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轮作细辛对人参连作障碍的消减作用研究

2023-03-17孙文松王新雅

园艺与种苗 2023年1期
关键词:出苗率轮作年限

刘 莹,李 晖,孙文松*,李 旭,王新雅,刘 兵

(1.辽宁省经济作物研究所,辽宁辽阳 111000;辽宁省农业科学院药用植物研究所,辽宁辽阳 111000;3.东部战区疾病预防控制中心,江苏南京 210002;4.辽宁省辽阳生态环境监测中心,辽宁辽阳 111000)

人参(Panax ginsengC.A.Mey.)为五加科多年生草本植物,具有补气固脱、健脾益肺、宁心益智、养血生津的功效,是上等的补品。随着大健康产业的发展及人们保健意识的增强,人参的市场需求量不断增长,人参种植规模和栽培面积不断扩大。然而人参连作障碍现象突出,导致人参土传病害频发,严重影响人参产量及品质,已成为制约人参产业发展的瓶颈问题。

轮作是传统而有效的农业种植模式,可平衡吸收土壤中营养成分,利用种地达到养地的效果[1]。关于人参轮作的研究报道较多,人参与中药材轮作、人参与水稻轮作、人参与粮食作物轮作等[2-5],均可有效缩短老参地再植人参年限。但轮作消减人参连作障碍的作用机制研究报道较少,特别是轮作细辛消减连作障碍机制更是未见报道。该文通过移土试验,比较了细辛不同轮作年限土壤上人参的生长状况,分析了轮作对人参连作土壤理化性状及土壤酶活的影响,旨在阐明轮作对再植人参生长的影响,并进一步揭示轮作消减人参连作障碍的可能机制,研究结果为人参种植及连作障碍的有效调控提供理论依据及技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1试验地概况。试验在抚顺新宾县榆树乡进行,该试验地位于124°49′ E,41°38′ N,年平均降水量768.9 mm,降水分布不均,夏季集中,6—9 月份降水量约占全年70%;年均气温4.6℃,极端最高气温35.5℃,极端最低气温-39.5℃,年日照时数2 254.1 h,无霜期127 d。供试土壤为棕色壤土,土壤理化性状为pH 5.74,容重1.2 g/cm3,孔隙度55.24,有机质2.01%。

1.1.2试验材料。在辽宁省抚顺市新宾县榆树乡收集背景相近的土壤,设置新土、连种4 年人参土、种植4 年人参后轮作不同年限细辛的土壤。依据轮作年限分为轮作细辛1 年、2 年和3 年土。3 年生人参种苗健康、整齐,百根重1.3 kg,由辽宁省经济作物研究所提供。

1.2 方法

1.2.1试验设计。2021 年4 月中旬将收集的5 份土壤除去植物残体、石块等,移至抚顺新宾县平地人参基地进行田间试验,小区面积5 m2,客土厚度20 cm。移栽前每客土取样500 g 测定其理化性状及土壤酶活性。然后移栽3 年生人参种苗,株行距为20 cm×10 cm,种植密度为70 株/m2,所有处理均按常规管理措施。6 月统计人参出苗数,计算出苗率;9 月调查存苗数、根腐苗数,计算存苗率、根腐率;10 月收获,称取人参根鲜重。

1.2.2指标测定。

(1)出苗指标的测定。出苗率(%)=(出苗数/移栽苗数)×100,存苗率(%)=(现存苗数/移栽苗数)×100,根腐率(%)=(根腐苗数/移栽苗数)×100。每处理取10 株人参根部冲干净并称其鲜重。

(2)根际土壤养分的测定。在各试验地采用对角线5点取样法取0~20 cm 土层土样。土壤有机质测定采用K2Cr2O7容量法,土壤全氮分析采用开氏消煮法,土壤水解性氮测定采用碱解扩散法,土壤全磷测定采用碳酸钠熔融法,土壤有效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法,土壤全钾分析采用氢氧化钠熔融法,速效钾测定采用乙酸铵提取法,pH 测定采用电位法[6]。

(3)根际土壤酶活性的测定。土壤酶活性的测定主要参照Solarbio 试剂盒说明书进行,土壤蔗糖酶活性检测试剂盒(BC0240,北京索莱宝科技有限公司)、土壤酸性磷酸酶活性试剂盒(BC0140,北京索莱宝科技有限公司)、土壤脲酶活性试剂盒(BC0120,北京索莱宝科技有限公司)、土壤过氧化氢酶活性试剂盒(BC0100,北京索莱宝科技有限公司)。

1.3 数据分析

试验数据去除异常值,利用Excel,SPSS 16.0 及DPS 7.05 软件对其进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 轮作细辛对人参生长的影响

收集连作4 年人参土及轮作细辛1、2、3 年的土,通过田间移土再植人参,研究不同轮作年限对人参种苗生长的影响。结果显示,随着轮作年限的增加,再植人参出苗率也显著增加,轮作细辛3 年土再植人参的出苗率达89.74%,与新土出苗率92.31%相近(图1)。由此表明,轮作细辛可提高人参种苗出苗率。

图1 轮作细辛对人参出苗率的影响

从表1 可以看出,随轮作细辛年限增加,人参植株存苗率显著提高,而根腐病的发病率显著降低,尤其是老参土轮作3 年细辛栽植的人参,存苗率达到68.15%,同新土处理无显著性差异;其根腐率29.21%,显著低于轮作2 年处理,同新土无显著性差异。此外,连作4 年土栽植人参存苗率较低,其单株鲜重显著低于其他处理,而轮作3 年土栽植的人参,其根鲜重高于轮作1 年、2 年人参,略低于新土且无显著性差异,根增重效果良好。

表1 轮作细辛对人参植株生长的影响

2.2 轮作细辛对土壤理化性状的影响

研究发现,轮作细辛对老参土理化性状具有显著影响。从图2 可以看出,人参连作4 年导致土壤酸化(pH 5.14),而轮作细辛可提高老参土pH,且随着轮作年限增加,改良效果越好。经轮作细辛3 年处理老参土的pH 与新土接近,呈现差异不显著(图2)。轮作可改善土壤有机质含量,在该研究中,轮作细辛1 年土的有机质含量最高,为19.43 g/kg,但随着轮作年限增加,土壤有机质含量逐渐降低(图3)。

图2 轮作细辛对土壤pH 的影响

图3 轮作细辛对土壤有机质含量的影响

图4 轮作对土壤总氮的影响

图5 轮作对土壤全磷的影响

图6 轮作对土壤全钾的影响

图7 轮作对土壤速效氮的影响

图8 轮作对土壤速效磷的影响

图9 轮作对土壤速效钾的影响

土壤全量及速效养分含量的变化情况显示,由于种植人参过程进行了施肥,连作4 年人参土壤中部分养分含量呈不同程度增加(图5、8、9)。从图4 可以看出,与连作土相比,轮作土壤中全N 含量显著增加,但随着轮作年限增加,全N 含量呈降低趋势,且连作土和轮作土全N 含量均低于新土。同样,与连作土相比,轮作土壤中全P、全K 呈降低趋势,其中全P 含量略高于新土,全K 含量略低于新土(图5~6)。土壤速效养分测定结果显示,与连作土相比,速效N 含量增加,但随着轮作年限增加降低;速效P、K 含量降低,但随着轮作年限增加而升高(图7~9),土壤养分结构发生改变。

2.3 轮作细辛对土壤酶活性的影响

土壤酶活性测定结果显示,与新土相比,人参连作均降低土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性(图10)。与连作土相比,轮作细辛可提高土壤中酶活性,且随着细辛种植年限增加,土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性呈上升趋势(图10)。

图10 轮作对土壤酶活性的影响

3 结论与讨论

研究表明,人参连作易产生连作障碍,例如土壤酸化、养分失衡、土壤酶活性降低、化感自毒作用等,导致下茬人参病害频发,产量下降,品质劣化[7-9]。开展轮作可有效调节农田生态环境,减少病害,提高作物产量,利用种地实现养地的效果[10-11]。该研究结果显示,人参连作土再植人参后,人参出苗率、存苗率显著降低,根腐病发病率升高,产量明显受到影响,连作障碍问题严重,而利用细辛轮作可在一定程度上消减连作障碍的影响。

轮作可利用不同作物平衡吸收土壤营养,改善土壤养分结构,改良土壤环境,克服连作障碍。如老参地轮作中药材天麻(Gastrodia elata)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、胡枝子(Lespedez-abicolor)、细辛(Asarum sieboldii)可有效消除连作对人参生长的负影响[2-5],但轮作细辛消减人参连作障碍的作用机制未见报道。该研究显示,与连作土相比,轮作土的速效N 含量增加,但随着轮作年限增加而降低;而轮作土速效P、K 含量降低,但随着轮作年限增加而升高(图7~9),土壤养分结构发生改变;同时轮作提高土壤pH,有效改善了土壤酸碱度。这表明轮作对人参连作土壤理化性状有着显著的改善作用,尤其是土壤pH 及速效N、K、P 含量改变,由此推断,土壤酸化及养分失衡可能是导致人参连作障碍的重要原因。

研究表明,合理轮作可促进土壤生物化学进程,有效提高土壤酶活性[11]。而土壤酶活性受土壤pH 和养分含量的影响较大,轮作后土壤酸化程度得到有效缓解,pH 升高,必然导致土壤酶活性发生改变。该研究结果显示,与连作土相比,随着轮作年限增加,土壤酶活性逐渐升高,呈显著差异水平,这些酶活性的提高可加快土壤中养分的有效利用,降低土壤富营养化养分失衡的毒害,具有有效消减老参地连作障碍的作用。

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