不同种植模式对缓解棉花连作障碍的化感作用机制

发布时间：2020-07-02 23:00

【摘要】：作物长期连作会产生严重的连作障碍问题,尤其是棉花在新疆种植时间长,种植面积大,产生的连作障碍问题突出。因此,为缓解棉花连作障碍,以不同种植模式消减连作棉田中的化感物质、改善农田环境为本研究的切入点。本文利用洋葱、孜然与棉花间作和小麦、苜蓿与棉花轮作的种植方式,采用生物测试的方法测定所种植作物浸提液对棉花种子萌发和幼苗生长的化感效应,运用化学实验的方法测定各处理中土壤总酚含量和土壤酶活性,利用高效液相色谱(HPLC)技术分别测定不同种植模式下土壤中的化感物质含量。阐明了不同作物对棉花的化感效应,明确了间作和轮作对于改善长期连作土壤生物活性的原因,为建立合理的种植制度改善棉田土壤生态环境奠定了理论基础。其主要研究结果如下:(1)小麦、洋葱和孜然浸提液处理对棉花种子萌发和幼苗生长表现出“低促高抑”的化感效应,其发芽势化感指数最高分别为0.02、0.02、0.03,苗鲜重化感指数最高分别为0.10、0.15、0.07。相同质量浓度下,孜然浸提液抑制效应强于洋葱浸提液,60 g·L~(-1)时,其种子萌发和幼苗生长的化感综合效应分别比洋葱的增加了0.14和0.05;苜蓿浸提液对棉花种子萌发和幼苗生长的化感抑制效应强于小麦浸提液,60 g·L~(-1)的苜蓿浸提液对棉花具有显著的化感抑制效应,其种子萌发和幼苗生长的化感综合效应分别为-0.40、-0.84。(2)不同处理土壤过氧化物酶活性和蔗糖酶活性较对照土壤酶活性低,且轮作处理显著降低,轮作小麦分别降低了7.59%和28.46%;土壤脲酶、中性磷酸酶和过氧化氢酶活性较对照有所提高,轮作处理下的脲酶和过氧化氢酶活性显著高于对照,其中,小麦轮作棉花处理中过氧化氢酶和脲酶活性最高,分别为3.38 mg·g~(-1)·20 min~(-1)(是对照的1.22倍)和1.59 mg·g~(-1)·24 h~(-1)(是对照的1.87倍),中性磷酸酶活性在棉花和苜蓿轮作处理中最高,为0.59 mg·g~(-1)·24 h~(-1)(是对照的1.36倍)。棉花间作洋葱较对照显著增加了土壤过氧化氢酶活性,间作还提高了中性磷酸酶的活性,因此,间作和轮作能促进土壤中营养元素的转化,提高矿质元素的吸收和土壤有机质的利用,过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性的变化标志着土壤中酚、胺类物质的减少和土壤抗毒害能力的提高。(3)棉花长期连作会使土壤总酚含量升高,加剧酚类物质在土壤中的积累,棉花连作30年较连作20年、连作10年土壤中总酚含量分别增加7.91%和10.53%;棉花间作洋葱、孜然和棉花轮作小麦、苜蓿的种植模式可以消减连作棉田土壤中总酚含量,棉花间作洋葱和孜然效果最好,与对照相比可以降低土壤总酚含量的20.44%和8.91%。棉花轮作苜蓿、小麦和中土壤总酚含量比对照降低3.56%和6.19%,差异不显著。(4)对于具体的酚酸类物质而言,30年连作土壤中酚酸类物质含量为:对羟基苯甲酸香草醛阿魏酸。在四种不同的种植模式和对照中,三种化感物质含量之和由大到小排序依次是:30年连作棉花棉花间作孜然苜蓿轮作棉花小麦轮作棉花棉花间作洋葱。其中,棉花间作洋葱在这三种物质含量上较对照减少了50%以上,消减作用最强;消减作用最弱的是棉花间作孜然,与对照相比,对羟基苯甲酸含量减少了31.45%,香草醛含量减少了13.61%,阿魏酸含量与对照差异不显著,仅减少了5.26%。轮作中的三种酚酸含量均显著低于对照,且不同处理间差异显著。结论:低浓度的洋葱、孜然、小麦浸提液对棉花起到化感促进作用,低浓度的苜蓿浸提液对棉花的化感抑制作用不显著;随棉花连作年限的增加,棉田土壤中总酚含量不断增加,棉花间作洋葱、孜然和棉花轮作小麦、苜蓿能够有效降低土壤中化感物质的含量,并且能够调节长期连作土壤中的酶活性,降低土壤的生物毒性,促进矿质元素的转化,从而缓解长期种植棉花而引起的连作障碍。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S562

【参考文献】