不同套蒜期對番茄根際土壤酶活性的影響

劉素慧，徐金強(qiáng)，束 瑞，尉 輝

(山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東濟(jì)南250100)

番茄通過反季節(jié)設(shè)施栽培可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，但同一溫室如果番茄連作多年則會使土壤鹽漬化程度加重，土壤微生物種群結(jié)構(gòu)失衡，作物的產(chǎn)量和品質(zhì)降低，制約設(shè)施番茄的可持續(xù)生產(chǎn)，成為保護(hù)地番茄栽培過程中迫切需要解決的問題［1］?？茖W(xué)合理的輪作模式雖然能改變這一現(xiàn)狀，但受溫室土地資源和經(jīng)濟(jì)效益最大化等因素的制約而難以實(shí)施。有研究表明，間作套種能夠提高土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性。土壤微生物和土壤酶參與包括土壤有機(jī)質(zhì)積累與轉(zhuǎn)化、礦質(zhì)元素活化與固定等在內(nèi)的大量生化反應(yīng)過程［2］，不僅能夠改善土壤質(zhì)量狀況，還能很好地表征土壤肥力的變化情況［3］。有關(guān)蘑菇［4］、洋蔥［5］作物在套作上的研究已有較多報(bào)道，但番茄套作大蒜上的研究報(bào)道不多，而有關(guān)大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤酶活性變化的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究探討了大蒜不同套作期對溫室番茄根際土壤酶種類及活性的影響，了解土壤肥力的變化狀況并探明番茄套作大蒜的最佳時(shí)期，以期為在根際微環(huán)境方面的研究提供數(shù)據(jù)支持，為溫室番茄可持續(xù)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2016年9月26日在山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院試驗(yàn)站智能溫室內(nèi)進(jìn)行，以蒼山大蒜為試材，供試土壤為中等肥力的壤土。土壤堿解氮、速效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為112.35、116.27、212.59 mg/kg，土壤 pH 值 7.39。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)面積10 m2(長4 m×寬2.5 m)。共設(shè)置15個(gè)小區(qū)，小區(qū)與小區(qū)之間留寬40 cm的走道，同時(shí)在小區(qū)四周垂直深埋60 cm的塑料膜進(jìn)行土壤隔離。9月26日隨機(jī)選取3個(gè)小區(qū)僅定植長勢基本一致的大蒜，記作處理1(D2)，并在另外12個(gè)小區(qū)內(nèi)種植長勢基本一致的番茄幼苗;10月11日(15 d后)，在種有番茄幼苗的12個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)，套作大蒜進(jìn)行套作處理，記作處理2(B1);10月26日，在僅種有番茄幼苗的9個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)，套作大蒜進(jìn)行套作處理，記作處理3(B2);11月10日，在僅種有番茄幼苗的6個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)，套作大蒜進(jìn)行套作處理，記作處理4(B3);余下的3個(gè)僅種有番茄幼苗的小區(qū)作對照，記作D1。番茄株行距40 cm×70 cm，大蒜株行距10 cm×20 cm。

1.2 樣品采集

從11月20日開始取樣，以后每隔30 d取樣1次，共取樣5次。取樣時(shí)用手輕輕拔出帶土植株，采用抖動(dòng)法采集植株根系附近的土壤，混勻，用滅菌的塑料袋包扎密封，重復(fù)3次。土樣風(fēng)干后過1 mm篩孔，用于土壤酶活性的測定。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

采用靛酚藍(lán)比色法測定土壤脲酶活性［6］;蔗糖酶活性的測定采用3，5－二硝基水楊酸比色法;過氧化氫酶活性的測定采用高錳酸鉀滴定法;磷酸酶活性的測定采用磷酸苯二鈉法;多酚氧化酶活性的測定采用鄰苯二酚比色法;過氧化物酶活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS7.02軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，利用Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤脲酶活性的影響

由圖1可知，大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤酶活性的影響存在差異。在大蒜伴生期內(nèi)，對照和處理番茄根際土壤脲酶活性均隨處理時(shí)間的延長呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，B1、B2、B3在130 d時(shí)達(dá)到最大值，較處理10 d時(shí)分別增加39.44%、36.98%和29.15%，其中 B1增長率最大。在定植后10、40、70、100、130 d，脲酶活性在 D1、D2、B1、B2 和 B3 之間均表現(xiàn)出逐漸上升的變化規(guī)律，且均在B1處理下活性最高，與對照達(dá)到極顯著差異水平(p＜0.01)，B1處理在定植后不同時(shí)期分別較對照(D1)增加 7.87%、16.94%、22.15%、28.92%和 31.76%。

2.2 大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤堿性磷酸酶活性的影響

圖2表明，根際土壤堿性磷酸酶活性變化趨勢與脲酶類似。在整個(gè)生育期內(nèi)，除單作大蒜處理D2在100 d時(shí)堿性磷酸酶高于130 d之外，其余處理和對照均隨處理時(shí)間的延長呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。而在同一時(shí)期內(nèi)，對照和不同處理土壤堿性磷酸酶活性均表現(xiàn)為B1＞B2＞B3＞D2＞D1，其中B1在定植后 10、40、70、100、130 d 時(shí)分別較對照(D1)增大26.76%、22.88%、36.03%、34.27% 和 27.31%，增幅表現(xiàn)出先降低后增加再降低的變化趨勢，這可能與其所處的生長季節(jié)及自身生育階段有關(guān)。

2.3 大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤蔗糖酶活性的影響

由圖3可知，套作大蒜的番茄根際土壤蔗糖酶活性顯著高于單作番茄和大蒜，差異達(dá)極顯著水平(p＜0.01)。在整個(gè)生育期內(nèi)，隨處理時(shí)間的延長對照和處理蔗糖酶活性均呈現(xiàn)先升高后降低的單峰變化規(guī)律，在100 d時(shí)達(dá)到最大值，繼續(xù)延長處理時(shí)間，蔗糖酶活性下降。在定植后10、40、70、100、130 d時(shí)，蔗糖酶活性在 D1、D2、B1、B2 和 B3 之間均呈現(xiàn)出先升高后降低的變化規(guī)律，且B1蔗糖酶活性在不同時(shí)期均表現(xiàn)最高，分別較對照(D1)增大50.81%、46.36%、47.45%、94.85%和 71.31%。

2.4 大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖4可知，過氧化氫酶與蔗糖酶有著類似的變化規(guī)律。在整個(gè)生育期，處理和對照均隨處理時(shí)間的延長呈現(xiàn)先升高再降低的變化規(guī)律。有大蒜伴生的B1、B2和B3過氧化氫酶活性均顯著高于單作番茄D1和單作大蒜D2，差異達(dá)極顯著水平(p＜0.01)，表明大蒜伴生有利于番茄根際土壤過氧化氫酶活性的提高;大蒜伴生的B1、B2和B3中過氧化氫酶活性高低順序?yàn)锽1＞B2＞B3，這表明大蒜伴生時(shí)間越早越有利于番茄根際過氧化氫酶活性的提高。

2.5 大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤過氧化物酶活性的影響

由圖5可知，大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤過氧化物酶活性的影響與過氧化氫酶、蔗糖酶類似，隨處理時(shí)間的延長呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，至100 d時(shí)達(dá)最大，隨后表現(xiàn)逐漸下降的趨勢，這表明處理和對照過氧化物酶活性隨生育期的延長而逐漸提高，至生育后期隨根系衰老逐漸降低。在同一時(shí)期內(nèi)，大蒜伴生的B1、B2和B3處理高于單作番茄D1和單作大蒜D2，且以大蒜伴生時(shí)間最長的B1處理過氧化物酶活性最高，表明大蒜伴生越早越有利于提高番茄根系抵抗過氧化物脅迫的能力。

2.6 大蒜不同套作時(shí)期對番茄根際土壤多酚氧化酶活性的影響

圖6表明，處理和對照多酚氧化酶活性在定植后70 d內(nèi)表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，超過70 d后表現(xiàn)出緩慢降低的趨勢。其中，對照(單作番茄D1)和單作大蒜D2在定植后70 d內(nèi)增加較為緩慢，在70、100、130 d降低也較為緩慢，從整個(gè)處理期來看，變化幅度較小。大蒜伴生的B1、B2和B3在定植后40 d內(nèi)增加較為緩慢，但在定植后40 d至70 d時(shí)增加快速，隨后緩慢降低。在同一處理期內(nèi)，多酚氧化酶活性以大蒜伴生的B1活性最高，在定植后5個(gè)不同時(shí)期分別較對照增大 16.07%、16.44%、49.78%、47.57% 和 44.48%，與對照差異極顯著(P ＜0.01)。

3 討論與結(jié)論

土壤酶是一類具有催化能力的生物活性物質(zhì)，其活性高低在一定程度上也可反映土壤所處狀況，為土壤生態(tài)系統(tǒng)的變化情況提供必要的預(yù)警［7］。土壤酶的酶促作用是在土壤顆粒、植物根系和微生物細(xì)胞表面上發(fā)生的，使土壤具有同生物體相似的活組織代謝能力。另外，土壤酶活性因能表征土壤物質(zhì)能量代謝旺盛程度，又作為評價(jià)土壤肥力高低、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣的重要生物指標(biāo)［8］。根系分泌物是土壤酶的重要來源，同時(shí)土壤酶又受到土壤中微生物種類、培肥方式和栽培制度等因素的影響［9－10］。劉均霞等在進(jìn)行間作體系研究時(shí)指出，大豆和玉米根際土壤中的脲酶和磷酸酶活性均顯著高于單作。張恩和等進(jìn)行小麥、大豆、玉米間作套種試驗(yàn)時(shí)得出，間套種植較單作顯著增加作物根系磷酸酶分泌量。本研究得出，番茄間作套蒜使土壤根系脲酶和磷酸酶活性均顯著高于單作番茄和單作大蒜，且番茄套作大蒜時(shí)期越早越有利于上述2種酶活性的提高。但也有研究認(rèn)為，玉米與大蒜套作對作物根系土壤脲酶和磷酸酶活性的影響不大［11］，這可能是因?yàn)椴煌鬃髦参锔敌纬傻奈h(huán)境存在差異所致。脲酶能夠直接參與土壤中含氮有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化，其活性的高低可以反映出土壤的供氮水平［12］。磷酸酶能夠催化有機(jī)磷化合物的水解，其活性高低對土壤磷素循環(huán)有重要作用［13］。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，隨著生育期的延長，大蒜伴生的番茄根際土壤脲酶和磷酸酶活性逐漸升高，這可能是隨著植株生育進(jìn)程的推進(jìn)，根系分泌物逐漸增多促進(jìn)了酶數(shù)量的增加，這說明土壤中含氮有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化效率和有機(jī)磷的水解速率不斷提高，不斷增強(qiáng)根系供氮、供磷水平，進(jìn)一步促進(jìn)植株的健壯生長。蔗糖酶是表征土壤碳素循環(huán)和土壤生物化學(xué)活性的一種重要的酶，大蒜伴生的番茄根際土壤蔗糖酶活性均高于單作番茄，并在番茄的生育盛期顯著升高。脲酶、磷酸酶和蔗糖酶這3種酶活性的升高均能為番茄的生長提供必需的速效養(yǎng)分。

過氧化氫酶是參與土壤中物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的一種重要的氧化還原酶，可催化分解土壤中累積的對植物有毒害作用的過氧化氫，因此其活性高低可用來表征土壤氧化過程的強(qiáng)弱［14－16］。另外，此酶還與土壤有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)。本試驗(yàn)條件下，土壤過氧化氫酶和過氧化物酶活性均隨番茄生育期呈現(xiàn)單峰曲線變化，在番茄的生育盛期達(dá)到最大值，且大蒜伴生的番茄根際酶活性顯著高于單作番茄和單作大蒜，這表明在番茄生育盛期和由大蒜伴生的番茄根際土壤中的過氧化物等能夠被有效消除，有利于番茄根際其他酶類活性的提高，保證作物的肥力需求。

土壤中酚酸物質(zhì)是一類重要的他感物質(zhì)，主要來自植物根系分泌物和植物體本身分解的產(chǎn)物。有研究表明，酚酸類物質(zhì)是抑制植物生長發(fā)育和導(dǎo)致植物連作障礙的主要化感物質(zhì)之一［17］，而多酚氧化酶能夠有效分解酚類物質(zhì)，因此研究大蒜伴生對番茄根際多酚氧化酶的影響非常必要。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在番茄生育中期開始，大蒜伴生的番茄植株根際土壤多酚氧化酶活性顯著高于單作番茄，這說明大蒜伴生有利于減輕番茄根際酚酸物質(zhì)的毒性，這與徐偉慧等在西瓜上的研究結(jié)果［18］類似。