马铃薯不同连作年限对其产量及土壤微生物的影响

张筱叶

马铃薯不同连作年限对其产量及土壤微生物的影响

张筱叶

（永登县农业技术推广中心甘肃兰州730300）

本实验以兰州市永登县中堡镇水地马铃薯连作0年、1年、3年、5年的土样为对象，旨在探究马铃薯连作年限对土壤中微生物种群及马铃薯产量的影响。实验发现：连作年限越高，土壤中的微生物总量越低。其中，真菌比例大幅提高，放线菌比例稍微提高，而细菌比例大幅降低；好气性纤维素分解菌、氨化细菌、自生固氮细菌的数量逐步下降，而亚硝酸细菌的数量大幅增加。结果表明：长期连作会使地力衰竭，土壤有机质含量降低，植被获取营养受限，还会使土壤生态系统的氮素循环失调，对马铃薯的产量造成一定的影响。

马铃薯；连作年限；微生物区系；产量

马铃薯具有营养丰富、用途广泛、生育期短、产量高、抗逆性强、经济效益好的特点。近年来我国大力发展马铃薯产业，马铃薯种植面积逐年扩大。而作物连作通常会造成土壤肥力、微生物种群、理化性质等发生变化，无法给作物提供充足的养分，从而影响作物产量和品质。究其具体原因，主要是连作导致土壤肥力下降，植物根系分泌物的自毒作用，以及病原微生物数量增多导致植物出现病虫害[1]。

土壤微生物是指生活在土壤中的微生物，其数量庞大、种类繁多，可以起到改良土壤结构、促进土壤中有机物质分解、调节植物生长、分解有害物质等作用，对土壤的形成发育、物质循环和肥力演变等均有重要影响[2]。作物连作对土壤微生物影响较大，而土壤微生物群落的结构组成和多样性直接关系到土壤对植物的养分供给能力。土壤微生物群落结构越复杂，越有助于土壤生态功能的稳定发挥，而土壤生态功能越强，则越有助于土壤抵御外界环境的变化，进而维持向植物提供营养元素、生长物质，调控植物生长的能力。因而土壤微生物的数量变化和比例失调，可能破坏微生物群落结构，导致土壤质量下降，进而作物减产。

因此，维持土壤微生物的数量与结构稳定对提高土壤肥力，保证植物的养分供应至关重要。本研究分析马铃薯连作对土壤中主要微生物及微生物主要生理类群的数量产生的影响，以期为实现科学的土壤管理、增加作物产量提供指导。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

土样采自兰州市永登县中堡镇水地，中堡镇位于永登县西北部，总土地面积为20.1万亩，耕地面积2.98万亩，年均降雨量320 mm，年均气温5 ℃，全年无霜期113 d，平均海拔2 400 m。土壤为黄绵土，土质绵软，土层深厚，质地均匀。

选择该地同一区域内灌溉和施肥条件相近，迎茬以及连作年限分别为1年、3年、5年的马铃薯地块，采用5点取样法，采集0 cm～20 cm根区耕层土壤，在4 ℃下保存鲜样。将采集的4种土样作为研究材料，测定不同种类微生物数量。

1.2 微生物测定

土壤微生物区系分析采用稀释平板法。先依次称取相当于10 g干土质量的4种新鲜土样，放入装有100 mL无菌水的三角瓶中，并做好标记。以180 次/min振荡10 min，使土样与水充分混合，将细胞分散，然后在4 ℃条件下静置5 min。吸取上层1 mL土壤悬浊液注入盛有9 mL无菌水的试管中，吹吸3次，振荡混匀；后再用同一支1 mL吸头，从该试管中吸取1 mL土壤悬浮液注入另一盛有9 mL无菌水的试管中（稀释度为10-3），混匀；以此类推，依次制成稀释度为10-4、10-5、10-6的土壤悬浊液。分别用1 mL无菌滴管吸取200 μL不同浓度的土壤悬浊液，滴加到培养基表面，用玻璃刮铲均匀涂板。涂布时按浓度由低到高，动作要轻，可边转动皿底边涂布，直至涂布均匀。细菌、真菌及放线菌分别用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基、马丁氏琼脂培养基、改良高氏1号培养基培养，每一稀释度设3个重复。好气性纤维素分解菌采用土粒法，用赫奇逊（Hutchinson）氏培养基培养，每一处理设3个重复；自生固氮菌采用稀释频度法，用阿须贝（Ashdy）氏无氮培养基培养，每一处理设5个重复。

上述培养基接种后，将平板倒置于25 ℃～30 ℃温箱内培养5 d～15 d，之后统计每个平板长出的菌落数，进而计算每克干土中的各类微生物数量。氨化细菌用蛋白胨琼脂培养基培养，选用土壤稀释度为10-4、10-5、10-6，各吸取200 μL土壤悬浊液滴加到培养基表面，用玻璃刮铲均匀涂板，每一稀释度设3个重复，置于30 ℃恒温培养箱中培养3 d后统计菌落数[3]。

1.3 数据处理与分析

采用DPS数据处理系统（v 2.00）进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 马铃薯连作对土壤微生物区系的影响

表1马铃薯不同连作年限土壤中微生物区系变化

连作年限细菌/×105cfu·g-1真菌/×103cfu·g-1放线菌/×105cfu·g-1微生物总量/×103cfu·g-1 08243129 443 1665497 654 3238352 883 51611442 114

表2马铃薯不同连作年限土壤中主要微生物的比例

连作年限细菌真菌放线菌 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不同连作年限与迎茬相比土壤主要微生物相对含量变化

连作年限细菌真菌放线菌 1-19.5%25.6%-25.0% 3-72.0%93.0%-58.3% 5-80.4%165.1%-66.6%

根据表1～表3可知，连作年限越长，土壤中的微生物总数越少，细菌、放线菌总数逐年下降，真菌总数则呈上升趋势。土壤中细菌比例随连作年限的升高而下降，放线菌比例总体呈上升趋势，真菌比例则大幅增加，由迎茬的0.45%到连作5年的5.07%，增加了10倍。同时，与迎茬土壤相比，马铃薯连作年限越高，土壤中细菌、放线菌的含量越低，真菌的含量则大幅增加。连作5年后细菌、放线菌含量分别下降了80.4%、66.6%，真菌含量却上升了165.12%。虽然真菌在土壤中所占的比例低于细菌，但真菌增长的趋势却是最明显的，表明连作不但会使土壤微生物总量降低，还会导致土壤中细菌含量降低，真菌的含量与比例大幅上升。而细菌在分解有机物质，为植物提供有效养分方面起着较为重要的作用，因此，真菌型土壤的肥力一般不及细菌型土壤。

2.2 马铃薯连作对土壤微生物主要生理种群的影响

表4土壤中的微生物主要生理类群在连作下的数量变化

连作年限好气性纤维素分解菌亚硝酸细菌氨化细菌自生固氮细菌/×103cfu·g-1/×102cfu·g-1/×105cfu·g-1/×105cfu·g-1 056a26A154A22A 144a33B148A19A 332a87B124B15B 528b122B108B8B

表5不同连作年限与迎茬土壤微生物主要生理类群相对数量变化

连作年限好气性纤维素分解菌亚硝酸细菌氨化细菌自生固氮细菌 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%

根据表4和表5可知，随着马铃薯连作年限的增加，土壤中好气性纤维素分解菌数量逐渐下降。迎茬与连作5年的土壤中好气性纤维素分解菌含量差异达显著水平，连作年限越长，好气性纤维素分解菌的含量与迎茬相比下降的比例越大，由连作1年的下降21.40%到连作5年的下降50.00%，可见连作不利于土壤中好气性纤维素分解菌的生长和繁殖。好气性纤维素分解菌与土壤有机质积累息息相关，其含量降低影响土壤有机质形成。

此外，随着马铃薯连作年限的增加，土壤中氨化细菌、自生固氮细菌数量逐渐下降，而亚硝酸细菌的数量大幅上升。与迎茬相比，连作1年、3年和5年的土壤中亚硝酸细菌的含量差异明显，特别是连作3年和连作5年的土壤中，亚硝酸细菌含量大幅提升。其中，连作5年的土壤中亚硝酸细菌含量与迎茬相比提升了约2.7倍。这是土壤中氮肥损失的一个信号，因为亚硝酸细菌的动态变化可以反映硝化作用的进行状况，而硝化作用活跃会造成土壤氮肥损失。迎茬与连作3年和连作5年的土壤中氨化细菌和自生固氮细菌的含量差异达极显著水平，氨化细菌、自生固氮细菌含量与迎茬相比下降的比例也随着马铃薯连作年限的增加逐渐增大，其中氨化细菌含量下降的趋势稍小于自生固氮细菌。随着连作年限增加至5年，氨化细菌、自生固氮细菌含量与迎茬相比分别下降了29.87%、63.63%，这两种细菌的含量降低，则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响植物能否健康生长。

2.3 连作对马铃薯产量的影响

图1　马铃薯连作产量变化

由图1可以看出，按照马铃薯产量大小排序，连作5年＜连作3年＜连作1年＜迎茬。迎茬的马铃薯产量最高，达41 230 kg/hm2；连作年限越长，马铃薯产量越低。与迎茬相比，连作1年的马铃薯产量仅下降了2.3%，连作3年的产量下降了15.1%，连作5年的产量下降幅度最大，达34.9%。连作年限越长的土地，马铃薯产量的下降幅度越大，由上文分析可知，其原因可能是连作使得土壤微生物种类和数量发生变化，土壤供给植物正常生长发育的营养物质减少，导致作物产量不断下降。

3 结论与讨论

通过对马铃薯不同连作年限土壤的分析可知，随着马铃薯连作年限增加，土壤中的真菌数量和比例均大幅提高，放线菌比例也随之升高，但细菌数量与比例出现一定程度的下降，这三类微生物的比例变化差异明显。土壤中细菌含量越高，各种有机物质的分解越旺盛，越有助于土壤的物质转化，提高土壤肥力。连作导致细菌数量减少、真菌数量增多，说明土壤由细菌型转变为真菌型，可提供给植物的养分减少，地力逐渐衰竭。

进入土壤中的有机残体只有经过土壤微生物的作用，才能被分解，释放出营养元素，供作物利用，并形成腐殖质，改善土壤的结构和耕性。好气性纤维素分解菌参与土壤中有机残体的分解过程，其数量越多，有机残体分解的速度和程度越高，有助于土壤有机质的形成与积累。同时好气性纤维素分解菌作为土壤中主要的碳素转化菌，参与土壤碳素循环，能分解土壤中的纤维素，提供碳源给自生固氮细菌，增加土壤中自生固氮细菌的含量。连作状态下，好气性纤维素分解菌的含量下降明显，连作5年与迎茬相比其含量降低了50%。显然，连作影响土壤中自生固氮细菌的数量，导致土壤碳素循环失调，土壤有机质含量降低，可供植物正常生长的营养物质含量下降，从而导致植物生长状况出现异常。

土壤氮素循环是将土壤中的含氮有机物转化为可被植物吸收利用的氨和铵盐类物质。氨化细菌、自生固氮细菌、亚硝酸细菌都参与土壤氮素循环，在含氮有机物的分解转化中作用明显，与土壤氮素积累和转化密切相关，土壤中这几类微生物的含量可以反映土壤有效氮的供应状况。在氮素循环中，三者直接参与有机氮、无机氮的转化过程，氨化细菌可以进行氨化作用，将土壤中的有机氮化合物转化为氨态氮。自生固氮细菌是能够将空气中的分子态氮固定，转化为作物可以直接吸收的氮素的一类细菌；亚硝酸细菌能进行硝化作用，将氨氧化成亚硝酸，会减少土壤中的氨态氮。长期连作，氨化细菌、自生固氮细菌含量下降，土壤有效氮的供应能力下降，氮素循环受到阻碍，而亚硝酸细菌的含量上升，硝化作用加剧，进一步降低了土壤的供氮能力，降低了土壤中氮素的利用率，植物所需氮素供应不足，植物的正常生长发育受到阻碍，导致产量下降。

长期连作会使地力衰竭，土壤有机质含量降低，肥力下降，植被营养获取受限，还会使土壤生态系统的氮素循环失衡，植物氮素供应不足，同时造成土壤微生物种群结构失调，土壤生态功能下降，有害物质含量增加，无法保证马铃薯的品质和产量。种植马铃薯时，应避免长期连作，选择与玉米、小麦等植物轮作，播种前对土壤中营养元素的盈缺进行定性定量的测定，制定合理的施肥制度，施用有机肥，补充土壤肥力，从而提高产量。

[1]裴国平,王蒂,张俊莲.马铃薯连作障碍产生的原因与防治措施[J].广东农业科学,2010(6):30-32.

[2]郑良永,胡剑非,林昌华,等.作物连作障碍的产生及防治[J].热带农业科学,2005,25(2):58-62.

[3]胡宇,郭天文,张绪成.旱地马铃薯连作对土壤养分的影响[J].安徽农业科学,2009,37(12):5436-5439.

10.3969/j.issn.2095-1205.2022.04.08

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2095-1205(2022)04-24-03