連作對花生土壤酶活性、養分含量和植株產量的影響①

李 忠，江立庚，唐榮華，郭文峰

?

連作對花生土壤酶活性、養分含量和植株產量的影響①

李 忠1,2，江立庚2，唐榮華1,3，郭文峰1

(1 廣西作物遺傳改良生物技術重點開放實驗室，南寧 530007；2 廣西大學農學院，南寧 530007；3 廣西農業科學院經濟作物研究所，南寧 530004)

通過盆栽試驗，設置4個不同連作年限處理，研究連作對花生栽培種桂花17和野生種土壤酶活性、養分含量和植株干物質產量影響的差異。結果表明：與對照相比，兩個花生品種不同連作年限土壤有效養分含量和植株干物質產量均降低，相比桂花17下降幅度小。桂花17各連作年限處理土壤的脲酶、轉化酶、酸性磷酸酶活性隨連作年限的增加有下降的趨勢，處理間變幅大。而各生育期土壤的脲酶、轉化酶、酸性磷酸酶活性總體表現無一致性上升或下降的規律，處理間變幅小。兩個花生品種在不同的連作年限間的過氧化氫酶活性的變化無規律性。連作條件下，花生野生種的土壤理化和生物學性狀的變化幅度更小。

花生；土壤酶活性；土壤養分；干物質產量

花生連作可使土壤理化性狀惡化，土壤肥力下降，病害增加等，嚴重的可導致花生產量與品質大幅下降。有關花生栽培種連作障礙的研究已取得一定進展，花生栽培種產生連作障礙的因素主要有土壤酶活性降低，土壤養分不平衡，土壤化感物質累積及土壤致病微生物數量增加等[1-2]。土壤酶及土壤養分一直是研究作物連作障礙的熱點，并已在許多作物上報道[3-6]。花生屬野生種具有豐富的遺傳變異性，也存在很多花生栽培種所不具備的優良性狀，對一些病蟲害的抗性顯著高于花生栽培種[10-11]。花生野生種在其抗病性、遺傳差異和雜交利用上的研究已有大量研究報道[7-9]，但目前有關花生野生種連作對土壤酶、土壤養分及生物產量的研究還鮮見報道。因此，本研究通過對連作花生根系土壤酶活性、土壤養分及生物產量的測定，初步研究連作條件下花生野生種()及花生栽培種桂花17土壤理化和生物學性狀的差異，為鑒定花生野生種的耐連作能力提供依據，為其應用于花生遺傳改良提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試花生品種共兩個，第一個是花生屬花生區組野生種，來自國家種質野生花生南寧分圃第二個為廣西主栽花生品種之一：桂花17，由廣西農科院經濟作物研究所育成和提供。

1.2 盆栽試驗及樣品采集

供試連作花生2 a土壤及輪作土壤為石灰土，取自于2011年7月廣西南寧市雙定鄉的同一花生種植地塊，土壤含速效氮 37.8 mg/kg，有效磷21.8 mg/kg，速效鉀36.5 mg/kg，有機質13 g/kg。挖掘其耕作層，一次性基施肥料，氮、磷、鉀肥施用量按N 45 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，KO245kg/hm2施入，混勻土壤與肥料后裝入塑料盆中，塑料盆上口直徑35 cm，下口直徑25 cm，高25 cm，每盆裝土樣12 kg，用于種植花生及試驗觀測。2012年3月分別種植兩個花生品種于土壤塑料盆中，塑料盆缽15 cm埋于土中，以一年內連續種植兩造花生設計連作處理及種植一造花生閑置一造的休閑方式設計不連作處理，設置連作0(對照CK)、2、4、6 a四個處理(至2014年時實際的連作年限)，各處理設計見表1。每個處理種16盆，每盆種3株，3次重復。于花生苗期、開花期、結莢期和成熟期取樣，同處理每盆采集10 ~ 20 cm土壤層作為土樣，同一土樣混勻后，過1 mm篩，用于土壤酶活性和土壤養分含量的測定。

表1 不同連作年限花生土壤處理設計

1.3 土壤酶活性測定

在花生苗期、開花期、結莢期和成熟期進行采樣測定，參照關松蔭的方法[12]：過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，活性以24 h后1 g干土消耗0.1 mol/L KMnO4的體積(ml)表示；脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定，活性以24 h 后1 g干土中NH3-N 的質量(mg)表示；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測定，活性以24 h后1 g干土中酚的質量(mg)表示；轉化酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，活性以24 h后1 g干土中葡萄糖的質量(mg)表示。

1.4 土壤養分測定

于花生成熟期時進行采樣測定，土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1 mol/L乙酸銨提取，火焰光度計法測定[13]。

1.5 植株干物質量測定

在花生苗期、開花期、結莢期和成熟期每處理取8株樣本，在 105℃下殺青30 min，之后在75℃烘干至恒重，自然冷卻至室溫，分別測定其干物質量。

1.6 數據處理

本文采用SPSS19.0軟件對試驗數據進行統計分析與相關分析，采用Excel軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 花生連作對土壤酶活性的影響

2.1.1 脲酶 由圖1可知，桂花17各個處理的土壤脲酶活性總體上苗期處于較低水平，至開花期增加達到最高，至結莢期和成熟期又降低。桂花17各時期各連作年限處理的土壤脲酶活性均比CK低，其中在苗期和開花期各連作年限處理的土壤脲酶活性與CK差異達顯著水平(<0.05)。在開花期各連作年限處理的脲酶活性與CK相比下降最多，連作2 a處理比CK下降16.6%，連作4 a處理下降27.8%，連作6 a處理下降25.0%。

而花生各生育期總體表現為，連作2 a和4 a處理土壤脲酶活性降低，連作6 a處理增加，各連作年限處理的土壤脲酶活性總體上升和下降的變化幅度不大。與桂花17相似，在開花期各連作年限處理的土壤脲酶活性均比CK低，連作2 a處理相比CK土壤脲酶活性下降8.3%，連作4 a處理下降13.5%，連作6 a處理下降4.9%，但其他生育期各處理間的土壤脲酶活性差異均不顯著。

(圖中不同小寫字母表示同一花生品種同一生育期各處理間差異在P<0.05水平顯著，下圖同)

2.1.2 轉化酶 由圖2可知，桂花17花生各年限處理各生育期的土壤轉化酶活性變化總體趨勢為：CK＞連作2 a＞連作4 a＞連作6 a。與CK相比，桂花17的土壤轉化酶活性隨著連作年限的增加而逐漸降低，以開花期和成熟期土壤轉化酶活性下降最大。在開花期和成熟期，連作2 a處理分別比CK降低了15.9% 和24.6%，連作4 a處理分別比CK降低30.2% 和41.2%，連作6 a處理分別比CK降低11.6% 和39.5% (圖2)。

而各生育期的土壤轉化酶活性除了連作2 a處理均低于CK外，其他2個連作年限處理總體表現無一致性規律，總體表現為：連作2 a處理的土壤轉化酶活性降低，連作4 a處理又增加，連作6 a處理降低。連作2 a處理與CK相比，苗期的土壤轉化酶活性下降5.5%，開花期下降15.3%，結莢期和成熟期分別下降14.7% 和18.1%。

圖2 花生連作對土壤轉化酶活性的影響

2.1.3 酸性磷酸酶 由圖3可知，桂花17各連作年限處理與CK相比，連作降低了桂花17各生育期的土壤酸性磷酸酶活性，各生育期總體上表現為：CK的土壤酸性磷酸酶活性最高，在連作2、4、6 a處理土壤酸性磷酸酶活性呈下降趨勢，與土壤脲酶活性的變化趨勢相似。在成熟期，各連作處理土壤酸性磷酸酶活性顯著低于CK，連作2 a處理比CK下降22.2%，連作4 a處理下降51.9%，連作6 a處理下降44.3%(圖3)。

與CK相比，各連作年限處理除了成熟期的土壤酸性磷酸酶活性低于CK外；其他3個生育期各連作年限處理的酸性磷酸酶活性或升高或降低，而且酶活性上升或下降幅度小，各處理間的差異大多不顯著，表現無一致性規律。在成熟期，與CK相比，連作2 a處理土壤酸性磷酸酶活性比CK下降26.9%，連作4 a處理下降23.1%，連作6 a處理下降30.8%。

2.1.4 過氧化氫酶 由圖4可知，與CK相比，兩個花生品種在不同的連作年限間的土壤過氧化氫酶活性的變化并未隨連作年限的增加表現出逐漸增加或降低的一致性規律。與CK相比，桂花17花生各生育期土壤過氧化氫酶活性總體表現為：連作2、4 a處理土壤過氧化氫酶活性先下降后上升，連作6 a處理土壤過氧化氫酶活性總體呈下降趨勢。而花生各生育期總體表現為，連作2 a處理土壤過氧化氫酶活性上升到最高，連作4 a處理下降，連作6 a處理低于CK。

2.2 連作對花生成熟期土壤養分含量的影響

與CK相比，在花生成熟期桂花17各連作年限處理的土壤有效養分含量均降低，差異均達顯著水平(表2)。與桂花17一致，不同連作年限土壤有效養分含量表現出降低趨勢，其中連作6 a處理與CK的差異均達到顯著水平(<0.05)，但處理間變幅比桂花17小。表明由于花生連作造成了土壤養分含量的下降。

圖3 花生連作對土壤酸性磷酸酶活性的影響

圖4 花生連作對土壤過氧化氫酶活性的影響

表2 花生連作對土壤養分含量的影響

注:同列數值后小寫字母不同表示同一花生品種下各處理間差異在＜0.05水平顯著，下同。

2.3 土壤酶與土壤養分的相關關系

由表3可知，在花生成熟期兩個花生品種土壤脲酶、轉化酶和酸性磷酸酶活性與土壤養分指標間均存在顯著相關關系，表明以上土壤酶活性可以作為衡量微生物活性和土壤肥力的指標，已有的研究也得出相似的結果[14-16]。桂花17除了土壤過氧化氫酶活性與土壤有機質含量不存在顯著的相關關系外，其他土壤酶活性與各土壤養分含量間均存在顯著(<0.05)和極顯著(<0.01)正相關關系。而的土壤過氧化氫酶活性與各土壤養分含量指標均不存在顯著的相關關系，的土壤脲酶和酸性磷酸酶活性與各土壤養分含量指標呈正相關關系，達顯著水平(<0.05)。的土壤轉化酶活性與土壤有機質含量呈顯著正相關(<0.05)。

表3 花生土壤酶與土壤養分的相關關系

注：*表示在＜0.05 水平顯著相關(雙側)；**表示在＜0.01 水平顯著相關(雙側)。

2.4 花生連作對干物質產量的影響

本研究以花生植株總干物質量作為產量考察指標，考察桂花17和的耐連作能力。結果表明(表4)，各連作年限處理桂花17生長速度均比快速，單位面積生長量大。從本試驗結果看，桂花17的CK和連作2 a處理的干物質產量無顯著差異，但均顯著高于連作4 a和連作6 a處理。隨著連作年限增加降低了桂花17干物質產量，以連作6 a處理下降幅度最大，在苗期、開花期、結莢期、成熟期連作6 a處理比CK分別下降1.8%、14.2%、17.1% 和15.2%。干物質產量隨連作年限增加呈下降趨勢，但處理間差異均未達顯著水平。與CK相比，連作6 a處理的干物質產量在苗期、開花期、結莢期、成熟期較CK僅分別下降2.2%、2.9%、–1.2% 和4.9%。分析表明，耐連作能力比桂花17強。

表4 連作對A. correntina和桂花17干物質積累的影響

3 討論

3.1 連作對花生野生種和栽培種土壤酶活性的影響

關于土壤酶與連作障礙的研究，已經在大豆、棉花、煙草、草莓和黃瓜等作物進行了大量研究[17-20]，但已有研究結果并不一致。連作對土壤酶活性的影響，因作物種類、栽培方式、土壤養分狀況和土壤理化性狀不同而表現出不同的變化規律。從本試驗結果看，連作對和桂花17土壤酶活性影響不一致。花生各生育期土壤脲酶、轉化酶、酸性磷酸酶活性總體表現無一致性上升或下降的規律，處理間的變幅比桂花17小。桂花17土壤脲酶、轉化酶和酸性磷酸酶活性在各生育時期變化趨勢基本一致，酶活性的變化總體上隨連作年限的增加而表現出逐漸降低的趨勢。說明連作降低了桂花17土壤的生物活性，不利于土壤中氮素和有機磷的水解礦化作用，從而降低土壤有效氮和磷的供應能力以及土壤中易溶性營養物質釋放，影響了土壤的供肥能力。桂花17土壤酶活性的降低其原因可能是由于化感物質及致病性真菌的累積所致。孫秀山等[21]研究表明花生連作土壤中堿性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性逐年降低，與本研究結果相似，也與趙萌等[22]有關連作土壤脲酶以及張淑香等[23]有關土壤轉化酶的研究結果相似。黃玉茜等[24]研究表明隨著花生連作年限的增加，在整個生育期內，轉化酶活性在不同生育時期內變化規律不一致，土壤酸性和中性磷酸酶活性均呈現先升高后下降的趨勢，與本研究結果不盡相同。顧美英等[25]研究表明連作土壤酶活性呈下降(過氧化氫酶和磷酸酶)或先升高后下降(脲酶和蔗糖酶)趨勢，但隨著連作年限的延長，這 4 種土壤酶活性均表現出增高趨勢。本研究兩個花生品種的土壤過氧化氫酶各連作處理間酶活性變化無規律性，與黃玉茜等[24]的研究結果相符。

在連作條件下可能通過影響土壤酶活性來調節其生態適應性，其原因一方面可能是根系分泌物差異造成。新近的研究表明，鑒定出的根系水培分泌物與花生栽培種桂花22存在差異，苯甲醛、對乙基苯甲酸和阿魏酸對的化感抑制作用也明顯低于桂花22[26]。另一方面也可能是根際微生物活動及微生物區系差異造成。研究表明，與正茬相比，隨著連作年限的增加，土壤細菌、放線菌數量和土壤有效養分含量相比桂花17下降幅度小，根際土壤的真菌數量相比桂花17增加幅度小[27]。

3.2 連作對花生野生種和栽培種土壤養分的影響

連作障礙普遍造成作物產量下降和土壤養分耗竭。研究表明連作造成花生栽培種植株對土壤養分選擇性吸收，導致土壤養分不平衡，造成花生植株營養吸收障礙[24,28-29]。本研究表明兩個花生品種不同連作年限土壤有效養分含量均降低，與前人的研究結果一致。相比桂花17，在連作條件下土壤有效養分含量下降幅度小，土壤養分吸收利用差異可能是在連作條件下相比桂花22有較好的耐受性的原因之一。研究也表明，相比花生栽培種，對磷、鉀的敏感性更弱。的光合生產受磷、鉀營養水平的影響相對較小，磷、鉀素利用效率高于栽培種桂花22[27,30]。在改良花生栽培種營養利用效率方面有良好前景。

3.3 連作對花生野生種和栽培種植株產量的影響

本研究表明兩個花生品種不同連作年限植株生物產量均降低，是造成花生連作障礙的主要原因之一。這與張艷君等[2]連作對花生生長發育有明顯的抑制作用的研究結果相似。植株生產量差異可反映作物不同品種耐連作能力的差異。相比桂花17不同連作年限土壤有效養分含量和干物質產量相比下降幅度小，這可能是在連作條件下相比桂花17有較好的耐受性的原因之一。

由于目前關于土壤化感物質和土壤微生物的分離鑒定一直是個難點，分離出的數量和種類有限，研究結果還存在局限性，如何將其與土壤酶、土壤養分狀況等指標結合研究連作對土壤微環境的影響，以全面探明連作條件下作物的土壤生理生態變化的機理機制是進一步研究的方向。另一方面還需通過考察其他與連作相關的生理生態及形態指標，如根系分泌物、植株養分吸收利用差異等分析，研究花生野生品種在連作條件下的形態生理機制及分子機理，為其進一步地有效利用于耐連作研究提供基礎。

4 結論

和桂花17隨著連作年限的增加，土壤有效養分含量和植株干物質產量均降低，相比桂花17下降幅度小。桂花17各連作年限處理的脲酶、轉化酶、酸性磷酸酶活性隨連作年限的增加有下降的趨勢，處理間變幅大，而處理間變幅小。相關性分析顯示兩個花生品種的脲酶、轉化酶和酸性磷酸酶活性與土壤主要養分間存在顯著正相關，表明以上土壤酶活性在一定程度上可以作為衡量微生物活性和土壤肥力的指標。綜上所述，在連作條件下，的土壤理化和生物學性狀相比桂花17的變化幅度更小，具有更強的生理生態適應性。

[1] 王月, 劉興斌, 韓曉日, 等. 不同施肥處理對連作花生土壤微生物量和酶活性的影響[J]. 沈陽農業大學學報, 2016, 47(5): 553–558

[2] 張艷君, 郭麗華, 于濤, 等. 花生連作對植株生長發育及主要農藝生理指標的影響[J]. 遼寧農業科學, 2015(6): 17–20

[3] 康亞龍, 景峰, 孫文慶, 等. 加工番茄連作對土壤理化性狀及微生物量的影響[J]. 土壤學報, 2016, 53(2): 533–542

[4] 李鑫, 張秀麗, 孫冰玉, 等. 烤煙連作對耕層土壤酶活性及微生物區系的影響[J]. 土壤, 2012, 44(3): 456–460

[5] 馮國忠, 王寅, 焉莉, 等. 土壤類型和施氮量對連作春玉米產量及氮素平衡的影響[J]. 土壤學報, 2017, 54(2): 444–455

[6] 徐雪風, 李朝周, 張俊蓮. 輪作油葵對馬鈴薯生長發育及抗性生理指標的影響[J]. 土壤, 2017, 49(1): 83–89

[7] Halward T M, Stalker H T, Larue E A, et al. Genetic variation detectable with molecular markers among unadapted germplasm resources of cultivated peanut and related wild species[J]. Genome, 1991, 34(6): 1013–1020

[8] 李忠, 江立庚, 唐榮華, 等. 花生栽野雜交后代抗病基因類似物的克隆與分析[J]. 西北農林科技大學學報: 自然科學版, 2014, 42(11): 32–38

[9] 唐榮華, 周漢群. 花生屬栽野雜種后代抗青枯病研究[J]. 中國油料作物學報, 2000, 22(3): 61–65

[10] 張新友. 挖掘利用近緣野生種質加強花生種質創新[J]. 作物雜志, 2012(6): 6–7

[11] 周蓉. 花生(野生種)葉部病害抗病性鑒定[J]. 花生科技, 1990(2): 33–34

[12] 關松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 農業出版社, 1986

[13] 魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京: 中國農業科技出版社, 2000: 147–149

[14] Kromer S, Green D M. Acid and alkaline phosphatase dynamics and their relationship to soil microlimate in asemiarid woodland[J]. Soil Biology Biochemistry, 2000, 32: 179–188

[15] Allison V J, Condron L M, Peltzer D A, et al. Changes in enzyme activities and soil microbial community compositional on gcarbon and nutrient gradients at the Franz Josefchrono sequence, New Zealand[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2007, 39: 1770–1781

[16] 楊媛媛, 陳奇伯, 黎建強, 等. 滇中高原華山松植物多樣性與土壤生物肥力特征[J]. 土壤, 2017, 49(1): 90–96

[17] 谷巖, 邱強, 王振民, 等. 連作大豆根際微生物群落結構及土壤酶活性[J]. 中國農業科學, 2012, 45(19): 3955–3964

[18] 李銳, 劉瑜, 褚貴新, 等. 棉花連作對北疆土壤酶活性、致病菌及拮抗菌多樣性的影響[J]. 中國生態農業學報, 2015, 23(4): 432–440

[19] 尤垂淮, 曾文龍, 陳冬梅, 等. 不同養地方式對連作烤煙根際土壤微生物功能多樣性的影響[J]. 中國煙草學報, 2015, 21(2): 68–74

[20] 田給林, 嚴婷婷, 畢艷孟, 等. 草莓連作土壤滅菌與施用有機肥對根際土壤酚酸及土壤酶活性的影響[J]. 園藝學報, 2015, 42(10): 2039–2048

[21] 孫秀山, 封海勝, 萬書波, 等. 連作花生田主要微生物類群與土壤酶活性變化及其交互作用[J]. 作物學報,2001,27(5):617–620

[22] 趙萌, 李敏, 王淼焱, 等. 西瓜連作對土壤主要微生物類群和土壤酶活性的影響[J]. 微生物學通報, 2008, 35(8): 1251–1254

[23] 張淑香, 高子勤, 劉海玲. 連作障礙與根際微生態研究Ⅲ.土壤酚酸物質及其生物學效應[J]. 應用生態學報, 2000, 11(5): 741–744

[24] 黃玉茜, 韓立思, 韓梅, 等. 花生連作對土壤酶活性的影響[J]. 中國油料作物學報, 2012, 34(1): 96–100

[25] 顧美英, 徐萬里, 茆軍, 等. 新疆綠洲農田不同連作年限棉花根際土壤微生物群落多樣性[J]. 生態學報, 2012, 32(10): 3031–3040

[26] 李忠, 江立庚, 唐榮華, 等. 花生根系分泌物的鑒定和化感作用研究[J]. 華南農業大學學報, 2015, 36(5): 48–53

[27] 李忠. 花生野生種耐連作生理基礎研究[D]. 南寧: 廣西大學, 2016

[28] 萬書波, 王才斌, 戶俊玲, 等. 連作花生的生育特性研究[J]. 山東農業科學, 2007(2): 32–36

[29] 封海勝, 張思芬,萬書波, 等. 連作花生土壤養分變化及對施肥反應[J]. 中國油料, 1993(2): 53–57

[30] 李忠, 江立庚, 唐榮華, 等. 施鉀量對花生光合特性及干物質積累的影響[J]. 貴州農業科學, 2016, 44(2): 52–55

Effects of Long-Term Continuous Peanut Cropping on Dry Matter Weight of Different Peanut Varieties, Soil Nutrient Contents and Enzyme Activities

LI Zhong1,2, JIANG Ligeng2, TANG Ronghua1,3, GUO Wenfeng1

(1 Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Lab, Nanning 530007, China; 2 Agricultural College, Guangxi University, Nanning 530007, China; 3 Cash Crops Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530004, China)

A pot experiment was conducted to study the effects of continuous peanut cropping (0, 2, 4 and 6 years) on rhizosphere soil enzyme activities, soil nutrient contents and dry matter accumulation of cultivar Guihua17 and wild variety. The results showed that with the continuous cropping year increase, compared with the control (no continuous cropping), soil available nutrient contents and dry matter accumulation were decreased, the decline inwas lower than Guihua 17, the activities of soil urease, invertase and acid phosphatase of Guihua 17 decreased, the activities of soil urease, invertase and acid phosphatase ofat various stages changed irregularly, and little difference occurred between different treatments. The activites of soil hydrogen peroxide enzymes of the two varieties also changed irregularly. Comparatively, the changes in soil physical and chemical properties, biological properties of wild specieswas smaller than cultivars variety Guihua 17.

Peanut; Soil enzyme activity; Soil nutrients; Dry matter weight

廣西青年基金項目(桂科青0991016)、現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS-14-華南區栽培崗位)和廣西重點實驗室建設項目(12-071-09)資助。

李忠(1979—)，男，廣西百色人，博士，副研究員，主要從事作物栽培與遺傳育種。E-mail：gxlizhong@126.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.03.008

S565.2

A