不同連作年限煙田土壤酶活性及養(yǎng)分含量變化

陳繼峰,孫 會(huì),夏 陽(yáng),蔡凱旋,劉洪源,趙松輝,李遠(yuǎn)遠(yuǎn),鄭亞楠,郭瑞亮

(1.鄭州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河南 鄭州450001; 2.平頂山市煙草公司葉縣分公司,河南 葉縣 467200;3.鄭州大學(xué) 遠(yuǎn)程教育學(xué)院,河南 鄭州450001; 4.國(guó)家電網(wǎng)河南省電力公司,河南 鄭州450018)

不同連作年限煙田土壤酶活性及養(yǎng)分含量變化

陳繼峰1,孫 會(huì)1,夏 陽(yáng)2,蔡凱旋1,劉洪源3,趙松輝1,李遠(yuǎn)遠(yuǎn)1,鄭亞楠4,郭瑞亮1

(1.鄭州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河南 鄭州450001; 2.平頂山市煙草公司葉縣分公司,河南 葉縣 467200;3.鄭州大學(xué) 遠(yuǎn)程教育學(xué)院,河南 鄭州450001; 4.國(guó)家電網(wǎng)河南省電力公司,河南 鄭州450018)

為了探討河南省連作煙田主要肥力指標(biāo)隨連作年限的變化情況,對(duì)有代表性的5個(gè)植煙區(qū)(郟縣、召陵區(qū)、方城縣、襄城縣、嵩縣)不同連作年限土壤主要酶(蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶、酸性磷酸酶)活性、pH值及有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明, 大部分植煙區(qū),蔗糖酶、脲酶活性在連作2 a時(shí)有所上升,之后隨連作年限的增加而呈下降趨勢(shì),有一些地區(qū)隨連作年限的增加而直接降低;過(guò)氧化氫酶活性在連作2 a時(shí)有所上升,之后隨連作年限的增加而呈下降趨勢(shì),連作3 a后趨于穩(wěn)定;總體上,酸性磷酸酶活性在連作3 a之內(nèi)隨連作年限增加逐漸下降,之后趨于穩(wěn)定。除方城縣外,其余縣(區(qū))煙田土壤pH 值總體均隨著連作年限增加而降低,介于5.6～6.6。隨連作年限增加,郟縣、嵩縣煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量呈降低趨勢(shì),方城縣、襄城縣變化不明顯,召陵區(qū)呈先降低后升高趨勢(shì);全氮含量在多數(shù)地區(qū)(郟縣、襄城縣、嵩縣)呈降低趨勢(shì),召陵區(qū)呈先降低后升高趨勢(shì),方城縣呈升高趨勢(shì); 召陵區(qū)、嵩縣煙田土壤速效磷含量先稍微下降后升高,郟縣呈先升高后降低趨勢(shì),方城縣和襄城縣無(wú)明顯變化;速效鉀含量在各個(gè)地區(qū)的變化規(guī)律不同。綜上,河南各地連作煙田主要酶活性和養(yǎng)分指標(biāo)隨連作年限變化有一定的規(guī)律,但并非完全一致。說(shuō)明立地條件、農(nóng)事活動(dòng)對(duì)土壤中主要酶活性、pH值、有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀含量均有影響。因此,解決煙草連作障礙問(wèn)題,需要針對(duì)不同地區(qū)采取不同的措施。

烤煙; 連作; 土壤養(yǎng)分; 酶活性; 河南省

河南省是我國(guó)重要的煙草種植省份之一,由于可供輪作的土地資源有限,煙田輪作倒茬難度大,連作和套作難以杜絕,煙草連作障礙問(wèn)題較嚴(yán)重[1],主要表現(xiàn)在土傳病害危害程度增加、生長(zhǎng)發(fā)育受阻、產(chǎn)量和品質(zhì)下降等[2-6]。土壤養(yǎng)分虧缺或失衡、有害微生物大量繁殖、根系分泌物及前茬作物殘留物毒害是連作障礙產(chǎn)生的重要原因。目前,關(guān)于煙草連作障礙問(wèn)題的研究大多集中于某一地區(qū)或小范圍的試驗(yàn)[7-13],很少在煙草種植的較大范圍內(nèi)進(jìn)行探究。為此,對(duì)河南省不同煙草主產(chǎn)區(qū)不同連作年限煙田進(jìn)行土樣采集,研究能衡量土壤肥力的主要酶活性及土壤養(yǎng)分含量變化,以期為解決河南省煙草連作障礙問(wèn)題提供決策依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 土樣采集

于2013年10月和2014年10月連續(xù)2 a,在具有代表性的河南省煙草種植區(qū)平頂山市郟縣、漯河市召陵區(qū)、南陽(yáng)市方城縣、許昌市襄城縣、洛陽(yáng)市嵩縣,采集不同連作年限煙田土壤。土樣采樣方法:首先略去地表浮土,采用5點(diǎn)取樣法用滅菌鏟采集煙草根際周?chē)?～20 cm土壤,每個(gè)煙田取5個(gè)土壤樣品的混合土樣約1 kg,用于煙田土壤酶活性及養(yǎng)分含量測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 土壤酶活性 蔗糖酶活性使用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定,脲酶活性使用苯酸鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定,過(guò)氧化氫酶活性使用高錳酸鉀滴定法測(cè)定,酸性磷酸酶活性使用趙蘭坡等[14]的方法測(cè)定。

1.2.2 土壤養(yǎng)分含量 pH值使用pH計(jì)測(cè)定,有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定,土壤全氮含量使用凱氏定氮法測(cè)定,速效磷含量使用鉬藍(lán)比色法測(cè)定,速效鉀含量使用火焰光度計(jì)法測(cè)定[15]。

1.3 數(shù)據(jù)分析與圖表制作

使用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限煙田土壤酶活性變化

2.1.1 蔗糖酶 蔗糖酶可將土壤中的蔗糖通過(guò)水解作用降解為果糖和葡萄糖,是土壤腐殖質(zhì)分解、土壤能量轉(zhuǎn)化的重要酶類(lèi)。由圖1可知,在5個(gè)縣(區(qū))煙田土壤中,蔗糖酶活性不同,召陵區(qū)土樣中最高而嵩縣最低?？傮w上,召陵區(qū)、方城縣、嵩縣3個(gè)縣(區(qū))煙田土壤中蔗糖酶活性均隨著連作年限的增加而降低;郟縣、襄城縣煙田土壤中蔗糖酶活性在連作2 a時(shí)略有升高,然后呈下降趨勢(shì)。

圖1 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤蔗糖酶活性變化

2.1.2 脲酶 脲酶是影響煙草植株生長(zhǎng)勢(shì)態(tài)的重要酶類(lèi),它分解產(chǎn)生的氨類(lèi)是煙草生長(zhǎng)所必需的氮源,對(duì)煙草植株長(zhǎng)勢(shì)及其葉片大小起重要作用。從圖2可以看出,在5個(gè)縣(區(qū))中,郟縣、召陵區(qū)和襄城縣煙田土壤中脲酶活性變化規(guī)律較為一致,即連作前2 a煙田土壤脲酶活性呈緩慢上升趨勢(shì),連作2 a后開(kāi)始呈下降趨勢(shì);而在方城縣和嵩縣,煙田土壤脲酶活性則隨連作年限的增加而呈下降趨勢(shì)?？傊?煙草連作年限超過(guò)2 a后,隨著連作年限的增加,煙田土壤脲酶活性呈下降趨勢(shì)。

圖2 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤脲酶活性變化

2.1.3 過(guò)氧化氫酶 過(guò)氧化氫酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量、微生物數(shù)量有關(guān)。過(guò)氧化氫酶可以催化土壤中有機(jī)物質(zhì)分解。由圖3可知,當(dāng)煙草連作年限為2 a時(shí),煙田土壤過(guò)氧化氫酶活性出現(xiàn)上升趨勢(shì)(方城縣除外);而在連作年限超過(guò)2 a之后,煙田土壤過(guò)氧化氫酶活性隨連作年限的增加先稍微下降后趨于平穩(wěn)?？傮w上,郟縣、召陵區(qū)、方城縣、襄城縣煙田土壤中脲酶活性相近,嵩縣煙田土壤中脲酶活性最高。

圖3 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤過(guò)氧化氫酶活性變化

2.1.4 酸性磷酸酶 磷酸酶活性是評(píng)價(jià)土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向與強(qiáng)度的指標(biāo)。土壤中的磷酸酶主要分為3大類(lèi),即酸性磷酸酶、中性磷酸酶和堿性磷酸酶。因測(cè)定煙田的pH 值偏酸,故分析土樣中的酸性磷酸酶活性。由圖4可知,在5個(gè)縣(區(qū))煙田土壤中酸性磷酸酶活性的變化規(guī)律總體為:連作3 a之內(nèi),煙田土壤酸性磷酸酶活性隨著連作年限增加而明顯降低;連作3 a以上時(shí),各地?zé)熖锿寥浪嵝粤姿崦富钚噪S著連作年限增加變化不同,或升高或降低。其中,召陵區(qū)缺少連作3 a土樣,但連作5 a的土樣中酸性磷酸酶活性與連作2 a的差異不明顯。

圖4 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤酸性磷酸酶活性變化

2.2 不同連作年限煙田土壤養(yǎng)分含量變化

2.2.1 pH值 由圖5可見(jiàn),在5個(gè)縣(區(qū))煙田連作土壤樣品中,pH值變化范圍不大。種植第1年時(shí)各地的pH值介于5.8～6.6;在連作 2 a時(shí),郟縣、召陵區(qū)、方城縣土壤pH 值稍有上升,而襄城縣、嵩縣土壤pH值則下降,但下降幅度不大;之后,除方城縣外,其余縣(區(qū))煙田連作土壤pH 值均隨著連作年限增加而降低,但降低幅度不大。與種植1 a煙田土壤相比,郟縣連作8 a土壤pH值僅下降了4.12%,召陵區(qū)連作5 a土壤pH值僅下降了2.31%,襄城縣連作4 a土壤pH值下降了2.09%?？傊?連作煙田土壤pH值隨連作年限增加總體呈下降趨勢(shì),但下降幅度不大,連作3 a以上時(shí)保持在5.6～6.4。

圖5 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤pH變化

2.2.2 有機(jī)質(zhì) 由圖6可以看出,隨連作年限的增加,不同縣(區(qū))煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量變化因地而異。方城縣和襄城縣煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著連作年限的增加并無(wú)明顯增減,較穩(wěn)定;郟縣和嵩縣煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量隨連作年限增加而下降,其中郟縣在連作4 a之后,有機(jī)質(zhì)含量趨于穩(wěn)定;召陵區(qū)種植煙草的第2年煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量稍有下降,而在連作5 a時(shí)大幅升高,與其他地區(qū)的變化情況不同,這可能與取樣地塊的施肥水平和農(nóng)事操作有關(guān)。總之,在煙草生產(chǎn)上,土壤有機(jī)質(zhì)含量與煙草連作年限的關(guān)系,其規(guī)律因地而異,可能與每年都對(duì)煙田施肥及農(nóng)事操作有關(guān)。

圖6 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

2.2.3 全氮 由圖7可以看出,郟縣、襄城縣和嵩縣地區(qū)煙田土壤中全氮含量隨著連作年限的增加呈逐漸下降的趨勢(shì),僅郟縣變化較明顯;召陵區(qū)煙田土壤在連作2 a時(shí)下降,隨后在連作5 a時(shí)又上升;方城縣煙草連作年限較短,只有種植1、2 a的煙田, 連作2 a的煙田中全氮含量有所上升。

圖7 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤全氮含量變化

2.2.4 速效磷 從圖8可以看出,郟縣煙田土壤速效磷含量在連作2 a時(shí)有所上升,之后隨連作年限的增加而呈下降趨勢(shì);召陵區(qū)、方城縣和嵩縣煙田土壤速效磷含量在連作2 a時(shí)稍有下降,召陵區(qū)和嵩縣煙田土壤速效磷含量在連作2 a之后上升;襄城縣煙田土壤速效磷含量隨連作年限增加變化不明顯,煙田中速效磷含量較穩(wěn)定。

圖8 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤速效磷含量變化

2.2.5 速效鉀 從圖9可以看出,隨著連作年限的增加,5個(gè)地區(qū)連作煙田土壤中速效鉀含量變化各不相同。其中,郟縣煙田土壤速效鉀含量隨著連作年限的增加呈逐漸下降的趨勢(shì);召陵區(qū)和方城縣煙田土壤速效鉀含量隨著連作年限的增加呈逐漸上升的趨勢(shì);襄城縣煙田土壤速效鉀含量在連作2 a時(shí)有所下降,隨后又逐漸上升;嵩縣煙田土壤速效鉀含量隨著連作年限增加的變化趨勢(shì)與襄城縣相反,在連作2 a時(shí)大幅度上升,而后又緩慢下降。

圖9 各地區(qū)不同連作年限煙田土壤速效鉀含量變化

3 結(jié)論與討論

烤煙連作障礙是一個(gè)全國(guó)性的難題,對(duì)于不同的烤煙產(chǎn)區(qū),其具體的連作障礙表現(xiàn)有差別,如開(kāi)始出現(xiàn)連作障礙現(xiàn)象的連作年限、主要病蟲(chóng)害發(fā)生的種類(lèi)及嚴(yán)重程度等[1];并且由于烤煙產(chǎn)區(qū)土壤類(lèi)型、自然氣候、農(nóng)事活動(dòng)等因素的影響,致使各地土壤養(yǎng)分含量隨連作年限的變化不盡一致,但遵循一定的規(guī)律。

3.1 不同連作年限對(duì)煙田土壤酶活性的影響

本研究結(jié)果表明,總體上,隨連作年限增加,河南省不同烤煙產(chǎn)區(qū)連作煙田土壤主要酶活性遵循一定的變化規(guī)律,但不完全一致。這可能與當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素、土壤類(lèi)型、施肥方式、施肥種類(lèi)等不同有關(guān)[16-19]。在郟縣和襄城縣,煙田土壤蔗糖酶活性在連作2 a時(shí)有所上升,然后呈下降趨勢(shì),此結(jié)果和焦永吉等[20]對(duì)襄城縣連作煙田蔗糖酶活性變化規(guī)律的研究結(jié)果一致。河南省煙草種植的不同地區(qū),連作煙田中主要酶的變化規(guī)律有異,一方面說(shuō)明農(nóng)事活動(dòng)與立地氣候環(huán)境條件對(duì)土壤中主要酶活性有一定的影響,但總的變化情況與前人在其他地區(qū)煙草連作方面的研究結(jié)果一致[8,21-28];另一方面,說(shuō)明不同地區(qū)的酶活性變化趨勢(shì)因地區(qū)而異,對(duì)烤煙連作問(wèn)題的解決需要具體地區(qū)具體分析。

在5個(gè)縣(區(qū))中,襄城縣的土壤樣品多、分布較均勻、煙田土地平整,有灌溉條件,并且是由同一個(gè)人管理的,其土壤樣品中酶活性可以反映該地區(qū)土壤主要酶活性的變化趨勢(shì)。襄城縣作為國(guó)內(nèi)最早成功種植烤煙的地區(qū)之一,無(wú)疑當(dāng)?shù)氐耐寥?、氣候等條件是適宜烤煙生長(zhǎng)的。但是實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),該地的連作障礙問(wèn)題較為嚴(yán)峻,對(duì)該地連作煙田土壤酶活性分析發(fā)現(xiàn),襄城縣土壤樣品中蔗糖酶和脲酶活性,在連作2 a之后隨連作年限的增加而下降,這可能是該縣連作障礙的主要因子之一。相比之下,方城縣的土壤樣品較少,據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)煵莨镜墓ぷ魅藛T反映,方城縣較少進(jìn)行連作,所以當(dāng)?shù)剡B作3 a的煙田幾乎沒(méi)有。嵩縣土壤酶活性變化趨勢(shì)最為復(fù)雜,可能與當(dāng)?shù)氐匦斡泻艽箨P(guān)系。嵩縣地區(qū)的烤煙種植多在崗地或山坡地上,大多無(wú)灌溉條件,且坡向、海拔不同,其烤煙種植條件差別較大,對(duì)土壤酶活性影響也較大。而召陵區(qū)和郟縣2個(gè)地區(qū)都是平整的土地,土壤酶活性隨連作年限增加的變化規(guī)律相對(duì)來(lái)說(shuō)較為明確,并可推測(cè)出連作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)酶活性的變化趨勢(shì)。

3.2 不同連作年限對(duì)煙田土壤pH值的影響

本研究結(jié)果表明,種植1 a時(shí)河南省各地?zé)熖飌H值在5.8～6.6,隨著連作年限增加,土壤pH值有所下降,但下降幅度不大,這與婁翼來(lái)等[8]對(duì)遼寧省寬甸煙區(qū)不同種植年限煙田的研究結(jié)果一致。土壤pH 值不僅受土壤有機(jī)物分解作用、酶活性高低和土壤中礦物質(zhì)元素含量等的影響,而且也反過(guò)來(lái)影響各種生理生化指標(biāo)。本研究土壤pH值下降后介于5.6～6.4。世界各國(guó)所推薦的烤煙生長(zhǎng)最適土壤pH值為5.5～7.5[8]。雖然本研究土壤pH值仍在適宜范圍內(nèi),但pH值下降導(dǎo)致土壤中的一些酶活性降低,進(jìn)而造成土壤微環(huán)境改變,從而會(huì)對(duì)煙草品質(zhì)造成影響。而且,由于土壤微生物區(qū)系變化對(duì)環(huán)境的影響十分敏感,土壤pH 值的改變會(huì)使土壤中的致病真菌數(shù)量上升,引起土壤種植環(huán)境進(jìn)一步惡化,增加土傳病害發(fā)病率。

3.3 不同連作年限對(duì)煙田土壤養(yǎng)分含量的影響

張翔等[29]在臨潁縣杜曲鎮(zhèn)煙田研究發(fā)現(xiàn),烤煙連作導(dǎo)致煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量下降。而本研究結(jié)果表明,河南省5個(gè)植煙縣(區(qū))煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量隨煙草連作年限增加的變化規(guī)律不完全一致,這可能與當(dāng)?shù)亓⒌貤l件、農(nóng)事操作不同有關(guān)。

本研究結(jié)果表明,連作煙田全氮、速效磷、速效鉀鉀含量與煙草連作年限有一定的關(guān)系。多數(shù)地區(qū)連作煙田土壤總氮含量隨著連作年限的增加而降低;速效磷和速效鉀含量隨著連作年限增加的變化情況因地而異,有的地區(qū)在連作2 a后升高,而有的地區(qū)則降低。張翔等[29]對(duì)臨潁縣杜曲鎮(zhèn)煙田的研究發(fā)現(xiàn),烤煙連作導(dǎo)致煙田土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量增加,這可能與各地?zé)熖锏氖┓是闆r和土壤管理水平有關(guān)。

致謝:感謝中國(guó)煙草總公司河南省公司對(duì)該研究的資助,感謝省公司下屬各級(jí)煙草公司、煙站及煙草辦公室、種植戶(hù)等對(duì)該研究的支持與配合。

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Changes of Enzyme Activities and Nutrient Contents in Continuous Cropping Tobacco Soil for Different Years

CHEN Jifeng1,SUN Hui1,XIA Yang2,CAI Kaixuan1,LIU Hongyuan3,ZHAO Songhui1, LI Yuanyuan1,ZHENG Ya’nan4,GUO Ruiliang1

(1.School of Life Science,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China; 2.Yexian Branch of Pingdingshan Tobacco Company,Yexian 467200,China; 3.Distance Learning School,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China; 4.Henan Electric Power Company,State Grid Corporation,Zhengzhou 450018,China)

In order to study the changes of main fertility levels of continuous cropping tobacco soil,the activity of main enzymes(invertase,urease,catalase and acid phosphatase),pH value,contents of organic matter,nitrogen,phosphorus and potassium were measured in typical flue-cured tobacco planting regions with continuous cropping tobacco for different years,mainly at five counties(district) of Henan(Jiaxian,Shaoling district,Fangcheng county,Xiangcheng county and Songxian).The results showed that the activities of invertase and urease were increased in the second year of the continuous planting,and there was a declining tendency with the increase of continuous planting year in the most of tobacco growing areas,and there was a directly reducing with the planting years increase in some areas.The catalase activity increased in the second year of continuous planting,then deceased,and then tended to be stable after continuous planting for 3 years.The acid phosphatase activity declined gradually with the increase of continuous planting year within 3 years of continuous planting,then tended to be stable.The soil pH value decreased with the increase of continuous planting years in most of places,except Fangcheng county,which were 5.6—6.6.The contents of organic matter increased with the increase of continuous planting years in Jiaxian and Songxian,were not obviously changed in Fangcheng county and Xiangcheng county,and increased first and then decreased in Shaoling district.The contents of total nitrogen decreased in most of the areas(such as Jiaxian,Xiangcheng county,and Songxian) with the increase of continuous planting year,and increased in the early planting years then reduced in Shaoling district,and increased in Fangcheng county.The contents of available phosphorus decreased first and then increased in Shaoling district and Songxian,and on the contrary in Jiaxian,and were not obviously changed in Fangcheng county and Xiangcheng county.The contents of available potassium varied differently in different places.Overall,there were change rules for main enzymes activity and nutrient index in different planting tobacco regions with the increase of continuous planting years,but which were not completely consistent in different regions,which indicated that the tobacco planting conditions,farming activities influenced the main enzyme activities,pH value,contents of organic matter,nitrogen,phosphorus and potassium in the soil.Therefore,it requires different solution for different planting area to solve the tobacco continuous cropping obstacles.

flue-cured tobacco; continuous cropping; soil nutrients; enzyme activity; Henan province

2016-04-06

河南省煙草公司科技計(jì)劃項(xiàng)目(HYKJM201304)

陳繼峰(1967-)，女，河南南陽(yáng)人，副教授，博士，主要從事生物技術(shù)方面的教學(xué)與科研工作。 E-mail:chenjifeng@zzu.edu.cn

S158

A

1004-3268(2016)10-0060-05