何 川，劉國順，李祖良，喬保明，董寧禹，蔣士君

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002;2河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

土壤酶活性極易受到土壤理化性質(zhì)和環(huán)境條 件的影響，它被作為土壤肥力的一個指標(biāo)而在指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中發(fā)揮著重要的作用［1］.作物連作可使土壤營養(yǎng)非均衡性變化、土壤微生物區(qū)系變化、土傳病原物大量繁殖加重病害、以及土壤酶活性下降，從而嚴(yán)重影響了土壤質(zhì)量和土壤健康，對作物的生長和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)極為不利［2～5］.土壤有機碳是土壤養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)化的核心［6］，有機碳在土壤酶和微生物的作用下分解，對土壤健康和生態(tài)環(huán)境有著重要的影響［7］，土壤有機碳的變化直接影響到了土壤肥力和土壤微生物群落的變化.農(nóng)業(yè)土壤的有機碳最為活躍，極易受到農(nóng)業(yè)上的管理措施如耕作、施肥和灌溉的影響.已有研究表明，土壤有機碳含量和土壤酶活性具有顯著的相關(guān)性［8］，較高的土壤有機碳量和酶活性有利于有益微生物的生長、土壤微生態(tài)條件的改善，從而抑制有害病菌的生長［9］，減少病害的發(fā)生，說明三者之間具有一定的相關(guān)性.目前關(guān)于連作對土壤酶活性影響的研究僅局限于土壤肥力方面，對不同土地利用方式影響土壤有機碳含量的研究［10，11］也較多，但對于連作條件下土壤有機碳量、土壤酶活性變化及其與土傳病害關(guān)系的研究非常缺乏.本研究擬以煙草連作土壤為對象，系統(tǒng)分析土壤酶和有機碳及其煙草土傳病害中青枯病、黑脛病之間的相關(guān)性，為深入探索土壤健康與土壤碳循環(huán)之間的內(nèi)在關(guān)系奠定基礎(chǔ)，為煙田土壤的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試材料、試驗地情況

供試土樣采自重慶市黔江區(qū)、河南豫西的烤煙煙田，45個樣品全部采自連作年限1～5 a的代表性植煙土壤，每個地區(qū)相同連作年限的土壤樣品不少于3個，其中第1年植煙土壤樣品9個、連作2 a的9個、連作3 a的10個、連作4 a的9個、連作5 a的8個.土樣采集采用5點取樣法，土樣經(jīng)過篩后備用.采樣煙田的施肥和田間管理均符合當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)要求，烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N.同一地區(qū)的采樣田應(yīng)分布于相同的生態(tài)區(qū)域內(nèi)，以盡量減少土質(zhì)、地貌、植被等因素對試驗結(jié)果的影響.重慶、河南采樣煙田內(nèi)調(diào)查的主要土傳病害分別為青枯病、黑脛病.

1.2 試驗方法

土壤有機碳的測定采用重鉻酸鉀法［12］.土壤淀粉酶、蔗糖酶、纖維素酶活性的測定采用3，5－二硝基水楊酸比色法［13］.煙草青枯病和黑脛病的調(diào)查方法和病情指數(shù)計算方法遵照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(TC/39—1996)進(jìn)行.試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行Duncan法多重比較.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限對煙田土壤有機碳含量的影響

由圖1可知，河南和重慶的土壤有機碳含量在總體上均表現(xiàn)出隨連作年限的延長，先增加后降低、再略有回升的趨勢.且兩地區(qū)相同連作年限的土壤有機碳含量無顯著差異.

河南地區(qū)土壤有機碳含量在連作2，3 a時均高于連作1 a時，并在連作2 a時達(dá)到最高，但連作3 a時顯著高于(P＜0.05)連作4，5 a時，從連作2～4 a和從連作2～5 a降幅分別達(dá)到23.2%和13.5%.重慶地區(qū)土壤有機碳含量在連作1～3 a內(nèi)逐漸增加，并在連作3 a時達(dá)到最高含量，但在連作3 a以后其含量則顯著下降至連作1 a時的水平.

圖1 不同連作年限土壤有機碳含量變化Fig.1 The changes of SOC content during different continuous cropping years

2.2 不同連作年限對煙田土壤淀粉酶活性的影響

由圖2清晰表明，河南、重慶兩地區(qū)土壤的淀粉酶活性在連作2 a時均達(dá)到最大峰值，之后顯著降低，連作3～5 a時的淀粉酶活性無明顯差別.試驗結(jié)果表明，重慶地區(qū)的土壤淀粉酶活性顯著高于(P＜0.05)河南地區(qū)相同連作年限時土壤淀粉酶活性.

圖2 不同連作年限土壤淀粉酶活性變化Fig.2 The changes of soil amylase activities during different continuous cropping years

2.3 不同連作年限對煙田土壤蔗糖酶活性的影響

比較河南和重慶兩地區(qū)的土壤蔗糖酶活性發(fā)現(xiàn)(圖3)，河南地區(qū)的蔗糖酶活性在所有連作年限均高于重慶地區(qū)，總體上達(dá)到顯著水平(P＜0.05).圖3還表明，河南地區(qū)土壤蔗糖酶在連作2～3 a時表現(xiàn)出較高活性，顯著高于其它3個連作年限(P＜0.05)，并在連作2 a時達(dá)到最大值.重慶地區(qū)的土壤蔗糖酶活性亦表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，并在連作3 a時達(dá)到最大值，連作5 a時活性最低，但不同連作年限間其差異達(dá)不到顯著水平.

圖3 不同連作年限土壤蔗糖酶活性變化Fig.3 The changes of soil sucrase activities during different continuous cropping years

2.4 不同連作年限對煙田土壤纖維素酶活性的影響

試驗結(jié)果(圖4)表明，河南和重慶兩地區(qū)間的土壤纖維素酶活性不存在明顯差異，總體變化趨勢均為先升高后降低、再略回升，土壤纖維素酶活性在連作3 a時最高，顯著高于1，4 a連作;略高于2和5 a連作，但無顯著差異.連作時土壤纖維素酶活性變化與土壤淀粉酶活性變化規(guī)律相同.

圖4 不同連作年限土壤纖維素酶活性變化Fig.4 The changes of soil cellulase activities during different continuous cropping years

2.5 不同連作年限對煙草青枯病和黑脛病發(fā)生的影響

調(diào)查結(jié)果(表1)表明，青枯病和黑脛病的病情指數(shù)隨著連作年限的增加而增大，重慶的連作土壤在第1，2年時煙株發(fā)病較輕，病情指數(shù)變化不明顯，但到第3年時病情指數(shù)急劇增加，之后則穩(wěn)定在較高的水平.河南地區(qū)黑脛病的病情指數(shù)在連作1～4 a間持續(xù)顯著增加，至5 a時趨于穩(wěn)定，病情指數(shù)無顯著增加.

表1 連作對煙草土傳病害發(fā)生的影響Table 1 Effect of continuous cropping years on tobacco soil-borne dieases

2.6 連作煙田煙株病情指數(shù)與土壤有機碳含量、酶活性的相關(guān)性分析

由表2可以發(fā)現(xiàn)，煙株病情指數(shù)隨著土壤有機碳量的增加而降低，2種病害的病情指數(shù)均與土壤有機碳含量表現(xiàn)出負(fù)的直線相關(guān)性，與土壤淀粉酶，蔗糖酶，纖維素酶活性之間亦表現(xiàn)出非線性負(fù)相關(guān)或直線負(fù)相關(guān).特別是在長期連作(＞3 a)時，煙株青枯病和黑脛病的病情指數(shù)均隨著土壤有機碳含量、土壤淀粉酶、蔗糖酶、纖維素酶活性的降低而加重.

3 結(jié)論與討論

本試驗的研究結(jié)果表明，在連作年限為1～5 a的土壤中，土壤有機碳隨著連作年限的延長其含量呈先增加后降低、再略有回升的趨勢，在連作2，3 a時達(dá)到最高，連作2 a和連作3 a的土壤有機碳含量無明顯差異.煙草連作2～3 a時土壤有機碳含量顯著增加這一現(xiàn)象尚未見報道，其機制值得深入分析.HATI等［14］研究了長期連作等因素對土壤有機碳含量的影響證明連作能明顯降低土壤有機碳量的.LIU等［15］研究結(jié)果表明，與輪作相比，連作能降低土壤有機碳10%左右.LIU等［16］也認(rèn)為輪作才是保持土壤有機碳量的最好方法，連作則不利于有機碳的保持.

土壤酶作為衡量土壤健康狀況的一個必不可少的土壤微生物學(xué)指標(biāo)之一，越來越受到人們的高度重視.本試驗研究結(jié)果表明，土壤淀粉酶、土壤蔗糖酶、土壤纖維素酶在連作2和3 a時活性最高，顯著高于連作1，4，5 a的酶活性.重慶地區(qū)的蔗糖酶和淀粉酶活性要高于河南地區(qū)，纖維素酶活性差異不明顯.許多研究者在連作對土壤酶影響方面也進(jìn)行了很多研究，土壤纖維素酶活性變化與胡汝曉等［17］的研究結(jié)果有差異，張翼等［18］，GIANFREDE等［19］均認(rèn)為煙草連作會降低土壤酶的活性.

表2 病情指數(shù)與土壤有機碳、酶活性的相關(guān)關(guān)系Table 2 The linear correlation of disease index and soil organic carbon，enzyme activities

VARENNES等［20］的研究認(rèn)為，短期連作能增加土壤酶活性和有機碳量，與本研究部分結(jié)果相同，但其連作2 a后酶活性和有機碳量仍穩(wěn)定的結(jié)果則與本研究有些差異.BONRNER等［21］認(rèn)為有機碳量和酶活性有一定的相關(guān)性.由于土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強度和方向［22］，土壤酶與有機物的分解也有著親密的關(guān)系［23］.

烤煙是中國重要的經(jīng)濟作物，烤煙連作現(xiàn)象比較嚴(yán)重，連作障礙是煙草栽培中的普遍現(xiàn)象，中國烤煙連作面積已達(dá)28%以上［24］.對本試驗的結(jié)果分析認(rèn)為，連作條件下煙田的煙株病情指數(shù)與土壤有機碳量及酶活性總體上呈負(fù)相關(guān).土壤有機碳與發(fā)病率存在負(fù)相關(guān)的結(jié)果也被證明［25］，廖梓良等［26］研究表明，與發(fā)病土壤相比，健康土壤具有相對高的土壤纖維素酶，蔗糖酶，淀粉酶活性，涉及土傳病害與土壤有機碳和酶活性變化趨勢之間的相關(guān)性研究則較為罕見.在連作對作物生長和土壤質(zhì)量影響方面，許多學(xué)者對棉花［27］、大蒜［28］、馬鈴薯［29］等作物進(jìn)行了相關(guān)報道.報道均證明了連作降低土壤質(zhì)量，加重病害的發(fā)生，因此對連作土壤土壤酶和土壤有機質(zhì)的研究顯得十分必要.

［1］GARCIA C，HERNANDEZ M T.Research and perspectives of soil enzymology in Span［M］.Span Murcia:CEBAS-CSIC，2000.

［2］石秋環(huán)，焦 楓，耿 偉，等.烤煙連作土壤環(huán)境中的障礙因子研究綜述［J］.中國煙草學(xué)報，2009，15(6):81－84.

［3］張 紅，李洪斌，張楊珠，等.湘南煙區(qū)煙稻輪作和稻稻連作田土壤肥力質(zhì)量的比較［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010(13):52－56.

［4］鄧陽春，黃建國.長期連作對烤煙產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分的影響［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2010，16(4):840－845.

［5］MONREAL C M，BERGSTROM D W.Soil enzymatic factors expressing the influence of land use，tillage system and texture on soil biochemical quality［J］.Canadian Journal of Soil Science，2000，80:419－428.

［6］唐 燦，孟 暉.河西走廊地區(qū)荒漠化問題分析［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，1999，10(4):47－55.

［7］宋福強.微生物生態(tài)學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［8］呂國紅，周廣勝，趙先麗，等.土壤碳氮與土壤酶相關(guān)性研究進(jìn)展［J］.遼寧氣象，2005(2):6－8.

［9］羅文邃，姚 政.促進(jìn)根系健康的土壤微生態(tài)研究［J］. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2002，10(1):44－46 .

［10］張金波，宋長春.土地利用方式對土壤碳庫影響的敏感性評價指標(biāo)［J］.生態(tài)環(huán)境，2003，12(4):500－504.

［11］李銀科，劉世增，李發(fā)明，等.景電灌區(qū)幾種土地利用方式土壤有機碳和 養(yǎng)分特征研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，18(2):267－271.

［12］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1998.

［13］關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法［M］.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1986.

［14］HATI K M，SWARUP A.SINGH D，et al.Long-term continuous cropping，fertilisation，and manuring effects on physical properties and organic carbon content of a sandy loam soil［J］.Issue of Australian Journal of Soil Research，2006，8:830 －841

［15］LIU X B，LIU J D，XING B，et al.Effects of long-term continuous cropping，tillage，and fertilization on soil carbon and nitrogen in Chinese mollisols［J］.Commun Soil Sci Plant Anal，2005，36:1229 －1239.

［16］LIU X，HERBERT S J，HASHEMI A M，et al.Effects of agricultural management on soil organic matter and carbon transformation-a review［J］.Plant Soil Environ menx，2006，52(12):531 －543.

［17］胡汝曉，趙松義，譚周進(jìn)，等.煙草連作對稻田土壤微生物及酶的影響［J］.核農(nóng)學(xué)報，2007，21(5):494－497.

［18］張 翼，張長華，王振民，等.連作對烤煙生長和煙地土壤酶活性的影響［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23(12):211－215.

［19］GINAFREDA L，RAO M A，PIOTROWSKA A，et al.Soil enzyme activities as affected by anthropogenic alterations:intensive agricultural practices and organic pollution［J］.Science of the Total Environment，2005，341:265－279.

［20］VARENNES A，TONES M O.Post-fallow tillage and crop effects on soil enzymes and other indicators［J］.Soil Use and Management，2011，27:18 －27.

［21］BOEMER R E J，BRINKMAN J A，SMITH A.Seasonal variations in enzyme activity and organic carbon in soil of a burned and unburned hardwood forest［J］.Soil Biology＆ Biochemistry，2005，37:1419－1426.

［22］周麗霞，丁明懋.土壤微生物學(xué)特性對土壤健康的指示作用［J］.生物多樣性，2007，15(2):162－171.

［23］DILLY O，MUNCH J C.Microbial biomass content，basal respiration and enzyme activities during the course of decomposition of leaf litter in a black alder(Alnus glutinosa(L.)Gaertn.forest［J］.Soil Biol Biochem，1996，28:1073 －1081.

［24］董 艷，董 坤，鄭 毅，等.種植年限和種植模式對設(shè)施土壤微生物區(qū)系和酶活性的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28(3):527 －532.

［25］何金祥，付傳明，黃寧珍，等.廣西巖溶區(qū)煙草栽培地土壤養(yǎng)分、微生物與病害發(fā)生的調(diào)查分析［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2011，27(15):292－296.

［26］廖梓良，孫世中，劉建香，等.設(shè)施栽培香石竹根際土壤酶活與土傳病害相關(guān)性研究［J］.云南師范大學(xué)學(xué)報，2009，29(3):59－63.

［27］施 寵，梁 智，徐萬里，等.不同連作年限棉田土壤微生物和酶的特征［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，47(1):163－167.

［28］劉素慧，劉世琦，張自坤，等.大蒜連作對其根際土壤微生物和酶活性的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43(5):1000－1006.

［29］白艷茹，馬建華，樊明壽.馬鈴薯連作對土壤酶活性的影響［J］.作物雜志，2010(3):34－36.