馬鈴薯不同連作年限對其產(chǎn)量及土壤微生物的影響

張筱葉

馬鈴薯不同連作年限對其產(chǎn)量及土壤微生物的影響

張筱葉

（永登縣農(nóng)業(yè)技術推廣中心甘肅蘭州730300）

本實驗以蘭州市永登縣中堡鎮(zhèn)水地馬鈴薯連作0年、1年、3年、5年的土樣為對象，旨在探究馬鈴薯連作年限對土壤中微生物種群及馬鈴薯產(chǎn)量的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：連作年限越高，土壤中的微生物總量越低。其中，真菌比例大幅提高，放線菌比例稍微提高，而細菌比例大幅降低；好氣性纖維素分解菌、氨化細菌、自生固氮細菌的數(shù)量逐步下降，而亞硝酸細菌的數(shù)量大幅增加。結果表明：長期連作會使地力衰竭，土壤有機質(zhì)含量降低，植被獲取營養(yǎng)受限，還會使土壤生態(tài)系統(tǒng)的氮素循環(huán)失調(diào)，對馬鈴薯的產(chǎn)量造成一定的影響。

馬鈴薯；連作年限；微生物區(qū)系；產(chǎn)量

馬鈴薯具有營養(yǎng)豐富、用途廣泛、生育期短、產(chǎn)量高、抗逆性強、經(jīng)濟效益好的特點。近年來我國大力發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)，馬鈴薯種植面積逐年擴大。而作物連作通常會造成土壤肥力、微生物種群、理化性質(zhì)等發(fā)生變化，無法給作物提供充足的養(yǎng)分，從而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)。究其具體原因，主要是連作導致土壤肥力下降，植物根系分泌物的自毒作用，以及病原微生物數(shù)量增多導致植物出現(xiàn)病蟲害[1]。

土壤微生物是指生活在土壤中的微生物，其數(shù)量龐大、種類繁多，可以起到改良土壤結構、促進土壤中有機物質(zhì)分解、調(diào)節(jié)植物生長、分解有害物質(zhì)等作用，對土壤的形成發(fā)育、物質(zhì)循環(huán)和肥力演變等均有重要影響[2]。作物連作對土壤微生物影響較大，而土壤微生物群落的結構組成和多樣性直接關系到土壤對植物的養(yǎng)分供給能力。土壤微生物群落結構越復雜，越有助于土壤生態(tài)功能的穩(wěn)定發(fā)揮，而土壤生態(tài)功能越強，則越有助于土壤抵御外界環(huán)境的變化，進而維持向植物提供營養(yǎng)元素、生長物質(zhì)，調(diào)控植物生長的能力。因而土壤微生物的數(shù)量變化和比例失調(diào)，可能破壞微生物群落結構，導致土壤質(zhì)量下降，進而作物減產(chǎn)。

因此，維持土壤微生物的數(shù)量與結構穩(wěn)定對提高土壤肥力，保證植物的養(yǎng)分供應至關重要。本研究分析馬鈴薯連作對土壤中主要微生物及微生物主要生理類群的數(shù)量產(chǎn)生的影響，以期為實現(xiàn)科學的土壤管理、增加作物產(chǎn)量提供指導。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

土樣采自蘭州市永登縣中堡鎮(zhèn)水地，中堡鎮(zhèn)位于永登縣西北部，總土地面積為20.1萬畝，耕地面積2.98萬畝，年均降雨量320 mm，年均氣溫5 ℃，全年無霜期113 d，平均海拔2 400 m。土壤為黃綿土，土質(zhì)綿軟，土層深厚，質(zhì)地均勻。

選擇該地同一區(qū)域內(nèi)灌溉和施肥條件相近，迎茬以及連作年限分別為1年、3年、5年的馬鈴薯地塊，采用5點取樣法，采集0 cm～20 cm根區(qū)耕層土壤，在4 ℃下保存鮮樣。將采集的4種土樣作為研究材料，測定不同種類微生物數(shù)量。

1.2 微生物測定

土壤微生物區(qū)系分析采用稀釋平板法。先依次稱取相當于10 g干土質(zhì)量的4種新鮮土樣，放入裝有100 mL無菌水的三角瓶中，并做好標記。以180 次/min振蕩10 min，使土樣與水充分混合，將細胞分散，然后在4 ℃條件下靜置5 min。吸取上層1 mL土壤懸濁液注入盛有9 mL無菌水的試管中，吹吸3次，振蕩混勻；后再用同一支1 mL吸頭，從該試管中吸取1 mL土壤懸浮液注入另一盛有9 mL無菌水的試管中（稀釋度為10-3），混勻；以此類推，依次制成稀釋度為10-4、10-5、10-6的土壤懸濁液。分別用1 mL無菌滴管吸取200 μL不同濃度的土壤懸濁液，滴加到培養(yǎng)基表面，用玻璃刮鏟均勻涂板。涂布時按濃度由低到高，動作要輕，可邊轉動皿底邊涂布，直至涂布均勻。細菌、真菌及放線菌分別用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基、改良高氏1號培養(yǎng)基培養(yǎng)，每一稀釋度設3個重復。好氣性纖維素分解菌采用土粒法，用赫奇遜（Hutchinson）氏培養(yǎng)基培養(yǎng)，每一處理設3個重復；自生固氮菌采用稀釋頻度法，用阿須貝（Ashdy）氏無氮培養(yǎng)基培養(yǎng)，每一處理設5個重復。

上述培養(yǎng)基接種后，將平板倒置于25 ℃～30 ℃溫箱內(nèi)培養(yǎng)5 d～15 d，之后統(tǒng)計每個平板長出的菌落數(shù)，進而計算每克干土中的各類微生物數(shù)量。氨化細菌用蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)，選用土壤稀釋度為10-4、10-5、10-6，各吸取200 μL土壤懸濁液滴加到培養(yǎng)基表面，用玻璃刮鏟均勻涂板，每一稀釋度設3個重復，置于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 d后統(tǒng)計菌落數(shù)[3]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（v 2.00）進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯連作對土壤微生物區(qū)系的影響

表1馬鈴薯不同連作年限土壤中微生物區(qū)系變化

連作年限細菌/×105cfu·g-1真菌/×103cfu·g-1放線菌/×105cfu·g-1微生物總量/×103cfu·g-1 08243129 443 1665497 654 3238352 883 51611442 114

表2馬鈴薯不同連作年限土壤中主要微生物的比例

連作年限細菌真菌放線菌 086.8%0.45%12.7% 186.2%0.70%11.8% 377.9%2.81%16.9% 571.1%5.07%18.0%

表3不同連作年限與迎茬相比土壤主要微生物相對含量變化

連作年限細菌真菌放線菌 1-19.5%25.6%-25.0% 3-72.0%93.0%-58.3% 5-80.4%165.1%-66.6%

根據(jù)表1～表3可知，連作年限越長，土壤中的微生物總數(shù)越少，細菌、放線菌總數(shù)逐年下降，真菌總數(shù)則呈上升趨勢。土壤中細菌比例隨連作年限的升高而下降，放線菌比例總體呈上升趨勢，真菌比例則大幅增加，由迎茬的0.45%到連作5年的5.07%，增加了10倍。同時，與迎茬土壤相比，馬鈴薯連作年限越高，土壤中細菌、放線菌的含量越低，真菌的含量則大幅增加。連作5年后細菌、放線菌含量分別下降了80.4%、66.6%，真菌含量卻上升了165.12%。雖然真菌在土壤中所占的比例低于細菌，但真菌增長的趨勢卻是最明顯的，表明連作不但會使土壤微生物總量降低，還會導致土壤中細菌含量降低，真菌的含量與比例大幅上升。而細菌在分解有機物質(zhì)，為植物提供有效養(yǎng)分方面起著較為重要的作用，因此，真菌型土壤的肥力一般不及細菌型土壤。

2.2 馬鈴薯連作對土壤微生物主要生理種群的影響

表4土壤中的微生物主要生理類群在連作下的數(shù)量變化

連作年限好氣性纖維素分解菌亞硝酸細菌氨化細菌自生固氮細菌/×103cfu·g-1/×102cfu·g-1/×105cfu·g-1/×105cfu·g-1 056a26A154A22A 144a33B148A19A 332a87B124B15B 528b122B108B8B

表5不同連作年限與迎茬土壤微生物主要生理類群相對數(shù)量變化

連作年限好氣性纖維素分解菌亞硝酸細菌氨化細菌自生固氮細菌 1-21.40%27.00%-3.89%-13.63% 3-42.86%234.6%-19.48%-31.81% 5-50.00%369.2%-29.87%-63.63%

根據(jù)表4和表5可知，隨著馬鈴薯連作年限的增加，土壤中好氣性纖維素分解菌數(shù)量逐漸下降。迎茬與連作5年的土壤中好氣性纖維素分解菌含量差異達顯著水平，連作年限越長，好氣性纖維素分解菌的含量與迎茬相比下降的比例越大，由連作1年的下降21.40%到連作5年的下降50.00%，可見連作不利于土壤中好氣性纖維素分解菌的生長和繁殖。好氣性纖維素分解菌與土壤有機質(zhì)積累息息相關，其含量降低影響土壤有機質(zhì)形成。

此外，隨著馬鈴薯連作年限的增加，土壤中氨化細菌、自生固氮細菌數(shù)量逐漸下降，而亞硝酸細菌的數(shù)量大幅上升。與迎茬相比，連作1年、3年和5年的土壤中亞硝酸細菌的含量差異明顯，特別是連作3年和連作5年的土壤中，亞硝酸細菌含量大幅提升。其中，連作5年的土壤中亞硝酸細菌含量與迎茬相比提升了約2.7倍。這是土壤中氮肥損失的一個信號，因為亞硝酸細菌的動態(tài)變化可以反映硝化作用的進行狀況，而硝化作用活躍會造成土壤氮肥損失。迎茬與連作3年和連作5年的土壤中氨化細菌和自生固氮細菌的含量差異達極顯著水平，氨化細菌、自生固氮細菌含量與迎茬相比下降的比例也隨著馬鈴薯連作年限的增加逐漸增大，其中氨化細菌含量下降的趨勢稍小于自生固氮細菌。隨著連作年限增加至5年，氨化細菌、自生固氮細菌含量與迎茬相比分別下降了29.87%、63.63%，這兩種細菌的含量降低，則土壤微生物的固氮效率降低，而土壤微生物固氮效率的高低直接影響植物能否健康生長。

2.3 連作對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

圖1　馬鈴薯連作產(chǎn)量變化

由圖1可以看出，按照馬鈴薯產(chǎn)量大小排序，連作5年＜連作3年＜連作1年＜迎茬。迎茬的馬鈴薯產(chǎn)量最高，達41 230 kg/hm2；連作年限越長，馬鈴薯產(chǎn)量越低。與迎茬相比，連作1年的馬鈴薯產(chǎn)量僅下降了2.3%，連作3年的產(chǎn)量下降了15.1%，連作5年的產(chǎn)量下降幅度最大，達34.9%。連作年限越長的土地，馬鈴薯產(chǎn)量的下降幅度越大，由上文分析可知，其原因可能是連作使得土壤微生物種類和數(shù)量發(fā)生變化，土壤供給植物正常生長發(fā)育的營養(yǎng)物質(zhì)減少，導致作物產(chǎn)量不斷下降。

3 結論與討論

通過對馬鈴薯不同連作年限土壤的分析可知，隨著馬鈴薯連作年限增加，土壤中的真菌數(shù)量和比例均大幅提高，放線菌比例也隨之升高，但細菌數(shù)量與比例出現(xiàn)一定程度的下降，這三類微生物的比例變化差異明顯。土壤中細菌含量越高，各種有機物質(zhì)的分解越旺盛，越有助于土壤的物質(zhì)轉化，提高土壤肥力。連作導致細菌數(shù)量減少、真菌數(shù)量增多，說明土壤由細菌型轉變?yōu)檎婢?，可提供給植物的養(yǎng)分減少，地力逐漸衰竭。

進入土壤中的有機殘體只有經(jīng)過土壤微生物的作用，才能被分解，釋放出營養(yǎng)元素，供作物利用，并形成腐殖質(zhì)，改善土壤的結構和耕性。好氣性纖維素分解菌參與土壤中有機殘體的分解過程，其數(shù)量越多，有機殘體分解的速度和程度越高，有助于土壤有機質(zhì)的形成與積累。同時好氣性纖維素分解菌作為土壤中主要的碳素轉化菌，參與土壤碳素循環(huán)，能分解土壤中的纖維素，提供碳源給自生固氮細菌，增加土壤中自生固氮細菌的含量。連作狀態(tài)下，好氣性纖維素分解菌的含量下降明顯，連作5年與迎茬相比其含量降低了50%。顯然，連作影響土壤中自生固氮細菌的數(shù)量，導致土壤碳素循環(huán)失調(diào)，土壤有機質(zhì)含量降低，可供植物正常生長的營養(yǎng)物質(zhì)含量下降，從而導致植物生長狀況出現(xiàn)異常。

土壤氮素循環(huán)是將土壤中的含氮有機物轉化為可被植物吸收利用的氨和銨鹽類物質(zhì)。氨化細菌、自生固氮細菌、亞硝酸細菌都參與土壤氮素循環(huán)，在含氮有機物的分解轉化中作用明顯，與土壤氮素積累和轉化密切相關，土壤中這幾類微生物的含量可以反映土壤有效氮的供應狀況。在氮素循環(huán)中，三者直接參與有機氮、無機氮的轉化過程，氨化細菌可以進行氨化作用，將土壤中的有機氮化合物轉化為氨態(tài)氮。自生固氮細菌是能夠將空氣中的分子態(tài)氮固定，轉化為作物可以直接吸收的氮素的一類細菌；亞硝酸細菌能進行硝化作用，將氨氧化成亞硝酸，會減少土壤中的氨態(tài)氮。長期連作，氨化細菌、自生固氮細菌含量下降，土壤有效氮的供應能力下降，氮素循環(huán)受到阻礙，而亞硝酸細菌的含量上升，硝化作用加劇，進一步降低了土壤的供氮能力，降低了土壤中氮素的利用率，植物所需氮素供應不足，植物的正常生長發(fā)育受到阻礙，導致產(chǎn)量下降。

長期連作會使地力衰竭，土壤有機質(zhì)含量降低，肥力下降，植被營養(yǎng)獲取受限，還會使土壤生態(tài)系統(tǒng)的氮素循環(huán)失衡，植物氮素供應不足，同時造成土壤微生物種群結構失調(diào)，土壤生態(tài)功能下降，有害物質(zhì)含量增加，無法保證馬鈴薯的品質(zhì)和產(chǎn)量。種植馬鈴薯時，應避免長期連作，選擇與玉米、小麥等植物輪作，播種前對土壤中營養(yǎng)元素的盈缺進行定性定量的測定，制定合理的施肥制度，施用有機肥，補充土壤肥力，從而提高產(chǎn)量。

[1]裴國平,王蒂,張俊蓮.馬鈴薯連作障礙產(chǎn)生的原因與防治措施[J].廣東農(nóng)業(yè)科學,2010(6):30-32.

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10.3969/j.issn.2095-1205.2022.04.08

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2095-1205(2022)04-24-03