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摘要 [目的]研究种植模式对新丰生姜生产力与土壤环境的影响。[方法]通过常规化学分析方法及相應的选择性培养基培养法，对大棚生姜-水稻水旱轮作模式和露地生姜种植模式的土壤微生物和重金属含量进行比对，并对单位面积嫩姜的产量和效益进行测算。[结果]在大棚生姜-水稻水旱轮作模式下的整个轮作周期内，土壤中真菌和放线菌的数量都低于露地生姜种植模式，土壤中细菌在大棚生姜-水稻水旱轮作模式下水稻的整个生育期内都显著低于露地生姜种植模式，同时大棚生姜-水稻水旱轮作模式土壤中的Cu、Zn、As、Pb都低于露地生姜种植模式，而土壤中Ni的含量略高于露地生姜种植模式。大棚生姜-水稻水旱轮作模式提高了生姜的产量和经济效益。[结论]该研究可为大棚生姜-水稻水旱轮作模式的推广提供理论依据。
关键词 种植模式；生姜；土壤微生物；重金属；生产力
中图分类号 S504.8 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）22-040-02
Abstract [Objective] The research aimed to study effects of planting mode on productivity of Xinfeng ginger and soil environment. [Method] By routine chemical analysis method and corresponding selective medium cultivation method， soil microorganism and heavy metal under shed ginger-paddy waterland rotation pattern and open ground planting mode of ginger were contrasted， and yield and economic benefit of tender ginger per area were measured. [Result] During whole rotation period of shed ginger-paddy waterland rotation pattern， fungi and actinomycetes in soil were both lower than that under open ground plantation mode， and bacteria in soil during whole growth period of paddy under shed ginger-paddy waterland rotation pattern were significantly lower than that under open ground plantation mode. Meanwhile， Cu， Zn， As and Pb in soil under shed ginger-paddy waterland rotation pattern were all lower than that under open ground plantation mode， while Ni content in soil was slightly higher than that under open ground plantation mode. Shed ginger-paddy waterland rotation pattern improved yield and economic benefit of ginger. [Conclusion] The research could provide theoretical basis for promotion of shed ginger-paddy waterland rotation pattern.
Key words Plantation mode； Ginger； Soil microorganism； Heavy metal； Productivity
新丰生姜是浙江省嘉兴市优良地方品种，但因姜瘟病没有得到有效的控制，生姜面积不断减少。生姜种植进大棚，采取水旱轮作（生姜-晚稻）、提早种植、提早形成产量、提早上市等避灾栽培技术，使姜瘟病的发生逐渐减少，生姜种植的效益成倍增长。有研究表明，农业种植制度、耕作方式、施肥措施等均是影响土壤微生物生物量的重要因素[1-3]。由于不同模式间农作物的搭配、耕作方式及施肥等管理措施的差异，导致不同种植模式下的土壤微生物群落具有不同的特征。农业土壤重金属元素主要来自于母质，同时也受到农业耕作活动的影响，特别是化肥、农药等使用带来的残留[4-5]。笔者以新丰镇露地生姜种植模式和大棚生姜-水稻水旱轮作模式为研究对象，明确新丰生姜不同种植模式对土壤微生物组成和重金属含量的影响，以期为大棚生姜-晚稻水旱轮作模式的推广提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料 试验在新丰镇竹林村相邻地块同一农户进行，以确保土壤理化性质基本一致。大棚生姜-水稻水旱轮作模式嫩姜7月初上市，晚稻（秀水519）7月25日播种，11月21日收获。露地生姜模式收获部分嫩姜，剩余部分留种，土壤在露地生姜种植模式留种地块采集。
1.2 方法
1.2.1 土壤样品的采集与分析。分别于新丰生姜幼苗期、嫩姜收获期、水稻灌浆期（生姜旺盛生长期）、水稻（生姜）收获期取土，每个样点按“S”形取样法取0～20 cm表土。一部分土样装入无菌纸袋，立即带回实验室，剔除植株根系与杂物， 4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物的分析；另一部分土样风干，用于土壤重金属分析。
1.2.2 土壤微生物指标分析。土壤微生物的分离与计数方法采用稀释平板法[6]，其中土壤细菌采用牛肉蛋白胨琼脂培养基，真菌计数用改良马丁琼脂培养基（加入孟加拉红和链霉素），放线菌用高氏合成Ⅰ号培养基。 1.2.3 土壤重金属测定。土壤经微波消解（安东帕3000），使用电感耦合等离子体质谱系统（ICPMAS7500）测定重金属含量。数据采用DPS数据处理平台进行分析[7]。
1.2.4 生姜产量统计。按嫩姜实收产量进行测算。
2 结果与分析
2.1 生姜不同种植模式对土壤微生物组成的影响
对新丰生姜幼苗期、嫩姜收获期、水稻灌浆期（生姜旺盛生长期）和水稻（生姜）收获期不同阶段土壤微生物组成的变化进行了测定（表1）。 在幼苗期，大棚生姜-晚稻水旱轮作模式（简称大棚生姜）的土壤细菌数量和真菌数量高于露地生姜种植模式（简称露地生姜），土壤真菌的数量达极显著水平。在生姜嫩姜收获后的3个取样时期，露地生姜的土壤真菌数量都高于大棚生姜，达极显著水平，且嫩姜收获期露地生姜的土壤真菌数量最高（7.53 cfu/g），大棚生姜的最低（1.14 cfu/g），这与7月的温湿度及大棚生姜的收获干扰了土壤的微生物有关[2]。在大棚生姜-晚稻种植模式的水稻生育期内，土壤中细菌、真菌和放线菌的数量都低于露地生姜，水稻灌浆期（生姜生长旺盛期），大棚生姜土壤的细菌、真菌和放线菌都极显著低于露地生姜的。在整个生育期内，大棚生姜的放线菌都低于露地生姜。
2.2 生姜不同种植模式对土壤重金属的影响
新丰镇是生猪养殖重镇，因发展循环经济的需要，在生姜种植过程中，沼液、渣作为基肥施用。根据前期对沼液、渣中重金属含量的分析，重点测定了铜、砷、锌、镉、铬、镍和铅7个元素。由表2可见，大棚生姜和露地生姜的土壤重金属含量都未超过国家二级标准。土壤不同取样时期，大棚生姜土壤中的Cu、Zn、As、Pb都低于露地生姜，而Ni的含量略高于露地生姜；大棚生姜土壤中Cr含量在幼苗期和嫩姜收获期低于露地生姜，在水稻灌浆期（生姜旺盛生长期）和水稻（生姜）收获期则高于露地生姜，土壤中Cd的含量表现正好相反。
2.3 不同种植方式生姜的产量及经济效益分析
以露地生姜种植模式为对照，对大棚生姜-晚稻“万元千斤”种植模式示范并测产。从表3可知，大棚生姜的嫩姜产量明显高于露地生姜，增加了14 055 kg/hm2，增产幅度达185%；从经济效益来看，大棚生姜-晚稻模式下嫩姜效益达24.13万元/hm2，比露地生姜效益增加17.5万元/hm2，增幅达266%，经济效益的增加得益于大棚生姜提早种植（3月上旬种植），提早上市（6月下旬～7月上旬）。
3 小结和讨论
土壤微生物很大一部分来自于植物残体和根系分泌物，连作和轮作对土壤微生物的影响实质上是由植物残体和根系分泌物所致。也就是说种植方式的不同，导致作物残体和根系残留物及根系分泌物在土壤中积累不同，從而使得土壤微生物所得到的碳源数量和性质不同，因此土壤微生物的数量和种群结构在不同的种植方式下表现出差异[6] 。土壤重金属元素积累与农业生产各个环节多种因素相关。在传统农区中，每种生产模式因投入差异对相关土壤元素环境会产生不同的影响，而不同生产模式之间也存在一定的差异[5]。
该试验对比了大棚生姜-水稻水旱轮作模式和露地生姜种植模式的土壤微生物组成和重金属含量，并对单位面积嫩姜的产量和效益进行测算。结果表明，在大棚生姜-水稻水旱轮作模式下的整个轮作周期内，土壤中真菌和放线菌的数量都低于露地生姜种植模式，土壤中细菌在大棚生姜-水稻水旱轮作模式下水稻的整个生育期内都显著低于露地生姜种植模式。在生姜种植中，姜瘟病、茎基腐病、姜炭疽病、白星病发生面最广、为害最重，除姜瘟病是细菌性病害外，其他3种病害都为真菌性病害。大棚生姜-水稻水旱轮作模式土壤中真菌和细菌数量的降低可能利于减少病害的发生。
大棚生姜-水稻水旱轮作模式土壤中的Cu、Zn、As、Pb都低于露地生姜种植模式，而土壤中Ni的含量略高于露地生姜种植模式，大棚生姜-水稻水旱轮作模式提高了生姜的产量和经济效益。从研究结果可知，大棚生姜-水稻水旱轮作模式在高投入、高产出的情况下，对土壤重金属含量的影响不大，有较好的经济和生态效益。
参考文献
[1]王旭熙，吴福忠，杨万勤，等.栽植生姜对不同种植模式下紫色土微生物生物量及水解酶活性的影响[J].应用生态学报，2012，23（2）：433-438.
[2] 尹睿，张华勇，黄锦法，等.保护地菜田与稻麦轮作田土壤微生物学特征的比较[J].植物营养与肥料学报，2004，10（1）：57-62.
[3] 吴艳飞，高丽红，李红岭，等.连作温室夏季不同利用模式对黄瓜产量及土壤环境影响[J].中国农业科学，2006，39（12）：2551-2556.
[4] 马智宏，王北洪，王纪华，等.不同种植方式下土壤中重金属分布的研究及评价[J].安徽农业科学，2008，36（13）：5596-5597，5521.
[5]李立.传统农区不同种植模式对土壤重金属污染的影响[J].生态环境学报，2012，21（10）：1756，1762.
[6] 王岩， 沈其荣， 史瑞和， 等.土壤微生物量及其生态效应[J].南京农业大学学报， 1996， 19（4）： 45-51.
[7] 唐明义，冯明光.实用统计分析及其DPS数据处理系统[M].北京：科学出版社，2002.
关键词 种植模式；生姜；土壤微生物；重金属；生产力
中图分类号 S504.8 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）22-040-02
Abstract [Objective] The research aimed to study effects of planting mode on productivity of Xinfeng ginger and soil environment. [Method] By routine chemical analysis method and corresponding selective medium cultivation method， soil microorganism and heavy metal under shed ginger-paddy waterland rotation pattern and open ground planting mode of ginger were contrasted， and yield and economic benefit of tender ginger per area were measured. [Result] During whole rotation period of shed ginger-paddy waterland rotation pattern， fungi and actinomycetes in soil were both lower than that under open ground plantation mode， and bacteria in soil during whole growth period of paddy under shed ginger-paddy waterland rotation pattern were significantly lower than that under open ground plantation mode. Meanwhile， Cu， Zn， As and Pb in soil under shed ginger-paddy waterland rotation pattern were all lower than that under open ground plantation mode， while Ni content in soil was slightly higher than that under open ground plantation mode. Shed ginger-paddy waterland rotation pattern improved yield and economic benefit of ginger. [Conclusion] The research could provide theoretical basis for promotion of shed ginger-paddy waterland rotation pattern.
Key words Plantation mode； Ginger； Soil microorganism； Heavy metal； Productivity
新丰生姜是浙江省嘉兴市优良地方品种，但因姜瘟病没有得到有效的控制，生姜面积不断减少。生姜种植进大棚，采取水旱轮作（生姜-晚稻）、提早种植、提早形成产量、提早上市等避灾栽培技术，使姜瘟病的发生逐渐减少，生姜种植的效益成倍增长。有研究表明，农业种植制度、耕作方式、施肥措施等均是影响土壤微生物生物量的重要因素[1-3]。由于不同模式间农作物的搭配、耕作方式及施肥等管理措施的差异，导致不同种植模式下的土壤微生物群落具有不同的特征。农业土壤重金属元素主要来自于母质，同时也受到农业耕作活动的影响，特别是化肥、农药等使用带来的残留[4-5]。笔者以新丰镇露地生姜种植模式和大棚生姜-水稻水旱轮作模式为研究对象，明确新丰生姜不同种植模式对土壤微生物组成和重金属含量的影响，以期为大棚生姜-晚稻水旱轮作模式的推广提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料 试验在新丰镇竹林村相邻地块同一农户进行，以确保土壤理化性质基本一致。大棚生姜-水稻水旱轮作模式嫩姜7月初上市，晚稻（秀水519）7月25日播种，11月21日收获。露地生姜模式收获部分嫩姜，剩余部分留种，土壤在露地生姜种植模式留种地块采集。
1.2 方法
1.2.1 土壤样品的采集与分析。分别于新丰生姜幼苗期、嫩姜收获期、水稻灌浆期（生姜旺盛生长期）、水稻（生姜）收获期取土，每个样点按“S”形取样法取0～20 cm表土。一部分土样装入无菌纸袋，立即带回实验室，剔除植株根系与杂物， 4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物的分析；另一部分土样风干，用于土壤重金属分析。
1.2.2 土壤微生物指标分析。土壤微生物的分离与计数方法采用稀释平板法[6]，其中土壤细菌采用牛肉蛋白胨琼脂培养基，真菌计数用改良马丁琼脂培养基（加入孟加拉红和链霉素），放线菌用高氏合成Ⅰ号培养基。 1.2.3 土壤重金属测定。土壤经微波消解（安东帕3000），使用电感耦合等离子体质谱系统（ICPMAS7500）测定重金属含量。数据采用DPS数据处理平台进行分析[7]。
1.2.4 生姜产量统计。按嫩姜实收产量进行测算。
2 结果与分析
2.1 生姜不同种植模式对土壤微生物组成的影响
对新丰生姜幼苗期、嫩姜收获期、水稻灌浆期（生姜旺盛生长期）和水稻（生姜）收获期不同阶段土壤微生物组成的变化进行了测定（表1）。 在幼苗期，大棚生姜-晚稻水旱轮作模式（简称大棚生姜）的土壤细菌数量和真菌数量高于露地生姜种植模式（简称露地生姜），土壤真菌的数量达极显著水平。在生姜嫩姜收获后的3个取样时期，露地生姜的土壤真菌数量都高于大棚生姜，达极显著水平，且嫩姜收获期露地生姜的土壤真菌数量最高（7.53 cfu/g），大棚生姜的最低（1.14 cfu/g），这与7月的温湿度及大棚生姜的收获干扰了土壤的微生物有关[2]。在大棚生姜-晚稻种植模式的水稻生育期内，土壤中细菌、真菌和放线菌的数量都低于露地生姜，水稻灌浆期（生姜生长旺盛期），大棚生姜土壤的细菌、真菌和放线菌都极显著低于露地生姜的。在整个生育期内，大棚生姜的放线菌都低于露地生姜。
2.2 生姜不同种植模式对土壤重金属的影响
新丰镇是生猪养殖重镇，因发展循环经济的需要，在生姜种植过程中，沼液、渣作为基肥施用。根据前期对沼液、渣中重金属含量的分析，重点测定了铜、砷、锌、镉、铬、镍和铅7个元素。由表2可见，大棚生姜和露地生姜的土壤重金属含量都未超过国家二级标准。土壤不同取样时期，大棚生姜土壤中的Cu、Zn、As、Pb都低于露地生姜，而Ni的含量略高于露地生姜；大棚生姜土壤中Cr含量在幼苗期和嫩姜收获期低于露地生姜，在水稻灌浆期（生姜旺盛生长期）和水稻（生姜）收获期则高于露地生姜，土壤中Cd的含量表现正好相反。
2.3 不同种植方式生姜的产量及经济效益分析
以露地生姜种植模式为对照，对大棚生姜-晚稻“万元千斤”种植模式示范并测产。从表3可知，大棚生姜的嫩姜产量明显高于露地生姜，增加了14 055 kg/hm2，增产幅度达185%；从经济效益来看，大棚生姜-晚稻模式下嫩姜效益达24.13万元/hm2，比露地生姜效益增加17.5万元/hm2，增幅达266%，经济效益的增加得益于大棚生姜提早种植（3月上旬种植），提早上市（6月下旬～7月上旬）。
3 小结和讨论
土壤微生物很大一部分来自于植物残体和根系分泌物，连作和轮作对土壤微生物的影响实质上是由植物残体和根系分泌物所致。也就是说种植方式的不同，导致作物残体和根系残留物及根系分泌物在土壤中积累不同，從而使得土壤微生物所得到的碳源数量和性质不同，因此土壤微生物的数量和种群结构在不同的种植方式下表现出差异[6] 。土壤重金属元素积累与农业生产各个环节多种因素相关。在传统农区中，每种生产模式因投入差异对相关土壤元素环境会产生不同的影响，而不同生产模式之间也存在一定的差异[5]。
该试验对比了大棚生姜-水稻水旱轮作模式和露地生姜种植模式的土壤微生物组成和重金属含量，并对单位面积嫩姜的产量和效益进行测算。结果表明，在大棚生姜-水稻水旱轮作模式下的整个轮作周期内，土壤中真菌和放线菌的数量都低于露地生姜种植模式，土壤中细菌在大棚生姜-水稻水旱轮作模式下水稻的整个生育期内都显著低于露地生姜种植模式。在生姜种植中，姜瘟病、茎基腐病、姜炭疽病、白星病发生面最广、为害最重，除姜瘟病是细菌性病害外，其他3种病害都为真菌性病害。大棚生姜-水稻水旱轮作模式土壤中真菌和细菌数量的降低可能利于减少病害的发生。
大棚生姜-水稻水旱轮作模式土壤中的Cu、Zn、As、Pb都低于露地生姜种植模式，而土壤中Ni的含量略高于露地生姜种植模式，大棚生姜-水稻水旱轮作模式提高了生姜的产量和经济效益。从研究结果可知，大棚生姜-水稻水旱轮作模式在高投入、高产出的情况下，对土壤重金属含量的影响不大，有较好的经济和生态效益。
参考文献
[1]王旭熙，吴福忠，杨万勤，等.栽植生姜对不同种植模式下紫色土微生物生物量及水解酶活性的影响[J].应用生态学报，2012，23（2）：433-438.
[2] 尹睿，张华勇，黄锦法，等.保护地菜田与稻麦轮作田土壤微生物学特征的比较[J].植物营养与肥料学报，2004，10（1）：57-62.
[3] 吴艳飞，高丽红，李红岭，等.连作温室夏季不同利用模式对黄瓜产量及土壤环境影响[J].中国农业科学，2006，39（12）：2551-2556.
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[5]李立.传统农区不同种植模式对土壤重金属污染的影响[J].生态环境学报，2012，21（10）：1756，1762.
[6] 王岩， 沈其荣， 史瑞和， 等.土壤微生物量及其生态效应[J].南京农业大学学报， 1996， 19（4）： 45-51.
[7] 唐明义，冯明光.实用统计分析及其DPS数据处理系统[M].北京：科学出版社，2002.