刘宝东，时 斌，王 聃，曹丽娟，葛丽丽

(1.北华大学林学院，吉林 吉林 132013；2.长白山森工集团大石头林业有限公司，吉林 敦化 133702)

人参(PanaxginsengC.A.Meyer)是典型的忌连作栽培的名贵中药材[1-4].张连学等[1，5]研究指出：由于老参地存在化感物质、土壤理化性质变劣、病原菌增多，导致出现人参连作障碍现象.迄今为止，虽然解决人参连作障碍的办法尚不完善，但已有研究表明，利用生物或生物代谢产物对病原菌的抑制作用来控制病原菌生长繁殖对解决连作障碍非常有效[1，5-6].紫苏(Perillafrutescens(L.) Britt.)为唇形科(Lamiaceae)紫苏属(Perilla)1 a生草本植物，紫苏种子、油和叶有较高的食用价值；紫苏叶含有丰富的挥发油，其提取物有很好的抗炎和抑制炎症作用[7].2014年，在吉林省集安地区考察时发现，有个别参农在种植过人参的老参地种植紫苏，并将成熟的紫苏整株深耕埋进土壤，连续种植3 a后再种植人参，人参可正常生长，此方法解决了人参连作障碍问题，但对其机理尚未做出合理解释.赵杨景[8]曾在施入紫苏籽的土壤上种植西洋参，其存苗率及地上生物量比对照处理分别提高26.8%和11.5%，证明紫苏适合与西洋参轮作，但对紫苏籽提高西洋参存苗率的机理和紫苏籽作肥料施入对土壤理化性质和土壤生物学特性的影响未见报道.土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分，土壤微生物量数量及其变化是土壤肥力高低的重要指标之一[4，9-10].为了寻找解决人参连作障碍的有效途径，探索紫苏修复人参连作障碍的可行性，本文通过试验研究老参地种植1 a紫苏的土壤呼吸强度和土壤微生物量碳氮的变化情况，为通过种植紫苏修复人参连作障碍提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

研究样地设在吉林市龙潭区江密峰镇新山村，位于吉林市东部(44°00′36.60″N，126°46′09.81″E)半山区.设置未种过人参的林地(A)、种过人参后还林1 a的老参地(B)、还林2 a的老参地(C)、还林后同时种植1 a紫苏的老参地(D)共4块样地.未种过人参的林地紧邻老参地，为阔叶林；老参地均为按照传统方式种植5 a人参(园参)后正常还林，还林后马上栽种3 a生落叶松苗木，样地条件相似；种植紫苏的老参地为栽种落叶松苗木后在空地种植紫苏，8月末将紫苏割倒后翻耕进土壤.2020年4月下旬，在各样地分别随机设置4个5 m×5 m采样小区，在小区内采用五点采样法采集混合土样，采样深度为表土下10 cm，制成混合样品，剔除石子及动植物残渣，用木棒擀碎，过20目筛装入无菌聚乙烯自封袋，放到4 ℃冰箱中保鲜待用.分别另取一份土壤，风干后制成风干样品，测定土壤的基本理化性质和速效养分，结果见表1.

表1 土壤的基础理化性质

1.2 试验方法

1.2.1 土壤呼吸强度测定

土壤呼吸强度采用室内密闭培养、静态碱吸收滴定法测定[6].分别称取相当于20.0 g烘干土重的新鲜土样3份，均匀平铺于扩散皿外室，调节土壤含水量至田间持水量的40%～60%，吸取0.1 mol/LNaOH溶液5.0 mL于扩散皿内室，盖好扩散皿盖子使其密闭，室温恒温培养24 h，打开毛玻璃向扩散皿内室加1 mol/L BaCl2溶液2.0 mL和酚酞指示剂两滴，用0.05 mol/L标准盐酸溶液滴定至红色消失.另设不加土壤的空白对照.每种土样设置3次重复，土壤呼吸强度用吸收的二氧化碳量(mg/(kg·h))来表示.

1.2.2 土壤微生物量碳、土壤微生物量氮测定

土壤微生物量碳氮的测定参考氯仿熏蒸K2SO4浸提法[11-12].分别称取相当于10.0 g烘干土重的新鲜土壤3份，放在25 mL无盖铝盒中，再将铝盒放入真空干燥器内，同时在真空干燥器中再放入分别装有50 mL去乙醇氯仿和100 mL稀氢氧化钠的小烧杯，将真空干燥器封闭，用真空泵抽气至氯仿沸腾并保持3～5 min，关闭干燥器进气阀门，在25 ℃的黑暗条件下放置24 h，取出装有氯仿和稀氢氧化钠的小烧杯后用真空泵反复抽除土壤中的氯仿，直到无氯仿味为止.同时设未熏蒸对照土样3份和不加土壤的空白对照3份.土样采用40 mL 0.5 mol/L K2SO4溶液振荡浸提30 min，过滤得浸提液.浸提液中有机碳采用重铬酸钾氧化法测定，全氮采用凯氏定氮法测定[13].

1.2.3 土壤基础理化性质测定

土壤pH按照《森林土壤pH值的测定》(LY/T 1239—1999)测定，有机质按照《森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算》(LY/T 1237—1999)测定，水解性氮按照《森林土壤水解性氮的测定》(LY/T 1229—1999)测定，有效磷按照《森林土壤有效磷的测定》(LY/T 1233—1999) 测定，速效钾按照《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》(NY/T 889—2004)测定.采用Excel 2016软件进行数据统计分析及制图.

2 结果与分析

2.1 种植紫苏对参后土土壤呼吸强度的影响

土壤呼吸强度是指土壤中的微生物在一定时间内吸收氧气和释放二氧化碳的量，能够反映土壤微生物的活性种植[11，14-15].由图1可知：未种过人参的林地土壤二氧化碳释放量最大，达到8.65 mg/(kg·h)，与其他3种土壤差异极显著(P<0.01)，种植过人参的老参地土壤呼吸强度会大幅下降，说明土壤的微生物活性大大降低.还林1 a的老参地土壤呼吸作用最弱，二氧化碳释放量仅为0.46 mg/(kg·h)，为未种过人参林地的1/32；种植1 a紫苏的老参地土壤二氧化碳释放量(2.56 mg/(kg·h))与还林2 a的老参地土壤二氧化碳释放量(2.35 mg/(kg·h))无显著差异(P>0.05).种植1 a紫苏的土壤与同时期还林老参地土壤的呼吸强度相比已经明显增大，达到甚至超过还林2 a老参地土壤的呼吸强度，说明种植紫苏可以使老参地土壤的微生物得到较快恢复.但种植1 a紫苏的老参地土壤的二氧化碳释放量仅为未种过人参林地的1/6左右，预示着要使老参地的土壤呼吸强度恢复到未种过人参林地的水平需要连续几年种植紫苏.

不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著.

2.2 种植紫苏对参后土土壤代谢熵的影响

土壤微生物代谢熵是土壤呼吸强度与土壤微生物量碳的比值，也叫呼吸熵，这个指标可以更清晰地反映单位微生物量碳的呼吸速率，将土壤微生物量碳与土壤微生物呼吸强度有机地结合起来，是反映管理措施变化对土壤微生物碳库影响的一个敏感性指标[16].由图2可见：还林1 a的老参地土壤代谢熵比未种过人参的林地土壤的代谢熵降低了61.3%，差异达到了极显著水平(P<0.01)；而还林2 a的老参地土壤和种植1 a紫苏的老参地土壤代谢熵已经分别超过未种过人参的林地土壤15.5%和11.3%，说明种植人参后土壤微生物活性大大降低；还林1 a 的老参地土壤的微生物代谢仍较弱，还林2 a和种植紫苏可以显著加快土壤微生物的代谢速率，代谢熵已经超过未种过人参的林地土壤.

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2.3 种植紫苏对参后土土壤微生物量碳的影响

土壤微生物量碳可以准确反映土壤中微生物的多少，是土壤中微生物状态的重要指标[9].由图3可见：未种过人参的林地土壤微生物量碳最大，达到1 790 mg/kg，与其他处理差异显著(P<0.01)；还林1 a的老参地土壤微生物量碳最小，仅为246 mg/kg，而种植1 a紫苏老参地的土壤微生物量碳为476 mg/kg，接近还林1 a老参地的2倍，说明种植紫苏1 a可以使土壤微生物的数量显著增加；还林2 a的老参地的土壤微生物量碳为421 mg/kg，低于种植紫苏的老参地，但差异不显著.4种土壤微生物量碳的含量依次为A>D>C>B.

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2.4 种植紫苏对参后土土壤微生物量氮的影响

土壤微生物量氮是反映土壤微生物状况的另一个重要指标，与土壤微生物量碳呈明显的正相关关系[15].由图4可见：种植1 a紫苏的老参地土壤微生物量氮含量达到52.7 mg/kg，是同时期还林1 a 老参地土壤微生物量氮含量(28.6 mg/kg)的1.8倍左右，差异达到显著水平(P<0.05)，说明种植紫苏可以显著提高土壤微生物量氮的含量；未种过人参的林地土壤微生物量氮含量最高，为132.6 mg/kg；还林2 a的老参地土壤微生物量氮也有一定程度的提高，达到36.7 mg/kg，但仅为种植1 a紫苏老参地土壤微生物量氮的69.6%.4种土壤微生物量氮的含量依次为A>D>C>B，且都达到了显著差异水平.

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2.5 种植紫苏后参后土土壤微生物量碳氮比的变化

土壤微生物量碳氮比(C∶N)的变化可以反映土壤微生物量碳氮的增加情况，不同土壤微生物量碳氮比见表2.由表2可知：4种处理的土壤微生物量碳氮比在8.61～13.49，种过人参的老参地较未种过人参的林地土壤分别降低了36.3%、15.1%和33.1%，说明种植人参后在微生物数量减少的前提下提高了土壤微生物量氮的质量分数，种植人参后的土壤微生物量碳氮比变化差异不大，未达到显著水平(P<0.05).土壤微生物量碳与土壤有机碳含量的比称为微生物熵[17]，种过人参的3种土壤的微生物熵较未种过人参的林地土壤分别降低了76.6%、58.4%和68.9%，还林2 a的老参地和种植紫苏1 a的老参地的生物熵都较还林1 a的老参地有所提高，表明种植紫苏可以促进微生物将有机碳转化为微生物量碳.

表2 不同土壤微生物量碳氮比

3 结 论

研究[8]表明：西洋参与紫苏轮作，可以在一定程度上改善西洋参的连作障碍，同时，在轮作过程中，施入紫苏籽作肥料效果更佳.本研究显示：种植紫苏可以使土壤微生物呼吸强度显著增强，种植1 a紫苏的老参地土壤比同时期还林老参地土壤的呼吸强度提高了4.56倍，超过还林2 a的老参地土壤二氧化碳释放量8.9%；种植紫苏能够提高土壤微生物量碳氮含量.种植紫苏后土壤的微生物量碳氮都显著高于同时期还林的老参地，分别高出0.7倍和0.8倍，土壤微生物量氮含量甚至高出还林2 a的老参地0.4倍，证明在种植过人参的土壤种植紫苏，可以改善土壤微生物生存环境，提高土壤微生物数量，缩短老参地人参连作障碍的恢复时间.

种植1 a紫苏老参地的代谢熵显著增加，已经超过未种过人参的林地，但土壤微生物呼吸强度和土壤微生物量碳氮与未种过人参的林地土壤相比差距较大，一方面说明种植1 a紫苏后土壤微生物活性大大增强，对土壤有机碳的利用加快，短期虽然对土壤有机质的累积不利，但可以显著改善种植人参带来的化感作用；另一方面，由于人参的化感作用较强，尽管种植了紫苏，但土壤微生物的呼吸强度和土壤微生物量碳氮在短时间内也很难恢复到种植人参之前的水平，参后地靠自然恢复土壤微生物数量，增加非常缓慢.完全解决老参地人参连作障碍问题是个漫长的过程，需要种植多轮紫苏.