問荊根莖水浸液對(duì)大豆根際土壤性質(zhì)、微生物及酶活性的化感效應(yīng)

王慧一　岳中輝　隋海霞　焦浩　劉寶林

摘要：為評(píng)價(jià)問荊對(duì)大豆生長后根際土壤微生態(tài)環(huán)境的化感效應(yīng)，研究了不同濃度問荊水浸液處理下大豆根際土壤性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性的變化。結(jié)果表明，不同濃度問荊水浸液處理下，土壤堿解氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)含量隨問荊水浸液濃度增加而減少，其中品種BD土壤堿解氮含量由60.30mg/kg降至55.16mg/kg，品種DK3土壤速效磷含量由18.84mg/kg降至15.64mg/kg，品種DKl土壤有機(jī)質(zhì)含量由67.26 g/kg降至56.23 g/kg；土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量隨問荊水浸液濃度增加而減少，其中品種BD土壤細(xì)菌數(shù)量由69.91×104cfu/g降至11.19-104cfu/g，品種DKl土壤真菌數(shù)量由43.53×104cfu/g降至16.79x1 04cfu/g，同時(shí)土壤放線菌數(shù)量由67.50x104 cfu/g降至13.08x104cfu/g；土壤過氧化氫酶活性隨問荊水浸液濃度增加而升高，其中品種BJ土壤過氧化氫酶活性由1.02mL/g上升至1.26mL/g，脲酶活性隨問荊水浸液濃度增加而降低，其中品種DKl土壤脲酶活性由0.67mg/100g降至0.39mg/100g，磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶活性未發(fā)生變化。說明問荊產(chǎn)生的化感物質(zhì)使土壤養(yǎng)分下降，而土壤酶對(duì)外來物質(zhì)有緩沖作用。

關(guān)鍵詞：問荊水浸液；化感作用；土壤

中圖分類號(hào)：S174.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：cjasl5010020

引言

植物與土壤之間的生物化學(xué)相互作用是土壤生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究中的重要科學(xué)問題之一。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)田雜草是影響農(nóng)作物生長的重要因素，在長期與作物的協(xié)同進(jìn)化過程中，雜草不僅與作物競爭養(yǎng)分、水分、光照、生存空間等環(huán)境條件，某些種類還會(huì)通過調(diào)節(jié)自身代謝過程合成特定的次生化學(xué)物質(zhì)（化感物質(zhì)）并通過淋溶、揮發(fā)、根際釋放以及植物殘株的腐解等形式進(jìn)入環(huán)境中從而對(duì)作物生長產(chǎn)生有利或有害的影響（化感作用）。

多年生雜草根際釋放以及植物殘株的腐解釋放的化感物質(zhì)是以土壤為媒介移動(dòng)到作物的根部從而影響作物的生長及生理生化過程的?；形镔|(zhì)在土壤中還會(huì)經(jīng)歷不同類型的遷移和生物降解過程，直接或間接地影響土壤理化性質(zhì)、土壤微生物活性、土壤酶活性等，如用香草酸處理辣椒幼苗后，根際土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量隨香草酸濃度增加而降低；黃頂菊生長后，使土壤全磷和全鉀含量降低，全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀含量增加；用火炬樹葉浸提液處理土壤后，土壤全碳、全鉀、速效氮、有效磷、速效鉀含量隨浸提液濃度增加而增加。用三列葉豚草揮發(fā)油飽和液處理小麥和玉米后，土壤細(xì)菌數(shù)量明顯減少；加拿大一枝黃花生長后的土壤質(zhì)量與裸地相比，土壤反硝化細(xì)菌、嫌氣性纖維素分解菌和反硫化細(xì)菌數(shù)量降低，亞硝酸細(xì)菌、好氣性自生固氮菌、硫化細(xì)菌、氨化細(xì)菌和好氣性纖維素分解菌數(shù)量增加。用花椒葉浸提液澆灌盆栽花椒幼苗后，根際土壤蛋白酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性降低，過氧化氫酶和多酚氧化酶活性升高；稗草與水稻共生后，水稻根際土壤脫氫酶、轉(zhuǎn)化酶活性降低。這些研究都表明，不同化感物質(zhì)進(jìn)入土壤后，對(duì)土壤性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性都有不同的影響，這是由于不同雜草分泌化感物質(zhì)的多少及種類不同。

問荊（Eqttisetttm arvense L.）屬木賊科問荊屬，是豆田常見的多年生雜草，通過多年生地下根莖和地上春枝孢子進(jìn)行繁殖，其根莖常年深埋于地下。有研究表明，問荊根莖會(huì)產(chǎn)生酚酸、糖苷、生物堿類、茚滿酮等化感物質(zhì)，這些物質(zhì)通過本身腐解或直接釋放到土壤中會(huì)對(duì)作物生長產(chǎn)生不利影響，前期的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，問荊水浸液處理抑制了小麥根系的生長，使小麥的吸收能力受阻，導(dǎo)致小麥株高降低；問荊水浸液處理后，大豆幼苗光合能力下降、滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成受到抑制、保護(hù)酶活性下降，從而使大豆幼苗生長受到抑制。問荊化感物質(zhì)釋放到土壤影響作物生長的同時(shí)，必然會(huì)對(duì)土壤的性質(zhì)產(chǎn)生一定影響，因此在前期研究的基礎(chǔ)上，利用盆栽試驗(yàn)進(jìn)一步研究問荊水浸液對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性的影響，探討問荊與大豆共生時(shí)對(duì)土壤的化感效應(yīng)，以期為評(píng)價(jià)問荊對(duì)大豆生長的根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1.材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1問荊水浸液的制備試驗(yàn)供體材料問荊根莖采自黑龍江省中儲(chǔ)糧北方公司科技園區(qū)內(nèi)，該區(qū)地理位置為北緯49°55'，東經(jīng)125°25'，采集時(shí)間為2012年3月。

將采集到的問荊根莖用蒸餾水沖洗后陰干剪碎，準(zhǔn)確稱取50 g定容到500mL。在25℃下浸提24h，用雙層無菌紗布過濾后稀釋成0.01g/mL（T1）、0.02g/mL（T2）、0.04g/mL（T3）、0.07g/mL（T4）濃度的問荊浸提液，pH分別為6.2、6.2、5.8及5.8，以蒸餾水作為對(duì)照（TO）。

1.1.2土壤樣品處理選取5個(gè)大豆品種，分別為‘北交8032（BJ）、‘北豆42（BD）、‘登科3號(hào)（DK3）、‘登科1號(hào)（DKl）和‘黑河43（HH），分別栽種在溫室1 m×1 m的樣池內(nèi)，樣池內(nèi)土壤厚度60cm，各栽種大豆種子10顆，室內(nèi)溫度25℃，光照強(qiáng)度200umol/（m²·s），光照時(shí)間14h。每個(gè)品種從苗期到花期每隔10天分別用5種濃度問荊水浸液進(jìn)行澆灌，各澆灌5次，每種處理進(jìn)行3次重復(fù)。大豆收獲后，取表層0-20cm土壤，充分混合，剔除雜質(zhì)，使用十字形分割法去除多余土壤，取新鮮土樣進(jìn)行微生物數(shù)量測定，其余土樣風(fēng)干后過篩，進(jìn)行土壤養(yǎng)分及酶活性測定。

1.2測定項(xiàng)目及方法

1.2.1土壤性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性測定堿解氮含量測定采用應(yīng)用擴(kuò)散法，速效磷含量測定采用Olsen法，有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀容量、法。微生物數(shù)量測定采用平板涂布法。過氧化氫酶活性的測定用高錳酸鉀滴定法，磷酸酶活性的測定用苯磷酸二鈉法，脲酶活性的測定用奈氏比色法，轉(zhuǎn)化酶活性的測定用3，5-二硝基水楊酸比色法。

1.2.2化感效應(yīng)指數(shù)化感效應(yīng)指數(shù)R/=1-C/T>C）或T/C-1（TO為促進(jìn)，RI

2.3.2問荊水浸液處理后大豆土壤磷酸酶活性變化問荊水浸液處理后，各品種大豆的土壤磷酸酶活性與對(duì)照相比未達(dá)到顯著差異水平（表9）。說明各品種大豆土壤磷酸酶活性對(duì)問荊水浸液化感作用不敏感。

2.3.3問荊水浸液處理后大豆土壤脲酶活性變化問荊水浸液處理后，品種BD、DK3和HH的土壤脲酶活性在各濃度處理下與對(duì)照相比均未達(dá)到差異顯著水平（表10），說明品種BD、DK3和HH的土壤脲酶活性對(duì)問荊水浸液化感作用不敏感；品種BJ和DKl的土壤脲酶活性在低濃度T1、T2處理下與對(duì)照相比差異不顯著，高濃度T3、T4處理下與對(duì)照相比顯著下降（P<0.05），化感效應(yīng)指數(shù)為負(fù)值，說明問荊水浸液對(duì)品種BJ和DKl的土壤脲酶活性有化感作用，但問荊水浸液對(duì)不同品種土壤脲酶活性的化感效應(yīng)指數(shù)不同（表10），表現(xiàn)為DKI>BJ。

2.3.4問荊水浸液處理后大豆土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化問荊水浸液處理后，品種BJ的土壤轉(zhuǎn)化酶活性在T1濃度處理下與對(duì)照相比差異不顯著（表11），當(dāng)濃度達(dá)到T2時(shí)，土壤轉(zhuǎn)化酶活性與對(duì)照相比顯著降低（P<0.05），化感效應(yīng)指數(shù)為負(fù)值，說明問荊水浸液對(duì)品種BJ的土壤轉(zhuǎn)化酶活性有化感作用；品種BD、DK3、DKl和HH的土壤轉(zhuǎn)化酶活性在各濃度處理下與對(duì)照相比均未達(dá)到差異顯著水平，說明其土壤轉(zhuǎn)化酶活性對(duì)問荊水浸液化感效應(yīng)不敏感。

3.結(jié)論與討論

雜草與作物之間的競爭關(guān)系一直是植物學(xué)家關(guān)注的重點(diǎn)問題，其中，化感作用是雜草與作物競爭的重要機(jī)理。已有研究表明，雜草釋放的化感物質(zhì)以土壤為載體影響作物根部進(jìn)而影響作物生長，同時(shí)化感物質(zhì)在土壤中也會(huì)經(jīng)歷遷移和轉(zhuǎn)化過程。問荊根狀莖生長于地下，入土可深達(dá)2m，繁殖能力極強(qiáng)，并可多年不死㈣，問荊根莖會(huì)釋放大量化感物質(zhì)進(jìn)入土壤，問荊生長后的土壤微生態(tài)環(huán)境變化與問荊根莖釋放的化感物質(zhì)存在一定的關(guān)聯(lián)性。本研究中土壤pH下降，土壤養(yǎng)分含量降低，微生物數(shù)量減少，與李春龍和王朋對(duì)土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量的研究結(jié)果相符。說明問荊根莖分泌的化感物質(zhì)可能通過影響土壤酸堿平衡，減慢碳氮轉(zhuǎn)化速度，影響土壤養(yǎng)分循環(huán)，降低土壤肥力，進(jìn)而影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收。這可能與問荊的次生代謝產(chǎn)物酚酸有關(guān)。已有研究表明，酚酸類化感物質(zhì)會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的循環(huán)。土壤過氧化氫酶活性升高，脲酶活性降低，磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性未發(fā)生變化，與呂可對(duì)花椒浸提液處理后的土壤酶活性研究結(jié)果略有不同，這可能與化感物質(zhì)種類不同有關(guān)，也可能與問荊體內(nèi)化感物質(zhì)的種類和含量間可能存在協(xié)同或拮抗效應(yīng)有關(guān)。本研究中土壤速效養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量規(guī)律性下降，土壤酶活性變化并不明顯，說明土壤速效養(yǎng)分和微生物對(duì)問荊化感物質(zhì)較為敏感，而土壤酶對(duì)外來化感物質(zhì)有緩沖作用。

目前已有許多豆田問荊的危害與防治、問荊的形態(tài)及藥理特性的相關(guān)研究，但關(guān)于不同大豆品種對(duì)問荊抗性的研究還未見報(bào)道。本研究探究問荊對(duì)不同品種大豆的化感作用，評(píng)價(jià)問荊對(duì)大豆生長的根際土壤微生態(tài)環(huán)境的化感效應(yīng)，可為進(jìn)一步開展對(duì)問荊具有抗性的大豆品種研究提供依據(jù)，對(duì)大豆的育種工作也同樣具有積極的意義。但問荊的化感作用源于其自身的化感物質(zhì)，而這些物質(zhì)是否都對(duì)大豆的生長產(chǎn)生一定的影響，它們以何種方式釋放到環(huán)境中以及其作用的機(jī)理等問題還需進(jìn)一步研究。