基于不同作物輪作對(duì)高粱的生長(zhǎng)與根際土壤環(huán)境分析

程彥林+劉京

摘要：本文以高粱作物為研究對(duì)象，分別設(shè)置對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組。對(duì)照組為連作三年的高粱，試驗(yàn)組為高粱、苜蓿（大蔥）、高粱各一年。研究了不同種植方式對(duì)于土壤酶活性、高粱生長(zhǎng)以及根際土壤微生物的影響。研究結(jié)果表明：輪作對(duì)高粱根系以上部分的生長(zhǎng)具有顯著促進(jìn)作用；輪作苜蓿和蔥能夠促進(jìn)高粱根系在10厘米以下土層中的分布，根系生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)顯著；輪作苜蓿和蔥能夠在一定程度上提高根際土壤微生物的活性。

關(guān)鍵詞：輪作；連作；高粱；土壤環(huán)境

中圖分類號(hào)： S514；S143 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.18.021

輪作是增加農(nóng)田生物多樣性的重要措施，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中有舉足輕重的地位。輪作能高效利用土地，使土地得到調(diào)適和轉(zhuǎn)換，充分發(fā)揮作物間的競(jìng)爭(zhēng)和互利作用，增強(qiáng)植物的抗逆性能，具有明顯的增效增長(zhǎng)作用。隨著人口、土地資源的壓力不斷增加，不同作物輪作逐漸得到廣泛的重視和應(yīng)用。

1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1試驗(yàn)準(zhǔn)備及變量確定

苜蓿和蔥分別定為：T1、T2。試驗(yàn)基地選用仁懷市壇廠鎮(zhèn)有機(jī)高粱試驗(yàn)基地。該地區(qū)年平均降水量為960毫米，土壤主要為肥力中等的黃壤土，質(zhì)地為砂壤土。試驗(yàn)所用的高粱品種為紅纓子高粱。試驗(yàn)總共分為三個(gè)不同處理：CK，連作3年高粱。T1：連作三年，高粱、苜蓿、高粱各一年。T2：連作3年，高粱、蔥、高粱各一年。在2014年～2016年三年間使用相同的施肥方案?；蕿檗r(nóng)家糞肥或琨恩生物有機(jī)肥，追加肥為農(nóng)家清糞水肥，不施加其他化學(xué)添加肥料，以確保有機(jī)高粱的品質(zhì)和認(rèn)證。在2015年，試驗(yàn)人員在同一時(shí)間種植苜蓿、蔥和高粱，以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)間條件相同。高粱追肥時(shí)給蔥和苜蓿施加等量的農(nóng)家清糞水肥。

1.2 采樣方法與樣品測(cè)定

1.2.1根系以上部分調(diào)查及樣品測(cè)定 試驗(yàn)人員在拔節(jié)期和穗花期調(diào)查植株莖粗、株高、葉面積。采集三株代表性植株帶回實(shí)驗(yàn)室烘干并測(cè)定生物量。

1.2.2根系分析及采樣方法 在穗花期選取相鄰3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，并且以中間植株為中心，挖取長(zhǎng)軸為50厘米，短軸為40厘米，深40厘米土體內(nèi)的根系，用根系采集器采集小土塊，并將其進(jìn)行編號(hào)放入自封袋帶入實(shí)驗(yàn)室。用掃描儀掃描根系，并且用根系分析系統(tǒng)分析根系各參數(shù)。之后將根系放入烘箱，烘干之后測(cè)定其生物量。

1.3土壤測(cè)定項(xiàng)目及采樣方法

1.3.1土壤樣品的采集 土壤樣品在穗花期進(jìn)行采集。高粱根基土需要用抖土根法進(jìn)行采集，并且立即放入冰盒內(nèi)帶入實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，利用滅菌鑷子去除根部的雜質(zhì)。一部分土壤保存在超低溫冰箱中，另一部分風(fēng)干過1毫米篩備用。

1.3.2土壤測(cè)定項(xiàng)目及方法 利用嚴(yán)昶升的測(cè)定方法來測(cè)定土壤酶活性。土壤微生物群落功能的多樣性用Biolog-ECO測(cè)定板方法進(jìn)行測(cè)定。

2結(jié)果與分析

2.1輪作對(duì)高粱生長(zhǎng)的影響

2.1.1輪作對(duì)高粱根系以上部分生長(zhǎng)的影響 與CK相比，T1和T2處理能夠在一定程度上促進(jìn)高粱的生長(zhǎng)。在拔節(jié)期，T1和T2的生物量、葉面積、株高等比CK有顯著的增長(zhǎng)。在穗花期，T1和T2高粱生長(zhǎng)的趨勢(shì)對(duì)比CK有顯著差異。從輪作方式來看，T1高粱生長(zhǎng)趨勢(shì)要比T2好。在穗花期，T1干物質(zhì)累積量顯著高于 T2處理。

2.1.2輪作對(duì)高粱根系生長(zhǎng)的影響 T1和T2能夠提高土層中根系總長(zhǎng)度、根體積和根表面積。從根系長(zhǎng)度來看，CK處理50%的根系分布在0～10厘米土層，而T1和T2根系在0～10厘米土層的分布比例分別為28%和35%。從根體積來看，CK處理 56.4%的根系分布在0～10厘米土層，而T1和T2的分布比例則分別為32.8%和43.8%，說明連作高粱根系分布較淺，而輪作促進(jìn)了根系在較深土層的分布，有利于吸收土壤養(yǎng)分。

2.1.3輪作對(duì)高粱產(chǎn)量的影響 CK由于連作的原因?qū)е鲁雒巛^差，而T1由于苜蓿壓青的原因?qū)е鲁雒巛^差，T2出苗情況較好。因此，T2收獲的穗數(shù)要比其他兩個(gè)處理顯著提高。與輪作相比較而言，連作穗花期會(huì)推遲4～5天，灌漿時(shí)間也會(huì)稍微縮短一些。

2.2 輪作方式對(duì)根際土壤微生物的影響

2.2.1 輪作對(duì)根際土壤生物群落代謝生活的影響 土壤微生物群落代謝活性是對(duì)微生物單一碳源利用能力的反應(yīng)，培養(yǎng)的時(shí)間越長(zhǎng)，其代謝的活性就會(huì)增加，研究中發(fā)現(xiàn)在對(duì)不同微生物培養(yǎng)的過程中，AWCD的值T1和T2比CK處理顯著升高，這個(gè)結(jié)果表明，輪作對(duì)土壤微生物的代謝活性具有顯著的促進(jìn)作用。

對(duì)穗花期根際土壤微生物培養(yǎng)96小時(shí)，從不同碳源利用情況分析可以看出，在與CK比較之后發(fā)現(xiàn)，輪作對(duì)多類的碳源代謝都有很大的差別，無論是在對(duì)氨基酸類物質(zhì)的利用能力上，還是對(duì)羧酸類物質(zhì)、胺類、糖類雙親化合物、聚合物類碳源能力的利用能力都要高出很多，由此證明輪作對(duì)提升土壤微生物群落的功能。

2.2.2 根際土壤微生物群落功能主成分分析 不同輪作和連作對(duì)土壤微生物碳源的利用能力均有所不同，T1和T2對(duì)比也有所差異。從圖1中可以看出，第一主成分分析系數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)的碳源氨基酸種類有四種，羧酸類有兩種，糖類有兩種，聚合物類有兩種，雙親化合物類有兩種。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，T1比T2、CK的碳源利用能力要高出很多。

第一主成分的系數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的碳源雙親化合物有一種，是葡萄糖-1-磷酸鹽，高粱根際土壤微生物對(duì)它的利用能力T2要比T1和CK處理顯著降低。

第二主成分呈明顯正相關(guān)的糖類有兩種，羧酸類有兩種，聚合物類有一種，對(duì)于這四種碳源，T1處理的代謝能力顯著低于T2和CK處理。

第二主成分顯示出負(fù)相關(guān)的碳源有D-纖維二糖、D-蘋果酸、N-乙酰基-D-葡萄胺，CK處理對(duì)這兩個(gè)碳源的代謝能力比T1和T2處理有顯著提高。

以上分析可知，導(dǎo)致第一主成分產(chǎn)生分異的原因是氨基酸為主的多種能源綜合作用的結(jié)果。而在第二主成分的差異主要是因?yàn)樘穷惡汪人犷惖奶荚蠢貌町愃斐?。通過這個(gè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，連作和輪作對(duì)高粱根際土壤微生物對(duì)碳源的利用能力有提升作用，但不同耕作方式對(duì)高粱根際土壤微生物的影響類別有差異。

2.2.3輪作對(duì)土壤酶活性的影響 表1中，連作和輪作對(duì)高粱土壤酶活性的影響呈現(xiàn)差異性，與CK相比T1提升了土壤的蔗糖酶活性，而T2雖然提升了土壤蔗糖酶的活性，但是降低了脲酶的活性。而對(duì)土壤過氧化氫酶活性和磷酸酶活性，T1和T2并沒有產(chǎn)生顯著影響。

3結(jié)論

上述實(shí)驗(yàn)表明，連作對(duì)高粱的生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生顯著影響，一定程度上抑制了高粱的生長(zhǎng)。而輪作就可以有效的緩解連作產(chǎn)生的抑制作用，通過提升土壤酶活性有效促進(jìn)高粱的生長(zhǎng)。通過輪作的方式改良土壤和高粱種植之間的關(guān)系，提升土壤的酶活性，從而提高產(chǎn)量和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高粱的高產(chǎn)和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的改善，促進(jìn)高粱產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：程彥林，碩士，助教，研究方向：土壤污染修復(fù)、有機(jī)高粱種植；劉京，碩士，助教，研究方向：土壤污染修復(fù)、有機(jī)高粱種植。endprint