摘 要：以種植不同年限桔梗的土壤為試驗(yàn)材料，通過(guò)土壤肥力和土壤生物學(xué)活性的變化，初步研究桔梗連作障礙產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明，隨著種植年限的增加細(xì)菌和放線菌的數(shù)量出現(xiàn)降低，真菌數(shù)量隨種植年限的增加表現(xiàn)為增多的趨勢(shì)，且在第4年與CK達(dá)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(guò)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(xiàn)了顯著下降；磷酸酶和脲酶的活性變化相對(duì)較緩慢，在種植桔梗第4年酶活性顯著低于CK。同時(shí)，種植桔梗后土壤中氮磷鉀及有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)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(xì)菌和放線菌數(shù)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(xiàn)了桔梗連作障礙現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：桔梗；土壤微生物；土壤酶；土壤肥力

中圖分類號(hào)：S181；S567.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171132012

引言

桔梗（Platycodon grandiflorum （Jacq.） A.DC）是桔?？平酃僦参?，別名鈴鐺花、包袱花、道拉基等，是我國(guó)傳統(tǒng)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(jìn)行藥食兩用，目前使用量巨大，總用量也達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)別。而為了增加桔梗的產(chǎn)出，桔梗種植一般為連作，即指在同一塊地里連續(xù)種植同種（或同科）藥用植物。而目前通過(guò)多年種植發(fā)現(xiàn)桔梗出現(xiàn)了連作障礙，即使在正常的管理情況下，也會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)量下降、品質(zhì)變劣、生育狀況變差的現(xiàn)象[2]。連作障礙在中藥材生產(chǎn)上普遍存在，多數(shù)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(wèn)題尤其突出[3]。目前，我國(guó)在陜西省商洛市有大片的桔梗種植基地，通過(guò)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)該地存在著嚴(yán)重的連作障礙現(xiàn)象，造成桔梗的收成連年下降，且對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)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(jié)果[4]，張翼等[5]研究發(fā)現(xiàn)，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(yán)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(fā)生了改變，隨種植年限增加，細(xì)菌和真菌減少，放線菌增加，且過(guò)氧化氫酶活性顯著降低。張雁等[7]對(duì)桔梗連作障礙的成因也進(jìn)行了初步分析，并從經(jīng)驗(yàn)上進(jìn)行探討和提出防治措施。但對(duì)于造成商洛市桔梗連作障礙的具體因素需要進(jìn)一步研究，本文通過(guò)研究桔梗不同種植年限，對(duì)土壤肥力、土壤微生物數(shù)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(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)置

試驗(yàn)地位于陜西省商洛市商州區(qū)香菊藥源基地，土壤為棕壤土，種植藥材為桔梗。本試驗(yàn)于2011—2014年在試驗(yàn)地連續(xù)種植桔梗，并分別采集種植1、2、3a和4a的土樣，試驗(yàn)包括4個(gè)處理：CK為對(duì)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(yàn)地土壤性質(zhì)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(duì)角線法五點(diǎn)對(duì)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(guò)2mm篩后，放入1℃冷庫(kù)內(nèi)保存，用于測(cè)定土壤微生物數(shù)量，一些自然風(fēng)干研磨過(guò)1 mm篩保存，用于測(cè)定土壤肥力和土壤酶活性。

1.2.2 土壤微生物數(shù)量的測(cè)定

土壤微生物數(shù)量的測(cè)定采用稀釋平板計(jì)數(shù)法[8]，細(xì)菌培養(yǎng)使用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)使用馬鈴薯培養(yǎng)基（PDA），放線菌培養(yǎng)使用高氏一號(hào)培養(yǎng)基。

1.2.3 土壤酶活性的測(cè)定

土壤酶活性測(cè)定參照關(guān)松蔭[9]的方法，過(guò)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(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 土壤肥力測(cè)定

土壤pH值采用電位法測(cè)定，土壤肥力指標(biāo)采用常規(guī)方法[10]測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel2007和SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植年限對(duì)微生物數(shù)量的影響

由表2可知，在0～20cm細(xì)菌數(shù)量隨著種植年限延長(zhǎng)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而放線菌和真菌的數(shù)量在0～20cm的變化較小，但不同種植年限間表層微生物的數(shù)量與CK差異不顯著。在20～40cm土壤層，細(xì)菌數(shù)量隨著種植年限延長(zhǎng)則逐年下降，且在種植的第4年與CK達(dá)到顯著差異，不同種植年限土壤中細(xì)菌數(shù)量均高于對(duì)照；而放線菌的數(shù)量則逐年降低，在第3年與CK達(dá)到了顯著差異（P<0.05），第4年土壤放線菌數(shù)降低到2.19×104（cfu）·g-1（DW），較CK降低了59.6%，且與CK達(dá)到顯著差異（P<0.05）；郭修武等[11]認(rèn)為真菌數(shù)量越多土壤肥力越差，這與本研究結(jié)果一致，真菌數(shù)量隨種植年限的增加表現(xiàn)為增多的趨勢(shì)，且在第4年與CK達(dá)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(shù)量與土壤的肥力直接相關(guān)，細(xì)菌與放線菌與土壤肥力呈正相關(guān)關(guān)系，而真菌則與土壤肥力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤表層土壤微生物數(shù)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(jī)物質(zhì)以及微生物的生存提供了一定的環(huán)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(xì)菌與放線菌出現(xiàn)下降，而真菌增多表明土壤肥力出現(xiàn)下降，如果連續(xù)種植桔梗將影響桔梗的生長(zhǎng)發(fā)育出現(xiàn)連作障礙現(xiàn)象。endprint

2.2 種植年限對(duì)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(guò)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(xiàn)了顯著下降，隨著種植年限的延長(zhǎng)，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(xiàn)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(dá)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(duì)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(guān)，脲酶是決定土壤中氮轉(zhuǎn)化的關(guān)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(guò)氧化氫酶參與有機(jī)物的氧化過(guò)程，過(guò)氧化氫酶可以促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，有利于防止過(guò)氧化氫對(duì)生物體的毒害作用[13]。而蔗糖酶活性反映了土壤有機(jī)碳累積與分解轉(zhuǎn)化的規(guī)律[14]。通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)隨著種植年限的增加，過(guò)氧化氫酶活性降低，這不利于土壤中有機(jī)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(fā)現(xiàn)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(yàn)中發(fā)現(xiàn)隨著桔梗種植年限的增加，脲酶活性出現(xiàn)了降低的現(xiàn)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(zhǎng)，出現(xiàn)連作障礙現(xiàn)象。

2.3 種植年限對(duì)土壤肥力的影響

2.3.1 種植年限對(duì)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(yàn)的4a內(nèi)無(wú)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(dá)到顯著差異（P<0.05）。而土壤中的硝態(tài)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(xiàn)顯著降低的現(xiàn)象，在種植4a后，20～40cm土壤層內(nèi)硝態(tài)氮含量降低至14.25 mg/kg，交CK降低了49.2%；銨態(tài)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(tài)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(jié)果一致，隨著種植年限的增加，硝態(tài)氮顯著低于對(duì)照。氮素是植物生長(zhǎng)必不可少的基本元素，是與植物產(chǎn)量最密切相關(guān)的元素。而作物可利用的氮素主要是硝態(tài)氮和銨態(tài)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(tài)氮和銨態(tài)氮呈現(xiàn)逐年下降的現(xiàn)象，這將嚴(yán)重制約桔梗的生長(zhǎng)，這是桔梗連作障礙的重要影響因素。

2.3.2 種植年限對(duì)土壤中速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量均出現(xiàn)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(zhǎng)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(dá)到顯著差異（P<0.05）。土壤速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量降低尤為顯著。在種植1a后土壤中速效鉀及有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)的含量也相應(yīng)減少，在種植4a后，土壤中速效鉀和有機(jī)質(zhì)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(duì)作物的生長(zhǎng)及品質(zhì)有重要作用，有機(jī)質(zhì)則具有改良土壤、增加產(chǎn)量及改善品質(zhì)的作用。在該試驗(yàn)中，連續(xù)耕作桔梗，將造成土壤肥力持續(xù)下降，破壞土壤的肥力與結(jié)構(gòu)，不利于土壤的可持續(xù)耕作。

2.3.3 種植年限對(duì)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(fā)生的顯著的變化，且連作對(duì)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(xiàn)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(xù)種植對(duì)土壤表層的有效錳和有效銅影響較小，在種植4a后與CK達(dá)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(xiàn)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(zhǎng)不可或缺的元素，當(dāng)作物缺乏某一種微量元素時(shí)生長(zhǎng)發(fā)育就會(huì)受到抑制，導(dǎo)致產(chǎn)量、品質(zhì)下降。

3 結(jié)論

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

3.1 連續(xù)種植桔梗，土壤中微生物的數(shù)量發(fā)生了顯著的變化

在0～20cm細(xì)菌數(shù)量隨著種植年限延長(zhǎng)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而放線菌和真菌的數(shù)量變化較小，在20～40cm土壤層，細(xì)菌和放線菌數(shù)量隨著種植年限延長(zhǎng)則逐年下降；真菌數(shù)量則表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)。而微生物的數(shù)量與土壤的肥力直接相關(guān)，細(xì)菌與放線菌與土壤肥力呈正相關(guān)關(guān)系，而真真菌則與土壤肥力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤表層土壤微生物數(shù)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(jī)物質(zhì)以及微生物的生存提供了一定的環(huán)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(xì)菌與放線菌出現(xiàn)下降，而真菌增多表明土壤肥力出現(xiàn)下降，如果連續(xù)種植桔梗將影響桔梗的生長(zhǎng)發(fā)育出現(xiàn)連作障礙現(xiàn)象。endprint

3.2 連續(xù)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(guān)，過(guò)氧化氫酶參與有機(jī)物的氧化過(guò)程，通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)隨著種植年限的增加，過(guò)氧化氫酶活性降低，這不利于土壤中有機(jī)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(fā)現(xiàn)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(yàn)中發(fā)現(xiàn)隨著桔梗種植年限的增加，脲酶活性出現(xiàn)了降低的現(xiàn)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(zhǎng)，出現(xiàn)連作障礙現(xiàn)象。

3.3 連續(xù)種植桔梗后，不同土壤層氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)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(xiàn)緩慢下降的現(xiàn)象

氮磷鉀是植物生長(zhǎng)的必須大量元素，而微量元素需求量雖少但對(duì)作物的品質(zhì)尤為重要，元素的缺乏將嚴(yán)重制約植物的生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)的優(yōu)劣，而桔梗的連續(xù)種植，土壤中出現(xiàn)的元素虧缺現(xiàn)象將制約桔梗的生長(zhǎng)，長(zhǎng)期種植將形成惡性循環(huán)，不利于土壤的持續(xù)利用且會(huì)出現(xiàn)桔梗的連作障礙現(xiàn)象。

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

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家藥典委員會(huì).中國(guó)藥典一部[S].北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2010：259-260.

[2]蔣國(guó)斌，談獻(xiàn)和.中藥材連作障礙原因及防治途徑研究[J].中國(guó)野生植物資源，2007，26（6）：32-34，51.

[3]高微微，趙楊景，王玉萍，等.我國(guó)藥用植物栽培地的可持續(xù)利用研究[J].中國(guó)中藥雜志，2006，31（20）：1665-1669.

[4]鄭良永，胡劍非，林昌華，等.作物連作障礙的產(chǎn)生及防治[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，25（2）：58-62.

[5]張翼，張長(zhǎng)華，王振民，等.連作對(duì)烤煙生長(zhǎng)和煙地土壤酶活性的影響 [J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（12）：211-215.

[6]陳慧，郝慧榮，熊君，等.地黃連作對(duì)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(bào)，2007，18（12）：2755-2759.

[7]張雁， 劉自剛.桔梗連作障礙成因及其對(duì)策初探[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（2）：107-109.

[8]程麗娟，薛泉宏.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].西安：世界圖書出版社，2000：80-83.

[9]關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986：243-323.

[10]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析（第三版） [M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2008：30-140.

[11]郭修武，張立恒，李坤，等. 施入有機(jī)物料對(duì)葡萄連作土壤速效養(yǎng)分及微生物的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（19）：147-151.

[12]嚴(yán)君，韓曉增，王樹起，等.不同形態(tài)氮素對(duì)種植大豆土壤中微生物數(shù)量及酶活性的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010，16（2）： 341-347.

[13]馬健，王周瓊，李述剛.小麥根際土壤酶活性變化研究[J].干旱區(qū)研究，1998，15（2）：60-65.

[14]中國(guó)科學(xué)院土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M].北京：科學(xué)出版社，1985.

[15]楊建峰，孫燕，鄔華松，等.種植年限對(duì)胡椒園土壤化學(xué)肥力指標(biāo)的影響[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2011，32（4）：592-597.

作者簡(jiǎn)介：葉勝蘭（1986-），女，四川人，碩士研究生，從事植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)以及土地整治等方面研究。endprint