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摘要：选取大棚草莓不同连作年限的土壤为试材，以相邻露地小麦田土壤为对照，研究其种植草莓对土壤养分含量及微生物区系的影响。结果表明，随草莓连作年限的增加，0～10、10～20、20～30 cm不同土层的细菌、真菌、放线菌数量多有不同程度的增加，且真菌在微生物中的比例不断增加，土壤由高肥力的“细菌型”土壤向低肥力的“真菌型”土壤转变；连作土壤的蔗糖酶活性、脲酶活性、EC值明显高于对照，pH值与对照相比变化不大；不同连作年限土壤的养分含量主要集中在0～10、10～20 cm土层；土壤细菌数量与速效钾含量、速效磷含量、有效锌含量、硼含量及EC值呈显著正相关，真菌数量与速效钾含量、速效磷含量、硼含量、EC值呈极显著正相关，放线菌数量只与有效锌含量呈显著正相关。
关键词：草莓；连作；土壤；微生物；酶活性；养分；真菌；细菌；放线菌
中图分类号： S668406文献标志码：
文章编号：1002-1302（2017）16-0110-04
收稿日期：2016-11-03
基金项目：江苏省现代农业研究开发示范类项目（编号：BE2016369）；江苏省农业科技自主创新资金[编号：CX（14）2017）]。
作者简介：赵帆（1993—），男，江苏南京人，硕士研究生，从事农业生态系统研究。E-mail：843003818@qqcom。
通信作者：赵密珍，研究员，从事浆果类果树种质资源收集、评价与创新利用研究。E-mail：njzhaomz@163com。
草莓（Fragaria×ananassa Duch）为蔷薇科草莓属植物，是一种营养价值和经济价值较高的水果，因其色、香、味俱佳，深受消费者青睐。随着人口数量增加和社会经济发展，耕地面积逐渐减少，特别是近年来设施农业的迅速发展，设施草莓栽培面积逐年增加，导致连作障碍发生越来越严重。有研究认为，连作会导致土壤养分失衡、理化性质恶变、微生物群落变化、作物自毒物质积累等[2-4]。土壤养分含量高低是衡量土壤质量的一个重要方面，有研究表明，连作土壤中有效养分的含量增加[5-7]、细菌数量降低、真菌数量增多[8]。有关草莓连作与土壤病害、自毒物质、土壤酶活性和養分等的研究有所报道[9-11]，但不同连作年限草莓土壤不同土壤层微生物数量、酶活性和养分含量的研究尚未见报道。土壤中微生物的种类、数量及其变化一定程度上反映了土壤有机碳的矿化速度及各种养分的存在状态，同时，微生物种群结构失衡是导致作物减产、土壤质量下降的主要原因之一。土壤酶的活性反映土壤中进行各种生物化学过程的强度和方向，是土壤养分转化的媒介[12]，直接影响土壤养分的有效性和供给状态。因此，通过分析土壤中微生物数量和酶的活性及土壤养分变化的关系，可以综合反映土壤质量特征。本试验以大棚草莓连作土壤为对象，研究不同连作年限草莓土壤不同土层的土壤养分、微生物区系及酶活性变化，探明草莓连作对土壤环境的影响及连作障碍机理的形成，为草莓优质丰产及可持续发展提供理论依据。
1材料与方法
11样品采集与处理
2016年5月下旬草莓收获后，自江苏省东海石榴镇草莓基地分别采集连作红颊草莓2年、9年的大棚土壤为试材，以相邻的露地小麦田土壤为对照（CK）。连作土壤样品采集区的大棚连成一片，土壤类型主要为沙质，样本成土母质相同。土壤样本采集时按等距离原则进行，各采样点按“S”形分别布点采集0～10、10～20、20～30 cm土层的土壤。每个连作土壤采自3个大棚，每棚采5个点。同一土层的土壤混合均匀，按四分法处理，将约2 kg的样品带回实验室。
将采集的土样去掉植物根系、落叶、石块等，用灭菌的塑料袋包扎密封，一部分4 ℃冰箱保存，供测定土壤微生物数量；一部分样品自然风干，研磨过08 mm尼龙筛，混匀，取100 g样品，再研磨，过016 mm尼龙筛，贮存，用于测定土壤养分及酶活性。
12测定方法
分别采用碱解扩散法、重铬酸钾容量法-稀释热法、碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法、乙酸铵浸提火焰光度计法测定碱解氮、有机质、速效磷、速效钾的含量；沸水提取，电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-aes）测定硼含量；DTPA提取，ICP-aes测定锌、铁、锰的含量；乙酸铵提取，ICP-aes测定钙、镁的含量；无二氧化碳蒸馏水（水土比5 ∶1）浸提，用Mettler Toledo型pH计测定土壤pH值；土壤脲酶、蔗糖酶分别用比色法测定[14]；土壤细菌、真菌、放线菌分别用牛肉膏蛋白胨培养基、马丁培养基、改良高氏培养基培养一定时间，计数培养皿上生长的菌落，以菌落形成单位表示，菌数（CFU/g）=菌落平均数×稀释倍数[15]。
13数据处理
采用Excel 2010、SPSS 170软件对数据进行统计分析。
2结果与分析
21连作土壤的养分含量、酶活性和微生物数量
211连作土壤的微生物数量和酶活性由表1可知，随连作年限的增加，不同土层的细菌、真菌、放线菌数量多有不同程度的增加；同一连作土壤中，以细菌为主，数量相对较多；随连作年限的增加，真菌在微生物中的比例有所增加，具体表现在细菌数量/真菌数量、放线菌数量/真菌数量的比例多呈减小趋势。土壤酶活性是土壤肥力的重要指标之一。由表2可知，不同连作年限的不同土层，其蔗糖酶、脲酶的活性多高于对照，蔗糖酶活性呈逐渐增加的趋势，脲酶活性呈先增加后减少的趋势
注：表中差异显著性分析分每个处理0～10、10～20、20～30 cm不同土层及不同处理0～30 cm土层进行。不同小写字母、大写字母分别表示处理间差异显著（P<005）、极显著（P<001）。表2～表4同。
212连作土壤的养分含量由表3可知，随连作年限的增加，不同土层的有机质、碱解氮的含量呈先增加后减少趋势，速效钾、速效磷的含量和EC值呈逐渐增加趋势，其中速效钾、速效磷的含量增加幅度相对较大；随土层深度的增加，不同连作年限土壤有机质、碱解氮、速效钾、速效磷的含量多呈降低趋势，0～10、10～20 cm土层的养分含量相对较高。由表4可知，随连作年限的增加，不同土层有效钙、有效镁的含量呈先减少后增加趋势，有效铁、有效锰的含量呈先增加后减少趋势，有效锌、硼的含量呈逐渐增加趋势，其中有效铁、有效锌的含量变化幅度相对较大，可能是由于农户在补充中微量元素肥的过程中偏施有效铁、有效锌的缘故；不同连作年限土壤，大部分微量元素主要集中在0～10、10～20 cm土层。 22土壤微生物数量、酶活性与土壤养分的关系
由表5可知，土壤细菌数量与速效钾、速效磷、有效锌、硼的含量呈显著正相关，与EC值呈极显著正相关；真菌数量与速效钾含量、速效磷含量、硼含量、有效锌含量、EC值呈极显著正相关；放线菌数量与有效锌含量呈显著正相关；蔗糖酶活性与有效锌、硼的含量呈显著正相关，与速效钾含量、速效磷含量、EC值呈极显著正相关；脲酶活性与养分含量无显著相关性。
注：“”“”分别表示因子间有显著、极显著性相关。
3讨论
大棚草莓连作土壤的养分变化、累积，可能与栽培过程肥料的种类和施用量及灌溉条件等管理措施有关。另外，设施大棚栽培条件下，土壤缺少雨水淋洗及相应的水分运移也可能是造成表层土壤养分累积的重要原因[16]。试验结果表明，不同连作年限土壤的绝大多数养分主要集中在0～10、10～20 cm土层，这可能是因为草莓根系分布较浅，根系从土壤中吸收的养分经残茬表层释放，进一步导致土壤表层的养分含量升高；不同土层的有机质、碱解氮的含量随连作年限的增加呈先增加后减少的趋势，可能是化学氮肥施入土壤，经过一系列如硝化淋溶、反硝化等途径损失，虽然连作2年土壤中的碱解氮含量有所增加，但随连作程度的增加、硝化淋溶和反硝化作用的持续影响，土壤中碱解氮的含量会逐渐变少；连作9年土壤中的有机质含量出现减少，可能是因为日光温室土壤温度高，微生物活动旺盛，加速了土壤有机质的分解，另一方面日光温室内施用的有机肥以鸡粪、猪粪为主，此类肥料含速效性养分、纤维素较少，分解速度快，对土壤腐殖质形成的贡献不大；土壤中速效钾含量、速效磷含量和EC值随连作程度的增加而逐渐增加，其中速效钾含量、速效磷含量增加较为迅猛，这是由于磷、钾淋溶较少，容易在土壤中积累；连作9年的大棚土壤表层速效磷含量为200 mg/kg左右，碱解氮为 80 mg/kg 左右，达到丰富程度，而养分的富集一方面导致土壤盐分累积，浪费资源，污染环境，另一方面土壤硝态氮含量过高，也会使草莓硝酸盐含量增高，草莓品质下降。有研究表明，土壤盐分积累是由于缺少雨水淋溶，而降水对日光温室土壤的自然淋溶作用更为显著，大棚土壤水分的蒸发也比露地有明显增加，大部分时间土壤水分的运动方向与露地相反，水分自下而上运动，随水分运动土壤盐分逐渐向土表聚集，盐分含量增加[17]。
随草莓连作程度的加深，土壤pH值变化不大，连作9年土壤pH值为73，没有呈现酸性，与范小峰等研究结论[18]不一致，可能是由于农户在每茬草莓收获后施用大量菜籽饼等腐熟的有机肥改良土壤，并积极施用复合肥，这很好地抑制了土壤的酸化趋势。蔗糖酶对增加土壤中的易溶性营养物质发挥着重要的作用，土壤中蔗糖酶活性表征了土壤有机碳累积与分解转化规律[19]。脲酶活性可用来表示土壤有机态氮向有效态氮的转化能力和土壤无机氮的供应能力[20]。试验结果表明，不同连作年限的不同土层，其蔗糖酶、脲酶的活性都明显高于草莓非连作土壤，蔗糖酶活性呈逐渐增加的趋势，脲酶活性呈先增加后减少的趋势。有研究表明，不同作物连作对土壤酶活性的影响存在一定差异，施肥可以改善土壤营养缺乏、酶活性将低、土壤肥力下降等一系列问题，长期施肥会对土壤性质产生深远的影响[21-22]。虽然草莓连作时间较长，但长期合理的施肥对土壤酶活性起到了一定的促进效果。有研究表明，随着酚酸类物质的增多，土壤酶活性相应升高，影响作物的生长发育，但达到一定浓度时，酚酸类物质又会抑制酶活性[23]。草莓在生长过程中会分泌大量的酚酸物质，这可能会影响土壤的酶活性，具体原因有待进一步研究。
连作可使土壤微生物种群结构失衡，进而导致土壤质量下降，养分失衡[24-25]，这与土壤肥力及其微生物关系密切[26]。本研究表明，土壤细菌数量与速效钾、速效磷、有效锌、硼的含量呈显著正相关，与EC值呈极显著正相关，真菌数量与速效钾含量、速效磷含量、硼含量、有效锌含量、EC值呈极显著正相关，放线菌数量与有效锌含量呈显著正相关，这说明土壤养分含量的变化会影响微生物的繁殖和积累；随连作时间的延长，真菌数量普遍升高，说明随连作时间的延长，土壤肥力会由“细菌型”向“真菌型”转变，而真菌型土壤会导致作物发病較严重，主要是由于作物连作会使某些特定的微生物种群得到富集，特别是植物病原真菌，不利于土壤中微生物种群的平衡，这与王海霞等研究结果[27-29]一致，也可能是由于连作导致土壤容重增大，透气性降低，不利于细菌的繁殖。另外，生产中大量施入氮肥，导致耕层土壤氮素逐渐积累、渗透压降低，抑制了放线菌的生长，从而使作物发生根部病害，根系的发育受到影响，同时，氮肥的施入也易使微生物处于不活跃状态，甚至阻碍了有益微生物的生长[30]。
总之，连作会使土壤中主要的养分含量升高，土壤由高肥力的“细菌型”土壤向低肥力的“真菌型”土壤转变，土壤的真菌病害加重。土壤养分能直接或间接影响土壤的微生物种群结构数量和酶活性[31-32]，而微生物是土壤健康的决定因素，可以通过微生物的变化预测土壤质量[33-37]。
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关键词：草莓；连作；土壤；微生物；酶活性；养分；真菌；细菌；放线菌
中图分类号： S668406文献标志码：
文章编号：1002-1302（2017）16-0110-04
收稿日期：2016-11-03
基金项目：江苏省现代农业研究开发示范类项目（编号：BE2016369）；江苏省农业科技自主创新资金[编号：CX（14）2017）]。
作者简介：赵帆（1993—），男，江苏南京人，硕士研究生，从事农业生态系统研究。E-mail：843003818@qqcom。
通信作者：赵密珍，研究员，从事浆果类果树种质资源收集、评价与创新利用研究。E-mail：njzhaomz@163com。
草莓（Fragaria×ananassa Duch）为蔷薇科草莓属植物，是一种营养价值和经济价值较高的水果，因其色、香、味俱佳，深受消费者青睐。随着人口数量增加和社会经济发展，耕地面积逐渐减少，特别是近年来设施农业的迅速发展，设施草莓栽培面积逐年增加，导致连作障碍发生越来越严重。有研究认为，连作会导致土壤养分失衡、理化性质恶变、微生物群落变化、作物自毒物质积累等[2-4]。土壤养分含量高低是衡量土壤质量的一个重要方面，有研究表明，连作土壤中有效养分的含量增加[5-7]、细菌数量降低、真菌数量增多[8]。有关草莓连作与土壤病害、自毒物质、土壤酶活性和養分等的研究有所报道[9-11]，但不同连作年限草莓土壤不同土壤层微生物数量、酶活性和养分含量的研究尚未见报道。土壤中微生物的种类、数量及其变化一定程度上反映了土壤有机碳的矿化速度及各种养分的存在状态，同时，微生物种群结构失衡是导致作物减产、土壤质量下降的主要原因之一。土壤酶的活性反映土壤中进行各种生物化学过程的强度和方向，是土壤养分转化的媒介[12]，直接影响土壤养分的有效性和供给状态。因此，通过分析土壤中微生物数量和酶的活性及土壤养分变化的关系，可以综合反映土壤质量特征。本试验以大棚草莓连作土壤为对象，研究不同连作年限草莓土壤不同土层的土壤养分、微生物区系及酶活性变化，探明草莓连作对土壤环境的影响及连作障碍机理的形成，为草莓优质丰产及可持续发展提供理论依据。
1材料与方法
11样品采集与处理
2016年5月下旬草莓收获后，自江苏省东海石榴镇草莓基地分别采集连作红颊草莓2年、9年的大棚土壤为试材，以相邻的露地小麦田土壤为对照（CK）。连作土壤样品采集区的大棚连成一片，土壤类型主要为沙质，样本成土母质相同。土壤样本采集时按等距离原则进行，各采样点按“S”形分别布点采集0～10、10～20、20～30 cm土层的土壤。每个连作土壤采自3个大棚，每棚采5个点。同一土层的土壤混合均匀，按四分法处理，将约2 kg的样品带回实验室。
将采集的土样去掉植物根系、落叶、石块等，用灭菌的塑料袋包扎密封，一部分4 ℃冰箱保存，供测定土壤微生物数量；一部分样品自然风干，研磨过08 mm尼龙筛，混匀，取100 g样品，再研磨，过016 mm尼龙筛，贮存，用于测定土壤养分及酶活性。
12测定方法
分别采用碱解扩散法、重铬酸钾容量法-稀释热法、碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法、乙酸铵浸提火焰光度计法测定碱解氮、有机质、速效磷、速效钾的含量；沸水提取，电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-aes）测定硼含量；DTPA提取，ICP-aes测定锌、铁、锰的含量；乙酸铵提取，ICP-aes测定钙、镁的含量；无二氧化碳蒸馏水（水土比5 ∶1）浸提，用Mettler Toledo型pH计测定土壤pH值；土壤脲酶、蔗糖酶分别用比色法测定[14]；土壤细菌、真菌、放线菌分别用牛肉膏蛋白胨培养基、马丁培养基、改良高氏培养基培养一定时间，计数培养皿上生长的菌落，以菌落形成单位表示，菌数（CFU/g）=菌落平均数×稀释倍数[15]。
13数据处理
采用Excel 2010、SPSS 170软件对数据进行统计分析。
2结果与分析
21连作土壤的养分含量、酶活性和微生物数量
211连作土壤的微生物数量和酶活性由表1可知，随连作年限的增加，不同土层的细菌、真菌、放线菌数量多有不同程度的增加；同一连作土壤中，以细菌为主，数量相对较多；随连作年限的增加，真菌在微生物中的比例有所增加，具体表现在细菌数量/真菌数量、放线菌数量/真菌数量的比例多呈减小趋势。土壤酶活性是土壤肥力的重要指标之一。由表2可知，不同连作年限的不同土层，其蔗糖酶、脲酶的活性多高于对照，蔗糖酶活性呈逐渐增加的趋势，脲酶活性呈先增加后减少的趋势
注：表中差异显著性分析分每个处理0～10、10～20、20～30 cm不同土层及不同处理0～30 cm土层进行。不同小写字母、大写字母分别表示处理间差异显著（P<005）、极显著（P<001）。表2～表4同。
212连作土壤的养分含量由表3可知，随连作年限的增加，不同土层的有机质、碱解氮的含量呈先增加后减少趋势，速效钾、速效磷的含量和EC值呈逐渐增加趋势，其中速效钾、速效磷的含量增加幅度相对较大；随土层深度的增加，不同连作年限土壤有机质、碱解氮、速效钾、速效磷的含量多呈降低趋势，0～10、10～20 cm土层的养分含量相对较高。由表4可知，随连作年限的增加，不同土层有效钙、有效镁的含量呈先减少后增加趋势，有效铁、有效锰的含量呈先增加后减少趋势，有效锌、硼的含量呈逐渐增加趋势，其中有效铁、有效锌的含量变化幅度相对较大，可能是由于农户在补充中微量元素肥的过程中偏施有效铁、有效锌的缘故；不同连作年限土壤，大部分微量元素主要集中在0～10、10～20 cm土层。 22土壤微生物数量、酶活性与土壤养分的关系
由表5可知，土壤细菌数量与速效钾、速效磷、有效锌、硼的含量呈显著正相关，与EC值呈极显著正相关；真菌数量与速效钾含量、速效磷含量、硼含量、有效锌含量、EC值呈极显著正相关；放线菌数量与有效锌含量呈显著正相关；蔗糖酶活性与有效锌、硼的含量呈显著正相关，与速效钾含量、速效磷含量、EC值呈极显著正相关；脲酶活性与养分含量无显著相关性。
注：“”“”分别表示因子间有显著、极显著性相关。
3讨论
大棚草莓连作土壤的养分变化、累积，可能与栽培过程肥料的种类和施用量及灌溉条件等管理措施有关。另外，设施大棚栽培条件下，土壤缺少雨水淋洗及相应的水分运移也可能是造成表层土壤养分累积的重要原因[16]。试验结果表明，不同连作年限土壤的绝大多数养分主要集中在0～10、10～20 cm土层，这可能是因为草莓根系分布较浅，根系从土壤中吸收的养分经残茬表层释放，进一步导致土壤表层的养分含量升高；不同土层的有机质、碱解氮的含量随连作年限的增加呈先增加后减少的趋势，可能是化学氮肥施入土壤，经过一系列如硝化淋溶、反硝化等途径损失，虽然连作2年土壤中的碱解氮含量有所增加，但随连作程度的增加、硝化淋溶和反硝化作用的持续影响，土壤中碱解氮的含量会逐渐变少；连作9年土壤中的有机质含量出现减少，可能是因为日光温室土壤温度高，微生物活动旺盛，加速了土壤有机质的分解，另一方面日光温室内施用的有机肥以鸡粪、猪粪为主，此类肥料含速效性养分、纤维素较少，分解速度快，对土壤腐殖质形成的贡献不大；土壤中速效钾含量、速效磷含量和EC值随连作程度的增加而逐渐增加，其中速效钾含量、速效磷含量增加较为迅猛，这是由于磷、钾淋溶较少，容易在土壤中积累；连作9年的大棚土壤表层速效磷含量为200 mg/kg左右，碱解氮为 80 mg/kg 左右，达到丰富程度，而养分的富集一方面导致土壤盐分累积，浪费资源，污染环境，另一方面土壤硝态氮含量过高，也会使草莓硝酸盐含量增高，草莓品质下降。有研究表明，土壤盐分积累是由于缺少雨水淋溶，而降水对日光温室土壤的自然淋溶作用更为显著，大棚土壤水分的蒸发也比露地有明显增加，大部分时间土壤水分的运动方向与露地相反，水分自下而上运动，随水分运动土壤盐分逐渐向土表聚集，盐分含量增加[17]。
随草莓连作程度的加深，土壤pH值变化不大，连作9年土壤pH值为73，没有呈现酸性，与范小峰等研究结论[18]不一致，可能是由于农户在每茬草莓收获后施用大量菜籽饼等腐熟的有机肥改良土壤，并积极施用复合肥，这很好地抑制了土壤的酸化趋势。蔗糖酶对增加土壤中的易溶性营养物质发挥着重要的作用，土壤中蔗糖酶活性表征了土壤有机碳累积与分解转化规律[19]。脲酶活性可用来表示土壤有机态氮向有效态氮的转化能力和土壤无机氮的供应能力[20]。试验结果表明，不同连作年限的不同土层，其蔗糖酶、脲酶的活性都明显高于草莓非连作土壤，蔗糖酶活性呈逐渐增加的趋势，脲酶活性呈先增加后减少的趋势。有研究表明，不同作物连作对土壤酶活性的影响存在一定差异，施肥可以改善土壤营养缺乏、酶活性将低、土壤肥力下降等一系列问题，长期施肥会对土壤性质产生深远的影响[21-22]。虽然草莓连作时间较长，但长期合理的施肥对土壤酶活性起到了一定的促进效果。有研究表明，随着酚酸类物质的增多，土壤酶活性相应升高，影响作物的生长发育，但达到一定浓度时，酚酸类物质又会抑制酶活性[23]。草莓在生长过程中会分泌大量的酚酸物质，这可能会影响土壤的酶活性，具体原因有待进一步研究。
连作可使土壤微生物种群结构失衡，进而导致土壤质量下降，养分失衡[24-25]，这与土壤肥力及其微生物关系密切[26]。本研究表明，土壤细菌数量与速效钾、速效磷、有效锌、硼的含量呈显著正相关，与EC值呈极显著正相关，真菌数量与速效钾含量、速效磷含量、硼含量、有效锌含量、EC值呈极显著正相关，放线菌数量与有效锌含量呈显著正相关，这说明土壤养分含量的变化会影响微生物的繁殖和积累；随连作时间的延长，真菌数量普遍升高，说明随连作时间的延长，土壤肥力会由“细菌型”向“真菌型”转变，而真菌型土壤会导致作物发病較严重，主要是由于作物连作会使某些特定的微生物种群得到富集，特别是植物病原真菌，不利于土壤中微生物种群的平衡，这与王海霞等研究结果[27-29]一致，也可能是由于连作导致土壤容重增大，透气性降低，不利于细菌的繁殖。另外，生产中大量施入氮肥，导致耕层土壤氮素逐渐积累、渗透压降低，抑制了放线菌的生长，从而使作物发生根部病害，根系的发育受到影响，同时，氮肥的施入也易使微生物处于不活跃状态，甚至阻碍了有益微生物的生长[30]。
总之，连作会使土壤中主要的养分含量升高，土壤由高肥力的“细菌型”土壤向低肥力的“真菌型”土壤转变，土壤的真菌病害加重。土壤养分能直接或间接影响土壤的微生物种群结构数量和酶活性[31-32]，而微生物是土壤健康的决定因素，可以通过微生物的变化预测土壤质量[33-37]。
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