連作對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物特性及葡萄產(chǎn)質(zhì)量的影響

王 瑛，艾訓(xùn)儒

(1.恩施職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 恩施 445000; 2.湖北民族學(xué)院,湖北 恩施445000)

連作對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物特性及葡萄產(chǎn)質(zhì)量的影響

王 瑛1，艾訓(xùn)儒2*

(1.恩施職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 恩施 445000; 2.湖北民族學(xué)院,湖北 恩施445000)

以正茬為對(duì)照(CK),研究不同連作年限(1、3、5、7、9、11 a)下葡萄根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、微生物特性及葡萄產(chǎn)質(zhì)量變化，以期為解決葡萄連作障礙及其優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：葡萄根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、酶活性、微生物活度總體均隨連作年限的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì),連作3 a葡萄根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、酶活性、微生物活度均達(dá)到最大,連作3 a以后急劇降低,連作11 a時(shí)達(dá)到最低,其中土壤全磷含量變化不顯著。CK和連作土壤養(yǎng)分含量、酶活性均隨土層深度的增加呈下降趨勢(shì),呈現(xiàn)出明顯的表聚性,在20～30 cm土層CK和連作土壤養(yǎng)分含量、酶活性基本一致。葡萄植株養(yǎng)分含量和產(chǎn)量總體均隨連作年限的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì),連作3 a達(dá)到最大(全鉀含量以連作5 a最高)；而葡萄甜度隨連作年限的增加呈先增加后降低再增加的變化趨勢(shì), 連作11 a時(shí)達(dá)到最大,連作年份葡萄甜度均高于CK，其中連作3、5、7、9、11 a差異極顯著。綜上說明，短期連作(1～5 a)提高了葡萄自身體內(nèi)養(yǎng)分含量和產(chǎn)量,長期連作(>5 a)在一定程度上降低了葡萄自身體內(nèi)養(yǎng)分含量和產(chǎn)量,而連作均增加了葡萄甜度。

連作； 葡萄； 土壤養(yǎng)分； 土壤酶活性； 品質(zhì)

葡萄作為世界上第三大栽培果樹,栽培歷史悠久,也是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物[1-2]。受社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人們?cè)耘嗔?xí)慣的影響、經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)和栽培結(jié)構(gòu)的約束,葡萄連作栽培面積不斷擴(kuò)大。而隨著種植年限的增加,許多老葡萄園出現(xiàn)了樹勢(shì)衰弱、產(chǎn)量降低、病害嚴(yán)重現(xiàn)象,即表現(xiàn)出嚴(yán)重連作障礙,這已成為生產(chǎn)上亟待解決的一大難題[1-4]。導(dǎo)致連作障礙的原因很多,目前普遍認(rèn)為土壤養(yǎng)分虧缺或失衡、有害微生物的大量繁殖、根系分泌物及前茬作物殘留物的毒害是連作障礙產(chǎn)生的主要原因[1-3]。連作障礙形成及加劇的原因復(fù)雜多樣、相互關(guān)聯(lián)又相互影響,連作障礙是植物-土壤系統(tǒng)內(nèi)多種因子綜合作用的結(jié)果[4]。

土壤是復(fù)雜的自然綜合體,具有較大的時(shí)空尺度變化,在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)方面起著重要作用[5]。土壤酶反映了土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化能力及土壤的生物活性大小,它參與土壤中的各種代謝過程和能量轉(zhuǎn)化,是土壤生物化學(xué)特征的重要組成部分,在評(píng)價(jià)土壤肥力、土地利用及環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面有廣泛的作用,可為土壤健康管理提供科學(xué)依據(jù)[6-7]。及時(shí)了解土壤酶的變化規(guī)律,對(duì)闡明連作障礙產(chǎn)生機(jī)制具有重要意義。目前,國內(nèi)外關(guān)于作物連作障礙的產(chǎn)生和調(diào)控方面的研究較多,葡萄作為一種生產(chǎn)需求大的水果,連作障礙的發(fā)生嚴(yán)重影響其生理生長及產(chǎn)出,但關(guān)于葡萄連作土壤酶活性、養(yǎng)分含量及其產(chǎn)量的變化研究還鮮有報(bào)道[1-2]。為了更好地發(fā)現(xiàn)并解決連作障礙影響葡萄生長、產(chǎn)量的問題,探討了連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤酶活性、養(yǎng)分含量、微生物活度及葡萄植株體內(nèi)養(yǎng)分含量和產(chǎn)量的影響,旨在為進(jìn)一步解決葡萄連作障礙及其優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在湖北恩施市來鳳縣舊司鄉(xiāng)進(jìn)行,該鄉(xiāng)地勢(shì)南北高、中部低,素有鄂西小桂林之稱。該區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,四季分明,雨量充沛,年日照約1 300 h,平均氣溫15.9 ℃,最高氣溫38.9 ℃,最低氣溫8.3 ℃,無霜期280 d,年降雨量1 394 mm,冬季冰凍期短、多北風(fēng),夏季多南風(fēng)。土質(zhì)肥沃,以黃土為主,砂土次之,適宜葡萄種植。該縣葡萄種植園占地面積100 hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別選取正茬(對(duì)照，CK)及連作1、3、5、7、9、11 a的葡萄園地,每塊試驗(yàn)地劃分3個(gè)重復(fù)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積為6 m×6 m,株行距為0.4 m×0.5 m,行長6 m,小區(qū)與小區(qū)之間設(shè)置0.5 m的保護(hù)行。每個(gè)小區(qū)年施N 250 kg/hm2、P2O5200 kg/hm2,氮肥的50%和全部磷肥作基肥,其余50%氮肥作追肥(開花前1周),全年灌水1 000～2 000 m3/hm2,分8～10次滴灌。

1.3 樣品采集

2015年8月中旬(成熟期),在每塊地按“S”形多點(diǎn)采樣法,用小鋼鏟采集0～5、5～10、10～15、15～20、20～30 cm土層土壤,每個(gè)小區(qū)重復(fù)取樣3次,收集約2 kg土壤,采樣時(shí)除去土壤表面動(dòng)植物殘?bào)w,所采土壤樣品充分混勻后用聚乙烯無菌塑料袋密封包好,并迅速帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析測(cè)定。所取土樣分為2份,一份新鮮土樣過2 mm篩后測(cè)定土壤酶活性和微生物活度；一份自然風(fēng)干(20 d)去除碎片和部分根后過0.5 mm篩測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。在每個(gè)小區(qū)選取5～10株葡萄植株采集新鮮的葉片(在新生枝條上、中、下均勻采集)，測(cè)定植株體內(nèi)養(yǎng)分含量；同時(shí)采集全部葡萄,統(tǒng)計(jì)其產(chǎn)量,并隨機(jī)挑選出新鮮的葡萄測(cè)定其甜度[4]。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤和植物全碳、全氮含量采用元素分析儀測(cè)定,土壤和植物全磷含量用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測(cè)定,土壤和植物全鉀含量采用火焰分光光度法測(cè)定[8]。

土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定,過氧化氫酶活性采用三苯基四唑氯化物(TTC)法測(cè)定,脲酶活性采用苯酚鈉比色法測(cè)定,酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測(cè)定[8]。

土壤微生物活度采用改進(jìn)的FDA法測(cè)定[8]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用Excel 2007和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 7.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤養(yǎng)分含量的影響

2.1.1.1 土壤養(yǎng)分含量 由圖1可知,葡萄根區(qū)土

壤全碳、氮、磷、鉀含量(各土層平均值)總體均隨連作年限的增加先增加后降低,連作3 a時(shí)最大,分別較CK增加35.48%、65.85%、10.84%、38.97%；連作3 a以后,葡萄根區(qū)上述土壤養(yǎng)分含量急劇降低；在連作11 a時(shí)達(dá)到最低,葡萄根區(qū)土壤全碳、氮、磷、鉀含量分別較CK降低8.87%、13.41%、2.41%、13.97%。其中,連作3 a、5 a和7 a葡萄根區(qū)土壤全碳含量極顯著高于CK,連作1 a顯著高于CK；連作3 a和5 a葡萄根區(qū)土壤全氮含量極顯著高于CK,連作1 a和7 a顯著高于CK；連作葡萄根區(qū)土壤全磷含量與CK差異不顯著；連作3 a和5 a葡萄根區(qū)土壤全鉀含量極顯著高于CK,連作7 a顯著高于CK,連作11 a顯著低于CK。

*、**分別表示連作處理與CK差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01),下同

2.1.1.2 土壤養(yǎng)分垂直分布 由圖2可知, 所有連作處理葡萄根區(qū)土壤全碳、氮、磷、鉀含量與CK一樣均隨著土層深度的增加而降低,具有上肥下瘦的特點(diǎn),以0～5 cm土層(表層)最高, 5 cm土層以下土壤全碳、氮、磷、鉀含量急劇下降,20～30 cm土層土壤全碳、氮、磷、鉀含量最低,呈現(xiàn)出明顯的表聚性。CK與連作條件下土壤全碳、氮、磷、鉀含量在20～30 cm土層基本相等,即連作條件并沒有影響深層(20～30 cm)土壤全碳、氮、磷、鉀含量。

2.1.2 連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤酶活性的影響

2.1.2.1 土壤酶活性 由圖3可知,葡萄根區(qū)土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性(各土層平均值)總體均隨連作年限的增加先增加后降低,在連作3 a時(shí),葡萄根區(qū)上述土壤酶活性均達(dá)到最大,與CK相比,土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性分別提高了76.74%、88.89%、53.13%、11.18%；在連作3 a以后,葡萄根區(qū)上述土壤酶活性急劇降低,在連作11 a時(shí)達(dá)到最低值,土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性分別較CK降低了16.27%、41.67%、16.37%、17.11%。其中,連作3 a葡萄根區(qū)土壤酸性磷酸酶活性極顯著高于CK,連作1 a、5 a和7 a顯著高于CK；連作3 a和5 a葡萄根區(qū)土壤脲酶活性極顯著高于CK,連作1 a顯著高于CK,連作11 a顯著低于CK；連作3 a和5 a葡萄根區(qū)土壤蔗糖酶活性極顯著高于CK,連作1 a顯著

高于CK,連作11 a極顯著低于CK；連作3 a和5 a葡萄根區(qū)土壤過氧化氫酶活性顯著高于CK,連作11 a極顯著低于CK。

圖2 連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤養(yǎng)分垂直分布的影響

圖3 連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤酶活性的影響

2.1.2.2 土壤酶活性垂直分布 由圖4可知,連作對(duì)土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性的垂直分布具有明顯的影響,但并未影響其垂直變化規(guī)律，即所有連作處理葡萄根區(qū)土壤上述酶活性與CK一樣均隨著土層深度的增加而降低, 以0～5 cm土層最高, 5 cm土層以下土壤上述酶活性急劇下降,20～30 cm土層土壤上述酶活性最低，表現(xiàn)出明顯的表聚性。CK與連作條件下土壤上述酶活性在20～30 cm土層基本相等,也即連作條件并沒有影響深層(20～30 cm)土壤上述酶活性。

圖4 連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤酶活性垂直分布的影響

2.1.3 連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤微生物活度的影響 由圖5可知，葡萄根區(qū)土壤微生物活度隨連作年限的增加先增加后降低,連作3 a時(shí)最大。其中,連作1、3、5、7 a葡萄根區(qū)土壤微生物活度顯著高于CK,分別較CK增加28.95%、68.42%、36.84%、34.21%；連作9 a葡萄根區(qū)土壤微生物活度與CK差異不顯著；連作11 a葡萄根區(qū)土壤微生物活度顯著低于CK,較CK降低了18.42%,這主要是由于長時(shí)間的連作造成土壤板結(jié),使得土壤肥力降低,導(dǎo)致活動(dòng)區(qū)土壤微生物數(shù)量和酶活性降低,從而導(dǎo)致土壤微生物活度顯著降低。

圖5 連作對(duì)葡萄根區(qū)土壤微生物活度的影響

2.2 連作對(duì)葡萄植株養(yǎng)分含量和產(chǎn)量的影響

2.2.1 連作對(duì)葡萄植株養(yǎng)分含量的影響 如圖6所示,葡萄植株內(nèi)全碳、氮、磷、鉀含量總體均隨連作年限的增加先增加后降低,全鉀含量在連作5 a時(shí)最大，全碳、氮、磷含量均以連作3 a時(shí)最大,分別較CK增加20.00%、35.77%、10.53%；連作3 a(全鉀含量為連作5 a)以后,葡萄植株體內(nèi)全碳、氮、磷、鉀含量急劇降低；除全磷含量外，其余養(yǎng)分含量均在連作11 a時(shí)達(dá)到最低值,分別較CK降低5.12%、8.13%、12.40%。其中,連作3 a植株體內(nèi)全碳含量極顯著高于CK,連作1 a和5 a顯著高于CK；連作3 a和5 a葡萄植株體內(nèi)全氮含量極顯著高于CK,連作1 a和7 a顯著高于CK；連作葡萄植株體內(nèi)全磷含量與CK差異不顯著；連作3 a和5 a葡萄植株體內(nèi)全鉀含量極顯著高于CK,連作7 a顯著高于CK。

圖6 連作對(duì)葡萄植株內(nèi)養(yǎng)分含量的影響

2.2.2 連作對(duì)葡萄甜度和產(chǎn)量的影響 由圖7可知,葡萄產(chǎn)量總體隨連作年限的增加先增加后降低,連作3 a時(shí)最大,此后有所降低,但降低幅度不大。其中，連作3、5、7 a葡萄產(chǎn)量高于CK，而連作1、9、11 a葡萄產(chǎn)量低于CK，但均與CK差異不顯著。葡萄甜度隨連作年限的增加先增加后降低再增加,在連作11 a時(shí)最大。其中，CK葡萄甜度最小，連作1 a后葡萄甜度急劇增加,連作5 a后葡萄甜度有所降低,但降低幅度不大,在連作11 a時(shí),葡萄甜度達(dá)到最大。與CK相比,連作1、3、5、7、9、11 a葡萄甜度分別增加了4.83%、19.31%、20.00%、15.86%、16.55%、20.69%，其中連作1 a差異不顯著，其他連作年份差異極顯著。

圖7 連作對(duì)葡萄甜度和產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

土壤養(yǎng)分是物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力,對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化及循環(huán)等過程具有重要作用[9]。本研究結(jié)果表明，葡萄根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、酶活性、微生物活度總體均隨連作年限的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì),連作3 a葡萄根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、酶活性、微生物活度均達(dá)到最大,連作3 a以后急劇降低,連作11 a時(shí)達(dá)到最低,其中土壤全磷含量變化不顯著，這主要是由于磷素是一種沉積性元素,由母質(zhì)類型和成土條件決定,在土壤中的存在形式較穩(wěn)定、不易流失[10-12]。綜合分析發(fā)現(xiàn)，短期連作(1～5 a)有利于提高土壤肥力及土壤養(yǎng)分的有效性,長期連作(>5 a)則造成土壤板結(jié),降低土壤養(yǎng)分含量。因此,要提高葡萄種植的土壤肥力,則應(yīng)該提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、合理控制連作年限與周期,并合理選取輪作模式。

土壤酶活性是土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生物代謝活性的重要指標(biāo),能夠反映土壤養(yǎng)分累積以及各種生化過程的強(qiáng)度和方向[6-7]。本研究結(jié)果表明，隨著連作年限的增加，土壤過氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性總體均先增加后降低，其中連作1 a、3 a和5 a 上述酶活性均較CK有所增強(qiáng)；連作5 a以后上述土壤酶活性較之前降低,7 a以后均低于CK，由此說明短期的連作(1～5 a)對(duì)于土壤酶活性具有一定程度的提高作用,連作年限較長(>5 a)會(huì)使土壤中營養(yǎng)狀況惡化,養(yǎng)分肥力流失嚴(yán)重,土壤中微生物代謝活性逐漸減弱。

從連作葡萄自身體內(nèi)養(yǎng)分含量、產(chǎn)量和甜度來看, 葡萄植株養(yǎng)分含量和產(chǎn)量總體均隨連作年限的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì),連作3 a達(dá)到最大(全鉀含量以連作5 a最高),此后有所降低；而葡萄甜度隨連作年限的增加呈先增加后降低再增加的變化趨勢(shì),連作1 a后葡萄甜度急劇增加,連作11 a時(shí)達(dá)到最大，說明短期連作(1～5 a)提高了葡萄自身體內(nèi)養(yǎng)分含量和產(chǎn)量,長期連作(>5 a)在一定程度上降低了葡萄自身體內(nèi)養(yǎng)分含量和產(chǎn)量,而連作均增加了葡萄甜度。

綜上所述,長期連作不利于葡萄的生長與生產(chǎn),這可能是因?yàn)殚L期連作產(chǎn)生的化感物質(zhì)不利于土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。為克服連作引起的弊害,應(yīng)將連作年限控制在5 a以下,同時(shí)深入研究葡萄連作中化感物質(zhì)成分、產(chǎn)生及釋放途徑，在土壤中轉(zhuǎn)化、積累規(guī)律及其作用機(jī)制，尋求減輕或消除連作障礙的調(diào)控措施是今后研究的主題。

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Effects of Continuous Cropping on Soil Enzyme Activity, Nutrient Contents，Yield and Quality of Grape

WANG Ying1,AI Xunru2*

(1.Enshi Technical College,Enshi 445000,China; 2.Hubei Institute for Nationalities,Enshi 445000,China)

The soil enzyme activities,soil nutrients contents in the root zone and the quality of grape were studied under continuous cropping for 0(CK), 1, 3, 5, 7, 9 and 11 years,so as to provide scientific basis for solving the continuous cropping obstacles and high yield and excellent quality cultivation.The results showed that on the whole,the soil enzyme activities,microbial activities and soil nutrients contents in the root zone first increased and then decreased with the increase of continuous cropping years.When continuously cropped for 3 years,the soil enzyme activities,microbial activities and soil nutrients contents in the root zone were maximum;the above indexes reduced sharply when continuously cropped over 3 years,and reached the lowest value when continuously cropped for 11 years,and the content of total phosphorus had no significant difference.The soil enzyme activities and soil nutrients contents gradually declined with the increase of soil depth,which showed the characteristics of table cohesion,and the soil nutrients contents and enzyme activities of continuous cropping treatment were basically same as CK.On the whole,the grape plant nutrients contents and the average yield first increased and then decreased with the increase of continuous cropping years,and reached the largest values when continuously cropped for 3 years,the total K content reached the largest value when continuously cropped for 5 years.The grape sweetness first increased,then decreased and last increased with the increase of continuous cropping years,reached the largest value when continuously cropped for 11 years,and the grape sweetness of continuous cropping treatment were higher than that of CK,which reached the significant difference when continuously cropped for 3,5,7,9,11 years.It indicated that short-term continuous cropping (1—5 years) improved the grape nutrients contents and average yield,while long-term continuous cropping (> 5 years) reduced the grape nutrients contents and average yield,continuous cropping increased grape sweetness.

replant; grape; soil nutrients; soil enzyme activity; quality

2016-01-01

湖北省職教學(xué)會(huì)2015年度科學(xué)研究課題(ZJGB201518)

王 瑛(1968-)，女，土家族，湖北恩施人，副教授，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)栽培和農(nóng)業(yè)種植研究。 E-mail:Wang_ying68@126.com

*通訊作者：艾訓(xùn)儒(1967-)，男，土家族，湖北利川人，教授，主要從事農(nóng)業(yè)種植方面的研究。

S663.1;S158；S154.2

A

1004-3268(2016)07-0049-07