叢枝菌根真菌對淮安紅椒連作土壤養(yǎng)分和酶活的影響

摘要：在分析淮安紅椒（Capsicum annuum L.）連作10年大棚土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性的基礎(chǔ)上，研究了根際施用不同量叢枝菌根真菌對土壤有機質(zhì)、有效養(yǎng)分和酶活的影響，探討了叢枝菌根真菌修復(fù)淮安紅椒連作障礙的可能性及其機理。結(jié)果表明，連作土壤中有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著升高，脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、過氧化物酶、脫氫酶活性顯著降低，而過氧化氫酶活性顯著升高；每株施用3、5 g叢枝菌根真菌能夠促進紅椒對土壤有機質(zhì)和有效養(yǎng)分的吸收，使土壤中有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著降低，能夠改善根際土壤微生態(tài)，顯著提高土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、過氧化物酶和脫氫酶活性，從而降低過氧化氫酶活性；叢枝菌根真菌能夠顯著緩解淮安紅椒連作障礙。

關(guān)鍵詞：叢枝菌根真菌；淮安紅椒（Capsicum annuum L.）；連作；土壤養(yǎng)分；土壤酶

中圖分類號：X172 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）17-4565-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.051

Abstract： Based on the analysis of soil nutrient content and soil enzyme activity in 10 years continuous cropping greenhouse of Huai’an red pepper（Capsicum annuum L.）， different amount of AMF were applied in rhizosphere of pepper to investigate its effect on soil organic matter，available nutrient and enzyme activity of continuous cropping soil and discussed its possibility and mechanism in repairing continuous cropping obstacle. The results showed that the soil organic matter， available nitrogen，available phosphorus and available potassium content，meanwhile，urease，saccharase，protease and peroxidase，dehydrogenase activity decreased significantly，while catalase activity increased significantly in continuous cropping greenhouse increased significantly. 3，5 g AMF per plant could promote the absorption and utilization of soil nutrients，and balancethe soil microbial ecology，result in the content of soil organic matter，available nitrogen， available phosphorus and available potassium reduced significantly，the activity of urease，peroxidase，protease，saccharase and dehydrogenase in soil increased，while the activity of catalase reduced significantly. AMF could significantly relieve soil continuous cropping obstacle in Huai’an red pepper.

Key words： Arbuscular Mycorrhizal Fungus （AMF）； Huaian’ red pepper（Capsicum annuum L.）；continuous cropping；soil nutrient； soil enzyme

淮安紅椒（Capsicum annuum L.）在全國鮮紅椒市場有著舉足輕重的地位，可以影響全國各個地區(qū)鮮紅椒市場的行情，所形成的品牌“淮安紅椒”已成為國家地理標志證明商標?；窗布t椒種植規(guī)模較大，年產(chǎn)量達34萬t，銷售收入達13億元，成為當?shù)剞r(nóng)民增收致富的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。但是，淮安紅椒種植存在著嚴重的連作障礙，已成為限制紅椒產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因子。連作障礙的形成及加重是根際土壤系統(tǒng)內(nèi)部諸多因素綜合作用的外在表現(xiàn)，包括土壤養(yǎng)分不均衡、土壤理化性狀劣變、土壤病原菌累積和根際微生態(tài)功能失調(diào)、化感物質(zhì)等引起的自毒作用等[1]。研究證明，叢枝菌根真菌（AMF）在提高植物的抗逆性和抗病性，維護植物健康，改善根際生態(tài)位的養(yǎng)分組成和微生物群落結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。AMF能夠與大部分高等植物的根系形成共生關(guān)系，其根外菌絲能向土壤中廣泛伸縮，形成根外菌絲網(wǎng)，有利于吸收土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分和水分，改善土壤質(zhì)地，提高土壤結(jié)構(gòu)性[2，3]，增強宿主植物抗病、抗干旱、抗鹽害、抗重金屬毒害等諸多抗逆能力[4]。AMF對辣椒存在較好的侵染性，能夠形成很好的共生關(guān)系[5]，能夠調(diào)節(jié)辣椒葉片氣孔開放程度，提高光合電子傳遞效率和植株凈光合速率，優(yōu)化根圍微生物區(qū)系，促進辣椒生長，提高產(chǎn)量[6]。因此，AMF為有效地克服連作障礙開辟了一條新的途徑。目前，叢枝菌根真菌對克服辣椒連作障礙的效果及機理研究鮮見報道。本研究在對比分析淮安紅椒連作土壤養(yǎng)分和酶活性變化的基礎(chǔ)上，研究了根際施用AMF對紅椒連作土壤中有機質(zhì)、有效養(yǎng)分和土壤酶活性的影響，以期為克服淮安紅椒連作障礙提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

紅椒品種為中華紅巨椒，穴盤苗、復(fù)合肥（N-P2O-K2O為15-15-15）購自淮安市蔬菜研究所；叢枝菌根真菌菌劑購自淮安市柴米河農(nóng)業(yè)科技有限公司；有機肥購自淮安柴米河農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在淮安市清浦區(qū)淮安紅椒示范基地進行，供試大棚為連作10年的塑料大棚，連作障礙嚴重。

2014年3月20日，結(jié)合整地做畦每667 m2施入有機肥1 500 kg，復(fù)合肥50 kg，然后，辣椒幼苗6～7葉期定植，同時將AMF菌劑按株施入定植穴，株行距40 cm×50 cm，設(shè)置4個叢枝菌根真菌用量處理，分別為0、1、3、5 g，分別用J0、J1、J2、J3表示，以相鄰塑料大棚非連作土壤為對照（CK），每處理120株，3次重復(fù)。大棚常規(guī)管理。7月10日左右，采集根圍0～20 cm土樣，風(fēng)干后搗碎過篩，測定土壤養(yǎng)分指標，同時挖取生長完好、有代表性的辣椒植株，取其根際土壤（根系抖落的土壤），用于測定土壤酶活性。

1.3 測定方法

土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定[7]。土壤脲酶采用靛酚比色法測定，脫氫酶活性采用TTC還原法測定，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測定，過氧化物酶采用鄰苯三酚比色法測定[8]。蛋白酶活性采用茚三酮比色法測定，蔗糖酶采用二硝基水楊酸比色法測定[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 叢枝菌根真菌對淮安紅椒連作土壤有機質(zhì)和有效養(yǎng)分含量的影響

由表1可知，淮安紅椒連作造成土壤中有機質(zhì)含量顯著升高，這與紅椒長期連作有機肥投入量大，有機質(zhì)不能被充分利用有關(guān)；AMF處理后土壤有機質(zhì)含量顯著下降，與J0相比，1、3 g AMF處理對有機質(zhì)含量無明顯影響，5 g AMF處理使有機質(zhì)含量顯著降低，下降幅度達到24.4%，說明AMF能夠促進有機質(zhì)分解轉(zhuǎn)化，增加紅椒對根圍土壤中有機質(zhì)的吸收利用。

從表1可以看出，連作造成堿解氮、速效磷和速效鉀在耕層中大量富集，與對照相比，堿解氮增加58.1%，速效磷和速效鉀分別增加121.9%和72.3%，紅椒連作次數(shù)較多，肥料使用量大，肥料種類單一，不能被植株完全吸收利用，加上設(shè)施內(nèi)不受雨淋，是土壤中有效養(yǎng)分富集的主要原因，其中速效磷富集最嚴重，這與磷肥施用量大和當季利用率低有關(guān)。研究認為，磷肥只有10%～25%能被當季作物吸收利用，加上多年種植蔬菜和連年施用有機肥和磷素化肥，磷就在土壤中迅速積累[10]。施用AMF能夠使土壤中的堿解氮含量顯著下降，與J0相比，使用1 g AMF處理對土壤堿解氮無顯著影響，但3、5 g AMF處理能使堿解氮含量分別下降14.1%和10.3%。AMF處理對速效磷含量有顯著影響，隨AMF施用量增加，土壤速效磷含量顯著下降，與J0相比，速效磷含量分別下降了12.5%、20.1%、20.3%。施用AMF后，土壤速效鉀含量也有顯著差異，與J0相比，3、5 g AMF處理能夠使土壤速效鉀含量分別下降13.3%和17.1%?？傮w來看，3、5 g AMF處理對促進土壤有效養(yǎng)分的吸收利用效果顯著，這可能是AMF能夠與根系形成共生關(guān)系，增加了根系吸收面積，促進了辣椒生長。

2.2 叢枝菌根真菌對淮安紅椒根際土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤新陳代謝過程中的催化劑，能加速土壤有機質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，土壤酶活性受多種因素影響，其活性的改變將影響土壤養(yǎng)分釋放，從而影響作物生長。由表2可知，連作造成土壤中脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、過氧化物酶和脫氫酶活性顯著降低，土壤過氧化氫酶活性顯著增大，說明連作降低了土壤的熟化程度和肥力水平，同時也使土壤有害物質(zhì)連年累積，土壤病害普遍發(fā)生，這也是連作障礙發(fā)生的一個重要表現(xiàn)。AMF處理后，淮安紅椒根際土壤酶活性均有顯著變化，與J0相比，脲酶活性升高幅度達到16.4%～62.0%，蔗糖酶活性升高13.5%～46.5%，蛋白酶活性達到27.8%～39.8%，過氧化物酶活性分別升高7.4%～23.0%，過氧化氫酶活性則下降3.9%～41.6%，其中J2、J3與J0差異達到顯著水平。說明根際施用3、5 g AMF能夠改善和平衡土壤菌群結(jié)構(gòu)，緩解連作障礙。

3 小結(jié)與討論

長期連作過程中，由于施肥具有相對固定性，作物對肥料和養(yǎng)分吸收具有選擇性，極易造成土壤養(yǎng)分的不均衡。范亞娜等[11]研究表明，連作使土壤養(yǎng)分失衡，N、P、K比失調(diào)，土壤鹽漬化程度高。高慧等[12]研究表明，大棚內(nèi)土壤有效養(yǎng)分含量均高于露地，0～20 cm土層的含量隨種植年限的增加而增加。郭紅偉等[13]研究發(fā)現(xiàn)，連作6年后的大棚辣椒土壤明顯出現(xiàn)養(yǎng)分富集現(xiàn)象和次生鹽漬化現(xiàn)象。張振華等[14]研究表明，大棚土壤有機質(zhì)、全氮明顯高于露地，速效磷和速效鉀呈高度富集狀況。與上述結(jié)果相似，本研究發(fā)現(xiàn)，紅椒連作造成耕層土壤養(yǎng)分失衡，有機質(zhì)和有效養(yǎng)分含量顯著升高，這是紅椒出現(xiàn)連作障礙的主要原因。

AMF處理能提高作物養(yǎng)分利用率。研究表明，AMF是一類與土壤肥力和植物營養(yǎng)關(guān)系密切的重要微生物，它可與絕大多數(shù)植物的根系形成共生關(guān)系[3，15]，并能擴大宿主根系吸收范圍和吸收表面積，促進宿主對土壤中礦質(zhì)元素氮、磷、鉀等的吸收[16-19]。在植物受到環(huán)境脅迫，如干旱、土壤酸化、有毒金屬和植物病原體感染等條件下，菌根能促進植物對礦物質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收，包括從有機高分子或礦物顆粒中吸收被釋放的N和P[20]。15N同位素示蹤技術(shù)證實，AMF菌絲可以從根外數(shù)厘米處土壤中吸收NH4+，并運送到植物根組織中[21]。AMF能夠增強植物對難溶性磷的吸收，顯著增加體內(nèi)含磷量，提高磷的利用率[16-19]。本研究發(fā)現(xiàn)，AMF能夠緩解辣椒連作障礙，辣椒根際施用3、5 g AMF真菌后，連作土壤中的有機質(zhì)含量、堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著降低，說明AMF能夠促進土壤有機質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化和根系對土壤中有效養(yǎng)分的吸收，這可能是由于AMF與辣椒根系形成了共生關(guān)系，擴大了根際范圍、提高了養(yǎng)分空間有效性、改善了根際環(huán)境所致，這與相關(guān)報道[22-24]相符。劉曉捷等[22]研究表明，AMF侵染葡萄根系形成菌根共生體后，能顯著增加巨峰葡萄扦插苗的生長量，增加植株的N、P含量，但對K含量無顯著促進作用。江盼盼等[23]研究認為，辣椒接種AMF后，優(yōu)化了根際土壤環(huán)境，促進了根系對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收，提高了植株的抗病能力及光合作用等，達到了增產(chǎn)的效應(yīng)。劉瀟睿等[24]認為，AMF可以從兩方面緩解連作土壤養(yǎng)分偏耗對作物生長的不利影響。一方面，AMF利用菌絲連接宿主植物的根皮細胞以及周圍較大范圍的根際土壤，延伸出因同一作物不斷連作導(dǎo)致的該作物根系吸收范圍內(nèi)的營養(yǎng)偏耗區(qū)，增大作物根系吸收表面積，從而間接緩和連作帶來的生長障礙；另一方面，AMF可以增強作物對營養(yǎng)元素的吸收效率，促進宿主植物生長。但是，與本研究結(jié)果不同，尹念輔等[25]發(fā)現(xiàn)，接種AMF可以使Bt棉和non-Bt棉根際土壤營養(yǎng)物質(zhì)中的土壤有機質(zhì)和土壤總氮含量顯著增加，對全磷無明顯影響，推測可能與真菌種類、寄主種類及其與土壤環(huán)境的相互作用有關(guān)。

土壤酶參與包括土壤生物化學(xué)過程在內(nèi)的自然界物質(zhì)循環(huán)，在土壤的發(fā)生發(fā)育以及土壤肥力的形成過程中起有重要作用[26]。酶活性高低在一定程度上可反映作物對養(yǎng)分吸收利用與生長發(fā)育狀況等。連作會影響土壤酶活性，但是研究表明不同作物或同一作物連作后土壤酶活性的研究結(jié)果不一致[27]。董艷等[28]認為設(shè)施種植年限和栽培制度對土壤微生物多樣性和土壤酶活性產(chǎn)生顯著影響，隨著連作年限增加，土壤酶活性降低。隨著西瓜種植年限的增加，土壤中蛋白酶、多酚氧化酶呈先升后降的趨勢，脲酶整體呈下降趨勢，蔗糖酶呈上升趨勢[29]。辣椒連作后土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性顯著上升[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，連作土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、過氧化物酶和脫氫酶活性顯著降低，過氧化氫酶活性顯著升高，連作土壤酶活性降低，有效養(yǎng)分利用率下降可能是造成連作障礙的重要原因[31]，這與何志剛[32]等的研究結(jié)果相符。

植物根系和土壤微生物都會分泌土壤酶，促進對土壤養(yǎng)分的有效利用[33]，AMF也可以分泌土壤酶，如磷酸酶、脲酶等，并提高其活性，間接平衡連作土壤的營養(yǎng)元素及菌群結(jié)構(gòu)[24]。本研究中，AMF可使連作辣椒根際土壤中的脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、過氧化物酶、脫氫酶活力顯著升高，氧化氫酶活性顯著降低，說明AMF在一定程度上能夠克服連作障礙。這與AMF能夠減少有害生物數(shù)量，改變土壤微生物區(qū)系、改善土壤理化性狀、提高植物防御性酶活性、改變根系分泌物的種類與數(shù)量等生理功能有關(guān)[34]。AMF通過抑制病原菌發(fā)生，平衡土壤微生物種群結(jié)構(gòu)和土壤酶活力，改善土壤微生態(tài)，進而提高土壤養(yǎng)分利用率，改善植株營養(yǎng)狀況，可能是其緩解淮安紅椒連作障礙的主要機制。

參考文獻：

[1] 喻景權(quán)，杜堯舜.蔬菜設(shè)施栽培可持續(xù)發(fā)展中的連作障礙問題[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，31（1）：124-126.

[2] 李秋玲，凌婉婷，商彥征，等.叢枝菌根（AM）對有機污染土壤的修復(fù)作用及機理[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2006，17（11）：2217-2221.

[3] SMITH S E，READ D J. Mycorrhizal symbiosis[J].Plant Growth Regulation，1998，25（1）：71-75.

[4] 高彥征，朱利中，凌婉婷，等.土壤和植物樣品的多環(huán)芳烴分析方法研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24（5）：1003-1006.

[5] 程兆霞，凌婉婷，高彥征，等.叢枝菌根對芘污染土壤修復(fù)及植物吸收的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2008，14（6）：1178-1185.

[6] 王其傳，孫 錦，束 勝，等.微生物菌劑對日光溫室辣椒生長和光合特性的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，35（6）：7-12.

[7] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[8] 李振高，駱永明，滕 應(yīng).土壤與環(huán)境微生物研究方法[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[9] 關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[10] 何 娜，梁成華，周云成，等.長期施肥對設(shè)施土壤磷素積累及釋放的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2005，21（7）：242-244.

[11] 范亞娜，趙國棟.隴東地區(qū)設(shè)施蔬菜連作土壤性質(zhì)變化趨勢[J].水土保持通報，2007，27（6）：116-119.

[12] 高 慧，殷水良，馮中勇，等.蔬菜大棚土壤養(yǎng)分變化和鹽分累積特征研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（22）：6863-6865.

[13] 郭紅偉，郭世榮，黃保健.大棚辣椒不同連作年限土壤理化性質(zhì)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（5）：452-455.

[14] 張振華，姜泠若，胡永紅，等.設(shè)施栽培大棚土壤養(yǎng)分、鹽分調(diào)查分析及其調(diào)控技術(shù)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003（1）：73-75.

[15] 黃京華，曾任森，駱世明.AM菌根真菌誘導(dǎo)對提高玉米紋枯病抗性的初步研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006，14（3）：167-169.

[16] GUPTA M L，PRASAD A，RAM M，et al.Effect of the vesicular-arbuscular mycorrhizal（VAM） fungus Glomus fasciculatum on the essential oil yield related characters and nutrient acquisition in the crops of different cultivars of menthol mint （Mentha arvensis） under field conditions[J].Bioresource Technology，2002，81（1）：77-79.

[17] 馮海艷，馮 固，宋建蘭，等.叢枝菌根真菌根內(nèi)菌絲堿性磷酸酶活性與菌根共生效應(yīng)的研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2004， 12（2）：124-127.

[18] 劉翠花，陳保冬，朱永官，等.叢枝菌根真菌對青稞生長發(fā)育及磷營養(yǎng)的影響研究[J].土壤學(xué)報，2006，43（6）：1052-1055.

[19] 趙 昕，閻秀峰.叢枝菌根對喜樹幼苗生長和氮、磷吸收的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報，2006，30（6）：947-953.

[20] FINLAY R D.Ecological aspects of mycorrhizal symbiosis with special emphasis on the functional diversity of interactions involving the extra radical mycelium[J].Journal of Experimental Botany，2008，59（5）：1115-1126.

[21] JOHANSEN A，JAKOBSEN I，JENSEN E S. Hyphal transport of 15N-labeled nitrogen by a versicular arbuscular mycorrhizal fungus and its effect on depletion of inorganic soil N[J].New Phytologist，1992，122：281-288.

[22] 劉曉捷，曾 明，杜建斌，等.AMF對葡萄扦插苗礦質(zhì)營養(yǎng)及生長的影響[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，28（2）：286-289.

[23] 江盼盼，宋述堯，趙春波，等.三種叢枝菌根真菌對辣椒根系生長的影響及效應(yīng)分析[J].中國蔬菜，2010（6）：58-62.

[24] 劉瀟睿，葛菁萍，接偉光，等.AM真菌抑制連作障礙的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39：21591-21593，21646.

[25] 尹念輔，楊 兵，李鐵松，等.叢枝菌對轉(zhuǎn)Bt基因棉根際土壤營養(yǎng)物質(zhì)及酶活性的影響[J].環(huán)?？萍?，2013（5）：35-40.

[26] 和文祥，黃英鋒，朱銘莪，等.汞和鎘對土壤脲酶活性影響[J].土壤學(xué)報，2002，3（93）：412-420.

[27] DANIEL L M，PETER D S，JEFFREY S B.Microbial bio-markers as an indicator of ecosystem recovery following surface mine reclamation[J].Applied Soil Ecology，2002，21：251-259.

[28] 董 艷，董 坤，鄭 毅.種植年限和種植模式對設(shè)施土壤微生物系和酶活性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28（3）：527-532.

[29] 趙 萌，李 敏，王淼焱，等.西瓜連作對土壤主要微生物類群和土壤酶活性的影響[J].微生物學(xué)通報，2008，35（8）：1251-1254.

[30] 劉 來，黃保健，孫 錦，等.大棚辣椒連作土壤微生物數(shù)量、酶活性與土壤肥力的關(guān)系[J].中國土壤與肥料，2013（2）：5-10.

[31] 王樹起，韓曉增，喬云發(fā)，等.寒地黑土大豆輪作與連作不同年限土壤酶活性及相關(guān)肥力因子的變化[J].大豆科學(xué)，2009，28（4）：611-615.

[32] 何志剛，王秀娟，董 環(huán)，等.日光溫室辣椒連作不同年限土壤微生物種群變化及酶活性研究[J].中國土壤與肥料，2003（1）：38-42.

[33] 李德生，孟 麗，李海茹.重金屬污染對土壤酶活性的影響研究進展[J].天津理工大學(xué)學(xué)報，2013，29（2）：60-64.

[34] 趙 萌，李 敏，王淼焱，等.AM真菌克服作物連作障礙的潛力[J].山東科學(xué)，2006（19）：40-44.