孫凱寧，楊 寧，王克安，呂曉惠，柴秀乾

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜花卉研究所/國(guó)家蔬菜改良中心山東分中心/山東省設(shè)施蔬菜生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南250100）

山藥屬薯蕷科，為多年蔓生草本植物薯蕷（Dioscoreaopposita）的根莖，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，具有免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、降血脂、降血糖、抗腫瘤以及調(diào)節(jié)脾胃等功效［1］。但山藥若在同一地塊連續(xù)種植，易造成病蟲(chóng)害多發(fā)且減產(chǎn)嚴(yán)重，表現(xiàn)出明顯的連作障礙［2］。土壤微生物是土壤的重要組成部分，它幾乎參與了土壤中的所有生化反應(yīng)，其主要生理菌群則直接參與到土壤碳、氮等營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)和能量流動(dòng)中，其數(shù)量和活性直接影響到土壤生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量和維持［3－4］。同時(shí)，土壤微生物可作為植物病原菌或生長(zhǎng)促進(jìn)因子直接影響到作物生長(zhǎng)，也可通過(guò)與其他微生物的相互作用間接對(duì)作物起到促進(jìn)和抑制作用［5－6］。土壤酶活性可以反映土壤中進(jìn)行的各種生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)向和強(qiáng)度，盡管數(shù)量較少，但作用頗大［7］，因?yàn)樗鼈兡軌騾⑴c各種元素的生物循環(huán)、有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化、腐殖質(zhì)和有機(jī)無(wú)機(jī)膠體的形成等。土壤酶活性可作為衡量土壤生物學(xué)活性和土壤生產(chǎn)力的指標(biāo)［8］。

我國(guó)蔬菜種植面積廣大，但由于經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，長(zhǎng)期以來(lái)人們過(guò)度追求產(chǎn)量，大量施用農(nóng)藥和化肥，且復(fù)種指數(shù)高，連作現(xiàn)象普遍，使土壤環(huán)境日益惡化。目前，針對(duì)蔬菜連作土壤中養(yǎng)分變化、微生物及酶類變動(dòng)情況已有較多報(bào)道［9－10］，但關(guān)于山藥不同連作年限及輪作之后土壤微生物及酶活性的變化特點(diǎn)卻較為鮮見(jiàn)。本文以此為切入點(diǎn)，研究不同連作年限和輪作（山藥—小麥）模式條件下山藥種植土壤耕層主要微生物數(shù)量和土壤酶活性的變化特征，以期為更加深入探討山藥連作障礙機(jī)理與控制技術(shù)提供有效支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年11月21日在山東省桓臺(tái)縣新城細(xì)毛山藥農(nóng)民專業(yè)合作社的試驗(yàn)地進(jìn)行取樣，分別對(duì)山藥連作（0a：CK；1a：T1；2a：T2）和輪作（山藥—小麥：T3）土壤耕層（0—30cm）進(jìn)行多點(diǎn)取樣，每類樣地按“S形”選取5個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)按隨機(jī)多點(diǎn)混合取樣法將土樣混合均勻?；靹虻耐翗右徊糠诛L(fēng)干保存，測(cè)定主要土壤酶活性，一部分在4℃下保存鮮樣，測(cè)定主要微生物數(shù)量。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 土壤微生物數(shù)量的測(cè)定 細(xì)菌、真菌、放線菌計(jì)數(shù)采用稀釋涂抹平板法。細(xì)菌培養(yǎng)采用葡萄糖牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌采用馬丁孟加拉紅培養(yǎng)基，放線菌采用淀粉硝酸鉀培養(yǎng)基（高氏一號(hào)）。微生物數(shù)量以每克樣品的菌數(shù)表示。每克樣品的菌數(shù)＝同一個(gè)稀釋度幾次重復(fù)的菌落平均數(shù)×5×稀釋倍數(shù)。

1.2.2 土壤酶活性測(cè)定 不同酶活性參照嚴(yán)昶升［11］的方法。脲酶采用苯酚—次氯酸鈉比色法；過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法；蔗糖酶活性用3，5－二硝基水楊酸比色法測(cè)定，磷酸酶用磷酸苯二鈉（4－氨基安替比林）比色法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)的整理采用Excel軟件完成；差異顯著性測(cè)驗(yàn)采用SPSS軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 山藥連作和輪作模式對(duì)土壤主要理化性狀的影響

由表1可知，山藥連作與輪作對(duì)耕層土壤的pH影響不大，各處理間無(wú)差異；EC值隨著連作年限的增加呈上升趨勢(shì)，T1，T2分別比CK增加了14.4%和30.7%，T3較T2降低了8.17%，說(shuō)明連作增加了土壤含鹽量，而輪作可以起到降低土壤含鹽量的效果。就對(duì)土壤肥力的影響而言，各指標(biāo)均表現(xiàn)出了相似的規(guī)律，即隨著連作年限的增加，各肥力指標(biāo)逐漸降低，而輪作之后的土壤耕層肥力則有所增加。T2的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量分別比T1降低了18.5%，5.88%，18.2%和8.79%，而T3則分別比T2增加了75.6%，37.5%，54.4%和11.8%，說(shuō)明輪作對(duì)恢復(fù)土壤肥力有一定效果。

表1 山藥不同種植模式土壤（0－30cm）主要理化指標(biāo)

2.2 山藥不同種植年限土壤微生物數(shù)量的變化

由圖1可知，在三種菌類中，以細(xì)菌所占比例最大，其次為放線菌，真菌最少。與對(duì)照相比，細(xì)菌數(shù)量隨著山藥連作年限的增加呈遞減趨勢(shì)，表現(xiàn)為CK＞T3＞T1＞T2，其中T1和T2分別較CK降低了8.26%和79.5%；而輪作模式（T3）則促進(jìn)了土壤中細(xì)菌數(shù)量的增加，較T2增加了110.5%。放線菌與細(xì)菌表現(xiàn)出的趨勢(shì)相類似，即隨著種植年限的增加呈遞減趨勢(shì)，與CK相比，T1，T2分別減少了41.6%，87.9%，其降低幅度較細(xì)菌更大，表現(xiàn)出對(duì)山藥連作更強(qiáng)的敏感性；T3較T2增加了570.5%，差異達(dá)極顯著水平（p＜0.01），說(shuō)明輪作可以極大地增加連作土壤中放線菌的數(shù)量。真菌隨連作年限呈先增后降的趨勢(shì)，與CK相比，T1增加了16.3%；而連作2a后，真菌數(shù)量則急劇下降，較T1降低了54.3%，差異達(dá)顯著水平（p＜0.05）；T3與T2差異不顯著。

2.3 山藥不同種植年限土壤酶活性的變化

由圖2可知，各處理脲酶活性大小順序?yàn)椋篢3＞CK＞T1＞T2，表現(xiàn)為隨連作年限增加而遞減的趨勢(shì)，而輪作模式可以增加其活性，T3與T2差異顯著（p＜0.05）。蔗糖酶與脲酶的規(guī)律近似，連作2a較1a處理大幅降低，差異達(dá)極顯著水平（p＜0.01），說(shuō)明其活性受連作年限的影響更為明顯；而與連作2a處理相比，輪作可以極顯著提高蔗糖酶活性（p＜0.01）。堿性磷酸酶隨種植年限的增加呈先升后降的趨勢(shì)，輪作模式較T2有所增加。過(guò)氧化氫酶隨著種植時(shí)間的增加而逐漸增加，輪作模式與T2相差不大。

3 討論與結(jié)論

作物連作對(duì)土壤養(yǎng)分狀況有較大影響，如劉建國(guó)等［12］研究發(fā)現(xiàn)，新疆綠洲棉花長(zhǎng)期連作后土壤pH、有效鉀含量下降，鹽分則逐漸增加；吳鳳芝等［13］發(fā)現(xiàn)設(shè)施土壤養(yǎng)分隨黃瓜連作年限的增加而呈遞增的趨勢(shì)。前人關(guān)于連作對(duì)土壤養(yǎng)分影響的研究較多，但作物多樣，結(jié)論不一，特別是關(guān)于山藥連作及輪作對(duì)土壤養(yǎng)分的影響報(bào)道很少。本研究發(fā)現(xiàn)山藥連作增加了土壤含鹽量，而山藥—小麥輪作則可以起到降低土壤含鹽量的效果；同時(shí)山藥連作2a較1a明顯降低了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，而輪作模式則有增加土壤肥力的作用。

圖1 山藥連作和輪作模式對(duì)土壤主要微生物數(shù)量的影響

圖2 山藥連作和輪作模式對(duì)土壤酶活性的影響

前人的研究表明，連作會(huì)使土壤從“細(xì)菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致地力衰竭，真菌數(shù)量越多土壤肥力越差［14］。就本試驗(yàn)細(xì)菌來(lái)看，連作減少了細(xì)菌數(shù)量，這與前人的研究相似；但真菌卻表現(xiàn)為隨連作年限增加呈先增后降的趨勢(shì)，這與前人關(guān)于連作促使真菌逐年增加的結(jié)論不同［15－16］。有研究表明，黃瓜根際細(xì)菌和放線菌隨連作年限的增加呈“倒馬鞍”形變化［17］，而溫室番茄根際細(xì)菌、真菌數(shù)量和種類隨連作年限的增加而大量減少［18］。由此可見(jiàn)，土壤微生物可能與種植作物、連作年限、日常管理等均有關(guān)，從而造成了其變化規(guī)律較為復(fù)雜。另有研究發(fā)現(xiàn)，根系分泌物中的一些含硫化感物質(zhì)會(huì)促進(jìn)放線菌生長(zhǎng)，酚酸等化感物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重地抑制真菌生長(zhǎng)［19］。山藥連作2a后的土壤真菌數(shù)量明顯降低，這可能與山藥根系分泌物累積有關(guān)。

土壤酶活性高低可以反映土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng) 度 和 方 向［20］。前 人 研 究 表 明［21－23］，輪 作 對(duì)土壤質(zhì)量具有一定的修復(fù)作用，可以改善土壤的理化狀況。本研究發(fā)現(xiàn)，輪作模式可以激發(fā)土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶的活性，而連作時(shí)該三種酶活性明顯降低，其中連作2a的土壤脲酶和蔗糖酶活性低于輪作處理，差異分別達(dá)顯著水平（p＜0.05）和極顯著水平（p＜0.01），這與前人的研究結(jié)論相似。而連作則提高了過(guò)氧化氫酶活性，雖然與吳鳳芝等的研究結(jié)論相近［13］，但卻與許多研究結(jié)論相反［17，21］，具體原因還待進(jìn)一步研究。影響土壤酶活性的因素很多，除栽培方式和種植年限外，土壤類型、管理方式等均影響土壤的酶活性。所以本研究認(rèn)為，山藥土壤酶活性受多種因素的控制，因此其只間接地表明某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況。

本研究結(jié)果表明，山藥連作年限對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤微生物種類和數(shù)量產(chǎn)生了顯著的影響，這可能是導(dǎo)致山藥連作障礙的主要原因之一，而輪作則可以在一定程度上提高脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶的活性，該研究結(jié)論為山藥連作障礙的研究提供了一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但有研究表明［24］，微生物與根系分泌物的種類和數(shù)量存在著密切關(guān)系，比如植物根系分泌的酚酸化合物，可直接破壞作物根系細(xì)胞膜，或者通過(guò)改變土壤微生物類群等，對(duì)作物產(chǎn)生抑制作用。因此為了更深入地揭示山藥連作障礙，在以后的工作中應(yīng)重點(diǎn)探討根系分泌物的種類、數(shù)量等同土壤微生物及酶類之間的關(guān)系等問(wèn)題。

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