蒼真名, 王秋菊, 焦 峰, 高中超, 劉 峰, 王 鵬, 翟瑞常

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué), 黑龍江 大慶 163319; 2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 哈爾濱 150090)

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土層置換對(duì)大豆土壤酶活性及根腐病病情指數(shù)的影響

蒼真名1, 王秋菊2, 焦 峰1, 高中超2, 劉 峰2, 王 鵬1, 翟瑞常1

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué), 黑龍江 大慶 163319; 2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 哈爾濱 150090)

大豆連作導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，土壤酶活性降低，以及大豆病害加劇、品質(zhì)和產(chǎn)量降低等問(wèn)題。采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法，通過(guò)對(duì)土層置換及大豆種衣劑拌種等措施對(duì)大豆土壤不同土層土壤酶活性及根腐病病情指數(shù)影響的分析，為消除大豆連作障礙提供科學(xué)的技術(shù)支撐。結(jié)果表明：土層置換處理及置換后增施磷肥或有機(jī)肥及大豆種衣劑處理，提高了大豆田間土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和磷酸酶活性。與對(duì)照CK相比，T2，T3，T4處理0—10 cm土層脲酶活性均增加；土層置換并增施有機(jī)肥顯著提高了土層中蔗糖酶活性；土層置換后增施磷肥或有機(jī)肥及大豆種衣劑拌種處理均可有效保持大豆土壤中磷酸酶的活性，并且可降低大豆根腐病病情指數(shù)；土層置換并增施磷肥處理提高了大豆產(chǎn)量，較CK處理產(chǎn)量提高20.42%，差異達(dá)到顯著水平。

土層置換; 土壤酶活性; 根腐病; 產(chǎn)量; 大豆

大豆富含優(yōu)質(zhì)食用油脂、植物蛋白及多種對(duì)人體有益的生理活性物質(zhì)，是世界上重要的油料和高蛋白作物，在國(guó)際農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易中占有重要的地位[1]。大豆成為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品中不能滿足需求、需大量進(jìn)口的少數(shù)品種之一，因此大豆的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)在保證我國(guó)糧食安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。如今大豆的重茬種植已經(jīng)越來(lái)越普遍，大豆種植地的土壤養(yǎng)分和生態(tài)平衡遭到了嚴(yán)重破壞，有害菌群連年增加，使大豆的生長(zhǎng)條件惡化，產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降甚至絕產(chǎn)[2]。至此大豆的重茬耕作問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，已經(jīng)極大地阻礙了大豆產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展[3]。

多年來(lái)，對(duì)于大豆連作障礙的研究主要集中在連作障礙和生理機(jī)制等領(lǐng)域[4]，但對(duì)于克服或減少大面積的大豆連作障礙并沒(méi)有提出合理的措施，有關(guān)的抗重迎茬措施不適于大豆大面積的種植，調(diào)控技術(shù)均停留在單因子水平上[5-6]。而土層置換技術(shù)在防治大豆連作障礙、減少大豆除草劑的藥害方面已有研究，但對(duì)于大豆土壤酶以及抗病性方面研究很少。在土壤理化方面，土層置換處理后降低了土壤的容重和硬度，固相率變小而氣相率增大，為植物根系的生長(zhǎng)提供了良好的土壤物理環(huán)境[7]。在土壤生物化學(xué)方面，土層置換可全面活化土壤養(yǎng)分，提高土壤酶活性，影響土壤微生物種類和數(shù)量，對(duì)提高土壤抗災(zāi)能力和作物產(chǎn)量方面具有重要作用[8]。土壤酶是土壤生物活性的反映，能夠參與土壤各種生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，與土壤養(yǎng)分供應(yīng)和轉(zhuǎn)化能力關(guān)系密切，并且土壤酶的變化與大豆根系分泌物種類與數(shù)量密切相關(guān)[9]。土壤酶活性降低，有效養(yǎng)分含量下降是造成大豆連作障礙而導(dǎo)致減產(chǎn)的重要原因之一[10]。因此本試驗(yàn)通過(guò)分析土層置換改良土壤后對(duì)土壤不同層次土壤酶活性影響及抗病性，旨在為消除大面積大豆連作障礙提供科學(xué)的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

試驗(yàn)地位于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)科研基地內(nèi)，年平均降水量427.5 mm。供試土壤為石灰性黑鈣土，0—20，20—40 cm耕層土壤基礎(chǔ)肥力分別為：有機(jī)質(zhì)(OM)19.87，5.48 mg/g，堿解氮(N)149.57，41.96 mg/kg，有效磷(P)22.66，7.32 mg/kg，速效鉀(K)164.76，43.15 mg/kg，pH值8.5，9.2。

1.2 試驗(yàn)作物

供試大豆品種為黑農(nóng)48，生育日數(shù)115 d，活動(dòng)積溫2 380℃，紫花尖葉，灰毛，亞有限結(jié)莢習(xí)性，四粒莢多，屬高產(chǎn)、高蛋白品種。適于黑龍江省第二積溫帶、第三積溫帶上限各地區(qū)種植。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，四次重復(fù)，小區(qū)內(nèi)土壤為第3年大豆連作土壤。分別為：不置換土壤(CK)，置換土壤施基肥(T1)，增磷肥15%且置換土壤(T2)，增有機(jī)肥且置換土壤(T3)，不置換土層施基肥且使用大豆種衣劑拌種處理(T4)。連坐種植，所有基肥一次性施入耕層，施肥深度20 cm，除T2處理外肥料施用量均采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量，肥料類型為尿素(N 46%)、磷酸二銨(N 18%、P2O546%)和硫酸鉀(K2O 50%)，分別為N 90 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 45 kg/hm2，T2處理增加P2O5施用量的15%，為P2O5103.5 kg/hm2，增施的磷肥為過(guò)磷酸鈣(P2O518%)，T3處理增施有機(jī)肥為市售有機(jī)肥料，施用量為120 kg/hm2，T4處理使用的種衣劑為35%多?？?。

土層置換深度將0—20，20—40 cm土層進(jìn)行置換處理，處理的方法為：在田間土壤耙平未起壟的狀態(tài)下，使用挖掘機(jī)將分別將表層0—20，20—40 cm土層挖出堆放，然后將0—20 cm土層土壤回填并鋪平，最后將20—40 cm土層土壤回填至上層鋪平后，機(jī)械起壟待播種。播種日期為5月4日，采用壟作方式，壟寬0.66 m，小區(qū)為5行區(qū)，行長(zhǎng)7 m，壟上雙行，株距10 cm，小區(qū)面積23.1 m2，播前機(jī)械統(tǒng)一施肥，人工精量點(diǎn)播，各項(xiàng)田間管理同大田。9月20日收獲大豆。

1.4 樣品采集及分析

聚束鉆井液配方3#2%BTJ+0.2%TSN+0.3%QYHN+0.5%HFL+0.3%LV-CMC+1.5%HFL-2+0.3%HMP+2%HBJ-3+2%HCM+2%HSM+1%HAS+7%LHJ+1%HLB+2%QCX-1+BA。

于大豆苗期(V3)，盛花期(R2)，結(jié)莢期(R4)，鼓粒期(R7)，各小區(qū)分為0—10，10—20，20—30，30—40 cm采集土壤樣品，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)采樣3點(diǎn)混合土壤樣品，風(fēng)干后過(guò)1 mm篩，進(jìn)行土壤酶活性的測(cè)定，采用3,5-二硝基水楊酸法測(cè)定蔗糖酶活性，苯酚鈉比色法測(cè)定脲酶的活性，磷酸苯二鈉比色法測(cè)定磷酸酶的活性，以上方法參考《土壤酶及其研究方法》[11]；于大豆出苗后10，30，60 d，隨機(jī)挖取大豆植株30株/小區(qū)，進(jìn)行大豆根腐病病情指數(shù)調(diào)查，大豆成熟期每小區(qū)取3 m2測(cè)產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土層置換對(duì)連作大豆土壤脲酶活性的影響

土壤脲酶活性通常用來(lái)表征土壤的氮素情況，脲酶酶促產(chǎn)物氨是植物氮源之一[12]。從圖1可看出：不同土層中的脲酶活性總體呈先升高后降低，到鼓粒期又有所回升的變化趨勢(shì)，不同處理下大豆盛花期脲酶活性最高。各處理下脲酶活性隨著土層加深而呈下降趨勢(shì)。

0—10 cm土層，大豆苗期，CK處理的土壤脲酶活性明顯高于T1，T2，T3，T4處理；T4處理大豆種衣劑拌種后，可能由于土壤微生物環(huán)境受到影響，有益細(xì)菌數(shù)量受到抑制，引起脲酶活性的降低；于盛花期CK處理的脲酶含量明顯低于T2，T3，T4處理，其順序?yàn)門3>T2>T4>CK>T1，CK和T1差異達(dá)顯著水平。0—20 cm土層，大豆苗期、盛花期CK處理下的脲酶活性均高于T1—T4處理，而結(jié)莢期、鼓粒期脲酶活性低于T1處理；20—30 cm土層中苗期各處理脲酶活性大體上一致，可能是由于土層置換后將表土存在的脲酶置換到下層的緣故?？傮w來(lái)看，在0—10 cm土層，土層換并施用有機(jī)肥或磷肥對(duì)大豆各時(shí)期脲酶活性提高較明顯，T3較T2處理高，在10—40 cm土層土壤脲酶活性較其他處理無(wú)明顯提高。

圖1 土層置換對(duì)土壤中脲酶活性的影響

2.2 土層置換對(duì)大豆土壤蔗糖酶活性的影響

土壤蔗糖酶可作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)能力、熟化程度和肥力水平的一個(gè)重要指標(biāo)[13]。土壤蔗糖酶高低，可能還與大豆品種、根系釋放和殘根分解的酚酸等物質(zhì)和數(shù)量和種類密切相關(guān)[14]。從圖2可看出：0—20 cm土層，除T1外，各處理土壤蔗糖酶活性均呈先上升后下降的趨勢(shì)，大豆結(jié)莢期土壤蔗糖酶活性上升最快，并達(dá)到最大值，其活性由高到低的順序?yàn)椋篢3>T2>T4>CK>T1，大豆苗期除外，T3，T2較CK，T4，T1處理蔗糖酶活性高。

20—40 cm土層，各生育期T4處理蔗糖酶活性均低于CK處理，T3，T2處理蔗糖酶活性高于T4；0—40 cm土層，大豆鼓粒期，T4處理的蔗糖酶活性都低于CK，因此大豆種衣劑拌種處理對(duì)土壤蔗糖酶活性影響不大；試驗(yàn)結(jié)果表明土層置換并增施有機(jī)肥對(duì)土層中蔗糖酶活性有顯著的提高作用，并且可得出土壤蔗糖酶活性的高低和土壤中磷含量同樣有明顯的正相關(guān)性。

2.3 土層置換對(duì)大豆土壤磷酸酶活性的影響

土壤磷酸酶活性大小與土壤的碳、氮、速效磷含量呈正相關(guān)，與大豆根際分解有機(jī)磷化合物微生物數(shù)量[15-16]、pH值等有關(guān)。由圖3可知：不同土層的磷酸酶活性均呈先升高后降低的趨勢(shì)，盛花期活性最高；結(jié)莢期和鼓粒期，土壤中磷酸酶活性的由高到低的順序?yàn)椋篢3>T2>T4>T1>CK，結(jié)果表明土層置換并增施有機(jī)肥或磷肥可有效保持大豆土壤磷酸酶的活性，同時(shí)種衣劑拌種處理也有利于保持土壤磷酸酶的活性，其中以土層置換并增施有機(jī)肥效果更為明顯；隨土層加深，未置換處理的土壤磷酸酶活性呈降低趨勢(shì)，一方面可能是大豆連作導(dǎo)致土壤養(yǎng)分下降、分布不均，土壤微生物環(huán)境受到影響，另一方面可能由于大豆根系未能深入到下層土壤，其根系作用對(duì)土壤酶活性的影響。

2.4 土層置換對(duì)大豆根腐病病情指數(shù)的影響

由圖4可得，T1—T4處理在大豆播種后不同時(shí)期根腐病病情指數(shù)均低于CK處理，在播種后30 d，T1，T2，T3，T4處理根腐病病情指數(shù)分別為17.54，15.83，12.01，12.76；隨大豆的生育期延長(zhǎng)，根腐病病情指數(shù)均有下降趨勢(shì)，以T3和T4處理效果較明顯，這說(shuō)明土層置換并適當(dāng)?shù)脑鍪┯袡C(jī)肥或種衣劑拌種處理有利于大豆根腐病發(fā)病率的降低。

圖2 土層置換對(duì)土壤中蔗糖酶活性的影響

圖3 土層置換對(duì)土壤中磷酸酶活性的影響

圖4 土層置換對(duì)大豆根腐病病情指數(shù)的影響

2.5 土層置換對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

由表1可看出，土層置換并增施磷肥或增施有機(jī)肥及大豆種衣劑拌種處理對(duì)大豆產(chǎn)量均有一定程度的促進(jìn)作用，較CK處理產(chǎn)量提高7.55%～20.42%，以土層置換并增施磷肥產(chǎn)量最高，增產(chǎn)率達(dá)20.42%，差異達(dá)顯著水平。

表1 土層置換對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

土壤微生物種群數(shù)量改變、微生物分泌物及分解產(chǎn)物毒害是導(dǎo)致連作大豆減產(chǎn)的重要原因[17-18]。土層置換能夠改變土層的結(jié)構(gòu)，而使土壤中的養(yǎng)分分布和土壤的微生物種群環(huán)境發(fā)生相應(yīng)的改變，可以提高因大豆連作而下降的土壤肥力和土壤生物環(huán)境，進(jìn)而影響土壤酶的活性。

土層置換和大豆種衣劑拌種措施在一定程度上可以降低或者消除由于大豆連作對(duì)土壤中的某些酶類活性產(chǎn)生的不良作用。在0—20，30—40 cm土層，在大豆苗期，CK處理下土層中的脲酶活性高于T1，T2，T3，T4處理；在大豆鼓粒期，T1，T2，T3，T4處理下土層中的脲酶活性均有不同程度的提高，而CK處理下的土層中脲酶的活性較低。在20—30 cm土層，大豆苗期CK處理下土層中的脲酶活性高于其他四個(gè)處理，而到大豆鼓粒期，CK處理下土層中脲酶活性最低，T1，T2，T3，T4均能提高大豆生長(zhǎng)后期土層中的脲酶活性。

與CK處理比較，T2，T3，T4處理均可以提高土層中的蔗糖酶活性。T1處理的土壤蔗糖酶活性呈不規(guī)則變化，原因可能是土層置換將下層土壤置換到上層，改變了土壤的原有結(jié)構(gòu)。10—20 cm土層，T1處理的各生育期土壤蔗糖酶活性變化不明顯且較低，原因是于土層置換后改變了土壤微生物種群環(huán)境及數(shù)量，且土層中土壤養(yǎng)分含量較低而影響了土壤蔗糖酶的活性。0—20 cm土層，T3較其他處理土壤蔗糖酶活性高，這與已有研究土壤有機(jī)質(zhì)可有效保持土壤中蔗糖酶活性的結(jié)論相一致[19]。

土層置換T1處理，在大豆生長(zhǎng)前期的土壤磷酸酶活性低于對(duì)照處理，但增施有機(jī)肥后，對(duì)土壤磷酸酶活性的維持有積極作用，同時(shí)土層置換并增施磷肥及大豆種衣劑拌種處理土壤磷酸酶活性也較高，以土層置換并增施磷肥處理對(duì)消除由于大豆連作障礙對(duì)磷酸酶活性的影響方面效果最好。在大豆生長(zhǎng)后期各土層T4處理的磷酸酶活性始終高于CK處理，可能是種衣劑與土壤環(huán)境作用下，土壤酶活性不僅受種衣劑的激活作用，還可能與大豆生長(zhǎng)和根系分泌物的影響有關(guān)，進(jìn)而促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)，引起酶活性的升高[20]。T3處理有利于減少大豆根腐病發(fā)病率，提高大豆產(chǎn)量，這與已有研究連作大豆施用有機(jī)肥利于大豆生長(zhǎng)發(fā)育，降低根腐病的發(fā)病程度結(jié)果較為一致[21]。

本研究中，大豆苗期CK處理下的不同土層的土壤酶活性高于其他處理，可能是由于連作大豆地長(zhǎng)期施用化肥，有助于土壤有機(jī)碳的積累[22]，而土壤有機(jī)質(zhì)的存在狀況和含量會(huì)顯著影響土壤酶活性，土壤單位有機(jī)質(zhì)酶活性增加，使得土壤酶活性有所提高的緣故；土層置換并增施有機(jī)肥或磷肥和大豆種衣劑拌種措施都能夠降低大豆根腐病發(fā)病率、提高大豆產(chǎn)量，從土壤質(zhì)量及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益方面分析，土層置換措施在克服大豆連作障礙方面效果顯著。

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Effects of Soil Replacement on Soil Enzyme Activities and Root Rot Disease Index of Soybean

CANG Zhenming1, WANG Qiuju2, JIAO Feng1, GAO Zhongchao2, LIU Feng2, WANG Peng1, ZHAI Ruichang1

(1.HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity,Daqing,Heilongjiang163319,China; 2.HeilongjiangAcademyofAgriculturalSciences,Harbin150090,China)

Continuous cropping of soybean has caused soil nutrient imbalance, decrease of enzyme activity, increased soybean diseases and reduced yield and quality. Using field plot test method, we analyzed the effects of soil displacement, soybean seed measures on enzyme activity and the root rot disease index in different soil layers, and eliminated the soybean continuous cropping obstacle to provide the technical support of science. The main results were as follows. Soil replacement, increasing application of phosphate fertilizer or organic fertilizer and soybean seed measures can improve the soil urease activity, invertase activity and phosphatase activity of soybean field. Compared with the control, the activities of urease in T2，T3，T4treatment increased from 0 to 10 cm soil layer. Soil replacement and increasing application of organic fertilizer can improved the activity of invertase in soil. Soil replacement, increasing application of phosphate fertilizer or organic fertilizer and soybean seed can effectively maintain the activity of phosphatase in soybean soil and reduce the disease index of soybean root rot. Soil replacement, increasing application of phosphate fertilizer can significantly promote the soybean production, the soybean yield increased by 20.42% compared with CK.

soil displacement; soil enzyme activity; root rot; yield; soybean

2015-11-17

2015-11-27

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助(201303126);黑龍江省自然科學(xué)基金(D2015005);黑龍江省招標(biāo)項(xiàng)目(GA14B101-A04)

蒼真名(1991—),女,黑龍江省哈爾濱市五?？h人,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)在讀碩士研究生,土壤和作物營(yíng)養(yǎng)生理研究。E-mail:1452653127@qq.com

焦峰(1980—),男,黑龍江省蘭西縣人,博士,副研究員,主要從事土壤和作物營(yíng)養(yǎng)生理研究。E-mail:jiaofeng1980@163.com

S158

A

1005-3409(2016)06-0248-05