轮作模式对西兰花耕作土壤微生物和酶活性的影响

杨子峰，陈伟强，王 伟，李婉怡，何贤彪，杨祥田

(1.台州市农业科学研究院，浙江 临海 317000； 2.湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉 430062； 3.台州市路桥区农作物管理站，浙江 台州 318050)

轮作模式对西兰花耕作土壤微生物和酶活性的影响

杨子峰1，陈伟强1，王 伟2，*，李婉怡3，何贤彪1，杨祥田1

(1.台州市农业科学研究院，浙江 临海 317000； 2.湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉 430062； 3.台州市路桥区农作物管理站，浙江 台州 318050)

以“西兰花—空闲”轮作为对照，研究西兰花种植前和收获期，“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作1 a和“西兰花—早稻”轮作2 a对土壤微生物和酶活性的影响。西兰花种植前，“西兰花—南瓜”轮作土壤细菌、放线菌和真菌数量最多；西兰花收获期，“西兰花—早稻”轮作2 a土壤细菌和真菌数量最多，“西兰花—早稻”轮作1 a土壤放线菌数量最多。西兰花种植前，“西兰花—早稻”轮作1 a土壤微生物生物量氮最高；西兰花收获期，“西兰花—早稻”轮作2 a土壤微生物生物量碳和土壤微生物生物量氮均最高。西兰花种植前，“西兰花—早稻”轮作2 a土壤脲酶活性最高；西兰花收获期，“西兰花—早稻”轮作2 a土壤脲酶和蔗糖酶活性均最高。上述结果表明，与其余3种轮作模式相比，“西兰花—早稻”轮作2 a可更有效地改善西兰花耕作土壤微生物环境，提高土壤酶活性。

轮作；西兰花；土壤微生物；土壤酶活

土壤微生物作为农田生态系统的重要组成部分，可合成、分解有机质，参与碳、氮、磷、钾等元素循环转化[1-2]，对土壤功能、生态系统的稳定和自然界元素循环等具有重要的作用[3]。保持土壤微生物的多样性对土壤质量和安全以及农业生产都具有重要意义[4]。土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的动向和强度，是评价土壤肥力的指标之一[5]。土壤微生物和酶活性对外界环境因素(如不同作物轮作等)的干扰响应较为敏感，是当前研究热点问题之一[6-7]。

在我国热带和亚热带地区，一般采用一年三熟或两年五熟的土地利用模式。同一作物长期连续种植会造成土壤元素的异常积累和过度消耗[8-9]，不同作物轮作一般优于种植单一作物[6]。作物轮作模式不同，对土壤微生物和酶活性的影响也有差异。目前，轮作对土壤微生物和酶活性影响的研究主要集中在不同轮作模式的对比方面[10-11]；然而，不同作物轮作模式对作物种植前和收获期土壤微生物和酶活性的影响研究还较少。本研究选择浙江省临海市桃渚镇西兰花耕作土壤，以“西兰花—空闲”轮作为对照，监测西兰花种植前和收获期“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作1 a和”西兰花—早稻”轮作2 a土壤微生物数量和酶活性，研究轮作模式对西兰花耕作土壤微生物数量和酶活性的影响，以期为提出合理轮作措施，指导生态农业可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于浙江省临海市桃渚镇，属亚热带季风气候，多年平均降雨量1 504.4 mm，日平均气温17.3 ℃。试验地土壤属轻黏土，多年土壤干容重1.33 g·cm-3，pH值6.58，有机质36.53 g·kg-1，碱解氮20.6 mg·kg-1，有效磷4.08 mg·kg-1，速效钾30.0 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验设“西兰花—空闲”轮作(对照，2012年开始实施该轮作)、“西兰花—南瓜”轮作(模式1，2012年开始实施该轮作)、“西兰花—早稻”轮作1 a(模式2，2012年开始实施该轮作)和“西兰花—早稻”轮作2 a(模式3，2011年开始实施该轮作)4种处理。大田试验对比，不设重复。早稻(中早39)于2014年4月21日直播，播量4～5 kg·667 m-2，2014年7月7日齐穗，2014年8月6日收获；南瓜(蜜本南瓜)于2014年3月11日播种，2014年4月14日移栽，2014年7月15日收获；西兰花(绿雄90)于2014年8月26日播种，2014年9月25日移栽，2015年1月20日收获。肥水与病虫害防治按常规管理执行。

1.3 样品采集

2014年9月11日(西兰花种植前)、2015年1月20日(西兰花收获期)分别在试验小区内多点采集0～20 cm土层土壤，混匀后用四分法取1 kg备用，用灭菌的镊子去除植物根系、石砾等杂物，将土样收集于无菌封口袋中，密封带回实验室测定土壤微生物数量、土壤微生物生物量和土壤酶活性。

1.4 分析方法

土壤细菌、放线菌和真菌数量分别用牛肉膏蛋白胨培养基、高氏一号培养基和马丁式培养基，采用传统的微生物平板计数法测定[12]。微生物量碳氮采用氯仿熏蒸—0.5 mol·L-1K2SO4提取，用K2Cr2O7氧化法测碳、腚酚蓝比色法测氮[13]。土壤脲酶活性测定用苯酚-次氯酸钠比色法；蔗糖酶活性测定用3，5-二硝基水杨酸法[14]。

1.5 数据处理

用SPSS 19.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同轮作模式对土壤微生物数量的影响

表1显示，西兰花种植前，与对照相比，“西兰花—南瓜”轮作土壤细菌数量增加118.73%，而“西兰花—早稻”轮作1 a土壤细菌数量降低39.84%；“西兰花—南瓜”轮作土壤放线菌数量增加31.40%，而“西兰花—早稻”轮作1 a和“西兰花—早稻”轮作2 a土壤放线菌数量分别降低21.10%和28.76%；“西兰花—南瓜”轮作和“西兰花—早稻”轮作1 a土壤真菌数量分别增加100.25%和39.00%，而“西兰花—早稻”轮作2 a土壤真菌数量降低40.75%。

表1 不同轮作模式对西兰花耕作土壤微生物数量的影响

Table 1 Effects of different crop rotation modes on soil microbes of broccoli

时间Time轮作模式Rotationmode细菌数量Bacteriaquantity/(106cfu·g-1)放线菌数量Actinomycetesquantity/(106g-1)真菌数量Fungiquantity/(106g-1)种植前对照Control2 51±1 5743 60±22 074 00±1 46Beforeplanting模式1Mode15 49±3 0457 29±3 208 01±0 31模式2Mode21 51±0 3134 40±9 815 56±2 18模式3Mode32 53±1 2531 06±8 682 37±1 30收获期对照Control4 34±1 0313 90±0 900 85±0 12 Afterharvest模式1Mode13 86±1 028 53±2 462 86±0 29模式2Mode22 93±0 8523 60±3 303 64±0 45模式3Mode35 27±0 7312 66±2 845 36±0 39

模式1，“西兰花—南瓜”轮作；模式2，“西兰花—早稻”轮作1 a；模式3，“西兰花—早稻”轮作2 a。下同。

Mode 1， broccoli-pumpkin; Mode 2， 1 a rotation of broccoli-early rice; Mode 3， 2 a rotation of “broccoli-early rice. The same as below.

西兰花收获期，与对照相比，“西兰花—南瓜”轮作和“西兰花—早稻”轮作1 a土壤细菌数量分别降低11.06%和32.49%，而“西兰花—早稻”轮作2 a土壤细菌数量增加21.43%；“西兰花—南瓜”轮作和“西兰花—早稻”轮作2 a土壤放线菌数量分别降低38.63%和8.92%，而“西兰花—早稻”轮作1 a土壤放线菌数量增加69.78%；“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作1 a和“西兰花—早稻”轮作2 a土壤真菌数量分别增加236.47%、328.24%和530.59%(表1)。

与西兰花种植前相比，西兰花收获期，“西兰花—空闲”轮作(对照)土壤细菌数量增加72.91%，土壤放线菌和真菌数量分别降低68.12%和78.75%；“西兰花—南瓜”轮作土壤细菌、放线菌和真菌数量分别减少29.69%、85.11%和64.29%；“西兰花—早稻”轮作1 a土壤细菌数量增加94.04%，土壤放线菌和真菌数量分别减少31.40%和34.53%；“西兰花—早稻”轮作2 a土壤细菌和真菌数量分别增加108.30%和126.16%，土壤放线菌数量降低59.24%(表1)。

2.2 不同轮作模式对土壤微生物生物量的影响

表2显示，西兰花种植前，与对照相比，“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作1 a和“西兰花—早稻”轮作2 a土壤微生物生物量碳分别降低9.43%、47.63%和17.91%；“西兰花—早稻”轮作1 a土壤微生物生物量氮增加77.39%，“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作2 a土壤微生物生物量氮分别降低85.67%和83.09%。

西兰花收获期，与对照相比，“西兰花—早稻”轮作1 a和“西兰花—早稻”轮作2 a土壤微生物生物量碳分别增加15.52%和67.02%，“西兰花—南瓜”轮作土壤微生物生物量碳降低43.95%，“西兰花—南瓜”轮作和“西兰花—早稻”轮作2 a土壤微生物生物量氮分别增加11.91%和201.35%，“西兰花—早稻”轮作1 a土壤微生物生物量氮降低23.19%(表2)。

与西兰花种植前相比，西兰花收获期“西兰花—空闲”轮作、“西兰花—南瓜”轮作和“西兰花—早稻”轮作1 a土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮均减少，其中，“西兰花—空闲”轮作土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮分别减少80.21%和92.73%，“西兰花—南瓜”轮作分别减少87.75%和43.21%，“西兰花—早稻”轮作1 a分别减少56.36%和96.85%。西兰花收获期“西兰花—早稻”轮作2 a土壤微生物生物量碳减少59.74%，土壤微生物生物量氮增加29.58%(表2)。

2.3 不同轮作模式对土壤酶活性的影响

表2 不同轮作模式对西兰花耕作土壤微生物生物量的影响

Table 2 Effect of different crop rotation modes on soil microbial biomass of broccoli

时间Time轮作模式Rotationmode土壤微生物生物量碳Soilmicrobialbiomasscarbon/(mg·kg-1)土壤微生物生物量氮Soilmicrobialbio⁃massnitrogen/(mg·kg-1)种植前对照Control745 27±115 15173 15±139Before模式1Mode1674 97±222 5724 81±8 80planting模式2Mode2390 33±128 39307 15±52 7模式3Mode3611 78±363 2129 28±8 33收获期对照Control147 47±46 7612 59±5 45 After模式1Mode182 66±16 3814 09±5 97harvest模式2Mode2170 35±37 999 67±4 51模式3Mode3246 3±48 3637 94±10 95

表3显示，西兰花种植前，与对照相比，“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作1 a和“西兰花—早稻”轮作2 a土壤脲酶活性分别提高57.81%、4.94%和108.08%，而土壤蔗糖酶活性分别降低21.67%、35.00%和28.89%。

西兰花收获期，与对照相比，“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作1 a和“西兰花—早稻”轮作2 a土壤脲酶活性分别提高90.26%、19.21%和79.25%；“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作1 a土壤蔗糖酶活性分别降低2.35%和17.65%，“西兰花—早稻”轮作2 a土壤蔗糖酶活性提高11.76%(表3)。

与西兰花种植前相比，西兰花收获期，各轮作模式下土壤脲酶活性均增加，分别为42.29%、71.55%、61.64%和22.58%，蔗糖酶活性分别增加41.67%、76.60%、79.49%和122.66%(表3)。

表3 不同轮作模式对西兰花耕作土壤酶活性的影响

Table 3 Effect of different crop rotation modes on soil enzyme activities of broccoli

时间Time轮作模式Rotationmode脲酶活性Ureaseactivity/(mg·g-1)蔗糖酶活性Sucraseactivity/(mL·g-1)种植前对照Control20 05±1 031 80±0 09Before模式1Mode131 64±2 841 41±0 11planting模式2Mode221 04±3 871 17±0 24模式3Mode341 72±0 241 28±0 17收获期对照Control28 53±1 302 55±0 06 After模式1Mode154 28±3 112 49±0 23harvest模式2Mode234 01±5 792 10±0 33模式3Mode351 14±4 792 85±0 16

3 结论与讨论

土壤细菌、放线菌和真菌是构成土壤微生物群落结构的主要成分。研究显示，人参与紫穗槐轮作后，土壤真菌、放线菌和细菌的数量均有变化，其中细菌数量的变化最明显[15]。本试验结果显示，西兰花种植前，“西兰花—南瓜”轮作可增加土壤细菌、放线菌和真菌数量。这与董艳等[7]认为的轮作显著增加了细菌、放线菌数量，而显著降低了土壤真菌数量的结论有差异，与李刚等[16]的黄瓜与番茄交替种植比黄瓜单一种植更有利于增加细菌、真菌和放线菌数量的结论基本一致。

土壤微生物生物量碳是土壤有机碳的灵敏指示因子，土壤微生物生物量氮是土壤微生物对氮素固持和矿化作用的综合体现[17]。本试验条件下，西兰花种植前，“西兰花—早稻”轮作1 a可增加土壤微生物生物量氮，西兰花收获期，“西兰花—早稻”轮作2 a可增加土壤微生物生物量碳和生物量氮。这可能是由于“西兰花—早稻”轮作后，土壤微生物数量发生了改变，进而加速了土壤中有机质的分解，促进腐殖质的形成，为微生物的生长提供了足够的营养成分。戴建军等[18]研究发现，在前茬为玉米的土壤中，大豆—玉米混作的土壤微生物生物量氮显著高于单作大豆和单作玉米的处理。官会林等[11]研究表明，绿肥—烟草和大豆—烟草复种模式下，植烟土壤微生物生物量碳显著高于冬闲连作地。这与本研究结论基本一致。可见，土壤微生物生物量碳、 氮的变化与作物轮作因素有关。“西兰花—早稻”轮作能增加土壤微生物利用碳源的能力，为微生物提供良好的营养条件，使微生物保持较高活性，从而提高土壤微生物多样性，进而增加西兰花耕作土壤微生物生物量碳和氮。

土壤酶是由植物根系及其残体、土壤动物及其遗骸和微生物所分泌的，能催化土壤中复杂有机物质向简单无机化合物的转化[19]。其活性高低可以反映土壤养分，尤其是土壤中氮、磷养分转化的强弱[5]。土壤酶活性对外界环境因素(如轮作模式等)的干扰响应较为敏感，可作为预警土壤质量变化的敏感指标[20]。本试验显示，西兰花种植前和收获期，与对照相比，3种轮作处理下，土壤脲酶活性均有所增加，其中，“西兰花—早稻”轮作2 a增幅最大。

不同作物轮作对土壤蔗糖酶活性的影响较为复杂。西兰花种植前，与对照相比，3种轮作模式下土壤蔗糖酶活性均有所下降；西兰花收获期，“西兰花—南瓜”轮作、“西兰花—早稻”轮作1 a土壤蔗糖酶活性降低，而“西兰花—早稻”轮作2 a土壤蔗糖酶活性增加。土壤蔗糖酶活性是土壤养分和作物需求耦合关系的综合体现[21]。上述结果表明，多种作物的合理轮作有助于完善土壤的营养结构，进而促进土壤脲酶和蔗糖酶活性提高，其中，“西兰花—早稻”轮作2 a更有利于土壤脲酶和蔗糖酶活性的提高。

综上，西兰花种植前，“西兰花—早稻”轮作2 a可明显提高土壤细菌数量，减少土壤真菌数量，提高土壤脲酶活性；西兰花收获期，“西兰花—早稻”轮作2 a可增加土壤细菌和真菌数量，提高土壤微生物生物量碳和生物量氮，增强土壤蔗糖酶活性和脲酶活性。总体来看，“西兰花—早稻”轮作2 a可更有效地改善西兰花耕作土壤微生物环境，提高土壤酶活性。

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(责任编辑 高 峻)

Effect of rotation tillage on soil microbial biomass and enzyme activity of broccoli

YANG Zifeng1， CHEN Weiqiang1， WANG Wei2，*， LI Wanyi3， HE Xianbiao1， YANG Xiangtian1

(1.TaizhouAcademyofAgriculturalSciences，Linhai317000，China; 2.CollegeofResourcesandEnvironmentalScience，HubeiUniversity，Wuhan430062，China; 3.CropManagementStationofLuqiaoDistrict,TaizhouCity，Taizhou318050，China)

In order to study the effects of crop rotation patterns on soil microbes and enzyme activities， “broccoli-free” rotation was used as control， and “broccoli-pumpkin”， 1 a rotation of “broccoli-early rice” and 2 a rotation of “broccoli-early rice” were selected. Microorganism and enzyme activity of soil were tested before broccoli planting and after harvest. Before broccoli planting， the quantity of bacteria， actinomycetes and fungi were the highest in“broccoli-pumpkin” rotation soil. After broccoli harvest， the quantity of bacteria and fungi was the highest in 2 a rotation of “broccoli-early rice” soil， while the quantify of actinomycetes was the highest in 1 a “broccoli-early rice” rotation soil. Before broccoli planting， soil microbial biomass nitrogen was the highest in 1 a rotation of “broccoli-early rice”. After broccoli harvest， soil microbial biomass nitrogen and carbon were the highest in 2 a rotation of “broccoli-early rice” soil. Before broccoli planting， soil urease activity was the highest in 2 a rotation of “broccoli-early rice” rotation. After broccoli harvest， soil urease and sucrase activity were both the highest in 2 a rotation of “broccoli-early rice”soil. In conclusion， compared with the other 3 rotation modes， 2 a rotation of “broccoli-early rice” could effectively improve soil microbial environment and promote soil enzyme activity in broccoli cultivation land.

rotation; broccoli; soil microbes; soil enzyme activities

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.05.19

2016-01-01

台州市科技计划项目(131KY21)

杨子峰(1982—)，男，浙江温岭人，硕士，工程师，主要从事生态农业及作物栽培研究。E-mail:yangzifeng709@126.com

*通信作者，王伟，E-mail: longxiww@163.com

S154.3

A

1004-1524(2017)05-0818-06

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(5): 818-823

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