土層置換對馬鈴薯根際土壤酶活性及晚疫病病情指數的影響

張宏雷，張丁，王秋菊，劉峰，高中超，焦峰，翟瑞常

（1.黑龍江八一農墾大學，黑龍江大慶163319；2.黑龍江省農墾九三管理局，黑龍江嫩江161441；3.黑龍江省農業科學院，黑龍江哈爾濱150090）

土層置換對馬鈴薯根際土壤酶活性及晚疫病病情指數的影響

張宏雷1，2，張丁1，王秋菊3，劉峰3，高中超3，焦峰1，翟瑞常1

（1.黑龍江八一農墾大學，黑龍江大慶163319；2.黑龍江省農墾九三管理局，黑龍江嫩江161441；3.黑龍江省農業科學院，黑龍江哈爾濱150090）

以常規施肥不置換土層為對照，研究了0～20 cm和20～40 cm土層置換、置換后增施15%磷肥、置換后增施有機肥及25%多菌靈可濕性粉劑土壤滅菌等不同處理對馬鈴薯根際土壤不同土層土壤酶活性及晚疫病病情指數影響，結果表明：土層置換處理及置換后增施磷肥或有機肥和土壤滅菌處理，對馬鈴薯田間根際不同深度土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和磷酸酶活性均有影響。馬鈴薯播種后35 d時，土層置換及土壤滅菌處理降低了0～10 cm土層土壤脲酶活性；土層置換并增施有機肥顯著提高了各土層土壤蔗糖酶活性；土層置換并增施磷肥或有機肥可有效保持馬鈴薯根際土壤中磷酸酶的活性，其中以增施磷肥效果更為明顯。土層置換后增施磷肥或對表土滅菌處理可減少馬鈴薯晚疫病的發病率；在播種后77 d時，置換后增施有機肥的病情指數分別比不置換土壤、土層置換、置換后增施15%磷肥和土壤滅菌處理分別提高17.5%、47.1%、60.8%和66.6%，在土壤置換后施用有機肥不利于降低馬鈴薯的晚疫病發病。

土層置換；馬鈴薯；磷肥；有機肥；土壤酶活性；晚疫病病情指數

馬鈴薯（Solanum tuberosum L）屬茄科茄屬多年生草本塊莖植物，總產和栽培面積僅次于小麥、水稻和玉米，為世界第四大栽培作物［1］，在保障全球糧食安全方面發揮著至關重要的作用。我國馬鈴薯的主要種植地區有東北、華北、西北和西南四大產區，其鮮薯產量和種植面積占全球的25%，居世界第一位［2－4］。近幾年來，馬鈴薯的種植和加工產業有了穩步提升的經濟效益，保障了國家的糧食安全生產，增加了農民的收入［5－8］。馬鈴薯具有適應性廣、產量高、營養豐富、經濟效益好等特點［9］，作為重要的蔬菜和糧食兼用作物，在我國同一地塊上馬鈴薯的連作種植越來越廣泛，使得田間土壤生態平衡遭到破壞，土壤養分失調，有害菌群增加，馬鈴薯長勢減弱，產量和品質持續下降。馬鈴薯屬于忌連作的作物，對連作十分敏感，其連作障礙問題日益突出，制約著馬鈴薯產業的健康、持續發展［6，10－12］。

馬鈴薯的種植面積在黑龍江省逐漸擴大，而且產區相對集中，有些地區甚至成為第一大作物。為擴大馬鈴薯生產規模，這些地區常常多年大規模種植，導致馬鈴薯產量低、連作障礙越來越嚴重。多年來，關于設施作物連作障礙的現象、發生的機理及緩解措施研究報道較多，對于馬鈴薯連作障礙的研究主要集中在連作障礙的表現和發生機理等領域［13－17］，但是對于克服或減少大面積的馬鈴薯連作障礙并沒有提出合理的措施，主要的抗連作措施不適于大面積的馬鈴薯種植且比較費時，投入成本較高［18－19］。土層置換技術在降低大面積連作障礙方面已經有突出的效果，由于土壤酶參與土壤各種生物化學反應過程，與土壤供應養分能力密切相關，土層置換在改變土壤層次的同時對土壤微生物也有一定的影響，因此本試驗通過土層置換改良土壤后對土壤不同層次土壤酶活性影響及抗病性進行分析，為消除大面積馬鈴薯連作障礙提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗地位于黑龍江八一農墾大學農學院教學科研基地內，屬松遼盆地中央坳陷區北部、松嫩平原西部，中溫帶大陸性季風氣候區。年平均降雨440 mm，年均蒸發量1 600mm，年均氣溫3.4℃，無霜期130 d，≥10℃的積溫2 840℃，土壤類型為石灰性黑鈣土（黏質伊利石混合型冷性－普通鈣積干潤均腐土），母質為第三紀、第四紀沖積、洪積形成的富含碳酸鹽的黃土狀母質。

1.2 供試材料

供試馬鈴薯品種為尤金，株型直立，株高60 cm左右，葉深綠色，薯塊橢圓形，黃皮黃肉，芽眼平淺，兩端豐滿，為感病品種，生育期65～70 d，屬糧菜和淀粉加工兼用型品種。

1.3 試驗設計

田間試驗采用隨機區組設計，小區內土壤為第4年馬鈴薯連作土壤。試驗共設5個處理，分別為不置換土層施基肥（CK）；置換土層施基肥（T1）；置換土層且增施15%磷肥（T2）；置換土層且增施有機肥（T3）；不置換土層施基肥且施用土壤殺菌劑（H）。

除T2處理外，氮、磷、鉀肥料施用量均采用當地常規用量，分別為N 90 kg·hm－2、P2O590 kg·hm－2、K2O 45 kg·hm－2，T2處理增加P2O5施用量的15%，即為P2O5103.5 kg·hm－2，肥料類型為尿素（N 46%）、磷酸二銨（N 18%，P2O546%）和硫酸鉀（K2O 50%），T2處理增施的磷肥為過磷酸鈣（P2O518%），T3處理增施有機肥為市售有機肥料（玉林豐田生態有機肥廠生產，桂農肥2009臨字1837號，總有機質≥34%），施用量為120 kg·hm－2，所有肥料做基肥一次施入，施肥深度20 cm。

因考慮到腐殖質層的厚度，土層置換深度確定為將0～20 cm和20～40 cm土層進行置換處理，土層置換處理的具體方法為：在田間土壤耙平未起壟的狀態下，利用挖掘機分別將表層0～20 cm和20～40 cm土層挖出堆放，然后將0～20 cm土層土壤回填并鋪平，最后將20～40 cm土層土壤回填至上層鋪平后，機械起壟待播種，總作業深度為40 cm。土壤殺菌采用25%多菌靈可濕性粉劑用土壤混拌，配成藥土進行田間覆蓋。

田間試驗于2014年進行，播種日期為6月5日，每小區5行、行長5 m，株距0.25 m、行距0.66 m，小區面積16.5m2，每行20株、每小區共種植馬鈴薯100株。

1.4 樣品采集及分析

分別于馬鈴薯播種后35、49、63、77 d，在各小區分為0～10、10～20、20～30、30～40 cm取土壤樣品，風干后過1mm篩，用于土壤酶活性的測定；同時進行馬鈴薯田間晚疫病病情指數調查。

土壤水解酶類活性的測定采用以下方法［20］：脲酶的測定采用苯酚鈉比色法；蔗糖酶的測定采用3，5－二硝基水楊酸法；磷酸酶的測定采用磷酸苯二鈉比色法。

參照農藥田間藥劑使用準則（一）（GB／T 17980.34—2000）中的9級分級標準進行馬鈴薯晚疫病病情分級及統計，采取每小區對角線五點取樣，每點取3株，查全部葉片。馬鈴薯晚疫病病情指數計算公式為：∑（各級病葉數×相對級數值）×100／（調查總葉數×9）。

2 結果與分析

2.1 土層置換對不同時期馬鈴薯根際土壤脲酶活性的影響

脲酶廣泛存在于土壤中，其中脲酶酶促產物——氨，是馬鈴薯的重要氮源之一，氮肥（如尿素）的水解與脲酶有著密切的相關性，脲酶對提高氮肥利用率具有重要作用［20］。圖1為馬鈴薯不同生育時期各處理對不同土層中脲酶活性（mg·g－1·h－1）變化的影響。如圖所示，不同土層土壤脲酶活性的變化趨勢，總體均為先升高后降低，且不同處理脲酶活性均在播種后63 d時達到最大值。

0～10 cm土層，在馬鈴薯播種后35 d時，CK處理下土壤中脲酶活性最高；出現這種現象的原因可能是由于長期施用化肥，使得土壤表層肥力高于底層，從而提高了脲酶的活性，T1、T2、T3處理進行了土層置換，改變了原來土壤表層的結構和生物群落，使脲酶活性有所降低，而H處理施用了土壤殺菌劑，減少了土壤中微生物的數量，也可能是降低脲酶活性的原因。隨著馬鈴薯生育期的推進，CK處理下土壤中脲酶活性出現下降的趨勢，在播種后77 d時CK處理的脲酶活性明顯低于T2、T3、H處理，表現為T3＞T2＞H＞CK＞T1。

10～20 cm土層中各處理下土壤脲酶活性總體略低于0～10 cm土層，而20～30 cm土層和30～40 cm土層各處理土壤中脲酶的活性明顯低于0～20 cm土層，但在30～40 cm土層中35 d時T1處理脲酶活性最高，這可能是因為土層置換后將表土中存在的脲酶置換到了下層；總體分析，四個土層中變化趨勢相似，不同處理下的脲酶活性均呈先升高后降低的趨勢，且在播種后63 d時脲酶活性均出現最高值。

圖1 土層置換對土壤脲酶活性的影響Fig.1 Effects of soil layer exchange on the activity of soil urease

2.2 土層置換對馬鈴薯根際土壤蔗糖酶活性的影響

水解酶對增加土壤中速效養分有重要的作用。研究證明，蔗糖酶與土壤中的許多肥力因子具有相關性，如土壤有機質、有效氮磷含量、微生物數量及土壤呼吸強度。一般情況下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越強。蔗糖酶不僅能夠表征土壤生物學活性強度，也可以作為評價土壤質量、營養供應能力和肥力水平的一個重要指標［21］。圖2表示的為馬鈴薯不同生育時期各處理影響下的不同土層中蔗糖酶活性（mg·g－1·h－1）的變化趨勢。

0～10、10～20 cm土層，除T1處理下土壤蔗糖酶活性呈下降趨勢外，其它處理下土壤蔗糖酶活性均呈先上升后下降的趨勢，在馬鈴薯塊莖形成期（播種后49 d）土壤蔗糖酶活性上升最快，然后在淀粉積累期（播種后63 d）出現最高值，其活性由高到底的順序依次是：T3＞T2＞H＞CK＞T1，T1處理在35 d時蔗糖酶活性最高，出現這種現象的原因可能是因為土層置換將下層土壤置換到上層，而下層土壤因容重、孔隙度及通氣情況等原因，蔗糖酶活性較低。CK處理下，不同土層在馬鈴薯整個采樣期內蔗糖酶活性均有下降趨勢，且上層土壤蔗糖酶活性的下降趨勢更為明顯；T3和T2處理下蔗糖酶活性變化不明顯，T3處理下蔗糖酶活性略有提高。

20～30、30～40 cm土層，T1、T2、T3處理土壤蔗糖酶的活性隨著馬鈴薯生長發育呈現明顯降低的趨勢；而CK和H處理下，蔗糖酶的活性略有下降，但總體變化并不明顯。試驗結果表明土層置換并增施有機肥對土層中蔗糖酶活性的提高有顯著作用。

圖2 土層置換對土壤蔗糖酶活性的影響Fig.2 Effects of soil layer exchange on the activity of soil invertase

2.3 土層置換對馬鈴薯根際土壤磷酸酶活性的影響

土壤有機磷的轉化需要磷酸酶的參與，磷酸酶可以加速土壤有機磷的脫磷速度。磷酸酶活性與土壤的碳、氮含量呈正相關，與有效磷含量及pH也存在相關性，因而磷酸酶活性是評價土壤磷酸生物轉化方向與強度的重要指標［22］。圖3為馬鈴薯不同生育時期各處理對不同土層中土壤磷酸酶活性（mg ·g－1·h－1）變化的影響。從圖3中可看出：不同土層磷酸酶活性均隨著馬鈴薯的生長發育呈先升高后降低的趨勢，且在播種后63 d時活性最高；除馬鈴薯播種后63 d的0～10 cm土層外，T2、T3處理各土層的磷酸酶活性始終高于其它處理，其中又以T2處理磷酸酶活性最高。在馬鈴薯播種后77 d時各土層土壤中磷酸酶活性的由高到低的順序均為：T2＞T3＞H＞T1＞CK。試驗結果表明：土層置換并增施磷肥或有機肥可有效保持馬鈴薯根際土壤中磷酸酶的活性，其中以增施磷肥效果更為明顯，同時也可看出土壤表層滅菌處理也有利于保持土壤磷酸酶的活性；從圖中還可看出隨著土層深度的增加，土壤磷酸酶的活性總體降低，這可能是因為下層土壤孔隙度減小且土壤容重增加，而土壤容重和土壤酶活性呈負相關性，所以下層土壤的磷酸酶活性低于上層土壤磷酸酶活性。

圖3 土層置換對土壤磷酸酶活性的影響Fig.3 Effects of soil layer exchange on the activity of soil phosphatase

2.4 土層置換對馬鈴薯晚疫病病情指數的影響

圖4為土層置換對馬鈴薯播種后不同時期晚疫病病情指數的影響，從圖4中可看出馬鈴薯播種后不同時期T1、T2、H處理下晚疫病病情指數均低于T3和CK處理，且隨著馬鈴薯的生長發育T1、T2、H處理下，晚疫病病情指數均有下降趨勢，其中以T2和H處理效果最明顯，這說明土層置換后增施磷肥或對表土滅菌處理可減少馬鈴薯晚疫病的發病率；而T3處理即土層置換后增施有機肥處理下，馬鈴薯晚疫病病情指數在其整個生育期內都明顯高于其它處理，這說明土層置換后增施有機肥對防治馬鈴薯晚疫病有不利影響。

圖4 土層置換對馬鈴薯晚疫病病情指數的影響Fig.4 Effects of soil layer exchange on the disease index of potato late blight

3 討論

土壤中的酶活性的研究一直都是土壤生物化學性質的重要內容，土壤中的酶主要是作物根系和微生物的分泌物，其活性能反映土壤肥力的演變趨勢和某些營養物質的轉化情況［23－25］。土壤中的酶活性受到多種因素的影響，一些研究發現作物連作會改變土壤中一些酶的活性。劉建國等［26］研究發現，棉花連作5 a和10 a時，土壤過氧化氫酶、轉化酶、蛋白酶、脲酶和中性磷酸酶活性下降，連作障礙較明顯；黃玉茜等［26］認為，花生連作超過5 a后，土壤環境惡化，各種土壤酶均達到最低值，連作障礙現象嚴重；杜茜等［27］在馬鈴薯方面的相關研究發現，馬鈴薯連作后土壤中的脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性均顯著降低，這與本研究中對照處理結果相同。

土層置換和土壤表層殺菌消毒措施均可以降低或者消除由于馬鈴薯連作對土壤中的某些酶類活性產生的不良作用。在0～10 cm土層中，在馬鈴薯生長前期的35～63 d內，CK處理下土層中的脲酶活性高于T1、T2、T3、H處理；在馬鈴薯生長后期的77 d時，T1、T2、T3、H處理下土層中的脲酶活性均有不同程度的提高，而CK處理下的土層中脲酶的活性最低。在10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土層中，馬鈴薯生長前期CK處理下土層中的脲酶活性高于其它四個處理，而到了馬鈴薯生長的后期階段，CK處理下土層中脲酶活性最低，T1、T2、T3和H均能提高馬鈴薯生長后期土層中的脲酶活性。

與CK處理下土層中蔗糖酶活性進行比較，T1、T2、T3和H四個處理均可以提高土層中的蔗糖酶活性。除在0～10 cm土層中T2處理對消除由于馬鈴薯連作對土壤中蔗糖酶活性產生的不利影響外，其它三個處理下，H處理下的土層中蔗糖酶的活性最高，總體分析，除0～10 cm土層外，H處理對于消除由于馬鈴薯連作而產生的土層中蔗糖酶活性下降的影響，而提高土層中蔗糖酶的活性。

土層置換處理導致某些土層中的磷酸酶活性低于對照處理土層中的磷酸酶活性，但增施有機肥后，對土壤磷酸酶活性的維持有積極作用，這與前人的研究得到的土壤有機質可有效保持土壤中蔗糖酶免遭變性、免遭分解的結論相吻合［28］。H處理下不同土層中的磷酸酶活性始終高于CK處理下土層中的磷酸酶活性，H處理在消除由于馬鈴薯的連作障礙對磷酸酶活性的影響方面效果最好。

關于土壤酶活性與土壤肥力的相關性方面，如今存在三種不同的觀點：一種觀點從土壤酶活性的不穩定性出發，認為酶活性不能作為全面評價土壤肥力的標準，更不能反映土壤的生物學性狀；另一種觀點認為用單一一種酶活性不足以衡量土壤肥力水平，用土壤酶的總體活性更能全面地表征土壤的肥力性狀。而還有一種觀點認為，一些相應的土壤酶活性可以間接地反應某些營養元素的轉化狀況以及土壤肥力的變化趨勢。通過我們關于土壤養分和土壤酶活性的檢測結果分析［29］，認為土壤中某些相應酶的活性可以反應土壤的肥力狀況。土層置換可以改變土層的結構，并且土壤中的養分分布和土壤的微生物環境也會發生相應的改變。與CK處理下不同土層的肥力狀況和微生物環境相比，可以發現土層置換和土壤滅菌措施可以提高因馬鈴薯連作而下降的土壤肥力和土壤微生物環境，從而影響土壤酶的活性。

馬鈴薯晚疫病是一種全球性病害，常給馬鈴薯種植業造成嚴重損失［30］。由于該病暴發流行迅速，使其防治困難，一般的防治措施很難達到預期效果［31］，同時，防效優異的殺菌劑較少以及馬鈴薯晚疫病菌抗藥性的增強，更影響了化學防治的效果［32］。因此，馬鈴薯生產上應用化學防治輔助結合農業防治、抗性品種使用等的綜合防治方法十分重要。本研究結果顯示，土層置換和表土滅菌處理可以減少馬鈴薯由于連作障礙而產生的晚疫病的發病率，并且T2和H處理在減少馬鈴薯由于連作而產生的晚疫病方面效果最佳。而土壤經過土壤置換并加有機肥處理后（T3處理），馬鈴薯的晚疫病的病情指數在整個馬鈴薯的生長期內都顯著高于其它處理和對照，在播種后77d時分別比CK、T1、T2和H四個處理高出17.5%、47.1%、60.8%和66.6%，表明在土壤置換后施用有機肥不利于降低馬鈴薯的晚疫病發病。本研究僅圍繞馬鈴薯晚疫病田間發病情況，對土層置換和表土滅菌等處理進行了初步的比較，有關土層置換抑制馬鈴薯晚疫病發生的機理還有待于進一步研究。

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Effects of soil layer exchange on rhizosphere soil enzyme activities and late blight disease index in potato

ZHANG Hong-lei1，2，ZHANG Ding1，WANG Qiu-ju3，LIU Feng3，GAO Zhong-chao2，JIAO Feng1，ZHAIRui-chang1
（1.Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China；2.Land Reclamation Bureau of Heilongjiang Province，Nengjiang，Heilongjiang 161441，China；3.Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Harbin，Heilongjiang 150090，China）

Compared with the conventional fertilization without soil layer exchange，the effects of different treatments，including 0～20 cm and 20～40 cm soil exchange，soil exchange with 15% phosphate or organic fertilizer application，and soil sterilization by 25% carbendazim wet powder，on the soil enzyme activity and the disease index of potato late blight in different soil layers（0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm）were studied in this paper.Results showed that the activity of soil urease，invertase and phosphatase in rhizosphere was affected by the soil layer exchange，soil exchange with 15%phosphate or organic fertilizer，and soil sterilization.At35 days after sowing，the soil layer exchange and sterilization treatment decreased the urease activity in 0～10 cm soil layer.The soil invertase activity in each soil layer was significantly increased by soil layer exchange with 15%organic fertilizer.Soil exchange with phosphate or organic fertilizer application could maintain the phosphatase activity in the rhizosphere，and the effect of applying phosphorus fertilizer was more obvious.Moreover，soil exchange with phosphate application and soil sterilization reduced the incidence of potato late blight.At77 days after sowing，the disease index for soil exchange with organic fertilizer was increased by 17.5%，47.1%，60.8%，and 66.6%，compared with CK，soil exchange，soil exchange with 15%phosphate，and soil sterilization，respectively，suggesting that application of organic fertilizer after soil exchange was not help-ful to reduce the incidence of potato late blight.

soil layer exchange；potato；phosphate fertilizer；organic fertilizer；soil enzyme activity；late blight disease index

S156.92

A

1000-7601（2016）06-0170-07

10.7606／j.issn.1000-7601.2016.06.26

2016-01-20

公益性行業（農業）科研專項經費資助（201303126）；農村領域國家科技計劃（2012BAD06B00）

張宏雷（1966—），男，博士研究生，E-mail：zhl5555＠163.com。

焦峰（1980—），男，副研究員，碩士生導師，主要從事土壤和作物營養生理研究。E-mail：jiaofeng1980＠163.com。