輪作模式對西蘭花耕作土壤微生物和酶活性的影響

楊子峰，陳偉強，王 偉，李婉怡，何賢彪，楊祥田

(1.臺州市農業科學研究院，浙江 臨海 317000； 2.湖北大學 資源環境學院，湖北 武漢 430062； 3.臺州市路橋區農作物管理站，浙江 臺州 318050)

輪作模式對西蘭花耕作土壤微生物和酶活性的影響

楊子峰1，陳偉強1，王 偉2，*，李婉怡3，何賢彪1，楊祥田1

(1.臺州市農業科學研究院，浙江 臨海 317000； 2.湖北大學 資源環境學院，湖北 武漢 430062； 3.臺州市路橋區農作物管理站，浙江 臺州 318050)

以“西蘭花—空閑”輪作為對照，研究西蘭花種植前和收獲期，“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作1 a和“西蘭花—早稻”輪作2 a對土壤微生物和酶活性的影響。西蘭花種植前，“西蘭花—南瓜”輪作土壤細菌、放線菌和真菌數量最多；西蘭花收獲期，“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤細菌和真菌數量最多，“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤放線菌數量最多。西蘭花種植前，“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤微生物生物量氮最高；西蘭花收獲期，“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤微生物生物量碳和土壤微生物生物量氮均最高。西蘭花種植前，“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤脲酶活性最高；西蘭花收獲期，“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤脲酶和蔗糖酶活性均最高。上述結果表明，與其余3種輪作模式相比，“西蘭花—早稻”輪作2 a可更有效地改善西蘭花耕作土壤微生物環境，提高土壤酶活性。

輪作；西蘭花；土壤微生物；土壤酶活

土壤微生物作為農田生態系統的重要組成部分，可合成、分解有機質，參與碳、氮、磷、鉀等元素循環轉化[1-2]，對土壤功能、生態系統的穩定和自然界元素循環等具有重要的作用[3]。保持土壤微生物的多樣性對土壤質量和安全以及農業生產都具有重要意義[4]。土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學過程的動向和強度，是評價土壤肥力的指標之一[5]。土壤微生物和酶活性對外界環境因素(如不同作物輪作等)的干擾響應較為敏感，是當前研究熱點問題之一[6-7]。

在我國熱帶和亞熱帶地區，一般采用一年三熟或兩年五熟的土地利用模式。同一作物長期連續種植會造成土壤元素的異常積累和過度消耗[8-9]，不同作物輪作一般優于種植單一作物[6]。作物輪作模式不同，對土壤微生物和酶活性的影響也有差異。目前，輪作對土壤微生物和酶活性影響的研究主要集中在不同輪作模式的對比方面[10-11]；然而，不同作物輪作模式對作物種植前和收獲期土壤微生物和酶活性的影響研究還較少。本研究選擇浙江省臨海市桃渚鎮西蘭花耕作土壤，以“西蘭花—空閑”輪作為對照，監測西蘭花種植前和收獲期“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作1 a和”西蘭花—早稻”輪作2 a土壤微生物數量和酶活性，研究輪作模式對西蘭花耕作土壤微生物數量和酶活性的影響，以期為提出合理輪作措施，指導生態農業可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于浙江省臨海市桃渚鎮，屬亞熱帶季風氣候，多年平均降雨量1 504.4 mm，日平均氣溫17.3 ℃。試驗地土壤屬輕黏土，多年土壤干容重1.33 g·cm-3，pH值6.58，有機質36.53 g·kg-1，堿解氮20.6 mg·kg-1，有效磷4.08 mg·kg-1，速效鉀30.0 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗設“西蘭花—空閑”輪作(對照，2012年開始實施該輪作)、“西蘭花—南瓜”輪作(模式1，2012年開始實施該輪作)、“西蘭花—早稻”輪作1 a(模式2，2012年開始實施該輪作)和“西蘭花—早稻”輪作2 a(模式3，2011年開始實施該輪作)4種處理。大田試驗對比，不設重復。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日齊穗，2014年8月6日收獲；南瓜(蜜本南瓜)于2014年3月11日播種，2014年4月14日移栽，2014年7月15日收獲；西蘭花(綠雄90)于2014年8月26日播種，2014年9月25日移栽，2015年1月20日收獲。肥水與病蟲害防治按常規管理執行。

1.3 樣品采集

2014年9月11日(西蘭花種植前)、2015年1月20日(西蘭花收獲期)分別在試驗小區內多點采集0～20 cm土層土壤，混勻后用四分法取1 kg備用，用滅菌的鑷子去除植物根系、石礫等雜物，將土樣收集于無菌封口袋中，密封帶回實驗室測定土壤微生物數量、土壤微生物生物量和土壤酶活性。

1.4 分析方法

土壤細菌、放線菌和真菌數量分別用牛肉膏蛋白胨培養基、高氏一號培養基和馬丁式培養基，采用傳統的微生物平板計數法測定[12]。微生物量碳氮采用氯仿熏蒸—0.5 mol·L-1K2SO4提取，用K2Cr2O7氧化法測碳、腚酚藍比色法測氮[13]。土壤脲酶活性測定用苯酚-次氯酸鈉比色法；蔗糖酶活性測定用3，5-二硝基水楊酸法[14]。

1.5 數據處理

用SPSS 19.0進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同輪作模式對土壤微生物數量的影響

表1顯示，西蘭花種植前，與對照相比，“西蘭花—南瓜”輪作土壤細菌數量增加118.73%，而“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤細菌數量降低39.84%；“西蘭花—南瓜”輪作土壤放線菌數量增加31.40%，而“西蘭花—早稻”輪作1 a和“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤放線菌數量分別降低21.10%和28.76%；“西蘭花—南瓜”輪作和“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤真菌數量分別增加100.25%和39.00%，而“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤真菌數量降低40.75%。

表1 不同輪作模式對西蘭花耕作土壤微生物數量的影響

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

時間Time輪作模式Rotationmode細菌數量Bacteriaquantity/(106cfu·g-1)放線菌數量Actinomycetesquantity/(106g-1)真菌數量Fungiquantity/(106g-1)種植前對照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收獲期對照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，“西蘭花—南瓜”輪作；模式2，“西蘭花—早稻”輪作1 a；模式3，“西蘭花—早稻”輪作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.

西蘭花收獲期，與對照相比，“西蘭花—南瓜”輪作和“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤細菌數量分別降低11.06%和32.49%，而“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤細菌數量增加21.43%；“西蘭花—南瓜”輪作和“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤放線菌數量分別降低38.63%和8.92%，而“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤放線菌數量增加69.78%；“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作1 a和“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤真菌數量分別增加236.47%、328.24%和530.59%(表1)。

與西蘭花種植前相比，西蘭花收獲期，“西蘭花—空閑”輪作(對照)土壤細菌數量增加72.91%，土壤放線菌和真菌數量分別降低68.12%和78.75%；“西蘭花—南瓜”輪作土壤細菌、放線菌和真菌數量分別減少29.69%、85.11%和64.29%；“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤細菌數量增加94.04%，土壤放線菌和真菌數量分別減少31.40%和34.53%；“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤細菌和真菌數量分別增加108.30%和126.16%，土壤放線菌數量降低59.24%(表1)。

2.2 不同輪作模式對土壤微生物生物量的影響

表2顯示，西蘭花種植前，與對照相比，“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作1 a和“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤微生物生物量碳分別降低9.43%、47.63%和17.91%；“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤微生物生物量氮增加77.39%，“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤微生物生物量氮分別降低85.67%和83.09%。

西蘭花收獲期，與對照相比，“西蘭花—早稻”輪作1 a和“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤微生物生物量碳分別增加15.52%和67.02%，“西蘭花—南瓜”輪作土壤微生物生物量碳降低43.95%，“西蘭花—南瓜”輪作和“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤微生物生物量氮分別增加11.91%和201.35%，“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤微生物生物量氮降低23.19%(表2)。

與西蘭花種植前相比，西蘭花收獲期“西蘭花—空閑”輪作、“西蘭花—南瓜”輪作和“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮均減少，其中，“西蘭花—空閑”輪作土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮分別減少80.21%和92.73%，“西蘭花—南瓜”輪作分別減少87.75%和43.21%，“西蘭花—早稻”輪作1 a分別減少56.36%和96.85%。西蘭花收獲期“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤微生物生物量碳減少59.74%，土壤微生物生物量氮增加29.58%(表2)。

2.3 不同輪作模式對土壤酶活性的影響

表2 不同輪作模式對西蘭花耕作土壤微生物生物量的影響

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

時間Time輪作模式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)種植前對照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收獲期對照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顯示，西蘭花種植前，與對照相比，“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作1 a和“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤脲酶活性分別提高57.81%、4.94%和108.08%，而土壤蔗糖酶活性分別降低21.67%、35.00%和28.89%。

西蘭花收獲期，與對照相比，“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作1 a和“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤脲酶活性分別提高90.26%、19.21%和79.25%；“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤蔗糖酶活性分別降低2.35%和17.65%，“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤蔗糖酶活性提高11.76%(表3)。

與西蘭花種植前相比，西蘭花收獲期，各輪作模式下土壤脲酶活性均增加，分別為42.29%、71.55%、61.64%和22.58%，蔗糖酶活性分別增加41.67%、76.60%、79.49%和122.66%(表3)。

表3 不同輪作模式對西蘭花耕作土壤酶活性的影響

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

時間Time輪作模式Rotationmode脲酶活性Ureaseactivity/(mg·g-1)蔗糖酶活性Sucraseactivity/(mL·g-1)種植前對照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收獲期對照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 結論與討論

土壤細菌、放線菌和真菌是構成土壤微生物群落結構的主要成分。研究顯示，人參與紫穗槐輪作后，土壤真菌、放線菌和細菌的數量均有變化，其中細菌數量的變化最明顯[15]。本試驗結果顯示，西蘭花種植前，“西蘭花—南瓜”輪作可增加土壤細菌、放線菌和真菌數量。這與董艷等[7]認為的輪作顯著增加了細菌、放線菌數量，而顯著降低了土壤真菌數量的結論有差異，與李剛等[16]的黃瓜與番茄交替種植比黃瓜單一種植更有利于增加細菌、真菌和放線菌數量的結論基本一致。

土壤微生物生物量碳是土壤有機碳的靈敏指示因子，土壤微生物生物量氮是土壤微生物對氮素固持和礦化作用的綜合體現[17]。本試驗條件下，西蘭花種植前，“西蘭花—早稻”輪作1 a可增加土壤微生物生物量氮，西蘭花收獲期，“西蘭花—早稻”輪作2 a可增加土壤微生物生物量碳和生物量氮。這可能是由于“西蘭花—早稻”輪作后，土壤微生物數量發生了改變，進而加速了土壤中有機質的分解，促進腐殖質的形成，為微生物的生長提供了足夠的營養成分。戴建軍等[18]研究發現，在前茬為玉米的土壤中，大豆—玉米混作的土壤微生物生物量氮顯著高于單作大豆和單作玉米的處理。官會林等[11]研究表明，綠肥—煙草和大豆—煙草復種模式下，植煙土壤微生物生物量碳顯著高于冬閑連作地。這與本研究結論基本一致。可見，土壤微生物生物量碳、 氮的變化與作物輪作因素有關。“西蘭花—早稻”輪作能增加土壤微生物利用碳源的能力，為微生物提供良好的營養條件，使微生物保持較高活性，從而提高土壤微生物多樣性，進而增加西蘭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殘體、土壤動物及其遺骸和微生物所分泌的，能催化土壤中復雜有機物質向簡單無機化合物的轉化[19]。其活性高低可以反映土壤養分，尤其是土壤中氮、磷養分轉化的強弱[5]。土壤酶活性對外界環境因素(如輪作模式等)的干擾響應較為敏感，可作為預警土壤質量變化的敏感指標[20]。本試驗顯示，西蘭花種植前和收獲期，與對照相比，3種輪作處理下，土壤脲酶活性均有所增加，其中，“西蘭花—早稻”輪作2 a增幅最大。

不同作物輪作對土壤蔗糖酶活性的影響較為復雜。西蘭花種植前，與對照相比，3種輪作模式下土壤蔗糖酶活性均有所下降；西蘭花收獲期，“西蘭花—南瓜”輪作、“西蘭花—早稻”輪作1 a土壤蔗糖酶活性降低，而“西蘭花—早稻”輪作2 a土壤蔗糖酶活性增加。土壤蔗糖酶活性是土壤養分和作物需求耦合關系的綜合體現[21]。上述結果表明，多種作物的合理輪作有助于完善土壤的營養結構，進而促進土壤脲酶和蔗糖酶活性提高，其中，“西蘭花—早稻”輪作2 a更有利于土壤脲酶和蔗糖酶活性的提高。

綜上，西蘭花種植前，“西蘭花—早稻”輪作2 a可明顯提高土壤細菌數量，減少土壤真菌數量，提高土壤脲酶活性；西蘭花收獲期，“西蘭花—早稻”輪作2 a可增加土壤細菌和真菌數量，提高土壤微生物生物量碳和生物量氮，增強土壤蔗糖酶活性和脲酶活性。總體來看，“西蘭花—早稻”輪作2 a可更有效地改善西蘭花耕作土壤微生物環境，提高土壤酶活性。

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(責任編輯 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

臺州市科技計劃項目(131KY21)

楊子峰(1982—)，男，浙江溫嶺人，碩士，工程師，主要從事生態農業及作物栽培研究。E-mail:yangzifeng709@126.com

*通信作者，王偉，E-mail: longxiww@163.com

S154.3

A

1004-1524(2017)05-0818-06

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(5): 818-823

楊子峰，陳偉強，王偉，等. 輪作模式對西蘭花耕作土壤微生物和酶活性的影響[J]. 浙江農業學報，2017，29(5)： 818-823.