土壤熏蒸－微生物有機(jī)肥聯(lián)用對連作馬鈴薯生長和土壤生化性質(zhì)的影響

劉星，張書樂，劉國鋒，邱慧珍＊，王蒂，張俊蓮，沈其榮

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州730070；4.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210095）

馬鈴薯（Solanumtuberosum）是繼小麥（Triticumaestivum）、玉米（Zeamays）和水稻（Oryzasativa）之后全球第四大糧食作物，中國是世界最大的馬鈴薯生產(chǎn)國，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保證糧食供應(yīng)安全中占有重要地位［1－2］。甘肅中部沿黃灌區(qū)是我國加工型馬鈴薯的主要生產(chǎn)基地，也是西北最大的種薯繁殖基地，該地區(qū)馬鈴薯種植呈現(xiàn)規(guī)?；?、機(jī)械化和集約化的特點(diǎn)，經(jīng)營銷售模式以訂單農(nóng)業(yè)為主，隨著近年來農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的不斷走高和馬鈴薯消費(fèi)逐步向高附加值產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，農(nóng)墾企業(yè)在滿足訂單需求的同時(shí)，也造成了作物結(jié)構(gòu)相對單一、倒茬困難和馬鈴薯的多年連作［3－5］，導(dǎo)致植株生長發(fā)育受阻，塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)下降，土傳病害猖獗等一系列問題，嚴(yán)重影響企業(yè)和農(nóng)戶的種植效益。因而探明馬鈴薯種植的連作障礙機(jī)理，尋求能夠緩解和克服馬鈴薯連作障礙的有效途徑，對于促進(jìn)該地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

農(nóng)作物連作障礙機(jī)理目前已成為全球性的研究熱點(diǎn)，隨著研究的深入以及相關(guān)學(xué)科間的交叉融合，作為植株和土壤媒介的微生物尤為受到關(guān)注。研究表明［6－14］，細(xì)菌型土壤向真菌型土壤的轉(zhuǎn)變和根際微生物群落結(jié)構(gòu)的顯著改變是連作障礙產(chǎn)生的主要原因，可以導(dǎo)致根際微生態(tài)環(huán)境惡化以及土壤微生物區(qū)系的失衡并誘發(fā)土傳病害，特別是真菌型的土傳病害，造成了連作系統(tǒng)下作物的大幅度減產(chǎn)。這與本課題組前期在甘肅中部沿黃灌區(qū)進(jìn)行的長期定位試驗(yàn)結(jié)果一致。隨著連作年限的延長，馬鈴薯根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)顯著改變，病原菌過渡成為優(yōu)勢種群，真菌型土傳病害病原菌的數(shù)量明顯增加，帶來病害的大面積發(fā)生［15－20］。因而在國內(nèi)外連作障礙防控研究中，土傳病原菌合理有效抑制并重建土壤健康的微生物區(qū)系都是重點(diǎn)考慮的科學(xué)問題。目前，多采用土壤熏蒸的方法，如甲醛、石灰氮、過氧乙酸、甲基溴和三氯硝基甲烷等進(jìn)行化學(xué)熏蒸直接殺滅連作土傳病原菌，但其后果是土壤中的有益微生物類群同樣受到破壞性的影響，微生物群落結(jié)構(gòu)顯著改變，土壤微生物區(qū)系失衡［21－23］。這類方法的應(yīng)用也未能考慮連作有益土壤微生物區(qū)系的修復(fù)和重建。很多學(xué)者試圖從生防的角度出發(fā)，施用攜帶針對性的拮抗菌和其他有益菌的微生物有機(jī)肥料來調(diào)節(jié)土壤微生物區(qū)系以克服連作障礙，但耗時(shí)較長且田間效果不穩(wěn)定，這主要與微生物有機(jī)肥的種類和質(zhì)量、有機(jī)物料和土傳病原菌的種類以及供試的生態(tài)環(huán)境條件具有重要關(guān)系［24－25］。本課題組在2010和2011年連續(xù)進(jìn)行的田間試驗(yàn)證實(shí)，單獨(dú)施用微生物有機(jī)肥料進(jìn)行土壤改良并不能抑制連作系統(tǒng)下馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的嚴(yán)重下降。為尋求緩解或克服馬鈴薯連作障礙的有效方法，本課題組提出將土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥料施用兩種方法有機(jī)結(jié)合的思路，即在播種前通過土壤熏蒸來殺滅土傳致病菌，而后在植株生育期內(nèi)將微生物有機(jī)肥多次兌水澆灌至植株根部，持續(xù)地向馬鈴薯根際直接補(bǔ)充拮抗微生物和有益微生物，人工定向調(diào)控馬鈴薯連作土壤微生物區(qū)系，改善根際微生態(tài)環(huán)境。本研究的目的在于評估這種土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用的方法對甘肅省中部沿黃灌區(qū)馬鈴薯連作障礙的防控效果，特別是對塊莖產(chǎn)量、植株生長以及土壤致病菌動(dòng)態(tài)、微生物區(qū)系和酶活性等的影響，以期為實(shí)踐生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2012年在位于甘肅省中部沿黃灌區(qū)的白銀市景泰縣條山農(nóng)場進(jìn)行（東經(jīng)103°33′－104°43′，北緯36°43′－37°38′；海拔1274～3321m），當(dāng)?shù)鼐哂谐渥愕乃春土己玫霓r(nóng)業(yè)灌溉條件。屬溫帶大陸性干旱氣候，年均氣溫為9.1℃，年均無霜期141d。年均降水量185.6mm，年均蒸發(fā)量1722.8mm。年均日照時(shí)數(shù)2713h，全縣光熱資源豐富，日照百分率62%，太陽年平均輻射量6.20×105J／m2，≥0℃的年活動(dòng)積溫3614.8℃，≥10℃的年有效積溫3038℃。供試土壤為灰鈣土，質(zhì)地為砂壤。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

選擇地勢平坦、整齊、且土壤肥力均勻的馬鈴薯連作3年地塊進(jìn)行田間試驗(yàn)，熏蒸開始前采集混合土樣測定耕層土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)12.7g／kg，全氮0.52g／kg，堿解氮51.63mg／kg，速效磷6.96mg／kg，速效鉀174.62mg／kg，水土比5∶1條件下pH為8.67?；诃h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和人畜健康考慮，本研究選擇氨水和石灰氮作為土壤的化學(xué)熏蒸劑，試驗(yàn)設(shè)計(jì)5個(gè)處理：CK，空白對照；SFA，施用氨水進(jìn)行土壤熏蒸；SFB，施用石灰＋碳銨進(jìn)行土壤熏蒸；SFA＋BOF，土壤氨水熏蒸＋微生物有機(jī)肥澆灌；SFB＋BOF，土壤石灰＋碳銨熏蒸＋微生物有機(jī)肥澆灌。每個(gè)處理3次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為5.4m×10.0m。采用統(tǒng)一的馬鈴薯栽培種植模式和施肥量，寬壟雙行覆膜種植，在播種前一天切種薯，并用濃度為1.5%的高錳酸鉀溶液浸泡消毒，壟寬和行距分別為1.35m和0.70m，株距為0.17m，種植密度約為8.25×104株／hm2。氮肥用量為210kg N／hm2，N∶P2O5∶K2O比例為1.4∶1.0∶2.0，化肥分別用養(yǎng)分含量為15－15－15的復(fù)合肥和含 N 46%的尿素以及含 K2O 51%的硫酸鉀進(jìn)行施用。土壤熏蒸的具體操作如下：將半腐熟玉米秸稈平鋪至處理小區(qū)，將氨水（或石灰＋碳銨）均勻?yàn)⒌浇斩挶砻?，然后快速地人工翻埋，深度?～20cm，再用水澆灌使土壤飽和，最后用雙層棚膜覆蓋整個(gè)小區(qū)，四周用土壓實(shí)密閉防止氨揮發(fā)和風(fēng)吹。土壤熏蒸1個(gè)月時(shí)間，而后揭膜晾曬7d，使氨完全揮發(fā)，最后采集少量熏蒸后土壤進(jìn)行室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)，以保證馬鈴薯正常出苗。市售氨水和秸稈的用量分別為130L／667m2和3 m3／667m2，碳銨和生石灰的用量均為200kg／667m2，氨水和碳銨為等氮量施用。微生物有機(jī)肥施用的具體操作如下：在馬鈴薯出苗后每間隔20d進(jìn)行澆灌，全生育期共計(jì)4次，將微生物有機(jī)肥兌水后沿馬鈴薯植株莖基部澆灌，澆灌濃度為2%，每株澆灌量為0.5kg。其他處理小區(qū)的馬鈴薯植株澆灌等量的清水代替。微生物有機(jī)肥由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營養(yǎng)系提供，有機(jī)質(zhì)含量為30.4%，全氮為2.0%，其中氨基酸態(tài)氮占總氮的60%以上，P2O5為3.7%，K2O為1.1%，含根際促生細(xì)菌和抗土傳病害功能菌數(shù)量大于108cfu／g，拮抗型微生物菌種為枯草芽孢桿菌和木酶。播種和施肥過程采用機(jī)械化一次進(jìn)行，而后由人工覆膜。所有化肥均在播種時(shí)一次性基施，無追肥，其余栽培、灌溉和田間管理措施均按農(nóng)場統(tǒng)一方法進(jìn)行。2012年5月15日播種，9月15日收獲。供試材料為當(dāng)?shù)刂髟缘募庸ば婉R鈴薯品種大西洋，由條山農(nóng)場提供。

1.3 樣品采集與分析

分別在馬鈴薯播前（5月10日，即土壤消毒完成后）、苗期（6月25日）、開花期（7月10日）、塊莖膨大期（8月10日）、淀粉積累期（8月27日）和收獲期（9月14日）采用五點(diǎn)取樣法采集各小區(qū)土壤樣品，采樣均在壟上馬鈴薯行間進(jìn)行，深度為0～20cm。塊莖膨大期調(diào)查各個(gè)小區(qū)的植株發(fā)病率，同時(shí)采集植株樣品，每個(gè)小區(qū)使用鐵鍬在盡量不破壞根系的前提下將植株整株挖出5株，測定植株主莖上頂枝的倒3和倒4葉的葉綠素含量，然后用剪刀將根系剪下，置于冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室測定根系形態(tài)學(xué)參數(shù)。收獲時(shí)在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集健壯程度和長勢一致的無病害馬鈴薯植株10株，進(jìn)行考種，調(diào)查株高和莖粗等農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成要素，將植株整株挖出，分根、莖、葉和塊莖四部分在105℃下殺青30min，80℃烘至恒重，稱量干物質(zhì)。記錄試驗(yàn)小區(qū)馬鈴薯塊莖實(shí)測產(chǎn)量，并對薯塊進(jìn)行分級，調(diào)查商品薯率、病薯率和畸形薯率。

葉綠素含量采用SPAD值來表示，SPAD－502型葉綠素儀測定。在室內(nèi)將根系用水緩慢沖洗干凈，盡量不傷及毛根，根系形態(tài)包括總根長、根表面積、根直徑、根體積和根尖數(shù)等指標(biāo)，采用加拿大產(chǎn) Win RHIZOTM 2009根系掃描與分析系統(tǒng)測定［26］。

土壤微生物計(jì)數(shù)采用稀釋平板法，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌采用高氏1號培養(yǎng)基，鐮刀菌的計(jì)數(shù)采用Komada培養(yǎng)基［10，27］。土壤酶包括脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、脫氫酶和磷酸酶活性的測定方法參考相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工具書［28－29］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同處理間數(shù)據(jù)的多重比較采用Duncan新復(fù)極差法完成。圖表繪制在Microsoft Excel 2007軟件上進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對連作馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成及農(nóng)藝性狀的影響

馬鈴薯收獲時(shí)，對各處理的塊莖產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素以及植株的農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查（表1）。與CK相比，SFA處理的塊莖產(chǎn)量無顯著變化，SFB處理則顯著下降5.09%。SFA＋BOF和SFB＋BOF處理塊莖產(chǎn)量較CK均有顯著的增加，增幅分別達(dá)到13.62%和20.36%，表明單獨(dú)土壤熏蒸并不能改善連作馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量，而土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用則能夠顯著增加連作馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量。在與微生物有機(jī)肥料聯(lián)用的條件下，石灰＋碳銨熏蒸的效果優(yōu)于氨水熏蒸。單株產(chǎn)量、單株結(jié)薯數(shù)量和單薯重量是表征馬鈴薯塊莖產(chǎn)量構(gòu)成的重要因素，從表1也可以看出，單株產(chǎn)量的變化趨勢與塊莖產(chǎn)量一致。而不同處理之間單株結(jié)薯數(shù)量均無顯著差異，單薯重量則差異顯著。SFB＋BOF處理單薯重量較CK顯著增加33.71%，而SFA、SFB和SFA＋BOF處理與CK相比均無顯著變化。統(tǒng)計(jì)分析表明，塊莖產(chǎn)量同單株產(chǎn)量（R2＝0.8873，P＜0.0001，n＝15）與單薯重量（R2＝0.2851，P＝0.0403，n＝15）之間均具有顯著或極顯著的線性關(guān)系，表明單株產(chǎn)量和單薯重量的變化共同導(dǎo)致了土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用處理下連作馬鈴薯產(chǎn)量的增加；另外，單株產(chǎn)量與單薯重量之間也存在顯著的線性關(guān)系（R2＝0.3129，P＝0.0302，n＝15），而其與單株結(jié)薯數(shù)量之間則并無顯著線性關(guān)系存在，表明馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的形成更多依賴于單薯重量的增加而非結(jié)薯數(shù)量，推測馬鈴薯結(jié)薯數(shù)量可能更多地受基因型控制。在植株的田間農(nóng)藝性狀上，不同處理間株高、莖圍和分株數(shù)均無顯著差異，但主莖分枝數(shù)差異明顯。SFA＋BOF和SFB＋BOF處理的主莖分枝數(shù)較CK分別顯著增加13.92%和16.46%，SFA和SFB處理較CK則無顯著變化。主莖分枝數(shù)的增加一方面能夠使得SFA＋BOF和SFB＋BOF處理下單株馬鈴薯承載更多的葉片，提高光合器官源面積；另一方面有利于形成更為龐大的地上冠層結(jié)構(gòu)，在群體動(dòng)態(tài)上增加對光能輻射的單位截獲量。

2.2 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對連作馬鈴薯生物量的影響

馬鈴薯植株整株和不同器官的生物量以及根冠比和收獲指數(shù)的結(jié)果見表2。SFA＋BOF和SFB＋BOF處理的整株生物量較CK分別顯著增加55.86%和78.15%，表明土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用能夠大幅度增加連作馬鈴薯的生物產(chǎn)量。另外，SFB＋BOF處理較SFA＋BOF處理相比整株生物量也顯著增加14.30%，這與塊莖產(chǎn)量的趨勢一致，石灰＋碳銨熏蒸與微生物有機(jī)肥聯(lián)用的效果優(yōu)于氨水熏蒸與微生物有機(jī)肥的聯(lián)用。SFA和SFB處理下整株生物量較CK均有不同程度的增加，但增幅較小。就不同器官而言，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理下的莖和葉，以及塊莖的生物量較CK都有顯著的增加。塊莖生物量占到整株生物量的80%以上，不同處理下塊莖生物量的變化趨勢與整株一致。與CK相比，單獨(dú)的土壤熏蒸或與微生物有機(jī)肥聯(lián)用條件下根冠比和收獲指數(shù)均無顯著變化。

2.3 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對植株發(fā)病率和薯塊分級的影響

馬鈴薯植株發(fā)病率和收獲后薯塊分級的結(jié)果如圖1所示。SFA和SFB處理與CK相比在植株發(fā)病率上并未出現(xiàn)顯著差異，表明單獨(dú)的土壤熏蒸應(yīng)用并不能有效降低連作馬鈴薯植株的發(fā)病率，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理較CK發(fā)病率分別顯著下降54.92%和72.82%，且SFB＋BOF處理發(fā)病率也顯著低于SFA＋BOF處理，土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥的聯(lián)用可以作為抑制連作馬鈴薯植株發(fā)病的有效措施。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，塊莖產(chǎn)量與植株發(fā)病率之間具有極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（R2＝－0.9013，P＜0.0001，n＝15）。不同處理下連作馬鈴薯的商品薯率無顯著的變化。而在病薯率上，SFA、SFB、SFA＋BOF和SFB＋BOF處理與CK相比均出現(xiàn)顯著的下降，其中以SFA＋BOF和SFB＋BOF處理的降幅最大，分別為66.15%和64.76%，表明土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用能夠顯著降低連作馬鈴薯的薯塊發(fā)病率。SFA＋BOF和SFB＋BOF處理與CK相比在畸形薯率上無顯著差異。

表1 馬鈴薯塊莖產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成要素和植株農(nóng)藝性狀的比較Table 1 Comparison on tuber yield and its yield component factors as well as field agronomic characteristics of potato plants

表2 馬鈴薯整株和不同器官生物量的比較Table 2 Comparison on biomass of the whole plant and different organs of potato

2.4 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對連作馬鈴薯葉綠素含量和根系形態(tài)參數(shù)的影響

塊莖膨大期是馬鈴薯產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)，塊莖膨大期植株干物質(zhì)的積累量占總積累量的60%以上。本研究測定了塊莖膨大期時(shí)馬鈴薯植株的葉綠素含量和根系的形態(tài)參數(shù)，從表3可知，土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥的聯(lián)用影響了連作馬鈴薯植株的生長發(fā)育。SFA＋BOF和SFB＋BOF處理與CK相比，葉綠素含量分別顯著增加14.46%和13.75%，從而有效增強(qiáng)馬鈴薯植株同化產(chǎn)物的生產(chǎn)以及花后更多的同化產(chǎn)物向塊莖中的轉(zhuǎn)運(yùn)。而SFA和SFB處理的葉綠素含量較CK則無顯著變化。在根系的形態(tài)特征上，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理的總根長較CK分別顯著增加16.46%和22.65%，根表面積分別增加31.59%和35.71%，同時(shí)根尖數(shù)也分別顯著增加30.10%和35.86%，表明土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用能夠有效改善連作馬鈴薯的根系形態(tài)特征，促進(jìn)根系伸展，同時(shí)形成更多的側(cè)根，擴(kuò)大根系所接觸的土壤面積，從而有利于對土壤養(yǎng)分和水分的吸收，為塊莖產(chǎn)量的提高打下了良好的基礎(chǔ)。SFA和SFB處理對連作馬鈴薯植株的根系形態(tài)特征則無顯著影響。

圖1 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥對植株發(fā)病率和馬鈴薯薯塊分級的影響Fig.1 Effect of soil fumigation and bio－organic fertilizer application on the incidence of diseased plant and classification of potato tuber

表3 塊莖膨大期馬鈴薯植株葉綠素含量和根系形態(tài)參數(shù)的比較Table 3 Comparison on SPAD value and root morphological parameters of potato plant in tuber bulking stage

2.5 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對馬鈴薯連作土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

從圖2可以看出，土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥的聯(lián)用顯著影響馬鈴薯連作土壤可培養(yǎng)微生物的數(shù)量。與CK相比，土壤熏蒸盡管降低了播前和苗期土壤細(xì)菌的數(shù)量，但隨著馬鈴薯生育進(jìn)程的推進(jìn)，微生物有機(jī)肥料多次澆灌后，大量的外源細(xì)菌型有益微生物和拮抗微生物進(jìn)入土壤，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理細(xì)菌數(shù)量出現(xiàn)快速的增加并大幅度地高于CK、SFA和SFB處理，這一過程持續(xù)至馬鈴薯收獲。而SFA和SFB處理較CK在細(xì)菌數(shù)量上并未出現(xiàn)顯著的差異。

不同處理?xiàng)l件下土壤真菌的數(shù)量在馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)均表現(xiàn)出SFB＋BOF＞SFA＋BOF＞SFA或SFB＞CK的趨勢，表明單獨(dú)的土壤熏蒸或與微生物有機(jī)肥聯(lián)用均能降低馬鈴薯連作土壤真菌數(shù)量，且SFA＋BOF和SFB＋BOF處理較CK均達(dá)到差異顯著水平。就土壤放線菌數(shù)量而言，不同處理間的差異主要體現(xiàn)在馬鈴薯淀粉積累期和收獲期，表現(xiàn)為SFA＋BOF和SFB＋BOF處理顯著高于CK、SFA和SFB處理，而SFA和SFB處理較CK均無顯著差異。另外，自花期開始，隨著微生物有機(jī)肥的澆灌，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理較CK大幅度地提高了土壤中細(xì)菌與真菌數(shù)量的比值，驅(qū)動(dòng)著連作土壤向“細(xì)菌型”的轉(zhuǎn)變，SFA和SFB處理較CK相比均無顯著差異。

圖2 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥對土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響Fig.2 Effect of soil fumigation and bio－organic fertilizer application on population of soil cultural microorganisms

SFA和SFB處理較CK都顯著降低了播前和苗期土壤的鐮刀菌數(shù)量，且SFB處理?xiàng)l件下鐮刀菌數(shù)量顯著低于SFA處理，表明土壤熏蒸能夠有效抑制連作土壤中的鐮刀菌生長，石灰＋碳銨熏蒸的抑制效果優(yōu)于氨水熏蒸。這種土壤熏蒸對鐮刀菌的抑制效果持續(xù)至馬鈴薯苗期，但從花期開始，SFA和SFB處理下鐮刀菌數(shù)量都出現(xiàn)快速的回升，至馬鈴薯收獲，兩個(gè)處理鐮刀菌數(shù)量都高于CK。在SFA＋BOF和SFB＋BOF處理下，這種土壤鐮刀菌數(shù)量回升的情況并未出現(xiàn)，隨著微生物有機(jī)肥的澆灌，拮抗微生物的引入使得鐮刀菌的數(shù)量仍然維持在一個(gè)遠(yuǎn)低于CK的水平，且SFB＋BOF處理的鐮刀菌數(shù)量在整個(gè)生育期都要低于SFA＋BOF處理。結(jié)果表明，土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用能夠有效抑制馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)連作土壤鐮刀菌的數(shù)量，石灰＋碳銨熏蒸與微生物有機(jī)肥聯(lián)用的效果更好。而鐮刀菌與真菌數(shù)量的比值，不同處理與CK相比在整個(gè)生育期內(nèi)并未出現(xiàn)顯著差異。

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，從塊莖膨大期開始至馬鈴薯收獲，細(xì)菌／真菌與塊莖產(chǎn)量（R2＝0.7774，P＜0.0001，n＝45）和植株發(fā)病率（R2＝－0.7923，P＜0.0001，n＝45）均具有顯著或極顯著的線性相關(guān)關(guān)系，同時(shí)，鐮刀菌數(shù)量與塊莖產(chǎn)量（R2＝－0.7608，P＜0.0001，n＝45）和植株發(fā)病率（R2＝0.8421，P＜0.0001，n＝45）也具有顯著或極顯著的線性相關(guān)關(guān)系。表明通過抑制連作系統(tǒng)下土傳真菌的數(shù)量來控制植株發(fā)病率和改善土壤微生物區(qū)系是土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用處理下塊莖產(chǎn)量顯著增加的直接原因。

2.6 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對馬鈴薯連作土壤酶活性的影響

本研究也測定了土壤中與C、N、P轉(zhuǎn)化和氧化還原等生化過程相關(guān)的酶類活性（表4）。從苗期至馬鈴薯收獲，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理的脲酶活性均高于CK、SFA和SFB三個(gè)處理。在苗期、花期和塊莖膨大期，SFA＋BOF處理土壤脲酶活性與CK相比分別顯著增加了113.78%，56.70%和163.14%，SFB＋BOF處理較CK相比在整個(gè)生育期內(nèi)均未出現(xiàn)顯著差異。就土壤蔗糖酶、脫氫酶和過氧化氫酶活性而言，馬鈴薯播前及其整個(gè)生育期內(nèi)，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理較CK并未出現(xiàn)顯著變化。土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對土壤磷酸酶的活性影響顯著。從播前開始至馬鈴薯收獲，土壤磷酸酶活性均表現(xiàn)出SFA＋BOF或SFB＋BOF＞SFA或SFB＞CK的趨勢，且SFA＋BOF和SFB＋BOF處理顯著高于CK。在塊莖膨大期，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理土壤磷酸酶活性較CK顯著增加了32.77%和38.11%；在淀粉積累期，分別增加了30.90%和37.16%。SFA＋BOF和SFB＋BOF處理間土壤磷酸酶活性在播前和整個(gè)生育時(shí)期未出現(xiàn)顯著差異。

表4 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對土壤酶活性的影響Table 4 Effect of the combination of soil fumigation and bio－organic fertilizer application on soil enzyme activities

3 討論

3.1 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對連作馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和生長發(fā)育的影響

集約化條件下的馬鈴薯生產(chǎn)和訂單農(nóng)業(yè)的種植模式導(dǎo)致甘肅省中部沿黃灌區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的馬鈴薯連作障礙。本課題組前期的研究結(jié)果顯示，連作兩年是在當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和栽培及品種條件下馬鈴薯連作的閾值年限，自連作三年開始，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量開始出現(xiàn)嚴(yán)重的下降，降幅通常能夠達(dá)到25%～50%［3，16］。因而本研究選擇在馬鈴薯連作三年地塊上開展田間試驗(yàn)，試圖通過土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用的方法來減少連作馬鈴薯產(chǎn)量的損失，將產(chǎn)量維持在當(dāng)?shù)仄骄?。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥的聯(lián)用能夠顯著增加連作三年馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量，石灰＋碳銨熏蒸配合微生物有機(jī)肥澆灌的效果顯著優(yōu)于氨水熏蒸與微生物有機(jī)肥的聯(lián)用。SFB＋BOF處理下塊莖產(chǎn)量達(dá)到36617kg／hm2，已達(dá)到當(dāng)?shù)伛R鈴薯的平均產(chǎn)量水平（畝產(chǎn)2.5t左右）。Yao等［30］關(guān)于蘋果（Maluspumila）連作障礙防控的研究結(jié)果表明，土壤熏蒸和堆肥改良的聯(lián)合應(yīng)用并不能改善果樹生長發(fā)育狀況和提高果實(shí)產(chǎn)量，推測可能與堆肥的種類和性質(zhì)、熏蒸劑的選擇和用量以及熏蒸劑效用成分在不同質(zhì)地土壤中的滲透效果等多種因素有關(guān)［31］。同時(shí)，土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥的聯(lián)用大幅度地降低了連作馬鈴薯植株的發(fā)病率，直接導(dǎo)致塊莖產(chǎn)量的增加，表明對于土傳病害嚴(yán)重的土壤，先進(jìn)行土壤預(yù)處理，然后再施用微生物有機(jī)肥能有效抑制病害的產(chǎn)生，克服連作障礙，這與前人的報(bào)道一致［32］。就收獲后的薯塊而言，盡管不同處理之間在薯塊商品率上無顯著差異，但土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥的聯(lián)用顯著降低病薯率，病薯率的大幅度降低對于改善馬鈴薯的窖藏品質(zhì)，提高規(guī)?；R鈴薯種植企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用處理也顯著改善連作馬鈴薯植株的生長發(fā)育，包括提高葉綠素含量和維持相對優(yōu)化的根系形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而能夠有效提升植株的光合生產(chǎn)強(qiáng)度，同時(shí)增強(qiáng)植株對土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，這是塊莖產(chǎn)量增加的又一重要原因。相比之下，單獨(dú)的土壤熏蒸應(yīng)用（SFA和SFB處理）并未能造成連作馬鈴薯根系形態(tài)特征的顯著改變。阮維斌等［33］和Yuen等［34］分別對連作大豆（Glycinemax）和草莓（Fragariaananassa）的研究證實(shí)，使用溴甲烷進(jìn)行播前土壤熏蒸能夠改善作物根系形態(tài)，增加總根長和側(cè)根數(shù)，以及根長密度等，這與本研究中田間試驗(yàn)結(jié)果的差異可能與作物品種以及病害種類的不同有關(guān)。

3.2 土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用對馬鈴薯連作土壤生化性質(zhì)的影響

不同作物連作障礙發(fā)生的原因差別很大，但主要來自土壤，其中微生物種群結(jié)構(gòu)失衡是導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和作物減產(chǎn)的重要原因，其顯著特點(diǎn)是土傳病原菌過度，成為優(yōu)勢種群，病蟲害大量滋生［7－8，16］。因鐮刀菌導(dǎo)致的枯萎病是甘肅省馬鈴薯連作種植過程中的主要病害。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥聯(lián)用的方法能夠有效抑制連作土壤鐮刀菌的數(shù)量，降低植株的發(fā)病率。前人試圖通過外源物料的引入或其他農(nóng)藝措施來抑制連作系統(tǒng)下的土傳病害和改善土壤微生物區(qū)系，進(jìn)而達(dá)到緩解甚至克服連作障礙的目的，減少作物產(chǎn)量的損失。目前已有部分的報(bào)道，主要是從連作土壤熏蒸（消毒或滅菌），以及攜帶拮抗菌的微生物類肥料的生防應(yīng)用兩個(gè)方面開展研究，但未能取得一致的研究效果。結(jié)合本研究，可以從3個(gè)方面分析原因：1）連作土壤滅菌后盡管能在短期內(nèi)大量抑制或殺死土壤中的致病微生物，但土壤微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)迅速得以恢復(fù)，病原微生物的數(shù)量甚至還會(huì)有所增加，并且這種變化過程很難受人工控制和定量［35］。這與本研究的結(jié)果類似，在播前土壤中，SFA和SFB處理的鐮刀菌數(shù)量較CK大幅度地降低，但隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，這兩個(gè)處理下的土壤鐮刀菌數(shù)量出現(xiàn)快速的回升。從生態(tài)學(xué)的角度來看，土壤熏蒸后抑制或消除了土壤中大部分的微生物，一旦外源微生物通過各種途徑侵入土壤，就等于微生物進(jìn)入到一個(gè)養(yǎng)分和空間的無限環(huán)境，在一定時(shí)期內(nèi)會(huì)以指數(shù)形式迅速繁殖，其數(shù)量也會(huì)在短期內(nèi)超過自然土壤承受極限［36］。甚至消毒后的土壤中殘存的部分病原微生物也會(huì)在近似于無限養(yǎng)分和空間條件下短期內(nèi)大量重新生長繁殖。在SFA＋BOF和SFB＋BOF處理下，由于澆灌帶來拮抗微生物和有益微生物不斷補(bǔ)充進(jìn)土壤，能夠持續(xù)地將鐮刀菌的數(shù)量維持在一個(gè)較低的水平，并且改善微生物區(qū)系，抑制因鐮刀菌侵染而導(dǎo)致的植株發(fā)病。2）目前生產(chǎn)上經(jīng)常用到的熏蒸劑由于其作用強(qiáng)度較大，土壤中的有害微生物或線蟲等被徹底殺死的同時(shí)，一些對于作物生長有益的微生物種類同樣也被殺死，微生物群落結(jié)構(gòu)改變程度較大，間接導(dǎo)致了土壤微生物區(qū)系的不均衡，以及有益菌和致病菌在種群和個(gè)體數(shù)量上的相對變化［23］。細(xì)菌與真菌數(shù)量的比值通常被認(rèn)為是表征土壤健康的重要指標(biāo)［11］，本試驗(yàn)中SFA和SFB處理下細(xì)菌／真菌較CK并未表現(xiàn)出顯著的差異，而在SFA＋BOF和SFB＋BOF處理下這一比值在生育后期顯著低于CK，大量的細(xì)菌型有益微生物和拮抗微生物隨肥料澆灌直接進(jìn)入連作馬鈴薯根際，導(dǎo)致土壤向“細(xì)菌型”的轉(zhuǎn)變，使得連作土壤微生物區(qū)系特征得到初步的改善。3）大多數(shù)情況下，有機(jī)物料對土傳病害的防控和微生物區(qū)系的改變是基于整個(gè)土壤生物活性的提高，因此往往需要大量的投入和較長時(shí)間才能獲得較好的效果［37］。傳統(tǒng)的肥料施用方法也導(dǎo)致拮抗菌遠(yuǎn)離根系，不能形成在作物根際范圍內(nèi)的有效定植［38－40］。本研究采用澆灌的方式將拮抗菌直接引入馬鈴薯根際，有助于拮抗菌的定植和根系周圍“生物墻”的形成［41－42］。

土壤熏蒸和微生物有機(jī)肥的聯(lián)用對土壤相關(guān)酶活性的影響較小，SFA＋BOF和SFB＋BOF處理下脫氫酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶活性較CK并未出現(xiàn)大幅度的改變，我們認(rèn)為這對于維持土壤正常的生理生化功能具有重要的意義。前人的報(bào)道也證明使用溴甲烷等進(jìn)行土壤熏蒸能夠顯著降低土壤多種酶的活性，不利于改善土壤的生產(chǎn)力［21］。但單獨(dú)的土壤熏蒸或與微生物有機(jī)肥聯(lián)用顯著增加了土壤磷酸酶的活性，可能與土壤熏蒸后微生物細(xì)胞死亡，微生物生物量磷的向外釋放有關(guān)［43］。

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