胥生榮 張恩和 馬瑞麗 王 琦 劉青林 崔佳佳

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不同種植年限對枸杞根系及土壤環(huán)境的影響

胥生榮1,3張恩和1,*馬瑞麗1,3王 琦2劉青林1崔佳佳1

1甘肅農業(yè)大學農學院, 甘肅蘭州 730070;2甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院, 甘肅蘭州 730070;3中國科學院西北高原生物研究所 / 青海省青藏高原特色生物資源研究重點實驗室, 青海西寧 810008

寧夏枸杞是西北干旱地區(qū)重要的經濟作物, 為了進一步明確不同種植年限枸杞根系及土壤環(huán)境的動態(tài)變化, 以不同種植年限‘寧杞1號’苗木及其根際土壤為試驗材料, 研究枸杞根系生理特性以及土壤酶活性、有機碳、微生物數量和多樣性等根際土壤理化特性的變化規(guī)律。結果表明, 隨著種植年限的增加, 根系比導率先逐漸增大, 種植5年開始逐年減小; 根系活力逐漸減小, 根系相對電導率逐漸增大, 雖然7年生植株根系相對電導率減小, 但減小程度不顯著; 根圍0~150 cm深處土壤平均含水量在前5年內逐漸增大, 種植7年地塊60 cm以上淺層土壤水分顯著降低; 根圍0~100 cm深處土壤孔隙度不斷減小; 土壤微生物總量趨于上升, 其中, 土壤細菌和真菌數量趨于上升, 放線菌數量變化不顯著; 土壤微生物平均顏色變化率(AWCD)逐年降低, Shannon指數()和豐富度指數()變化趨勢相對一致, 為先下降后上升; 土壤有機碳活性逐漸下降, 雖然種植5年地塊的LFOC活性和種植7年地塊的DOC活性有小幅上升, 但總體趨勢一致; 土壤脫氫酶活性相對穩(wěn)定, 沒有出現顯著的增大或降低; 土壤磷酸酶活性一直處于增大趨勢; 土壤脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶以及土壤蔗糖酶活性變化趨勢相對一致, 均先減小后增大。綜合分析表明, 隨著種植年限的增加, 土壤活性、肥力和土壤微生物多樣性降低, 土壤微環(huán)境對根系生物活性的毒害作用增大; 根系生存環(huán)境的變化使根系活性降低, 影響枸杞根系導水率和植株對土壤的水分利用。

枸杞; 土壤酶; 土壤微生物; 有機碳; 根系

根系是土壤水分和營養(yǎng)物質進入植物體的主要途徑, 根系生理狀況對土壤-植物-大氣(SPAC)循環(huán)系統(tǒng)中物質和能量交換起著關鍵作用[1]。有研究表明, 隨著蔬菜連作年限增加致使植株矮小, 根系活力和生長量降低, 產量下降, 品質變劣[2]。土壤是影響生態(tài)農業(yè)發(fā)展和限制農作物生長發(fā)育的主要因素。多年生植物隨著種植年限的增加, 植株根系分泌物含量顯著增加, 土壤有機質缺乏, 根際土壤微生物逐漸單一, 使根際微生物群落結構失調及病原菌數量增加, 成為影響樹體生長及降低產量和品質的重要因素之一[3]。

土壤多種理化特性都與植株生長和微環(huán)境變化有直接或間接的關系。微生物與土壤生態(tài)功能相輔相成, 根際土壤微生物參與根際生態(tài)系統(tǒng)的物質轉化和循環(huán), 微生物群落的組成及其多樣性是衡量土壤性質和功能的一個重要指標[4], 在維持土壤健康方面扮演著重要的角色[5]。土壤活性有機碳是植物碳循環(huán)中的主要來源, 與土壤肥力和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展有密切聯系[6-7]。土壤酶能加速土壤中有機物質的化學反應, 參與許多重要的生物化學過程[8], 可以表征土壤肥力水平和土壤生物活性。根際土壤的理化環(huán)境是根系生理活動的重要影響因子, 直接影響植株地上部分的生長發(fā)育。因此, 進一步了解根系生理狀況和土壤微環(huán)境變化, 對探究植物生長與土壤環(huán)境間的內在聯系具有重要作用。

寧夏枸杞(L.)屬于茄科(Solanaceae)多年生落葉灌木, 具有改良土壤結構、提高土壤肥力、降低鹽堿危害的作用, 是治理荒漠化土地的優(yōu)良樹種, 在西北干旱半干旱地區(qū)大面積種植。隨著枸杞種植年限的不斷增加, 植株根際土壤微生態(tài)環(huán)境對枸杞植株生長勢的影響越來越嚴重,加速其生長勢衰弱和病蟲害發(fā)生。本試驗將不同種植年限枸杞根際土壤微環(huán)境與植株根系生理變化相聯系, 分析其相互之間的關系, 旨在系統(tǒng)了解不同種植年限枸杞根際土壤微環(huán)境和根系生理狀態(tài)的變化趨勢, 為解決西北干旱半干旱地區(qū)枸杞早衰問題提供重要科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

甘肅省古浪縣枸杞示范園地處北緯37°30′, 東經103°29′, 海拔1760 m, 屬溫帶大陸性干旱氣候, 年平均氣溫5.6℃, 年均降水量300 mm, 無霜期140 d, 土壤類型以沙壤土為主。園區(qū)地勢平坦, 果園行間清耕休閑, 果園追肥以尿素、磷酸二銨和氮磷鉀復合肥為主, 春季施基肥時以有機肥為主。

1.2 試驗材料

試材為1 年生、3 年生、5 年生、7 年生和 10年生‘寧杞1號’地塊和苗木。在枸杞營養(yǎng)生長旺盛期7月至9月份, 每月上旬隨機取各處理3株以上, 在距離植株主干四周20~30 cm處隨機選擇4個點, 挖取深20~40 cm處部分土壤和根系, 抖落非根際土壤, 用毛刷將根際土壤裝入自封袋中, 同時將根系裝入自封袋中, 重復3次。將土樣分為2份, 1份鮮樣, 1份風干, 去雜, 過1 mm (20目)篩。同時取樣測定根圍土壤含水量和孔隙度, 在灌水后10~15 d, 于非施肥點采樣, 盡量減少人為因素干擾。

1.3 指標測定

1.3.1 導水率 使用高壓流速儀(high pressure flow meter, HPFM, 美國Dynamax公司)于田間測定絕對導水率(hydraulic conductivity,h); 比導率(the special conductivity,s)為絕對導水率(h)除以莖干木質部橫截面積(stem)所得的比率(s=h/stem); 用精密數字游標卡尺(0~150 mm digital caliper, NMT-150, 上海美耐特公司)測量莖干直徑。

1.3.2 根系活力和相對電導率 采用TTC染色法測定根系活力, 在7月至9月份生長旺盛季節(jié), 采集距樹干20~30 cm, 深10~20 cm處須根, 用單位鮮重根在單位時間內還原的 TTC毫克數來表示[9]。將根系用蒸餾水沖洗干凈, 濾紙吸干表面水分, 將根尖部分剪成約1 cm長段, 稱取1 g放入試管中, 加30 mL蒸餾水, 放入真空干燥器中抽氣10 min, 緩慢放入氣體后攪拌, 靜止20 min后用DDS-307A測得電導率1, 然后沸水浴中煮沸20 min, 冷卻至室溫后測出電導率2, 相對電導率=1/2×100%。

1.3.3 土壤孔隙度測定和含水量 將0~100 cm土壤分為10層, 每10 cm為一層, 土壤孔隙度測定采用環(huán)刀法測定。將0~150 cm土壤分為15層, 每10 cm為一層, 混勻后用烘干法測定土壤含水量。

1.3.4 土壤微生物的計數和多樣性 采用平板計數法計數根區(qū)土壤細菌、真菌、放線菌, 采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基分離細菌, 采用高氏1號培養(yǎng)基分離放線菌, 采用PDA培養(yǎng)基分離真菌[10]。在采樣后48 h內用BIOLOG生態(tài)測試板(ECO MicroPlate, Matrix Technologies Corporation, USA)測定土壤微生物群落功能多樣性[11]。

平均顏色變化率[12](AWCD) = (–)/。式中,為第個非對照孔的吸光值,為對照孔的吸光值,為碳源種類數(= 31)。

Shannon指數[13]= –∑–ln。式中表示第個非對照孔中的吸光值與所有非對照孔吸光值總和的比值, 即= (–) / ∑(–)。

由圖1可知，料液比對SDF得率具有一定的影響，料液比在1∶10～1∶20 (g/mL)之間時，羊肚菌SDF得率顯著升高，在1∶20 (g/mL)時SDF得率達到最大值。當料液比在1∶20～1∶30 (g/mL)時，羊肚菌SDF得率增加量開始減少。這是由于在適當料液比范圍內，料液比的增加可以增強SDF的溶出，但料液比超過某一值時，堿液的濃度稀釋降低了羊肚菌SDF的提取效果，綜合經濟及后續(xù)試驗處理的工作量考慮，采用料液比1∶20左右較為適宜。

豐富度指數[14](), 指被利用的碳源總數目, 本研究中為每孔中(–)的值大于0.25的孔數。

1.3.5 土壤酶活性 利用苯酚鈉比色法測定脲酶活性; 高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性; 鄰苯三酚比色法測定多酚氧化酶活性; 三苯基四氮唑氯化物(TTC)還原法測定脫氫酶活性; 磷酸苯二鈉法測定土壤磷酸酶活性; 3,5–二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶活性。

1.3.6 土壤有機碳 參照張林森等[11]的方法測定土壤活性有機碳(LFOC)、土壤顆粒有機碳(POC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有機碳(ROC)、可溶性有機碳(DOC)和土壤總有機碳(TOC)。

1.4 數據分析及處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件處理所得數據, 首先對不同處理間進行方差分析, 若差異顯著, 再進一步進行LSD多重比較, 采用Microsoft Excel 2003作圖。

2 結果與分析

2.1 種植年限對枸杞根系生理特性的影響

根系作為植株與土壤之間相互作用的主要場所, 對于植株水分、營養(yǎng)物質的吸收和利用起到重要作用, 其根系導水率、活力和電導率將直接影響根系對土壤水分和營養(yǎng)物質的吸收能力。由表1可以看出, 隨著種植年限的增加, 枸杞根系比導率在種植前3年內逐漸增大, 在種植第3年時達到最大, 然后逐年開始減小, 種植第10年時已減小到最大時的77.9%, 平均每年減小3.2%; 根系活力從種植1年生開始逐漸減小, 10年生減小到1年生的86.9%, 平均每年減小1.3%; 根系相對電導率隨著種植年限的增大而增大, 7年生植株相對電導率最大, 達到1年生的125.5%, 平均每年增大3.6%, 其中, 在種植前3年內增大較快, 平均每年增大6.2%, 種植3年后變化相對較小, 平均每年增大1.4%, 7年生和10年生根系相對電導率略有減小, 但減小程度不顯著。

2.2 種植年限對土壤孔隙度和含水量的影響

土壤狀況影響土壤水分的存在狀態(tài), 是植株根系生長和物質能量交換的主要影響因素; 土壤水分是植株體內水分的主要來源, 土壤水分狀況直接影響植株對土壤水分的吸收, 對土壤水分向根系周圍運輸具有重要意義。從圖1-A可以看出, 枸杞根圍土壤孔隙度隨著種植年限的增加不斷減小。植株生長對土壤孔隙度的影響主要在土壤深0~60 cm之間, 而對70~100 cm處影響較小, 在土壤0~60 cm深處, 平均土壤孔隙度逐漸減小至種植1年地塊的93.1%; 在土壤70~100 cm深處, 種植3年地塊的平均土壤孔隙度最大, 隨后逐年減小, 種植10年地塊平均土壤孔隙度最小, 為最大值的97.8%。從圖1-B可以看出, 不同種植年限枸杞根圍土壤在0~150 cm土壤水分含量的垂直分布情況不同, 種植前5年枸杞地塊土壤含水量逐漸增大, 種植第5年地塊土壤含水量最大, 從種植第5年后逐年降低。植株生長對土壤水分含量的影響主要在土壤0~60 cm之間, 對70~150 cm處影響較小, 種植5年地塊土壤含水量分別增大至種植1年地塊的112.2%和102.9%; 種植10年地塊土壤含水量分別降低到最大時的86.9%和93.9%。

表1 種植年限對根系理化性質的影響

同列內標的不同小寫字母的值在0.05水平差異顯著。

Values within a column followed by different small letters are significantly different at< 0.05.

2.3 種植年限對根際土壤微生物數量和多樣性的影響

農田耕作方式和植物生長狀況能夠影響土壤溫度、水分、有機質含量和存在狀態(tài)等土壤理化性質,可以影響土壤微生物的生存環(huán)境, 從而影響土壤微生物的數量和多樣性。由表2可知, 土壤細菌數量在種植前5年內逐漸增多, 第5年達到最多, 年平均增長率為4.7%, 5年后土壤細菌數量開始減少, 年平均下降率為2.8%; 土壤真菌數量在種植前7年內逐漸增大, 第7年達到最多, 年平均增長率為9.8%, 第10年地塊真菌數量有所下降, 但減小差異不顯著; 土壤放線菌數量隨種植年限的增加沒有明顯變化, 基本趨于同一水平。土壤微生物總量先上升后下降, 在種植前5年內微生物總量不斷升高, 年平均增長率為4.8%, 從第5年后逐漸減少, 種植10年地塊土壤微生物總量減少至數量最大時的90.8%, 年平均下降率為1.8%。土壤微生物群落多樣性是土壤微生物群落狀態(tài)與功能的指標, 反映土壤中微生物的生態(tài)特征。土壤微生物平均顏色變化率(AWCD)逐年降低, 種植10年地塊降低至最大時的83.3%, 年均下降率為1.7%, 在種植前5年內下降速率較大, 變化差異顯著, 種植第5年后變化不顯著; Shannon指數()和豐富度指數()總體變化趨勢為逐年減小, 種植5年地塊多樣性指數顯著減小, 但各種植年限之間差異不顯著。

圖1 不同種植年限對0~100 cm孔隙度(A)及0~150 cm土壤含水量(B)的影響

表2 種植年限對根際土壤微生物數量和多樣性的影響

同列內標的不同小寫字母的值在0.05水平差異顯著。

Values within a column followed by different small letters are significantly different at< 0.05.

2.4 種植年限對枸杞根際土壤有機碳的影響

土壤有機碳是農田碳循環(huán)的重要組成部分, 其累積和分解使含量的變化直接影響著整個系統(tǒng)內部的碳平衡, 對植株生長發(fā)育和土壤水分利用也有重要作用。由圖2可知, TOC含量與其余5種活性有機碳含量的變化趨勢一致, 隨著年限的增長有機碳含量逐漸下降, 雖然種植5年地塊的LFOC活性和種植7年地塊的DOC活性有小幅上升, 但總體趨勢一致。從種植第1年開始至第10年, TOC含量從9.19 gkg–1下降至2.92 gkg–1, 平均年下降率為3.18%, 其中下降率最大的為LFOC, 年平均下降率達到9.3%, 下降率最小的為DOC, 年平均下降率為6.9%, 其余3種活性有機碳的年平均下降率為8.2%~8.5%。

圖2 種植年限對根際土壤TOC、POC、LFOC、ROC、DOC和MBC含量的影響

2.5 種植年限對根際土壤酶活性的影響

土壤酶活性可以在一定程度上用來反映土壤中各種生物化學過程的強度, 參與土壤與植物體之間多種物質能量交換, 是反映土壤生物學活性的指標。由圖3可以看出, 隨著種植年限的增加, 土壤脫氫酶活性相對穩(wěn)定, 沒有出現顯著的增大或降低趨勢, 保持在0.15~0.23 mgg–1之間; 土壤磷酸酶一直處于增大趨勢, 平均年增長率為4.0%; 土壤脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶以及土壤蔗糖酶活性變化趨勢相對一致, 均呈現出先減小后增大, 其中, 土壤多酚氧化酶和蔗糖酶活性在種植3年地塊最小, 土壤脲酶和過氧化氫酶在種植5年地塊最小。

圖3 種植年限對根際土壤酶活性的影響

3 討論

根系作為植物與土壤之間相互物質聯系的主要途徑, 對于植株水分、營養(yǎng)物質的吸收和利用起到重要作用, 根系導水率可以表示根系對土壤水分的吸收能力, 植株中對導水率影響最大的部分發(fā)生在根系, 是根系對土壤環(huán)境變化響應的直接生理特性指標之一[15-16]。本研究發(fā)現, 隨著種植年限的增加, 枸杞根系比導率先逐漸增大, 然后逐年減小。根系導水能力與樹體木質部結構和土壤環(huán)境有直接的關系, 隨著植株的生長, 根系木質部逐漸分化, 根系導水系統(tǒng)不斷完善, 有利于根系水分運輸, 由于樹體對土壤環(huán)境影響不大, 土壤含水量變化小, 對根系導水率的影響不明顯, 從而使根系導水率不斷增大; 當枸杞植株生長到一定水平, 對土壤水分的需求量增大, 土壤含水量不斷下降, 影響根系導水率, 由于部分根系老化, 導管運輸能力降低, 導致根系導水率減小。

根系活力和相對電導率是根系生物學活性的主要表現, 對根系吸收土壤水分和營養(yǎng)物質有直接的影響。根系活力受到植株自身生長勢、土壤微生物活性、化感物質、土壤酶等根際土壤環(huán)境因子的影響。本研究發(fā)現, 隨著種植年限的增大, 枸杞根系活力逐漸減小, 使土壤水分的吸收能力降低, 根系水勢下降, 導致根系木質部導管更容易形成栓塞, 影響根系木質部導水率。植物細胞膜對維持細胞的正常代謝作用和微環(huán)境起著重要的作用, 細胞膜對物質具有選擇透過性, 當細胞膜受到破壞或環(huán)境發(fā)生變化后, 可使電解質外滲, 以至于相對電導率增大。枸杞根系相對電導率隨著種植年限的增加而增大, 雖然在種植7年后有所減小, 但減小程度不顯著。相對電導率增大使根系木質部細胞結構和功能發(fā)生變化, 對木質部導管的水分運輸作用也有一定的影響。隨著種植年限的增大, 根系化感物質在根圍土壤不斷分泌累積, 對根系產生毒害作用, 加之土壤微生物種類和多樣性的變化, 也可以使根系活力降低和相對電導率升高。

當植株受到土壤環(huán)境脅迫時, 根系首先發(fā)出信號, 土壤含水量[17]和通氣狀況[18]都能夠影響到根系生理狀況。土壤通氣狀況直接影響根系呼吸作用對O2的吸收和CO2的排放, 當根系周圍空氣O2含量降低, CO2含量升高時, 影響根系的呼吸作用和物質能量轉化, 從而影響根系對土壤水分的吸收能力。由于目前枸杞行間操作主要以淺耕為主, 對30 cm以下土壤擾動較小, 施肥和采摘等行間作業(yè)使土壤孔隙度逐年減小, 從而影響土壤空氣含量和根系活性。本研究發(fā)現, 土壤深0~150 cm處平均含水量在種植前5年內逐漸增大, 5年后開始逐漸降低, 尤其對60 cm以上淺層土壤水分影響顯著。在種植前5年, 由于植株生物量小, 對水分的需求量少, 灌水和降雨能夠補給土壤水分; 隨著植株的不斷生長, 在種植5年后, 由于長期農事操作破壞了表層土壤結構, 使土壤孔隙度減小, 導致表層土壤持水能力減弱, 可利用水分含量降低, 加之根系在土壤深層次分布量增大, 提高了深層土壤水分貢獻率, 加快了深層次土壤水分的耗散。

農田生態(tài)系統(tǒng)中, 土壤微生物是主要組成部分, 可以作為反映土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的主要指標[19], 在土壤營養(yǎng)循環(huán)管理[20]、能量轉換[21]、有機物分解轉化[22]以及土壤養(yǎng)分的形成[23]等方面具有重要的作用。有研究發(fā)現, 植物連作會引起土壤微生物區(qū)系發(fā)生變化, 部分真菌種群數量增加, 細菌和放線菌種群數量減少, 根際微生物群落結構失衡, 導致根圍土壤理化性狀變化, 微生物區(qū)系由“細菌型”向“真菌型”轉化[24-25]。土壤微生物種群數量變化可以反映土壤生物活性水平, 土壤細菌和放線菌種群數量越高, 土壤的生物活性就高, 而土壤真菌種群數量上升, 則會使土壤地力衰竭。本研究發(fā)現, 隨著枸杞種植年限的增長土壤微生物總量趨于上升, 其中, 土壤細菌和真菌數量趨于上升, 而放線菌數量變化不顯著, 與前人對土壤微生物的研究結果一致[26-28]; 土壤微生物平均顏色變化率(AWCD)逐年降低, Shannon指數()和豐富度指數()變化趨勢相對一致, 為先下降后上升。土壤微生物生存環(huán)境受到植物種類、生長狀況, 根系分泌物以及土壤理化特性等多種因素的影響。植物根系分泌物數量和種類隨著植物生長狀況的不同而變化, 對部分微生物具有毒害作用, 導致微生物群落數量變化, 使單一種群微生物數量增多, 微生物多樣性降低。

農田土壤有機碳是農田生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的重要組成部分, 受土壤水分、溫度、微生物、耕作制度和方式等許多土壤因素的影響, 其累積和分解的變化直接影響系統(tǒng)內碳平衡。本研究發(fā)現, 枸杞地塊土壤TOC含量與其余5種活性有機碳含量的變化趨勢一致, 隨著種植年限的增長有機碳含量逐漸下降, 雖然種植5年地塊的LFOC活性和種植7年地塊的DOC活性有小幅上升, 但總體趨勢一致。土壤活性有機碳主要來源于植物殘體、土壤有機質水解、根系分泌物、土壤微生物代謝產物和自身殘體以及有機肥的施用。隨著種植年限的增長, 植物逐年對土壤有機物質利用, 使土壤肥力較低, 同時較高的收獲指數和樹體修剪導致土壤有機碳大量消耗, 系統(tǒng)內部碳總量逐年減少[29]。農田耕作措施也會導致土壤活性有機碳的分解, 與株內未干擾區(qū)相比, 行間土壤有機碳含量顯著降低[30]。枸杞地塊行間深翻、除草、果實采摘等作業(yè)使土壤物理條件變化, 破壞了土壤團聚體結構, 加速了土壤有機碳的分解, 導致土壤有機碳分解和減少。

土壤酶活性可以反映不同栽植條件和模式下土壤的質量, 在評價土壤肥力時部分土壤酶可以作為評價土壤生化過程的指標。土壤酶主要來自于土壤微生物, 定植植物和種植年限都會影響土壤微生物數量和種群多樣性[31], 從而使土壤酶活性變化[32]。隨種植年限的增加, 枸杞地塊土壤脫氫酶活性相對穩(wěn)定, 沒有出現顯著的變化趨勢; 土壤磷酸酶一直處于增大趨勢; 土壤脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶以及土壤蔗糖酶活性變化趨勢相對一致, 均呈現出先減小后增大。本研究枸杞地塊過氧化氫酶活性雖先降低后升高, 但總體變化趨勢與前人的研究相對一致[33]。

4 結論

隨著枸杞種植年限的增加, 枸杞根系比導率先逐漸增大, 然后隨著樹體老化開始減小; 根系相對電導率種植前7年逐漸增大, 在種植7年后有所減小, 但減小程度不顯著; 根系活力逐年減小, 對土壤水分的吸收能力降低。土壤平均含水量在種植前5年內逐漸增大, 5年后開始逐漸降低, 尤其對60 cm以上淺層土壤水分影響顯著; 土壤細菌和真菌數量逐年增加, 放線菌數量變化不顯著, 使土壤微生物總量趨于增加, 但土壤微生物多樣性卻逐年降低; 土壤活性有機碳含量逐漸降低, LFOC和DOC活性在種植5年和7年后有小幅上升, 但總體趨勢一致; 不同土壤酶活性呈現不同變化趨勢, 脫氫酶活性相對穩(wěn)定, 沒有出現顯著的變化; 土壤磷酸酶逐漸增大; 脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶和土壤蔗糖酶活性均為先減小后增大。隨著土壤環(huán)境因子和根系生理特征變化, 枸杞農田系統(tǒng)物質和能量的內循環(huán)發(fā)生變化, 影響了植株對土壤營養(yǎng)物質和水分的吸收運輸。

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Effects of Planting Years on the Root System and Soil Environment ofL.

XU Sheng-Rong1,3, ZHANG En-He1,*, MA Rui-Li1,3, WANG Qi2, LIU Qing-Lin1, and CUI Jia-Jia1

1College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China;2College of Grassland Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China;3Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences / Qinghai Key Laboratory of Qinghai-Tibet Plateau Biological Resources, Xining 810008, Qinghai, China

In order to clarify the dynamic change of root system, inL., a main commercial crop distributed in arid land of northwestern China, and soil environment under different planting-years, physiological characteristic of root system, soil enzyme activity, organic carbon, soil microbial quantity and diversity, physical and chemical properties of the rhizosphere soil were monitored for ‘Ningqi 1’ seedlings for five treatments, different continuous cropping years (1, 3, 5, 7, and 10 years). With the increase of planting fixed number of years, the special hydraulic conductivity of roots (s, root) increased first and then decreased, the activity of roots remarkably decreased, the relative electric conductivity of roots gradually increased, the relative electric conductivity of root system began to decrease after planting seven years, but the reduction was not significant. The average moisture content of the soil 0–150 cm deep increased in the first five years, and declined after the planting five years, in particular, showed more effect to soil moisture above 60 cm deep. The average soil average porosity in 0–100 cm layer decreased with the increase of planting fixed number of years; the amount of soil rhizosphere microorganism increased, in this case, the number of soil bacteria and fungi increased, and the number of actinomyces did not have significant changes The soil rhizosphere microorganism average well color development (AWCD) decreased with the increase of planting fixed number of years, Shannon index () and Richness index () decreased firstly and then increased. The soil total organic carbon (TOC) activity decreased with the increase of planting fixed number of years, although light fraction organic carbon (LFOC) activity of planting five years and dissolved organic carbon (DOC) activity of planting seven years had slight rise, their general trend was consistent. The soil dehydrogenase activity was relatively stable, there was no significant change, the soil phosphatase activity increased, urease, catalase, polyphenol oxidase, and sucrase activity had similar changing trend, all of them decreasing first and then increasing. These results suggest that soil activity, fertility and microorganism diversity are decreased with the increase of planting fixed number of years, the toxic effect of soil microenvironment on the biological activity of root system in increased, meanwhile, the root system activity, hydraulic conductivity and water efficiency of soil are decreased by the changes of root system living environment.

L.; soil enzyme; soil microorganism; organic carbon; root system

2017-10-16;

2018-08-20;

2018-09-06.

10.3724/SP.J.1006.2018.01725

通信作者(Corresponding author): 張恩和, E-mail: zhangeh@gsau.edu.cn

E-mail: xushengrong888@163.com

本研究由國家自然科學基金項目(31560380)和青海省青藏高原特色生物資源研究重點實驗室開放課題(2017-ZJ-Y10)資助。

The study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31560380) and the Open Project of Qinghai Key Laboratory of Qinghai-Tibet Plateau Biological Resources Grant (2017-ZJ-Y10).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180904.1423.007.html