论文摘要
芸豆是我国主要的食用豆类之一，具有较高的食用和药用价值，是重要的出口商品和食品开发的重要资源。然而芸豆科研滞后，生产水平较低，制约了其产业的发展，尤其是近年来随着经济和工业的发展，耕地面积日益减少，再加上产地气候因素、种植传统和市场需求等，生产上芸豆连作现象极为普遍，影响了其产量和品质。因此，研究连作对芸豆植株生理特性和土壤环境效应的影响，揭示连作障碍机理，探讨高产优质的芸豆种植模式，对促进我国旱区芸豆产业发展具有重要意义。本研究以芸豆产区普遍种植的“小黑芸豆”为供试材料，定位试验设连作两年（T1）、连作四年（T2）、隔一年作（T3）以及隔两年作（T4）四个处理，在芸豆开花后定期测定植株干物质、功能叶片活性氧代谢、根系活力、叶片N代谢等生理指标，同时测定土壤微生物群落、土壤酶活性、土壤养分的变化，探索连作对芸豆生理特性及土壤环境效应的影响，并对主要指标对产量的贡献值做了研究分析，得出以下主要结论：（1）与轮作相比，连作显著降低了芸豆植株干物质积累及籽粒产量，随着短期连作年限增加，芸豆植株干物质积累量和籽粒产量逐渐降低。芸豆籽粒产量高低表现为：隔两年作（T4）＞隔一年作（T3）＞连作两年（T1）＞连作四年（T2）（2）与轮作相比，连作显著降低了芸豆植株绿叶面积、功能叶片叶绿素、可溶性蛋白含量，导致功能叶片氧自由基、丙二醛（MDA）积累量增加。不同连作年限比较，随着短期连作年限增加，植株绿叶面积下降、功能叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性下降，叶绿素、可溶性蛋白含量和氧自由基积累量升高。表明连作在短期时间内对芸豆功能叶片生长发育的影响并不是持续抑制，对个别指标的抑制作用呈波动性。（3）与轮作相比，连作显著降低了芸豆植株根鲜重、根体积、根冠比，在一定程度上抑制了芸豆根系活力，根瘤菌在生育中期过早失活，根系吸收能力下降；连作芸豆开花结荚后，功能叶片硝酸还原酶活性迅速下降，以至于在短期内对功能叶片N素供应不足，从而影响芸豆籽粒灌浆，最终影响产量。（4）连作对芸豆田土壤微生物群落、土壤酶活性和土壤养分含量皆有显著影响，且土壤微生物和土壤养分、土壤养分和土壤酶之间存在显著相关性。与轮作相比，连作抑制了细菌、真菌、放线菌等土壤微生物的数量，尤其在出苗期抑制作用较显著，连作芸豆田细菌/真菌值降低，土壤逐渐向真菌化转化。连作抑制了土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶的活性。不同连作年限比较，随着连作年限增加，土壤脲酶和蔗糖酶的活性逐年下降，碱性磷酸酶活性和过氧化氢酶活性逐年升高。连作芸豆对速效氮、速效钾、速效磷的吸收率也逐年降低，连作四年后芸豆田逐步形成富磷、富钾状态；连作芸豆田土壤pH值也逐年升高，土壤逐渐碱化，对植株生长发育产生不同程度的影响，造成籽粒减产。（5）对测定指标进行主成分分析，得分大小依次为隔一年作＞隔两年作＞连作两年＞连作四年。隔一年作为4.144，隔两年作为0.493，即大多数指标对轮作为正效应；连作两年得分为-0.181，连作四年为-4.279，即大多数指标对连作为负效应，连作年限越长，得分越低。可见尽管连作对芸豆各生理指标的影响不完全一致，但最终综合得分表明了连作对芸豆产量起负效应，且连作年限越长，负效应越高，说明连作年限越长对芸豆生长发育的抑制作用越强。综合分析表明，与轮作相比，芸豆连作在一定程度上均会出现连作障碍，引起微生物群落和土壤酶活性发生改变，致使土壤养分失调，芸豆生长的土壤环境恶化，植株根系活力下降，使地上部茎叶生长得不到充足的养分，功能叶片活性氧代谢失调，衰老进程加快，光合能力下降，干物质积累减少，最终造成籽粒减产。因此，芸豆生产上应实行合理轮作倒茬，并通过合理施肥和栽培措施改善土壤环境，促进植株健壮生长，减缓连作障碍，实现芸豆高产优质。