基于不同作物輪作對高粱的生長與根際土壤環境分析

程彥林+劉京

摘要：本文以高粱作物為研究對象，分別設置對照組和實驗組。對照組為連作三年的高粱，試驗組為高粱、苜蓿（大蔥）、高粱各一年。研究了不同種植方式對于土壤酶活性、高粱生長以及根際土壤微生物的影響。研究結果表明：輪作對高粱根系以上部分的生長具有顯著促進作用；輪作苜蓿和蔥能夠促進高粱根系在10厘米以下土層中的分布，根系生長優勢顯著；輪作苜蓿和蔥能夠在一定程度上提高根際土壤微生物的活性。

關鍵詞：輪作；連作；高粱；土壤環境

中圖分類號： S514；S143 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.18.021

輪作是增加農田生物多樣性的重要措施，在農業發展中有舉足輕重的地位。輪作能高效利用土地，使土地得到調適和轉換，充分發揮作物間的競爭和互利作用，增強植物的抗逆性能，具有明顯的增效增長作用。隨著人口、土地資源的壓力不斷增加，不同作物輪作逐漸得到廣泛的重視和應用。

1實驗準備

1.1試驗準備及變量確定

苜蓿和蔥分別定為：T1、T2。試驗基地選用仁懷市壇廠鎮有機高粱試驗基地。該地區年平均降水量為960毫米，土壤主要為肥力中等的黃壤土，質地為砂壤土。試驗所用的高粱品種為紅纓子高粱。試驗總共分為三個不同處理：CK，連作3年高粱。T1：連作三年，高粱、苜蓿、高粱各一年。T2：連作3年，高粱、蔥、高粱各一年。在2014年～2016年三年間使用相同的施肥方案。基肥為農家糞肥或琨恩生物有機肥，追加肥為農家清糞水肥，不施加其他化學添加肥料，以確保有機高粱的品質和認證。在2015年，試驗人員在同一時間種植苜蓿、蔥和高粱，以保證實驗時間條件相同。高粱追肥時給蔥和苜蓿施加等量的農家清糞水肥。

1.2 采樣方法與樣品測定

1.2.1根系以上部分調查及樣品測定 試驗人員在拔節期和穗花期調查植株莖粗、株高、葉面積。采集三株代表性植株帶回實驗室烘干并測定生物量。

1.2.2根系分析及采樣方法 在穗花期選取相鄰3株長勢均勻的植株，并且以中間植株為中心，挖取長軸為50厘米，短軸為40厘米，深40厘米土體內的根系，用根系采集器采集小土塊，并將其進行編號放入自封袋帶入實驗室。用掃描儀掃描根系，并且用根系分析系統分析根系各參數。之后將根系放入烘箱，烘干之后測定其生物量。

1.3土壤測定項目及采樣方法

1.3.1土壤樣品的采集 土壤樣品在穗花期進行采集。高粱根基土需要用抖土根法進行采集，并且立即放入冰盒內帶入實驗室。同時，利用滅菌鑷子去除根部的雜質。一部分土壤保存在超低溫冰箱中，另一部分風干過1毫米篩備用。

1.3.2土壤測定項目及方法 利用嚴昶升的測定方法來測定土壤酶活性。土壤微生物群落功能的多樣性用Biolog-ECO測定板方法進行測定。

2結果與分析

2.1輪作對高粱生長的影響

2.1.1輪作對高粱根系以上部分生長的影響 與CK相比，T1和T2處理能夠在一定程度上促進高粱的生長。在拔節期，T1和T2的生物量、葉面積、株高等比CK有顯著的增長。在穗花期，T1和T2高粱生長的趨勢對比CK有顯著差異。從輪作方式來看，T1高粱生長趨勢要比T2好。在穗花期，T1干物質累積量顯著高于 T2處理。

2.1.2輪作對高粱根系生長的影響 T1和T2能夠提高土層中根系總長度、根體積和根表面積。從根系長度來看，CK處理50%的根系分布在0～10厘米土層，而T1和T2根系在0～10厘米土層的分布比例分別為28%和35%。從根體積來看，CK處理 56.4%的根系分布在0～10厘米土層，而T1和T2的分布比例則分別為32.8%和43.8%，說明連作高粱根系分布較淺，而輪作促進了根系在較深土層的分布，有利于吸收土壤養分。

2.1.3輪作對高粱產量的影響 CK由于連作的原因導致出苗較差，而T1由于苜蓿壓青的原因導致出苗較差，T2出苗情況較好。因此，T2收獲的穗數要比其他兩個處理顯著提高。與輪作相比較而言，連作穗花期會推遲4～5天，灌漿時間也會稍微縮短一些。

2.2 輪作方式對根際土壤微生物的影響

2.2.1 輪作對根際土壤生物群落代謝生活的影響 土壤微生物群落代謝活性是對微生物單一碳源利用能力的反應，培養的時間越長，其代謝的活性就會增加，研究中發現在對不同微生物培養的過程中，AWCD的值T1和T2比CK處理顯著升高，這個結果表明，輪作對土壤微生物的代謝活性具有顯著的促進作用。

對穗花期根際土壤微生物培養96小時，從不同碳源利用情況分析可以看出，在與CK比較之后發現，輪作對多類的碳源代謝都有很大的差別，無論是在對氨基酸類物質的利用能力上，還是對羧酸類物質、胺類、糖類雙親化合物、聚合物類碳源能力的利用能力都要高出很多，由此證明輪作對提升土壤微生物群落的功能。

2.2.2 根際土壤微生物群落功能主成分分析 不同輪作和連作對土壤微生物碳源的利用能力均有所不同，T1和T2對比也有所差異。從圖1中可以看出，第一主成分分析系數呈現正相關的碳源氨基酸種類有四種，羧酸類有兩種，糖類有兩種，聚合物類有兩種，雙親化合物類有兩種。經過分析發現，T1比T2、CK的碳源利用能力要高出很多。

第一主成分的系數呈現負相關的碳源雙親化合物有一種，是葡萄糖-1-磷酸鹽，高粱根際土壤微生物對它的利用能力T2要比T1和CK處理顯著降低。

第二主成分呈明顯正相關的糖類有兩種，羧酸類有兩種，聚合物類有一種，對于這四種碳源，T1處理的代謝能力顯著低于T2和CK處理。

第二主成分顯示出負相關的碳源有D-纖維二糖、D-蘋果酸、N-乙酰基-D-葡萄胺，CK處理對這兩個碳源的代謝能力比T1和T2處理有顯著提高。

以上分析可知，導致第一主成分產生分異的原因是氨基酸為主的多種能源綜合作用的結果。而在第二主成分的差異主要是因為糖類和羧酸類的碳源利用差異所造成。通過這個結果可以發現，連作和輪作對高粱根際土壤微生物對碳源的利用能力有提升作用，但不同耕作方式對高粱根際土壤微生物的影響類別有差異。

2.2.3輪作對土壤酶活性的影響 表1中，連作和輪作對高粱土壤酶活性的影響呈現差異性，與CK相比T1提升了土壤的蔗糖酶活性，而T2雖然提升了土壤蔗糖酶的活性，但是降低了脲酶的活性。而對土壤過氧化氫酶活性和磷酸酶活性，T1和T2并沒有產生顯著影響。

3結論

上述實驗表明，連作對高粱的生長會產生顯著影響，一定程度上抑制了高粱的生長。而輪作就可以有效的緩解連作產生的抑制作用，通過提升土壤酶活性有效促進高粱的生長。通過輪作的方式改良土壤和高粱種植之間的關系，提升土壤的酶活性，從而提高產量和質量，實現高粱的高產和農田生態環境的改善，促進高粱產業的持續發展。

參考文獻

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作者簡介：程彥林，碩士，助教，研究方向：土壤污染修復、有機高粱種植；劉京，碩士，助教，研究方向：土壤污染修復、有機高粱種植。endprint