謝利 王燕芳 馬超 吳瑛
摘要:采用棉花單作、孜然單作、棉花和孜然間作3種種植模式,研究其土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的變化。結(jié)果表明,間作與棉花單作相比,土壤細菌、放線菌、真菌數(shù)量及脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶活性顯著降低,間作不能有效調(diào)節(jié)土壤的微生物區(qū)系,不能很好地改善棉田的土壤環(huán)境。
關(guān)鍵詞:棉花;孜然;間作;土壤;微生物;酶活性
中圖分類號: S562.04 文獻標志碼: A 文章編號:1002-1302(2015)10-0103-02
間套作是農(nóng)作物時間生態(tài)位和空間生態(tài)位互補擴大的集約種植方式,生態(tài)位分離是間套作優(yōu)勢產(chǎn)生的主要生態(tài)機制,是2種作物充分利用地上部光熱和地下部水土資源,實現(xiàn)資源最大限度的利用,從而在單位面積上獲得更高的產(chǎn)量[1-2]。目前,有關(guān)棉花高產(chǎn)栽培技術(shù)及間作套種對生態(tài)條件的改善等研究較多[3-4]。棉花-孜然間作是新疆維吾爾自治區(qū)南疆地區(qū)廣泛應用的一種種植模式[5],而該種植模式對土壤生態(tài)的影響迄今未見報道。本試驗對棉花與孜然不同種植方式下的微生物群落數(shù)量和土壤酶活性進行研究,以探索土壤生態(tài)環(huán)境的變化,為篩選棉花最佳的種植模式提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗地概況
試驗地設在新疆維吾爾自治區(qū)阿拉爾市12團農(nóng)田內(nèi),該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候,年均氣溫10.7 ℃,極端最高氣溫35 ℃,極端最低氣溫-28 ℃;年均太陽輻射為133.7~146.3 kcal/cm2,年均日照時間為2 556.3~2 991.8 h;雨量稀少,冬季少雪,地表蒸發(fā)強烈,年均降水量為40.1~82.5 mm,年均蒸發(fā)量為1 876.6~2 558.9 mm;試驗地為單作棉花種植地,沙質(zhì)壤土,土層深度為10~30 cm,有機質(zhì)含量為13.76 g/kg,速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為65.41、15.23、82.33 mg/kg。
1.2 試驗材料
供試棉花品種為新陸早13號,孜然為農(nóng)田主自留種。
1.3 試驗方法
試驗在大田條件下進行,設棉花單作、孜然單作和棉花間作孜然3個種植模式。單作棉花采用窄膜1膜3行模式,膜上株行距為25 cm×25 cm,交接行行距為55~60 cm;單作孜然株行距為30 cm×10 cm;棉花間作孜然是在單作棉花的交接行中間種植2行孜然,株行距為30 cm×10 cm。生長期間管理同常規(guī);當年6月,采用5點取樣法用土鉆取根際土,鉆取深度為20 cm;將土樣合并,裝袋封口并做好標簽;研磨,過2 mm篩,一部分裝袋放入4 ℃冰箱中保存,用于測定土壤微生物數(shù)量,另一部分自然風干,用于測定土壤酶活性。
1.4 測定內(nèi)容和方法
土壤微生物數(shù)量用平板涂抹法測定,細菌、真菌、放線菌分別用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基、改良的高氏1號培養(yǎng)基[6]培養(yǎng);土壤脲酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、蛋白酶分別采用靛酚藍比色法、鄰苯三酚比色法、高錳酸鉀滴定法、3,5-二硝基水楊酸比色法、茚三酮比色法測定[7]。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同種植模式對土壤微生物的影響
土壤微生物參與多種生化反應,對土壤環(huán)境結(jié)構(gòu)的形成和改良等起著十分重要的作用。由表1可見,棉花和孜然間作,其土壤微生物數(shù)量比單作孜然有所增加,細菌、真菌、放線菌分別增加了50.1%、6.2%、29.9%,且細菌和放線菌數(shù)量差異達到顯著水平;棉花和孜然間作與棉花單作相比,間作地塊的土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量分別比孜然單作降低了24.4%、17.6%、14.3%,且差異顯著。有研究表明,當土壤中真菌數(shù)量及其組成比例提高時,會增加土傳病害的發(fā)生,而細菌和放線菌數(shù)量及其組成比例增加時,土傳病害發(fā)生概率則會下降[8]。因此,棉花和孜然間作不能很好地改善土壤環(huán)境。
2.2 不同種植模式對土壤酶活性的影響
土壤酶主要來自微生物和根系的分泌物,反映土壤有機質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化情況,是評價土壤肥力水平的重要指標。由表2可見,與棉花單作和孜然單作相比,棉花和孜然間作的土壤酶活性均有不同程度的降低和升高;間作的脲酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和蛋白酶活性比棉花單作分別降低了20.4%、3.1%、16.9%、41.0%、7.9%,且脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性差異達到顯著水平;與孜然單作相比,間作土壤除過氧化氫酶活性降低了12.3%,脲酶、過氧化物酶、蔗糖酶、蛋白酶活性分別增加了22.7%、45.2%、37.1%、385.1%,差異均達到顯著水平??梢娒藁ê妥稳婚g作不利于棉花的生長。
2.3 不同種植模式土壤微生物數(shù)量與酶活性的相關(guān)性分析
由表3可見,土壤酶活性與微生物數(shù)量呈正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性大小表現(xiàn)為: 脲酶>蔗糖酶>蛋白酶>過氧化物酶>過氧化氫酶;過氧化氫酶與微生物數(shù)量未達到顯著相關(guān)水平,脲酶、蔗糖酶與微生物數(shù)量達到極顯著相關(guān)水平;過氧化物酶、蛋白酶與真菌數(shù)量達到顯著相關(guān)水平,與細菌、放線菌數(shù)量達到極顯著相關(guān)水平。
3 結(jié)論與討論
大多數(shù)作物都存在化感物質(zhì)的他感和自毒作用,其中自毒作用是作物產(chǎn)生連作障礙的主要原因之一[9-11]。根系分泌物積累會產(chǎn)生化感抑制作用,導致土壤微生物數(shù)量下降,群落功能多樣性被破壞,土壤酶活性降低,土壤生態(tài)環(huán)境惡化,從而抑制植物的生長,表現(xiàn)為葉綠素含量、酶活性下降,MDA含量、細胞膜透性增加,植物的抗病性降低[12]。植物一般不會無緣無故地產(chǎn)生根系分泌物[13],但由于生境的異質(zhì)性,植物將時常面對各種逆境,既有來自自身資源的爭奪,又有其他生物的侵擾,通過物理手段提高植物抗逆性的能力大為下降,化學方法上升為主要手段[14]。植物釋放的化感物質(zhì)不僅可以通過根系分泌,還有莖葉揮發(fā)如萜類、雨露淋洗和植物殘體腐解等[15-18],當化感物質(zhì)積累到一定濃度,就會對不同植物生長代謝表現(xiàn)為低促高抑的現(xiàn)象[16],同時也在土壤環(huán)境中得以體現(xiàn)。
棉花單作和孜然單作的土壤環(huán)境簡單,植物只面對自身種群內(nèi)資源的競爭。棉花和孜然間作,土壤環(huán)境變復雜,植物不僅要面對種內(nèi)資源競爭,還要面對種外生物的侵擾。此時,植物一方面通過地上部分產(chǎn)生的化感物質(zhì)作用于同種或異種植物來影響其生長發(fā)育;另一方面,則通過根系分泌物來影響根際微生物的種類和數(shù)量,進而改變土壤酶活性來改善土壤的理化性質(zhì),并對其他植物種子或根系產(chǎn)生影響以改善自身的生存條件。孜然是一種具有特殊氣味的植物,具有抑菌性[19],其含有的大量醛、萜類物質(zhì)[20]均屬于化感物質(zhì),經(jīng)過莖葉揮發(fā)、雨露淋洗及根系分泌物釋放,可造成化感物質(zhì)的大量積累,從而抑制土壤微生物的生長,對棉花產(chǎn)生化感作用,使土壤酶活性降低,影響棉花的正常生長發(fā)育,而棉花產(chǎn)生的化感物質(zhì)濃度較低,促進了孜然土壤微生物種群的生長,使土壤酶活性升高。棉花和孜然間作,棉花對孜然的化感作用表現(xiàn)為低濃度促進,孜然對棉花則表現(xiàn)為高濃度抑制且影響更大,使土壤整體酶活性下降,微生物數(shù)量降低,棉花和孜然間作不能有效改善土壤的環(huán)境質(zhì)量,這與前人研究結(jié)論[21]有所不同。需指出的是,本試驗僅針對土壤環(huán)境進行了部分研究,將來還應對棉花和孜然間作所獲得的作物品質(zhì)和產(chǎn)量開展進一步研究,綜合其微觀環(huán)境與宏觀產(chǎn)量,為棉花種植篩選出最佳模式提供理論依據(jù)。
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