化感物質(zhì)對花生根部土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量的影響

李慶凱 趙海軍 李燕 劉蘋 萬書波

摘要：為探究連作花生土壤中酚酸類化感物質(zhì)累積與連作障礙間的關(guān)系，以田間土壤為介質(zhì)，通過盆栽試驗研究了花生根系分泌物中3種主要酚酸類化感物質(zhì)肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸的混合物，對花生根部土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：在花生出苗45 d時，化感物質(zhì)顯著降低了花生根部土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，在花生出苗75 d和105 d時，低濃度化感物質(zhì)（40 mg/kg干土）對土壤有效磷和速效鉀的影響有減弱趨勢，而在花生出苗45、75 d和105 d時，土壤有機質(zhì)含量均變化不大。高濃度化感物質(zhì)（80 mg/kg干土）對花生根部土壤養(yǎng)分及花生產(chǎn)量的化感作用較強，花生每盆莢果產(chǎn)量、單株結(jié)果數(shù)、飽果率和出仁率分別比對照降低51.4%、56.2%、40.8%、32.5%，千克果數(shù)增加55.4%?；ㄉB作土壤中肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸的累積是導(dǎo)致花生土壤養(yǎng)分失調(diào)的原因之一，與花生連作障礙的產(chǎn)生有著密切關(guān)系。

關(guān)鍵詞：花生；化感物質(zhì)；連作障礙；土壤養(yǎng)分；產(chǎn)量

中圖分類號：S565.2+S344.4文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0066-05

花生是我國重要的經(jīng)濟作物和油料作物，常年種植面積在470×104 hm2左右。隨著我國農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)的深入調(diào)整，花生種植規(guī)模持續(xù)增長。由于我國花生產(chǎn)區(qū)相對集中、花生種植效益相對較高以及種植土壤的限制，常常多年連片種植[1]。花生對連作較為敏感，有試驗表明，花生連作2～3年，莢果減產(chǎn)19.8%～33.4%[2]?；ㄉB作障礙已成為當(dāng)前制約我國花生產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一?，F(xiàn)有研究表明，花生連作障礙主要與土壤理化性質(zhì)惡化、化感自毒作用及土壤微生物區(qū)系失衡等因素密切相關(guān)[2～7]。

近年來越來越多的研究表明，化感自毒是導(dǎo)致作物產(chǎn)生連作障礙的主要原因之一[4，8～11]。酚酸類化感物質(zhì)是廣泛存在于植物中的一類重要的次生代謝產(chǎn)物，常被認(rèn)為是根系分泌物中主要的化感自毒物質(zhì)[12，13]。有研究發(fā)現(xiàn)，植物的化感作用是釋放的所有化感物質(zhì)綜合作用的結(jié)果[9]。Einhellig[14]指出幾乎所有植物的化感作用是至少兩種或兩種以上物質(zhì)相互作用的結(jié)果。母容等[15]發(fā)現(xiàn)阿魏酸和對羥基苯甲酸存在協(xié)同作用。筆者前期研究發(fā)現(xiàn)花生存在根系分泌物的自毒作用，亦證明了自毒作用與花生連作障礙間有密切關(guān)系，鑒定出了花生根系分泌物中具有自毒作用的多種酚酸類化感物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)連作花生土壤中酚酸類物質(zhì)含量有累積趨勢[3，4，8，9，16]。以往研究發(fā)現(xiàn)，花生連作障礙與土壤養(yǎng)分失調(diào)密切相關(guān)[2，17]。但酚酸類化感物質(zhì)的累積對花生根部土壤養(yǎng)分的影響還不明確，為此，本研究以田間土壤為介質(zhì)，采用盆栽試驗的方法研究了花生根系分泌物成分肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸3種化感物質(zhì)混合物對花生根部土壤養(yǎng)分及花生產(chǎn)量的影響，旨在探討花生連作后土壤中3種酚酸物質(zhì)累積與花生連作障礙間的關(guān)系，為揭示花生連作障礙機理提供新的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

本試驗于2013年5～9月份進行，供試花生品種為大果型花生花育22號；試驗用藥品為國藥集團化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的肉桂酸、對羥基苯甲酸和鄰苯二甲酸，均為分析純。

1.2試驗設(shè)計

從山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院飲馬泉試驗農(nóng)場收集未種植過花生的土壤， pH 值為7.3，土壤類型為砂壤土，過2 mm篩混勻。每盆基施生之道復(fù)合肥（N-P2O5-K2O：20-10-10）2.6 g、艷陽天復(fù)合肥（N-P2O5-K2O：25-7-8）2.6 g、商品有機肥（N-P2O5-K2O：13-4-8） 12.4 g。基肥與土壤混合均勻后，將土壤裝于準(zhǔn)備好的50個花盆中（花盆口徑30 cm，高 25 cm，每盆18 kg），澆水潤土后播種花生，每盆3穴，每穴2粒，覆膜。兩周后出苗揭膜，每穴保留健苗1株。出苗20 d，選取植株長勢一致的花生36盆。將肉桂酸、對羥基苯甲酸和鄰苯二甲酸按照質(zhì)量比7∶4∶10[16]均勻混合成2份，每份質(zhì)量分別為17.28、34.56 g，先用120 mL乙醇溶解再用蒸餾水稀釋至24 L。用稀釋后的溶液每盆澆灌2 L，使化感物質(zhì)初始濃度達(dá)到40、80 mg/kg干土，分別記為M1、M2。對照澆灌等量加入同等比例乙醇的蒸餾水。每處理重復(fù)12盆。試驗在自然氣候條件下進行，試驗期間根據(jù)干旱程度每盆適量補充等量水分。

1.3土壤樣品的采集

分別于花針期（出苗后45 d）、結(jié)莢初期（出苗后75 d）、結(jié)莢末期（出苗后105 d）取土樣，取樣時采集根系附近（離主根2～4 cm）土壤樣品，每個處理選取3盆，每盆隨機取3鉆（內(nèi)徑2.5 cm）充分混勻后裝在密封塑料袋中，采樣深度為0～15 cm。

1.4土壤樣品處理及養(yǎng)分測定

將采回的土樣置于室內(nèi)通風(fēng)處陰干。樣品風(fēng)干后，揀去植物殘體、石塊，研細(xì)，使之全部通過2 mm孔徑篩。充分混勻后用四分法分成兩份，選取其中一份裝入封口袋中。土壤養(yǎng)分測定參考鮑士旦[18]的方法進行，其中堿解氮采用堿解擴散法，有效磷采用鉬酸銨顯色法，速效鉀采用火焰光度法，有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法。

1.5花生產(chǎn)量及構(gòu)成因素的測定

至成熟期，各處理分別選取有代表性的花生3盆，刨收、摘果、去雜，晾干后分別測定花生每盆莢果產(chǎn)量、單株結(jié)果數(shù)、飽果率、出仁率和千克果數(shù)。

1.6數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel和SPSS 16.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理間各指標(biāo)的差異顯著性檢驗，顯著性水平為P<0.05，采用LSD 法進行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1化感物質(zhì)對花生根部土壤堿解氮的影響

從圖1看出，經(jīng)化感物質(zhì)處理后，在花生出苗45、75 d和105 d時，花生根部土壤堿解氮含量均顯著低于對照，且高濃度化感物質(zhì)處理均顯著低于低濃度處理。與對照相比，3次取樣，當(dāng)化感物質(zhì)初始濃度為40 mg/kg干土?xí)r，花生根部土壤堿解氮含量分別降低7.0%、11.1%和13.7%。而當(dāng)化感物質(zhì)初始濃度為80 mg/kg干土?xí)r，分別降低了17.1%、18.8%和26.4%。

2.2化感物質(zhì)對花生根部土壤有效磷的影響

由圖2可知，兩種濃度化感物質(zhì)處理均降低花生根部土壤有效磷含量，且高濃度化感物質(zhì)處理花生根部土壤有效磷含量均顯著低于低濃度處理。其中，在花生出苗45 d時，兩種濃度化感物質(zhì)處理土壤有效磷含量均顯著低于對照；在花生出苗75 d和105 d時，低濃度化感物質(zhì)處理低于對照，但差異不顯著，而高濃度化感物質(zhì)處理顯著低于對照，分別降低16.4%和12.7%。

2.3化感物質(zhì)對花生根部土壤速效鉀的影響

從圖3可以看出，化感物質(zhì)處理后花生根部土壤速效鉀含量均低于對照，且高濃度化感物質(zhì)處理顯著低于低濃度處理。其中，在花生出苗45 d，低濃度化感物質(zhì)處理花生根部土壤速效鉀含量顯著低于對照；而在花生出苗75 d和105 d時，低濃度化感物質(zhì)處理后雖低于對照，但差異不顯著。

2.4化感物質(zhì)對花生根部土壤有機質(zhì)的影響

從圖4可以看出，化感物質(zhì)對花生根部土壤有機質(zhì)含量影響不大。在花生出苗45、75 d和105 d時，各處理花生根部土壤有機質(zhì)含量均有所降低，但各處理間差異不顯著。

2.5化感物質(zhì)對花生產(chǎn)量的影響

由表1可知，經(jīng)兩種濃度化感物質(zhì)處理，花生每盆莢果產(chǎn)量、單株結(jié)果數(shù)、飽果率和出仁率均顯著降低，千克果數(shù)顯著增加，且處理濃度越高，花生產(chǎn)量所受影響越大。其中，與對照相比，低濃度化感物質(zhì)處理后，花生每盆莢果產(chǎn)量、單株結(jié)果數(shù)、飽果率、出仁率分別降低45.3%、47.1%、31.9%、22.1%，千克果數(shù)增加33.9%；高濃度化感物質(zhì)處理每盆莢果產(chǎn)量、單株結(jié)果數(shù)、飽果率和出仁率分別降低51.4%、56.2%、40.8%、32.5%，千克果數(shù)增加55.4%。

3討論與結(jié)論

花生長期連作后，會造成需求較多的元素在土壤中發(fā)生虧缺，在得不到及時補充情況下便會影響下茬花生的正常生長，使其抗逆能力下降，病蟲害發(fā)生嚴(yán)重，從而導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降[19]。封海勝等[17]研究表明，土壤中有效磷、速效鉀和速效硼的含量隨著連作年限的增加而減少，連作3年后，土壤中有效磷、速效鉀和速效硼的含量較輪作土壤分別減少52.9%、40.6% 和53.8%，而堿解氮含量變化不大。本研究通過向花生土壤中添加肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸3種酚酸類化感物質(zhì)混合物發(fā)現(xiàn)，花生根部土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量明顯降低，花生產(chǎn)量顯著降低，而且化感物質(zhì)初始濃度越高，其對花生根部土壤養(yǎng)分和產(chǎn)量的影響越大，證明花生根系分泌物的化感作用與花生連作土壤養(yǎng)分失調(diào)密切相關(guān)。

以往研究發(fā)現(xiàn)，化感物質(zhì)能影響土壤中多種元素的含量，改變其養(yǎng)分狀況，進而影響植物的吸收和生長。Huang等[20]研究發(fā)現(xiàn)，化感物質(zhì)阿魏酸和對叔丁基苯甲酸會通過抑制土壤硝化反應(yīng)，從而降低土壤硝態(tài)氮含量。Batish等[21]用含有酚酸的銀膠菊殘渣處理土壤發(fā)現(xiàn)，土壤總酚酸含量和土壤中 K、Na 呈正相關(guān)，和土壤中 N、Fe、Mn、Zn 呈負(fù)相關(guān)?；ㄉ禃蛲寥乐蟹置诖罅康姆铀犷惢形镔|(zhì)，長期連作后，化感物質(zhì)會在土壤中不斷積累，影響到土壤微生物區(qū)系和土壤酶活性[9，22]，從而導(dǎo)致土壤中有效養(yǎng)分含量降低。母容等[15]研究發(fā)現(xiàn)，土壤中加入阿魏酸、對羥基苯甲酸及其混合液，會抑制氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌生長，削弱土壤脲酶與蛋白酶活性，從而降低土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。Rice[23]對美國中南部俄克拉何馬草原中廢棄地植物演替的研究表明， 某些植物能產(chǎn)生一些有毒物質(zhì)，抑制土壤固氮微生物生長， 而使土壤含氮量維持在很低水平。本研究發(fā)現(xiàn)，在花生出苗45 d，兩種濃度化感物質(zhì)均顯著降低土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，而在花生出苗75 d和105 d，低濃度化感物質(zhì)（初始濃度40 mg/kg）對土壤養(yǎng)分的影響有減弱趨勢，這可能與土壤中化感物質(zhì)降解有關(guān)[24，25]。Inderjit等[26]通過對土壤施加兒茶酚、對羥基苯甲酸等酚類化感物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，處理后土壤中有機質(zhì)含量明顯降低。本研究結(jié)果與之不同，表現(xiàn)為化感物質(zhì)對土壤有機質(zhì)影響不顯著，這可能與化感物質(zhì)濃度和土壤類型有關(guān)。

花生根系分泌的化感物質(zhì)在土壤中達(dá)到一定濃度時，會降低土壤酶活性和土壤有效養(yǎng)分含量，也會影響植物細(xì)胞膜透性、酶活性、離子吸收、光合作用等，從而抑制花生植株生長，導(dǎo)致花生產(chǎn)量降低[9，27]。本研究發(fā)現(xiàn)，3種酚酸類化感物質(zhì)混合物顯著降低了花生莢果產(chǎn)量、單株結(jié)果數(shù)、飽果率和出仁率，顯著增加了花生千克果數(shù)，且化感物質(zhì)濃度越高，其對花生產(chǎn)量影響越大。

酚酸類化感物質(zhì)的累積與連作花生根部土壤養(yǎng)分失調(diào)存在一定關(guān)系，化感物質(zhì)明顯降低了花生根部土壤有效養(yǎng)分含量，濃度越高，影響越明顯?；ㄉB作土壤中肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸的累積是導(dǎo)致花生根部土壤養(yǎng)分失調(diào)和花生產(chǎn)量降低的原因之一，與花生連作障礙的產(chǎn)生有著密切關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]王才斌，萬書波，鄭亞萍，等.山東花生生產(chǎn)當(dāng)前主要問題、成因及發(fā)展對策[J].花生學(xué)報，2006，35（1）：25-28.

[2]鄭亞萍，王才斌，黃順之，等.花生連作障礙及其緩解措施研究進展[J].中國油料作物學(xué)報，2008，30（3）：384-388.

[3]Liu P， Wan S B， Jiang L H，et al. Autotoxic potential of root exudates of peanut （Arachis hypogaea L.） [J]. Allelopathy Journal，2010，26（2）：197-206.

[4]劉蘋，趙海軍，萬書波，等.花生根系分泌物自毒作用研究[J].中國油料作物學(xué)報，2010，32（3）：431-435.

[5]吳正鋒，成波，王才斌，等.連作對花生幼苗生理特性及莢果產(chǎn)量的影響 [J].花生學(xué)報，2006，35（1）：29-33.

[6]Chen M N， Li X， Yang Q L ，et al.Soil eukaryotic microorganism succession as affected by continuous cropping of peanut-athogenic and beneficial fungi were selected[J].PLoS One，2012，7（7）：40659-40667.

[7]Huang Y Q， Han X R， Yang J F ， et al. Autotoxicity of peanut and identification of phytotoxic substances in rhizosphere soil [J]. Allelopathy Journal，2013，31（2）：297.

[8]Liu P，Liu Z H，Wang C B，et al. Effects of three long-chain fatty acids present in peanut （Arachis hypogaea L.） root exudates on its own growth and the soil enzymes activities [J].Allelopathy Journal，2012，29（1）：13-24.

[9]劉蘋，趙海軍，仲子文，等.三種根系分泌脂肪酸對花生生長和土壤酶活性的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2013，33（11）：3332-3339.

[10]甄文超，曹克強，代麗，等.連作草莓根系分泌物自毒作用的模擬研究[J].植物生態(tài)學(xué)報，2004，28（6）：828-832.

[11]Hao Z P ，Wang Q， Christie P， et al.Allelopathic potential of watermelon tissues and root exudates [J].Scientia Horticulturae，2007，112：315-320.

[12]Wang C，Xu G Y，Ge C C，et al.Progress on the phenolic acid substances and plant soil sickness[J].Northern Horticulture，2009（3）：134-137.

[13]Saviranta N M M，Julkunen-Tiitto R，Oksanen E，et al.Leaf phenolic compounds in red clover（Trifolium pretense L.） induced by exposure to moderately elevated ozone[J].Environmental Pollution，2010，158（2）：440-446.

[14]Einhellig F A. Allelopathy： current status and future goal[M]// Inderjit，Dakshini K M M，Einhellig F A.Allelopathy：organisms，processes and applications.ACS Symposium Series 582.Washington D C： American Chemical Society，1995：1-24.

[15]母容，潘開文，王進闖.阿魏酸、對羥基苯甲酸及其混合液對土壤氮及相關(guān)微生物的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2011，31（3）：793-800.

[16]劉蘋，趙海軍，唐朝輝，等.連作對不同抗性花生品種根系分泌物和土壤中化感物質(zhì)含量的影響[J].中國油料作物學(xué)報，2015，37（4）：467-474.

[17]封海勝， 張思蘇， 萬書波，等. 連作花生土壤養(yǎng)分變化及對施肥反應(yīng)[J]. 中國油料作物學(xué)報， 1993（2）： 55-59.

[18]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析 [M].第三版.北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[19]滕應(yīng)，任文杰，李振高，等. 花生連作障礙發(fā)生機理研究進展[J].土壤，2015，47（2）：259-265.

[20]Huang Y Z， Feng Z W，Zhang F Z. Effect of allelochemicals on nitrification in soil [J].Soil and Environmental Sciences，1999，8（3）：203-207.

[21]Batish D R，Singh H P， Pandher J K， et al. Pytotoxic effect of Parthenium residues on the selected soil properties and growth of chickpea and radish [J].Weed Biology and Management， 2002，2：73-78.

[22]劉蘋，江麗華，萬書波，等. 花生根系分泌物對根腐鐮刀菌和固氮菌的化感作用研究[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2009，11（4）：107-111.

[23]Rice E L. Allelopathy[M].2nd Ed.Orlando：Florida Academic Press，Inc.，1984：296-300.

[24]李亮亮，李天來，張恩平，等. 四種酚酸物質(zhì)在土壤中降解的研究[J].土壤通報，2010，41（6）：1460-1465.

[25]Blum U， Staman K L， Flint L J，et al. Induction and/or selection of phenolic acid-utilizing bulk-soil and rhizosphere bacteria and their influence on phenolic acid phytotoxicity[J]. Journal of Chemical Ecology， 2000， 26： 2059-2078.

[26]Inderjit， Mallik A U. Effects of phenolic compounds on selected soil properties[J]. Forest Ecology and Management， 1997，92（1-3）：11-18.

[27]李培棟， 王興祥， 李奕林，等. 連作花生土壤中酚酸類物質(zhì)的檢測及其對花生的化感作用[J]. 生態(tài)學(xué)報， 2010， 30（8）： 2128-2134.