連作對(duì)植煙土壤有機(jī)碳和酶活性的影響及其與土傳病害的關(guān)系

何 川，劉國(guó)順，李祖良，喬保明，董寧禹，蔣士君

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002;2河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

土壤酶活性極易受到土壤理化性質(zhì)和環(huán)境條 件的影響，它被作為土壤肥力的一個(gè)指標(biāo)而在指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著重要的作用［1］.作物連作可使土壤營(yíng)養(yǎng)非均衡性變化、土壤微生物區(qū)系變化、土傳病原物大量繁殖加重病害、以及土壤酶活性下降，從而嚴(yán)重影響了土壤質(zhì)量和土壤健康，對(duì)作物的生長(zhǎng)和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)極為不利［2～5］.土壤有機(jī)碳是土壤養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)化的核心［6］，有機(jī)碳在土壤酶和微生物的作用下分解，對(duì)土壤健康和生態(tài)環(huán)境有著重要的影響［7］，土壤有機(jī)碳的變化直接影響到了土壤肥力和土壤微生物群落的變化.農(nóng)業(yè)土壤的有機(jī)碳最為活躍，極易受到農(nóng)業(yè)上的管理措施如耕作、施肥和灌溉的影響.已有研究表明，土壤有機(jī)碳含量和土壤酶活性具有顯著的相關(guān)性［8］，較高的土壤有機(jī)碳量和酶活性有利于有益微生物的生長(zhǎng)、土壤微生態(tài)條件的改善，從而抑制有害病菌的生長(zhǎng)［9］，減少病害的發(fā)生，說明三者之間具有一定的相關(guān)性.目前關(guān)于連作對(duì)土壤酶活性影響的研究?jī)H局限于土壤肥力方面，對(duì)不同土地利用方式影響土壤有機(jī)碳含量的研究［10，11］也較多，但對(duì)于連作條件下土壤有機(jī)碳量、土壤酶活性變化及其與土傳病害關(guān)系的研究非常缺乏.本研究擬以煙草連作土壤為對(duì)象，系統(tǒng)分析土壤酶和有機(jī)碳及其煙草土傳病害中青枯病、黑脛病之間的相關(guān)性，為深入探索土壤健康與土壤碳循環(huán)之間的內(nèi)在關(guān)系奠定基礎(chǔ)，為煙田土壤的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試材料、試驗(yàn)地情況

供試土樣采自重慶市黔江區(qū)、河南豫西的烤煙煙田，45個(gè)樣品全部采自連作年限1～5 a的代表性植煙土壤，每個(gè)地區(qū)相同連作年限的土壤樣品不少于3個(gè)，其中第1年植煙土壤樣品9個(gè)、連作2 a的9個(gè)、連作3 a的10個(gè)、連作4 a的9個(gè)、連作5 a的8個(gè).土樣采集采用5點(diǎn)取樣法，土樣經(jīng)過篩后備用.采樣煙田的施肥和田間管理均符合當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)要求，烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N.同一地區(qū)的采樣田應(yīng)分布于相同的生態(tài)區(qū)域內(nèi)，以盡量減少土質(zhì)、地貌、植被等因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響.重慶、河南采樣煙田內(nèi)調(diào)查的主要土傳病害分別為青枯病、黑脛病.

1.2 試驗(yàn)方法

土壤有機(jī)碳的測(cè)定采用重鉻酸鉀法［12］.土壤淀粉酶、蔗糖酶、纖維素酶活性的測(cè)定采用3，5－二硝基水楊酸比色法［13］.煙草青枯病和黑脛病的調(diào)查方法和病情指數(shù)計(jì)算方法遵照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(TC/39—1996)進(jìn)行.試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行Duncan法多重比較.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限對(duì)煙田土壤有機(jī)碳含量的影響

由圖1可知，河南和重慶的土壤有機(jī)碳含量在總體上均表現(xiàn)出隨連作年限的延長(zhǎng)，先增加后降低、再略有回升的趨勢(shì).且兩地區(qū)相同連作年限的土壤有機(jī)碳含量無顯著差異.

河南地區(qū)土壤有機(jī)碳含量在連作2，3 a時(shí)均高于連作1 a時(shí)，并在連作2 a時(shí)達(dá)到最高，但連作3 a時(shí)顯著高于(P＜0.05)連作4，5 a時(shí)，從連作2～4 a和從連作2～5 a降幅分別達(dá)到23.2%和13.5%.重慶地區(qū)土壤有機(jī)碳含量在連作1～3 a內(nèi)逐漸增加，并在連作3 a時(shí)達(dá)到最高含量，但在連作3 a以后其含量則顯著下降至連作1 a時(shí)的水平.

圖1 不同連作年限土壤有機(jī)碳含量變化Fig.1 The changes of SOC content during different continuous cropping years

2.2 不同連作年限對(duì)煙田土壤淀粉酶活性的影響

由圖2清晰表明，河南、重慶兩地區(qū)土壤的淀粉酶活性在連作2 a時(shí)均達(dá)到最大峰值，之后顯著降低，連作3～5 a時(shí)的淀粉酶活性無明顯差別.試驗(yàn)結(jié)果表明，重慶地區(qū)的土壤淀粉酶活性顯著高于(P＜0.05)河南地區(qū)相同連作年限時(shí)土壤淀粉酶活性.

圖2 不同連作年限土壤淀粉酶活性變化Fig.2 The changes of soil amylase activities during different continuous cropping years

2.3 不同連作年限對(duì)煙田土壤蔗糖酶活性的影響

比較河南和重慶兩地區(qū)的土壤蔗糖酶活性發(fā)現(xiàn)(圖3)，河南地區(qū)的蔗糖酶活性在所有連作年限均高于重慶地區(qū)，總體上達(dá)到顯著水平(P＜0.05).圖3還表明，河南地區(qū)土壤蔗糖酶在連作2～3 a時(shí)表現(xiàn)出較高活性，顯著高于其它3個(gè)連作年限(P＜0.05)，并在連作2 a時(shí)達(dá)到最大值.重慶地區(qū)的土壤蔗糖酶活性亦表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，并在連作3 a時(shí)達(dá)到最大值，連作5 a時(shí)活性最低，但不同連作年限間其差異達(dá)不到顯著水平.

圖3 不同連作年限土壤蔗糖酶活性變化Fig.3 The changes of soil sucrase activities during different continuous cropping years

2.4 不同連作年限對(duì)煙田土壤纖維素酶活性的影響

試驗(yàn)結(jié)果(圖4)表明，河南和重慶兩地區(qū)間的土壤纖維素酶活性不存在明顯差異，總體變化趨勢(shì)均為先升高后降低、再略回升，土壤纖維素酶活性在連作3 a時(shí)最高，顯著高于1，4 a連作;略高于2和5 a連作，但無顯著差異.連作時(shí)土壤纖維素酶活性變化與土壤淀粉酶活性變化規(guī)律相同.

圖4 不同連作年限土壤纖維素酶活性變化Fig.4 The changes of soil cellulase activities during different continuous cropping years

2.5 不同連作年限對(duì)煙草青枯病和黑脛病發(fā)生的影響

調(diào)查結(jié)果(表1)表明，青枯病和黑脛病的病情指數(shù)隨著連作年限的增加而增大，重慶的連作土壤在第1，2年時(shí)煙株發(fā)病較輕，病情指數(shù)變化不明顯，但到第3年時(shí)病情指數(shù)急劇增加，之后則穩(wěn)定在較高的水平.河南地區(qū)黑脛病的病情指數(shù)在連作1～4 a間持續(xù)顯著增加，至5 a時(shí)趨于穩(wěn)定，病情指數(shù)無顯著增加.

表1 連作對(duì)煙草土傳病害發(fā)生的影響Table 1 Effect of continuous cropping years on tobacco soil-borne dieases

2.6 連作煙田煙株病情指數(shù)與土壤有機(jī)碳含量、酶活性的相關(guān)性分析

由表2可以發(fā)現(xiàn)，煙株病情指數(shù)隨著土壤有機(jī)碳量的增加而降低，2種病害的病情指數(shù)均與土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)出負(fù)的直線相關(guān)性，與土壤淀粉酶，蔗糖酶，纖維素酶活性之間亦表現(xiàn)出非線性負(fù)相關(guān)或直線負(fù)相關(guān).特別是在長(zhǎng)期連作(＞3 a)時(shí)，煙株青枯病和黑脛病的病情指數(shù)均隨著土壤有機(jī)碳含量、土壤淀粉酶、蔗糖酶、纖維素酶活性的降低而加重.

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，在連作年限為1～5 a的土壤中，土壤有機(jī)碳隨著連作年限的延長(zhǎng)其含量呈先增加后降低、再略有回升的趨勢(shì)，在連作2，3 a時(shí)達(dá)到最高，連作2 a和連作3 a的土壤有機(jī)碳含量無明顯差異.煙草連作2～3 a時(shí)土壤有機(jī)碳含量顯著增加這一現(xiàn)象尚未見報(bào)道，其機(jī)制值得深入分析.HATI等［14］研究了長(zhǎng)期連作等因素對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響證明連作能明顯降低土壤有機(jī)碳量的.LIU等［15］研究結(jié)果表明，與輪作相比，連作能降低土壤有機(jī)碳10%左右.LIU等［16］也認(rèn)為輪作才是保持土壤有機(jī)碳量的最好方法，連作則不利于有機(jī)碳的保持.

土壤酶作為衡量土壤健康狀況的一個(gè)必不可少的土壤微生物學(xué)指標(biāo)之一，越來越受到人們的高度重視.本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，土壤淀粉酶、土壤蔗糖酶、土壤纖維素酶在連作2和3 a時(shí)活性最高，顯著高于連作1，4，5 a的酶活性.重慶地區(qū)的蔗糖酶和淀粉酶活性要高于河南地區(qū)，纖維素酶活性差異不明顯.許多研究者在連作對(duì)土壤酶影響方面也進(jìn)行了很多研究，土壤纖維素酶活性變化與胡汝曉等［17］的研究結(jié)果有差異，張翼等［18］，GIANFREDE等［19］均認(rèn)為煙草連作會(huì)降低土壤酶的活性.

表2 病情指數(shù)與土壤有機(jī)碳、酶活性的相關(guān)關(guān)系Table 2 The linear correlation of disease index and soil organic carbon，enzyme activities

VARENNES等［20］的研究認(rèn)為，短期連作能增加土壤酶活性和有機(jī)碳量，與本研究部分結(jié)果相同，但其連作2 a后酶活性和有機(jī)碳量仍穩(wěn)定的結(jié)果則與本研究有些差異.BONRNER等［21］認(rèn)為有機(jī)碳量和酶活性有一定的相關(guān)性.由于土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向［22］，土壤酶與有機(jī)物的分解也有著親密的關(guān)系［23］.

烤煙是中國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，烤煙連作現(xiàn)象比較嚴(yán)重，連作障礙是煙草栽培中的普遍現(xiàn)象，中國(guó)烤煙連作面積已達(dá)28%以上［24］.對(duì)本試驗(yàn)的結(jié)果分析認(rèn)為，連作條件下煙田的煙株病情指數(shù)與土壤有機(jī)碳量及酶活性總體上呈負(fù)相關(guān).土壤有機(jī)碳與發(fā)病率存在負(fù)相關(guān)的結(jié)果也被證明［25］，廖梓良等［26］研究表明，與發(fā)病土壤相比，健康土壤具有相對(duì)高的土壤纖維素酶，蔗糖酶，淀粉酶活性，涉及土傳病害與土壤有機(jī)碳和酶活性變化趨勢(shì)之間的相關(guān)性研究則較為罕見.在連作對(duì)作物生長(zhǎng)和土壤質(zhì)量影響方面，許多學(xué)者對(duì)棉花［27］、大蒜［28］、馬鈴薯［29］等作物進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道.報(bào)道均證明了連作降低土壤質(zhì)量，加重病害的發(fā)生，因此對(duì)連作土壤土壤酶和土壤有機(jī)質(zhì)的研究顯得十分必要.

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