山藥種植對土壤酶活性和養(yǎng)分含量的影響

范琳娟，劉子榮，徐雪亮，王奮山，余國慶，姚英娟*

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)應用微生物研究所，江西 南昌 330200； 2.瑞昌市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 瑞昌 332200)

山藥(DioscoreaoppositaThunb)，又名薯蕷，是多年生薯蕷科薯蕷屬纏繞性藤本植物，能形成長圓柱形的地下肉質(zhì)根莖，營養(yǎng)豐富，具有健脾益胃、助消化、益肺止咳等功效，是重要的藥食同源食物[1]。江西省瑞昌市是全國重要的山藥生產(chǎn)基地，年種植面積達1 300 hm2以上，年產(chǎn)山藥2萬多t，年產(chǎn)值1.2億元左右，是當?shù)剞r(nóng)戶的主要增收渠道之一[2]。近些年，隨著瑞昌山藥種植規(guī)模的不斷擴大，山藥線蟲等土傳病蟲害發(fā)生日益明顯，導致瑞昌山藥難以連年栽培。目前，農(nóng)戶常采用新開墾荒地栽培，或者在兩茬間休地撂荒6～10 a后再次栽培。這2種種植模式雖然在一定程度上可以控制一些土傳病害的發(fā)生，但關于山藥種植后對土壤環(huán)境到底造成了什么樣的影響，這2種栽培方式給土壤生態(tài)環(huán)境帶來什么樣的變化，以及后期如何進行科學管理以保障土壤健康狀況、提高植株抗病蟲害能力等問題，由于缺乏對于山藥栽培及其病蟲害防治技術的系統(tǒng)研究，尚未能得到很好的解答。

土壤酶是土壤生態(tài)環(huán)境的重要成分之一，主要由植物根系分泌和土壤微生物代謝產(chǎn)生，可推動土壤中有機物的轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分礦質(zhì)化和同質(zhì)化，在一定程度上可以反映土壤生物活性的穩(wěn)定性和靈敏性，以及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動態(tài)情況[3-6]，且與土壤的理化性質(zhì)、腐殖質(zhì)和微生物活性物質(zhì)密切相關，常被用作評價土壤健康狀況的一個重要指標。

目前，針對種植不同年限蔬菜、果樹土壤的養(yǎng)分含量變化、酶活性變動情況等已有較多研究[7-8]，但在本研究范圍內(nèi)僅見孫凱寧等[9]研究了山藥連作和輪作對土壤微生物群落和酶活性的影響，而關于山藥種植對土壤酶活性和養(yǎng)分含量的研究鮮見報道。為此，本研究以瑞昌山藥為研究對象，通過測定其種植前、種植1茬和種植2茬(兩茬間隔6 a)的土壤酶活性和養(yǎng)分含量，旨在為瑞昌山藥科學施肥提供參考，為解析山藥連作障礙發(fā)生原因提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

供試土樣于2018年11月17日采自瑞昌市范鎮(zhèn)瑞昌山藥種植地塊，種植時間為2018年3月12日，地理坐標為28°14′N、115°7′E，試驗地土壤為壤土。

1.2 處理設計

本試驗著重討論種植1茬和種植2茬山藥(兩茬間隔6 a)對土壤養(yǎng)分含量和酶活性的影響。試驗共設計3個組別：CK，種植前，前茬為荒地；YP-1，2018年種植山藥1茬，前茬荒地；YP-2，2012年和2018年各種植山藥1茬，中間6 a無作物種植。試驗地塊土壤類型、氣候條件、田間管理等基本一致。

1.3 取樣方法

于2018年11月16日采用隨機5點取樣法，取表層以下5～20 cm處土樣，每個處理重復3次。每個重復土樣混勻后取出約500 g放入同一自封袋，帶回實驗室，自然風干后過1 mm篩，用于測定土壤酶活性和養(yǎng)分含量。

1.4 指標測定

土壤pH采用水、土體積質(zhì)量比2.5∶1的比例浸提，酸度計法測定，有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法測定，銨態(tài)氮含量采用靛酚藍比色法測定，速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用火焰光度法測定[10-12]。

土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[13-14]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)用Excel 2010和SPSS 20.0軟件進行整理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤酶活性的影響

土壤酶活性是土壤生態(tài)系統(tǒng)中較為活躍的組分，影響著土壤代謝的過程，對自然和人為因素造成變化的響應較為敏銳[15]。由圖1可知，不同處理下瑞昌山藥土壤酶活性呈現(xiàn)出較大差異。與CK相比，YP-1和YP-2處理的土壤酸性磷酸酶活性和蔗糖酶活性均顯著降低，降幅分別達19.72%和45.23%、44.25%和56.74%。YP-2處理的土壤脲酶活性也較CK顯著降低，降幅達48.27%。此外，YP-2處理的土壤酸性磷酸酶活性較YP-1也顯著降低。這表明，隨著種植次數(shù)的增加，土壤酶活性呈逐漸降低的發(fā)展趨勢，即使2茬間隔6 a也難以恢復到CK和種植1茬的水平。

柱上無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同處理對瑞昌山藥土壤酶活性的影響

2.2 對土壤養(yǎng)分含量的影響

如表1所示，與CK相比，YP-1和YP-2處理的土壤pH值、有機質(zhì)含量顯著降低，降幅分別達1.51、1.79個單位和64.09%、76.99%，且隨種植次數(shù)增加，土壤pH值和有機質(zhì)含量呈逐漸降低的趨勢。不同處理的土壤銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量無顯著差異。這表明，山藥種植后主要通過降低土壤pH值和有機質(zhì)含量來影響土壤環(huán)境。

表1 不同處理對瑞昌山藥土壤養(yǎng)分含量的影響

注：表中同列數(shù)據(jù)后無相同小寫字母的表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量的相關性

土壤pH和有機質(zhì)含量均會影響土壤酶的活性和穩(wěn)定性[16]。為此，對不同種植次數(shù)下山藥土壤3種酶的活性與5項土壤理化性質(zhì)進行相關性分析。表2看出，土壤pH值與有機質(zhì)含量、酸性磷酸酶活性、蔗糖酶活性之間，有機質(zhì)含量與脲酶活性、酸性磷酸酶活性、蔗糖酶活性之間，脲酶活性與酸性磷酸酶活性之間，酸性磷酸酶活性與蔗糖酶活性之間均呈顯著或極顯著正相關關系；土壤pH值與速效鉀含量之間呈顯著負相關關系。

表2 不同處理山藥土壤養(yǎng)分含量、酶活性的相關性

注：**與*分別表示極顯著(P<0.01)或顯著(P<0.05)相關。

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果顯示，與CK相比，種植1茬和種植2茬(兩茬間隔6 a)后的山藥土壤pH值、有機質(zhì)含量和土壤酶活性均大幅降低，且隨種植次數(shù)的增加呈逐次降低的趨勢，土壤銨態(tài)氮含量、速效磷含量和速效鉀含量隨種植次數(shù)增加無顯著變化。相關性分析結(jié)果表明，土壤pH值和有機質(zhì)含量與土壤酶活性大多存在顯著或極顯著的正相關關系。由此表明，土壤理化性質(zhì)劣變可能是導致山藥連作障礙發(fā)生的重要原因之一。

土壤酶可參與土壤中的各種生物化學反應，能反映不同栽植條件和不同種植年限下的土壤質(zhì)量，也是一項最穩(wěn)定、最靈敏的反映土壤生物性能變化的重要指標[17-18]。孫凱寧等[9]研究表明，山藥土壤脲酶活性和蔗糖酶活性隨種植年限的增加呈逐漸降低的趨勢；韋小了等[19]研究結(jié)果也顯示，種植4、9、15 a的刺梨園土壤酸性磷酸酶活性呈逐漸降低的趨勢；這些結(jié)果均與本研究基本一致。但也有研究表明，隨著種植年限增加(種植年限小于3 a)，土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性呈逐年增加的趨勢[7]。前人關于種植年限對土壤酶活性影響的研究有很多，但涉及的作物種類多樣，結(jié)論也并不完全一致。有研究報道，影響土壤酶活性的因素有很多，除種植年限和作物種類外，還有栽培方式、土壤類型、田間管理方式(如施肥)等可影響植物土壤微生物群落的因素，也均可影響土壤酶活性[9]。

土壤pH值是土壤的主要理化指標之一，直接關系植株長勢，適宜山藥生長的土壤pH值為6.0～8.0。本研究結(jié)果表明，山藥種植1茬和種植2茬(兩茬間隔6 a)后的土壤pH值(分別為4.40和4.12)均嚴重偏離山藥最適生長環(huán)境。低的pH值往往與低的土壤微生物活性相關[20]，低的微生物活性降低了土壤酶活性，進而降低了土壤中有機質(zhì)的礦化作用，不利于植物生長。孫凱寧等[9]的研究表明，山藥連作對土壤pH值影響不大，與本研究結(jié)果不同。具體原因有待進一步研究。初步推測可能與不同品種山藥不同生長時期根系分泌物的種類和含量、田間栽培管理方式(如施肥狀況)和生長環(huán)境(微生物類群)等的差異有關[21-23]。

土壤有機質(zhì)是衡量土壤質(zhì)量和肥力的重要指標，與土壤的理化性狀密切相關。本研究結(jié)果顯示，山藥種植1茬和種植2茬(兩茬間隔6 a)后的土壤有機質(zhì)含量均顯著降低，而土壤銨態(tài)氮含量、速效鉀含量和速效磷含量變化不大，這與孫凱寧等[9]對山藥土壤有機質(zhì)含量、速效磷含量和速效鉀含量的研究結(jié)果基本一致。由此判斷，可能是瑞昌山藥的整個生育期比較長(270 d左右)，對有機質(zhì)等養(yǎng)分的需求量較大，而在山藥生長過程中僅補充了氮磷鉀肥，有機質(zhì)補充量較少，最終導致土壤有機質(zhì)含量較CK大幅降低，而土壤氮磷鉀含量變化不大。

土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)密切相關。土壤的供肥能力既取決于土壤酶活性高低，同時也是土壤酶活性的基礎。本研究結(jié)果顯示，種植1茬和種植2茬(兩茬間隔6 a)后的土壤pH值、有機質(zhì)含量與土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性大多存在顯著或極顯著正相關關系。許景偉等[24]、Zhang等[25]研究也表明，土壤有機質(zhì)含量與土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性存在顯著正相關關系，與本研究結(jié)果基本一致。據(jù)此推斷可能是山藥多次種植降低了土壤pH值和有機質(zhì)含量，進而抑制了土壤酶活性。

綜上所述，種植1茬和種植2茬(兩茬間隔6 a)的山藥均會使土壤環(huán)境嚴重酸化，并顯著降低山藥成熟期土壤的有機質(zhì)含量、脲酶活性、酸性磷酸酶活性和蔗糖酶活性，進而降低土壤質(zhì)量，影響山藥生長，且其不利影響隨種植次數(shù)的增加呈逐漸加重的趨勢。由此表明，土壤環(huán)境惡化可能是導致山藥連作障礙發(fā)生的重要原因之一。因此，在種植過程中要注意及時補充堿性肥料和富含有機質(zhì)的肥料，以改善土壤酸性環(huán)境，提高土壤有機質(zhì)含量和土壤酶活性，促進山藥生長。

山藥連作障礙的發(fā)生受土壤條件、種植方式、栽培管理、病蟲害的發(fā)生與防治等多方面的影響。本研究僅從種植山藥的土壤環(huán)境因素出發(fā)，探討了山藥連作障礙發(fā)生的可能原因，進而對山藥栽培的肥料管理提出了建議。但導致山藥連作障礙發(fā)生的其他可能原因，尤其是山藥線蟲發(fā)生和危害對連作障礙的影響，同樣不容忽視，且有待進一步深入研究。