种植年限对桔梗土壤肥力和生物学活性的影响

2017-12-12叶胜兰

农业与技术 2017年21期

摘要：以种植不同年限桔梗的土壤为试验材料，通过土壤肥力和土壤生物学活性的变化，初步研究桔梗连作障碍产生的原因。结果表明，随着种植年限的增加细菌和放线菌的数量出现降低，真菌数量随种植年限的增加表现为增多的趋势，且在第4年与CK达到显著差异，为3.45×103（cfu）·g-1（DW），较CK提高了100.6%。不同土壤层土壤酶的活性随着桔梗种植年限的增加而降低。在20～40cm土壤层，过氧化氢酶的活性在种植4a后酶活性降低为3.37 mg·（g·20min） -1，较CK降低了32.5%，而蔗糖酶活性在种植桔梗2a出现了显著下降；磷酸酶和脲酶的活性变化相对较缓慢，在种植桔梗第4年酶活性显著低于CK。同时，种植桔梗后土壤中氮磷钾及有机质含量降低。在0～20cm，土壤中全氮含量逐年缓慢下降，在种植4a的土壤中全氮含量降低为1.045 g/kg，较CK降低了28.3%；在20～40cm，土壤中有效磷、速效钾和有机质的含量在种植4a后为，3.25 mg/kg、76.47 mg/kg和10.31 g/kg，分别较CK降低了56.8%、36.0%和22.0%，且均与CK差异显著（P<0.05）。综合分析，随着桔梗种植年限的增加，土壤中细菌和放线菌数量减少、酶活性的降低、肥力的下降，而这些因素的共同作用下出现了桔梗连作障碍现象。

关键词：桔梗；土壤微生物；土壤酶；土壤肥力

中图分类号：S181；S567.23 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20171132012

引言

桔梗（Platycodon grandiflorum （Jacq.） A.DC）是桔梗科桔梗属植物，别名铃铛花、包袱花、道拉基等，是我国传统大宗中药材之一，以根入药，具有宣肺、利咽祛痰、排脓功效[1]，桔梗可以进行药食两用，目前使用量巨大，总用量也达到万吨级别。而为了增加桔梗的产出，桔梗种植一般为连作，即指在同一块地里连续种植同种（或同科）药用植物。而目前通过多年种植发现桔梗出现了连作障碍，即使在正常的管理情况下，也会产生产量下降、品质变劣、生育状况变差的现象[2]。连作障碍在中药材生产上普遍存在，多数药用植物均不能连作，特别是占栽培药材60%的根类药材的连作障碍问题尤其突出[3]。目前，我国在陕西省商洛市有大片的桔梗种植基地，通过实地调查发现该地存在着严重的连作障碍现象，造成桔梗的收成连年下降，且对土壤的结构肥力造成了一定的破坏。而引起中药材连作障碍的因素繁多，可能原因有是中药材、土壤、微生物等诸多因素及其相互作用的结果[4]，张翼等[5]研究發现，随着连作年限的增加，烟地土壤的蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性严重降低。陈慧等[6]研究表明，地黄连作情况下，土壤根际微生物和土壤酶活性都发生了改变，随种植年限增加，细菌和真菌减少，放线菌增加，且过氧化氢酶活性显著降低。张雁等[7]对桔梗连作障碍的成因也进行了初步分析，并从经验上进行探讨和提出防治措施。但对于造成商洛市桔梗连作障碍的具体因素需要进一步研究，本文通过研究桔梗不同种植年限，对土壤肥力、土壤微生物数量及土壤酶的活性的影响，探索桔梗连作障碍的具体原因，为桔梗生产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验设置

试验地位于陕西省商洛市商州区香菊药源基地，土壤为棕壤土，种植药材为桔梗。本试验于2011—2014年在试验地连续种植桔梗，并分别采集种植1、2、3a和4a的土样，试验包括4个处理：CK为对照，P1为种植1a，P2为种植2a，P3为种植3a，P4为种植4a，种植前试验地土壤性质如表1所示。

1.2 土样采集、处理和分析

1.2.1 土样采集

土样于每年的10月25日采用对角线法五点对称取样，用土钻法取根系周围5～10cm，分别取0～20cm和20～40cm土层的土壤，剔除石砾和植物残根等杂物，相同处理混合制样。一些过2mm筛后，放入1℃冷库内保存，用于测定土壤微生物数量，一些自然风干研磨过1 mm筛保存，用于测定土壤肥力和土壤酶活性。

1.2.2 土壤微生物数量的测定

土壤微生物数量的测定采用稀释平板计数法[8]，细菌培养使用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养使用马铃薯培养基（PDA），放线菌培养使用高氏一号培养基。

1.2.3 土壤酶活性的测定

土壤酶活性测定参照关松荫[9]的方法，过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法，蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法，脲酶采用苯酚钠比色法，磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法进行测定。

1.2.4 土壤肥力测定

土壤pH值采用电位法测定，土壤肥力指标采用常规方法[10]测定。

1.3 数据处理

试验数据利用Excel2007和SPSS17.0进行统计分析，采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 种植年限对微生物数量的影响

由表2可知，在0～20cm细菌数量随着种植年限延长呈现增加的趋势，而放线菌和真菌的数量在0～20cm的变化较小，但不同种植年限间表层微生物的数量与CK差异不显著。在20～40cm土壤层，细菌数量随着种植年限延长则逐年下降，且在种植的第4年与CK达到显著差异，不同种植年限土壤中细菌数量均高于对照；而放线菌的数量则逐年降低，在第3年与CK达到了显著差异（P<0.05），第4年土壤放线菌数降低到2.19×104（cfu）·g-1（DW），较CK降低了59.6%，且与CK达到显著差异（P<0.05）；郭修武等[11]认为真菌数量越多土壤肥力越差，这与本研究结果一致，真菌数量随种植年限的增加表现为增多的趋势，且在第4年与CK达到显著差异，为3.45×103（cfu）·g-1（DW），较CK提高了100.6%。而微生物的数量与土壤的肥力直接相关，细菌与放线菌与土壤肥力呈正相关关系，而真菌则与土壤肥力呈负相关关系。土壤表层土壤微生物数量的变化不大，这可能与种植作物后每年落叶等腐烂给土壤供给了有机物质以及微生物的生存提供了一定的环境支持，保障了土壤表层的肥力，而在20～40cm种植桔梗后，土壤的细菌与放线菌出现下降，而真菌增多表明土壤肥力出现下降，如果连续种植桔梗将影响桔梗的生长发育出现连作障碍现象。endprint

2.2 种植年限对土壤酶活性的影响

由表3和表4可知，种植桔梗后，0～20cm和20～40cm土壤层各土壤酶的活性随着桔梗种植年限的增加而降低。过氧化氢酶的活性在种植4a后活性较其他年限显著较低，在20～40cm土壤层，活性降低为3.37 mg·（g·20min） -1，较CK降低了32.5%；蔗糖酶活性在种植桔梗第2年，20～40cm土层的酶活性则出现了显著下降，随着种植年限的延长，酶活性降低显著。在0～20cm土壤层，磷酸酶和脲酶的活性在种植桔梗的第3年出现了显著降低，分别为3.85 mg·（100g·2h） -1和0.205 mg·（g·24h） -1，分别交CK降低了33.3%和28.6%，且与CK达到显著差异（P<0.05）；在20～40cm土壤层，磷酸酶和脲酶的活性变化相对较缓慢，在种植桔梗第4年酶活性显著低于CK，但与第2年和第3年间差异不显著。

土壤中不同酶的活性与土壤肥力密切相关，脲酶是决定土壤中氮转化的关键酶，其活性在某方面可以反映土壤的供氮水平与能力[12]；过氧化氢酶参与有机物的氧化过程，过氧化氢酶可以促进过氧化氢的分解，有利于防止过氧化氢对生物体的毒害作用[13]。而蔗糖酶活性反映了土壤有机碳累积与分解转化的规律[14]。通过本研究发现随着种植年限的增加，过氧化氢酶活性降低，这不利于土壤中有机物的降解，从而影响土壤的肥力；蔗糖酶和磷酸酶活性越高，土壤的肥力越高，而本研究发现蔗糖酶活性随着种植年限的增加而降低；脲酶活性高有利于氮肥的利用，而本试验中发现随着桔梗种植年限的增加，脲酶活性出现了降低的现象。综合分析，土壤中酶的活性随着种植年限的增加而降低，限制了土壤的肥力，最终影响桔梗的生长，出现连作障碍现象。

2.3 种植年限对土壤肥力的影响

2.3.1 种植年限对土壤氮素的影响

由表5可知，随着种植年限的增加，土壤中全氮含量逐渐下降；在0～20cm，土壤中全氮含量逐年缓慢下降，不同种植年限在试验的4a内无显著差异，但在种植第4年土壤中全氮含量降低为1.045g/kg，较CK降低了28.3%，且与CK达到显著差异（P<0.05）。而土壤中的硝态氮含量在种植1a后就显著低于CK，随着种植年限的增加出现显著降低的现象，在种植4a后，20～40cm土壤层内硝态氮含量降低至14.25 mg/kg，交CK降低了49.2%；铵态氮的含量也随着种植年限的增加而不断降低，在种植3a后，20～40cm土壤层的铵态氮显著低于CK，为2.48 mg/kg，较CK降低了32.6%，这与杨建峰等[15]的研究结果一致，随着种植年限的增加，硝态氮显著低于对照。氮素是植物生长必不可少的基本元素，是与植物产量最密切相关的元素。而作物可利用的氮素主要是硝态氮和铵态氮，而本研究中随着桔梗种植年限的增加，土壤中可利用的硝态氮和铵态氮呈现逐年下降的现象，这将严重制约桔梗的生长，这是桔梗连作障碍的重要影响因素。

2.3.2 种植年限对土壤中速效磷、速效钾及有机质的影响

由表6可知，不同种植年限土壤中有效磷、速效钾及有机质含量均出现降低。土壤中有效磷的含量在种植桔梗2a后显著低于CK，且随着种植年限的延长在逐年显著降低，到4a后0～20cm和20～40cm土层中有效磷含量为7.21 mg/kg和3.25 mg/kg，较CK分别降低了49.3%和56.8%，且与其他处理和CK达到显著差异（P<0.05）。土壤速效钾和有机质含量降低尤为显著。在种植1a后土壤中速效钾及有机质含量均显著低于CK；且随着种植桔梗年限的增加，速效钾和有机质的含量也相应减少，在种植4a后，土壤中速效鉀和有机质含量分别降低至76.47 mg/kg和10.31 g/kg，分别较CK降低了36.0%和22.0%，且与CK差异显著（P<0.05）。土壤中磷、钾含量对作物的生长及品质有重要作用，有机质则具有改良土壤、增加产量及改善品质的作用。在该试验中，连续耕作桔梗，将造成土壤肥力持续下降，破坏土壤的肥力与结构，不利于土壤的可持续耕作。

2.3.3 种植年限对土壤微量元素含量的影响

由表7可知，种植桔梗后不同土层微量元素的含量发生的显著的变化，且连作对20～40cm土壤层的影响大于0～20cm土壤层。由表中可看出，种植3a的处理0～20cm土壤中有效铁显著低于CK，而20～40cm土壤层在种植1a后土壤中有效铁的含量就出现了显著的降低，种植4a后降低为为5.78 mg/kg，较CK降低了58.7%，且与CK差异显著（P<0.05）；连续种植对土壤表层的有效锰和有效铜影响较小，在种植4a后与CK达到显著差异，而在20～40cm则在种植2a后显著下降；而有效锌的含量也随着种植年限的增加而出现下降，0～20cm在种植3a后显著低于CK，而20～40cm则在种植2a后显著低于CK。微量元素的需要求较少，但却是植物生长不可或缺的元素，当作物缺乏某一种微量元素时生长发育就会受到抑制，导致产量、品质下降。

3 结论

造成连作障碍的原因很多，主要有土壤养分亏缺，土壤理化性状恶化，植物的有害物质和土壤微生物变化变化等。本研究通过不同种植年限土壤肥力、微生物等的变化分析发现。

3.1 连续种植桔梗，土壤中微生物的数量发生了显著的变化

在0～20cm细菌数量随着种植年限延长呈现增加的趋势，而放线菌和真菌的数量变化较小，在20～40cm土壤层，细菌和放线菌数量随着种植年限延长则逐年下降；真菌数量则表现为增加的趋势。而微生物的数量与土壤的肥力直接相关，细菌与放线菌与土壤肥力呈正相关关系，而真真菌则与土壤肥力呈负相关关系。土壤表层土壤微生物数量的变化不大，这可能与种植作物后每年落叶等腐烂给土壤供给了有机物质以及微生物的生存提供了一定的环境支持，保障了土壤表层的肥力，而在20～40cm种植桔梗后，土壤的细菌与放线菌出现下降，而真菌增多表明土壤肥力出现下降，如果连续种植桔梗将影响桔梗的生长发育出现连作障碍现象。endprint

3.2 连续种植桔梗后，不同土壤层土壤酶的活性随着种植年限的增加而降低

土壤中不同酶的活性与土壤肥力密切相关，过氧化氢酶参与有机物的氧化过程，通过本研究发现随着种植年限的增加，过氧化氢酶活性降低，这不利于土壤中有机物的降解，从而影响土壤的肥力；蔗糖酶和磷酸酶活性越高，土壤的肥力越高，而本研究发现蔗糖酶活性随着种植年限的增加而降低；脲酶活性高有利于氮肥的利用，而本试验中发现随着桔梗种植年限的增加，脲酶活性出现了降低的现象。综合分析，土壤中酶的活性随着种植年限的增加而降低，限制了土壤的肥力，最终影响桔梗的生长，出现连作障碍现象。

3.3 连续种植桔梗后，不同土壤层氮、磷、钾、有机质随着种植年限的增加而显著降低，且微量元素的含量也出现缓慢下降的现象

氮磷钾是植物生长的必须大量元素，而微量元素需求量虽少但对作物的品质尤为重要，元素的缺乏将严重制约植物的生长发育及品质的优劣，而桔梗的连续种植，土壤中出现的元素亏缺现象将制约桔梗的生长，长期种植将形成恶性循环，不利于土壤的持续利用且会出现桔梗的连作障碍现象。

土壤中微生物数量的改变、土壤酶活性的降低一家土壤肥力的下降是导致桔梗连作障碍的主要因素。为保障土地的可持续利用，应与其他作物轮作。

参考文献

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