關(guān)鍵詞：連作；紅壤；粒徑組分；養(yǎng)分含量；酶活性

中圖分類(lèi)號(hào)：S151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024）11-0127-06

土壤粒徑組分的變化可以表征土壤質(zhì)量的穩(wěn)定性及土地退化程度與過(guò)程。作為土壤重要的理化性質(zhì)，土壤顆粒組分對(duì)土壤持水力、通氣性、土壤礦物組成、肥力等理化特性，以及土壤酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)等生物特性具有塑造作用。近年來(lái)由于糧煙爭(zhēng)地矛盾突出，煙葉種植多分布于山區(qū)、半山區(qū)，連作現(xiàn)象普遍存在，嚴(yán)重制約了植煙土壤的可持續(xù)利用。連作障礙產(chǎn)生的原因主要包括：連作導(dǎo)致土壤養(yǎng)分狀態(tài)呈現(xiàn)出特定養(yǎng)分偏向性消耗和其余養(yǎng)分過(guò)度富集的趨勢(shì)，引發(fā)土壤養(yǎng)分失衡。連作導(dǎo)致植株凋落物和根系分泌物種類(lèi)單一且長(zhǎng)期不變，這樣一方面使根系分泌物逐年積累引發(fā)自毒效應(yīng)；另一方面，鹽分、有機(jī)酸等在土壤耕層富集，形成較為特殊的生態(tài)環(huán)境，引起土壤胞外酶活性和根際微生物群落平衡發(fā)生明顯改變。目前，關(guān)于植煙連作相關(guān)研究多集中在連作對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性、土壤微生物、煙株根系分泌物和產(chǎn)質(zhì)量影響等方面，但在典型紅壤區(qū)中長(zhǎng)期煙草單一種植對(duì)土壤粒徑組分的影響，以及粒徑組分與生化特性相互關(guān)系的研究較少。據(jù)此，于2014年開(kāi)始，本課題組在云南省典型紅壤區(qū)建立長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)，設(shè)置了輪作、植煙連作3年和8年三種耕作模式，研究植煙連作對(duì)土壤粒徑組分及生化指標(biāo)的影響規(guī)律，試圖從植煙連作對(duì)土壤粒徑組分占比影響的角度，為土壤質(zhì)量穩(wěn)定性以及連作障礙機(jī)理研究等方面提供新的視角。

1材料與方法

1.1土樣采集

試驗(yàn)地位于云南省玉溪市紅塔區(qū)高倉(cāng)街道干海子（E：102°17′32″～102041'37”，N：24°08′30″～24°32′18″），隸屬云貴高原典型紅壤區(qū)，海拔1855 m，屬中亞熱帶濕潤(rùn)冷冬高原季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.7℃，年降水量700～900 mm，年均日照時(shí)數(shù)2300～2700h，無(wú)霜期300d左右。

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：2013年，將一整塊典型的紅壤農(nóng)田劃分為3個(gè)地塊，并采用不同耕作模式，具體為（1）輪作地塊（CK）：采用“烤煙一小麥_÷玉米一小麥”隔年輪作模式；（2）連作3年地塊（T3）：2013-2018年采用與輪作地塊相同的耕作模式，2019—2021年采用“烤煙—小麥”復(fù)種連作模式；（3）連作8年地塊（T8）：2013年開(kāi)始采用“烤煙—小麥”復(fù)種連作模式。

2021年9月烤煙收獲后，按五點(diǎn)取樣法采集植煙土壤0～20cm土層土壤1 kg，去除殘根和地表凋落物后裝入自封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室后自然風(fēng)干，用于測(cè)定土壤粒徑組分、養(yǎng)分含量和酶活性。

1.2測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1土壤粒徑組分測(cè)定 土壤粒徑組分采用比重計(jì)法測(cè)定。

1.2.2土壤pH值及養(yǎng)分含量測(cè)定 土壤pH值采用土壤pH測(cè)定儀測(cè)定。全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀含量采用火焰光度計(jì)法測(cè)定，水解性氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量采用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定，陽(yáng)離子交換總量采用乙酸銨交換法測(cè)定。

1.2.3 土壤酶活性測(cè)定 過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，脲酶活性采用苯甲酸-次氯酸鈉比色法測(cè)定。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2021和SPSS 26.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)分析及圖表制作，采用Duncan’s法進(jìn)行單因素差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同連作年限對(duì)土壤粒徑組分的影響

由表1可知，與CK相比，連作植煙土壤中黏粒（粒徑lt;0.002 mm）、粉砂粒（粒徑0.002～0.02mm）和砂粒（粒徑0.02～2 mm）占比隨連作年限不同而發(fā)生變化。

T3、T8處理土壤的黏粒占比較CK分別升高6.12%、19.21%，粉砂粒分別降低10.38%、21.71%，砂粒分別降低3.41%、14.87%，且均表現(xiàn)為T(mén)3與CK差異不顯著而T8與CK差異顯著。

根據(jù)土壤粒徑成分變異強(qiáng)度三級(jí)評(píng)價(jià)法標(biāo)準(zhǔn)：CVlt;10%為弱變異，10%≤CV≤300/0為中等變異，CVgt;30%為強(qiáng)變異。T3處理土壤的粒徑組分處于弱變異狀態(tài)，T8處理土壤則達(dá)到中等變異狀態(tài)。

2.2不同連作年限對(duì)土壤化學(xué)特性的影響

由表2可以看出，植煙紅壤pH值為4.90～5.95，整體均在酸性范圍內(nèi)，且隨著連作年限延長(zhǎng)pH值呈下降趨勢(shì)。相較于CK，T8處理土壤的pH值顯著下降，降幅達(dá)17.65%。連作導(dǎo)致土壤養(yǎng)分整體呈下降趨勢(shì)，相較CK，T3處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解性氮、全磷、有效磷及速效鉀含量均顯著下降：而隨著連作年限延長(zhǎng)，除T8處理土壤速效鉀含量較T3處理顯著下降外，其余指標(biāo)變化均未達(dá)顯著水平：土壤全鉀含量各處理間無(wú)顯著性差異，其含量變化范圍為6.44～7.63g/kg。T3處理土壤的陽(yáng)離子交換總量與CK差異不顯著.T8處理則較CK顯著下降，降幅達(dá)38.84%。

2.3不同連作年限對(duì)土壤酶活性的影響

由表3可知，隨連作年限延長(zhǎng)，土壤過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶活性呈下降趨勢(shì)。其中，蔗糖酶活性降幅較大，處理間差異顯著，T3、T8處理較CK分別降低33.93%、68.01%;T8處理土壤過(guò)氧化氫酶活性較CK顯著降低，降幅達(dá)10.87%，T3處理與CK差異不顯著。T3、T8處理土壤脲酶活性均顯著高于CK，分別高出69.91%、61.36%。

2.4不同連作年限下土壤粒徑組分與化學(xué)指標(biāo)、酶活性的相關(guān)性分析

由表4可知，土壤黏粒占比與土壤pH值、全氮、全鉀、速效鉀含量、陽(yáng)離子交換總量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤全磷、有效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)顯著水平；粉砂粒占比與土壤速效鉀含量、陽(yáng)離子交換總量呈極顯著正相關(guān)，與水解性氮含量呈正相關(guān)，但未達(dá)顯著水平，與其余6項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)均呈顯著正相關(guān)；土壤砂粒占比與土壤全氮、全磷、全鉀、速效鉀含量、pH值、陽(yáng)離子交換總量呈顯著正相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷含量呈正相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平。

土壤黏粒占比與土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤脲酶活性呈正相關(guān)，但未達(dá)顯著水平；土壤粉砂粒占比與土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)，與脲酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤砂粒占比與土壤蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)，與土壤過(guò)氧化氫酶活性呈正相關(guān)，與土壤蔗糖酶活性呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平。

2.5不同連作年限下土壤化學(xué)指標(biāo)與酶活性的相關(guān)性分析

由表5可知，土壤過(guò)氧化氫酶活性與土壤全鉀、速效鉀含量、陽(yáng)離子交換總量呈極顯著正相關(guān)，與土壤pH值和全氮、全磷含量呈顯著正相關(guān)；土壤脲酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解性氮、全磷、速效磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤蔗糖酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀含量及pH值、陽(yáng)離子交換總量呈極顯著正相關(guān)。其余指標(biāo)間的相關(guān)性均未達(dá)顯著水平。

2.6不同連作年限下土壤粒徑組分與生化指標(biāo)的逐步回歸分析

以土壤化學(xué)特性為因變量，土壤粒徑占比為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，排除無(wú)關(guān)變量后，得到關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效鉀含量及土壤pH值、陽(yáng)離子交換總量和土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶活性的偏回歸方程（表6）。

土壤pH值及全氮、全磷、全鉀含量的變化主要受到黏粒占比的影響，標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分別為-0.855、-0.815、-0.797、-0.865，表明黏粒占比對(duì)這四個(gè)土壤性狀均有顯著抑制作用；土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量和過(guò)氧化氫酶活性則主要受到粉砂粒占比的影響，標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分別為0.763、0.859和0.850，表明粉砂粒占比對(duì)此三個(gè)土壤性狀有顯著促進(jìn)作用：土壤陽(yáng)離子交換總量與土壤蔗糖酶活性主要受到黏粒和粉砂粒的共同影響，黏粒、粉砂粒對(duì)陽(yáng)離子交換總量及蔗糖酶活性的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分別為-0.520、0.503和0.339、0.760，決定系數(shù)分別為0.880、0.937，表明粉砂粒和黏粒含量占比可以解釋陽(yáng)離子交換總量變化的88.0、蔗糖酶活性變化的93.7%。

3討論

土壤粒徑組分的變化是土地質(zhì)量變化過(guò)程中最常見(jiàn)且較具有代表性的現(xiàn)象。根據(jù)土壤粒徑組分的變化和差異特征，可以判斷土地質(zhì)量退化的強(qiáng)弱和發(fā)展強(qiáng)度。本研究結(jié)果表明，隨著連作年限增加，黏粒占比明顯增加，而粉砂粒和砂粒占比明顯下降。其原因可能是，長(zhǎng)期連作下的單一肥料施用會(huì)加速黏粒礦物的風(fēng)化速度，長(zhǎng)期定位試驗(yàn)用肥為煙草專(zhuān)用復(fù)合肥，每年投入的養(yǎng)分種類(lèi)、比例和數(shù)量一致，從而加速黏土礦物的風(fēng)化：長(zhǎng)期施用化肥還會(huì)改變土壤黏粒級(jí)復(fù)合體表面性質(zhì)，致使土壤酸化趨勢(shì)加快，土壤陽(yáng)離子交換總量降低。本研究結(jié)果顯示，土壤pH值、陽(yáng)離子交換總量與黏粒占比呈極顯著負(fù)相關(guān)，但與砂粒和粉砂粒占比呈顯著或極顯著正相關(guān)，這與前人研究結(jié)果一致。表明施肥導(dǎo)致的土壤粒徑占比改變可能是土壤酸化加劇、肥力降低的一個(gè)重要原因。

連作土壤養(yǎng)分雖在輪作處理間存在顯著差異，但其整體并未隨連作年限延長(zhǎng)而顯著下降，說(shuō)明短期連作（8年內(nèi)）對(duì)土壤養(yǎng)分的改變效應(yīng)有限?？赡茉?yàn)椋哼B作對(duì)土壤養(yǎng)分的影響效應(yīng)存在閾值，當(dāng)連作超過(guò)一定年限打破土壤養(yǎng)分閾值時(shí)才會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分明顯失衡；另一方面，隨著連作年限延長(zhǎng)，煙株吸收能力下降，也會(huì)引起養(yǎng)分在土壤中的滯留。

土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性存在相關(guān)性。本研究結(jié)果表明，土壤蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性與土壤全鉀、速效鉀含量及陽(yáng)離子交換總量呈極顯著正相關(guān)，而與土壤黏粒占比呈極顯著負(fù)相關(guān)。該結(jié)果與Busto等得出的土壤中的黏粒能與土壤酶結(jié)合形成土壤復(fù)合體提高酶活性的結(jié)論不一致，這可能是由于紅壤本身質(zhì)地偏黏，因而透水透氣性相對(duì)較差，導(dǎo)致土壤微生物呼吸強(qiáng)度減弱，從而降低土壤酶活性。脲酶活性與粉砂粒占比呈顯著負(fù)相關(guān)，可能與程昊等提出的粉砂粒與土壤可蝕性呈顯著正相關(guān)有關(guān)，且有研究表明，土壤侵蝕將導(dǎo)致土壤生物活性降低和結(jié)構(gòu)退化，并制約土地肥力提升、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和環(huán)境質(zhì)量改善。

4結(jié)論

連作導(dǎo)致土壤的不同粒徑組分占比發(fā)生變化，隨著連作年限延長(zhǎng)，砂粒、粉砂粒占比逐漸下降，黏粒占比逐漸增加，即整體呈現(xiàn)向更小粒徑占比增加的變異趨勢(shì)。連作導(dǎo)致植煙紅壤呈酸化趨勢(shì)，土壤養(yǎng)分含量以及蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性隨連作年限延長(zhǎng)及不同粒徑占比的改變均呈現(xiàn)出一定程度的下降，而脲酶活性則有所上升。逐步回歸分析結(jié)果顯示，黏粒占比對(duì)土壤pH值及全氮、全磷、全鉀含量有極顯著抑制作用；粉砂粒占比對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量及陽(yáng)離子交換總量和過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶活性有顯著或極顯著促進(jìn)作用。與輪作（CK）相比，連作導(dǎo)致植煙紅壤的黏粒占比上升，降低了土壤的通透性，從而影響土壤養(yǎng)分礦化和酶活性。