闫庚戌，范丙全

（1．河北省衡水市桃城区农业农村局，河北 衡水 053000；2．中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081）

1980年以来，蔬菜产业在我国发展迅速，逐渐成为仅次于粮食产业的第二大农作物产业［1］。2014年，我国蔬菜种植面积达到了2 127万hm2，其中保护地蔬菜面积超过350万hm2，年产量1.7亿t，占全国蔬菜总产量的25%［2-3］。山东省是我国蔬菜主产区，常年蔬菜生产面积占全国的10%以上，设施蔬菜面积占全国的近50%。尤其寿光市更是全国重要的蔬菜生产基地，有“中国蔬菜之乡”之称［4-5］。

然而在这些地区，由于缺乏科学的蔬菜生产指导，盲目地追求高产，大棚蔬菜种植使用的化肥、农药数量远远高于一般农田，通过连年的累积，对土壤生态环境及土壤微生物产生了极其恶劣的影响［6-7］。目前，部分种植时间较长的蔬菜大棚已经不能继续生产。

土壤微生物是土壤生物区系中最重要的功能组分，参与土壤有机质的分解及腐殖质的形成等过程［8］。土壤微生物群落结构以及组成的多样性与均衡性，是衡量土壤生态系统稳定健康的重要生态指标［9-11］。在寿光和苍山等重要的蔬菜产区，随着种植年限的延长，大量化肥农药的施用，会造成大棚土壤养分富集，土壤有毒有害物质的增加，土壤板结、酸化严重，土壤微生物量和多样化指数的下降［12-14］。另外，种植品类的单一，不合理的茬口安排，也会造成土壤养分亏缺，根系分泌物和残茬腐解物所产生的自毒作用严重，导致土壤微生物从细菌型向真菌型转化，病原微生物增加，加剧病害的发生［15-17］。因此在大棚蔬菜生产过程中，不科学的田间管理以及种植操作都会对土壤微生物造成影响，最终会导致土壤的连作障碍，使蔬菜大棚失去继续优质高产的能力［18-21］。

本文旨在探讨大棚蔬菜种植年限以及种植茬口模式对土壤微生物结构产生的影响，明确土壤微生物总的变化趋势以及各个区域的土壤微生物演化特征，为蔬菜连年种植区保持健康稳定的土壤生态环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品

1.1.1 供试土壤

寿光市与苍山县（现兰陵县）是山东省主要的蔬菜生产区，其大棚蔬菜起始于20世纪的80、90年代，之前多为小麦、玉米一年两收的传统种植。

2002年5～6月，于寿光市孙家镇的寨子村、稻田镇的官路村，苍山县兴明乡的马官村、卞庄镇的西小屯村、项城镇的吴庄村等大棚蔬菜主产地，从其中55户农户和生产基地，共采集包括种植年限 分 别 为1、2、3、4、5、6、7、8、10、12年，不同茬口种植的蔬菜大棚土样55个。

1.1.2 土样采集

土样采集时，将每一个选定的大棚去掉两头各5 m的保护行后，平均分为3块，作为3个重复。每一块采取10钻土壤，取样深度0～20 cm。10钻土壤放在一起混合均匀，去除杂质后，采用四分法保留土样1kg，装入聚乙烯塑料袋，封口，运回实验室，放入冰箱4℃保存。

寿光孙家镇与苍山项城镇的土壤类型为棕壤，质地为砂质壤土；寿光稻田镇与苍山兴明镇的土壤类型为棕壤，质地为壤质粘土。两个地区在农药与化肥使用量方面存在差异，寿光市的使用量高于苍山县。

1.2 微生物测定方法

每份土样称取10 g，置于含有90 mL无菌水的200 mL三角瓶中，在摇床上摇10 min（转速200 r/min）；摇匀后从中吸取1 mL溶液加入到试管中，加入9 mL无菌水；将溶液分别稀释到10-3、10-5、10-6的浓度，分别吸取0.1 mL液体置于马丁培养基、高氏培养基、牛肉膏固体培养基上，用玻璃刮铲涂匀，3次重复。置于28℃培养箱培养，记录平板上真菌、放线菌、细菌生长的数量。同时，测定土壤的水分含量，用于计算每克干基土壤的真菌、放线菌、细菌数量。

首先来确定张嘴的阈值(TH_O_MAR)。虽然嘴部的大小，形状具有不确定行，但是经过MAR计算得到比例之后就具有确定性，可以很好的反应张嘴和闭嘴的情况。对嘴部进行实时监测，计算嘴部的MAR计算结果，绘制检测图，如图：

各培养基的组成如下:

马丁培养基（真菌）:KH2PO41.0 g/L，MgSO4·7H2O 0.5 g/L，氯霉素0.1 g/L，蛋白胨5.0 g/L，葡萄糖10.0 g/L，1%孟加拉红3.3 mL，蒸馏水1 000 mL；

高氏培养基（放线菌）:MgSO4·7H2O 0.5 g/L，KNO31 g/L，KH2PO40.5 g/L，FeSO4·7H2O 0.01g/L，NaCl 0.5 g/L，可溶性淀粉20 g/L，蒸馏水1 000 mL，pH值7.2～7.4；

牛肉膏培养基（细菌）:牛肉膏5 g/L，蛋白胨5 g/L，琼脂20 g/L，NaCl 5 g/L，蒸馏水1 000 mL，pH值 7.0。

1.3 数据分析

数据统计分析采用SPSS 19.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 种植年限对两个蔬菜产区大棚土壤微生物的影响

2.1.1 种植年限对两个蔬菜产区大棚细菌的影响

两个蔬菜产区不同年限的大棚土壤的细菌数量显示，种植年限对两个蔬菜产区大棚土壤细菌的数量都有明显影响，年限之间差异显著（表1）。土壤细菌受种植年限影响的变化趋势不同，寿光市土壤细菌数量为2年＞6年＞3年=10年＞4年＞5年＞12年＞8年＞1年＞7年，苍山为8年＞4年＞2年＞10年＞6年＞5年＞7年＞12年。将寿光、苍山两蔬菜区土壤细菌数量最多的前两个年限比较，完全不同。

表1 寿光市、苍山县两个蔬菜产区不同年限土壤细菌数量 （×108 CFU/g）

寿光市大棚蔬菜种植年限为2年时，土壤中细菌数量最高，达到了0.93×108CFU/g，种植年限为7年时，土壤中的细菌数量最低，仅为0.08×108CFU/g；而苍山县种植年限为8年时，土壤中细菌数量最高，为0.91×108CFU/g，种植年限为7年和12年时，土壤中细菌数量最低，分别为0.29×108和0.28×108CFU/g。这种变化趋势的不同可能是两个蔬菜产区蔬菜种类和大棚管理措施的差异导致的。

2.1.2 种植年限对两个蔬菜产区大棚土壤真菌的影响

表2 寿光市、苍山县两个蔬菜产区不同年限土壤真菌数量 （×105 CFU/g）

寿光市种植年限为3年时，土壤真菌数量最高，达到了1.94×105CFU/g，种植2年时次之，为1.06×105CFU/g，种植年限为12年时真菌数量最低，仅为0.23×105CFU/g；苍山县种植年限为8年时，土壤真菌数量最高，达到0.85×105CFU/g，种植年限为12年时，土壤真菌数量最低，为0.35×105CFU/g。横向比较来看，两个蔬菜产区都在种植年限为12年时真菌量降低最多，两地区相同年限时的真菌数量没有显著的差异。

2.1.3 种植年限对两个蔬菜产区大棚放线菌的影响

种植年限对两个蔬菜产区大棚土壤放线菌数量都有明显影响，两个蔬菜产区相同年限大棚土壤放线菌数量有所差异（表3）。寿光市大棚蔬菜土壤放线菌数量顺序为10年＞5年＞2年＞4年＞6年＞7年=12年＞1年＞3年＞8年，苍山县为2年＞10年＞4年＞6年＞5年＞12年＞8年＞7年。

表3 寿光市、苍山县两个蔬菜产区不同年限土壤放线菌数量 （×107 CFU/g）

寿光市蔬菜大棚种植年限为10年和5年时，土壤放线菌数量最高，分别到达了1.08×107和1.07×107CFU/g，种植年限为8年时，放线菌数量最低，仅为0.25×107CFU/g；苍山县种植年限为2年时，土壤放线菌数量最高，达到了1.19×107CFU/g，种植年限为7年时，放线菌数量最低，仅为0.20×107CFU/g。对比两个蔬菜产区，在暂不考虑第10年的情况下，种植年限为6年之内的两地土壤放线菌数量都比较高，6年之后土壤放线菌数量都开始降低。但是两个地区相同年限的土壤放线菌数量差异较大，尤其在第5与第10年差异很大，这大概与种植户换土操作有关。

2.2 蔬菜茬口与轮作模式对两个蔬菜产区大棚土壤微生物的影响

2.2.1 苍山县大棚蔬菜茬口对土壤微生物结构影响苍山县蔬菜大棚土壤微生物的数量受蔬菜茬口影响显著，对于细菌、真菌、放线菌三类微生物而言，不同蔬菜品种影响效果不同（表4）。

表4 苍山县蔬菜茬口对土壤微生物结构的影响（CFU/g）

细菌的数量按以下顺序递减，茄子-辣椒＞辣椒＞茄子＞黄瓜＞大蒜＞西红柿，以茄子-辣椒轮作（1.84×108CFU/g）、辣椒（1.48×108CFU/g）等品种的土壤细菌群体最高，对土壤细菌生存繁衍产生了良好的作用；大蒜（0.46×108CFU/g）、西红柿（0.20×108CFU/g）的细菌群体最小，这些蔬菜品种不利于土壤细菌的生长繁殖。

真菌数量受蔬菜品种影响明显，茄子＞茄子-辣椒＞黄瓜＞西红柿＞大蒜＞辣椒，以茄子（0.80×105CFU/g）、茄子-辣椒轮作（0.62×105CFU/g）的土壤真菌群体最高，而大蒜（0.47×105CFU/g）、辣椒（0.46×105CFU/g）的数量最低，说明茄子以及茄子-辣椒轮作对土壤真菌菌群的培育与维持具有良好效果，大蒜、辣椒不利于土壤真菌的生存与繁殖。种植大蒜、辣椒能否减少病原真菌数量，值得研究。

放线菌蔬菜品种影响较大，其顺序为黄瓜＞茄子-辣椒＞茄子＞辣椒=大蒜＞西红柿。种植黄瓜（0.84×107CFU/g）、茄子-辣椒轮作（0.72×107CFU/g）土壤放线菌数量显著高于其他品种，有利于放线菌的生存与繁衍；辣椒（0.38×107CFU/g）、大蒜（0.38×107CFU/g）、西红柿（0.35×107CFU/g）土壤中放线菌数量较低，仅有黄瓜的41.6%～45.2%，这3种作物削弱了放线菌的生存能力。

土壤微生物总量以茄子-辣椒轮作种植最高，达到1.91×108CFU/g，超过其他单一品种种植；茄子和辣椒的单一品种种植可以使土壤微生物总量维持在较高水平，分别为1.01×108和1.52×108CFU/g，而西红柿的单一品种种植时，土壤微生物总量最低，仅为0.23×108CFU/g。可见，轮作和穿插种植茄子和辣椒有利于培育土壤微生物菌群并使土壤微生物总量维持在较高的水平。

2.2.2 寿光市大棚蔬菜茬口对土壤微生物结构的影响

寿光市的大棚蔬菜茬口对土壤微生物区系结构具有显著影响（表5）。

表5 寿光市蔬菜茬口对土壤微生物结构的影响（CFU/g）

不同蔬菜品种之间土壤细菌差异显著，土壤细菌数量由高到底排列顺序为:黄瓜-架豆＞黄瓜=西红柿＞豆角＞黄瓜-苦瓜＞辣椒＞西葫芦-豆角＞茄子。黄瓜-架豆轮作的细菌数量最多（1.01×108CFU/g）， 黄 瓜（0.93×108CFU/g）、 西红柿（0.93×108CFU/g）次之，西葫芦-豆角轮作（0.70×108CFU/g）、茄子（0.51×108CFU/g）的土壤细菌显著降低，尤以茄子最低，只占黄瓜-架豆轮作的50%左右。

土壤真菌数量受蔬菜品种的显著影响，但变化趋势不同于细菌，土壤真菌数量由高到底排列顺序为:西葫芦-豆角＞黄瓜-苦瓜＞黄瓜-架豆＞茄子=西红柿＞辣椒＞豆角＞黄瓜。西葫芦-豆角轮作（0.91×105CFU/g）真菌群体最大，其次为黄瓜-苦瓜轮作（0.84×105CFU/g），其他蔬菜品种的真菌数量都低于以上两种，豆角（0.55×105CFU/g）、黄瓜（0.46×105CFU/g）最低。

土壤放线菌受蔬菜品种显著影响，土壤放线菌数量由高到低排列顺序为:黄瓜＞西红柿＞黄瓜架豆＞黄瓜-苦瓜＞辣椒＞茄子＞豆角＞西葫芦-豆角。黄瓜（1.32×107CFU/g）、西红柿（1.02×107CFU/g）拥有较高的放线菌数量，茄子（0.50×107CFU/g）、西葫芦-豆角轮作（0.25×107CFU/g）放线菌菌群较小，以西葫芦-豆角轮作最低，仅为黄瓜土壤放线菌的18.9%。

土壤微生物总量以黄瓜-架豆轮作最高，达到了1.11×108CFU/g；西红柿、黄瓜-苦瓜轮作、黄瓜土壤真菌较高，分别为1.05×108、0.95×108和0.94×108CFU/g；西葫芦-豆角轮作和茄子的土壤微生物总量降低较多，茄子的土壤微生物总量最少，仅为0.59×108CFU/g。

总之，黄瓜-架豆轮作、黄瓜、西红柿能够增加土壤细菌数量，西葫芦-豆角轮作、茄子引起土壤细菌降低；西葫芦-豆角轮作、黄瓜-苦瓜轮作具有提高土壤真菌数量的效果，黄瓜、辣椒表现抑制土壤真菌作用；黄瓜、西红柿、黄瓜-架豆轮作、黄瓜-苦瓜轮作能够促进放线菌数量的增长，茄子、西葫芦-豆角轮作不利于土壤放线菌的生长。

3 讨论

本研究发现，大棚蔬菜连年种植会影响到土壤微生物多样性的变化，种植年限以及蔬菜的茬口安排都是主导因素。

首先，在研究土壤微生物区系变化时发现，寿光市、苍山县两个蔬菜产区其蔬菜大棚土壤的细菌、真菌、放线菌受种植年限的影响都很大，但是两个蔬菜产区土壤的细菌、真菌、放线菌受种植年限影响，各自的变化趋势大致相同，只是在各菌群数量的最高值与最低值出现的年限上有所差异。这一点在众多研究中都有分歧，不同的研究会出现不同的结果。本研究结果显示，土壤真菌数量都随着年限延长而呈现先增加后下降的趋势，这与白鹏华等［22］和孙凯宁等［23］研究结果相同。但费颖恒等［24］和陈碧华等［25］则认为，设施土壤的真菌数量会随着种植年限的增加而增加。因此，种植年限虽然是影响土壤微生物变化的主导因素之一，但不同地理位置以及不同地力条件等也会导致影响结果的不同。

其次，在研究中还发现，由于两个蔬菜产区种植的蔬菜品种不相同，导致对土壤微生物产生了较大的影响，不但两个蔬菜产区土壤微生物菌群之间表现明显差异，而且蔬菜品种与不同蔬菜产地交互作用显著。有学者认为，不同的作物种植、不同的茬口轮作会对土壤微生物区系变化产生影响，是由于不同作物根系分泌物中的化感物质不同导致的，从而影响根系微生物的数量、种类［26-28］。

一般来讲，土壤的细菌、放线菌的增加是土壤质量改善的重要标志之一，而土壤真菌越多土壤肥力越差，尤其是有害真菌的增加，是土壤生产力下降的一种表现［29-31］。因此，在大棚蔬菜生产中，掌握不同种植年限土壤微生物区系变化规律，可以通过配施生物有机肥，以及秸秆还田等方式，改善土壤的理化性质和保持营养的平衡，提高土壤微生物的多样性和稳定性；通过合理茬口安排增加细菌、放线菌、芽孢杆菌、固氮菌的数量，减少有害真菌的数量，从而改善土壤微生物的环境和结构，提高土壤肥力，促进作物的生长。

4 结论

4.1 蔬菜种植年限对土壤微生物区系的影响

苍山以种植4、8年的土壤细菌最多，寿光以种植2、6年的细菌量最大，两蔬菜产区土壤细菌数量都以种植7年最低；寿光市土壤真菌数量以3、2年最高，苍山以8、10、4年最高，两个区都以种植12年的真菌量降低最多；寿光市土壤放线菌以10、5年最高，苍山县以2、10年最高，超过6年下降加快。蔬菜大棚连续种植12年时，寿光、苍山两个蔬菜产地土壤中的细菌、真菌、放线菌的数量都急剧减少。

4.2 蔬菜品种和轮作模式对土壤微生物区系的影响

蔬菜轮作有利于土壤微生物的生存与发育。黄瓜-架豆轮作、黄瓜-苦瓜轮作、单一种植辣椒对细菌有良好的促进作用，而单一种植西红柿、茄子、大蒜对土壤细菌产生不良影响；黄瓜-苦瓜、西葫芦-豆角两种轮作对真菌具有促进作用，这两种轮作模式下土壤真菌数量最大，而单一种植辣椒、大蒜却抑制土壤真菌发育；黄瓜-架豆轮作、黄瓜-苦瓜轮作、茄子-辣椒轮作能够增加土壤放线菌的数量，而单一种植大蒜对放线菌有抑制作用；各种轮作中以西葫芦-豆角轮作表现最差，对放线菌有较强的抑制作用。

4.3 蔬菜种类对土壤微生物总量的影响

寿光市大棚蔬菜土壤微生物总量以黄瓜-架豆轮作最高，茄子的土壤微生物总量最少。苍山县土壤微生物总量以茄子-辣椒轮作种植最高，茄子和辣椒的单一品种能够维持较高的土壤微生物水平，西红柿的单一品种种植的土壤微生物总量最低。蔬菜轮作，茄子、辣椒单一种植均有利于提高土壤微生物菌群数量。