山药种植对土壤酶活性和养分含量的影响

范琳娟，刘子荣，徐雪亮，王奋山，余国庆，姚英娟*

(1.江西省农业科学院 农业应用微生物研究所，江西 南昌 330200； 2.瑞昌市农业农村局，江西 瑞昌 332200)

山药(DioscoreaoppositaThunb)，又名薯蓣，是多年生薯蓣科薯蓣属缠绕性藤本植物，能形成长圆柱形的地下肉质根茎，营养丰富，具有健脾益胃、助消化、益肺止咳等功效，是重要的药食同源食物[1]。江西省瑞昌市是全国重要的山药生产基地，年种植面积达1 300 hm2以上，年产山药2万多t，年产值1.2亿元左右，是当地农户的主要增收渠道之一[2]。近些年，随着瑞昌山药种植规模的不断扩大，山药线虫等土传病虫害发生日益明显，导致瑞昌山药难以连年栽培。目前，农户常采用新开垦荒地栽培，或者在两茬间休地撂荒6～10 a后再次栽培。这2种种植模式虽然在一定程度上可以控制一些土传病害的发生，但关于山药种植后对土壤环境到底造成了什么样的影响，这2种栽培方式给土壤生态环境带来什么样的变化，以及后期如何进行科学管理以保障土壤健康状况、提高植株抗病虫害能力等问题，由于缺乏对于山药栽培及其病虫害防治技术的系统研究，尚未能得到很好的解答。

土壤酶是土壤生态环境的重要成分之一，主要由植物根系分泌和土壤微生物代谢产生，可推动土壤中有机物的转化、养分矿质化和同质化，在一定程度上可以反映土壤生物活性的稳定性和灵敏性，以及土壤养分转化的动态情况[3-6]，且与土壤的理化性质、腐殖质和微生物活性物质密切相关，常被用作评价土壤健康状况的一个重要指标。

目前，针对种植不同年限蔬菜、果树土壤的养分含量变化、酶活性变动情况等已有较多研究[7-8]，但在本研究范围内仅见孙凯宁等[9]研究了山药连作和轮作对土壤微生物群落和酶活性的影响，而关于山药种植对土壤酶活性和养分含量的研究鲜见报道。为此，本研究以瑞昌山药为研究对象，通过测定其种植前、种植1茬和种植2茬(两茬间隔6 a)的土壤酶活性和养分含量，旨在为瑞昌山药科学施肥提供参考，为解析山药连作障碍发生原因提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

供试土样于2018年11月17日采自瑞昌市范镇瑞昌山药种植地块，种植时间为2018年3月12日，地理坐标为28°14′N、115°7′E，试验地土壤为壤土。

1.2 处理设计

本试验着重讨论种植1茬和种植2茬山药(两茬间隔6 a)对土壤养分含量和酶活性的影响。试验共设计3个组别：CK，种植前，前茬为荒地；YP-1，2018年种植山药1茬，前茬荒地；YP-2，2012年和2018年各种植山药1茬，中间6 a无作物种植。试验地块土壤类型、气候条件、田间管理等基本一致。

1.3 取样方法

于2018年11月16日采用随机5点取样法，取表层以下5～20 cm处土样，每个处理重复3次。每个重复土样混匀后取出约500 g放入同一自封袋，带回实验室，自然风干后过1 mm筛，用于测定土壤酶活性和养分含量。

1.4 指标测定

土壤pH采用水、土体积质量比2.5∶1的比例浸提，酸度计法测定，有机质含量采用重铬酸钾法测定，铵态氮含量采用靛酚蓝比色法测定，速效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用火焰光度法测定[10-12]。

土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定，土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定[13-14]。

1.5 数据分析

所有数据用Excel 2010和SPSS 20.0软件进行整理与分析。

2 结果与分析

2.1 对土壤酶活性的影响

土壤酶活性是土壤生态系统中较为活跃的组分，影响着土壤代谢的过程，对自然和人为因素造成变化的响应较为敏锐[15]。由图1可知，不同处理下瑞昌山药土壤酶活性呈现出较大差异。与CK相比，YP-1和YP-2处理的土壤酸性磷酸酶活性和蔗糖酶活性均显著降低，降幅分别达19.72%和45.23%、44.25%和56.74%。YP-2处理的土壤脲酶活性也较CK显著降低，降幅达48.27%。此外，YP-2处理的土壤酸性磷酸酶活性较YP-1也显著降低。这表明，随着种植次数的增加，土壤酶活性呈逐渐降低的发展趋势，即使2茬间隔6 a也难以恢复到CK和种植1茬的水平。

柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。图1 不同处理对瑞昌山药土壤酶活性的影响

2.2 对土壤养分含量的影响

如表1所示，与CK相比，YP-1和YP-2处理的土壤pH值、有机质含量显著降低，降幅分别达1.51、1.79个单位和64.09%、76.99%，且随种植次数增加，土壤pH值和有机质含量呈逐渐降低的趋势。不同处理的土壤铵态氮、速效磷和速效钾含量无显著差异。这表明，山药种植后主要通过降低土壤pH值和有机质含量来影响土壤环境。

表1 不同处理对瑞昌山药土壤养分含量的影响

注：表中同列数据后无相同小写字母的表示差异显著(P<0.05)。

2.3 土壤酶活性与土壤养分含量的相关性

土壤pH和有机质含量均会影响土壤酶的活性和稳定性[16]。为此，对不同种植次数下山药土壤3种酶的活性与5项土壤理化性质进行相关性分析。表2看出，土壤pH值与有机质含量、酸性磷酸酶活性、蔗糖酶活性之间，有机质含量与脲酶活性、酸性磷酸酶活性、蔗糖酶活性之间，脲酶活性与酸性磷酸酶活性之间，酸性磷酸酶活性与蔗糖酶活性之间均呈显著或极显著正相关关系；土壤pH值与速效钾含量之间呈显著负相关关系。

表2 不同处理山药土壤养分含量、酶活性的相关性

注：**与*分别表示极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)相关。

3 小结与讨论

本研究结果显示，与CK相比，种植1茬和种植2茬(两茬间隔6 a)后的山药土壤pH值、有机质含量和土壤酶活性均大幅降低，且随种植次数的增加呈逐次降低的趋势，土壤铵态氮含量、速效磷含量和速效钾含量随种植次数增加无显著变化。相关性分析结果表明，土壤pH值和有机质含量与土壤酶活性大多存在显著或极显著的正相关关系。由此表明，土壤理化性质劣变可能是导致山药连作障碍发生的重要原因之一。

土壤酶可参与土壤中的各种生物化学反应，能反映不同栽植条件和不同种植年限下的土壤质量，也是一项最稳定、最灵敏的反映土壤生物性能变化的重要指标[17-18]。孙凯宁等[9]研究表明，山药土壤脲酶活性和蔗糖酶活性随种植年限的增加呈逐渐降低的趋势；韦小了等[19]研究结果也显示，种植4、9、15 a的刺梨园土壤酸性磷酸酶活性呈逐渐降低的趋势；这些结果均与本研究基本一致。但也有研究表明，随着种植年限增加(种植年限小于3 a)，土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性呈逐年增加的趋势[7]。前人关于种植年限对土壤酶活性影响的研究有很多，但涉及的作物种类多样，结论也并不完全一致。有研究报道，影响土壤酶活性的因素有很多，除种植年限和作物种类外，还有栽培方式、土壤类型、田间管理方式(如施肥)等可影响植物土壤微生物群落的因素，也均可影响土壤酶活性[9]。

土壤pH值是土壤的主要理化指标之一，直接关系植株长势，适宜山药生长的土壤pH值为6.0～8.0。本研究结果表明，山药种植1茬和种植2茬(两茬间隔6 a)后的土壤pH值(分别为4.40和4.12)均严重偏离山药最适生长环境。低的pH值往往与低的土壤微生物活性相关[20]，低的微生物活性降低了土壤酶活性，进而降低了土壤中有机质的矿化作用，不利于植物生长。孙凯宁等[9]的研究表明，山药连作对土壤pH值影响不大，与本研究结果不同。具体原因有待进一步研究。初步推测可能与不同品种山药不同生长时期根系分泌物的种类和含量、田间栽培管理方式(如施肥状况)和生长环境(微生物类群)等的差异有关[21-23]。

土壤有机质是衡量土壤质量和肥力的重要指标，与土壤的理化性状密切相关。本研究结果显示，山药种植1茬和种植2茬(两茬间隔6 a)后的土壤有机质含量均显著降低，而土壤铵态氮含量、速效钾含量和速效磷含量变化不大，这与孙凯宁等[9]对山药土壤有机质含量、速效磷含量和速效钾含量的研究结果基本一致。由此判断，可能是瑞昌山药的整个生育期比较长(270 d左右)，对有机质等养分的需求量较大，而在山药生长过程中仅补充了氮磷钾肥，有机质补充量较少，最终导致土壤有机质含量较CK大幅降低，而土壤氮磷钾含量变化不大。

土壤酶活性与土壤理化性质密切相关。土壤的供肥能力既取决于土壤酶活性高低，同时也是土壤酶活性的基础。本研究结果显示，种植1茬和种植2茬(两茬间隔6 a)后的土壤pH值、有机质含量与土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性大多存在显著或极显著正相关关系。许景伟等[24]、Zhang等[25]研究也表明，土壤有机质含量与土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性存在显著正相关关系，与本研究结果基本一致。据此推断可能是山药多次种植降低了土壤pH值和有机质含量，进而抑制了土壤酶活性。

综上所述，种植1茬和种植2茬(两茬间隔6 a)的山药均会使土壤环境严重酸化，并显著降低山药成熟期土壤的有机质含量、脲酶活性、酸性磷酸酶活性和蔗糖酶活性，进而降低土壤质量，影响山药生长，且其不利影响随种植次数的增加呈逐渐加重的趋势。由此表明，土壤环境恶化可能是导致山药连作障碍发生的重要原因之一。因此，在种植过程中要注意及时补充碱性肥料和富含有机质的肥料，以改善土壤酸性环境，提高土壤有机质含量和土壤酶活性，促进山药生长。

山药连作障碍的发生受土壤条件、种植方式、栽培管理、病虫害的发生与防治等多方面的影响。本研究仅从种植山药的土壤环境因素出发，探讨了山药连作障碍发生的可能原因，进而对山药栽培的肥料管理提出了建议。但导致山药连作障碍发生的其他可能原因，尤其是山药线虫发生和危害对连作障碍的影响，同样不容忽视，且有待进一步深入研究。