連作棉田對土壤生態系統的影響及對策

陳蘭++張小平+++張曉潔

摘 要：該文綜述了連作棉田引起土壤生態系統的改變，包括土壤理化性狀、土壤生物酶活、土壤微生物數量和土壤微生物類群的變化等，探究了改善土壤質量以及緩解棉花連作障礙采取的對策措施，為棉花栽培提供技術參考。

關鍵詞：棉花；連作；土壤；生態系統；影響；對策

中圖分類號 S562 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）01-26-03

Effects of Continuous Cropping Cotton Field on Soil Ecosystem

Chen Lan1 et al.

（1Shandong Cotton Research Center，Jinan 250100，China）

Abstract：The change of continuous cropping cotton field leading to the soil ecosystem were summarized，soil physical and chemical properties，soil enzyme activity，quantity of soil microorganism and the changes of physiological groups of soil microbial and so on were included.The improvement of soil quality，the strategy to alleviate cotton continuous cropping obstacles were discussed to technical references for cotton cultivation.

Key words：Cotton；Continuous cropping；Soil；Ecosystem ；Effect；Countermeasure

作物連作可導致土壤微生物生態失衡、病原微生物富集、理化性狀變差、病原菌數量增大、有益微生物減少、土壤酶活降低、土壤微生物特性下降，引發植物的各種土傳病害。連作使土壤中單一元素的損耗加劇，使土壤次生鹽漬化、營養元素失衡，以及分泌自毒物質[1-3]。土壤是重要的環境因素，在作物生長繁育中有著不可替代的作用。土壤功能的多樣性受到土壤微生物類型多樣性的制約，土壤的質量和健康的變化也與微生物群落結構的變化密切相關，土壤微生物量即微生物生物物質，即是土壤生態系統養分循環過程的動力，又是能量循環的關鍵[4-9]。因此，要想維持和提高農田地力，必須要有合理的輪作制度和間作作物，合適的生態平衡施肥體系，以及相宜的土壤微生物物質和構造[10-11]。土壤理化性狀、作物生產力和土壤肥力的維持重要的衡量標準是土壤微生物量，并且與土壤有機碳密切相關，土壤養分缺乏是造成連作障礙的重要原因。本文就連作對土壤特性、土壤生物酶活、土壤微生物數量和生理類群的影響研究綜述如下，并且探究了緩解連作障礙需采取的對策措施。

1 連作對土壤理化特性的影響

作物長期連作后，由于植物生長所必須的營養元素的片面吸收和施肥不當，會導致土壤養分不均衡，特別是微量元素的缺乏常常會引起作物的生長不良。土壤中某些元素間存在不同程度的拮抗作用，并且土壤中鈣、鋅、硼等元素的有效利用和施用氮磷肥的多少密切相關。徐文修等[12]分析了不同連作年限棉田土壤理化特性和土壤中元素的變化，結果表明，棉田土壤全氮、全鉀、速效磷含量均呈下降趨勢，土壤容重變化不明顯，棉田土壤微生物總量呈明顯的下降趨勢，真菌數量增多，而細菌和放線菌的數量降低，從而導致微生物菌落的改變。韓春麗等[13]研究了新疆綠洲區不同連作棉田土壤中9種礦質元素的含量、土壤養分進出量和生物循環特性，結果表明，棉田土壤中大量元素和微量元素都相應的減少，因此提出長期單一種植棉田，施肥應重點補充的微量元素有銅、鋅和錳，并根據當地土壤肥力情況來補充鉀和鎂等大量元素。連作土壤植物根系營養吸收不均衡影響酸堿度，應注意防止耕作層土壤向次生鹽堿化方向轉變。要綜合各種影響因素深入研究其變化規律，從而減輕土壤養分不均衡、土壤通透性變差、有機質降低和耕層變淺酸化。

2 連作對土壤生物酶活的影響

自然界中物質循環與土壤微生物分布及酶活密切相關，土壤中有益微生物產生的抗生素對有害微生物有抑制作用。土壤酶活提高如脲酶和磷酸酶等有利于有機質的分解，土壤微環境最強的生理活性包含土壤中微生物群落分布和酶活性，是反映土壤微環境質量和土地生產經營的重要因素[14-15]。土壤酶活性是土壤中生物學活性的總體表現，可以反映土壤生物化學過程，也是衡量土壤肥力高低的決定因素[16]。土壤中所有生化過程都有酶的參與，反映了土壤養分的動態轉化并影響土壤有機質的形成。棉花植株的生長情況受到土壤中多酚氧化酶的影響，隨著連作與秸稈還田年限的延長，棉田土壤脲酶活性略微下降。在土壤生物化學和物質循環中，土壤酶活反映其動態變化[17]。因此，土壤酶與土壤肥力、物質轉化、養分收支和農業措施有著顯著的相關性。土壤酶活具有很強的抗逆性是反映土壤質量和肥力好壞的標準，作物隨著連作年限的增加，代謝減弱，土壤酶活隨之降低，土壤狀況惡化。

3 連作對土壤微生物的影響

3.1 連作對土壤微生物數量的影響 李靜怡等[18]對植棉區不同連作棉田土壤中微生物數量變化進行了研究，結果表明，不同連作年限棉田土壤中可培養微生物如放線菌和細菌數量減少，而真菌數量在連作10a后大量增加，不同微生物間數量差異較明顯。不同生育期其土壤微生物菌群數量差異顯著，在4個生育期中細菌和真菌數量有明顯差異，放線菌在苗期的數量與其他3個生育期的差異顯著。有研究表明，隨著花生連作年限的增加，土壤及花生根際中放線菌和細菌數量明顯減少，而真菌數量增加顯著[19]。另有研究表明，長期煙草連作對土壤微生物數量和多樣性影響顯著，并導致病害的發生，破壞土壤生態平衡，細菌數量比真菌和放線菌影響更大[20]。這說明連作影響微生態環境，導致植物病源真菌大量富集，加重土傳病害，降低作物的抗病性，從而影響作物產量的提高[21-22]。綜上所述，連作使土壤中細菌和放線菌數量降低，真菌數量增加，影響土壤微生物的活動。

3.2 連作對土壤微生物類群的影響 土壤質量的好壞和物質代謝過程都與土壤中微生物類群的分布息息相關，連作土壤養分循環中微生物代謝產物能促進植物生長。土壤有機質分解有土壤微生物類群的參與，并且類群數量和合理施肥會影響土壤有機質含量。土壤理化性質受土壤微生物類群活動的影響，作物連作會導致根際土壤有機質含量及有益微生物數量減少，克生物質大量積累，導致作物生長受到抑制[23-24]。土壤中氮、磷元素的轉化與土壤微生物數量的多少也密切相關，棉花土壤微生態系統發生生物退化導致連作棉田土壤障礙[25]。棉花連作會導致對一些元素的吸收過多而使土壤中微生物群落失衡，土壤生態系統的和諧穩定與微生物生理類群的多樣性和均衡性密切相關。因此，根系微生物種群直接受到根系分泌物的影響，作物長期連作使土壤根際微生物種群多樣性減少，導致連作障礙，進而使作物營養缺失，病蟲害加重，產量減少。

4 緩解連作障礙采取的對策措施

4.1 選擇抗病品種，合理輪作 選用抗病耐病棉花品種，選擇硫酸脫絨包衣種子，在播種前曬種可殺死部分病菌。通過輪作倒茬改善土壤理化性狀，平衡施肥，做到用地與養地相結合。冬前疏松耕層，松散土壤，改善土壤結構，降低土壤容重，增加孔隙度，促進好氣性微生物活動，創造良好的土壤環境促進根系生長。播種前清除田地中的舊地膜、耕翻土地，減少病原。通過輪作改種其他作物使前茬作物根區土壤中的大量病原菌失去適宜的營養源，減少棉花連作土壤中的病原菌數量并抑制土壤病原菌繁殖。合理的輪作倒茬能顯著促進固氮菌的增加，可以刺激微生物活性提高，有助于土壤中有效氮的合成，利于土壤養分的轉化和積累。

4.2 科學田管，平衡施肥 增施有機肥不僅能補充土壤養分，抑制土壤中有害病菌，而且能改善土壤的團粒結構，提高化肥利用率，滿足棉花對各營養元素的需求，提高土壤的通透性及保肥性。微量元素是棉花生長過程中不可或缺的，因此微肥的施用對提高棉花的抗逆性、增加棉花產量起到了顯著作用。根據當地土壤基礎肥力實施科學配方施肥滿足棉花生長所需的各種營養元素，增施微肥并增加棉花根區有益拮抗菌的數量，從而提高棉花抗病抗逆性抑制棉花土壤中病原菌數量，達到棉花增產增收的效果[26]。

4.3 采取生物技術，改變土壤生物組成 通過生物降解技術、營養調控技術、自毒物質消減技術，消除或減緩土壤病菌的生長，促使棉花正常發育。通過工業發酵制成活菌制劑，向棉花根際微生態環境引入有益菌，改變棉花根際的生物組成，為減輕植株中自毒物質進人土壤微生態環境可以清除植株殘茬[27]。向連作棉田中接種復合生防菌活菌制劑，豐富棉花根際土壤微生物多樣性，并在連作棉田中繁殖大量有益拮抗菌成為棉花土壤中優勢微生物種群，并利用有益菌群產生的抗性物質或重寄生等作用抑制土傳病原菌的繁殖。

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（責編：張宏民）