安艷，楊丹，李鑫，晉小軍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點實驗室，甘肅 蘭州 730070；)

半夏為天南星科植物半夏(Pinelliaternata(Thunb.)Breit.)的干燥塊莖[1]，是一種常用的大宗藥材.甘肅省西和縣是我國半夏人工種植的主產(chǎn)區(qū)之一，半夏種植面積大，其產(chǎn)值占全縣中藥材總產(chǎn)值的90%左右，總產(chǎn)量約占到我國市場份額的2/3，具有“中國半夏之鄉(xiāng)”之稱[2].半夏連作會導(dǎo)致其病蟲草害嚴(yán)重、產(chǎn)量及品質(zhì)下降，因此半夏種植需要進(jìn)行輪作倒茬.但西和縣能用于半夏種植的耕地面積有限，而半夏輪作周期長，輪作倒茬困難，嚴(yán)重制約了半夏的生產(chǎn)發(fā)展，因此連作障礙已成為制約當(dāng)?shù)匕胂纳a(chǎn)發(fā)展的嚴(yán)重問題.

連作障礙是指同一作物或近緣植物在相同土地上連續(xù)種植，會出現(xiàn)植株長勢變?nèi)?、病蟲害嚴(yán)重、產(chǎn)量品質(zhì)降低等的現(xiàn)象[3].研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)藥用植物連作會產(chǎn)生連作障礙[4-12].連作障礙的形成是多種因素作用的結(jié)果[13].土壤酶活性是衡量土壤肥力水平和生理狀況的重要指標(biāo)，參與土壤中各種生物化學(xué)過程，影響著土壤的代謝過程，在一定程度上可以表征土壤肥力的大小[14-15].有研究表明，作物不同的種植方式和茬口對土壤酶活性有影響[16-18]；也有研究認(rèn)為，土壤酶活性的改變是作物產(chǎn)生連作障礙的主要因素[19-22].因此，本試驗以半夏為研究對象，分析輪作及連作對半夏產(chǎn)量、品質(zhì)及根際土壤酶活性的影響，探討造成半夏連作障礙產(chǎn)生的原因，以期為克服半夏連作障礙提高其產(chǎn)量品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品半夏種莖均來自于湖北天門，經(jīng)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院晉小軍研究員鑒定為天南星科植物半夏(Pinelliaternate(Thunb.)Breit.)的塊莖.

1.2 研究方法

試驗于2016年3～9月在西和縣盧河鄉(xiāng)王堡村廟子溝進(jìn)行，采用對比試驗.選擇輪作(玉米-小麥-馬鈴薯-玉米-半夏)和連作(玉米-小麥-馬鈴薯-半夏-半夏)不同茬口的試驗地，兩地相鄰，自然環(huán)境一致，兩地分別按坡向劃分為3個小區(qū)，小區(qū)面積為3 m×4 m.選擇無病、無傷痕、無腐爛，大小均勻一致的半夏種莖進(jìn)行種植，株距8 cm，行距15 cm，小區(qū)間距50 cm，不同小區(qū)田間管理措施相同.

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤樣品的制備 于5月下旬至9月上旬，每隔50 d取樣，在每一樣地按五點取樣法隨機選取半夏植株，采用抖根法[23]，輕輕抖掉根系外圍土，再用毛刷輕刷黏附在根表面的土壤，混合均勻，作為根際土樣，用無菌的封口帶密封，置于冰盒中帶回實驗室進(jìn)行土壤酶活性的測定.

1.3.2 酶活性測定 土壤酶活性指標(biāo)的測定參考關(guān)松蔭[24]的方法.

1.3.3 產(chǎn)量的測定 于半夏收獲期，測定半夏塊莖直徑、百粒質(zhì)量及其產(chǎn)量.塊莖直徑：每小區(qū)隨機選取100粒半夏塊莖，用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測定；百粒質(zhì)量：每小區(qū)隨機選取100粒塊莖用百分之一的電子天平進(jìn)行稱質(zhì)量，測定5次；產(chǎn)量：采用對角線取樣法，每一樣地取3個樣方，每個樣方2 m2，進(jìn)行測定計產(chǎn).

1.3.4 品質(zhì)的測定 將半夏樣品粉碎，按照2015版《中華人民共和國藥典》方法，測定其水分、灰分以及浸出物含量.水分按中國藥典規(guī)定(通則0832第二法)烘干法測定，取供試品2～5 g，平鋪于干燥至恒質(zhì)量的扁形稱量瓶中，厚度不超過5 mm，疏松供試品不超過10 mm，精密稱定，開啟瓶蓋在100～105 ℃干燥5 h，將瓶蓋蓋好，移置干燥器中，放冷30 min，精密稱定，再在上述溫度干燥1 h，放冷，稱質(zhì)量，至連續(xù)兩次稱質(zhì)量的差異不超過5 mg為止.根據(jù)減失的質(zhì)量，計算供試品中含水量(%).灰分按中國藥典規(guī)定(通則2302)方法測定，總灰分測定法：測定用的供試品須粉碎，使能通過二號篩，混合均勻后，取供試品2～3 g，置熾灼至恒質(zhì)量的坩堝中，稱定質(zhì)量(準(zhǔn)確至0.0l g)，緩緩熾熱，注意避免燃燒，至完全炭化時，逐漸升高溫度至500～600 ℃，使完全灰化并至恒質(zhì)量.根據(jù)殘渣質(zhì)量，計算供試品中總灰分的含量(%).浸出物參照水溶性浸出物測定法(通則2201)下的冷浸法測定，測定用的供試品需粉碎，使能通過二號篩，并混合均勻.冷浸法：取供試品約4 g，精密稱定，置250～300 mL的錐形瓶中，精密加水100 mL，密塞，冷浸，前6 h內(nèi)時時振搖，再靜置18 h，用干燥濾器迅速過濾，精密量取濾液20 mL，置已干燥至恒質(zhì)量的蒸發(fā)皿中，在水浴上蒸干后，于105 ℃干燥3 h，置干燥器中冷卻30 min，迅速精密稱定質(zhì)量.除另有規(guī)定外，以干燥品計算供試品中水溶性浸出物的含量(%).

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsort Excel處理，SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對半夏根際土壤酶活性的影響

2.1.1 不同耕作方式對半夏根際土壤過氧化氫酶活性的影響 將不同時期輪作及連作半夏根際土壤過氧化氫酶活性測定結(jié)果繪于圖1.結(jié)果表明，連作降低了半夏根際土壤中過氧化氫酶活性，除9月3日輪作與連作兩處理間差異不顯著外，其余各時期輪作均顯著高于連作，5月21日和7月10日連作較輪作分別降低24.89%和20.36%，由此可知，連作使土壤中過氧化氫酶活性降低，過氧化氫的分解受到抑制.對不同時期輪作及連作半夏根際土壤多酚氧化酶活性變化進(jìn)行分析可知，輪作及連作半夏根際土壤過氧化氫酶活性均隨半夏的生長呈升高趨勢；其中，輪作半夏根際土壤過氧化氫酶活性9月3日較5月21日和7月10日分別高28.74%和13.71%，連作半夏9月3日較5月21日和7月10日分別高60.74%和33.91%.

*表示各處理間差異顯著(P<0.05).* means significant differences between each treatment (P<0.05).圖1 不同耕作方式對半夏根際土壤過氧化氫酶活性的影響Figure 1 Effects of different cropping on catalase activity in rhizosphere soil ofPinellia ternata

2.1.2 不同耕作方式對半夏根際土壤脲酶活性的影響 對不同時期輪作及連作半夏根際土壤脲酶活性進(jìn)行分析，由圖2可見，連作半夏根際土壤脲酶活性均顯著低于同一時期輪作，其中，5月21日、7月10日和9月3日連作較輪作分別降低17.11%、17.62%和18.80%，說明連作土壤中脲酶活性低.進(jìn)一步分析不同時期輪作及連作半夏根際土壤脲酶活性變化可知，輪作及連作半夏根際土壤脲酶活性均隨半夏的生長呈先增后降的趨勢，在7月10日達(dá)到最大.其中，輪作半夏根際土壤脲酶活性在7月10日較5月21日和9月3日分別高21.71%和32.86%，連作半夏7月10日較5月21日和9月3日分別高20.96%和34.79%.

*表示各處理間差異顯著(P<0.05).* means significant differences between each treatment (P<0.05).圖2 不同耕作方式對半夏根際土壤脲酶活性的影響Figure 2 Effects of different cropping on urease activity in rhizosphere soil ofPinellia ternata

2.1.3 不同耕作方式對半夏根際土壤中性磷酸酶活性的影響 由圖3可以看出，在半夏生長的各時期連作半夏根際土壤磷酸酶活性均顯著低于同一時期輪作，其中，5月21日、7月10日及9月3日連作較輪作分別降低24.58%、24.01%和21.49%，由此可知連作抑制了半夏根際土壤磷酸酶活性.進(jìn)一步分析可知，輪作及連作半夏根際土壤中性磷酸酶活性隨半夏的生長均呈先增后降的趨勢，在7月10日達(dá)到最大，其中，輪作半夏根際土壤磷酸酶活性7月10日較5月21日和9月3日分別高29.32%和17.20%，連作半夏根際土壤磷酸酶活性7月10日較5月21日和9月3日分別高30.31%和13.44%.

*表示各處理間差異顯著(P<0.05).* means significant differences between each treatment (P<0.05).圖3 不同耕作方式對半夏根際土壤中性磷酸酶活性的影響Figure 3 Effects of different cropping on neutral phosphatase activity in rhizosphere soil ofPinellia ternata

2.1.4 不同耕作方式對半夏土壤多酚氧化酶活性的影響 由圖4可以看出，連作使半夏根際土壤多酚氧化酶活性升高，且各個時期連作均高于輪作，在各時期兩處理間均達(dá)到顯著差異水平，分別比同一時期輪作高29.73%、65.00%和62.96%.對不同時期輪作及連作半夏根際土壤多酚氧化酶活性變化進(jìn)行分析可知，隨半夏的生長，輪作及連作半夏根際土壤多酚氧化酶活性均呈先降后增的趨勢，在7月10日輪作及連作半夏根際土壤多酚氧化酶活性最低，輪作半夏根際土壤多酚氧化酶活性7月10日較5月21日和9月3日分別低45.95%和25.93%，連作半夏7月10日較5月21日和9月3日分別低31.25%和25.00%.

*表示各處理間差異顯著(P<0.05).* means significant differences between each treatment (P<0.05).圖4 不同耕作方式對半夏根際土壤多酚氧化酶活性的影響Figure 4 Effects of different cropping on polyphenol oxidase activity in rhizosphere soil ofPinellia ternata

2.2 不同耕作方式對半夏產(chǎn)量和品質(zhì)的影響半夏收獲后測定其水分、灰分、浸出物含量、塊莖直徑、百粒質(zhì)量及其產(chǎn)量，將測定結(jié)果列于表1.由表1可知，輪作和連作半夏水分含量無顯著差異；灰分連作較輪作低2.93%，差異顯著；浸出物含量輪作為15.76%，連作為12.49%，連作顯著低于輪作，較輪作下降 20.75%；塊莖直徑輪作為1.76 cm，連作為1.32 cm，連作較輪作降低25.00%，且兩處理間差異顯著；半夏塊莖百粒質(zhì)量連作顯著低于輪作，較輪作降低32.82%；輪作半夏的產(chǎn)量為20 806.40 kg/hm2，連作半夏的產(chǎn)量為2 544.61 kg/hm2，連作較輪作降低了87.77%，且兩處理間達(dá)到顯著差異水平.由此可知，連作顯著降低了半夏塊莖的百粒質(zhì)量和塊莖直徑，進(jìn)而直接影響到半夏產(chǎn)量，使半夏產(chǎn)量降低；連作半夏浸出物含量顯著低于輪作，說明連作使半夏品質(zhì)下降.

3 討論

土壤中的過氧化氫對生物體有毒害作用，過氧化氫酶能催化分解土壤中累積的過氧化氫，減輕過氧化氫對植物的毒害作用[25-26]，同時，作為分解產(chǎn)物的氧能促進(jìn)各種化合物的氧化分解，為生物生長發(fā)育提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)[18].研究表明，連作半夏根際土壤過氧化氫酶活性低于輪作，說明連作半夏根際土壤中過氧化氫的分解受到抑制，造成過氧化氫在土壤中大量累積，進(jìn)而對半夏生長產(chǎn)生毒害作用.而隨半夏的生長，連作半夏根際土壤過氧化氫酶活性逐漸增加，這可能是因為土壤中過氧化氫含量高，通過增加土壤中過氧化氫酶活性，來減輕過氧化氫對半夏的毒害作用.脲酶在土壤中存在于大多數(shù)細(xì)菌和真菌里，直接參與土壤有機氮的轉(zhuǎn)化，其作用極為專一，只能夠水解尿素，水解后的最終產(chǎn)物是氨和碳酸[27].脲酶活性在一定程度上可以反映土壤中有機態(tài)氮轉(zhuǎn)化為有效態(tài)氮的能力以及土壤無機氮的供應(yīng)能力[25].連作半夏根際土壤脲酶活性顯著低于輪作，說明連作土壤中氮素代謝水平低于輪作，連作半夏脲酶活性水平較低，這就影響了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化及半夏對養(yǎng)分的有效吸收，最終導(dǎo)致半夏生長發(fā)育受到不利影響.土壤脲酶隨半夏的生長呈先增后降的趨勢，這可能是因為7月上旬半夏生長旺盛，土壤微生物活性強，因而土壤脲酶活性最強.土壤磷酸酶主要來自于真菌，磷酸酶能促進(jìn)土壤中有機磷化合物或無機磷酸鹽轉(zhuǎn)化為植物能夠利用的無機態(tài)磷[25]，通過其活性可判斷土壤的有機磷轉(zhuǎn)化能力，是評價土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向和強度的指標(biāo)[28-31].在半夏生育期內(nèi)根際土壤中性磷酸酶活性連作均顯著低于輪作，這直接影響了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化及半夏對養(yǎng)分的有效吸收，進(jìn)而導(dǎo)致半夏植株生長不良，對其產(chǎn)量和品質(zhì)造成影響.多酚氧化酶是一種專一性很強的酶，其活性高時會對有機質(zhì)礦化時產(chǎn)生的酚類中間產(chǎn)物合成腐殖質(zhì)產(chǎn)生阻礙作用，導(dǎo)致酚類化合物的積累[32]，從而引起中毒.有研究認(rèn)為，連作后的黃瓜[33]，其根系分泌的酚酸類物質(zhì)會導(dǎo)致黃瓜產(chǎn)生自毒作用，多酚氧化酶活性顯著高于輪作[34].研究結(jié)果表明，隨半夏的生長根際土壤中多酚氧化酶逐漸升高且在各個時期連作顯著高于輪作，這可能是由于半夏的根系分泌物誘發(fā)了多酚氧化酶活性.妙佳源等[35]研究發(fā)現(xiàn)，谷子根際土壤脲酶和磷酸酶活性隨谷子生長呈先增后降的趨勢，隨谷子連作年限的延長呈降低趨勢；王喜枝等[20]研究發(fā)現(xiàn)，不同連作年限的大蒜根際土壤過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性均顯著低于輪作土壤；孫雪婷等[21]研究發(fā)現(xiàn)隨三七種植年限的增加，根際土壤脲酶和磷酸酶活性顯著下降；陳慧等[36]研究發(fā)現(xiàn)，隨著地黃種植年限的延長其根際土壤多酚氧化酶活性增加，這些結(jié)果與本試驗土壤酶活性的變化結(jié)果相一致.

表1 不同耕作方式對半夏產(chǎn)量品質(zhì)的影響

表中同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同小寫字母表示同一時期不同處理差異顯著性(P<0.05).

The same column with different lowercase letters indicate significant difference among various treatments in the same period atP<0.05.

產(chǎn)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者關(guān)注的焦點，產(chǎn)量的高低直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展；品質(zhì)是中藥材生產(chǎn)的關(guān)鍵，品質(zhì)的高低直接影響人民用藥安全.馬小奇[12]研究發(fā)現(xiàn)，連作會對半夏產(chǎn)量、品質(zhì)產(chǎn)生影響，連作1年半夏較4年輪作產(chǎn)量降低84.92%，較2年輪作降低34.80%；連作1年半夏較4年輪作浸出物含量低19.90%，較2年輪作低8.68%.本研究發(fā)現(xiàn)，連作半夏的百粒質(zhì)量、塊莖直徑、產(chǎn)量和浸出物含量均顯著低于輪作，說明連作會導(dǎo)致半夏產(chǎn)量下降，品質(zhì)降低.該試驗結(jié)果與馬小奇的研究結(jié)果一致.

4 結(jié)論

半夏連作降低了其根際土壤過氧化氫酶、脲酶和中性磷酸酶活性，而使多酚氧化酶活性升高；在半夏生長后期，連作較輪作半夏根際土壤過氧化氫酶、脲酶和中性磷酸酶活性分別降低了6.21%、18.80%和21.49%，多酚氧化酶活性連作較輪作高62.96%.半夏連作會對其產(chǎn)量和品質(zhì)造成影響，連作半夏的百粒質(zhì)量、塊莖直徑、產(chǎn)量和浸出物含量顯著低于輪作，分別較輪作降低了32.82%、25.00%、87.77%和20.75%.綜上所述，半夏連作會造成其根際土壤酶活性發(fā)生改變，進(jìn)而影響土壤微生態(tài)環(huán)境，從而影響到半夏植株的生長發(fā)育，導(dǎo)致其產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降.因此連作導(dǎo)致半夏根際土壤酶活性發(fā)生變化，也是半夏產(chǎn)生連作障礙的原因.