種植年限對桔梗土壤肥力和生物學活性的影響

摘 要：以種植不同年限桔梗的土壤為試驗材料，通過土壤肥力和土壤生物學活性的變化，初步研究桔梗連作障礙產生的原因。結果表明，隨著種植年限的增加細菌和放線菌的數量出現降低，真菌數量隨種植年限的增加表現為增多的趨勢，且在第4年與CK達到顯著差異，為3.45×103（cfu）·g-1（DW），較CK提高了100.6%。不同土壤層土壤酶的活性隨著桔梗種植年限的增加而降低。在20～40cm土壤層，過氧化氫酶的活性在種植4a后酶活性降低為3.37 mg·（g·20min） -1，較CK降低了32.5%，而蔗糖酶活性在種植桔梗2a出現了顯著下降；磷酸酶和脲酶的活性變化相對較緩慢，在種植桔梗第4年酶活性顯著低于CK。同時，種植桔梗后土壤中氮磷鉀及有機質含量降低。在0～20cm，土壤中全氮含量逐年緩慢下降，在種植4a的土壤中全氮含量降低為1.045 g/kg，較CK降低了28.3%；在20～40cm，土壤中有效磷、速效鉀和有機質的含量在種植4a后為，3.25 mg/kg、76.47 mg/kg和10.31 g/kg，分別較CK降低了56.8%、36.0%和22.0%，且均與CK差異顯著（P<0.05）。綜合分析，隨著桔梗種植年限的增加，土壤中細菌和放線菌數量減少、酶活性的降低、肥力的下降，而這些因素的共同作用下出現了桔梗連作障礙現象。

關鍵詞：桔梗；土壤微生物；土壤酶；土壤肥力

中圖分類號：S181；S567.23 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171132012

引言

桔梗（Platycodon grandiflorum （Jacq.） A.DC）是桔梗科桔梗屬植物，別名鈴鐺花、包袱花、道拉基等，是我國傳統大宗中藥材之一，以根入藥，具有宣肺、利咽祛痰、排膿功效[1]，桔梗可以進行藥食兩用，目前使用量巨大，總用量也達到萬噸級別。而為了增加桔梗的產出，桔梗種植一般為連作，即指在同一塊地里連續種植同種（或同科）藥用植物。而目前通過多年種植發現桔梗出現了連作障礙，即使在正常的管理情況下，也會產生產量下降、品質變劣、生育狀況變差的現象[2]。連作障礙在中藥材生產上普遍存在，多數藥用植物均不能連作，特別是占栽培藥材60%的根類藥材的連作障礙問題尤其突出[3]。目前，我國在陜西省商洛市有大片的桔梗種植基地，通過實地調查發現該地存在著嚴重的連作障礙現象，造成桔梗的收成連年下降，且對土壤的結構肥力造成了一定的破壞。而引起中藥材連作障礙的因素繁多，可能原因有是中藥材、土壤、微生物等諸多因素及其相互作用的結果[4]，張翼等[5]研究發現，隨著連作年限的增加，煙地土壤的蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性嚴重降低。陳慧等[6]研究表明，地黃連作情況下，土壤根際微生物和土壤酶活性都發生了改變，隨種植年限增加，細菌和真菌減少，放線菌增加，且過氧化氫酶活性顯著降低。張雁等[7]對桔梗連作障礙的成因也進行了初步分析，并從經驗上進行探討和提出防治措施。但對于造成商洛市桔梗連作障礙的具體因素需要進一步研究，本文通過研究桔梗不同種植年限，對土壤肥力、土壤微生物數量及土壤酶的活性的影響，探索桔梗連作障礙的具體原因，為桔梗生產提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗設置

試驗地位于陜西省商洛市商州區香菊藥源基地，土壤為棕壤土，種植藥材為桔梗。本試驗于2011—2014年在試驗地連續種植桔梗，并分別采集種植1、2、3a和4a的土樣，試驗包括4個處理：CK為對照，P1為種植1a，P2為種植2a，P3為種植3a，P4為種植4a，種植前試驗地土壤性質如表1所示。

1.2 土樣采集、處理和分析

1.2.1 土樣采集

土樣于每年的10月25日采用對角線法五點對稱取樣，用土鉆法取根系周圍5～10cm，分別取0～20cm和20～40cm土層的土壤，剔除石礫和植物殘根等雜物，相同處理混合制樣。一些過2mm篩后，放入1℃冷庫內保存，用于測定土壤微生物數量，一些自然風干研磨過1 mm篩保存，用于測定土壤肥力和土壤酶活性。

1.2.2 土壤微生物數量的測定

土壤微生物數量的測定采用稀釋平板計數法[8]，細菌培養使用牛肉膏蛋白胨培養基，真菌培養使用馬鈴薯培養基（PDA），放線菌培養使用高氏一號培養基。

1.2.3 土壤酶活性的測定

土壤酶活性測定參照關松蔭[9]的方法，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法，脲酶采用苯酚鈉比色法，磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法進行測定。

1.2.4 土壤肥力測定

土壤pH值采用電位法測定，土壤肥力指標采用常規方法[10]測定。

1.3 數據處理

試驗數據利用Excel2007和SPSS17.0進行統計分析，采用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 種植年限對微生物數量的影響

由表2可知，在0～20cm細菌數量隨著種植年限延長呈現增加的趨勢，而放線菌和真菌的數量在0～20cm的變化較小，但不同種植年限間表層微生物的數量與CK差異不顯著。在20～40cm土壤層，細菌數量隨著種植年限延長則逐年下降，且在種植的第4年與CK達到顯著差異，不同種植年限土壤中細菌數量均高于對照；而放線菌的數量則逐年降低，在第3年與CK達到了顯著差異（P<0.05），第4年土壤放線菌數降低到2.19×104（cfu）·g-1（DW），較CK降低了59.6%，且與CK達到顯著差異（P<0.05）；郭修武等[11]認為真菌數量越多土壤肥力越差，這與本研究結果一致，真菌數量隨種植年限的增加表現為增多的趨勢，且在第4年與CK達到顯著差異，為3.45×103（cfu）·g-1（DW），較CK提高了100.6%。而微生物的數量與土壤的肥力直接相關，細菌與放線菌與土壤肥力呈正相關關系，而真菌則與土壤肥力呈負相關關系。土壤表層土壤微生物數量的變化不大，這可能與種植作物后每年落葉等腐爛給土壤供給了有機物質以及微生物的生存提供了一定的環境支持，保障了土壤表層的肥力，而在20～40cm種植桔梗后，土壤的細菌與放線菌出現下降，而真菌增多表明土壤肥力出現下降，如果連續種植桔梗將影響桔梗的生長發育出現連作障礙現象。endprint

2.2 種植年限對土壤酶活性的影響

由表3和表4可知，種植桔梗后，0～20cm和20～40cm土壤層各土壤酶的活性隨著桔梗種植年限的增加而降低。過氧化氫酶的活性在種植4a后活性較其他年限顯著較低，在20～40cm土壤層，活性降低為3.37 mg·（g·20min） -1，較CK降低了32.5%；蔗糖酶活性在種植桔梗第2年，20～40cm土層的酶活性則出現了顯著下降，隨著種植年限的延長，酶活性降低顯著。在0～20cm土壤層，磷酸酶和脲酶的活性在種植桔梗的第3年出現了顯著降低，分別為3.85 mg·（100g·2h） -1和0.205 mg·（g·24h） -1，分別交CK降低了33.3%和28.6%，且與CK達到顯著差異（P<0.05）；在20～40cm土壤層，磷酸酶和脲酶的活性變化相對較緩慢，在種植桔梗第4年酶活性顯著低于CK，但與第2年和第3年間差異不顯著。

土壤中不同酶的活性與土壤肥力密切相關，脲酶是決定土壤中氮轉化的關鍵酶，其活性在某方面可以反映土壤的供氮水平與能力[12]；過氧化氫酶參與有機物的氧化過程，過氧化氫酶可以促進過氧化氫的分解，有利于防止過氧化氫對生物體的毒害作用[13]。而蔗糖酶活性反映了土壤有機碳累積與分解轉化的規律[14]。通過本研究發現隨著種植年限的增加，過氧化氫酶活性降低，這不利于土壤中有機物的降解，從而影響土壤的肥力；蔗糖酶和磷酸酶活性越高，土壤的肥力越高，而本研究發現蔗糖酶活性隨著種植年限的增加而降低；脲酶活性高有利于氮肥的利用，而本試驗中發現隨著桔梗種植年限的增加，脲酶活性出現了降低的現象。綜合分析，土壤中酶的活性隨著種植年限的增加而降低，限制了土壤的肥力，最終影響桔梗的生長，出現連作障礙現象。

2.3 種植年限對土壤肥力的影響

2.3.1 種植年限對土壤氮素的影響

由表5可知，隨著種植年限的增加，土壤中全氮含量逐漸下降；在0～20cm，土壤中全氮含量逐年緩慢下降，不同種植年限在試驗的4a內無顯著差異，但在種植第4年土壤中全氮含量降低為1.045g/kg，較CK降低了28.3%，且與CK達到顯著差異（P<0.05）。而土壤中的硝態氮含量在種植1a后就顯著低于CK，隨著種植年限的增加出現顯著降低的現象，在種植4a后，20～40cm土壤層內硝態氮含量降低至14.25 mg/kg，交CK降低了49.2%；銨態氮的含量也隨著種植年限的增加而不斷降低，在種植3a后，20～40cm土壤層的銨態氮顯著低于CK，為2.48 mg/kg，較CK降低了32.6%，這與楊建峰等[15]的研究結果一致，隨著種植年限的增加，硝態氮顯著低于對照。氮素是植物生長必不可少的基本元素，是與植物產量最密切相關的元素。而作物可利用的氮素主要是硝態氮和銨態氮，而本研究中隨著桔梗種植年限的增加，土壤中可利用的硝態氮和銨態氮呈現逐年下降的現象，這將嚴重制約桔梗的生長，這是桔梗連作障礙的重要影響因素。

2.3.2 種植年限對土壤中速效磷、速效鉀及有機質的影響

由表6可知，不同種植年限土壤中有效磷、速效鉀及有機質含量均出現降低。土壤中有效磷的含量在種植桔梗2a后顯著低于CK，且隨著種植年限的延長在逐年顯著降低，到4a后0～20cm和20～40cm土層中有效磷含量為7.21 mg/kg和3.25 mg/kg，較CK分別降低了49.3%和56.8%，且與其他處理和CK達到顯著差異（P<0.05）。土壤速效鉀和有機質含量降低尤為顯著。在種植1a后土壤中速效鉀及有機質含量均顯著低于CK；且隨著種植桔梗年限的增加，速效鉀和有機質的含量也相應減少，在種植4a后，土壤中速效鉀和有機質含量分別降低至76.47 mg/kg和10.31 g/kg，分別較CK降低了36.0%和22.0%，且與CK差異顯著（P<0.05）。土壤中磷、鉀含量對作物的生長及品質有重要作用，有機質則具有改良土壤、增加產量及改善品質的作用。在該試驗中，連續耕作桔梗，將造成土壤肥力持續下降，破壞土壤的肥力與結構，不利于土壤的可持續耕作。

2.3.3 種植年限對土壤微量元素含量的影響

由表7可知，種植桔梗后不同土層微量元素的含量發生的顯著的變化，且連作對20～40cm土壤層的影響大于0～20cm土壤層。由表中可看出，種植3a的處理0～20cm土壤中有效鐵顯著低于CK，而20～40cm土壤層在種植1a后土壤中有效鐵的含量就出現了顯著的降低，種植4a后降低為為5.78 mg/kg，較CK降低了58.7%，且與CK差異顯著（P<0.05）；連續種植對土壤表層的有效錳和有效銅影響較小，在種植4a后與CK達到顯著差異，而在20～40cm則在種植2a后顯著下降；而有效鋅的含量也隨著種植年限的增加而出現下降，0～20cm在種植3a后顯著低于CK，而20～40cm則在種植2a后顯著低于CK。微量元素的需要求較少，但卻是植物生長不可或缺的元素，當作物缺乏某一種微量元素時生長發育就會受到抑制，導致產量、品質下降。

3 結論

造成連作障礙的原因很多，主要有土壤養分虧缺，土壤理化性狀惡化，植物的有害物質和土壤微生物變化變化等。本研究通過不同種植年限土壤肥力、微生物等的變化分析發現。

3.1 連續種植桔梗，土壤中微生物的數量發生了顯著的變化

在0～20cm細菌數量隨著種植年限延長呈現增加的趨勢，而放線菌和真菌的數量變化較小，在20～40cm土壤層，細菌和放線菌數量隨著種植年限延長則逐年下降；真菌數量則表現為增加的趨勢。而微生物的數量與土壤的肥力直接相關，細菌與放線菌與土壤肥力呈正相關關系，而真真菌則與土壤肥力呈負相關關系。土壤表層土壤微生物數量的變化不大，這可能與種植作物后每年落葉等腐爛給土壤供給了有機物質以及微生物的生存提供了一定的環境支持，保障了土壤表層的肥力，而在20～40cm種植桔梗后，土壤的細菌與放線菌出現下降，而真菌增多表明土壤肥力出現下降，如果連續種植桔梗將影響桔梗的生長發育出現連作障礙現象。endprint

3.2 連續種植桔梗后，不同土壤層土壤酶的活性隨著種植年限的增加而降低

土壤中不同酶的活性與土壤肥力密切相關，過氧化氫酶參與有機物的氧化過程，通過本研究發現隨著種植年限的增加，過氧化氫酶活性降低，這不利于土壤中有機物的降解，從而影響土壤的肥力；蔗糖酶和磷酸酶活性越高，土壤的肥力越高，而本研究發現蔗糖酶活性隨著種植年限的增加而降低；脲酶活性高有利于氮肥的利用，而本試驗中發現隨著桔梗種植年限的增加，脲酶活性出現了降低的現象。綜合分析，土壤中酶的活性隨著種植年限的增加而降低，限制了土壤的肥力，最終影響桔梗的生長，出現連作障礙現象。

3.3 連續種植桔梗后，不同土壤層氮、磷、鉀、有機質隨著種植年限的增加而顯著降低，且微量元素的含量也出現緩慢下降的現象

氮磷鉀是植物生長的必須大量元素，而微量元素需求量雖少但對作物的品質尤為重要，元素的缺乏將嚴重制約植物的生長發育及品質的優劣，而桔梗的連續種植，土壤中出現的元素虧缺現象將制約桔梗的生長，長期種植將形成惡性循環，不利于土壤的持續利用且會出現桔梗的連作障礙現象。

土壤中微生物數量的改變、土壤酶活性的降低一家土壤肥力的下降是導致桔梗連作障礙的主要因素。為保障土地的可持續利用，應與其他作物輪作。

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作者簡介：葉勝蘭（1986-），女，四川人，碩士研究生，從事植物營養生長以及土地整治等方面研究。endprint