蚯蚓糞與脫硫石膏配施對(duì)設(shè)施黃瓜連作障礙的效應(yīng)研究.pdf

核農(nóng)學(xué)報(bào) 2024 38 6 1163 1174 Journal of Nuclear Agricultural Sciences 蚯蚓糞與脫硫石膏配施對(duì)設(shè)施黃瓜連作障礙的 效應(yīng)研究 申佳麗 1 2 魏彥鳳 1 丁增偉 3 安明遠(yuǎn) 1 尹 翠 4 朱紅艷 4 曹云娥 1 1 寧夏大學(xué)葡萄酒與園藝學(xué)院 寧夏 銀川 750021 2 甘肅省武威市人才交流與服務(wù)中心 甘肅 武威 733099 3 西夏區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 寧夏 銀川 750021 4 寧夏共享人力集團(tuán)有限公司 寧夏 銀川 750021 摘 要 為研究不同土壤改良劑對(duì)設(shè)施黃瓜 Cucumis sativus L Del 99 連作障礙的影響 本試驗(yàn)于2018 2020年在寧夏園藝產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)進(jìn)行 設(shè)置對(duì)照組 CK 蚯蚓糞 V 脫硫石膏 G 及蚯蚓糞與脫硫石膏 配施 G V 處理 探究不同處理對(duì)土壤物理性質(zhì) 土壤酶活性 土壤微生物群落分布 黃瓜品質(zhì)及產(chǎn)量的 影響 并將其納入土壤質(zhì)量指數(shù) SQI 進(jìn)行擬合分析 結(jié)果表明 與對(duì)照相比 蚯蚓糞與脫硫石膏配施 G V 能降低北方地區(qū)連作土壤的pH值 增加土壤電導(dǎo)率 EC 有機(jī)質(zhì) 速效氮 速效磷 速效鉀含量 蚯蚓糞配施脫硫石膏的細(xì)菌門 屬群落豐富度最高 且放線菌門 Actinobacteria 比例隨種植年限增加而 增加 連續(xù)種植四茬后 施加各改良劑均能顯著增加黃瓜產(chǎn)量 相較于對(duì)照組以蚯蚓糞 脫硫石膏配施 G V 處理增幅較高 各茬相比于對(duì)照組分別增加19 81 31 47 11 36 14 98 相關(guān)分析結(jié)果 顯示 土壤綜合質(zhì)量指數(shù) SQI 與黃瓜產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系 綜上 蚯蚓糞與脫硫石膏 G V 配施能 夠協(xié)同改善設(shè)施連作土壤綜合質(zhì)量指數(shù) 提升設(shè)施黃瓜產(chǎn)量 本研究結(jié)果為我國(guó)北方地區(qū)設(shè)施蔬菜的 可持續(xù)生產(chǎn)和設(shè)施連作障礙的改善提供了理論參考 關(guān)鍵詞 黃瓜 蚯蚓糞 脫硫石膏 連作障礙 DOI 10 11869 j issn 1000 8551 2024 06 1163 自20世紀(jì)70年代 我國(guó)引進(jìn)設(shè)施栽培技術(shù)以來 設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn) 1 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值取得 了較大成果 黃瓜 Cucumis sativus L 屬于敏感性蔬 菜作物 2 因栽培設(shè)施固定 設(shè)施土壤長(zhǎng)期處于半封閉 狀態(tài) 環(huán)境高溫高濕 復(fù)種指數(shù)高 肥料和農(nóng)藥使用量 大 3 此外 各地追求連片種植和規(guī)?；?jīng)營(yíng) 使得設(shè) 施土壤鹽分加重 養(yǎng)分失調(diào) 植物自毒物質(zhì)積累 土傳 病害加重 4 土壤微生物群落明顯改變 5 最終導(dǎo)致黃 瓜品質(zhì)及產(chǎn)量降低 6 對(duì)設(shè)施黃瓜的栽培造成嚴(yán)重威 脅 7 8 連作障礙土壤修復(fù)方法有施用根際促生菌 采 取土壤改良處理 增施有機(jī)肥 生物炭調(diào)控等 其中采 取土壤改良處理是緩解連作障礙最有效的方法 9 脫硫石膏又稱排煙脫硫石膏 主要成分為二水硫 酸鈣 CaSO 4 2H 2 O 10 用于減少鹽脅迫和改善土壤鹽 堿化地區(qū)的作物生長(zhǎng) 11 12 杜雅仙等 13 研究表明 脫 硫石膏與結(jié)構(gòu)改良劑配施能顯著改善龜裂堿土理化性 狀 降低土壤容重和pH值 增加總孔隙度和水穩(wěn)性團(tuán) 聚體 促進(jìn)水稻生長(zhǎng) 陳虹等 14 研究表明 一次性施 入30 t hm 2 的脫硫石膏 施用5年內(nèi)能夠降低土壤pH 值 增加土壤有機(jī)質(zhì)含量 蚯蚓糞具有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu) 可以有效改善連作 土壤的板結(jié)問題 15 新鮮蚯蚓糞還具有大量有益微 生物種群 在促進(jìn)黃瓜根系生長(zhǎng)的同時(shí)還對(duì)苗期土傳 病害具有抑制作用 16 劉一凡等 17 研究表明 蚯蚓糞 肥能促進(jìn)作物生長(zhǎng) 提高作物產(chǎn)量和品質(zhì) 馮騰騰 等 18 研究表明 施用蚯蚓糞黃瓜的農(nóng)藝性狀較佳 產(chǎn) 量和品質(zhì)均較高 單穎等 19 研究也表明 蚯蚓糞在改 良土壤理化性狀 平衡土壤微生物環(huán)境 提高土壤肥力 等方面優(yōu)勢(shì)明顯 大量研究表明 蚯蚓糞在改善土壤結(jié)構(gòu) 促進(jìn)作物 生長(zhǎng) 提高作物產(chǎn)量方面具有顯著效果 20 21 蚯蚓糞 與脫硫石膏配施對(duì)設(shè)施連作土壤具有優(yōu)化作用 但脫 文章編號(hào) 1000 8551 2024 06 1163 12 收稿日期 2023 07 27 接受日期 2023 12 28 基金項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金 31760569 十三五 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題 2019YFD1001902 作者簡(jiǎn)介 申佳麗 女 主要從事設(shè)施蔬菜生理與土壤調(diào)控研究 E mail shenjiali0509 通訊作者 曹云娥 女 教授 主要從事蔬菜生理與土壤調(diào)控研究 E mail caohua3221 1163 核 農(nóng) 學(xué) 報(bào) 38 卷 硫石膏屬鹽類化合物 為避免其可能帶來的不利影響 實(shí)現(xiàn)其對(duì)土壤連作的有效改良 促進(jìn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì) 依 然存在一些關(guān)鍵問題亟待明確和解決 22 鑒于此 本 研究通過長(zhǎng)期定位 持續(xù)性檢測(cè)試驗(yàn) 在設(shè)施黃瓜連作 四茬后 采用土壤質(zhì)量指數(shù) soil quality index SQI 綜 合評(píng)估蚯蚓糞 脫硫石膏及兩者配施對(duì)黃瓜連作障礙 的改善效果 以期為我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供 科學(xué)依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)區(qū)位于寧夏賀蘭縣園藝產(chǎn)業(yè)園 屬于半干旱 溫帶大陸性氣候 年降雨量180 210 mm 無霜期160 170 d 最大霜凍深度為1 12 m 試驗(yàn)用黃瓜品種為德爾99 購自寧夏銀川市萬輝 生物有限公司 蚯蚓糞為赤子愛勝蚓大平二號(hào)生物處 理床中蚯蚓消解牛糞后的產(chǎn)物 土壤pH值7 35 土壤 電導(dǎo)率 soil electrical conductivity EC 1 89 mS cm 1 有 機(jī)質(zhì)含量28 7 g kg 1 全氮1 12 g kg 1 全磷0 89 g kg 1 速效氮57 33 mg kg 1 速效磷76 3 mg kg 1 速效鉀 57 0 mg kg 1 供試脫硫石膏購自寧夏石嘴山市惠農(nóng) 脫硫石膏廠 pH值7 18 EC值2 10 mS cm 1 重金屬 含量符合GB 15618 2018 土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤 污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn) 23 供試土壤類型為沙壤土 土壤理化性質(zhì)如下 土壤 有機(jī)質(zhì)18 6 g kg 1 全氮0 78 g kg 1 全磷0 31 g kg 1 速效氮24 2 mg kg 1 速效磷67 4 mg kg 1 速效鉀 185 9 mg kg 1 pH值7 94 EC值0 54 mS cm 1 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 第一茬栽培時(shí)間為2018年3 7月 第二茬栽培時(shí) 間為2018年9 12月 第三茬栽培時(shí)間為2019年3 7月 第四茬栽培時(shí)間為2019年9 12月 試驗(yàn)為單 因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 水平為根層土壤改良處理 包括 未處理對(duì)照土壤 CK 0 20 cm根層土壤增施脫硫 石膏 G 0 20 cm根層土壤增施蚯蚓糞 V 0 20 cm 根層土壤增施蚯蚓糞 脫硫石膏 G V 每個(gè)處理設(shè) 置一個(gè)小區(qū) 每個(gè)小區(qū)內(nèi)定植3壟 每壟定植2行 每行 定植23株黃瓜幼苗 株距15 cm 行距20 cm 寬行距為 60 cm 采用園式配方1 2倍液進(jìn)行灌溉 1 2園式配 方 硝酸鉀202 2 mg L 1 磷酸二氫銨76 5 mg L 1 硫 酸鉀236 5 mg L 1 尿素180 mg L 1 施肥周期為5 d 對(duì)于蚯蚓糞處理最優(yōu)施入量為60 t hm 2 脫硫石膏為 3 15 t hm 2 按各處理小區(qū)面積折算施入量 在定植前 以基肥的形式均勻地撒施在20 cm土層內(nèi) 對(duì)所有處 理而言 灌溉所用淡水為園區(qū)內(nèi)供應(yīng)的自來水 采用膜 下滴灌水肥一體化裝置進(jìn)行肥水灌溉 各個(gè)小區(qū)田間 管理和施肥灌水量保持一致 1 3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 1 3 1 土壤理化分析 于黃瓜盛果期時(shí) 每個(gè)小區(qū)中 隨機(jī)選取5個(gè)采樣點(diǎn) 用土鉆采集0 20 cm土層根際土 壤 自然風(fēng)干后磨碎 過2 mm篩后 放置備用 采用環(huán) 刀法測(cè)定土壤田間持水量 用鋁盒法測(cè)定土壤容重 每 個(gè)處理的樣本數(shù)為9 采用PHS 25 pH酸度計(jì) 上海雷 磁有限公司 水土比10 1 測(cè)定土壤pH值 使用DDS 307A EC儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司 測(cè)定EC 用 凱氏定氮法測(cè)定全氮含量 用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿 解氮含量 用鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷含量 用鉬藍(lán)比 色法測(cè)定全磷含量 用火焰分光光度法測(cè)定全鉀含量 用油浴加熱K 2 Cr 2 O 7 滴定法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量 24 用 磷酸苯二鈉比色法測(cè)定土壤磷酸酶活性 用苯酚 次氯 酸鈉比色法測(cè)定脲酶活性 用3 5 二硝基水楊酸比色 法測(cè)定蔗糖酶活性 用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過氧化氫 酶活性 25 1 3 2 細(xì)菌16S rRNA基因擴(kuò)增及高通量測(cè)序 采集 黃瓜株系根際周圍的新鮮土壤 裝入無菌自封袋 標(biāo) 號(hào) 去除雜物 裝置于15 mL無菌離心管中 干冰保存 后 送樣至上海美吉生物公司進(jìn)行DNA抽提及 Illumina MiSeq高通量測(cè)序后 對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)優(yōu)化處理 操作分類單元 operational taxonomic unit OTU 聚類分 析及注釋 多樣性及群落結(jié)構(gòu)分析等均在上海美吉 生物科技有限公司的I sanger平臺(tái)進(jìn)行 用QIIME 進(jìn)行稀疏分析 以區(qū)分OTU豐富度 Coverage覆蓋度 Shannon Simpson多樣性指數(shù)和總物種豐富度的Chao1 指數(shù) Ace指數(shù)和Sobs指數(shù) 使用CANOCO 5 0軟件對(duì) 土壤細(xì)菌門水平群落結(jié)構(gòu) 細(xì)菌相對(duì)豐度等指標(biāo)進(jìn)行 冗余分析 redundancy analysis RDA 1 3 3 黃瓜品質(zhì) 生物量及產(chǎn)量 在黃瓜盛果期 每 個(gè)處理中均隨機(jī)選取6株 表示6次重復(fù) 測(cè)定植株地上 與地下部分的干鮮重 稱量果實(shí)重量并記錄總產(chǎn)量 隨 機(jī)選取5株黃瓜果實(shí) 分別采用鉬藍(lán)比色法 蒽酮比色 法 NaOH滴定法 水楊酸法測(cè)定其維生素C 可溶性糖 有機(jī)酸 硝酸鹽含量 使用TD 45糖度計(jì) 金科利達(dá) 北 京 電子科技有限公司 測(cè)定可溶性固形物含量 1 3 4 土壤質(zhì)量評(píng)估 土壤質(zhì)量指數(shù) SQI 是用來評(píng) 估土壤健康程度的指標(biāo) 26 土壤質(zhì)量評(píng)估步驟 27 如 下 1 選擇有效的土壤指標(biāo) 土壤指標(biāo)與相關(guān)參數(shù)做 相關(guān)分析 P 0 05 2 對(duì)有效的土壤指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn) 1164 6 期 蚯蚓糞與脫硫石膏配施對(duì)設(shè)施黃瓜連作障礙的效應(yīng)研究 化主成分分析 principal component analysis PCA 如 果主成分 principal component PC 能解釋至少5 的 方差 則每一個(gè)都保留作進(jìn)一步分析 3 建立最小數(shù) 據(jù)集 minimum data set MDS 在每個(gè)保留PC中 高加 權(quán)因子載荷的絕對(duì)值在最高因子載荷的10 內(nèi) 保留 在MDS中 4 土壤質(zhì)量指數(shù) SQI 的計(jì)算 在每個(gè)關(guān) 鍵的土壤質(zhì)量指標(biāo)中 使用D Hose等 28 描述的評(píng)分 函數(shù)將每個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)量化為0 1標(biāo)度 在對(duì)MDS中的 所有指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分和加權(quán)后 按照以下公式計(jì)算土壤 質(zhì)量指數(shù) SQI SQI i 1 n Wi Qi 式中 SQI為土壤質(zhì)量指數(shù) 取值范圍為0 1 0 Wi 為每個(gè)指標(biāo)的分配權(quán)重 Qi為指標(biāo)得分 n為最終MDS 中的指標(biāo)數(shù) 1 4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理 用Origin 2021軟件進(jìn)行相關(guān)圖表制作 采用SPSS 20 0軟件進(jìn) 行顯著性 P 0 05 和Person相關(guān)性分析 通過線性回 歸分析驗(yàn)證SQI與黃瓜生產(chǎn)力相關(guān)參數(shù)之間的互作 關(guān)系 2 結(jié)果與分析 2 1 不同改良劑配施對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響 2 1 1 不同處理對(duì)土壤容重的影響 由圖1可知 與 對(duì)照相比 四茬蚯蚓糞處理 V 脫硫石膏與蚯蚓糞配 施 G V 使土壤容重顯著降低 第三茬與第四茬脫硫 石膏 G 處理使土壤容重顯著降低 對(duì)照組的土壤容 重隨著種植年限的增加而增加 添加土壤改良劑后 土 壤容重隨種植年限的增加有減小趨勢(shì) 以添加蚯蚓糞或 蚯蚓糞與脫硫石膏配施的土壤容重減小趨勢(shì)較明顯 2 1 2 不同土壤處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響 由表1 可知 與對(duì)照相比 四茬土壤改良劑均顯著降低土壤 pH值 其中蚯蚓糞處理 V 對(duì)土壤pH值降低效果最 好 與對(duì)照相比 第一 第三茬脫硫石膏 G 處理顯著 降低了土壤EC值 而蚯蚓糞與脫硫石膏處理 G V 顯 著增加土壤EC值 蚯蚓糞與脫硫石膏配施 G V 土壤 全氮 堿解氮 全磷 全鉀 有機(jī)質(zhì)含量分別顯著增加了 20 85 54 31 24 41 88 52 48 19 132 69 61 28 81 61 33 90 75 60 2 1 3 不同處理對(duì)土壤酶活性的影響 與對(duì)照相比 第一至第四茬脫硫石膏與蚯蚓糞配施 G V 土壤脲酶 活性顯著提高35 99 100 99 圖2 A 不同土壤 處理下的堿性磷酸酶活性基本無顯著差異 圖2 B 與對(duì)照相比 第二至第四茬脫硫石膏與蚯蚓糞配施 G V 處理蔗糖酶活性顯著提高了108 19 51 45 71 68 圖2 C 第一茬脫硫石膏 G 處理的過氧化 氫酶活性較對(duì)照顯著提高了47 11 第二至第四茬 脫硫石膏與蚯蚓糞配施 G V 處理的過氧化氫酶活 性較對(duì)照顯著提高了200 00 125 55 和144 23 圖2 D 第二 第三茬脫硫石膏 G 處理的多酚氧化 酶活性較對(duì)照顯著提高了35 89 70 84 第四茬蚯 蚓糞 V 處理的多酚氧化酶活性較對(duì)照顯著提高了 87 91 圖2 E 2 2 不同改良劑配施對(duì)土壤微生物多樣性的影響 2 2 1 土壤細(xì)菌群落Alpha多樣性 新一代高通量 測(cè)序技術(shù)的發(fā)展擺脫了研究土壤微生物分離培養(yǎng)的瓶 頸 使得根際微生物和連作障礙之間的關(guān)系再次成為 研究熱點(diǎn) 29 在97 分類水平上 結(jié)果表明 表2 四 茬Coverage指數(shù)均在0 98 1 00之間 說明測(cè)序數(shù)據(jù) 能夠真實(shí)地反映樣品細(xì)菌群落多樣性 四茬蚯蚓糞與 脫硫石膏配施 G V 處理的Sobs指數(shù) Shannon指數(shù) Chao指數(shù)整體顯著高于對(duì)照 第三 第四茬脫硫石膏 G 處理的Ace指數(shù)顯著低于對(duì)照 即脫硫石膏對(duì)微生 物群落豐富度影響較顯著 Shannon指數(shù)在四茬處理中 無明顯規(guī)律 第二茬的蚯蚓糞 V 脫硫石膏與蚯蚓 糞配施 G V 處理Simpson指數(shù)顯著低于對(duì)照 說明施 用蚯蚓糞可促進(jìn)微生物群落多樣性增加 2 2 2 土壤細(xì)菌群落物種組成 由圖3可知 不同土 壤改良劑的黃瓜根際土壤中 細(xì)菌群落共檢測(cè)到12個(gè) 注 不同小寫字母表示同指標(biāo)同一種植茬口不同處理間差異顯著 P 0 05 下同 Note Different lowercase letters indicate significant difference at 0 05 level between different treatments in same index and same planting crop The same as following 圖1 不同處理下土壤容重的差異 Fig 1 Differences in soil bulk density for each treatment 1165 核 農(nóng) 學(xué) 報(bào) 38 卷 菌門 其中序列占比在0 01 相對(duì)豐度最大的優(yōu)勢(shì) 菌門為變形菌門 Actinobacteria 其次為放線菌門 Proteobacteria 綠彎菌門 Chloroflexi 厚壁菌門 Flrmicutes 酸桿菌門 Acidobacteria 芽單胞菌門 Gemmatimonadates 擬桿菌門 Bacteroidetes 棒狀桿 菌門 Rokubacteria 浮霉菌門 Planctomycetes 硝化螺 旋菌門 Nitrospirae 髕骨細(xì)菌門 Patescibacteria 和其 他 未分類和未知類群共占3 45 各處理中 占比大 表1 不同處理土壤化學(xué)特性的差異 Table 1 Differences in the soil chemical properties between the different treatments 栽培茬口 Crop for rotation 第一茬 First crop 第二茬 Second crop 第三茬 Third crop 第四茬 Fourth crop 處理 Treatments CK G V G V CK G V G V CK G V G V CK G V G V pH值 pH value 8 34 0 02a 8 20 0 02b 8 10 0 02c 8 20 0 01b 8 11 0 01a 7 76 0 03c 7 91 0 02b 7 98 0 03b 8 24 0 02a 8 15 0 02b 8 07 0 02c 8 13 0 01b 8 26 0 01a 8 14 0 04b 8 11 0 03b 8 02 0 02b 土壤電導(dǎo)率 EC mS cm 1 0 58 0 01b 0 43 0 02c 0 60 0 01b 0 64 0 01a 0 58 0 01bc 0 47 0 01c 0 61 0 08ab 0 72 0 01a 0 59 0 01c 0 44 0 01d 0 63 0 00b 0 66 0 01a 0 41 0 00b 0 39 0 00b 0 69 0 00a 0 71 0 01a 全氮 Total N g kg 1 1 16 0 06c 1 32 0 05c 1 52 0 05b 1 79 0 06a 1 08 0 00c 1 43 0 03b 1 50 0 02ab 1 64 0 12a 1 68 0 02d 1 83 0 01c 2 10 0 03b 2 23 0 04a 1 87 0 02b 1 95 0 04b 2 10 0 08ab 2 26 0 12a 堿解氮 Available N mg kg 1 25 52 1 07b 21 25 1 08c 31 79 1 05a 31 75 1 05a 26 04 1 97c 35 09 2 29b 50 21 1 31a 49 09 1 49a 64 30 0 85c 60 80 2 78c 84 76 1 26b 93 89 1 69a 56 22 1 19c 56 62 1 45c 90 09 1 66b 95 83 1 37a 速效磷 Available P mg kg 1 84 28 2 56c 94 89 2 58b 125 58 0 54a 136 42 1 19a 81 43 2 69c 92 57 11 71b 122 63 11 64a 157 33 18 25a 147 74 2 35b 146 10 2 34b 172 18 1 80a 176 14 0 63a 135 15 1 06d 152 13 1 12c 177 93 1 11b 183 68 0 96a 全磷 Total P g kg 1 1 18 0 03c 1 19 0 03c 2 18 0 05b 2 57 0 08a 1 04 0 14a 1 33 0 20a 1 66 6 23a 2 42 0 26a 0 83 0 01c 0 93 0 01b 1 28 0 04a 1 23 0 02a 0 85 0 08b 0 96 0 07b 1 24 0 01a 1 28 0 04a 全鉀 Total K mg kg 1 68 00 0 78c 98 20 0 67b 99 20 0 31b 112 20 3 73a 65 37 0 09d 78 08 0 88c 97 90 0 83b 105 43 2 49a 57 37 0 62d 73 11 0 58c 98 06 0 77b 104 19 1 46a 57 09 0 58d 76 55 1 46c 92 52 0 75b 101 66 1 85a 有機(jī)質(zhì) Organic matter g kg 1 18 26 0 78b 19 21 0 67c 23 22 0 31a 24 45 3 73a 16 06 0 43c 15 56 2 93c 28 91 1 07a 27 06 5 91b 17 87 0 67b 16 16 0 33b 26 80 67 29a 31 38 0 84a 16 87 0 72b 15 55 0 91b 22 46 6 16a 25 42 6 36a 圖2 不同處理對(duì)土壤酶活性的影響 Fig 2 Effects of different treatments on soil enzyme activities 1166 6 期 蚯蚓糞與脫硫石膏配施對(duì)設(shè)施黃瓜連作障礙的效應(yīng)研究 于10 的均為放線菌門 變形菌門 綠彎菌門 厚壁菌門 和酸桿菌門 與CK相比 蚯蚓糞 V 脫硫石膏與蚯蚓 糞配施 G V 處理的變形菌門豐度較高 脫硫石膏 G 處理的變形菌門豐度較高 蚯蚓糞 V 處理的綠彎菌門 豐度較高 可見 黃瓜根際微生物細(xì)菌多樣性與種植 茬口有關(guān) 隨著種植年限的增加 放線菌門占比增加 由圖4可知 不同土壤改良劑的黃瓜根際土壤中 細(xì)菌群落共檢測(cè)到18個(gè)菌屬 其中序列占比在0 02 及以上 相對(duì)豐度較大的優(yōu)勢(shì)菌屬為Acidobacteria菌 門的 norank c Subgroup 6 菌屬 Actinobacteri菌門的 norank o Actinomarinales菌屬 Firmicutes菌門的Bacillus 菌屬 Gemmatimonadetes菌門的 norank f A4b 菌屬 Chloroflexi菌門的norank o SBR1031菌屬 未分類和未知 類群共占60 45 隨著種植年限增加 norank c Subgroup 6 norank c Actinobacteria norank f Gemmationadetes菌屬 占比增加 2 2 3 不同土壤改良處理下土壤細(xì)菌群落與土壤因 子的關(guān)系 為了明確不同改良劑處理下土壤環(huán)境因子 pH值 EC 有機(jī)質(zhì) 堿解氮 速效磷和速效鉀含量對(duì)細(xì) 菌群落分布的影響 將土壤理化因子與細(xì)菌群落進(jìn)行 冗余分析 RDA 結(jié)果顯示 圖5 第一排序軸 RDA1 解釋了細(xì)菌群落變化的36 66 第二排序軸 RDA2 注 圖中處理后的數(shù)字表示不同的茬口 下同 Note The numbers after treatments in the figure indicate different crop The same as following 圖3 門水平上各處理細(xì)菌群落相對(duì)豐度 Fig 3 The relative abundance of bacterial communities in each treated species at the phylum level 表2 不同處理土壤細(xì)菌群落微生物多樣性指數(shù) OTU水平 Table 2 Microbial diversity index of different treated soil bacterial communities OTU level 栽培茬口 Crop for rotation 第一茬 First crop 第二茬 Second crop 第三茬 Third crop 第四茬 Fourth crop 處理 Treatment CK G V G V CK G V G V CK G V G V CK G V G V Sobs指數(shù) Sobs index 438 33 17 68b 381 67 7 13c 572 67 6 06a 552 67 10 49a 518 33 5 21b 450 00 11 50c 567 67 9 96a 527 33 6 36b 417 33 6 06b 301 67 13 25d 377 67 3 84c 523 33 9 70a 512 33 2 60b 469 00 7 23c 491 67 10 17bc 559 33 13 59a Shannon指數(shù) Shannon index 3 57 0 06a 3 49 0 06a 3 27 0 05b 3 54 0 03a 3 03 0 04d 3 24 0 05b 3 31 0 03b 3 80 0 09a 3 77 0 07a 1 95 0 04b 3 65 0 05a 3 76 0 12a 3 56 0 06b 3 36 0 02c 3 61 0 02bc 3 98 0 03a Simpson指數(shù) Simpson index 0 09 0 01bc 0 08 0 003c 0 11 0 003b 0 13 0 005a 0 16 0 00a 0 12 0 01b 0 13 0 01b 0 08 0 00c 0 06 0 01b 0 35 0 01a 0 07 0 01b 0 07 0 01b 0 06 0 00b 0 12 0 00a 0 06 0 00b 0 05 0 00c Ace指數(shù) Ace index 541 87 10 91a 424 03 11 49c 465 08 9 17b 546 62 11 88a 584 55 6 25b 482 02 11 67c 647 72 6 76a 577 61 11 67b 432 48 11 34b 339 22 17 35c 442 04 26 53b 597 01 12 71a 568 57 5 75a 514 82 5 72c 536 14 3 57b 581 99 8 67a Chao指數(shù) Chao index 380 89 161 81d 449 58 6 79c 482 40 8 38b 553 11 8 94a 584 63 6 11a 514 12 18 68b 445 82 222 98c 585 24 22 08a 438 64 13 70b 338 98 14 91c 405 20 20 49b 594 58 9 61a 575 47 13 96a 515 65 18 17a 541 31 18 46a 569 20 22 23a Coverage指數(shù) Coverage index 0 998 0 001a 0 998 0 000a 0 998 0 001a 0 998 0 000a 1 000 0 000a 1 000 0 000a 1 000 0 000a 1 000 0 000a 0 999 0 000a 0 999 0 000a 0 999 0 000a 0 998 0 001a 0 990 0 000b 1 000 0 000a 1 000 0 000a 1 000 0 000a 1167 核 農(nóng) 學(xué) 報(bào) 38 卷 解釋了細(xì)菌群落變化的12 20 前2個(gè)排序軸總共解 釋了48 86 的群落變化 土壤EC 有機(jī)質(zhì) 全氮 有 效磷等環(huán)境因子是影響黃瓜根際細(xì)菌物種的主要因 素 土壤EC 全磷 全鉀含量與RDA1中指標(biāo)參數(shù)呈正 相關(guān) 其余土壤環(huán)境因子與RDA1中指標(biāo)參數(shù)都呈負(fù) 相關(guān) 土壤堿解氮 土壤有效磷 土壤全氮 土壤有機(jī)質(zhì) 含量與RDA2中指標(biāo)參數(shù)呈正相關(guān) 其余土壤環(huán)境因 子與RDA2中指標(biāo)參數(shù)都呈負(fù)相關(guān) 土壤變形菌門 Proteobacteria 放線菌門 Actinobacteria 和厚壁菌 門 Firmicutes 相對(duì)豐度與土壤有機(jī)質(zhì) 土壤鉀含量呈 顯著負(fù)相關(guān) 與土壤有效氮 土壤有效磷 土壤全氮含 量呈顯著正相關(guān) 2 3 不同改良劑配施對(duì)黃瓜品質(zhì) 生物量和產(chǎn)量的 影響 2 3 1 不同改良劑配施對(duì)黃瓜品質(zhì)的影響 黃瓜品 質(zhì)的影響因素復(fù)雜多樣 如蔬菜品種 栽培季節(jié) 園藝 措施等 栽培土壤也是其中之一 由表3可知 第一茬 至第四茬黃瓜品質(zhì)中的維生素C 有機(jī)酸 可溶性糖 可溶性固形物含量無明顯變化規(guī)律 但隨著種植年限 的增加 硝酸鹽含量呈增加趨勢(shì) 蚯蚓糞 V 脫硫石 膏與蚯蚓糞配施 G V 處理的黃瓜維生素C含量較對(duì) 照組提高了25 79 155 84 第三 第四茬蚯蚓糞 V 脫硫石膏與蚯蚓糞配施 G V 處理的可溶性糖含 量較對(duì)照顯著提高了11 34 28 64 第一 第二茬 脫硫石膏 G 脫硫石膏與蚯蚓糞配施 G V 處理的 有機(jī)酸含量低于對(duì)照組 CK 第一 第三茬可溶性固 形物含量高于第二 第四茬 可能是由于春茬氣溫較 高 可溶性固形物累積量較多 2 3 2 黃瓜植株生物量 由圖6可知 第一茬中 蚯 蚓糞與脫硫石膏 G V 處理地上部分干重 地下部分 鮮重分別較CK顯著提高12 87 28 37 第二茬 蚯蚓糞與脫硫石膏 G V 處理的地上部分鮮重較CK 顯著提高42 48 蚯蚓糞 V 蚯蚓糞與脫硫石膏 G V 處理地下部分鮮重較CK顯著提高32 71 24 91 蚯蚓糞與脫硫石膏 G V 地下部分干重較 注 圖中藍(lán)色箭頭代表物種 紅色箭頭表示環(huán)境影響因子 箭頭的長(zhǎng)短 代表環(huán)境因子對(duì)物種數(shù)據(jù)的影響程度 Note In the figure the blue arrow represents the species the red arrow represents the environmental impact factors and the length of the arrow represent the impact of environmental factors on the species data 圖5 基于門水平下不同處理黃瓜根際土壤理化性質(zhì)與細(xì)菌群 落的冗余分析 Fig 5 Redundancy analysis based on soil bacteria community at phylum level and physiochemical characteristics of cucumber rhizosphere soils 圖4 屬水平上各處理細(xì)菌群落相對(duì)豐度 Fig 4 The relative abundance of each treated bacterial communities at the genus level 1168 6 期 蚯蚓糞與脫硫石膏配施對(duì)設(shè)施黃瓜連作障礙的效應(yīng)研究 CK顯著提高81 13 第三茬各處理間植株干鮮重 無顯著差異 第四茬脫硫石膏 G 蚯蚓糞 V 蚯蚓 糞與脫硫石膏 G V 處理的地下部分鮮重均高于CK 分別提高25 61 21 34 39 23 四茬中 蚯蚓糞 與脫硫石膏 G V 處理黃瓜平均干重相較于各對(duì)照組 分別提高13 98 28 99 11 92 10 97 即蚯蚓 糞與脫硫石膏改良劑配施對(duì)黃瓜生物量累積有促進(jìn) 作用 2 3 3 黃瓜植株中的養(yǎng)分元素含量 由表4可知 四茬 蚯蚓糞與脫硫石膏 G V 處理的黃瓜植株N元素含量分 表3 不同處理對(duì)黃瓜品質(zhì)的的影響 Table 3 Effects of different treatments on cucumber quality 栽培茬口 Crops for rotation 第一茬 First crop 第二茬 Second crop 第三茬 Third crop 第四茬 Fourth crop 處理 Treatment CK G V G V CK G V G V CK G V G V CK G V G V 維生素C含量 Vitamin C content mg g 1 11 36 0 84c 15 62 0 37b 21 30 0 86a 14 29 0 60b 12 94 1 19a 17 75 0 64b 24 15 0 29a 16 28 1 20b 12 72 0 91c 17 65 0 91b 20 35 0 58a 17 36 0 61b 10 28 0 05d 14 55 0 22c 18 67 0 16b 26 30 0 22a 硝酸鹽 Nitrate mg g 1 24 62 0 58a 26 28 0 36a 23 91 0 47a 24 64 0 57a 37 52 0 55a 37 85 1 18a 37 09 0 87a 37 54 0 50a 25 56 0 58a 27 26 0 67a 27 61 0 58a 26 29 1 20a 30 54 0 89a 30 09 0 88a 32 33 1 50a 32 56 1 19a 有機(jī)酸 Organic acids mg g 1 0 21 0 58a 0 15 0 36b 0 21 0 55a 0 14 0 48b 0 20 0 52a 0 14 0 33b 0 20 0 50a 0 13 0 43b 0 20 0 01a 0 18 0 00ab 0 17 0 01b 0 16 0 01b 0 18 0 00a 0 18 0 00b 0 18 0 00b 0 14 0 00c 可溶性糖 Soluble sugars mg g 1 14 56 1 17a 14 33 0 13a 16 35 0 58a 15 92 0 95a 3 23 0 28c 4 57 0 28a 3 83 0 17bc 4 20 0 44bc 3 98 0 07c 4 70 0 10b 5 07 0 11a 5 12 0 03a 9 17 0 09c 8 43 0 03d 9 68 0 02b 10 21 0 01a 可溶性固形物 Soluble solids 3 23 0 28c 4 57 0 28a 3 83 0 17bc 4 20 0 44bc 2 57 0 03c 2 90 0 06bc 3 40 0 10ab 3 60 0 31a 3 70 0 00a 3 50 0 00b 3 30 0 00d 3 43 0 03a 3 63 0 05a 3 34 0 02c 3 46 0 03b 3 53 0 03ab 圖6 各處理黃瓜生物量的差異 Fig 6 Differences in cucumber biomass for each treatments 1169 核 農(nóng) 學(xué) 報(bào) 38 卷 別顯著高于對(duì)照25 84 19 36 41 90 24 10 除 第二茬外 P元素含量顯著高于對(duì)照26 77 17 41 31 27 K元素含量顯著高于對(duì)照90 98 56 43 140 00 75 37 即蚯蚓糞與脫硫石膏 G V 配施對(duì) 黃瓜植株干物質(zhì)中N P K的積累有促進(jìn)作用 2 3 4 不同年份黃瓜產(chǎn)量 由圖7可知 第一至第四 茬 添加改良劑各處理黃瓜產(chǎn)量整體顯著高于對(duì)照 其 中 與對(duì)照相比 脫硫石膏 G 處理產(chǎn)量分別提高 5 04 11 01 2 46 10 91 蚯蚓糞 V 處理分別 提高10 75 19 99 7 53 16 21 蚯蚓糞與脫硫 石膏 G V 處理分別提高19 81 31 47 11 36 14 98 2 4 土壤質(zhì)量指數(shù) SQI 2 4 1 土壤指標(biāo)與黃瓜生物量 產(chǎn)量之間的相關(guān)性 把所有土壤物理 化學(xué) 生物特性指標(biāo)與黃瓜生物量 產(chǎn)量之間進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析 選擇與黃瓜生物量或 產(chǎn)量顯著或極顯著相關(guān) P 0 05或P1識(shí)別了 5個(gè)主成分 以第三茬為例 見表6 這些主成分解釋 了潛在最小數(shù)據(jù)指標(biāo)中超過95 336 的變化 最大方 差法旋轉(zhuǎn)后的主成分加載矩陣表明 最小數(shù)據(jù)集中的第 一個(gè)PC在最高系數(shù)加載的10 0 內(nèi)有6個(gè)高度加權(quán)的 變量 這解釋了54 094 的變化 這6個(gè)指標(biāo)為pH值 有機(jī)質(zhì) 全磷 堿解氮 速效磷含量 首先選擇pH值放入 PC1中 由于有機(jī)質(zhì) 全磷 堿解氮 速效磷含量相互間 高度相關(guān) 為了防止MDS中指標(biāo)重復(fù) 選擇載荷系數(shù)最 高的參數(shù)堿解氮作為代表放入PC1 盡管有機(jī)質(zhì)與堿 解氮高度相關(guān) 有機(jī)質(zhì)仍然作為載荷系數(shù)第二高的參數(shù) 放入PC1中 有機(jī)質(zhì)作為最小數(shù)據(jù)集中最重要的因素之 一 也被保留在PC1 這些土壤指標(biāo)主要與土壤結(jié)構(gòu)有 關(guān) 根據(jù)載荷系數(shù)由高到底排序 依次將各參數(shù)放入 PC2 PC5中 2 4 3 土壤指標(biāo)選擇 由圖8可知 四茬脫硫石膏 G 蚯蚓糞 V 蚯蚓糞與脫硫石膏配施 G V 處理 的土壤質(zhì)量指數(shù)均顯著高于對(duì)照 此外 隨著連作年 限的增加 對(duì)照組的土壤質(zhì)量指數(shù)呈降低趨勢(shì) 脫硫石 膏 G 蚯蚓糞 V 和蚯蚓糞與脫硫石膏配施 G V 土 壤質(zhì)量指數(shù)呈增加趨勢(shì) 其中蚯蚓糞與脫硫