连作对植烟土壤有机碳和酶活性的影响及其与土传病害的关系

何 川，刘国顺，李祖良，乔保明，董宁禹，蒋士君

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002;2河南农业大学植物保护学院，河南 郑州 450002)

土壤酶活性极易受到土壤理化性质和环境条 件的影响，它被作为土壤肥力的一个指标而在指导农业生产实践中发挥着重要的作用［1］.作物连作可使土壤营养非均衡性变化、土壤微生物区系变化、土传病原物大量繁殖加重病害、以及土壤酶活性下降，从而严重影响了土壤质量和土壤健康，对作物的生长和优质生产极为不利［2～5］.土壤有机碳是土壤养分循环转化的核心［6］，有机碳在土壤酶和微生物的作用下分解，对土壤健康和生态环境有着重要的影响［7］，土壤有机碳的变化直接影响到了土壤肥力和土壤微生物群落的变化.农业土壤的有机碳最为活跃，极易受到农业上的管理措施如耕作、施肥和灌溉的影响.已有研究表明，土壤有机碳含量和土壤酶活性具有显著的相关性［8］，较高的土壤有机碳量和酶活性有利于有益微生物的生长、土壤微生态条件的改善，从而抑制有害病菌的生长［9］，减少病害的发生，说明三者之间具有一定的相关性.目前关于连作对土壤酶活性影响的研究仅局限于土壤肥力方面，对不同土地利用方式影响土壤有机碳含量的研究［10，11］也较多，但对于连作条件下土壤有机碳量、土壤酶活性变化及其与土传病害关系的研究非常缺乏.本研究拟以烟草连作土壤为对象，系统分析土壤酶和有机碳及其烟草土传病害中青枯病、黑胫病之间的相关性，为深入探索土壤健康与土壤碳循环之间的内在关系奠定基础，为烟田土壤的可持续利用提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料、试验地情况

供试土样采自重庆市黔江区、河南豫西的烤烟烟田，45个样品全部采自连作年限1～5 a的代表性植烟土壤，每个地区相同连作年限的土壤样品不少于3个，其中第1年植烟土壤样品9个、连作2 a的9个、连作3 a的10个、连作4 a的9个、连作5 a的8个.土样采集采用5点取样法，土样经过筛后备用.采样烟田的施肥和田间管理均符合当地常规要求，烤烟品种为当地主栽品种.同一地区的采样田应分布于相同的生态区域内，以尽量减少土质、地貌、植被等因素对试验结果的影响.重庆、河南采样烟田内调查的主要土传病害分别为青枯病、黑胫病.

1.2 试验方法

土壤有机碳的测定采用重铬酸钾法［12］.土壤淀粉酶、蔗糖酶、纤维素酶活性的测定采用3，5－二硝基水杨酸比色法［13］.烟草青枯病和黑胫病的调查方法和病情指数计算方法遵照烟草行业标准(TC/39—1996)进行.试验数据采用Excel 2007和SPSS 17.0统计分析软件进行数据处理，并进行Duncan法多重比较.

2 结果与分析

2.1 不同连作年限对烟田土壤有机碳含量的影响

由图1可知，河南和重庆的土壤有机碳含量在总体上均表现出随连作年限的延长，先增加后降低、再略有回升的趋势.且两地区相同连作年限的土壤有机碳含量无显著差异.

河南地区土壤有机碳含量在连作2，3 a时均高于连作1 a时，并在连作2 a时达到最高，但连作3 a时显著高于(P＜0.05)连作4，5 a时，从连作2～4 a和从连作2～5 a降幅分别达到23.2%和13.5%.重庆地区土壤有机碳含量在连作1～3 a内逐渐增加，并在连作3 a时达到最高含量，但在连作3 a以后其含量则显著下降至连作1 a时的水平.

图1 不同连作年限土壤有机碳含量变化Fig.1 The changes of SOC content during different continuous cropping years

2.2 不同连作年限对烟田土壤淀粉酶活性的影响

由图2清晰表明，河南、重庆两地区土壤的淀粉酶活性在连作2 a时均达到最大峰值，之后显著降低，连作3～5 a时的淀粉酶活性无明显差别.试验结果表明，重庆地区的土壤淀粉酶活性显著高于(P＜0.05)河南地区相同连作年限时土壤淀粉酶活性.

图2 不同连作年限土壤淀粉酶活性变化Fig.2 The changes of soil amylase activities during different continuous cropping years

2.3 不同连作年限对烟田土壤蔗糖酶活性的影响

比较河南和重庆两地区的土壤蔗糖酶活性发现(图3)，河南地区的蔗糖酶活性在所有连作年限均高于重庆地区，总体上达到显著水平(P＜0.05).图3还表明，河南地区土壤蔗糖酶在连作2～3 a时表现出较高活性，显著高于其它3个连作年限(P＜0.05)，并在连作2 a时达到最大值.重庆地区的土壤蔗糖酶活性亦表现出先升高后降低的趋势，并在连作3 a时达到最大值，连作5 a时活性最低，但不同连作年限间其差异达不到显著水平.

图3 不同连作年限土壤蔗糖酶活性变化Fig.3 The changes of soil sucrase activities during different continuous cropping years

2.4 不同连作年限对烟田土壤纤维素酶活性的影响

试验结果(图4)表明，河南和重庆两地区间的土壤纤维素酶活性不存在明显差异，总体变化趋势均为先升高后降低、再略回升，土壤纤维素酶活性在连作3 a时最高，显著高于1，4 a连作;略高于2和5 a连作，但无显著差异.连作时土壤纤维素酶活性变化与土壤淀粉酶活性变化规律相同.

图4 不同连作年限土壤纤维素酶活性变化Fig.4 The changes of soil cellulase activities during different continuous cropping years

2.5 不同连作年限对烟草青枯病和黑胫病发生的影响

调查结果(表1)表明，青枯病和黑胫病的病情指数随着连作年限的增加而增大，重庆的连作土壤在第1，2年时烟株发病较轻，病情指数变化不明显，但到第3年时病情指数急剧增加，之后则稳定在较高的水平.河南地区黑胫病的病情指数在连作1～4 a间持续显著增加，至5 a时趋于稳定，病情指数无显著增加.

表1 连作对烟草土传病害发生的影响Table 1 Effect of continuous cropping years on tobacco soil-borne dieases

2.6 连作烟田烟株病情指数与土壤有机碳含量、酶活性的相关性分析

由表2可以发现，烟株病情指数随着土壤有机碳量的增加而降低，2种病害的病情指数均与土壤有机碳含量表现出负的直线相关性，与土壤淀粉酶，蔗糖酶，纤维素酶活性之间亦表现出非线性负相关或直线负相关.特别是在长期连作(＞3 a)时，烟株青枯病和黑胫病的病情指数均随着土壤有机碳含量、土壤淀粉酶、蔗糖酶、纤维素酶活性的降低而加重.

3 结论与讨论

本试验的研究结果表明，在连作年限为1～5 a的土壤中，土壤有机碳随着连作年限的延长其含量呈先增加后降低、再略有回升的趋势，在连作2，3 a时达到最高，连作2 a和连作3 a的土壤有机碳含量无明显差异.烟草连作2～3 a时土壤有机碳含量显著增加这一现象尚未见报道，其机制值得深入分析.HATI等［14］研究了长期连作等因素对土壤有机碳含量的影响证明连作能明显降低土壤有机碳量的.LIU等［15］研究结果表明，与轮作相比，连作能降低土壤有机碳10%左右.LIU等［16］也认为轮作才是保持土壤有机碳量的最好方法，连作则不利于有机碳的保持.

土壤酶作为衡量土壤健康状况的一个必不可少的土壤微生物学指标之一，越来越受到人们的高度重视.本试验研究结果表明，土壤淀粉酶、土壤蔗糖酶、土壤纤维素酶在连作2和3 a时活性最高，显著高于连作1，4，5 a的酶活性.重庆地区的蔗糖酶和淀粉酶活性要高于河南地区，纤维素酶活性差异不明显.许多研究者在连作对土壤酶影响方面也进行了很多研究，土壤纤维素酶活性变化与胡汝晓等［17］的研究结果有差异，张翼等［18］，GIANFREDE等［19］均认为烟草连作会降低土壤酶的活性.

表2 病情指数与土壤有机碳、酶活性的相关关系Table 2 The linear correlation of disease index and soil organic carbon，enzyme activities

VARENNES等［20］的研究认为，短期连作能增加土壤酶活性和有机碳量，与本研究部分结果相同，但其连作2 a后酶活性和有机碳量仍稳定的结果则与本研究有些差异.BONRNER等［21］认为有机碳量和酶活性有一定的相关性.由于土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向［22］，土壤酶与有机物的分解也有着亲密的关系［23］.

烤烟是中国重要的经济作物，烤烟连作现象比较严重，连作障碍是烟草栽培中的普遍现象，中国烤烟连作面积已达28%以上［24］.对本试验的结果分析认为，连作条件下烟田的烟株病情指数与土壤有机碳量及酶活性总体上呈负相关.土壤有机碳与发病率存在负相关的结果也被证明［25］，廖梓良等［26］研究表明，与发病土壤相比，健康土壤具有相对高的土壤纤维素酶，蔗糖酶，淀粉酶活性，涉及土传病害与土壤有机碳和酶活性变化趋势之间的相关性研究则较为罕见.在连作对作物生长和土壤质量影响方面，许多学者对棉花［27］、大蒜［28］、马铃薯［29］等作物进行了相关报道.报道均证明了连作降低土壤质量，加重病害的发生，因此对连作土壤土壤酶和土壤有机质的研究显得十分必要.

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