栽培模式對(duì)甘肅旱區(qū)胡麻地土壤酶活性及胡麻 產(chǎn)量的影響

陳軍 王立光 葉春雷 李進(jìn)京 歐巧明 羅俊杰

摘要：采用定位試驗(yàn)，研究不同栽培模式對(duì)胡麻土壤酶活性及產(chǎn)量變化特征的影響。結(jié)果表明，在0～20 cm耕作層，胡麻與小麥輪作、胡麻連作、胡麻與小麥間作模式下土壤蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶活性變化規(guī)律具有明顯的相似性，蔗糖酶活性不斷增加，脲酶、過(guò)氧化氫酶活性先降低后增加，堿性磷酸酶活性略有所不同；在20～40 cm亞土層，胡麻與小麥輪作、胡麻連作、胡麻與小麥間作模式下的土壤脲酶活性變化規(guī)律具有明顯的相似性，其余3種酶活性變化規(guī)律發(fā)生改變，說(shuō)明深層土壤酶活性受到外因的干擾增多。合理的作物種植模式可以明顯影響作物的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成，輪作制度有效的緩解了胡麻連作帶來(lái)的連作危害，而間作處理在一定程度上打破了連作可能帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)，但是效果有限。

關(guān)鍵詞：栽培模式；胡麻；土壤酶活性；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S563.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-1463（2018）05-0042-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2018.05.014

Effects of Cultivation Patterns on Yield and Soil Enzyme Activities in Flax Field in Arid Area in Gansu

CHEN Jun， WANG Liguang， YE Chunlei， LI Jinjing， OU Qiaoming， LUO Junjie

（Institute of Biotechnology， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：Using the method of location test， the effects of different cultivation patterns on the soil enzyme activities and yield variation characteristics of flax were studied. The results show that the changes of sucrase， urease and catalase activities under the pattern of flax-wheat crop rotation （T1）， flax continuous cropping （T2） and flax-wheat intercropping（T3） were obviously similar， the activity of sucrase was increased， the activities of urease and catalase decreased at first and then increased， and the activity of alkaline phosphatase was slightly different in 0～20 cm tillage layer. The changes of urease activity under the pattern of T1， T2 and T3 had obvious similarities， and the changes of the activities of the other three enzymes began to vary， indicating that the soil enzyme activity in deep soil was increased by the interference of external factors in 20～40 cm Sub-layer. The reasonable cropping patterns can significantly affect crop yield and yield composition， the crop rotation system effectively mitigated the continuous cropping hazards caused by continuous cropping of flax， while the intercropping treatment broke the negative effect possibly caused by continuous cropping to a certain extent， but the effect was limited， and the correlation between the two needs to be further studied.

Key words：Cultivation pattern；Flax；Soil enzyme activity；Yield

輪作利用不同作物對(duì)養(yǎng)分的需求不同進(jìn)而改變土壤微生態(tài)位變化，連作通過(guò)影響作物生理變化來(lái)抑制作物生長(zhǎng)；間作利用生物多樣性來(lái)改變土壤與作物間的微生態(tài)關(guān)系，進(jìn)而改善土壤環(huán) 境[1 - 2 ]。研究表明，3種栽培模式均與土壤酶活性變化息息相關(guān)，目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一就是栽培模式與土壤酶活性間的作用機(jī)制及效應(yīng)應(yīng)答。

土壤酶是研究土壤特征變化最活躍的因子之一，它直接參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分釋放和固定過(guò)程，是作物、微生物相互作用，調(diào)節(jié)土壤代謝微動(dòng)態(tài)變化的關(guān)鍵。近年來(lái)，有關(guān)土壤酶活性方面的研究主要集中在農(nóng)田、森林以及沙漠化生態(tài)系統(tǒng)，酶活性、土壤養(yǎng)分及碳氮磷循環(huán)、土壤微生物區(qū)系、環(huán)境因子方面的基礎(chǔ)研究依然是目前國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)問(wèn)題[3 - 4 ]。王理德等[5 ]認(rèn)為土壤酶的空間分布特征具有明顯的規(guī)律性，且酶活性受季節(jié)變化影響較大。劉捷豹等[6 ]認(rèn)為土壤養(yǎng)分的變化會(huì)改變土壤酶的活性和穩(wěn)定性。Jiang Y等[7 ]、Zornoza R等[8 ]研究表明，土壤酶活性在作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量方面均具有重要的影響。盡管在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤酶活性方面的研究報(bào)道較多，但是涉及到胡麻栽培制度更替，影響胡麻產(chǎn)量及根際土壤微生態(tài)位變化特征方面的報(bào)道較少，特別是針對(duì)胡麻的輪作、連作和間作模式所引起的土壤酶活性及養(yǎng)分變化方面的研究未見(jiàn)報(bào)道。我們?cè)诟拭C中部高寒旱作區(qū)通過(guò)田間試驗(yàn)，研究了胡麻不同栽培方式對(duì)土壤酶活性及產(chǎn)量變化特征影響，為消減胡麻連作障礙提供理論依據(jù)和實(shí)踐探索。

1 材料與方法

1.1 供試材料

指示胡麻品種為隴亞10號(hào)，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所提供。酶標(biāo)儀為DNM-9602G型酶標(biāo)分析儀（江西真昕醫(yī)療器戒有限公司）。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在甘肅省榆中縣良種場(chǎng)（N 35° 50′36.06″，E 104° 06′ 35.27″），海拔1 600 m，年均降水量450 mm，蒸發(fā)量1 400～1 450 mm，年平均氣溫6.6 ℃，≥10 ℃有效積溫2 625 ℃，無(wú)霜期138 d，屬于黃土高原丘陵溝壑半干旱高寒區(qū)。試驗(yàn)地土壤為黃綿土，有灌溉條件，胡麻生育期可充分灌溉2次，每次灌水2 250～2 700 m3/hm2。

1.3 試驗(yàn)方法

在2015年試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)置定位試驗(yàn)。隨機(jī)區(qū)組排列，共設(shè)3個(gè)處理，T1為胡麻與小麥輪作（前茬小麥）；T2為胡麻連作；T3為胡麻與小麥間作，3次重復(fù)。小區(qū)面積27.0 m2（6.0 m×4.5 m）；各小區(qū)間由寬60 cm、高50 cm的土埂分隔，以阻止小區(qū)間土壤養(yǎng)分、酶類、微生物等的交流。試驗(yàn)地從2015年年初種植前統(tǒng)一施N 60 kg/hm2、P2O5 60 kg/hm2、腐熟農(nóng)家肥15 000 kg/hm2，作為生長(zhǎng)時(shí)期不施用任何肥料，其他管理與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.4 分析與測(cè)定

在胡麻樅形期、盛花期、碩果期分別取耕作層（0～20 cm）、亞土層（20～40 cm）2個(gè)土層梯度的土壤樣品。每小區(qū)5個(gè)采樣點(diǎn)，土層分別采取植株垂直下方土壤約1 000 g，將新鮮土樣過(guò) 0.2 mm 篩，其中用于土壤酶活性測(cè)定的樣品于 4 ℃保存。

在胡麻工藝成熟期，每小區(qū)隨機(jī)選取15株考種，測(cè)定株高、工藝長(zhǎng)、分莖數(shù)、主莖分枝數(shù)、有效果數(shù)、單果粒數(shù)、單株產(chǎn)量和千粒重，按小區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。

測(cè)定土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性。其中土壤脲酶活性用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，以每克土24 h產(chǎn)生的NH3-N 毫克數(shù)表示；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，以每克土24 h 產(chǎn)生的酚毫克數(shù)表示；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以每克土24 h 產(chǎn)生的葡萄糖毫克數(shù)表示；土壤過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，以每克土消耗0.1 mol/L KMnO4毫升數(shù)表示[9 - 11 ]。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖分別采用SPSS 20.0和Excel 2010軟件。數(shù)據(jù)采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和鄧肯氏新復(fù)極差檢驗(yàn)法（DMRT法）進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)（α= 0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分變化特征

由表1可以看出，各處理的有機(jī)質(zhì)、pH及全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)較上年有輕微的下降，而有效態(tài)N、P、K質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較大；T1、T2、T3處理有效磷、堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較上年均有所增加。速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)T1處理增加，T2、T3處理降低，可能原因是輪作、連作和間作模式對(duì)土壤N、P、K有效態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)循環(huán)的響應(yīng)不同。

2.2 不同種植模式下耕作層（0～20 cm）土壤酶活性動(dòng)態(tài)變化

從圖1可以看出，T1、T2、T3處理隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移，其蔗糖酶活性不斷增加，在碩果期各處理均達(dá)到最大，其中T3處理最大，為76.9 mg/（g·d）。脲酶活性T1、T2、T3處理隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移先降低后增加，在盛花期降到最低，且T3 < T2 < T1，原因是盛花期胡麻主要進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，生長(zhǎng)旺盛，需要大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入供籽粒發(fā)育，出現(xiàn)了作物與微生物爭(zhēng)奪氮素營(yíng)養(yǎng)的局面，從而抑制了土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，此時(shí)的脲酶活性受到抑制，造成土壤脲酶活性降低。堿性磷酸酶酶活性T2處理隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移持續(xù)增加，T1、T3處理先增加后降低，其中T1處理從盛花期到碩果期酶活性變化幅度較小。過(guò)氧化氫酶活性T1、T2、T3處理隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移先降低后增加，其中T1處理在盛花期酶活性最小，為0.3 mg/（g·h）。總體來(lái)看，在0～20 cm耕作層，3種栽培模式處理下的蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶活性變化規(guī)律具有明顯的相似性，堿性磷酸酶活性略有所不同，說(shuō)明耕作層土壤酶活性變化較穩(wěn)定，受環(huán)境因子的影響較小。

2.3 不同種植模式下亞土層（20～40 cm）土壤酶活性動(dòng)態(tài)變化

從圖2可以看出，蔗糖酶活性處理T2隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移不斷增加，T1處理先增加后緩慢降低，T3處理先降低后逐漸增加。脲酶活性T1、T2、T3處理隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移先降低后增加，在盛花期降到最低，且T3 < T1 < T2。堿性磷酸酶活性T1、T2處理隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移先平穩(wěn)增加后降低，T3持續(xù)降低。過(guò)氧化氫酶T2、T3處理隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移其酶活性先降低后增加，T1持續(xù)降低?？傮w來(lái)看，在20～40 cm土層，3種栽培模式處理下的脲酶活性變化規(guī)律具有明顯的相似性，其余3種酶的活性變化規(guī)律開(kāi)始改變，說(shuō)明深層土壤酶活性受到外因的干擾增多。

2.4 胡麻主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量

由表2可以看出，T1處理的有效分莖數(shù)、分枝數(shù)、單株產(chǎn)量等主要農(nóng)藝性狀與T2處理差異顯著，T2、T3處理間差異不顯著，說(shuō)明輪作在影響胡麻產(chǎn)量構(gòu)成方面的效果要優(yōu)于間作、連作處理。輪作和間作胡麻產(chǎn)量均高于連作?？傊侠淼淖魑锓N植模式可以明顯影響作物的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成，輪作制度有效的緩解了胡麻連作帶來(lái)的連作危害，而間作處理在一定程度上打破了連作可能帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)，但是效果有限，其中的相關(guān)聯(lián)系還有待進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)與討論

輪作在一定程度上可以均衡土壤養(yǎng)分，是利用不同作物對(duì)養(yǎng)分的需求不同進(jìn)而改變土壤微生態(tài)位變化，董艷等[12 ]的試驗(yàn)對(duì)此也有所證明；連作是典型的土壤—植物負(fù)反饋現(xiàn)象，通過(guò)影響作物的營(yíng)養(yǎng)吸收、光合作用、酶活性等生理過(guò)程而抑制作物生長(zhǎng)；間作也是利用生物多樣性來(lái)改變土壤與作物間的微生態(tài)關(guān)系，進(jìn)而促進(jìn)作物產(chǎn)量的提升，該結(jié)論董艷等[13 ]、王文嬌等[14 ]的試驗(yàn)結(jié)論均有所提及。我們的試驗(yàn)證明，3種栽培模式可以引起土壤酶活性的較大改變。一方面是因?yàn)椴煌N植制度在作物生長(zhǎng)不同生育階段改變了其根系分泌物的數(shù)量和種類、微生物區(qū)系環(huán)境差異所致；另一方面，不同種植制度打破了單一作物生長(zhǎng)的微環(huán)境，使其物質(zhì)流、能量流在土壤、微生物、作物間相互競(jìng)爭(zhēng)和相互交流，進(jìn)而使土壤酶活性出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而達(dá)到某種平衡以適應(yīng)生長(zhǎng)。

蔗糖酶為植物的生長(zhǎng)和發(fā)育提供碳源和能源，是植物體內(nèi)碳水化合物代謝中的關(guān)鍵酶[15 ]。蔗糖酶活性在胡麻與小麥輪作、胡麻連作、胡麻與小麥間作模式下隨生長(zhǎng)變化不斷增加，其中胡麻與小麥間作在樅形期到盛花期蔗糖酶活性增勢(shì)減緩，可能原因是間作模式中小麥快速生長(zhǎng)影響到土壤中碳循環(huán)利用。脲酶活性常用于表征土壤的氮素情況，并能間接反映出土壤的生產(chǎn)力[16 ]。脲酶活性在胡麻與小麥輪作、胡麻連作、胡麻與小麥間作模式下隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移先降低后增加，在盛花期降到最低，分析原因是盛花期胡麻主要進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，需要大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入供籽粒發(fā)育，出現(xiàn)作物與微生物爭(zhēng)奪氮素營(yíng)養(yǎng)的局面，此時(shí)的脲酶活性受到抑制，造成土壤脲酶活性降低。堿性磷酸酶主要參與含磷化合物的合成及土壤磷素循環(huán)。堿性磷酸酶活性在胡麻連作模式下隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移持續(xù)增加，在胡麻與小麥輪作、胡麻與小麥間作模式下先增加后降低；過(guò)氧化氫酶酶活性用于表征土壤生物氧化過(guò)程的強(qiáng)弱。過(guò)氧化氫酶活性在胡麻與小麥輪作、胡麻連作、胡麻與小麥間作模式下均隨生長(zhǎng)時(shí)間的推移先降低后增加。

合理的作物種植模式可以明顯影響作物的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成[22 - 23 ]，輪作制度有效的緩解了胡麻連作帶來(lái)的連作危害，而間作處理在一定程度上打破了連作可能帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)，但是效果有限，其中的相關(guān)聯(lián)系還有待進(jìn)一步研究。

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（本文責(zé)編：陳 偉）