要 凱 趙章平 康益晨 張衛(wèi)娜 石銘福 楊昕宇 范艷玲 秦舒浩

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溝壟覆膜對(duì)連作馬鈴薯土壤酶活性、理化性狀及產(chǎn)量的影響

要 凱 趙章平 康益晨 張衛(wèi)娜 石銘福 楊昕宇 范艷玲 秦舒浩*

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院, 甘肅蘭州 730070

以當(dāng)?shù)刂髟云贩N“新大坪”為試驗(yàn)材料, 采用大田定位試驗(yàn),研究了平畦不覆膜(CK)、平畦覆膜(T1)、全膜壟播(T2)、全膜溝播(T3)、半膜壟播(T4)、半膜溝播(T5) 6種栽培模式對(duì)連作馬鈴薯土壤酶活性、理化性狀及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明, 溝壟覆膜栽培可不同程度提高馬鈴薯連作田土壤過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶的活性, 其中T2對(duì)3種酶活性的提高效果最為顯著; 溝壟覆膜可降低土壤pH, 從而改善馬鈴薯根際土壤的理化性狀, 且以T2對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的改善最為明顯, 溝壟覆膜可不同程度提高土壤電導(dǎo)率; 此外, 溝壟覆膜栽培還可以顯著提高馬鈴薯塊莖的產(chǎn)量, 其中T2增產(chǎn)幅度最高可達(dá)75%。本研究以期為半干旱地區(qū)馬鈴薯連作障礙的克服及提高馬鈴薯產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

溝壟覆膜; 連作馬鈴薯; 土壤理化特性; 土壤酶活性; 產(chǎn)量

馬鈴薯(L.)是典型的糧菜兼用型作物[1]。隴中半干旱地區(qū)降水量稀少、栽培技術(shù)和配套設(shè)施落后、水肥等資源利用效率不高、生產(chǎn)力低下, 極大地限制了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展[2-4]。隨該區(qū)馬鈴薯種植面積不斷擴(kuò)大, 可耕地面積逐年減少, 再加上其他作物的爭(zhēng)地, 隴中半干旱地區(qū)馬鈴薯連作現(xiàn)象已極其普遍[5-6]。有研究表明, 長(zhǎng)期連作使馬鈴薯田酶活性及理化性質(zhì)改變, 從而產(chǎn)生連作障礙, 導(dǎo)致馬鈴薯植株生長(zhǎng)發(fā)育不良[7], 產(chǎn)量嚴(yán)重下降, 抗病能力減弱, 病害頻發(fā)[8-9]。

近年來, 覆膜種植方式在小麥、玉米及大豆等多種作物上廣泛應(yīng)用[10-12], 可起到改良土壤性狀、抗旱增收的效果。在旱作馬鈴薯覆膜種植方面, 研究主要集中在覆膜對(duì)馬鈴薯田土壤水分及馬鈴薯品質(zhì)影響[13-14]。但有關(guān)不同栽培方式對(duì)短期連作旱區(qū)馬鈴薯土壤性質(zhì)影響的報(bào)道較為少見。研究不同栽培模式對(duì)馬鈴薯連作過程中土壤酶活性、理化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響以改善馬鈴薯根際土壤健康狀況, 對(duì)于隴中半干旱地區(qū)克服馬鈴薯連作障礙極其重要。本研究采用大田定位試驗(yàn), 研究不同溝壟覆膜栽培模式對(duì)連作馬鈴薯土壤酶活性、土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響, 以期為隴中半干旱地區(qū)馬鈴薯連作障礙的克服及提高馬鈴薯產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)站(104°35′E, 35°33′N), 海拔1950 m, 年平均氣溫6.4°C, 年降水量391 mm, 積溫2239.1°C, 年蒸發(fā)量1531 mm, 干燥度2.53; 土壤類型為黃綿土, 土層深厚, 肥力中等, 凋萎系數(shù)為7.3%, 為典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)[15]。前茬作物為菊芋。2016年3月測(cè)定土壤理化性狀如表1所示。

表1 試驗(yàn)地土壤化學(xué)性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年3月—2018年11月大田定位連作試驗(yàn)設(shè)平畦不覆膜(CK)、平畦覆膜(T1)、全膜壟播(T2)、全膜溝播(T3)、半膜壟播(T4)、半膜溝播(T5) 6種種植模式。以當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘新大坪’為試驗(yàn)材料, 3次重復(fù), 隨機(jī)排列; 區(qū)組間距2 m, 小區(qū)間距1.5 m, 小區(qū)面積6.6 m × 10.0 m, 株距35 cm, 平均行距55 cm (圖1)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤化學(xué)性質(zhì) 采用雷磁DDSJ-308A電導(dǎo)率儀測(cè)定[16]土壤電導(dǎo)率, 采用雷磁PHS-30E pH計(jì)測(cè)定pH。

1.3.2 土壤酶活性 用KMnO4滴定法測(cè)定過氧化氫酶活性, 結(jié)果以單位土重消耗0.02 mol L-1KMnO4的體積表示, 單位為mL g-1; 采用苯酚鈉次氯酸鈉比色法測(cè)定脲酶活性, 結(jié)果以每100 g土的NH4+-N毫克數(shù)表示, 單位為mg g-1; 用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定堿性磷酸酶活性, 結(jié)果以每100 g土壤中酚毫克數(shù)表示, 單位為mg g-1[17]。

1.3.3 產(chǎn)量 按各小區(qū)單收計(jì)產(chǎn), 并根據(jù)小區(qū)面積換算成每公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Origin 2018軟件作圖, SPSS 19.0分析數(shù)據(jù), LSD法檢驗(yàn)處理間差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 溝壟覆膜栽培對(duì)馬鈴薯連作田土壤酶活性的影響

2.1.1 土壤過氧化氫酶活性 由表2可知, 隨連作年限的增加, 各種植模式土壤過氧化氫酶活性均呈下降趨勢(shì)。種植前2年, 土壤過氧化氫酶略有降低; 從第3年起, 土壤過氧化氫酶活性大幅降低。2016年苗期除T5外, 其他各處理均與CK差異顯著, 其中T2比CK高出5.85%。盛花期T2酶活性最高, 達(dá)20.86 mL g-1, 但各處理之間酶活性并無顯著差異。收獲前T1與CK間差異顯著, T2處理過氧化氫酶活性最高, 達(dá)20.58 mL g-1。2017年, 盛花期時(shí)過氧化氫酶活性表現(xiàn)為T2>T5>T4>T3>T1>CK, 其中T2與CK間差異顯著。收獲前各處理過氧化氫酶活性均高于CK, 其中T2與CK間有顯著差異, 增幅為1.54%。2018年, 苗期T1、T2、T3、T4、T5分別是CK的1.36、2.31、2.01、1.86和1.72倍, 其中T2顯著高于CK。盛花期時(shí)T1、T2、T3、T4、T5分別比CK提高18.04%、80.86%、76.39%、67.29%和58.34%, 其中T2與CK間差異顯著。收獲前T1、T2、T3、T4、T5分別比CK提高7.42%、89.57%、42.18%、73.77%和26.77%, 其中T2、T4與CK間有顯著性差異。由上可知, 溝壟覆膜可提高馬鈴薯根際土壤過氧化氫酶活性, 其中全膜壟播(T2)栽培模式對(duì)過氧化氫酶活性提高效果最為明顯。

圖1 溝壟覆膜栽培模式示意圖

表2 溝壟覆膜連作種植馬鈴薯對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響

CK: 平畦不覆膜; T1: 平畦覆膜; T2: 全膜壟播; T3: 全膜溝播; T4: 半膜壟播; T5: 半膜溝播。不同小寫字母表示在0.05水平下不同處理差異顯著。

CK: including flat plot without mulching; T1: flat plot with mulching; T2: planting on-ridge with full mulching; T3: planting on-furrow with full mulching; T4: planting on-ridge with half mulching; T5: planting on-furrow with half mulching. Value within the same column followed by different letters are significant by different at< 0.05.

2.1.2 土壤脲酶活性 由表3可知, 2016年各處理馬鈴薯全生育期內(nèi)土壤脲酶活性均呈先升高后降低的趨勢(shì), 且升降幅度較大, 從苗期到收獲前土壤脲酶活性均為T2最高, CK最低。苗期各處理與CK間均有顯著差異, 各處理是CK的1.23、5.16、4.10、4.34和3.78倍。盛花期時(shí)各處理脲酶活性與CK相比分別提高15.55%、29.77%、10.52%、19.63%和13.51%, 其中T2與CK間有顯著差異。收獲前土壤脲酶活性表現(xiàn)為T2>T4>T3>T5>CK>T1, T2比對(duì)照高出41.58%。2017年土壤脲酶活性與2016年相比有下降趨勢(shì), 在盛花期分別是CK的1.74、1.89、1.34、1.91和1.57倍, 其中T1、T2、T4與對(duì)照間有顯著差異。到收獲前溝壟覆膜處理與CK相比分別提高26.16%、28.19%、16.86%、20.93%和8.43%, 溝壟覆膜處理與對(duì)照間均有顯著差異。2018年馬鈴薯全生育期內(nèi)土壤脲酶活性與2016年相似, 呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢(shì), 各時(shí)期均以T2活性最大。苗期溝壟覆膜處理與CK間均有顯著差異, 各處理分別是CK的1.37、2.49、2.36、1.70和2.32倍。盛花期時(shí)溝壟覆膜處理與CK相比提高25.71%~90.34%, T4與CK間差異顯著。收獲前各處理分別比CK提高4.62%、54.91%、47.39%、43.93%和45.08%。綜上可知, 脲酶活性隨連作年限的增加而逐漸降低, 在馬鈴薯全生育期內(nèi)呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。溝壟覆膜處理可以有效提高馬鈴薯脲酶活性, 從而有效抑制連作障礙, 其中以T2抑制效果最為明顯。

表3 溝壟覆膜連作種植馬鈴薯對(duì)土壤脲酶活性的影響

處理同表2。Treatments are the same as those given in Table 2.

2.1.3 土壤堿性磷酸酶活性 由表4可知, 前2年馬鈴薯田堿性磷酸酶呈現(xiàn)升高趨勢(shì), 栽培馬鈴薯至第3年時(shí), 土壤堿性磷酸酶活性出現(xiàn)降低趨勢(shì), 但降低幅度不大。2016年苗期除T5外其余各處理與對(duì)照差異達(dá)均達(dá)顯著水平, 溝壟覆膜處理相比CK分別高出7.62%、31.06%、17.97%、30.19%和2.14%。盛花期各處理脲酶活性與CK相比提高幅度為0.50%~8.86%, 收獲前酶活性表現(xiàn)為T2>T4>T5>T1>T3>CK, 其中T2土壤堿性磷酸酶活性達(dá)28.85 mg g-1。2017年, 苗期各處理脲酶活性與CK相比提高幅度為8.48%~26.19%。盛花期表現(xiàn)為T2>T4>T5> T1>T3>CK, 其中T2、T3、T4分別比CK高出22.40%、17.72%和23.16%。收獲前酶活性從高到低依次為T2、T4、T1、T3、T5和CK, 其中T2、T4與CK間有顯著差異。與2017年相比, 2018年土壤堿性磷酸酶活性開始降低, 苗期T2顯著高于CK, 達(dá)26.64 mg g-1。在盛花期時(shí)各處理間無顯著差異。收獲前表現(xiàn)為T2>T4>T3>T5>T1>CK, 其中T2和T4與對(duì)照間差異達(dá)顯著水平。綜上, 在3年種植過程中, 各時(shí)期土壤堿性磷酸酶活性均是CK最低、T2最高。溝壟覆膜處理可以有效提高連作馬鈴薯田土壤堿性磷酸酶活性, 其中全膜壟播種植方式對(duì)脲酶活性提高效果最為明顯。

表4 溝壟覆膜連作種植馬鈴薯對(duì)土壤堿性磷酸酶活性的影響

處理同表2。Treatments are the same as those given in Table 2.

2.2 溝壟覆膜栽培對(duì)馬鈴薯連作土壤理化性狀的影響

2.2.1 溝壟覆膜對(duì)馬鈴薯連作土壤pH的影響 由圖2可知, 在2年連續(xù)種植過程中, 馬鈴薯田土壤pH有一定的降低趨勢(shì)。2016年馬鈴薯全生育期CK與T2處理下pH表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì), 其余各處理均表現(xiàn)出降低趨勢(shì)。苗期處理T2與CK間有顯著差異, 各處理下酸堿度表現(xiàn)為T1>T4>T5>CK>T3>T2; 盛花期各處理與CK顯著差異, 各處理酸堿度分別比CK降低2.31%、3.58%、2.87%、1.45%和1.45%; 收獲前各處理酸堿度分別比CK降低2.05%、2.18%、0.42%、0.75%和1.93%, 溝壟覆膜處理均與CK間差異顯著。2017年各處理pH呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì), 苗期各處理間pH差異未達(dá)顯著水平。盛花期時(shí)溝壟覆膜處理均與CK有顯著差異, 分別比CK降低2.52%、3.88%、3.21%、5.18%和5.61%。

2.2.2 溝壟覆膜栽培對(duì)馬鈴薯連作土壤電導(dǎo)率的影響

由圖3可知, 2016年苗期, 各處理間根際土壤電導(dǎo)率無顯著差異, 表現(xiàn)為T2>T5>T4>T1>CK>T3。盛花期各處理電導(dǎo)率比CK提高6.22%、26.54%、12.28%、8.13%和5.23%, 其中T2與對(duì)照有顯著差異。收獲前各處理電導(dǎo)率比CK提高14.81%~38.50%, 其中T2與CK間有顯著差異; 2017年馬鈴薯全生育期內(nèi), 溝壟覆膜處理電導(dǎo)率均高于CK。苗期各處理電導(dǎo)率分別比CK提高4.53%、30.44%、4.63%、22.90%和12.90%, 其中T2與CK有顯著差異, 盛花期電導(dǎo)率表現(xiàn)為T3>T2>T1>T4>T5>CK, 其中T1、T2、T3與對(duì)照間有顯著差異。收獲前各處理電導(dǎo)率分別是CK的1.48、1.56、1.47、1.37和1.54倍, 溝壟覆膜處理均與對(duì)照間有顯著性差異。

2.3 溝壟覆膜栽培對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由圖4可知, 前2年間產(chǎn)量沒有明顯變化, 第3年種植過程中產(chǎn)量大幅度下降; 3年均以平畦不覆膜產(chǎn)量最低。2016年產(chǎn)量表現(xiàn)為T2>T1>T4>T5>T3>CK, 各處理均與CK間差異顯著, 增產(chǎn)幅度為32.39%~51.70%。次年各處理產(chǎn)量分別是CK的1.48、1.75、1.63、1.65和1.66倍, 除T1外其余各處理均與CK間差異顯著, 其中以T2增產(chǎn)幅度最高, 達(dá)75%。2018年種植過程中產(chǎn)量從高到低為T2、T3、T5、T4、T1、CK, 各處理均與對(duì)照間有顯著差異, T1、T2、T3、T4、T5增產(chǎn)百分比為35.29%、67.65%、57.84%、51.30%和52.94%。

圖2 2016?2017年溝壟覆膜連作種植馬鈴薯對(duì)土壤pH的影響

標(biāo)以不同小寫字母的柱值在0.05水平下不同處理差異顯著, 誤差線指標(biāo)準(zhǔn)誤。處理同表2。

Values followed by different lowercase letters are significant by different at< 0.05, the error line is the standard error. Treatments are the same as those given in Table 2.

圖3 2016?2017年溝壟覆膜連作種植馬鈴薯對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響

標(biāo)以不同小寫字母的柱值在0.05水平下不同處理差異顯著, 誤差線指標(biāo)準(zhǔn)誤。處理同表2。

Values followed by different lowercase letters are significant by different at< 0.05, the error line is the standard error. Treatments are the same as those given in Table 2.

圖4 溝壟覆膜連作對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響

標(biāo)以不同小寫字母的柱值在0.05水平下不同處理差異顯著, 誤差線指標(biāo)準(zhǔn)誤。處理同表2。

Values followed by different lowercase letters are significant by different at< 0.05, the error line is the standard error. Treatments are the same as those given in Table 2.

3 討論

有關(guān)土壤酶與連作障礙之間關(guān)系的探索, 在棉花、煙草、花生、草莓和黃瓜等作物[18-22]上已經(jīng)有了一定的研究。但由于作物種類、栽培方式、土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分之間的差異, 其研究結(jié)果也不盡相同。土壤中的過氧化氫對(duì)生物體有毒害作用, 過氧化氫酶能夠分解土壤中過多的過氧化氫, 使植物避免受到過氧化物的傷害, 另外, 分解的產(chǎn)物可以為生物提供必要的生長(zhǎng)發(fā)育物質(zhì)。脲酶在土壤中廣泛存在, 直接參與土壤有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化, 一定程度上可以反映出土壤供氮水平的狀況。堿性磷酸酶是土壤中最為活躍的酶之一, 可以促進(jìn)土壤中無機(jī)磷酸鹽或有機(jī)磷酸化合物轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)磷, 更好地被植物利用[22]。本研究表明, 連作會(huì)使土壤過氧化氫酶活性、脲酶活性和堿性磷酸酶活性降低, 但溝壟覆膜種植方式可以有效抑制其降低趨勢(shì), 這與王東[23]、許麗婷[24]的研究結(jié)果一致?，F(xiàn)條件下關(guān)于土壤化感物質(zhì)和微生物的分離鑒定一直是個(gè)難點(diǎn), 將其與土壤酶、土壤養(yǎng)分狀況等指標(biāo)結(jié)合研究連作對(duì)土壤微環(huán)境的影響, 以探明連作條件下土壤生理生態(tài)變化是今后研究的方向[18]。

土壤理化性質(zhì)受多種因素的影響, 是土壤養(yǎng)分含量、有機(jī)質(zhì)含量、氣候條件和土壤微生物活性等因素綜合作用的結(jié)果[25-27], 溝壟覆膜通過改善植物生長(zhǎng)發(fā)育的微環(huán)境, 進(jìn)而改良土壤理化性質(zhì)。張文明等[28]研究發(fā)現(xiàn), 隨著馬鈴薯連作年限的增加, 有機(jī)酸類物質(zhì)有增加的趨勢(shì), 而有機(jī)酸會(huì)將其H+釋放, 導(dǎo)致土壤酸化。本研究表明, 土壤pH隨著馬鈴薯連作年限的增加有一定程度降低。在連續(xù)3年種植過程中均以全膜壟播pH最低, 平畦不覆膜處理pH最高, 溝壟覆膜處理可以降低馬鈴薯根際土壤pH, 從而有效抑制旱作地區(qū)馬鈴薯土壤的鹽堿化。電導(dǎo)率為0.40 ms cm-1是馬鈴薯的耐鹽極限, 此時(shí)馬鈴薯減產(chǎn)幅度可達(dá)到48%[29]。本研究表明, 在馬鈴薯全生育期未達(dá)馬鈴薯的耐鹽極限。在連續(xù)2年種植過程中, 各時(shí)期均是平畦不覆膜的電導(dǎo)率最低, 溝壟覆膜模式提高了土壤電導(dǎo)率。因此, 溝壟覆膜可以有效提高馬鈴薯根際土壤電導(dǎo)率, 從而改善土壤理化性質(zhì), 促進(jìn)馬鈴薯增產(chǎn)。劉妍等[30]、段萌等[31]研究發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋種植方式會(huì)使花生和玉米增產(chǎn)。本研究結(jié)果表明, 溝壟覆膜連作方式可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量, 這與孫夢(mèng)媛等[32]的研究結(jié)果一致, 其中以全膜壟播種植方式增產(chǎn)最為顯著, 增幅最高可達(dá)75%。

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Effects of ridge-furrow mulching on soil enzyme activity, physicochemical properties and yield in continuous cropping potato field

YAO Kai, ZHAO Zhang-Ping, KANG Yi-Chen, ZHANG Wei-Na, SHI Ming-Fu, YANG Xin-Yu, FAN Yan-Ling, and QIN Shu-Hao*

College of Horticulture, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China

A local variety “Xindaping” was planted in the yield for three-year continuous cropping under six planting patterns, including flat plot without mulching (CK), flat plot with mulching (T1), planting on-ridge with full mulching (T2), planting on-furrow with full mulching (T3), planting on-ridge with half mulching (T4) and planting on-furrow with half mulching (T5). The catalase activity, urease activity and alkaline phosphatase activity were improved under T2, and ridge-furrow plastic-mulching planting pattern reduced soil pH. Especially, T2 has the most obvious effect on the improvement of physicochemical properties of potato rhizosphere soil, and the conductivity was raised by ridge-furrow mulching cultivation pattern. Compared with CK, ridge-furrow plastic-mulching planting pattern significantly increased potato yield, which was up to 75% in T2. This study aims to provide a theoretical basis for overcoming potato continuous cropping obstacles and increasing potato yield in semi-arid areas.

ridge-furrow and film mulching; continuous cropping potato; soil physicochemical properties; soil enzyme activity; yield

2019-01-10;

2019-04-15;

2019-05-08.

10.3724/SP.J.1006.2019.94007

秦舒浩, E-mail: qinsh@gsau.edu.cn

E-mail: 2023195594@qq.com

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子課題(2018YFD020080308-1), 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260311), 甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1606RJZA034)和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-09-P14)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2018YFD020080308-1), the National Natural Science Foundation of China (31260311), the Natural Science Foundation of Gansu Province (1606RJZA034), and the China Agriculture Research System (CARS-09-P14).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190506.0950.004.html