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新疆棉花长期连作的土壤环境效应及其化感作用的研究

刘建国  
【摘要】: 棉花是重要的经济作物,在新疆绿洲棉区由于棉花种植集中、比重大,导致连作面积大,连作时间长,连作障碍问题突出。本试验对不同连作年限棉田土壤理化和生物性状进行了系统分析,揭示长期连作对棉田土壤环境的影响;从引起连作障碍的化感自毒作用入手,研究棉花秸秆浸提液的化感效应;并且从棉花秸秆浸提液、根系分泌物和不同连作年限棉田土壤中检测出4种酚类化感物质,并进行了对棉花黄萎病病菌生长和棉花幼苗生长影响的验证。主要结论如下: 1在新疆棉区,棉花长期连作后,土壤孔隙度增加,土壤容重年平均降低0.0034g·cm~(-3),土壤有机质含量随着连作年限延长,增长速率提高,连作后土壤pH值升高,土壤含盐量逐渐增加,土壤有次生盐渍化的倾向。 2新疆棉花长期存在重施N肥,轻施P肥,少施或不施K肥的现象。连作后导致土壤中的碱解氮含量显著增加,连作20年土壤碱解氮含量比种植1年增加151.8%,土壤有效磷含量长期连作下降,连作10年后含量较稳定,而有效钾的含量随着连作年限增加显著下降。 3随着棉花连作年限增加,残膜量每年平均以11.2 kg·ha~(-1)速度增加,并且残膜在耕层15-30cm分布比重增大,残膜破碎度加大。残膜在土壤中积累,影响棉花根系生长,使根系发育畸形,但不同根系形态棉花产量间差异不大。 4棉花连作5年和10年,土壤过氧化氢酶、转化酶、蛋白酶和中性磷酸酶活性下降,连作年限达到15年、20年时,酶活性又升高;土壤脲酶活性连作10年降至最低,随后缓慢升高;土壤过氧化物酶活性随着连作年限增加而增加。 5棉花秸秆水浸提液对小麦、番茄、油菜和苜蓿种子萌发和幼苗生长有一定的化感作用,化感抑制作用强度为苜蓿>小麦>番茄>油菜。棉花具有较强的自毒作用,随着棉花秸秆水浸提液浓度增加,对棉花种子发芽率、胚根长、苗高和侧根数的抑制作用增强,并使棉花幼苗根系活力和根系SOD活性降低,POD活性和MDA含量增加。 6在棉花秸秆、根系分泌物和不同连作年限棉田土壤中检测出对-羟基苯甲酸、阿魏酸、没食子酸和香草醛4种酚类化感物质。其中棉花秸秆中的酚类化感物质含量高于根系分泌物中的,棉花秸秆地上部酚类化感物质含量高于地下部。棉花连作1年、5年、10年时土壤中酚类化感物质总量逐年积累,而至连作15年和20年时下降。没食子酸含量随着连作年限增加在土壤中逐渐增加,香草醛在不同连作年限土壤中含量较稳定,而阿魏酸连作5年土壤中含量最高,连作10年时显著下降。 7不同浓度的对-羟基苯甲酸、阿魏酸、香草醛和没食子酸对棉花黄萎病病菌孢子萌发和菌丝生长产生促进或抑制的化感作用。不同酚类物质及不同浓度作用效果有一定差异,阿魏酸和香草醛对病菌生长具有低浓度增强、高浓度减弱的“浓度效应”,对-羟基苯甲酸和没食子酸随着浓度增加化感作用增强。 8对-羟基苯甲酸、阿魏酸、没食子酸和香草醛4种酚类化感物质对棉花幼苗的根长、苗高和鲜重均有一定的抑制作用,并随着处理浓度的增加抑制作用增强,化感物质对棉花幼苗地上部分的影响比地下部分更敏感。4种酚类物质抑制SOD活性和根系活力,并随着浓度增加抑制作用增强,酚类物质促进POD活性和增加MDA含量。 9棉花根系分泌物及秸秆还田分解产生的酚类化感物质可在土壤中积累并与棉花连作障碍有一定关系。


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