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(tài)系統(tǒng)的改變，包括土壤理化性狀、土壤生物酶活、土壤微生物數(shù)量和土壤微生物類群的變化等，探究了改善土壤質(zhì)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(shù)參考。

關(guān)鍵詞：棉花；連作；土壤；生態(tài)系統(tǒng)；影響；對策

中圖分類號 S562 文獻(xiàn)標(biāo)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(dǎo)致土壤微生物生態(tài)失衡、病原微生物富集、理化性狀變差、病原菌數(shù)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(fā)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(yǎng)元素失衡，以及分泌自毒物質(zhì)[1-3]。土壤是重要的環(huán)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(zhì)量和健康的變化也與微生物群落結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)，土壤微生物量即微生物生物物質(zhì)，即是土壤生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)過程的動力，又是能量循環(huán)的關(guān)鍵[4-9]。因此，要想維持和提高農(nóng)田地力，必須要有合理的輪作制度和間作作物，合適的生態(tài)平衡施肥體系，以及相宜的土壤微生物物質(zhì)和構(gòu)造[10-11]。土壤理化性狀、作物生產(chǎn)力和土壤肥力的維持重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)是土壤微生物量，并且與土壤有機碳密切相關(guān)，土壤養(yǎng)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(shù)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(yǎng)元素的片面吸收和施肥不當(dāng)，會導(dǎo)致土壤養(yǎng)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(guān)。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(jié)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(shù)量增多，而細(xì)菌和放線菌的數(shù)量降低，從而導(dǎo)致微生物菌落的改變。韓春麗等[13]研究了新疆綠洲區(qū)不同連作棉田土壤中9種礦質(zhì)元素的含量、土壤養(yǎng)分進(jìn)出量和生物循環(huán)特性，結(jié)果表明，棉田土壤中大量元素和微量元素都相應(yīng)的減少，因此提出長期單一種植棉田，施肥應(yīng)重點補充的微量元素有銅、鋅和錳，并根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥婪柿η闆r來補充鉀和鎂等大量元素。連作土壤植物根系營養(yǎng)吸收不均衡影響酸堿度，應(yīng)注意防止耕作層土壤向次生鹽堿化方向轉(zhuǎn)變。要綜合各種影響因素深入研究其變化規(guī)律，從而減輕土壤養(yǎng)分不均衡、土壤通透性變差、有機質(zhì)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(zhì)循環(huán)與土壤微生物分布及酶活密切相關(guān)，土壤中有益微生物產(chǎn)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(zhì)的分解，土壤微環(huán)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(huán)境質(zhì)量和土地生產(chǎn)經(jīng)營的重要因素[14-15]。土壤酶活性是土壤中生物學(xué)活性的總體表現(xiàn)，可以反映土壤生物化學(xué)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(yǎng)分的動態(tài)轉(zhuǎn)化并影響土壤有機質(zhì)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(xué)和物質(zhì)循環(huán)中，土壤酶活反映其動態(tài)變化[17]。因此，土壤酶與土壤肥力、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分收支和農(nóng)業(yè)措施有著顯著的相關(guān)性。土壤酶活具有很強的抗逆性是反映土壤質(zhì)量和肥力好壞的標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)量的影響 李靜怡等[18]對植棉區(qū)不同連作棉田土壤中微生物數(shù)量變化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，不同連作年限棉田土壤中可培養(yǎng)微生物如放線菌和細(xì)菌數(shù)量減少，而真菌數(shù)量在連作10a后大量增加，不同微生物間數(shù)量差異較明顯。不同生育期其土壤微生物菌群數(shù)量差異顯著，在4個生育期中細(xì)菌和真菌數(shù)量有明顯差異，放線菌在苗期的數(shù)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(xì)菌數(shù)量明顯減少，而真菌數(shù)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(shù)量和多樣性影響顯著，并導(dǎo)致病害的發(fā)生，破壞土壤生態(tài)平衡，細(xì)菌數(shù)量比真菌和放線菌影響更大[20]。這說明連作影響微生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)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(chǎn)量的提高[21-22]。綜上所述，連作使土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量降低，真菌數(shù)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(zhì)量的好壞和物質(zhì)代謝過程都與土壤中微生物類群的分布息息相關(guān)，連作土壤養(yǎng)分循環(huán)中微生物代謝產(chǎn)物能促進(jìn)植物生長。土壤有機質(zhì)分解有土壤微生物類群的參與，并且類群數(shù)量和合理施肥會影響土壤有機質(zhì)含量。土壤理化性質(zhì)受土壤微生物類群活動的影響，作物連作會導(dǎo)致根際土壤有機質(zhì)含量及有益微生物數(shù)量減少，克生物質(zhì)大量積累，導(dǎo)致作物生長受到抑制[23-24]。土壤中氮、磷元素的轉(zhuǎn)化與土壤微生物數(shù)量的多少也密切相關(guān)，棉花土壤微生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生生物退化導(dǎo)致連作棉田土壤障礙[25]。棉花連作會導(dǎo)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(tài)系統(tǒng)的和諧穩(wěn)定與微生物生理類群的多樣性和均衡性密切相關(guān)。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(dǎo)致連作障礙，進(jìn)而使作物營養(yǎng)缺失，病蟲害加重，產(chǎn)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(yǎng)地相結(jié)合。冬前疏松耕層，松散土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，增加孔隙度，促進(jìn)好氣性微生物活動，創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境促進(jìn)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(qū)土壤中的大量病原菌失去適宜的營養(yǎng)源，減少棉花連作土壤中的病原菌數(shù)量并抑制土壤病原菌繁殖。合理的輪作倒茬能顯著促進(jìn)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(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和積累。

4.2 科學(xué)田管，平衡施肥 增施有機肥不僅能補充土壤養(yǎng)分，抑制土壤中有害病菌，而且能改善土壤的團粒結(jié)構(gòu)，提高化肥利用率，滿足棉花對各營養(yǎng)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(chǎn)量起到了顯著作用。根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)肥力實施科學(xué)配方施肥滿足棉花生長所需的各種營養(yǎng)元素，增施微肥并增加棉花根區(qū)有益拮抗菌的數(shù)量，從而提高棉花抗病抗逆性抑制棉花土壤中病原菌數(shù)量，達(dá)到棉花增產(chǎn)增收的效果[26]。

4.3 采取生物技術(shù)，改變土壤生物組成 通過生物降解技術(shù)、營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)、自毒物質(zhì)消減技術(shù)，消除或減緩?fù)寥啦【纳L，促使棉花正常發(fā)育。通過工業(yè)發(fā)酵制成活菌制劑，向棉花根際微生態(tài)環(huán)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(zhì)進(jìn)人土壤微生態(tài)環(huán)境可以清除植株殘茬[27]。向連作棉田中接種復(fù)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(yōu)勢微生物種群，并利用有益菌群產(chǎn)生的抗性物質(zhì)或重寄生等作用抑制土傳病原菌的繁殖。

參考文獻(xiàn)

[1]Van Bruggen，A H C，Semenov A M.A new approach to the search for indices of root diseases suppression[J].Australasian Plant pathology，1999，28：4-10.

[2]Meyer J R，Shew H D.Soil suppressive to black root rot of burleyobacco，Caused by Thielaviopsis basicola[J].Phytopathology，1991，81：946-954.

[3]MUNNS R.Comparative physiology of salt and water stress[J].Plant，Cell and Environment，2002，25（2）：239-250 .

[4]楊濱娟，黃國勤，錢海燕.秸稈還田配施化肥對土壤溫度根際微生物及酶活性的影響[J].土壤學(xué)報，2014，51（1）：150-157.

[5]湯宏，沈建林，張楊珠，等.秸稈還田與水分管理對稻田土壤微生物量碳、氮及溶解性有機碳、氮的影響[J].水土保持學(xué)報，2013，27（1）：240-246.

[6]劉瑜，梁永超，褚貴新，等.長期棉花連作對北疆棉區(qū)土壤生物活性與酶學(xué)性狀的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2010，19（7）：1586-1592.

[7]劉驍蓓，涂仕華，孫錫發(fā)，等.秸稈還田與施肥對稻田土壤微生物生物量及固氮菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2013，33（17）：5210-5218.

[8]Egamberdieva D，Renella G，Wirth S，et al.Secondary salinity effects on soil microbial biomass[J].Biol Fertil Soils，2010，46（5）：445-449.

[9]李延茂，胡江春，汪思龍，等.森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物的作用與應(yīng)用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15（10）：1943-1946.

[10]李春格，李曉鳴，王敬國.大豆連作對土體和根際微生物群落功能的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2006，26（4）：1144-1150.

[11]陳慧，郝慧榮，熊君，等.地黃連作對根際微生物區(qū)系及土壤酶活性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18（12）：2755-2759.

[12]徐文修，羅明，李大平，等.不同連作年限棉田土壤理化性質(zhì)及微生物區(qū)系變化規(guī)律研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014，32（3）：134-138.

[13]韓春麗，劉娟，張旺鋒，等.新疆綠洲農(nóng)田土壤-棉花系統(tǒng)9種礦質(zhì)元素生物循環(huán)特征[J].生態(tài)學(xué)報，2010，30（22）：6234-6241.

[14]杜慧玲，李戀卿，潘根興，等.粉煤灰結(jié)合施肥對土壤微生物和酶活性的效應(yīng)[J].土壤與環(huán)境，2001，10（1）：20-22.

[15]宋日，吳春勝，牟金明，等.玉米根茬留田對土壤微生物量碳和酶活性動態(tài)變化特征的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2002，13（3）：303-306.

[16]賀麗娜，梁銀麗，高靜，等.連作對設(shè)施黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)及土壤酶活性的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，36（5）：155-159.

[17]李銀平，林忠東，李小斌，等.北疆連作棉田輪作倒茬模式的研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（1）：243-254.

[18]李靜怡，楊有才.連作對植棉區(qū)土壤微生物數(shù)量的影響[J].作物研究，2013，27（4）：355-358.

[19]徐瑞富，王小龍.花生連作田土壤微生物群落動態(tài)與土壤養(yǎng)分關(guān)系研究[J].花生學(xué)報，2003，32（3）：19-24.

[20]盤莫誼，張楊珠，肖嫩群，等.煙草連作對旱地土壤微生物及酶活性的影響[J].世界科技研究與發(fā)展，2008，30（3）：295-297.

[21]朱四元，劉頭明，湯清明，等.連作苧麻的部分生理生態(tài)特征及細(xì)胞學(xué)觀察[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，38（4）：360-365.

[22]劉軍，唐志敏，劉建國，等.長期連作及秸稈還田對棉田土壤微生物量及種群結(jié)構(gòu)的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2012，21（8）：1418-1422.

[23]Reeves D W.The role of soil organic matter in maintaining soil quality in continuous cropping systems [J].Soil and Tillage Research，1997，43（1）：131-167.

[24]Liu J G，Li Y B，Jiang G Y，et a1.Allelopathic effects of cotton in continuous cropping[J].Allelopathy Journal，2008，21（2）：299-306.

[25]孫瑞蓮，朱魯生，趙秉強，等.長期施肥對土壤微生物的影響及其在養(yǎng)分調(diào)控中的作用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15（10）：1907-1910.

[26]鄭倩，李俊華，危常州，等.不同黃萎病抗性棉花品種對土壤微生物數(shù)量的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，49（3）：502-507.

[27]孫中濤，姚良同，孫鳳鳴，等.微生物肥料對棉田土壤生態(tài)與棉花生長的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，13（3）：54-56.

（責(zé)編：張宏民）