连作对土壤养分、微生物特性及葡萄产质量的影响

王 瑛，艾训儒

(1.恩施职业技术学院,湖北 恩施 445000; 2.湖北民族学院,湖北 恩施445000)

连作对土壤养分、微生物特性及葡萄产质量的影响

王 瑛1，艾训儒2*

(1.恩施职业技术学院,湖北 恩施 445000; 2.湖北民族学院,湖北 恩施445000)

以正茬为对照(CK),研究不同连作年限(1、3、5、7、9、11 a)下葡萄根区土壤养分含量、微生物特性及葡萄产质量变化，以期为解决葡萄连作障碍及其优质丰产栽培提供科学依据。结果表明：葡萄根区土壤养分含量、酶活性、微生物活度总体均随连作年限的增加呈先增加后降低的变化趋势,连作3 a葡萄根区土壤养分含量、酶活性、微生物活度均达到最大,连作3 a以后急剧降低,连作11 a时达到最低,其中土壤全磷含量变化不显著。CK和连作土壤养分含量、酶活性均随土层深度的增加呈下降趋势,呈现出明显的表聚性,在20～30 cm土层CK和连作土壤养分含量、酶活性基本一致。葡萄植株养分含量和产量总体均随连作年限的增加呈先增加后降低的变化趋势,连作3 a达到最大(全钾含量以连作5 a最高)；而葡萄甜度随连作年限的增加呈先增加后降低再增加的变化趋势, 连作11 a时达到最大,连作年份葡萄甜度均高于CK，其中连作3、5、7、9、11 a差异极显著。综上说明，短期连作(1～5 a)提高了葡萄自身体内养分含量和产量,长期连作(>5 a)在一定程度上降低了葡萄自身体内养分含量和产量,而连作均增加了葡萄甜度。

连作； 葡萄； 土壤养分； 土壤酶活性； 品质

葡萄作为世界上第三大栽培果树,栽培历史悠久,也是我国重要的经济作物[1-2]。受社会经济和人们栽培习惯的影响、经济利益的驱动和栽培结构的约束,葡萄连作栽培面积不断扩大。而随着种植年限的增加,许多老葡萄园出现了树势衰弱、产量降低、病害严重现象,即表现出严重连作障碍,这已成为生产上亟待解决的一大难题[1-4]。导致连作障碍的原因很多,目前普遍认为土壤养分亏缺或失衡、有害微生物的大量繁殖、根系分泌物及前茬作物残留物的毒害是连作障碍产生的主要原因[1-3]。连作障碍形成及加剧的原因复杂多样、相互关联又相互影响,连作障碍是植物-土壤系统内多种因子综合作用的结果[4]。

土壤是复杂的自然综合体,具有较大的时空尺度变化,在生态系统的物质循环和能量流动方面起着重要作用[5]。土壤酶反映了土壤中养分的转化能力及土壤的生物活性大小,它参与土壤中的各种代谢过程和能量转化,是土壤生物化学特征的重要组成部分,在评价土壤肥力、土地利用及环境监测等方面有广泛的作用,可为土壤健康管理提供科学依据[6-7]。及时了解土壤酶的变化规律,对阐明连作障碍产生机制具有重要意义。目前,国内外关于作物连作障碍的产生和调控方面的研究较多,葡萄作为一种生产需求大的水果,连作障碍的发生严重影响其生理生长及产出,但关于葡萄连作土壤酶活性、养分含量及其产量的变化研究还鲜有报道[1-2]。为了更好地发现并解决连作障碍影响葡萄生长、产量的问题,探讨了连作对葡萄根区土壤酶活性、养分含量、微生物活度及葡萄植株体内养分含量和产量的影响,旨在为进一步解决葡萄连作障碍及其优质丰产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验在湖北恩施市来凤县旧司乡进行,该乡地势南北高、中部低,素有鄂西小桂林之称。该区属亚热带湿润季风气候,四季分明,雨量充沛,年日照约1 300 h,平均气温15.9 ℃,最高气温38.9 ℃,最低气温8.3 ℃,无霜期280 d,年降雨量1 394 mm,冬季冰冻期短、多北风,夏季多南风。土质肥沃,以黄土为主,砂土次之,适宜葡萄种植。该县葡萄种植园占地面积100 hm2。

1.2 试验设计

分别选取正茬(对照，CK)及连作1、3、5、7、9、11 a的葡萄园地,每块试验地划分3个重复小区,每个小区面积为6 m×6 m,株行距为0.4 m×0.5 m,行长6 m,小区与小区之间设置0.5 m的保护行。每个小区年施N 250 kg/hm2、P2O5200 kg/hm2,氮肥的50%和全部磷肥作基肥,其余50%氮肥作追肥(开花前1周),全年灌水1 000～2 000 m3/hm2,分8～10次滴灌。

1.3 样品采集

2015年8月中旬(成熟期),在每块地按“S”形多点采样法,用小钢铲采集0～5、5～10、10～15、15～20、20～30 cm土层土壤,每个小区重复取样3次,收集约2 kg土壤,采样时除去土壤表面动植物残体,所采土壤样品充分混匀后用聚乙烯无菌塑料袋密封包好,并迅速带回实验室内分析测定。所取土样分为2份,一份新鲜土样过2 mm筛后测定土壤酶活性和微生物活度；一份自然风干(20 d)去除碎片和部分根后过0.5 mm筛测定土壤养分含量。在每个小区选取5～10株葡萄植株采集新鲜的叶片(在新生枝条上、中、下均匀采集)，测定植株体内养分含量；同时采集全部葡萄,统计其产量,并随机挑选出新鲜的葡萄测定其甜度[4]。

1.4 测定项目及方法

土壤和植物全碳、全氮含量采用元素分析仪测定,土壤和植物全磷含量用NaOH熔融—钼锑抗比色法测定,土壤和植物全钾含量采用火焰分光光度法测定[8]。

土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定,过氧化氢酶活性采用三苯基四唑氯化物(TTC)法测定,脲酶活性采用苯酚钠比色法测定,酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠法测定[8]。

土壤微生物活度采用改进的FDA法测定[8]。

1.5 数据统计及分析

采用Excel 2007和SPSS 18.0进行数据统计分析，采用Origin 7.5作图。

2 结果与分析

2.1 连作对葡萄根区土壤理化性质的影响

2.1.1 连作对葡萄根区土壤养分含量的影响

2.1.1.1 土壤养分含量 由图1可知,葡萄根区土

壤全碳、氮、磷、钾含量(各土层平均值)总体均随连作年限的增加先增加后降低,连作3 a时最大,分别较CK增加35.48%、65.85%、10.84%、38.97%；连作3 a以后,葡萄根区上述土壤养分含量急剧降低；在连作11 a时达到最低,葡萄根区土壤全碳、氮、磷、钾含量分别较CK降低8.87%、13.41%、2.41%、13.97%。其中,连作3 a、5 a和7 a葡萄根区土壤全碳含量极显著高于CK,连作1 a显著高于CK；连作3 a和5 a葡萄根区土壤全氮含量极显著高于CK,连作1 a和7 a显著高于CK；连作葡萄根区土壤全磷含量与CK差异不显著；连作3 a和5 a葡萄根区土壤全钾含量极显著高于CK,连作7 a显著高于CK,连作11 a显著低于CK。

*、**分别表示连作处理与CK差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01),下同

2.1.1.2 土壤养分垂直分布 由图2可知, 所有连作处理葡萄根区土壤全碳、氮、磷、钾含量与CK一样均随着土层深度的增加而降低,具有上肥下瘦的特点,以0～5 cm土层(表层)最高, 5 cm土层以下土壤全碳、氮、磷、钾含量急剧下降,20～30 cm土层土壤全碳、氮、磷、钾含量最低,呈现出明显的表聚性。CK与连作条件下土壤全碳、氮、磷、钾含量在20～30 cm土层基本相等,即连作条件并没有影响深层(20～30 cm)土壤全碳、氮、磷、钾含量。

2.1.2 连作对葡萄根区土壤酶活性的影响

2.1.2.1 土壤酶活性 由图3可知,葡萄根区土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性(各土层平均值)总体均随连作年限的增加先增加后降低,在连作3 a时,葡萄根区上述土壤酶活性均达到最大,与CK相比,土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性分别提高了76.74%、88.89%、53.13%、11.18%；在连作3 a以后,葡萄根区上述土壤酶活性急剧降低,在连作11 a时达到最低值,土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性分别较CK降低了16.27%、41.67%、16.37%、17.11%。其中,连作3 a葡萄根区土壤酸性磷酸酶活性极显著高于CK,连作1 a、5 a和7 a显著高于CK；连作3 a和5 a葡萄根区土壤脲酶活性极显著高于CK,连作1 a显著高于CK,连作11 a显著低于CK；连作3 a和5 a葡萄根区土壤蔗糖酶活性极显著高于CK,连作1 a显著

高于CK,连作11 a极显著低于CK；连作3 a和5 a葡萄根区土壤过氧化氢酶活性显著高于CK,连作11 a极显著低于CK。

图2 连作对葡萄根区土壤养分垂直分布的影响

图3 连作对葡萄根区土壤酶活性的影响

2.1.2.2 土壤酶活性垂直分布 由图4可知,连作对土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性的垂直分布具有明显的影响,但并未影响其垂直变化规律，即所有连作处理葡萄根区土壤上述酶活性与CK一样均随着土层深度的增加而降低, 以0～5 cm土层最高, 5 cm土层以下土壤上述酶活性急剧下降,20～30 cm土层土壤上述酶活性最低，表现出明显的表聚性。CK与连作条件下土壤上述酶活性在20～30 cm土层基本相等,也即连作条件并没有影响深层(20～30 cm)土壤上述酶活性。

图4 连作对葡萄根区土壤酶活性垂直分布的影响

2.1.3 连作对葡萄根区土壤微生物活度的影响 由图5可知，葡萄根区土壤微生物活度随连作年限的增加先增加后降低,连作3 a时最大。其中,连作1、3、5、7 a葡萄根区土壤微生物活度显著高于CK,分别较CK增加28.95%、68.42%、36.84%、34.21%；连作9 a葡萄根区土壤微生物活度与CK差异不显著；连作11 a葡萄根区土壤微生物活度显著低于CK,较CK降低了18.42%,这主要是由于长时间的连作造成土壤板结,使得土壤肥力降低,导致活动区土壤微生物数量和酶活性降低,从而导致土壤微生物活度显著降低。

图5 连作对葡萄根区土壤微生物活度的影响

2.2 连作对葡萄植株养分含量和产量的影响

2.2.1 连作对葡萄植株养分含量的影响 如图6所示,葡萄植株内全碳、氮、磷、钾含量总体均随连作年限的增加先增加后降低,全钾含量在连作5 a时最大，全碳、氮、磷含量均以连作3 a时最大,分别较CK增加20.00%、35.77%、10.53%；连作3 a(全钾含量为连作5 a)以后,葡萄植株体内全碳、氮、磷、钾含量急剧降低；除全磷含量外，其余养分含量均在连作11 a时达到最低值,分别较CK降低5.12%、8.13%、12.40%。其中,连作3 a植株体内全碳含量极显著高于CK,连作1 a和5 a显著高于CK；连作3 a和5 a葡萄植株体内全氮含量极显著高于CK,连作1 a和7 a显著高于CK；连作葡萄植株体内全磷含量与CK差异不显著；连作3 a和5 a葡萄植株体内全钾含量极显著高于CK,连作7 a显著高于CK。

图6 连作对葡萄植株内养分含量的影响

2.2.2 连作对葡萄甜度和产量的影响 由图7可知,葡萄产量总体随连作年限的增加先增加后降低,连作3 a时最大,此后有所降低,但降低幅度不大。其中，连作3、5、7 a葡萄产量高于CK，而连作1、9、11 a葡萄产量低于CK，但均与CK差异不显著。葡萄甜度随连作年限的增加先增加后降低再增加,在连作11 a时最大。其中，CK葡萄甜度最小，连作1 a后葡萄甜度急剧增加,连作5 a后葡萄甜度有所降低,但降低幅度不大,在连作11 a时,葡萄甜度达到最大。与CK相比,连作1、3、5、7、9、11 a葡萄甜度分别增加了4.83%、19.31%、20.00%、15.86%、16.55%、20.69%，其中连作1 a差异不显著，其他连作年份差异极显著。

图7 连作对葡萄甜度和产量的影响

3 结论与讨论

土壤养分是物质循环和能量流动的主要驱动力,对土壤有机质的分解、腐殖质的形成、养分的转化及循环等过程具有重要作用[9]。本研究结果表明，葡萄根区土壤养分含量、酶活性、微生物活度总体均随连作年限的增加呈先增加后降低的变化趋势,连作3 a葡萄根区土壤养分含量、酶活性、微生物活度均达到最大,连作3 a以后急剧降低,连作11 a时达到最低,其中土壤全磷含量变化不显著，这主要是由于磷素是一种沉积性元素,由母质类型和成土条件决定,在土壤中的存在形式较稳定、不易流失[10-12]。综合分析发现，短期连作(1～5 a)有利于提高土壤肥力及土壤养分的有效性,长期连作(>5 a)则造成土壤板结,降低土壤养分含量。因此,要提高葡萄种植的土壤肥力,则应该提高土壤有机质含量、合理控制连作年限与周期,并合理选取轮作模式。

土壤酶活性是土壤养分循环和土壤微生物代谢活性的重要指标,能够反映土壤养分累积以及各种生化过程的强度和方向[6-7]。本研究结果表明，随着连作年限的增加，土壤过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性总体均先增加后降低，其中连作1 a、3 a和5 a 上述酶活性均较CK有所增强；连作5 a以后上述土壤酶活性较之前降低,7 a以后均低于CK，由此说明短期的连作(1～5 a)对于土壤酶活性具有一定程度的提高作用,连作年限较长(>5 a)会使土壤中营养状况恶化,养分肥力流失严重,土壤中微生物代谢活性逐渐减弱。

从连作葡萄自身体内养分含量、产量和甜度来看, 葡萄植株养分含量和产量总体均随连作年限的增加呈先增加后降低的变化趋势,连作3 a达到最大(全钾含量以连作5 a最高),此后有所降低；而葡萄甜度随连作年限的增加呈先增加后降低再增加的变化趋势,连作1 a后葡萄甜度急剧增加,连作11 a时达到最大，说明短期连作(1～5 a)提高了葡萄自身体内养分含量和产量,长期连作(>5 a)在一定程度上降低了葡萄自身体内养分含量和产量,而连作均增加了葡萄甜度。

综上所述,长期连作不利于葡萄的生长与生产,这可能是因为长期连作产生的化感物质不利于土壤中养分的转化。为克服连作引起的弊害,应将连作年限控制在5 a以下,同时深入研究葡萄连作中化感物质成分、产生及释放途径，在土壤中转化、积累规律及其作用机制，寻求减轻或消除连作障碍的调控措施是今后研究的主题。

[1] 郭修武,胡禧熙,李坤,等.连作葡萄对土壤中脲酶活性及养分含量的影响[J].土壤通报,2010(2):320-322.

[2] 郭修武,李坤,郭印山,等.不同种植年限葡萄园根区土壤养分变化及对再植葡萄生长的影响[J].中国生态农业学报,2010,18(3):477-481.

[3] 郭修武,李坤,谢洪刚,等.连作土灭菌对葡萄生长及根系分泌特性的影响[J].果树学报,2010(1):29-33.

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[5] 章家恩,徐琪.恢复生态学研究的一些基本问题探讨[J].应用生态学报,1999,10(1):109-113.

[6] 周礼恺,张志明,曹承绵.土壤酶活性的总体在评价土壤肥力水平中的作用[J].土壤学报,1983,20(4):413-418.

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[12] 张成霞,南志标.放牧对草地土壤理化特性影响的研究进展[J].草业学报,2010,19(4):204-211.

Effects of Continuous Cropping on Soil Enzyme Activity, Nutrient Contents，Yield and Quality of Grape

WANG Ying1,AI Xunru2*

(1.Enshi Technical College,Enshi 445000,China; 2.Hubei Institute for Nationalities,Enshi 445000,China)

The soil enzyme activities,soil nutrients contents in the root zone and the quality of grape were studied under continuous cropping for 0(CK), 1, 3, 5, 7, 9 and 11 years,so as to provide scientific basis for solving the continuous cropping obstacles and high yield and excellent quality cultivation.The results showed that on the whole,the soil enzyme activities,microbial activities and soil nutrients contents in the root zone first increased and then decreased with the increase of continuous cropping years.When continuously cropped for 3 years,the soil enzyme activities,microbial activities and soil nutrients contents in the root zone were maximum;the above indexes reduced sharply when continuously cropped over 3 years,and reached the lowest value when continuously cropped for 11 years,and the content of total phosphorus had no significant difference.The soil enzyme activities and soil nutrients contents gradually declined with the increase of soil depth,which showed the characteristics of table cohesion,and the soil nutrients contents and enzyme activities of continuous cropping treatment were basically same as CK.On the whole,the grape plant nutrients contents and the average yield first increased and then decreased with the increase of continuous cropping years,and reached the largest values when continuously cropped for 3 years,the total K content reached the largest value when continuously cropped for 5 years.The grape sweetness first increased,then decreased and last increased with the increase of continuous cropping years,reached the largest value when continuously cropped for 11 years,and the grape sweetness of continuous cropping treatment were higher than that of CK,which reached the significant difference when continuously cropped for 3,5,7,9,11 years.It indicated that short-term continuous cropping (1—5 years) improved the grape nutrients contents and average yield,while long-term continuous cropping (> 5 years) reduced the grape nutrients contents and average yield,continuous cropping increased grape sweetness.

replant; grape; soil nutrients; soil enzyme activity; quality

2016-01-01

湖北省职教学会2015年度科学研究课题(ZJGB201518)

王 瑛(1968-)，女，土家族，湖北恩施人，副教授，硕士，主要从事农业栽培和农业种植研究。 E-mail:Wang_ying68@126.com

*通讯作者：艾训儒(1967-)，男，土家族，湖北利川人，教授，主要从事农业种植方面的研究。

S663.1;S158；S154.2

A

1004-3268(2016)07-0049-07