不同连作年限对马铃薯土壤环境及产量的影响

2018-06-07韩翠莲霍轶珍田志强

江苏农业科学 2018年10期

韩翠莲，霍轶珍，田志强

(河套学院土木工程系，内蒙古巴彦淖尔 015000)

马铃薯是内蒙古地区重要的经济作物，但由于马铃薯的大面积连片、连年种植产生了连作障碍，随之带来了产量降低和品质下降等一系列严重问题[1-2]。连作障碍是土壤与作物相互作用的结果，发生的原因主要有土壤理化性质发生变化、土壤微生物组成失衡以及作物化感物质的释放等等[3]。众多学者针对作物连作障碍进行了广泛的研究，并进行了机制性的探讨和分析[1，4-6]，但针对马铃薯连作障碍的产生原因及机制分析还鲜有报道。

本研究选取马铃薯不同连作年限典型地块，系统研究不同连作年限对马铃薯土壤理化性质、土壤酶活性、土壤微生物数量及产量指标的影响，旨在揭示不同连作年限对土壤各指标变化、马铃薯产量指标的影响以及产生连作障碍的原因，从而为马铃薯连作种植年限的确定提供理论依据和技术支撑，对马铃薯产业的健康持续发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古包头市达茂旗乌克镇境内，该地区年均降雨量为248 mm左右，蒸发量2 750 mm，平均气温 2.8 ℃，平均日照时数2 965 h，无霜期105 d左右，属典型的温带干旱半旱气候区。试验区以栗钙土为主，土壤质地为沙壤土，0～100 cm土壤平均容重1.31 g/cm3。0～20 cm土壤平均养分含量为有机质含量22.35 g/kg、全氮含量 1.59 g/kg、速效磷含量11.69 mg/kg、速效钾含量 117.28 mg/kg，pH值为8.4。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计试验以第1次种植马铃薯地块为对照(0年)，选择马铃薯连作年限为2、4、6年的典型地块进行小区试验，连作起始年份为2010年，试验小区采用随机区组试验设计，每个处理3次重复，小区面积10 m2。马铃薯种植采用膜下滴灌(一膜一带一行模式)垄作的种植模式，起垄后规格为：垄高20 cm，垄顶宽30 cm，垄底宽60 cm，垄间距80 cm。每垄种植2行马铃薯，行距25 cm，株距30 cm。

1.2.2 试验材料与实施马铃薯品种选用当地常规品种“克新1号”；试验选用地膜为幅宽90 cm、厚度为0.008 mm的聚乙烯农用地膜；滴灌带为内镶贴片式，其内径为16 mm，滴头间距30 cm，流量为1.38 L/h。马铃薯各全生育期灌水量参照当地多年试验成果，马铃薯种植时施足底肥，其中尿素120 kg/hm2，磷酸二铵 225 kg/hm2，硫酸钾225 kg/hm2。在马铃薯块茎生成期至膨大期的关键生育期随灌水进行施肥，其中滴灌处理每次追肥60 kg/hm2，其他2个处理追肥 180 kg/hm2，共追肥2次。

1.2.3 测定项目及方法马铃薯种植后，于马铃薯行间0～20 cm进行取土测样，每个处理3次重复，各土样取样完毕后即进行自然风干、测样。其中，土壤pH值的测定方法为将风干土样过1 mm筛后，按1 ∶5的土水比混合振荡离心，采用pH测量仪进行测定；土壤中水溶盐含量采用质量法测定。土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；土壤碱解氮含量采用碱解蒸馏法测定；土壤速效磷含量采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用NH4Ac浸提-火焰光度法测定。脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定；碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠法测定；转化酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定。土壤微生物的数量参照李坤的测定方法[7]进行测定。马铃薯成熟期，各处理选择具有代表性的20株测定其产量指标。

1.3 数据分析

采用MS-Excel 2003进行数据处理并绘制图表，SPSS 17.0进行相关数据方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同连作年限对马铃薯土壤理化性质的影响

土壤理化性质是直接影响作物正常生长发育的重要因素，相关研究表明，作物连作会直接造成土壤理化性质的改变[8-9]。从表1可以看出，随连作年限的增加，土壤pH值呈下降趋势，连作2、4、6年的土壤pH值平均较对照低5.43%、7.20%、10.15%，处理间差异显著。土壤含盐量、碱解氮含量则表现为随连作年限的增加呈现升高趋势，连作2、4、6年的土壤含盐量平均较对照高111.98%、160.87%、346.15%，处理间差异显著；碱解氮含量平均高27.84%、107.19%、181.32%，处理间差异显著。本研究结果与徐雪风[10]等研究结论具有相同之处。通过对不同连作年限土壤速效磷、速效钾、有机质含量的测定，均表现为随连作年限的增加呈现先增加后降低的趋势，且在连作2年时达到最大值，之后随连作年限的增加各指标值均显著低于对照，表明随连作年限的增加，会造成不同土壤养分的失衡，从而使得土壤条件逐年恶化。

2.2 不同连作年限对马铃薯土壤酶活性的影响

表1 不同连作年限下马铃薯土壤理化性质比较

土壤中酶活性影响着土壤的代谢变化，从而影响作物对土壤肥料的吸收利用和生长发育[11]。影响土壤肥力的主要酶包括脲酶、碱性磷酸酶、转化酶、过氧化氢酶等。相关研究表明[12-13]，脲酶主要作用是促进土壤中含氮有机物的分解，从而为作物提供氮素营养，因此常用于表征土壤中含氮情况；碱性磷酸酶主要作用是促进分解土壤中含磷化合物，从而为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；转化酶主要功能是能够将不能被植物直接吸收利用的蔗糖分解为葡萄糖和果糖；过氧化氢酶的作用主要是催化过氧化氢的分解，从而减少其含量过高对作物的生长产生危害。表明土壤中酶活性直接影响土壤养分状况，从而影响作物的生长发育。

土壤中脲酶活性和碱性磷酸酶活性随马铃薯连作年限的增加呈现先提高后降低的趋势，且均以马铃薯连作2年时达到最高值，二者平均分别较对照、连作4年、连作6年高29.75%、93.83%、173.04%和21.54%、51.92%、68.09%，处理间差异显著(图1-A，图1-B)。土壤中转化酶活性和过氧化氢酶活性则表现为随马铃薯连作年限的增加，呈显著下降趋势。马铃薯连作2、4、6年的转化酶活性平均较对照降低 17.69%、29.25%、50.34%，处理间差异显著(图1-C)；过氧化氢酶活性平均降低6.86%、13.14%、22.29%，处理间差异显著(图1-D)。

2.3 不同连作年限对马铃薯土壤微生物数量的影响

土壤中微生物对有机质的分解以及促进植物对养分的吸收和利用发挥着重要作用。从图2-A、图2-B可以看出，土壤中细菌和放线菌数量随马铃薯连作年限的增加呈现先显著增加后显著减少的趋势，且在连作2年时达到最高值，二者平均分别较对照、连作4年、连作6年高7.01%、24.46%、33.40% 和10.89%、27.64%、30.78%，处理间差异显著。土壤中真菌数量随连作年限的增加呈显著增加趋势，连作2、4、6年土壤真菌数量平均分别较对照高35.56%、91.11%、118.52%，处理间差异显著(图2-C)。表明马铃薯连作2年为细菌型土壤，而连作4、6年为真菌型土壤[10，14]。

2.4 不同连作年限对马铃薯产量的影响

从表2可以看出，随马铃薯连作年限的增加，相关产量指标均呈现先显著增加后显著降低的变化趋势。各指标在连作2年时达到最大值，单株薯个数、单株薯质量、单株大薯个数、单株大薯质量平均较对照高20.82%、30.97%、10.34%、9.84%，处理间差异显著，且各指标均显著高于连作4、6年处理。单位面积经济产量，连作2年平均较对照和连作4、6年提高8.63%、22.13%、49.13%，处理间差异显著。连作年限越长减产越显著，这主要是受土壤条件日益恶化所致。