河西绿洲灌区甜高粱一膜两年连作对不同土壤理化性状的影响

戴红燕，满志礼，李城德

（1.甘肃省武威市古浪县农业技术推广中心，甘肃 武威733100；2.甘肃省武威市凉州区张义农业技术站，甘肃 武威733020；3.甘肃省农业技术推广总站，甘肃 兰州 730030）

河西绿洲灌区光照充足，昼夜温差大，有利于农作物干物质和糖分的积累，是糖料作物种植的绝佳地带[1-2]。该地区农业机械化水平较高，饲用和醇用甜高粱种植均形成一定规模，为饲料、糖原料、醇加工等提供了充足的原材料[3-4]。其中甜高粱一膜两年连作种植技术已趋于成熟，该技术既能保水保墒，又能延长农膜使用时间，降低种植成本；但有研究表明，常年连作会引起土壤内部结构变化，养分失衡，最终导致作物减产、品质下降[5-7]。本文以河西古浪县境内甜高粱一膜两年连作种植地块为例，检测分析，结合生产，以探索甜高粱连作引起的土壤理化性状变化情况和障碍因素，为防治和减轻甜高粱连作障碍提供科学参考[8-9]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

古浪县地处河西走廊东端，南临天祝藏族自治县，北靠腾格里沙漠，东接景泰县，西北靠凉州区，东北与内蒙古自治区接壤，北纬 37°09′～37°54′，东经 102°38′～103°54′，海拔 1550 m～3400 m，地势南高北低，年均气温5.6℃，年均降水量300 mm、蒸发量2292 mm，无霜期140 d左右；主要以种植业为主，全县耕地面积约110万亩（7万公顷），南部山区为旱作农业区，主要土壤类型为黑栗钙土；中部为井河混灌区，主要土壤类型为风沙土；北部为引黄灌溉区。本试验总体实施两年。

1.2 田间管理

不同年份、土壤类型的试验地块田间管理一致。前茬作物收获后，及时灭茬深耕，耕翻深度30～35 cm。实行秋覆膜的地块，结合整地施足底肥，667m2施农家肥4 t，尿素15 kg、磷酸二铵20～25 kg，硫酸钾8～10 kg，锌肥1 kg；追肥随着灌溉次数生育期两次，追施尿素30 kg。精细耕作，为播种出苗创造良好土壤墒情。

表1 样品测定方法

1.3 土样采集及测定

样点地块选择不同土壤类型的甜高粱两年连作地块，按照“随机布点”、“等量分配”和“多点混合”的原则采集0～20 cm耕层土样。每一个代表样由15个样点混合而成，运用手持GPS定位仪记录经纬度。第一次取样为2015年9月底前茬作物收获后；第二次取样为甜高粱一膜两年连作收获后的相同地块，时间为2017年10中旬。土样自然风干后，过筛备用。指标含量的测定采用国家标准（见表1），化验室仪器设备在使用前均自检自验，以保证仪器设备的运行状况良好，确保检验数据准确；在检测过程中，每批样品均使用标准样品，进行内参样掺插，以判断检测是否准确；若标准样检测结果超出误差范围，此批检测所有样品重检至合格为止。

2 结果与分析

2.1 不同土壤类型有机质含量

土壤有机质含量是评价土壤质量高低的重要指标，也是土壤有效养分的主要来源，同时也是土壤微生物必不可少的碳源。通过对比分析（图1），甜高粱一膜两年连作后不同土壤类型的有机质含量，较连作前均有所降低；连作前有机质含量范围为12.16～15.30 g/kg，连作后降低至12.01～15.14 g/kg，平均降低1.46%；其中以山地灰褐土变化最大，较连作前降低3.12%；变化最小的土类为红土，降低了0.07 g/kg（0.5%）。

图1 不同土壤甜高粱连作有机质变化

图2 不同土壤甜高粱连作全氮变化

2.2 不同土壤类型全氮含量

耕层土壤中的氮素形态主要以有机态存在，其在农业生产的一系列条件下，通过土壤微生物的矿化作用，转化为无机态氮素供作物吸收利用。通过对比分析（见图2），连作前的全氮含量为0.79～0.98 g/kg，连作后的含量为0.78～0.97 g/kg，平均从0.92 g/kg降低至0.88 g/kg，减少了3.56%；其中变化最大的是风沙土和山地灰褐土，分别减少9.78%和8.99%。

2.3 不同土壤类型有效磷含量

通过对比分析（图3），甜高粱连作前所有取样地块的有效磷含量范围为9.91～16.16 mg/kg，连作之后为9.15～17.48 mg/kg，平均从12.16 mg/kg降为11.99 mg/kg，减小了1.39%，整体呈现降低趋势；其中降幅最大的地块为草甸土，其有效磷含量在连作之后降低了10.56%；降幅变化最小的是灰钙土，降低了0.61%。

图3 不同土壤甜高粱连作有效磷变化

图4 不同土壤甜高粱连作速效钾变化

图5 不同土壤甜高粱连作pH值变化

2.4 不同土壤类型速效钾含量

土壤速效钾测定是用乙酸铵提取——火焰光度法：以l mol/L中性醋酸铵溶液为浸提剂时，NH4+与土壤胶体表面的K+交换，连同水溶液K+(二者合称速效钾)一起进入溶液；浸出液中的钾直接用火焰光度计（简称AAS）测定[10]。将连作前地块土壤速效钾含量与连作后测定的速效钾含量相比较（图4），结果表明，土壤速效钾平均含量减少了0.88%；山地黑钙土减幅最大，减少了4.73%；就整体来看，甜高粱两年连作后，对应地块的土壤速效钾含量相较连作前变化不大。

2.5 不同土壤类型p H值

通过对比分析（图5），甜高粱连作前所有取样地块的pH值范围为7.83～8.27，连作之后为7.99～8.22，连作前后pH值变化不大。

3 结论与讨论

3.1 甜高粱一膜两年连作对不同土壤类型理化性状的影响，以有机质和全氮含量变化最大，平均降低了1.46%和3.56%，其次为土壤有效磷，速效钾含量和pH值变化不大。就相同理化性状来看，不同土壤类型表现出不同降幅；有机质含量变化最大的为山地灰褐土，较连作前降低3.12%；全氮含量变化最大的是风沙土和山地灰褐土，分别减少9.78%和8.99%；有效磷含量降幅最大的地块为草甸土，降低了10.56%；速效钾含量山地黑钙土减幅最大，减少了4.73%。

3.2 连作障碍一直是农业生产的主要限制因素[11]。有研究表明，连作使甜高粱茎秆的饲用品质下降，其主要原因是连作使土壤中的营养元素缺乏，导致耕地肥力下降，从而影响植株的正常生长[12-13]。甜高粱是禾本科高粱属，而高粱是一种不耐连作的植物[14-15]，有研究表明，高粱连作三季，植株生长受阻，产量降低；土壤大颗粒团聚体遭到破坏，土壤有机碳、有机氮及土壤无机氮含量均降低，从而影响土壤肥力[16]。以上结论与本文的研究结果相一致。甜高粱连作还会引起种植地块土壤微生物结构的变化，有文献报道，多种作物的连作障碍主要来自于土壤，其中土壤微生物种群结构失衡是导致作物减产和耕地质量下降的主要原因[17-18]；本文中的养分失衡与土壤微生物区系变化的相关性还有待后续探究。

3.3 通过研究分析，结合实际生产经验，建议甜高粱种植过程中多施用商品有机肥或者腐熟较好的农家肥，以调节土壤的养分环境；生产中连作使得甜高粱各种病害在整个生育期存在较高的发病率，加之甜高粱属于高茎秆作物，养分需求量大，因此建议两年连作后用其它作物（豆科作物最佳）倒茬，以便保护耕地质量，达到农业可持续发展的目的[19-20]。