嫁接對(duì)番茄連作土壤環(huán)境及土壤酶活性消減的影響

江莉 林秀香 張?zhí)煜?鄭濤 牛先前

摘 要：連作障礙是我國(guó)番茄集約化生產(chǎn)的瓶頸，為了探索適宜連作的栽培模式，試驗(yàn)以易感青枯病番茄品種‘梅賽德斯’實(shí)生苗及以抗病品種‘愛好’為砧木，‘梅賽德斯’為接穗的嫁接苗為試材，通過分析檢測(cè)連作3年下根際土壤養(yǎng)分和土壤酶活性指標(biāo)的變化，結(jié)合土傳病害發(fā)生情況，分析嫁接對(duì)番茄連作障礙下土壤環(huán)境消減的影響。結(jié)果表明：連作3年內(nèi)，嫁接苗青枯病的發(fā)病率都極顯著低于實(shí)生苗，說明嫁接苗較實(shí)生苗極顯著降低了土傳病害發(fā)生率;嫁接有利于緩解番茄根際土壤中堿解氮含量的升高及連作導(dǎo)致的土壤酸化問題;同時(shí)，嫁接有利于緩解番茄根際土壤多酚氧化酶活性、尿酶活性和蔗糖酶活性的下降;另外，連作對(duì)嫁接苗種植土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響相對(duì)不顯著，而實(shí)生苗在連作1年后顯著降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量;嫁接對(duì)番茄速效鉀、有效磷含量的影響無明顯規(guī)律性。綜上所述，嫁接對(duì)改善番茄根際土壤化學(xué)性質(zhì)和土壤酶活性有積極作用。

關(guān)鍵詞：番茄;連作;嫁接;土傳病害;土壤環(huán)境;土壤酶活性

中圖分類號(hào)：S641.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Effects of Grafting on Soil Environment and Soil Enzyme Activity Reduction under Tomato Continuous Cropping

JIANG Li，LIN Xiuxiang，ZHANG Tianxiang，ZHENG Tao，NIU Xianqian*

（Fujian Institute of Tropical Crops，Zhangzhou，F(xiàn)ujian 363001，China）

Abstract： Continuous cropping obstacle restricts tomato intensive production in China. An experiment was carried out to explore the suitable cultivation mode for tomato continuous cropping. Using grafted seedlings （‘Hobby’/‘Mercedes’） and seedlings‘Mercedes’as test materials，the effect of grafting on soil environmental degradation under the obstacle of tomato continuous cropping was studied by detecting and analyzing rhizosphere soil nutrients，soil enzyme activity indicators and occurrence of soil-borne diseases under continuous cropping for 3 years. The results showed that the incidence of bacterial wilt disease in grafted seedlings was significantly lower than that in seedlings under continuous cropping for 3 years，indicating that grafted seedlings can significantly reduce the incidence of soil-borne diseases compared with seedlings;grafting is beneficial to alleviate the increase of alkali-hydrolyzed nitrogen content in tomato rhizosphere soil and the soil acidification caused by continuous cropping;while grafting can help to alleviate the decline of polyphenol oxidase activity，urease activity and sucrase activity in tomato rhizosphere soil;grafted seedlings has no significant effect on soil organic matter content，while seedlings can significantly reduce soil organic matter content after 1 year of continuous cropping;the effect of grafting on the contents of available potassium and available phosphorus in tomato has no obvious regularity. In conclusion，grafting can positively improve the chemical properties and enzyme activities of tomato rhizosphere soil.

Key words：Tomato grafting;soil-borne diseases;soil environment;soil enzyme activity

番茄（Solanum lycopersicum）又名西紅柿，原產(chǎn)南美洲的秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞等國(guó)。番茄是我國(guó)栽培面積最大的蔬菜之一[1]，是最重要的設(shè)施大棚蔬菜[2]，也是世界第二大蔬菜消費(fèi)品[3]。番茄生產(chǎn)是農(nóng)民增收致富和出口創(chuàng)匯的重要途徑[4]，作為種植面積最大的蔬菜種類之一，番茄連作使相關(guān)的土壤障礙問題日益突出，如土壤酸化和鹽漬化、土壤養(yǎng)分失衡、土傳病害頻發(fā)等[5， 6]。根際是植物和土壤之間的橋梁，能夠靈敏地反饋植物和土壤的健康狀況，并同時(shí)影響土壤和植物的健康[7]。隨著連作年數(shù)增長(zhǎng)，植物根際生態(tài)環(huán)境惡化，根系活力下降，蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育不良，同時(shí)土壤病蟲基數(shù)增加，危害加劇，蔬菜產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)大幅度下降[8]。連作障礙已成為我國(guó)番茄集約化生產(chǎn)的瓶頸[9， 10]。嫁接是一種預(yù)防土傳病害、提高植株抗逆性的重要栽培手段[11]，因此，擬研究以抗病品種‘愛好’為砧木，感病品種‘梅賽德斯’為接穗組合嫁接苗（‘愛好’/‘梅賽德斯’）與實(shí)生苗‘梅賽德斯’為試材，通過比較不同連作時(shí)間下根際土壤養(yǎng)分和土壤酶活性等各個(gè)指標(biāo)，結(jié)合土傳病害發(fā)生情況，分析嫁接對(duì)番茄連作障礙下土壤環(huán)境消減的影響，探討嫁接對(duì)番茄連作障礙的消減機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在位于福建省云霄縣東廈鎮(zhèn)漳江口出?？诘脑葡黾阎迧u番茄基地進(jìn)行。選擇相鄰大棚具有同樣土壤基礎(chǔ)性質(zhì)，具有相同輪作歷史（哈密瓜-番茄-水稻）的塑料大棚地塊，每667 m2面積施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥1000 kg，氮磷鉀復(fù)合肥80 kg，撒施于地面，深翻耙平后做成寬高畦，畦面溝寬1.1～1.2 m，畦高25～30 cm。于2015年開始采用番茄連作種植模式，連作3年，于每年9月中下旬定植至次年3月采收結(jié)束。

以易感青枯病番茄品種‘梅賽德斯’實(shí)生苗（‘梅賽德斯’）及以抗病品種‘愛好’為砧木，‘梅賽德斯’為接穗的嫁接苗（‘愛好’/‘梅賽德斯’）為種植品種。

1.2 方法

番茄種植密度為株行距40 cm×60 cm，按實(shí)生苗和嫁接苗不同處理分開種植，小區(qū)面積約為50 m2，每處理設(shè) 3 個(gè)小區(qū)。

1.2.1 番茄土傳病害調(diào)查

番茄土傳病害包括青枯病、枯萎病、莖基腐病等，其中青枯病由細(xì)菌青枯假單胞菌（Pseudomanas solanacearum Smith）侵染引起，本研究將以青枯病為代表概述土傳病害的發(fā)生情況。因此，種植期內(nèi)調(diào)查并記錄植株青枯?。ㄍ羵鞑『Γ┑陌l(fā)生情況，發(fā)病率（%）=受害株數(shù)/總株數(shù)×100。

1.2.2 土壤取樣

2015年9月，在預(yù)設(shè)處理小區(qū)內(nèi)采用5 點(diǎn)法，采集耕層 0～20 cm土壤，作為新地土壤樣品CK，番茄種植后，每年1月在處理小區(qū)內(nèi)隨機(jī)抽取植株30 株，采用抖根法獲得根際土壤，土壤樣品詳細(xì)信息見表1。土壤樣品采集后去除雜質(zhì)、混勻，置于室內(nèi)通風(fēng)陰干后，過80 目篩后保存于-80℃冰箱中，用于后續(xù)土壤環(huán)境和土壤酶活性的測(cè)定。試驗(yàn)3次重復(fù)。

1.2.3 土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定

堿解氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用K2Cr2O7-H2SO4消煮、FeSO4容量法測(cè)定[12];速效鉀和緩效磷的測(cè)定參考中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤標(biāo)準(zhǔn)[13]，速效鉀采用1mol·L-1的NH4OAc浸提，火焰光度計(jì)法測(cè)定;有效磷用0.5 mol·L-1的NaHCO3溶液浸提，用AutoAnaLyzer 3連續(xù)流動(dòng)分析儀（SeaLAnaLyticaLGmbh）檢測(cè)，鉬銻抗比色法測(cè)定;pH值采用土∶水=1∶2.5 浸提土壤，用pH計(jì)測(cè)定。

1.2.4 土壤酶活性測(cè)定

參考土壤與環(huán)境微生物研究法[14]，用鄰苯三酚比色法測(cè)定多酚氧化酶活性：稱取1g土于50mL容量瓶中，加10 mL1%鄰苯三酚溶液，充分振蕩混合均勻，30 ℃ 恒溫箱培養(yǎng)3 h;加入4 mL pH值4.5檸檬酸-磷酸鹽緩沖液，加入乙醚至刻度，充分振蕩，萃取30 min;吸取乙醚相液體在430 nm處比色。多酚氧化酶的活性，以3 h后1 g土壤中紫色沒食子素的毫克數(shù)表示。

采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定脲酶活性：用10 mL 尿素（10%），20 mL檸檬酸鹽緩沖液（1M，pH6.7）和1 mL甲苯處理土壤（2g）樣品，并在室溫下放置15 min。然后將樣品在37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。過濾溶液后將1mL濾液與20 mL蒸餾水、4 mL苯酚鈉和3 mL次氯酸鈉混合均勻。20 min后通過分光光度計(jì)在578 nm處測(cè)定 NH4+-N。脲酶活性以24 h釋放的每克土壤中的 NH4+-N 毫克數(shù)表示。

用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過氧化氫酶活性：稱取風(fēng)干土樣 2.00 g（過1 mm 土篩），置于 150 mL錐形瓶中，加入40 mL蒸餾水、0.3%的過氧化氫溶液5 mL，該液振蕩20 min 后立即加入3N硫酸 5 mL，過濾后吸取25 mL濾液至 100 mL 錐形瓶中，用0.1N高錳酸鉀溶液滴定，高錳酸鉀消耗量記為 B，空白消耗量為A。過氧化氫酶活性以20 min后高錳酸鉀消耗量表示，單位mL·g-1·min-1。

用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖酶活性：稱取1mm土篩土樣5.00g 到 50mL 錐形瓶?jī)?nèi)，加入8%的蔗糖溶液15mL、磷酸緩沖液5 mL、甲苯5滴?；靹蚍胖迷?7℃人工氣候箱內(nèi)培養(yǎng)24h。取出后在6000 rpm離心機(jī)離心10 min。吸取0.5 mL上清液于50 mL 離心管中，然后按繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線顯色方法進(jìn)行比色測(cè)定。（實(shí)驗(yàn)需作無土樣對(duì)照，每一土樣均做無基質(zhì)對(duì)照）蔗糖酶活性以 24 小時(shí)每克土壤葡萄糖表示，單位 mg·g-1·24h-1。標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=0.2359x+0.0031，R2= 0.9976。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并做圖，新復(fù)極差法統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 嫁接對(duì)番茄土傳病害發(fā)生的影響

對(duì)連作狀況下青枯病發(fā)病率的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表2?？梢姟焚惖滤埂瘜?shí)生苗連作2年比連作1年青枯病發(fā)生率增加了9.81%（差異極顯著），連作3年比連作1年青枯病發(fā)生率增加了32.13%;‘愛好’/‘梅賽德斯’嫁接苗連作2年比連作1年青枯病發(fā)生率僅增加了0.04%（無極顯著差異），而連作3年比連作1年青枯病發(fā)生率增加了13.84%（差異極顯著）。說明，隨連作時(shí)間的持續(xù)，嫁接番茄和實(shí)生番茄青枯病都會(huì)愈來愈嚴(yán)重。

‘愛好’/‘梅賽德斯’嫁接苗連作1年青枯病發(fā)病率為0.02%，‘梅賽德斯’實(shí)生苗為12.54%，相比降低了12.52%（差異極顯著）;連作3年條件下，嫁接苗青枯病發(fā)病率上升為13.86%，而實(shí)生苗高達(dá)為44.67%，相比降低了30.81%（差異極顯著）。說明，在持續(xù)連作條件下，嫁接苗較實(shí)生苗減少了青枯病發(fā)生。這與諸多研究提出的保護(hù)地重茬連作導(dǎo)致土傳病害發(fā)生頻繁的結(jié)論相同[7， 15-16]。

2.2 嫁接對(duì)番茄土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

連作會(huì)導(dǎo)致番茄實(shí)生苗‘梅賽德斯’根際土壤中堿解氮含量的增高，且堿解氮含量與連作時(shí)間呈正比，而嫁接則有利于緩解番茄土壤中堿解氮含量的升高（圖1-A）。同為連作3年地塊，實(shí)生苗‘梅賽德斯’的堿解氮含量上升到147.87 mg·kg-1，而嫁接苗‘愛好’/‘梅賽德斯’的含量?jī)H上升到98.22 mg·kg-1，相比增高了49.65 mg·kg-1，達(dá)到顯著水平（P <0.05）。

連作會(huì)導(dǎo)致番茄實(shí)生苗‘梅賽德斯’根際土壤有機(jī)質(zhì)含量的降低，且有機(jī)質(zhì)含量與連作時(shí)間呈反比，而嫁接苗對(duì)有機(jī)質(zhì)含量的影響相對(duì)不明顯（圖1-B）。連作條件下，番茄嫁接苗與實(shí)生苗在有機(jī)質(zhì)含量方面的差異表現(xiàn)，可能是嫁接苗與實(shí)生苗對(duì)養(yǎng)分利用不同，導(dǎo)致對(duì)有機(jī)質(zhì)的消耗少。

連作對(duì)番茄嫁接苗和實(shí)生苗的速效鉀、有效磷的含量具有一定影響，但無明顯規(guī)律性（圖1-C、圖1-D）。由圖1-D可見，連作對(duì)有效磷的含量的影響雖無明顯規(guī)律性，但隨連作時(shí)間的持續(xù)延長(zhǎng)，嫁接苗有效磷含量會(huì)逐步高于實(shí)生苗，連作3年后達(dá)到顯著水平。

連作對(duì)番茄根際土壤pH值的影響具有明顯規(guī)律性，表現(xiàn)為連作時(shí)間越長(zhǎng)土壤pH值下降越明顯（圖1-E）。連作3年地塊，實(shí)生苗的pH值下降了0.17，而嫁接苗的pH值僅下降了0.10，相比提高了0.07。說明，嫁接有利于緩解番茄連作導(dǎo)致的土壤酸化問題。

2.3 連作對(duì)土壤酶活性的影響

研究表明，導(dǎo)致植物連作障礙的化感物質(zhì)主要是酚酸類物質(zhì)，土壤中的多酚氧化酶直接影響酚酸的降解[17， 18]。連作會(huì)導(dǎo)致番茄實(shí)生苗土壤中多酚氧化酶活性的降低，且與連作時(shí)間呈反比，而嫁接番茄則有利于緩解這一指標(biāo)的下降（圖2-A）。尤其是連作3年地塊，實(shí)生苗‘梅賽德斯’的多酚氧化酶活性下降到45.89 mg·kg-1，而嫁接苗‘愛好’/‘梅賽德斯’僅下降到50.33 mg·kg-1，相比提高了9.68%，達(dá)到了顯著水平。

尿酶是一種能促進(jìn)有機(jī)氮水解的酶，能專一性地水解尿素，其在土壤中的活性增強(qiáng)能促進(jìn)土壤有機(jī)氮向有效態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。連作會(huì)導(dǎo)致番茄實(shí)生苗尿酶活性的降低，這與連作時(shí)間呈反比，而嫁接有利于緩解番茄根際土壤尿酶活性的下降（圖2-B）。連作條件下，嫁接苗尿酶活性變化較小，尤其是連作3年的地塊，相較而言，實(shí)生苗尿酶活性下降，達(dá)到了顯著水平。因此，嫁接能一定程度的緩解番茄根際土壤尿酶活性的下降，且這一作用隨連作時(shí)間的延長(zhǎng)而表現(xiàn)的更明顯。

過氧化氫酶能催化分解土壤中累積的過氧化氫，減輕過氧化氫對(duì)植物的毒害作用。連作對(duì)過氧化氫酶活性的影響變化呈現(xiàn)一定規(guī)律性，表現(xiàn)為先增高，之后隨連作時(shí)間的延長(zhǎng)反而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)（圖2-C）。連作3年中嫁接苗的過氧化氫酶活性表現(xiàn)為逐漸升高趨勢(shì)，而實(shí)生苗連作2年中表現(xiàn)為逐漸升高趨勢(shì)，在連作第3年其活性出現(xiàn)下降趨勢(shì)，且連作第3年嫁接苗過氧化氫酶活性超過實(shí)生苗，這可能與連作導(dǎo)致土壤狀況持續(xù)惡化有關(guān)。

蔗糖酶能促進(jìn)土壤中的蔗糖水解，其活性強(qiáng)弱可反映土壤熟化程度和肥力水平，對(duì)增加土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)起重要作用。連作條件下，明顯導(dǎo)致番茄實(shí)生苗蔗糖酶活性的降低，且與連作時(shí)間呈明顯遞減的規(guī)律性，而番茄嫁接苗明顯緩解了蔗糖酶活性的下降（圖2-D）。連作第1年，嫁接苗與實(shí)生苗的蔗糖酶活性無顯差異著，在連作第3年實(shí)生苗蔗糖酶活性下降到1.053，而嫁接苗僅下降到1.564，兩者差異顯著。說明，在連作條件下番茄嫁接苗在改善蔗糖酶活性方面具有積極作用。

3 討論

研究表明，土壤養(yǎng)分水平的波動(dòng)大多比其它類型的微生物敏感[19， 20]。土壤養(yǎng)分水平與微生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)及土傳病害和土壤健康狀況之間存在密切聯(lián)系[21]。土壤化學(xué)性質(zhì)是土壤養(yǎng)分水平的直接反映。本研究表明，番茄連作時(shí)間越長(zhǎng)土壤堿解氮含量越高;pH值則逐漸降低，這與大多數(shù)研究結(jié)果一致。這與長(zhǎng)期高強(qiáng)度種植單一作物，導(dǎo)致土壤元素被過度選擇吸收有關(guān)[22]，也與設(shè)施內(nèi)施肥量和蒸發(fā)量大，導(dǎo)致土壤中硝酸鹽累積及土壤表層的次生鹽漬化有關(guān)[23]。土壤養(yǎng)分水平失衡，直接影響土壤的健康狀況，而土壤健康狀況的一個(gè)重要反映是植物健康狀況，當(dāng)土壤生態(tài)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定和不健康狀態(tài)時(shí)會(huì)導(dǎo)致植物病害發(fā)生（特別是土傳病害）[24]。

有研究表明，嫁接處理可影響根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，使根際土壤微生物利用碳源的能力顯著增強(qiáng)，從而提高植物抗性[11]。本研究具有相似結(jié)論，顯示嫁接可以提高番茄對(duì)有機(jī)質(zhì)的利用率。

在根系環(huán)境中，根際微生物、土壤和根系分泌物形成一個(gè)根際微環(huán)境，根系分泌的物質(zhì)不同就會(huì)影響根際土壤微生物的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)以及群落多樣性[25]。而土壤微生物又參與土壤有機(jī)質(zhì)分解、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)等多種生化過程，成為維持土壤生物活性的重要組成部分。如果微生物種群結(jié)構(gòu)失衡就會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和土傳病害發(fā)生。因此，微生物活性和微生物群落結(jié)構(gòu)的變化成為土壤環(huán)境評(píng)價(jià)的重要生物學(xué)指標(biāo)[26]。土壤酶活性的劇烈變化是土壤微生物失衡的重要反映。本研究中土壤酶活性水平隨連作時(shí)間的延長(zhǎng)而表現(xiàn)出逐漸降低趨勢(shì)，這在多酚氧化酶、尿酶、蔗糖酶中都表現(xiàn)出明顯規(guī)律性。土壤酶活性降低，土壤微生物失衡，土壤根際環(huán)境惡化，導(dǎo)致了土傳病害加重。而嫁接可以改變番茄根際土壤微生物種群結(jié)構(gòu)，使其誘導(dǎo)產(chǎn)生拮抗菌，從而彌補(bǔ)連作造成的土壤微生物種群結(jié)構(gòu)失衡狀態(tài)[27]。一定程度上促進(jìn)了土壤生物活性的穩(wěn)定，消減土壤持續(xù)惡化程度，從而提高了植株株抗逆性，降低了土傳病害發(fā)生機(jī)率。這與李洪連等[28]研究具有相同結(jié)論。

番茄連作后土壤 pH 下降，而堿解氮含量升高，一方面因?yàn)殚L(zhǎng)期高強(qiáng)度單作從土壤中選擇性地吸收較多的堿基元素和中微量元素，導(dǎo)致土壤向酸化方向發(fā)展[29];另一方面，棚內(nèi)施肥量和蒸發(fā)量較大，導(dǎo)致土壤中硝酸鹽累積及土壤表層的次生鹽漬化[30]。主要是因?yàn)樵谠O(shè)施栽培條件下，連茬種植不僅導(dǎo)致根系淀積物中自毒物質(zhì)的積累，而且伴隨著根際土壤生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的破壞，如土壤中有益生物減少而有害病原物增多，抑制植株生長(zhǎng)并降低其抗性，促使根結(jié)線蟲等土傳病害發(fā)生[7]。

4 結(jié)論

連作會(huì)導(dǎo)致番茄根際土壤養(yǎng)分失衡，引起土壤酸化，進(jìn)而影響土壤微生物種群分布，導(dǎo)致土壤酶活性降低。而嫁接可以緩解番茄根際土壤堿解氮的降低和土壤酸化狀況，維持土壤酶活性。其作用機(jī)理，可能是通過調(diào)節(jié)根系次生物質(zhì)代謝，改善土壤中微生物活性和微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，來緩解連作造成的土壤養(yǎng)分失衡穩(wěn)定土壤環(huán)境。

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作者簡(jiǎn)介：江莉（1995-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)楣呱砼c生態(tài)，E-mail：18900296903@163.com。

*通信作者：牛先前，男（1981-），碩士，副研究員，研究方向?yàn)楣麡渖砩按紊镔|(zhì)代謝，E-mail：nxq828@126.com。

收稿日期：2022-01-14