韓翠蓮， 霍軼珍， 田志強(qiáng)

(河套學(xué)院土木工程系，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000)

馬鈴薯是內(nèi)蒙古地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，但由于馬鈴薯的大面積連片、連年種植產(chǎn)生了連作障礙，隨之帶來(lái)了產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降等一系列嚴(yán)重問題[1-2]。連作障礙是土壤與作物相互作用的結(jié)果，發(fā)生的原因主要有土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化、土壤微生物組成失衡以及作物化感物質(zhì)的釋放等等[3]。眾多學(xué)者針對(duì)作物連作障礙進(jìn)行了廣泛的研究，并進(jìn)行了機(jī)制性的探討和分析[1，4-6]，但針對(duì)馬鈴薯連作障礙的產(chǎn)生原因及機(jī)制分析還鮮有報(bào)道。

本研究選取馬鈴薯不同連作年限典型地塊，系統(tǒng)研究不同連作年限對(duì)馬鈴薯土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量及產(chǎn)量指標(biāo)的影響，旨在揭示不同連作年限對(duì)土壤各指標(biāo)變化、馬鈴薯產(chǎn)量指標(biāo)的影響以及產(chǎn)生連作障礙的原因，從而為馬鈴薯連作種植年限的確定提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，對(duì)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古包頭市達(dá)茂旗烏克鎮(zhèn)境內(nèi)，該地區(qū)年均降雨量為248 mm左右，蒸發(fā)量2 750 mm，平均氣溫 2.8 ℃，平均日照時(shí)數(shù)2 965 h，無(wú)霜期105 d左右，屬典型的溫帶干旱半旱氣候區(qū)。試驗(yàn)區(qū)以栗鈣土為主，土壤質(zhì)地為沙壤土，0～100 cm土壤平均容重1.31 g/cm3。0～20 cm土壤平均養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)含量22.35 g/kg、全氮含量 1.59 g/kg、速效磷含量11.69 mg/kg、速效鉀含量 117.28 mg/kg，pH值為8.4。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)以第1次種植馬鈴薯地塊為對(duì)照(0年)，選擇馬鈴薯連作年限為2、4、6年的典型地塊進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)，連作起始年份為2010年，試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積10 m2。馬鈴薯種植采用膜下滴灌(一膜一帶一行模式)壟作的種植模式，起壟后規(guī)格為：壟高20 cm，壟頂寬30 cm，壟底寬60 cm，壟間距80 cm。每壟種植2行馬鈴薯，行距25 cm，株距30 cm。

1.2.2 試驗(yàn)材料與實(shí)施 馬鈴薯品種選用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種“克新1號(hào)”；試驗(yàn)選用地膜為幅寬90 cm、厚度為0.008 mm的聚乙烯農(nóng)用地膜；滴灌帶為內(nèi)鑲貼片式，其內(nèi)徑為16 mm，滴頭間距30 cm，流量為1.38 L/h。馬鈴薯各全生育期灌水量參照當(dāng)?shù)囟嗄暝囼?yàn)成果，馬鈴薯種植時(shí)施足底肥，其中尿素120 kg/hm2，磷酸二銨 225 kg/hm2，硫酸鉀225 kg/hm2。在馬鈴薯塊莖生成期至膨大期的關(guān)鍵生育期隨灌水進(jìn)行施肥，其中滴灌處理每次追肥60 kg/hm2，其他2個(gè)處理追肥 180 kg/hm2，共追肥2次。

1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法 馬鈴薯種植后，于馬鈴薯行間0～20 cm進(jìn)行取土測(cè)樣，每個(gè)處理3次重復(fù)，各土樣取樣完畢后即進(jìn)行自然風(fēng)干、測(cè)樣。其中，土壤pH值的測(cè)定方法為將風(fēng)干土樣過1 mm篩后，按1 ∶5的土水比混合振蕩離心，采用pH測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)定；土壤中水溶鹽含量采用質(zhì)量法測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；土壤堿解氮含量采用堿解蒸餾法測(cè)定；土壤速效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀含量采用NH4Ac浸提-火焰光度法測(cè)定。脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測(cè)定；轉(zhuǎn)化酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定。土壤微生物的數(shù)量參照李坤的測(cè)定方法[7]進(jìn)行測(cè)定。馬鈴薯成熟期，各處理選擇具有代表性的20株測(cè)定其產(chǎn)量指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用MS-Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，SPSS 17.0進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限對(duì)馬鈴薯土壤理化性質(zhì)的影響

土壤理化性質(zhì)是直接影響作物正常生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素，相關(guān)研究表明，作物連作會(huì)直接造成土壤理化性質(zhì)的改變[8-9]。從表1可以看出，隨連作年限的增加，土壤pH值呈下降趨勢(shì)，連作2、4、6年的土壤pH值平均較對(duì)照低5.43%、7.20%、10.15%，處理間差異顯著。土壤含鹽量、堿解氮含量則表現(xiàn)為隨連作年限的增加呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，連作2、4、6年的土壤含鹽量平均較對(duì)照高111.98%、160.87%、346.15%，處理間差異顯著；堿解氮含量平均高27.84%、107.19%、181.32%，處理間差異顯著。本研究結(jié)果與徐雪風(fēng)[10]等研究結(jié)論具有相同之處。通過對(duì)不同連作年限土壤速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定，均表現(xiàn)為隨連作年限的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且在連作2年時(shí)達(dá)到最大值，之后隨連作年限的增加各指標(biāo)值均顯著低于對(duì)照，表明隨連作年限的增加，會(huì)造成不同土壤養(yǎng)分的失衡，從而使得土壤條件逐年惡化。

2.2 不同連作年限對(duì)馬鈴薯土壤酶活性的影響

表1 不同連作年限下馬鈴薯土壤理化性質(zhì)比較

土壤中酶活性影響著土壤的代謝變化，從而影響作物對(duì)土壤肥料的吸收利用和生長(zhǎng)發(fā)育[11]。影響土壤肥力的主要酶包括脲酶、堿性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶、過氧化氫酶等。相關(guān)研究表明[12-13]，脲酶主要作用是促進(jìn)土壤中含氮有機(jī)物的分解，從而為作物提供氮素營(yíng)養(yǎng)，因此常用于表征土壤中含氮情況；堿性磷酸酶主要作用是促進(jìn)分解土壤中含磷化合物，從而為作物提供有效的磷元素，因此其含量高低直接反映出土壤中有效磷含量的高低；轉(zhuǎn)化酶主要功能是能夠?qū)⒉荒鼙恢参镏苯游绽玫恼崽欠纸鉃槠咸烟呛凸牵贿^氧化氫酶的作用主要是催化過氧化氫的分解，從而減少其含量過高對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生危害。表明土壤中酶活性直接影響土壤養(yǎng)分狀況，從而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。

土壤中脲酶活性和堿性磷酸酶活性隨馬鈴薯連作年限的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì)，且均以馬鈴薯連作2年時(shí)達(dá)到最高值，二者平均分別較對(duì)照、連作4年、連作6年高29.75%、93.83%、173.04%和21.54%、51.92%、68.09%，處理間差異顯著(圖1-A，圖1-B)。土壤中轉(zhuǎn)化酶活性和過氧化氫酶活性則表現(xiàn)為隨馬鈴薯連作年限的增加，呈顯著下降趨勢(shì)。馬鈴薯連作2、4、6年的轉(zhuǎn)化酶活性平均較對(duì)照降低 17.69%、29.25%、50.34%，處理間差異顯著(圖1-C)；過氧化氫酶活性平均降低6.86%、13.14%、22.29%，處理間差異顯著(圖1-D)。

2.3 不同連作年限對(duì)馬鈴薯土壤微生物數(shù)量的影響

土壤中微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解以及促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用發(fā)揮著重要作用。從圖2-A、圖2-B可以看出，土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量隨馬鈴薯連作年限的增加呈現(xiàn)先顯著增加后顯著減少的趨勢(shì)，且在連作2年時(shí)達(dá)到最高值，二者平均分別較對(duì)照、連作4年、連作6年高7.01%、24.46%、33.40% 和10.89%、27.64%、30.78%，處理間差異顯著。土壤中真菌數(shù)量隨連作年限的增加呈顯著增加趨勢(shì)，連作2、4、6年土壤真菌數(shù)量平均分別較對(duì)照高35.56%、91.11%、118.52%，處理間差異顯著(圖2-C)。表明馬鈴薯連作2年為細(xì)菌型土壤，而連作4、6年為真菌型土壤[10，14]。

2.4 不同連作年限對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，隨馬鈴薯連作年限的增加，相關(guān)產(chǎn)量指標(biāo)均呈現(xiàn)先顯著增加后顯著降低的變化趨勢(shì)。各指標(biāo)在連作2年時(shí)達(dá)到最大值，單株薯個(gè)數(shù)、單株薯質(zhì)量、單株大薯個(gè)數(shù)、單株大薯質(zhì)量平均較對(duì)照高20.82%、30.97%、10.34%、9.84%，處理間差異顯著，且各指標(biāo)均顯著高于連作4、6年處理。單位面積經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，連作2年平均較對(duì)照和連作4、6年提高8.63%、22.13%、49.13%，處理間差異顯著。連作年限越長(zhǎng)減產(chǎn)越顯著，這主要是受土壤條件日益惡化所致。

表2 不同連作年限條件下馬鈴薯產(chǎn)量對(duì)比

3 結(jié)論

隨連作年限的增加，土壤pH值呈顯著下降趨勢(shì)，土壤含鹽量、堿解氮含量呈顯著升高趨勢(shì)；土壤速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且在連作2年時(shí)達(dá)到最大值。

土壤中脲酶活性、堿性磷酸酶活性隨馬鈴薯連作年限的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì)，且均以馬鈴薯連作2年時(shí)達(dá)到最大。土壤中轉(zhuǎn)化酶活性、過氧化氫酶活性則表現(xiàn)為隨馬鈴薯連作年限的增加，呈顯著下降趨勢(shì)。

土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量隨連作年限的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，且在連作2年時(shí)達(dá)到最高值。土壤中真菌數(shù)量隨連作年限的增加呈顯著增加趨勢(shì)，連作2、4、6年土壤真菌數(shù)量平均分別較對(duì)照高35.56%、91.11%、118.52%，處理間差異顯著。

隨連作年限的增加， 各產(chǎn)量指標(biāo)均呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)， 且各指標(biāo)均在連作2年時(shí)達(dá)到最大值。連作2年平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較對(duì)照和連作4、6年提高8.63%、22.13%、49.13%，處理間差異顯著。表明馬鈴薯連作年限過長(zhǎng)將會(huì)使土壤環(huán)境惡化，影響馬鈴薯的正常生長(zhǎng)，產(chǎn)生連作障礙。

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