连作障碍对党参根际土壤微环境的影响

邱黛玉，杜毛笑，巫 蓉，任凤英，陈 垣，胡芳弟

（1.甘肃农业大学农学院，甘肃省中药材规范化生产技术创新重点实验室，甘肃兰州730070；2.南京市六合区中医院，江苏南京211500；3.兰州大学药学院，甘肃兰州730000）

党参（Codonopsis pilosula）是甘肃省道地药材，在2018年被列入药食同源目录后，其市场需求不断上升。甘肃是党参的主产区，党参轮作倒茬年限较长，有限的栽培区域和日益上升的需求压力，使甘肃省成为了党参连作障碍的多发区。连作障碍会导致党参产地病虫草害严重，产量下降，致使道地产区无法产出最优质药材，甚至药材质量难以保障，因此连作障碍已成为制约党参生产的严重问题。连作障碍［1］会导致土壤各方面性质发生改变，即使采用了较好的管理措施，还是会造成植物病虫害严重，产量降低，品质低劣。连作障碍不仅在药用植物种植中多发，在蔬菜、果树等领域也较为普遍；连作障碍不仅存在于我国栽培产业中，在日本连作障碍被称为忌地现象，在欧美等国家则称之为再植病害或再植问题［2-3］。为探明连作障碍对党参根际土壤微环境的影响，本试验将连作茬口与轮作茬口的党参根际土壤的pH 值、有机质含量、速效养分含量和酶活性进行对比，以期为党参连作障碍方面的研究提供参考和借鉴。

1 材料

试验采用宕昌县六合中药材合作社提供的大小均匀、无病害腐烂的党参苗（苗长22±4 cm，直径3.27 ± 1.22 mm，单苗鲜重2.17 ± 1.11 g），轮作和连作茬的党参苗于同一时间移栽，用于大田对比试验。

2 方法

2.1 试验区概况

试验于2019 年在甘肃省陇南西北部宕昌县理川镇拉沙村进行，试验地位于东经104°18′ 与北纬34°20′ ，海拔2 150 m，年均日照2 100 h 左右，年均气温6.7℃，年均降水量534 mm，年均无霜期132 d，属温带大陆性气候区。

2.2 试验设计

试验于2018 年进行茬口培育，2019 年3 月~11月进行试验，选择轮作和连作两个茬口，轮作处理前茬为黄芪。每处理设置三个重复，共6 个小区。每小区面积为3.5 m×5.5 m，小区间距40 cm。党参苗以株距8 cm、行距15 cm 进行移栽，施肥及田间管理措施相同。

2.3 测定指标及方法

2.3.1 党参根际土壤理化性质及养分含量

根际土壤理化性质及养分测定参照文献［4］，其中：pH采用酸度计法；有机质采用重铬酸钾容量法；速效磷采用碳酸氢钠浸提法；速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法；硝态氮、铵态氮采用氯化钾浸提，全自动间断化学分析仪测定。

2.3.2 党参根际土壤酶活性

根际土壤酶活性测定参照文献［5］，其中：过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法；脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法；碱性磷酸酶用磷酸苯二钠比色法；蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法。

2.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2019 处理，SPSS 19.0软件进行单因素方差统计分析。

3 结果与分析

3.1 连作对党参根际土壤理化性质的影响

由表1 可知，党参移栽前与收获期两茬口党参根际土壤pH 值在8.14~8.16 之间波动，变化无显著差异，连作和轮作茬口之间亦无显著差异，即党参短期连作对土壤pH 值无明显影响。从移栽前（3 月21 日）测定的数据来看，至收获期，同一时期连作茬口的党参根际土壤有机质含量均显著低于轮作茬口，连作导致了党参根际土壤有机质含量的降低。

表1 党参根际土壤理化性质的变化动态（xˉ±s，n=3）Tab.1 Dynamics of physical and chemical properties of rhizosphere soil of C.pilosula（xˉ±s，n=3）

3.2 连作对党参根际土壤速效养分的影响

3.2.1 党参根际土壤速效磷含量的变化动态

两茬口党参土壤速效磷含量在整个生长期中都呈下降趋势（图1），且连作茬口的土壤速效磷含量较轮作茬口低10.09%，各生长期两茬口党参土壤速效磷含量均差异显著。至采挖时（10月19日），轮作和连作茬口较移栽前分别显著下降了22.69%和25.78%；收 获期连作茬口较轮作茬口显著下降了17.63%。

图1 党参根际土壤速效磷含量的变化动态Fig.1 Dynamics of available phosphorus content in rhizosphere soil of C. pilosula注：1.字母表示在P＜0.05的水平上差异显著；2.显著性是相同时间下两种制度比较，下同。

3.2.2 党参根际土壤硝态氮含量的变化动态

整个试验周期，党参根际土壤硝态氮含量均呈下降趋势（图2），连作茬口均低于轮作茬口。整个生育期内，连作较轮作茬口土壤硝态氮含量显著下降了13.93%。采挖时的轮作和连作茬口的土壤硝态氮含量显著低于移栽前的23.22%和26.14%；采挖时连作茬口的土壤硝态氮含量较轮作茬口下降了20.42%，两者差异显著。

3.2.3 党参根际土壤铵态氮含量的变化动态

图2 党参根际土壤硝态氮含量的变化动态Fig.2 Dynamics of nitrate nitrogen content in rhizosphere soil of C.pilosula

图3 党参根际土壤铵态氮含量的变化动态Fig.3 Dynamics of ammonium nitrogen content in rhizosphere soil of C.pilosula

3.2.4 党参根际土壤速效钾含量的变化动态

整个试验中，土壤速效钾含量随着党参的生长呈先降后升再降的趋势（图4），轮作茬口的土壤速效钾含量均高于连作茬口的，两者在7 月5 日皆达到最大值，同期连作茬口较轮作茬口显著降低14.61%。后两个生长期两茬口的土壤有效钾的含量也均为轮作茬口显著高于连作茬口，连作茬口较轮作茬口分别降低12.91%，7.88%；移栽期至收获期，连作茬口土壤速效钾含量较轮作茬口显著降低12.51%。

图4 党参根际土壤速效钾含量的变化动态Fig.4 Dynamic changes of available potassium content in rhizosphere soil of C.pilosula

3.3 连作对党参根际土壤酶活性的影响

3.3.1 党参根际土壤过氧化氢酶活性的变化动态

如图5 所示，整个生育期内，两茬口的根际土壤过氧化氢酶活性总体呈上升趋势，且轮作茬口的土壤过氧化氢酶活性皆高于连作茬口。10 月19 日和8 月27 日两茬口的土壤过氧化氢酶活性达到显著差异水平；其余生长期无显著差异。至采挖期，轮作和连作茬口的根际土壤过氧化氢酶活性较移栽前分别上升了38.24%和48.25%，差异显著。

图5 党参根际土壤过氧化氢酶活性的变化动态Fig.5 Dynamic changes of catalase activity in rhizosphere soil of C.pilosula

3.3.2 党参根际土壤脲酶活性的变化动态

由图6 可知，党参根际土壤脲酶活性在整个试验周期中的变化趋势为先升后降，且轮作茬口高于连作茬口。7 月5 日两茬口的土壤脲酶活性达到最大，同期连作较轮作茬口降低9.9%，差异显著。除3月21日和8月27日差异不显著外，其余时期均为连作茬口的党参根际土壤脲酶活性显著低于轮作茬口；收获期连作茬口的土壤脲酶活性较轮作茬口降低4.5%。

图6 党参根际土壤脲酶活性的变化动态Fig.6 Dynamic changes of urease activity in the rhizosphere soil of C.pilosula

3.3.3 党参根际土壤碱性磷酸酶活性的变化动态

整个试验周期中，两茬口的土壤碱性磷酸酶活性变化趋势为先升后降，轮作茬口的党参根际土壤碱性磷酸酶活性均高于连作茬口的。除移栽期外，其余时期两茬口的土壤碱性磷酸酶活性都达到了显著差异水平（见图7）。7 月5 日两茬口的党参根际土壤碱性磷酸酶活性均达到最大值，收获期轮作和连作茬口的土壤碱性磷酸酶活性较该期分别下降了37.41%、43.79%，差异显著。

图7 党参根际土壤碱性磷酸酶活性的变化动态Fig.7 Dynamics of alkaline phosphatase activity in rhizosphere soil of C.pilosula

3.3.4 党参根际土壤蔗糖酶活性的变化动态

整个生育期内两茬口的党参根际土壤蔗糖酶活性均呈先升后降的趋势，连作茬口均低于轮作茬口，整个生育期的土壤蔗糖酶活性连作较轮作茬口低15.3%。8 月27 日两茬口的土壤蔗糖酶活性均达到最大值，同期连作较轮作茬口显著降低12.66%；收获期连作茬口的土壤蔗糖酶活性较轮作茬口下降了31.10%，差异显著（见图8）。

图8 党参根际土壤蔗糖酶活性的变化动态Fig.8 Dynamic changes of invertase activity in rhizosphere soil of C.pilosula

4 讨论与结论

有研究者指出连作障碍产生的土壤方面的原因主要包括土壤理化性质、养分含量及土壤酶活性的改变［6］。研究表明，连作土壤会酸化，且连作年份越长酸化越严重［7］。刘莉等［8］研究发现连作土壤pH下降的同时，土壤有机质和速效钾含量也会随之下降。徐厚来等［9］发现连作会使参地土壤酸化，其理化性状也会发生一系列变化，会打破土壤中各元素平衡，导致连作障碍。刘垠霖等［10］发现连作哈密瓜土壤中有机质含量呈先升后降的趋势，达到最大值后，随连作年限的增长土壤有机质含量逐年递减。李奉国等［11］研究同样表明连作会使大蒜根际土壤中的有机质含量及速效养分含量降低。因此土壤养分的缺失是导致连作障碍的原因之一。土壤酶活性的变化可以反映土壤中化学性质的变化［12］，脲酶能够参与氮元素的转化［13］；过氧化氢对植物有害，而过氧化氢酶可分解过氧化氢，得到的产物能为植物生长提供一些养分［14-15］；磷酸酶可促进土壤中无机或有机磷酸盐转化为无机态磷，被植物利用［16］。蔗糖酶可以直接参与到生物转化的过程中，其活性水平可用于评价土壤肥力水平［17］。孙鸿强［18］研究表明兰州百合连作土壤中的过氧化氢酶和蔗糖酶活性会随年限增加逐渐降低，而脲酶和碱性磷酸酶活性会逐渐升高。刘慧素等［19］研究表明十年连作间，大蒜根系分泌物对土壤酶活性有促进作用，但长期连作后则呈现出下降趋势。马瑞瑞等［20］发现芸豆连作抑制了0~20 cm耕层各种土壤酶活性，使土壤肥力下降。蔡秋燕等［21］研究表明，烟土连作十年内土壤磷酸酶和蔗糖酶随着连作年限的增加，其活性显著降低，而脲酶活性呈增加的趋势。

本试验发现短期连作党参根际土壤pH值的变化并不明显，因此应持续对其进行监测，探明土壤酸化是否与党参连作障碍有所联系［22］。此外对土壤养分也应做到全面测定，如全类养分及各种微量元素等，本试验仅研究了连作与党参根际土壤有机质和速效养分含量的关系，发现连作会导致土壤有机质和速效养分含量降低，这与张琳等人研究结果一致［23］。连作障碍同样能够影响党参根际土壤酶活性。有研究表明，当土壤环境发生改变时，会触发某些酶的生物适应机制，使得酶活性表现为初期降低，而后升高，随着时间的延长而可能再次降低［24］，本文中图6-7与其表达结果一致。有人提出连作初期植物根际分泌物的增多可能会诱导土壤中某些酶的活性提高［25］，但不同连作年限下的土壤酶活性是否会呈现出不同的变化规律，这也是需要进一步验证的问题［26］。

综上所述，本试验发现连作障碍会过度消耗土壤中的养分，导致土壤中养分的亏缺与失衡。由于土壤理化性质及养分的变化，使得土壤质量下降，不利于植物生长；连作障碍又使得土壤中不同种类的酶的活性发生了变化，间接影响了土壤养分的转化，从而影响了党参对养分的吸收，导致了党参的生长障碍。