全 文 ：不同种植年限有机土基质的变化及其
对温室黄瓜生长的影响*
宋为交摇 贺超兴**摇 于贤昌摇 张志斌摇 李衍素摇 闫摇 妍
(中国农业科学院蔬菜花卉研究所, 北京 100081)
摘摇 要摇 研究了不同种植年限有机土基质的理化性质变化及其对黄瓜生长的影响. 结果表
明:随着种植年限的增加,有机土栽培基质的理化性质变差,表现为容重增大、总孔隙度减小、
土壤酸碱度降低、有效养分含量下降;有机土微生物区系中细菌、放线菌数量下降,真菌数量
增多.随有机土种植年限的增加,黄瓜的生长受到一定影响,表现为株高、叶面积减小,光合功
能衰退,黄瓜产量和品质下降,有必要对连续种植 3 年的有机土基质进行地力恢复.
关键词摇 温室黄瓜摇 有机土基质摇 种植年限摇 理化性状摇 产量品质
文章编号摇 1001-9332(2013)10-2857-06摇 中图分类号摇 S642郾 2摇 文献标识码摇 A
Changes of organic soil substrate properties with different cultivation years and their effects
on cucumber growth in solar greenhouse. SONG Wei鄄jiao, HE Chao鄄xing, YU Xian鄄chang,
ZHANG Zhi鄄bin, LI Yan鄄su, YAN Yan ( Institute of Vegetable and Flower, Chinese Academy of
Agricultural Sciences, Beijing 100081, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(10): 2857-2862.
Abstract: This paper studied the changes of organic soil substrate properties with increasing culti鄄
vation years and their effects on the cucumber growth in solar greenhouse. The results showed that
with increasing cultivation years, the physical and chemical properties of organic soil substrate dete鄄
riorated, which was manifested in the increase of bulk density and the decrease of total porosity,
pH, and available nutrient contents. The numbers of bacteria and actinomycetes in the substrate de鄄
creased with increasing cultivation years, while that of fungi was in reverse. The cucumber growth
was also affected to a certain extent, manifesting in the decrease of plant height and leaf area, the
decline of photosynthetic efficiency, and the decrease of yield and quality. It would be necessary to
restore the fertility of organic soil substrate after 3鄄year cultivation.
Key words: greenhouse cucumber; organic soil substrate; cultivation year; physical and chemical
properties; yield and quality.
*国家科技支撑计划项目(2011BAD12B03)、公益性行业(农业)科
研专项(201203005)和农业部园艺作物生物学与种质创新实验室资
助.
**通讯作者. E鄄mail: hechaoxing@ 126. com
2013鄄01鄄14 收稿,2013鄄07鄄23 接受.
摇 摇 设施栽培主要在半封闭状态下进行,连续种植
蔬菜作物会使土壤地力下降,土壤理化性质恶化,导
致蔬菜产量下降,影响了设施农业的可持续发
展[1-3] .土壤质量可以通过土壤物理结构、化学性质
和土壤生物等进行评价[4-8] .大量研究表明,秸秆还
田可降低表土盐分积累,增加各类群生物活性,减少
设施病原真菌繁殖,使土壤温度提高 1 ~ 2 益,增强
黄瓜对白粉病的抗性[9-11] .
有机土壤栽培基质(简称有机土)是以农业产
品有机废弃物玉米秸、麦秸等及腐熟有机肥和洁净
土壤为主要成分配制的蔬菜栽培基质系统,其栽培
效果明显优于普通土壤[12-13] . 研究表明,有机土栽
培增加了土壤养分含量,可使白菜增产 28% [14] . 有
机土栽培的油麦菜植株生长旺盛,产量较土壤栽培
提高 19. 6% ,硝酸盐含量则下降 81. 0% ,大大提高
了叶菜类蔬菜的食用安全性[15] .有机土因富含有机
营养,可有效提高地温 1 ~ 2 益,对增产和改善作物
品质有一定促进作用[16] .有机土还显著促进了温室
番茄的生长,提高了产量,改善了果实营养品质[17] .
然而,随着种植年限的增加,有机土中有机物质不断
降解,理化性质会发生变化并对设施蔬菜生长产生
影响[18] .
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 10 月摇 第 24 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2013,24(10): 2857-2862
本文通过试验比较了不同种植年限的有机土物
理性质、有机质含量和矿质养分的变化以及对温室
黄瓜生长和产量的影响,以期为设施蔬菜栽培和地
力保持提供理论依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料
试验于 2011 年 7—11 月在中国农业科学院蔬
菜花卉研究所试验农场的日光温室内进行. 供试黄
瓜品种为中国农业科学院蔬菜花卉研究所选育的设
施专用黄瓜品种‘中农 26爷,为普通花性杂交一代黄
瓜品种. 7月 27日播种,8月 9日定植于石槽(长伊宽伊
高=50 cm伊50 cm伊30 cm)中,种植密度为4株·m-2 .
每个石槽底部用塑料膜隔开,防止水分与养分渗漏,
采用滴灌供水.黄瓜采用吊蔓栽培,常规管理方式,在
9月下旬进入采收期,11月 5日拉秧.
1郾 2摇 试验设计
试验设 4 个处理,分别为:1)T0,新配有机土,由
腐熟玉米秸秆、腐熟牛粪和普通土壤(2 颐 1 颐 1,V /
V)配制而成[12-15,18];2)T1,连续种植一年(2 茬)蔬菜
后的有机土;3)T2,连续种植 2 年(4 茬)蔬菜后的有
机土;4)CK,普通土壤栽培(对照),土壤为沙壤土.
不同年份配制的有机土基质所用原料相同,在
相同温室中栽培相同的蔬菜,每年番茄或黄瓜轮作,
试验时将槽中的不同年限有机土基质以相同体积填
满石槽.每处理设 3 次重复,每个重复 18 株,共 12
个小区.腐熟玉米秸秆容重为 0. 12 g·cm-3,含有机
质 82. 6% 、全氮 1. 4% 、全磷 0. 2% 、全钾 1. 8% ;干
腐熟牛粪容重为 0. 85 g·cm-3,含有机质 22. 2% 、全
氮 0. 8% 、全磷 0. 5% 、全钾 0. 6% ;普通土壤的容重
为 1. 08 g·cm-3,含有机质 1. 3% 、全氮 0. 2% 、全磷
0. 3% 、全钾 0. 8% ,各处理除前茬正常施肥外,定植
前未增施任何肥料,栽培管理施肥主要是每周随水
增施适量氮钾肥.
1郾 3摇 测定项目与方法
1郾 3郾 1 基质土壤样品采集 摇 分别于黄瓜定植前(8
月 8 日)和拉秧后(11 月 6 日)采集土样,每处理随
机选取 3 个位点,采集 0 ~ 20 cm 深的土壤,混合均
匀.一部分于 4 益冰箱保存,用于土壤微生物数量分
析;另一部分风干保存,用于理化性状分析.
1郾 3郾 2 土壤理化性状分析摇 土壤容重采用环刀法测
定;pH和 EC值分别用 pH计和电导率仪测定;有机
质采用低温外加热重铬酸钾氧化鄄比色法测定;碱解
氮含量采用扩散法测定;速效磷含量采用钼蓝比色
法测定;速效钾含量采用火焰分光光度法测定[19] .
1郾 3郾 3 土壤微生物数量测定摇 细菌培养采用牛肉膏
蛋白胨培养基;放线菌培养采用改良高氏 1 号培养
基(每 1000 mL培养基中加入重铬酸钾 0. 25 g 以抑
制细菌和霉菌生长);真菌采用马丁氏培养基(每
1000 mL培养基中加 0. 05 g孟加拉红粉末和链霉素
0. 3 g);微生物数量均采用系列稀释法计数[20] .
1郾 3郾 4 光合参数测定摇 在黄瓜采收初期(9 月 20 日,
晴天),使用 Li鄄6400 便携式光合测定仪测定植株第
8 节位叶片(功能叶)的净光合速率等光合参数.
1郾 3郾 5 黄瓜生长和品质指标测定摇 定植一个月后测
定植株株高(茎基部到生长点的距离)及叶片叶面
积(叶面积扫描仪). 采收期摘取成熟度好、生长一
致的黄瓜果实样品由农业部蔬菜品质监督检测中心
(北京)测定各品质指标,其中可溶性蛋白含量采用
考马斯亮蓝 G鄄250 染色法测定;维生素 C 含量采用
钼蓝比色法测定;可溶性固形物采用手持测糖仪测
定;硝酸盐含量采用水杨酸法测定;可溶性糖含量采
用蒽酮乙酸乙酯比色法测定[21] .
1郾 4摇 数据处理
采用 DPS 软件 Duncan 新复极差法(P<0. 05)
对试验数据进行统计分析,采用 Microsoft Excel 软
件作图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同种植年限有机土壤理化性质的变化
2郾 1郾 1 物理性状摇 不同种植年限的有机土壤物理性
状存在较大差异(表 1). 定植前与拉秧后各处理的
容重大小均表现为 CK>T2 >T1 >T0,各处理与对照差
异显著,T0显著小于其他处理,T1与 T2之间无显著
差异.定植前和拉秧后的总孔隙度及电导率表现为
T0>T1>T2>CK,T0显著高于其他处理,T1与 T2之间无
显著差异.土壤容重的增加一方面与滴灌导致的土
壤紧实度增加有关,另一方面与有机物质不断被微
生物分解及矿质化,使原有土壤结构改变,体积减少
有关.土壤容重整体上随着种植年限的增加而增大,
土壤通气性变差,基质电导率由于秸秆分解及土壤
腐殖质中矿质元素不断被植物根系吸收而降低.
2郾 1郾 2 有机质含量及速效养分摇 不同种植年限的有
机土基质的有机质含量及速效养分含量显著不同,
且随黄瓜栽培年限增加其含量有不同程度下降(表
2).与定植前相比,拉秧后 T0、T1、T2分别降低 51% 、
3 . 7% 、3. 7% ,新配有机土基质的有机质含量最高,
8582 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 1摇 不同种植年限的有机土物理性状的变化
Table 1摇 Changes of physical property of organic soil with different cultivation years
处理
Treatment
容重
Bulk density
(g·cm3)
定植前
Before planting
拉秧后
After harvest
总孔隙度
Total porosity
(% )
定植前
Before planting
拉秧后
After harvest
电导率
Electric conductivity
(mS·cm-1)
定植前
Before planting
拉秧后
After harvest
pH
定植前
Before planting
拉秧后
After harvest
T0 0. 45c 0. 59c 81. 0a 79. 3a 1. 37a 0. 89a 8. 13a 7. 45a
T1 0. 68b 0. 72b 65. 8b 65. 8b 0. 48b 0. 49b 8. 05b 7. 36a
T2 0. 73b 0. 75b 68. 1b 67. 1b 0. 45bc 0. 30c 7. 44c 7. 11b
CK 1. 08a 1. 11a 54. 7c 54. 0c 0. 37c 0. 45b 8. 23a 7. 64a
同列不同小写字母表示差异显著(P<0. 05) Different small letters in same column indicated significant difference at 0. 05 level. 下同 The same below.
表 2摇 不同种植年限的有机土有机质含量和速效养分的变化
Table 2摇 Changes of organic matter and available nutrient of organic soil with different cultivation years
处理
Treatment
有机质含量
Organic matter
content (% )
定植前
Before
planting
拉秧后
After
harvest
铵态 N
NH4 + 鄄N
(mg·kg-1)
定植前
Before
planting
拉秧后
After
harvest
硝态 N
NO3 - 鄄N
(g·kg-1)
定植前
Before
planting
拉秧后
After
harvest
速效 P
Available P
(g·kg-1)
定植前
Before
planting
拉秧后
After
harvest
速效 K
Available K
(g·kg-1)
定植前
Before
planting
拉秧后
After
harvest
T0 17. 7a 6. 8a 124. 0a 29. 7a 2. 45a 0. 61b 0. 28c 0. 51a 2. 41a 1. 35a
T1 2. 7b 2. 8b 23. 6c 18. 7b 1. 17b 1. 09a 0. 65a 0. 21c 1. 08b 0. 43c
T2 2. 2b 2. 1b 38. 8b 17. 5b 1. 01c 0. 32c 0. 48b 0. 43b 0. 68c 0. 41c
CK 1. 3b 1. 2c 12. 0c 5. 7c 0. 036d 0. 46c 0. 29c 0. 28c 0. 45d 0. 51b
达 17. 7% ,而随黄瓜栽培其有机质含量下降最快,
可见新配有机土中的有机物质分解很快,随栽培年
限增加,其下降速度减缓,其他 3 个处理的有机质含
量较低,且相对稳定,表明低含量土壤有机质的补充
与消耗基本平衡.
定植前有机土各处理的速效养分均显著高于对
照(表 2),其中 T1处理的铵态氮、硝态氮、速效磷含
量最高,T0处理的速效钾含量最高.添加秸秆显著改
善了有机土的营养水平,随着蔬菜栽培,拉秧后各处
理的硝态氮、铵态氮、速效钾含量整体下降,表明有
机土为蔬菜生长提供了充足的营养,促进了蔬菜的
生长和养分的吸收.
2郾 1郾 3 微生物数量摇 不同种植年限有机土的微生物
数量明显不同(表 3). 各有机土处理的细菌含量显
著高于对照,且拉秧后的总数量显著高于定植前.定
植前各处理差异显著,以 T1含量最多,其干土中细
菌达 5. 27 伊107 CFU·g-1,T2次之,干土中细菌达
2郾 77伊107 CFU·g-1,新配有机土 T0与 CK 细菌较
少,有机土明显高于普通土,表明新配有机土随蔬菜
栽培,有机物质诱导了细菌等微生物的迅速增长,微
生物的增多加剧了有机质的分解,随栽培年限增加,
有机质含量减少,微生物数量亦有所下降.真菌数量
则以新配有机土(T0)最少,其含量随种植年限的增
加而增多,明显高于普通土对照.放线菌亦以有机土
中数量显著高于普通土壤,且随蔬菜栽培而迅速增
加.表明不同种植年限的温室土壤中,微生物组成和
数量存在较大差异,随连作年限的增加,细菌和放线
菌数量均表现出先增加后减少的趋势,真菌数量随
连作年限的增加呈增加趋势.
2郾 2摇 不同种植年限的有机土基质对黄瓜生长和产
量的影响
不同处理间黄瓜的株高及单叶叶面积有显著差
异(表 4).其中株高以 T0处理最高,显著高于其他
处理,其次为T1 ,T2处理与CK间无显著差异;黄瓜
表 3摇 不同种植年限的有机土根际微生物变化
Table 3摇 Changes of rhizosphere microbe in organic soil with different cultivation years
处理
Treat鄄
ment
细菌
Bacteria (伊107 CFU·g-1)
定植前
Before planting
拉秧后
After harvest
真菌
Fungi (伊105 CFU·g-1)
定植前
Before planting
拉秧后
After harvest
放线菌
Actinomyce (伊104 CFU·g-1)
定植前
Before planting
拉秧后
After harvest
T0 1. 87c 8. 20b 1. 67d 4. 67c 1. 53a 8. 03c
T1 5. 27a 13. 43a 4. 67b 5. 67b 1. 60a 13. 67a
T2 2. 77b 7. 33b 6. 33a 18. 67a 1. 50a 11. 63b
CK 0. 67d 3. 03c 2. 00c 3. 67d 1. 13b 7. 70d
958210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 宋为交等: 不同种植年限有机土基质的变化及其对温室黄瓜生长的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 4摇 不同种植年限的有机土对黄瓜生长和产量的影响
Table 4摇 Effects of organic soil with different cultivation years on plant growth and yield of cucumber
处理
Treatment
株高
Height
(cm)
单叶面积
Leaf area
(cm)
叶绿素含量
Chlorophyll content
(mg·g-1)
根系活力
Root activity
(滋g·g-1·h-1)
单株产量
Yield per plant
(kg)
产量
Yield
(kg·m-2)
T0 137. 2a 378. 2a 1. 98b 128. 1a 1. 61a 6. 63a
T1 124. 5ab 293. 3b 2. 04b 110. 5b 1. 26b 5. 19b
T2 103. 1b 275. 5c 2. 29a 93. 9c 1. 16c 4. 78c
CK 107. 3b 257. 6c 1. 84c 71. 2d 1. 15c 4. 74c
单叶叶面积亦有相同趋势,依次为 T0 >T1 >T2 >CK,
T2与对照无显著差异.表明随种植年限增加,有机土
较普通土的根区改良效果呈下降趋势,种植 2 年的
有机土基质与普通土壤栽培效果差异不显著.
摇 摇 T2处理叶片的叶绿素含量显著高于其他处理,
其他处理间无明显差异,这可能与 T2处理植株矮
小、单叶叶面积较小而使叶片叶绿素积累有关.不同
种植年限的有机土处理其黄瓜根系活力均显著高于
对照,其中 T0处理最高,与其他处理呈显著差异,T1
处理次之,T2处理最低,可见随着种植年限的增加,
黄瓜根系活力呈下降趋势,这与有机土的地力水平
下降密切相关.
有机土基质比普通土壤疏松透气、保水保肥,从
而提高了黄瓜根系的代谢活力,有利于黄瓜植株的
生长,但随着种植年限的增加,这种优势逐渐减弱.
从不同种植年限有机土栽培的黄瓜产量可以看出,
T0、T1、T2处理分别比对照增加 40% 、9. 6% 、0. 9% ,
其中 T0处理的产量最高,与其他处理差异显著,T1
处理次之,T2处理产量最低,T2处理与普通土壤无显
著差异,表明种植 2 年的有机土与普通土壤已基本
相同.
2郾 3摇 不同种植年限的有机土基质对黄瓜叶片光合
参数的影响
应用不同种植年限的有机土栽培黄瓜,各处理
叶片光合速率差异显著(图 1),表现为 T0 >T1 >T2 >
CK,T0处理的光合速率显著高于其他处理,T1与 T2
处理之间无显著差异,T2处理与对照差异不显著,气
孔导度、胞间 CO2浓度及蒸腾速率表现出相同的趋
势.表明随着种植年限的增加,黄瓜叶片的光合速率
受到一定的影响,表现出逐渐下降趋势,种植 2 年的
有机土与普通土壤栽培效果无显著差异.
2郾 4摇 不同种植年限的有机土基质对黄瓜营养品质
的影响
不同种植年限的有机土基质栽培黄瓜果实营养
图 1摇 不同种植年限有机土对黄瓜叶片光合参数的影响
Fig. 1摇 Effects of organic soil with different cultivation years on photosynthetic parameters in leaves of cucumber.
不同小写字母表示差异显著(P<0. 05)Different small letters indicated significant difference at 0. 05 level.
0682 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 5摇 不同种植年限的有机土对黄瓜营养品质的影响
Table 5 摇 Effects of organic soil with different cultivation
years on nutrient quality of cucumber
处理
Treat鄄
ment
维生素 C
Vitamin C
(mg·kg-1)
可溶性糖
Soluble
sugar
(% )
可溶性
蛋白
Soluble
protein
(mg·kg-1)
可溶性
固形物
Soluble
solids
(% )
硝酸盐
Nitrate
(mg·kg-1)
T0 10. 80a 1. 96a 0. 74a 4. 0a 182. 0c
T1 10. 30b 1. 63b 0. 73a 3. 6b 286. 6b
T2 9. 02c 1. 53c 0. 63b 3. 2c 294. 2b
CK 8. 26d 1. 59b 0. 79a 3. 6b 320. 0a
品质有明显差异(表 5),维生素 C 含量在各处理间
差异显著,且有机土处理均显著高于对照;可溶性糖
和可溶性固形物处理间差异显著,随着种植年限的
增加,含量逐渐下降;可溶性蛋白含量除 T2较低外,
其他处理与对照无显著差异;各处理的硝酸盐含量
显著低于对照.可见,有机土基质栽培明显改善了黄
瓜的营养品质,但随着种植年限的增加,有机质含量
下降,根区理化性质变劣,黄瓜果实的营养品质受到
明显影响而降低.
3摇 讨摇 摇 论
植物的根区环境对蔬菜的营养吸收和光合生长
有重要作用,因此栽培基质的理化性质包括容重、总
孔隙度、pH 值和电导率等必须在适宜范围内,作物
根系才能正常生长[18] . 本研究表明,新配的有机土
表现出良好的理化性状,这与添加秸秆减小了土壤
容重,同时增加了营养供给有关.随着种植年限的增
加,土壤有机质不断腐殖化和降解矿质化,土壤有机
质不断减少,土壤养分含量不断下降,同时由于秸秆
被分解导致土壤容重增大,总孔隙度显著下降,土壤
的通气性变差.因此随种植年限的增加,有机土的理
化性质劣化,有机土基质的栽培优势逐渐减弱,这与
马云华等[22]、吴凤芝等[23]的研究结果一致.
微生物是土壤生态系统的重要组成部分,对动
植物残体的分解、有机质的矿化、腐殖质和团聚体的
形成及维持土壤生态系统平衡起着不可替代的作
用.三大类微生物中,细菌是土壤微生物的优势群
体,细菌与土壤容重及有机质呈正向效应,真菌与有
机质呈正向效应,放线菌则影响较小[24-26] . 本试验
结果表明,随着种植年限的增加,土壤中的有机质含
量呈下降趋势,导致细菌和放线菌数量不断减少,真
菌数量不断增加,土壤微生物区系从“细菌型冶向
“真菌型冶转化,这与葛红莲等[27]、吴凤芝等[28]的研
究结果一致.
随着蔬菜种植年限的增加,有机土基质理化性
质变劣,最终影响了黄瓜的正常生长,不利于黄瓜产
量的提高和品质的改善. 种植 2 年后的有机土继续
使用将不利于设施蔬菜的生长,有必要采取措施对
其进行修复,才能维持有机土基质的地力水平,保证
设施蔬菜优质高产和设施农业的可持续生产,但如
何进行修复还有待进一步研究.
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nal of Northeast Agricultural University (东北农业大学
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作者简介摇 宋为交,女,1987 年生,硕士.主要从事作物栽培
基质研究. E鄄mail: songweijiao2008@ sina. com
责任编辑摇 张凤丽
2682 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷