不同連作年限對馬鈴薯土壤環(huán)境及產(chǎn)量的影響

韓翠蓮， 霍軼珍， 田志強

(河套學院土木工程系，內蒙古巴彥淖爾 015000)

馬鈴薯是內蒙古地區(qū)重要的經(jīng)濟作物，但由于馬鈴薯的大面積連片、連年種植產(chǎn)生了連作障礙，隨之帶來了產(chǎn)量降低和品質下降等一系列嚴重問題[1-2]。連作障礙是土壤與作物相互作用的結果，發(fā)生的原因主要有土壤理化性質發(fā)生變化、土壤微生物組成失衡以及作物化感物質的釋放等等[3]。眾多學者針對作物連作障礙進行了廣泛的研究，并進行了機制性的探討和分析[1，4-6]，但針對馬鈴薯連作障礙的產(chǎn)生原因及機制分析還鮮有報道。

本研究選取馬鈴薯不同連作年限典型地塊，系統(tǒng)研究不同連作年限對馬鈴薯土壤理化性質、土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量及產(chǎn)量指標的影響，旨在揭示不同連作年限對土壤各指標變化、馬鈴薯產(chǎn)量指標的影響以及產(chǎn)生連作障礙的原因，從而為馬鈴薯連作種植年限的確定提供理論依據(jù)和技術支撐，對馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于內蒙古包頭市達茂旗烏克鎮(zhèn)境內，該地區(qū)年均降雨量為248 mm左右，蒸發(fā)量2 750 mm，平均氣溫 2.8 ℃，平均日照時數(shù)2 965 h，無霜期105 d左右，屬典型的溫帶干旱半旱氣候區(qū)。試驗區(qū)以栗鈣土為主，土壤質地為沙壤土，0～100 cm土壤平均容重1.31 g/cm3。0～20 cm土壤平均養(yǎng)分含量為有機質含量22.35 g/kg、全氮含量 1.59 g/kg、速效磷含量11.69 mg/kg、速效鉀含量 117.28 mg/kg，pH值為8.4。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設計 試驗以第1次種植馬鈴薯地塊為對照(0年)，選擇馬鈴薯連作年限為2、4、6年的典型地塊進行小區(qū)試驗，連作起始年份為2010年，試驗小區(qū)采用隨機區(qū)組試驗設計，每個處理3次重復，小區(qū)面積10 m2。馬鈴薯種植采用膜下滴灌(一膜一帶一行模式)壟作的種植模式，起壟后規(guī)格為：壟高20 cm，壟頂寬30 cm，壟底寬60 cm，壟間距80 cm。每壟種植2行馬鈴薯，行距25 cm，株距30 cm。

1.2.2 試驗材料與實施 馬鈴薯品種選用當?shù)爻Ｒ?guī)品種“克新1號”；試驗選用地膜為幅寬90 cm、厚度為0.008 mm的聚乙烯農(nóng)用地膜；滴灌帶為內鑲貼片式，其內徑為16 mm，滴頭間距30 cm，流量為1.38 L/h。馬鈴薯各全生育期灌水量參照當?shù)囟嗄暝囼灣晒?，馬鈴薯種植時施足底肥，其中尿素120 kg/hm2，磷酸二銨 225 kg/hm2，硫酸鉀225 kg/hm2。在馬鈴薯塊莖生成期至膨大期的關鍵生育期隨灌水進行施肥，其中滴灌處理每次追肥60 kg/hm2，其他2個處理追肥 180 kg/hm2，共追肥2次。

1.2.3 測定項目及方法 馬鈴薯種植后，于馬鈴薯行間0～20 cm進行取土測樣，每個處理3次重復，各土樣取樣完畢后即進行自然風干、測樣。其中，土壤pH值的測定方法為將風干土樣過1 mm篩后，按1 ∶5的土水比混合振蕩離心，采用pH測量儀進行測定；土壤中水溶鹽含量采用質量法測定。土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；土壤堿解氮含量采用堿解蒸餾法測定；土壤速效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量采用NH4Ac浸提-火焰光度法測定。脲酶活性采用靛酚藍比色法測定；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測定；轉化酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定。土壤微生物的數(shù)量參照李坤的測定方法[7]進行測定。馬鈴薯成熟期，各處理選擇具有代表性的20株測定其產(chǎn)量指標。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用MS-Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，SPSS 17.0進行相關數(shù)據(jù)方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同連作年限對馬鈴薯土壤理化性質的影響

土壤理化性質是直接影響作物正常生長發(fā)育的重要因素，相關研究表明，作物連作會直接造成土壤理化性質的改變[8-9]。從表1可以看出，隨連作年限的增加，土壤pH值呈下降趨勢，連作2、4、6年的土壤pH值平均較對照低5.43%、7.20%、10.15%，處理間差異顯著。土壤含鹽量、堿解氮含量則表現(xiàn)為隨連作年限的增加呈現(xiàn)升高趨勢，連作2、4、6年的土壤含鹽量平均較對照高111.98%、160.87%、346.15%，處理間差異顯著；堿解氮含量平均高27.84%、107.19%、181.32%，處理間差異顯著。本研究結果與徐雪風[10]等研究結論具有相同之處。通過對不同連作年限土壤速效磷、速效鉀、有機質含量的測定，均表現(xiàn)為隨連作年限的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，且在連作2年時達到最大值，之后隨連作年限的增加各指標值均顯著低于對照，表明隨連作年限的增加，會造成不同土壤養(yǎng)分的失衡，從而使得土壤條件逐年惡化。

2.2 不同連作年限對馬鈴薯土壤酶活性的影響

表1 不同連作年限下馬鈴薯土壤理化性質比較

土壤中酶活性影響著土壤的代謝變化，從而影響作物對土壤肥料的吸收利用和生長發(fā)育[11]。影響土壤肥力的主要酶包括脲酶、堿性磷酸酶、轉化酶、過氧化氫酶等。相關研究表明[12-13]，脲酶主要作用是促進土壤中含氮有機物的分解，從而為作物提供氮素營養(yǎng)，因此常用于表征土壤中含氮情況；堿性磷酸酶主要作用是促進分解土壤中含磷化合物，從而為作物提供有效的磷元素，因此其含量高低直接反映出土壤中有效磷含量的高低；轉化酶主要功能是能夠將不能被植物直接吸收利用的蔗糖分解為葡萄糖和果糖；過氧化氫酶的作用主要是催化過氧化氫的分解，從而減少其含量過高對作物的生長產(chǎn)生危害。表明土壤中酶活性直接影響土壤養(yǎng)分狀況，從而影響作物的生長發(fā)育。

土壤中脲酶活性和堿性磷酸酶活性隨馬鈴薯連作年限的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢，且均以馬鈴薯連作2年時達到最高值，二者平均分別較對照、連作4年、連作6年高29.75%、93.83%、173.04%和21.54%、51.92%、68.09%，處理間差異顯著(圖1-A，圖1-B)。土壤中轉化酶活性和過氧化氫酶活性則表現(xiàn)為隨馬鈴薯連作年限的增加，呈顯著下降趨勢。馬鈴薯連作2、4、6年的轉化酶活性平均較對照降低 17.69%、29.25%、50.34%，處理間差異顯著(圖1-C)；過氧化氫酶活性平均降低6.86%、13.14%、22.29%，處理間差異顯著(圖1-D)。

2.3 不同連作年限對馬鈴薯土壤微生物數(shù)量的影響

土壤中微生物對有機質的分解以及促進植物對養(yǎng)分的吸收和利用發(fā)揮著重要作用。從圖2-A、圖2-B可以看出，土壤中細菌和放線菌數(shù)量隨馬鈴薯連作年限的增加呈現(xiàn)先顯著增加后顯著減少的趨勢，且在連作2年時達到最高值，二者平均分別較對照、連作4年、連作6年高7.01%、24.46%、33.40% 和10.89%、27.64%、30.78%，處理間差異顯著。土壤中真菌數(shù)量隨連作年限的增加呈顯著增加趨勢，連作2、4、6年土壤真菌數(shù)量平均分別較對照高35.56%、91.11%、118.52%，處理間差異顯著(圖2-C)。表明馬鈴薯連作2年為細菌型土壤，而連作4、6年為真菌型土壤[10，14]。

2.4 不同連作年限對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，隨馬鈴薯連作年限的增加，相關產(chǎn)量指標均呈現(xiàn)先顯著增加后顯著降低的變化趨勢。各指標在連作2年時達到最大值，單株薯個數(shù)、單株薯質量、單株大薯個數(shù)、單株大薯質量平均較對照高20.82%、30.97%、10.34%、9.84%，處理間差異顯著，且各指標均顯著高于連作4、6年處理。單位面積經(jīng)濟產(chǎn)量，連作2年平均較對照和連作4、6年提高8.63%、22.13%、49.13%，處理間差異顯著。連作年限越長減產(chǎn)越顯著，這主要是受土壤條件日益惡化所致。

表2 不同連作年限條件下馬鈴薯產(chǎn)量對比

3 結論

隨連作年限的增加，土壤pH值呈顯著下降趨勢，土壤含鹽量、堿解氮含量呈顯著升高趨勢；土壤速效磷、速效鉀、有機質含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，且在連作2年時達到最大值。

土壤中脲酶活性、堿性磷酸酶活性隨馬鈴薯連作年限的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢，且均以馬鈴薯連作2年時達到最大。土壤中轉化酶活性、過氧化氫酶活性則表現(xiàn)為隨馬鈴薯連作年限的增加，呈顯著下降趨勢。

土壤中細菌和放線菌數(shù)量隨連作年限的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，且在連作2年時達到最高值。土壤中真菌數(shù)量隨連作年限的增加呈顯著增加趨勢，連作2、4、6年土壤真菌數(shù)量平均分別較對照高35.56%、91.11%、118.52%，處理間差異顯著。

隨連作年限的增加， 各產(chǎn)量指標均呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢， 且各指標均在連作2年時達到最大值。連作2年平均經(jīng)濟產(chǎn)量較對照和連作4、6年提高8.63%、22.13%、49.13%，處理間差異顯著。表明馬鈴薯連作年限過長將會使土壤環(huán)境惡化，影響馬鈴薯的正常生長，產(chǎn)生連作障礙。

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