甜櫻桃重茬土壤有效養(yǎng)分及酶活性的變化

司 鵬，邵 微，于會麗，楊曉靜，喬憲生，高登濤，王志強(qiáng)

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所， 河南 鄭州 450009)

甜櫻桃重茬土壤有效養(yǎng)分及酶活性的變化

司 鵬，邵 微，于會麗，楊曉靜，喬憲生，高登濤，王志強(qiáng)

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所， 河南 鄭州 450009)

為了探討甜櫻桃重茬土壤中有效養(yǎng)分以及酶活性的變化，在櫻桃苗圃地分別從尚未栽種過甜櫻桃苗、正茬、重茬區(qū)域采集土壤樣品，測定土壤有效養(yǎng)分含量(NO3--N、NH4+-N、速效K、有效P及有效B等)和4種土壤酶(脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶以及蔗糖酶)的活性。結(jié)果表明：與櫻桃正茬土壤相比，甜櫻桃重茬土壤NO3--N、速效K、有效P、有效B、有效Zn、有效Fe、有效Cu、可交換性Mg含量、脲酶以及堿性磷酸酶活性含量顯著降低；與正茬土壤相比重茬土壤中隨著土層深度的增加，礦質(zhì)元素含量(除有效Mn、Fe以及可交換性Ca含量外)和4種土壤酶活性顯著降低，但可交換性Ca含量上升；櫻桃重茬土壤有效養(yǎng)分比例失調(diào)，其中Ca/P、Ca/K及Ca/Zn嚴(yán)重失調(diào)，其中0～20 cm土層失調(diào)比例高達(dá)104.93%、140.45%和184.59%，20～40 cm土層失調(diào)比例分別為110.03%、178.42%以及144.47%，Zn/Mn和Zn/Mg失調(diào)較嚴(yán)重，失調(diào)比例高達(dá)50%以上。其中相關(guān)性分析表明：茬數(shù)與有效Mn含量呈線性極顯著正相關(guān)；脲酶和堿性磷酸酶與速效K、有效P、有效B、有效Zn及有效Cu呈極顯著正相關(guān)；蔗糖酶與速效K、有效P和有效Cu呈極顯著正相關(guān)；脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶與交換性Ca含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。總之，重茬土壤的有效養(yǎng)分含量以及土壤酶活性顯著降低，養(yǎng)分比例失調(diào)。

甜櫻桃重茬土壤；土壤酶活性；土壤有效養(yǎng)分

果樹重茬障礙是相同或者親緣作物在同一塊地連續(xù)種植而導(dǎo)致其生長變?nèi)醯默F(xiàn)象，表現(xiàn)為：樹體嚴(yán)重發(fā)育不良，節(jié)間縮短，葉片變小，根系褐變及腐爛，甚至死亡[1-3]。目前對果樹重茬土壤的研究多集中在微生物群落的構(gòu)成以及代謝方面[4-8]，但對于養(yǎng)分以及酶活性的研究相對較少。

土壤養(yǎng)分是土地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，影響著植物的生長，其水平的高低是衡量土壤質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)[9]。其中土壤有效養(yǎng)分含量作為判斷果園土壤肥力水平的重要指標(biāo)，能夠速效被植物吸收[10]。土壤酶，由土壤中的微生物、植物根系以及動植物殘?bào)w派生而來，與土壤養(yǎng)分之間存在一定相關(guān)性[11-12]，參與土壤養(yǎng)分循環(huán)的各個(gè)過程，同時(shí)反映了土壤中進(jìn)行的各種生化過程的動向與強(qiáng)度，并且能夠表征土壤微生物學(xué)活性和土壤肥力狀況[13-15]。土壤養(yǎng)分和土壤酶活性作為土壤肥力的檢測指標(biāo)，能夠直接或者間接影響作物的生長，同時(shí)反映土壤環(huán)境的改變。

甜櫻桃(Prunus.aviumL.)因其色澤鮮艷，果實(shí)營養(yǎng)豐富，味美香甜，廣受喜愛[16]。甜櫻桃ZY-1是1988年由意大利引進(jìn)的櫻桃半矮化砧木，適于我國生態(tài)與栽培條件[17]。隨著種植面積的不斷增加[18]，櫻桃重茬問題日益嚴(yán)重，在櫻桃苗圃地尤為明顯。本文通過對重茬甜櫻桃ZY-1土壤有效養(yǎng)分含量以及酶活性的測定，旨在闡明櫻桃重茬對土壤有效養(yǎng)分以及酶活性的影響，以反映土壤肥力隨著櫻桃茬數(shù)增加的動態(tài)變化。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于河南省中牟縣櫻桃苗圃(34°45′5″N, 114°1′34″E)。區(qū)域氣候?yàn)闇貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候；年均氣溫為14.2℃，年均無霜期為221 d，年均降水量為616 mm，降水多集中在7、8月份。近三年無重大氣象變化。

1.2 試驗(yàn)材料

在試驗(yàn)園區(qū)同一塊試驗(yàn)田，設(shè)置3個(gè)處理，即：(1) 甜櫻桃重茬區(qū)(RP，replanted plot)于2010年7月首次開始栽種櫻桃脫毒砧木苗，9月底嫁接品種，2012年底全部移除，2013年初再次種植，2015年年初分別取土樣RP1(0～20 cm土層)與RP2(20～40 cm土層)；(2)甜櫻桃種植正茬區(qū)(FP, first planted plot)于2013年初開始種植，2015年初分別取土樣FP1(0～20 cm)與FP2(20～40 cm)；(3)以未栽種過甜櫻桃的苗圃區(qū)(NP，never planted plot)，2015年初分別取土樣NP1(0～20 cm)與NP2(20～40 cm)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)12 m2，栽種100棵櫻桃幼苗，設(shè)置2 m保護(hù)行，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。櫻桃品種為‘紅燈’，砧木為‘ZY-1’。每個(gè)處理土樣均取自櫻桃樹苗行間。采樣苗圃每年3、5、7月下旬施肥，每次施用氮磷鉀復(fù)合肥10 kg(15-15-15，施肥方式為溶解沖施)，所有試驗(yàn)區(qū)域施肥相同。取樣方法為梅花形布點(diǎn)法，選5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用土鉆分別取0～20 cm和20～40 cm的各處理行間土壤樣品，剔除石塊、植物殘根等雜物后裝入塑封保鮮袋帶回實(shí)驗(yàn)室，過1 mm土篩，均勻分成四份，一份保存，三份待測(4℃保存)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤大量元素的測定 土壤樣品有效P采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提法，速效K采用NH4OAc浸提、火焰光度法[19]，全氮測定用重鉻酸鉀-硫酸消化法；NO3--N含量用酚二磺酸比色法測定，NH4+-N用2 mol·L-1KCl 浸提-靛酚藍(lán)比色法測定[20]。

1.3.2 土壤微量元素的測定 有效Zn、Mn、Fe、Cu用二乙三胺乙酸(DTPA)浸提，原子吸收分光光度計(jì)測定；有效B用沸水浸提，姜黃素比色法測定[19]。交換性鈣和鎂測定參照鮑士旦[20]的方法測定。并按下式計(jì)算各養(yǎng)分的失調(diào)比例：養(yǎng)分失調(diào)比例=[(RP-FP)/FP]×100%，式中,RP為重茬土壤養(yǎng)分比例,FP為正茬土壤養(yǎng)分比例。

1.3.3 土壤酶活性測定 土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定[21]；土壤堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法[19]；土壤蔗糖酶采用3,5- 二硝基水楊酸比色法[22]；土壤過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測定[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件分別進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析；用Sigma Plot 10.0軟件進(jìn)行繪制養(yǎng)分缺失比例圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 櫻桃苗圃中0～2茬區(qū)土壤有效養(yǎng)分含量變化

如表1所示，0～20 cm土層，速效K和有效P含量由高到低為：FP1、NP1以及RP1；NO3--N含量隨著茬數(shù)的增加而降低；RP1 NH4+-N含量最高，F(xiàn)P1最低。20～40 cm土層，F(xiàn)P2有效P含量最高，其次為NP2和RP2；速效K和NO3--N含量為：FP2>RP2>NP2；NH4+-N含量隨著茬數(shù)的增加而降低：NP2>FP2>RP2。雙因子方差分析表明茬數(shù)與土層深度交互對土壤中大量元素均達(dá)到顯著性水平。

表1 櫻桃苗圃中0～2茬區(qū)各土層土壤NO3--N、NH4+-N、速效K以及有效P含量變化

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平；*P<0.05， **P<0.01， ***P<0.001；NP—未栽種過甜櫻桃的苗圃區(qū)，F(xiàn)P—甜櫻桃種植正茬區(qū)，RP—甜櫻桃重茬區(qū)，1—0～20 cm土層土壤，2—20～40 cm土層土壤；下同。

Note: data with different lowercase letters within the same column are significantly different at 0.05 level； *P<0.05， **P<0.01， ***P<0.001； NP—never planted plot， FP—first planted plot， RP—replanted plot， 1—0～20 cm depth soil， 2—20～40 cm depth soil； the same below.

如表2，有效B和交換性Mg含量由高到低依次為：FP、NP及RP。0～20 cm土層，F(xiàn)P1的有效Mn、Fe、Cu含量最高，其次為RP1和NP1；FP1的有效Zn含量顯著高于NP1和RP1；隨著櫻桃苗栽種次數(shù)的增加，交換性Ca含量降低，即：NP1>RP1>FP1。20～40 cm土層，F(xiàn)P2的有效Zn和Cu含量最高，NP2最低；有效Mn和交換性Ca含量隨著茬數(shù)的增加而增加，即：RP2>FP2>NP2；有效Fe含量隨著茬數(shù)的增加而降低：NP2>FP2>RP2。雙因子分析表明，茬數(shù)顯著影響有效B、Zn、Mn、Fe、Cu以及交換性鎂含量，土層深度顯著影響土壤中所測微量元素的含量，兩者交互顯著影響有效Zn、Mn、Fe、Cu、交換性Ca及Mg含量。同一處理土壤微量元素(除交換性Ca含量外)含量均隨土層深度的增加而降低。

表2 櫻桃苗圃中0～2茬區(qū)各土層土壤有效態(tài)微量元素含量變化

2.2 櫻桃苗圃中0～2茬區(qū)土壤中養(yǎng)分比例變化

土壤有效養(yǎng)分含量之間的比例影響著植物對礦質(zhì)元素的吸收。如圖1所示，重茬土壤大量元素之間存在不同程度的比例失調(diào)現(xiàn)象，Ca/P、Ca/K及Ca/Zn的失調(diào)比例最高，其中0～20 cm土層失調(diào)比例高達(dá)104.93%、140.45%和184.59%，20～40 cm土層失調(diào)比例分別為110.03%、178.42%以及144.47%。其次Zn/Mn和Zn/Mg失調(diào)比例在0～20 cm土層分別為62.7%和57.9%，在20～40 cm土層分別為61.0%和54.4%。綜合來看，重茬櫻桃土壤與Ca和Zn含量相關(guān)的養(yǎng)分比例缺失。

圖1 重茬櫻桃土壤中大量元素與微量元素、大量元素間(a)及微量元素間(b)的失調(diào)比例

Fig.1 Imbalanced proportion of macroelements and trace elements，macroelements (a), and trace elements (b) in replanted cherry nursery soil

2.3 櫻桃苗圃中0～2茬區(qū)土壤中酶活性變化

如表3所示，與對照相比，脲酶、堿性磷酸酶以及蔗糖酶活性隨著茬數(shù)的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，即與FP相比，RP與NP的脲酶和堿性磷酸酶活性顯著下降；隨著茬數(shù)的增加，在0～20 cm土層，過氧化氫酶活性與上述三種酶變化趨勢相同，即RP1與NP1的酶活性較FP1顯著降低，在20～40 cm土層則呈上升趨勢，即RP2較NP2和FP2顯著升高。比較同一處理不同土層的酶活性發(fā)現(xiàn)，脲酶、堿性磷酸酶以及蔗糖酶活性隨著土壤深度的增加而顯著下降。

表3 櫻桃苗圃中不同茬數(shù)區(qū)各土層土壤酶活性變化

2.4 櫻桃苗圃土壤有效養(yǎng)分含量與土壤酶活性、茬數(shù)及土層深度的關(guān)系

相關(guān)性分析表明(如表4所示)，茬數(shù)與有效Mn含量呈線性正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.722)，與有效Mg含量和NO3--N含量呈線性負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.486和-0.559)；脲酶和堿性磷酸酶與速效K、有效P、有效B、有效Zn及有效Cu呈正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.848與0.880，0.856與0.932，0.744與0.761，0.767與0.852以及0.788與0.876)；蔗糖酶與速效K，有效P和有效Cu呈正相關(guān)(0.626，0.71及0.656)；脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶與交換性Ca含量呈負(fù)相關(guān)(-0.784、-0.866和-0.854)。

表4 櫻桃苗圃中不同茬數(shù)區(qū)土壤礦質(zhì)元素含量與土壤酶活性的相關(guān)性分析

注 Note: *P<0.05; **P<0.01; ***P<0.001.

3 討 論

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，櫻桃重茬土壤有效養(yǎng)分變化如下：首先隨著櫻桃苗的栽種(如表1與2所示)，正茬土壤中速效K、有效P、有效B、有效Zn等含量顯著升高，這表明櫻桃苗的首次種植能夠活化根系土壤養(yǎng)分的循環(huán)[23]，而重茬土壤中大部分養(yǎng)分含量(除NH4+-N以及交換性Ca含量外)較正茬土壤大幅度下降，這可能與櫻桃重茬能夠造成土壤有效養(yǎng)分的缺失相關(guān)[24-25]。其次，分析正茬土壤與重茬土壤有效養(yǎng)分含量變化發(fā)現(xiàn)(如圖1所示)，櫻桃重茬土壤中養(yǎng)分比例大量失調(diào)，其中Ca/P、Ca/K、Ca/Zn、Zn/Mn和Zn/Mg養(yǎng)分失調(diào)嚴(yán)重，這與樊紅科[24]和郭修武[26]分別在蘋果和葡萄重茬上的研究結(jié)果相似。但是，蘋果養(yǎng)分失調(diào)主要與Ca相關(guān)，葡萄重茬土壤養(yǎng)分失調(diào)嚴(yán)重主要與Zn相關(guān)，而櫻桃重茬土壤Ca/P、Ca/K、Ca/Zn嚴(yán)重失調(diào)，而Zn/Mn和Zn/Mg失調(diào)較嚴(yán)重，這說明不同果樹的重茬土壤在養(yǎng)分比例失調(diào)方面存在差異性。另外，分析茬數(shù)與土壤養(yǎng)分含量之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)(表4所示)：茬數(shù)與土壤中的有效Mn呈線性正相關(guān)，與有效Mg含量呈負(fù)相關(guān)。土壤中NO3--N的含量在0～20 cm土層隨著茬數(shù)的增加而降低，而在20～40 cm土層隨著茬數(shù)的增加而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。馬海燕等[25]在研究非洲菊連作土壤時(shí)，發(fā)現(xiàn)土壤有效P以及速效K含量隨著連作年限的增加而下降，這與本次研究結(jié)果一致。

另外，如表1所示，NP1的NO3--N含量在0～20 cm土層最高，達(dá)到76.99 mg·kg-1，而在20～40 cm土層最低，僅為7.24 mg·kg-1。首先，這與栽種作物根系情況有關(guān)：NP為自然生草，根系主要分布在0～20 cm土層，豐富了該土層微生物群落[27-28]，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的循環(huán)，因此NP的NO3--N含量高；櫻桃苗為木本植物，根系能夠在20～40 cm土層分布，從而改善了此土層土壤營養(yǎng)環(huán)境，因此FP2和RP2的NO3--N含量顯著高于NP2。其次，自然生草與櫻桃的土壤水勢可能在垂直方向分布不同，而土壤中水勢是影響NO3--N淋失的重要因素[29]。

土壤酶活性對土壤環(huán)境變化能夠迅速響應(yīng)，準(zhǔn)確表征土壤生物活性以及土壤養(yǎng)分循環(huán)中生化過程的動向與強(qiáng)度[13-14，30-31]。多數(shù)研究表明[32-36]，與正茬土壤酶活性相比，未種植櫻桃與重茬土壤酶活性普遍顯著下降(如表3所示)，因?yàn)闄烟业氖状畏N植豐富了土壤微生物群落，使得土壤酶活性大幅度升高，這與陳金星等[37-38]在其他樹體上的研究相符；重茬土壤中致病菌增多、養(yǎng)分比例的失調(diào)等造成土壤環(huán)境的惡化，從而導(dǎo)致可能酶活性的降低。結(jié)合土壤有效養(yǎng)分與酶活性的變化規(guī)律，我們認(rèn)為重茬櫻桃能夠影響土壤的理化性質(zhì)以及養(yǎng)分循環(huán)的方向與強(qiáng)度。在櫻桃重茬系統(tǒng)中，土壤的養(yǎng)分與酶活性密切相關(guān)。相關(guān)性分析表明，有效P與4種土壤酶活性均呈線性正相關(guān)，速效K含量與過氧化氫酶活性無相關(guān)性。但趙春燕[39]在土豆重茬土壤時(shí)發(fā)現(xiàn)有效P含量與蔗糖酶無相關(guān)性，速效K含量與過氧化氫酶活性相關(guān)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)有效Ca含量與土壤4種酶活性呈線性顯著負(fù)相關(guān)，這與張昌順[40]在研究施肥狀態(tài)下印楝幼林土壤情況不一致。這表明雖然土壤酶活性能夠表征土壤肥力，但是不同處理下的土壤酶活性與養(yǎng)分含量相關(guān)性各有差異。

總之，櫻桃重茬土壤中有效養(yǎng)分含量(NH4+-N含量)以及土壤酶活性(除蔗糖酶外)較正茬明顯降低，而且土壤養(yǎng)分比例(Ca/P、Ca/K、Ca/Zn、Zn/Mn及Zn/Mg)失調(diào)嚴(yán)重。同時(shí)，重茬土壤中有效Mn含量隨之升高，NO3--N含量以及交換性Mg含量下降。

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The change of soil available nutrients and enzyme activity in sweet cherry replanted soil

SI Peng, SHAO Wei, YU Hui-li, YANG Xiao-jing, QIAO Xian-sheng, GAO Deng-tao, WANG Zhi-qiang

(InstituteofZhenghzhouFruitResearch,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Zhengzhou,Henan450009,China)

To investigate the change of soil available nutrients and enzyme activity in sweet cherry replanted soil, soil mineral elements content in (such like total N, nitrate N, ammonia N, available P and available K) and enzyme activity of (including urease, catalase, alkaline phosphatase and invertase) soil samples from NP (the plot never planted sweet cherry), FP (the plot first planted sweet cherry) and RP (the plot replanted sweet cherry)were measured. The results indicated that compared with FP, the content of nitrate N, available P, available K, available B, available Zn, available Fe, available Cu and exchangeable Mg significantly decreased, and the activities of urease and alkaline phosphatase also obviously decreased in RP; With soil depth increasing, the content of mineral elements (except for the content of available Mn, available Fe and exchangeable Ca) and soil enzyme activity including urease and alkaline phosphatase and invertase from in RP significantly decreased, while the exchangeable Ca content increased; Ca/P, Ca/K, Ca/Zn, Zn/Mn and Zn/Mg were imbalanced in RP. Additionally, correlation analysis showed that the cultivating times was positively correlated with the content of available Mn; Urease and alkaline phosphatase were positively correlated with available K (r=0.848 and 0.880), available P(r=0.856 and 0.932), available B(r=0.744 and 0.761), available Zn(r=0.767 and 0.852) and Cu(r=0.788 and 0.852); Invertase was positively correlated with available K, P and Cu (0.626, 0.71 and 0.656); urease, alkaline phosphatase and invertase were negatively correlated with the exchangeable Ca (0.784, 0.866 and 0.854). In brief, soil available nutrient contents and enzyme activity significantly decreased by replanted sweet cherry seedlings, and the nutrient proportion was imbalanced.

sweet cherry replanted soil; soil enzyme activity; soil available nutrients; correlation analysis

1000-7601(2017)04-0039-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.07

2016-05-20

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(CAAS-ASTIP-2016-ZFRI)

司 鵬(1983—)，男，河北深澤人，助理研究員，碩士，主要從事果樹營養(yǎng)與施肥技術(shù)研究。

S158.3

A