菌-菜轮作对土壤质量及蔬菜品质的影响*

瞿 飞，杨 静，赵夏云，唐 兵，马关鹏，文林宏

（贵州省农业科学院园艺研究所，贵州 贵阳 550025）

优良的土壤结构是农业高产优质的基础，连作会引起土壤肥力下降、土传病害严重、根系分泌的自毒作用增强、病原微生物数量增多等问题，从而导致作物生长受阻、病害严重、品质和产量降低[1-2]。轮作是近年来应用最广泛、最有效的科学栽培管理方法之一。合理轮作能有效解决连作障碍的一系列问题，如降低土壤有害物质的积累、改善土壤生态结构[3-4]、创造良好的作物生长环境、促进农业产业增产增收，从而实现农田土壤生态可持续发展。土壤结构广义上定义为土壤颗粒、团聚体、孔隙的空间排列或异质性[5]。有相关研究表明，直接通过覆盖种植，对土壤扰动最小，不同作物轮作可以保持和改善土壤质量[6]。轮作可以提高土壤养分利用率，提高根际土壤微生物群落物种多样性和土壤酶活性，减少病虫害的发生[7]。土壤肥力形成机制复杂，土壤肥力评价方法也不尽一致[8]，温庭臣等[9]运用主成分分析和聚类分析方法综合评价了土壤肥力特征。毛宁等[10]在研究大球盖菇与草莓轮作对土壤及草莓生长的影响中发现，轮作可显著改善土壤质量，增加土壤酶活，促进植物生长，有效缓解草莓连作障碍。章明清等[11]研究表明，利用蔬菜、水稻对氮和磷吸收能力上的差异，创制菜-稻轮作体系，较蔬菜连作促进了氮、磷的高效利用，降低了土壤氮、磷流失率。近年来，不同作物轮作已得到广泛应用，相关报道也较多，但以食用菌和蔬菜轮作模式对土壤养分、酶活以及蔬菜品质的影响报道较少。研究在贵州省农业科学院园艺所科研基地进行，选择大球盖菇与辣椒、白菜轮作为研究对象，分析轮作后土壤养分含量、酶活以及蔬菜品质的响应变化，为现代高效山地农业发展提供理论材料。

1 材料与方法

1.1 材料

试验土壤为贵州省园艺研究所常年用于辣椒和白菜连作的土壤，土壤类型为石灰岩发育的微酸性黄壤，0〜30 cm土层有机质含量28.96 g·kg-1、有效氮 0.15 g·kg-1、有效磷 23.49 mg·kg-1、有效钾 0.25 g·kg-1。通风条件好，光照较充足，肥力中等。

供试食用菌选用大球盖菇，培养基料为玉米芯。辣椒品种为香辣四号，白菜品种为贵蔬高抗三季王。

1.2 试验设计

试验以大田方式进行，大田面积1 334 m2，2019年11月在栽培大球盖菇前五点法取蔬菜连作土壤5个样，设为对照（CK）。2020年5月待大球盖菇采收后取5个土样，设为处理T1；大球盖菇-辣椒、大球盖菇-白菜轮作试验分别划分3块试验小区，面积相同，待轮作蔬菜成熟后，随机取土壤样品，设大球盖菇-辣椒土样为处理T2，大球盖菇-白菜土样为处理T3。植株样取样前使用卷尺测定株高、株幅，用电子秤称取整株蔬菜重量，用锡箔纸包裹植株样品。菌-菜轮作辣椒和白菜植株样分别设为处理G1和G2，辣椒和白菜连作植株样分别设为对照CK1和CK2。

1.3 样品测定

土壤样品测定指标及方法：总氮，凯氏定氮法；有效氮，碱解扩散法；总磷，HClO4-H2SO4消煮法；有效磷，碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；总钾，火焰光度法；有效钾，醋酸铵浸提-火焰光度法；有机质，重铬酸钾油浴法；土壤粒径分析，六偏磷酸钠-吸管法；比重，排水称重法；脲酶，二乙酰-肟比色法；酸性磷酸酶，对硝基苯磷酸二钠比色法；过氧化氢酶，高锰酸钾滴定法；蔗糖酶，3，5-二硝基水杨酸比色法。

植株样品测定指标及方法：VC，高效液相色谱；可溶性糖，蒽酮比色法；可溶性蛋白，G-250考马斯亮蓝法；纤维素，蒽酮比色法；辣椒素，高效液相色谱。

1.4 数据处理与分析

采用microsoft excle 2010软件对数据进行处理，SPSS 20.0软件进行数据统计性分析，相关性分析，采用origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤养分的影响

不同处理下土壤养分特征如表1所示。

表1 不同处理土壤养分特征Tab.1 Soil nutrient characteristics of different treatments

如表1所示，各处理与对照相比均有不同程度变化，表现为T1处理后土壤pH、总氮、总磷、有效磷、有效钾和有机质等指标显著提高（P＜0.05）；T2和T3处理后，土壤养分均显著提高（P＜0.05）。T1处理的pH、有效钾高于T2和T3处理、其他指标均低于轮作处理；T2与T3处理主要在有效氮、有效磷及有机质方面出现显著差异（P＜0.05），且T3均高于T2。T1处理后土壤pH显著升高（P＜0.05），接茬蔬菜后又降低，轮作过程pH呈先升高后降低趋势。从养分含量变化说明单独栽培大球盖菇与菌-菜轮作均能一定程度改善土壤养分，T3处理促进氮磷有效态转化优于其他处理，T1处理对有效钾的转化贡献率最高。

2.2 不同处理对土壤粒径分布的影响

不同处理后土壤粒径含量占比情况见图1。

图1 不同处理土壤粒径分布Fig.1 Distribution of soil particle size under different treatments

如图1所示，从含量分布可以看出粒级出现8个等级，其中 2 μm～5 μm、5 μm～10 μm、10 μm～20 μm、20 μm～50 μm 这五个等级含量占比较高。T1 处理下土壤粒径主要集中在 2 μm～5 μm、5 μm～10 μm、10 μm～20 μm，分别占比 25.1%、20.4%和19.3%；T2处理下土壤粒径主要集中在2 μm～5 μm、5 μm～10 μm、10 μm～20 μm，分别占比 19.1%、18.3%和22.3%；T3处理下土壤粒径主要集中在2 μm～5 μm、5 μm～10 μm、10 μm～20 μm、20 μm～50 μm，分别占比19.7%、18.3%、21.9%和19.7%；各处理与对照相比，T1处理和对照分布一致，T2和T3处理一致，与对照相比有显著差异，说明轮作处理可改变土壤团聚结构。

根据《土壤理化分析》[12]对土壤粒径进行分级，按照粒径大小分为9级。粒径＞10 000 μm为石块，粒径 3 000 μm〜10 000 μm 为粗硕，粒径 1 000 μm〜3 000 μm 为细硕，粒径 250 μm〜1 000 μm 为粗砂粒，粒径50 μm〜250 μm为细砂粒，粒径10 μm〜50 μm为粗粉粒，粒径5 μm〜10 μm为细粉粒，粒径1 μm〜5 μm为粗粘粒，粒径<1 μm为粘粒。

2.3 不同处理对土壤酶活性影响

不同处理对土壤酶活性的影响，见图2。

图2 不同处理的土壤酶活Fig.2 Enzyme activity of different treatment soil

如图2所示，与对照相比，不同处理对土壤酶活产生较大影响。T1和T3处理可显著提高土壤脲酶活性（P＜0.05），分别提高44.0%和37.5%。T2处理显著提高蔗糖酶活性（P＜0.05），达21.8%，T3处理显著降低26.4%（P＜0.05），T1无显著差异。T2和T3处理显著降低酸性磷酸酶活性（P＜0.05），分别降低87.8%和83.5%。T2处理后土壤过氧化氢酶活性显著降低（P＜0.05），降低55.6%，T3处理则提高39.0%活性（P＜0.05）。数据反映出不同处理对土壤酶活可产生不同程度的影响，但不同酶活反应具有较大差异。

2.4 菌-菜轮作对蔬菜品质的影响

轮作处理对辣椒和白菜品质的影响见表2和表3。

表2 轮作处理对辣椒品质的影响Tab.2 Effect of rotation on quality of Capsicum annuum

表3 轮作处理对白菜品质的影响Tab.3 Effect of rotation on quality of Chinese cabbage

由表2和表3数据分析可知，轮作对辣椒、白菜品质具有明显影响。相比对照，G1处理可明显提高辣椒生长量，其中单株产量增产40.8%，VC含量45.5%，可溶性蛋白增加16%，可溶性糖和辣椒素含量略低。与白菜轮作的G2处理中，白菜生长量也明显提高，单株产量增产12.4%，VC增加45.5%，可溶性糖增加21.9%，纤维素含量降低19.6%，可溶性蛋白含量降低28.1%。由此可知，轮作能有效提高蔬菜产量和部分品质含量。

3 讨论

3.1 不同处理对土壤质量的影响

土壤肥力与养分的有效利用是保障农业可持续生产的基础。轮作已成为作物现代化高效栽培的重要环节，其对土壤作用的丰富多样。本研究中单种大球盖菇，大球盖菇分别与辣椒、白菜轮作可显著改善土壤质量，提高土壤肥力。相关研究结果与本研究结果基本一致，如稻-菜轮作能显著提高双季稻土壤质量[13]；玉米-豌豆-小麦轮作后土壤全氮和有机质的含量显著提高[14]；谷子-大豆轮作可改善土壤肥力状况[15]。轮作对土壤肥力作用效果要优于只栽培大球盖菇，尤其有效态养分含量，但大球盖菇连作、辣椒白菜的连作及轮作没有试验数据分析对比，因此，该轮作效果还需进一步对比验证，明确此轮作模式的优势。

土壤酶活是土壤质量水平中重要的生物指标。轮作模式中不同作物生长期对土壤作用效果存在差异，易引起土壤中酶活性的变化[16]。合理的轮作能促进土壤生物化学作用，提高土壤相关酶活性[17]。试验中4种酶活反应发生无规律变化， T3处理使脲酶和过氧化氢酶活性显著提高，蔗糖酶和酸性磷酸酶降低。相关研究发现，番茄与大白菜轮作后土壤过氧化氢酶活性显著提高[18]，与本试验结果相似。而菌-辣椒轮作仅促进蔗糖酶活性的提高，有研究发现，通过添加辣椒秸秆等有机物料与酸化土壤进行培养，随着培养时间的延长，土壤脲酶、过氧化氢酶等活性出现下降现象[19]。总体而言，不同处理方式下土壤酶活变化没有表现出一定的规律性，可能与轮作次数、周期等相关，后期需长期多次进行验证。

土壤粒径被看作理想球体的直径，粒径含量分布可表示土壤团聚结构类型，土壤团聚体结构稳定性影响土壤通透性和微生态环境[20]。本研究结果显示，菌-菜轮作处理试验组较只栽培大球盖菇处理试验组以及对照组，土壤粒径分布发生明显变化，主要从粗粘粒结构向粗粉粒发生转变，一定程度上优化了土壤通透性和微生物环境。相关研究也表明，保护性耕作可增强土壤团聚体的形成[21]。不同作物轮作可使土壤根系分泌的类型增加，同时保持土壤微生物多样性，使微团聚体含量增多，促进土壤结构改良[22]。但持续单一轮作模式是否对土壤团聚结构产生负作用，还需长期监测。

3.2 菌-菜轮作对蔬菜品质的影响

本研究结果发现，轮作可使蔬菜产量显著增高，VC含量增长幅度较大，其他品质指标变化较小，因此，后续可考虑产量和VC含量较低的蔬菜资源进行此轮作模式研究，一方面进一步验证菌-菜轮作对该方面的影响效果，另一方面可协助优良品种的选育及生产。