显著高于种植 １ 茬．种
植 １１茬后添加 ５％生物炭处理，基质中真菌数量在
定植 ３０及 ６０ ｄ时极显著低于 ＣＫ，与种植 １ 茬无差
异；定植 ９０ ｄ时极显著低于 ＣＫ，显著低于种植 １茬．
种植 １１茬后添加 ３％生物炭处理的基质中真菌数量
在定植 ３０～９０ ｄ均极显著低于 ＣＫ，与种植 １茬无差
异．说明黄瓜营养基质连作导致真菌数量显著上升，
添加生物炭后能够有效降低基质中真菌数量，且随
着生物炭添加量的增加调节效果显著提高．
２􀆰 ３　 生物炭对黄瓜连作基质中细菌群落多样性的
调节作用
应用 Ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｏｎｅ 图像分析软件对 ＤＧＧＥ 图谱
和条带分布进行定量分析（图３） ．结果表明，与ＣＫ
５７７１６期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 邹春娇等： 生物炭对设施连作黄瓜根域基质酶活性和微生物的调节　 　 　 　 　
表 ３　 不同处理的细菌相似性指数
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ （％）
Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ Ｉ Ｊ Ｋ
Ｂ ９１
Ｃ ８６．３ ８６．７
Ｄ ８２．７ ８５．４ ８４．８
Ｅ ５９．４ ５５．７ ５５．８ ６０．９
Ｆ ６１．１ ５８．８ ６０．６ ６１．８ ９０
Ｇ ６２．７ ６２．２ ５６．１ ５５．６ ７８．０ ８１．５
Ｈ ４９．０ ５０．７ ４３．１ ４２．８ ７９．０ ７６．６ ７６．０
Ｉ ８８．２ ８７．５ ８２．３ ８０．４ ５２．６ ５５．１ ５９．５ ４６．７
Ｊ ８３．５ ８４．１ ７７．６ ７６．０ ５０．７ ５４．３ ６０．４ ４６．３ ９０．１
Ｋ ８５．３ ８１．３ ８０．１ ７５．２ ５２．０ ５４．７ ５７．２ ４３．０ ８８．９ ８８．２
Ｌ ５５．７ ５１．９ ５３．８ ５０．３ ７２．４ ７７．８ ７１．８ ６４．５ ５６．５ ５８．８ ６２．６
Ａ～Ｃ： ３０ ｄ ５％、３％、ＣＫ； Ｄ～Ｆ： ６０ ｄ ５％、３％、ＣＫ； Ｇ～ Ｉ： ９０ ｄ ５％、３％、ＣＫ； Ｊ～ Ｌ： １２０ ｄ ５％、３％、ＣＫ．
图 ３　 营养基质细菌 １６Ｓ ｒＤＮＡ的 ＰＣＲ⁃ＤＧＧＥ 图谱
Ｆｉｇ．３　 ＰＣＲ⁃ＤＧＧＥ ａｔｌａｓ ｏｆ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｂａｃｔｅｒｉａ １６Ｓ ｒＤＮＡ．
Ａ～Ｃ： ３０ ｄ ５％、３％、ＣＫ； Ｄ～ Ｆ： ６０ ｄ ５％、３％、ＣＫ； Ｇ～ Ｉ： ９０ ｄ ５％、
３％、ＣＫ； Ｊ～ Ｌ： １２０ ｄ ５％、３％、ＣＫ．
（２３～２７ 条）相比，种植 １１ 茬经 ５％及 ３％生物炭处
理后，基质中细菌的 １６Ｓ ｒＤＮＡ ＰＣＲ⁃ＤＧＧＥ 电泳条
带（２６～３１ 条）均有所增加．种植 １１ 茬基质经 ５％及
３％生物炭处理后与 ＣＫ间产生了差异性条带．其中，
定植 ３０ ｄ时，ＣＫ缺失条带 ２、５、２１、２２、２４，其中条带
２仅出现在 ５％生物炭处理中；定植 ６０ ｄ 时，ＣＫ 缺
失条带 １０、１５、２２、２４，其中条带 １０、２２ 仅出现在 ５％
生物炭处理中；定植 ９０ ｄ时，ＣＫ缺失条带 ２、１０、１９、
２１，其中条带 １０、１９仅出现在 ５％生物炭处理中，条
带 ２仅出现在 ３％生物炭处理中；定植 １２０ ｄ 时，ＣＫ
缺失条带 ２、５、１０、１９、２３、２５，其中条带 １９、２５ 仅出
现在 ５％生物炭处理中，５％及 ３％生物炭处理均缺失
条带 ２４．
　 　 根据图 ３ 的 ＤＧＧＥ 图谱，使用 Ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｏｎｅ 图
像分析软件进行细菌相似性分析，得出营养基质细
菌相似性指数（表 ３）．结果表明，生物炭处理之间相
似性较高，均在 ６０．９％以上；生物炭处理与 ＣＫ 之间
相似性较低．说明种植 １１茬营养基质中添加生物炭
处理后的细菌群落结构与 ＣＫ 间产生显著差异，但
生物炭的添加量对细菌群落结构多样性无显著
影响．
３　 讨　 　 论
设施蔬菜连作会导致土壤酶活性降低、微生物
群落结构单一化、有害微生物数量增多［１９－２１］ ．本试
验使用营养基质栽培黄瓜，在连作 １１茬时同样得到
上述结论，经生物炭处理后，连作营养基质中微生物
群落结构、数量及几种主要酶活性均发生显著改变，
使营养基质性状得到有效改善．
由于设施栽培下长期施肥后土壤缺少雨水淋溶
作用等原因，土壤中硝酸根含量逐渐积累升高，使土
壤 ｐＨ下降导致土壤酸化［２２］，而土壤酸化对作物根
系活力、植株生长发育、土壤酶活性及土壤微生物活
性均会产生严重影响［２３］ ．本试验中营养基质连作 １１
茬后，细菌和放线菌数量均显著低于种植 １茬，真菌
数量显著高于种植 １茬．添加生物炭后，由于生物炭
可有效吸附土壤中的 Ｈ＋，提高土壤 ｐＨ 值［２４］，可以
一定程度缓解连作土壤酸化作用，使细菌和放线菌
数量显著增加，恢复到种植 １ 茬的水平．真菌的数量
会随着 ｐＨ 的升高而减少［２５］，所以添加生物炭后营
养基质中的真菌数量显著下降到种植 １ 茬的水平．
另外，土壤中有机质的数量、质量和分布能够影响其
食物网的营养结构［２６］ ．本试验中生物炭的添加能够
有效增加土壤有机质含量，为微生物的繁扩创造有
利条件．
ＤＧＧＥ分析结果显示，经生物炭处理后，连作营
养基质内细菌群落结构变化与 Ｋｉｍ 等［２７］研究结果
６７７１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
相一致，添加生物炭能够有效增加细菌的多样性．这
是因为生物碳表面多孔隙的结构，能够将细菌吸附
到其表面，并对菌丝形成一定的保护作用［２８］，进而
丰富了细菌群落结构的多样性．
土壤微生物是土壤酶的重要来源之一．微生物
数量及多样性的增加，间接提高了土壤酶活性［２９］ ．
土壤酶活性与土壤肥力的关系紧密，土壤酶活性也
是评价土壤生物学活性、土壤肥力和土壤生产力的
重要指标之一［３０－３２］，土壤酶活性越高，表明土壤性
状越好．本试验中，添加生物炭后，微生物数量及多
样性增加，营养基质中的几种主要酶活性也有显著
提高，说明连作营养基质的理化性状得到改善．本试
验中，连作营养基质的中性磷酸酶活性较种植 １ 茬
有所提高，而生物炭的添加会使营养基质中性磷酸
酶活性显著下降．该现象可能是添加生物炭使土壤
ｐＨ 升高引起的［３３］ ．
４　 结　 　 论
生物炭能够显著提高连作营养基质的过氧化物
酶活性，高浓度生物炭能够显著提高营养基质的蔗
糖酶及脲酶活性．同时，生物炭处理显著增加了营养
基质中细菌和放线菌数量，降低了真菌数量，增加微
生物群落结构多样性．从酶活性和微生物数量上看，
除中性磷酸酶外，添加生物炭后能够使连作 １１茬黄
瓜的营养基质的主要酶活性和微生物数量恢复到种
植 １茬后的营养基质水平．表明添加生物炭对黄瓜
连作营养基质具有一定的调节修复作用．
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ｎｅｓｅ）
作者简介　 邹春娇 女，１９９０ 年生，硕士研究生．主要从事设
施蔬菜连作障碍研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： １３３５２４７０１６５＠ １６３．ｃｏｍ
责任编辑　 肖　 红
８７７１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷