全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2008, 35 (3) : 357 - 362
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2007 - 09 - 24; 修回日期 : 2008 - 02 - 05
基金项目 : 国家 ‘十一五’科技支撑计划项目 ( 2006BAD07B04, 2006BAD17B07) ; 国家 ‘863’计划项目 ( 2006AA10Z421) ;
农业部结构调整项目 (06204202B)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: gaolh@ cau1edu1cn; Tel: 010 - 62732825)
轮作对黄瓜连作土壤环境和产量的影响
吴艳飞 , 张雪艳 , 李　元 , 魏文杰 , 高丽红 3
(中国农业大学农学与生物技术学院 , 北京 100094)
摘 　要 : 为了评价轮作对连作障碍土壤的修复效果 , 采用盆栽方式 , 设置休闲、轮作、间作等处理 ,
以生产中常用的夏季休闲的连作为对照 , 研究各处理对连作 8年黄瓜的温室土壤生物修复效果及对后茬黄
瓜产量的影响。结果表明 , 夏季温室休闲期种植大蒜和菠菜及白菜的处理可以显著降低土壤盐分积累 , 增
加土壤微生物数量 , 抑制镰刀菌的增殖 ; 叶菜 —黄瓜 —番茄轮作较对照收益提高了 2613% , 大蒜 —黄瓜 —
黄瓜轮作较对照提高了 1116% , 黄瓜间作大蒜年收益与对照相近。从本试验的结果来看 , 填闲和轮作可显
著改善土壤微生物组成 , 利于修复连作障碍的土壤。
关键词 : 黄瓜 ; 轮作 ; 土壤微生物 ; 土壤肥力
中图分类号 : S 64212　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2008) 0320357206
Influence of Rota tion on Con tinuous Cropp ing So il Env ironm en t and Cucum 2
ber Y ield
WU Yan2fei, ZHANG Xue2yan, L I Yuan, W E IW en2jie, and GAO L i2hong3
(College of A gronom y and B iotechnology, China A gricultural U niversity, B eijing 100094, China)
Abstract: In order to evaluate the restoration effect of cropp ing system s on continuous cropp ing soil,
treatments of nitrogen2catching crop , rotation, and intercrop were adap ted to study soil fertility and m icrobial
indexes of the soil from an 82year continuous cropp ing field using pot experiments. Fallow was used as control
(CK). Cucumber yield were recorded. By p lanting garlic and leafy vegetable, soil salt were significantly
reduced, number of soil m icrobe increased, and the rep roduction of Fusarium was inhibited. Income from
leafy vegetable - cucumber - tomato treatment increased by 2613% and that from garlic - cucumber - cucum2
ber increased by 1116% , while income from treatment of cucumber intercropp ing garlic was almost the same
as that from control. Therefore, the treatment of leafy vegetable - cucumber - tomato or the treatment of garlic
- cucumber - cucumber could imp rove composition of soil m icrobe, restore continuous cropp ing soil, and in2
crease income.
Key words: cucumber; crop rotation; soil m icrobe; soil fertility
设施蔬菜生产中 , 土壤质量退化问题日趋严重 , 造成土壤质量退化的原因有多种 , 其中连作障碍
是主因之一。黄瓜是设施栽培的主栽品种 , 同时也是连作障碍比较严重的作物。学者们对于黄瓜连作
障碍的机理进行了较为深入的研究 (吴凤芝 等 , 2000; 喻景权和杜尧舜 , 2000) , 对解决连作障碍
的途径也作了一些有益探讨 , 认为轮作是克服连作障碍的最有利的技术措施之一。但有关轮作克服连
作障碍的机理、轮作对土壤环境及作物影响的研究大都集中在大田作物及其它经济作物上 ( H ick2
man, 2002; 闫志山 等 , 2005) , 而对连作障碍严重的温室作物黄瓜的研究相对较少。
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本试验是在对北京温室黄瓜生产现状进行调研的基础上 , 选用连作 8年黄瓜的温室土壤为研究对
象 , 研究不同轮作方式对连作土壤的修复效果及对产量的影响 , 为温室土壤健康、持续利用提供理论
依据。
1　材料与方法
111　材料及试验设计
试验于 2004年 6月至 2005年 10月在中国农业大学科学园日光温室中进行。
土壤取自顺义种植 8年黄瓜的日光温室 , 土壤 EC值 0173 mS·cm - 1 , pH 6188, 全氮 01181% ,
速效氮、有效磷、速效钾分别为 19214、824和 805 mg· kg- 1 , 土壤养分含量明显高于一般的温室土
壤。细菌、放线菌、真菌、镰刀菌分别为 102 ×106、71 ×105、92 ×103和 6918 ×102个 ·g- 1 DM。采
用盆栽方式 , 盆直径 25 cm , 盆高 28 cm。为防止试验过程中塑料盆受外界环境的影响 , 将塑料盆埋
于地下 , 盆口与地面齐平。
供试黄瓜 (Cucum is sa tivus L. ) 品种为 ‘津优 3号 ’, 菠菜 (Spinacia oleracea L. ) 品种为耐热的
‘Kerdion RZ’, 白菜 (B rassica cam pestris ssp. ch inensis Makino) 品种为 ‘青梗王 ’, 大蒜 (A llium sa ti2
vum L. ) 品种为 ‘成都二水早 ’, 番茄为 ‘中杂 9号 ’。
试验设计见表 1。每个小区面积约 515 m2 , 种植 12盆 , 3次重复 , 随机区组排列。夏茬所有处理
均不施肥 , 但根据作物生长要求进行正常的水分管理。秋黄瓜定植前每盆施入膨化鸡粪 300 g, 鸡粪
肥力指标为全氮 01061% , 速效氮 1 02515 mg·kg- 1 , 有效磷 1 077127 mg·kg- 1 , 速效钾 4 422134
mg·kg- 1。追肥浇施山崎黄瓜专用配方营养液 , 所有处理水肥供应一致。
表 1　试验设计
Table 1　Exper im en ta l design
处理
Treatment
夏茬 Summer
2004 - 6 - 25—9 - 30
秋茬 Fall
2004 - 9 - 30—12 - 30
春茬 Sp ring
2005 - 3 - 10—6 - 25
夏茬 Summer
2005 - 6 - 25—10 - 15
1 大蒜 Garlic 黄瓜 Cucumber 黄瓜 Cucumber 大蒜 Garlic
2 菠菜—白菜 黄瓜 Cucumber 番茄 Tomato 菠菜—白菜
Sp inach - Pakchoi Sp inach - Pakchoi
3 休闲 Fallow 黄瓜间作大蒜 黄瓜 Cucumber 休闲 Fallow
Cucumber + garlic
对照 Control 休闲 Fallow 黄瓜 Cucumber 黄瓜 Cucumber 休闲 Fallow
112　取样及测量方法
于每茬拉秧期取样 , 每盆取一个样 , 每小区取 10个样混合 , 土样取自 0～20 cm, 共 3份平行样。
一部分土样装入无菌纸袋 , 立即带回实验室 , 研磨过 2 mm筛后于 4 ℃冰箱保存 , 用于土壤微生物的
分析 ; 另一部分土样风干 , 用于土壤化学指标分析。
采用土壤浸出液法培养细菌 , 稀释平板计数法计数 ; 马丁孟加拉红 —链霉素选择性培养基培养真
菌 , 稀释平板计数法计数 ; 改良高氏一号培养基培养放线菌 , 稀释平板计数法计数 ; PCNB培养基培
养镰刀菌 , 稀释平板计数法计数 (李阜棣 等 , 1996)。
采用 1∶5土壤悬液电导法 (电导仪法 ) 测量土壤 EC值 ; 电位计法测量土壤 pH值 ; 半微量凯氏
定氮法测量土壤全氮 ; 流动分析仪测量土壤速效氮 ; 015 mol·L - 1 NaHCO3浸提 —钼锑抗吸光光度法
测量土壤有效磷 ; 1 mol·L - 1 NH4 AC浸提 —火焰光度法测量土壤速效钾 (鲍士旦 , 2000)。共测定 3
个平行样本 , 每个样本测量 3次 , 取其平均值。数据采用 SAS分析法进行显著性分析。
记录温室夏茬不同处理作物的产量、产值及秋冬茬和早春茬不同处理小区产量和产值。
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2　结果与分析
211　轮作对土壤化学指标的影响
本试验初始土壤的 EC值为 0173 mS·cm - 1 , 速效 N、P、K含量偏高 , 盐分积累严重。从图 1可
以看出 , 夏季种植作物 (处理 1和处理 2) 后 (2004 - 09 - 30) , 土壤 EC值、速效 N、P、K含量与
本土相比均有显著降低 , 其中以种植叶菜的处理 2降低幅度最大。夏茬休闲处理 (处理 3和处理 4)
土壤化学指标虽然较本土也有变化 , 这种变化与休闲期土壤含水量低 , 土壤中有效养分的转化有关 ,
但差异不如种植作物的处理明显。
随后的秋冬茬试验由于定植前均施入一定量底肥 , 且秋冬季地温低 , 黄瓜吸肥量小 , 所以在秋冬
茬黄瓜拉秧期 (2004 - 12 - 30) 土壤 EC值及速效 N、P、K含量恢复到较高水平。
经过一年的试验 , 在春茬黄瓜拉秧期 (2005 - 06 - 25) 各处理土壤 EC值有明显降低 , 处理 1和
处理 2降低幅度最大 ; 速效氮的含量依次为对照 >处理 3 >处理 2 >处理 1, 有效磷的含量处理 2和处
理 3要高于对照 ; 速效钾含量处理 2比对照低 155 mg·kg- 1 , 处理 1比对照低 139 mg·kg- 1 , 各处理
间差异显著。
土壤酸碱度会影响土壤中各离子的有效性及作物对离子的吸收。从图 1中可以看出夏季种植大蒜
(处理 1) 后 (2004 - 09 - 30) 土壤 pH值较对照上升了 0121个单位 , 这种变化有利于抑制真菌病害
图 1　轮作对土壤 EC、pH、全氮、速效 N、有效磷、速效钾值的影响
F ig. 1　Effect of rota tion on so il EC, pH, tota l N, ava ilable N, ava ilable P, ava ilable K
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的发生 , 但为何会出现这种变化有待于进一步研究。各处理在秋茬黄瓜及春茬黄瓜拉秧期 pH值变化
处理间差异不显著 , 但相比而言 , 对照 pH最低 , 夏茬种植大蒜 (处理 1) 和秋茬黄瓜大蒜间作处理
(处理 3) 的土壤 pH相对较高。
212　轮作对土壤微生物数量的影响
土壤微生物区系组成和数量的变化 , 与土壤中植物养分的转化和吸收以及各种土壤病害的发生都
有很大关系 , 其含量和组成在一定程度上反映了土壤健康程度。随着土壤连作年限的增加 , 土壤会从
细菌型向真菌型转化。
本试验对各茬口拉秧期土壤微生物数量的变化进行了研究。从图 2可以看出 , 经过 2004年夏茬
不同轮作处理后 (2004 - 09 - 30) , 各处理土壤中细菌数量与初始土壤相比大幅降低 , 放线菌数量升
高 , 真菌和镰刀菌种植大蒜和速生叶菜的处理 1和处理 2均降低 , 而夏茬休闲的处理 3和对照数量变
化不大。这种变化一方面是作物改变的结果 , 另一方面是由于试验所用土壤从田栽变为盆栽 , 土壤的
理化性质发生改变 , 进而影响到土壤的微生物组成和繁殖。
在秋茬黄瓜拉秧期 (2004 - 12 - 30) , 由于地温很低 , 温度对微生物的影响超过了作物根系对微
生物的影响 , 所以各处理间微生物数量差异不是很大 , 同时微生物总量偏低。
经过一年稳定期 , 在重复试验 2005年夏茬试验结束后 ( 2005 - 10 - 15) , 土壤中细菌数量为处
理 1 >处理 2 >处理 3 >对照 ; 真菌反之 ; 放线菌以处理 3最高。各处理 B /F (细菌 /真菌比值 ) 值为
处理 1 >处理 2 >处理 3 >对照。处理 1种植大蒜后土壤中细菌大幅度的提高与大蒜生长前期根系细菌
数量远大于其它作物有关 (杨益清 , 1989)。
图 2　轮作对土壤细菌、真菌、放线菌、镰刀菌数量的动态影响
F ig. 2　Effect of rota tion on so il bacter ia, so il fung i, so il actinom ycetes, and so il fusar ium
黄瓜枯萎病是黄瓜生产中重点防治的土传病害 , 也是造成黄瓜连作障碍的重要因素 , 因此抑制镰
刀菌的繁殖 , 降低枯萎病的发病率是判断轮作克服连作障碍效果的重要指标。黄瓜与非瓜类作物轮作
可以抑制枯萎病的发生。
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从图 2中可以看出 , 种植大蒜 (处理 1) 对镰刀菌有明显的抑制作用。这是因为种植大蒜后一方
面改变了寄主的种类 , 另一方面大蒜分泌的大蒜素对镰刀菌有较强的抑制作用 , 所以种植一茬大蒜后
土壤中镰刀菌明显下降 (金扬秀 等 , 2003) , 种植菠菜和白菜 (处理 2) 虽然对枯萎病没有抑制作
用 , 但由于寄主的改变也不利于镰刀菌的繁殖和生长。
213　产量及经济效益的评价
不同轮作处理各茬作物的产量和收益存在差异。从表 2中可以看出 , 夏茬的产量和收益以处理 2
较高 , 其次为处理 1, 处理 3和处理 4均为休闲期 , 此茬无收益。各处理秋黄瓜的产量非常低 , 这与
秋黄瓜结瓜期短有关 , 本茬黄瓜收获期为一个半月 , 而且后期处于低温弱光期。各处理比较 , 处理 2
的产量最高 , 结瓜期也早 , 其次是对照 , 处理 1和处理 3产量没有差异 , 都低于对照。春茬产量高于
秋茬 , 处理 2种植番茄 , 产量最高 , 种植黄瓜的处理以处理 1产量最高 , 处理 3次之 , 最低的是对
照。从年收益来看 , 处理 2收益达到 22107元 ·m - 2 , 比对照高了 2613% , 其次是处理 1, 年收益为
19151元 ·m - 2 , 比对照高 1116% , 处理 3和对照没有差异。
表 2　不同轮作产量和经济效益表
Table 2　Y ield and incom e from d ifferen t rota tion
处理
Treatment
夏茬产量 /
( kg·m - 2 )
(2004 - 9 - 30)
Summer yield
夏茬收益 /
( yuan·m - 2 )
(2004 - 9 - 30)
Summer income
秋茬产量 /
( yuan·m - 2 )
(2004 - 12 - 30)
Autumn yield
秋茬收益 /
( yuan·m - 2 )
(2004 - 12 - 30)
Autumn income
春茬产量 /
( kg·m - 2 )
(2005 - 6 - 25)
Sp ring yield
春茬收益 /
( yuan·m - 2 )
(2005 - 6 - 25)
Sp ring income
总收益 /
( yuan·m - 2 )
Total income
1 1117 1117 1143 3101 1013 1513 19151
2 0197 + 1123 2169 1181 3142 10152 15195 22107
3 0 0 1140 2186 10112 15111 17197
对照 Control 0 0 1160 3112 9152 14136 17141
3　结论与讨论
研究者将连作障碍归结为致病菌积累、营养失衡和根系分泌物的自毒作用。不同作物吸收养分的
种类和数量不同 , 因此不同作物轮作可以均衡土壤养分 , 避免某种盐分的过量积累 , 在一定程度上可
以避免土壤次生盐渍化的发生。
土壤微生物不仅受到外界环境、施肥种类、作物生育期等的影响 (胡元森 等 , 2004; 樊军和郝
明德 , 2003) , 同时还受到植物根系分泌物的影响 , 根系分泌物直接影响了土壤微生物的种类和数量
(朱丽霞 等 , 2003)。
不同作物轮作可以避免某种致病菌的大量积累 , 减轻土传病害的发生。因此改变连作这种栽培模
式 , 将黄瓜与其它作物轮作理论上可以修复产生连作障碍的土壤。本试验的结果表明夏季种植大蒜不
仅降低了土壤盐分积累 , 同时增加了土壤中细菌、放线菌的数量 , 降低了真菌、镰刀菌的数量 , 并且
对镰刀菌的抑制作用效果非常明显。叶菜 —黄瓜 —番茄处理同样降低了土壤盐分积累 , 增加微生物数
量 , 但该处理影响了磷的吸收 , 与对照相比磷反而有了一定积累。夏季种植速生叶菜类及大蒜有利于
秋茬黄瓜的生长 , 叶菜 —黄瓜 —番茄处理全年的经济效益最高。
作物不仅仅影响到土壤中微生物的数量 , 更多的是影响到微生物的种类和多样性 (A lvey,
2003) , 合理的微生物多样性可以抑制有害病菌的繁殖 , 对微生物多样性的研究在评价系统、维护生
态平衡中发挥着重要作用 , 因此在研究轮作对土壤微生物的影响时应该考虑到微生物多样性和种类的
变化。本试验选用的栽培模式比较少 , 要全面探讨轮作机理、选择合适的轮作措施 , 还需要选用更多
的作物与黄瓜轮作。
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