花生植株和土壤水浸液對(duì)木薯幼苗生長(zhǎng)及土壤生物學(xué)特性的影響

李益 劉子凡 劉治 黃潔 魏云霞 符厚隆

（1. 臨高縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 海南臨高 571800；2. 海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院 海南海口 570228；3. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所 海南儋州 571101）

化感作用是指植物通過(guò)莖葉淋溶、殘株腐解、根系分泌或揮發(fā)等途徑向環(huán)境分泌某些化學(xué)物質(zhì)，對(duì)周圍其他植物或自身產(chǎn)生有利或不利影響的效應(yīng)[1]。花生植株內(nèi)存在化感物質(zhì)[2]，經(jīng)鑒定發(fā)現(xiàn)，其成分主要為脂肪酸類物質(zhì)、酚酸類物質(zhì)、酮類物質(zhì)、醛類物質(zhì)及醇類物質(zhì)等[3-4]。土壤是植物間相互產(chǎn)生化感作用的媒介。化感物質(zhì)經(jīng)分解釋放到土壤后，再經(jīng)一系列滯留、轉(zhuǎn)化、遷移等途徑逐漸富集，通過(guò)土壤微生物活動(dòng)和群落結(jié)構(gòu)來(lái)改變土壤環(huán)境[5]，影響受體植物的生長(zhǎng)和發(fā)育[6-8]。

花生植株矮小，生育期短，需肥水較少，且為豆科作物，故成為了木薯間作的首選作物。前人分別從光合與干物質(zhì)積累特性[9]、養(yǎng)分吸收利用[10]、地下部根系間互作[11]等角度分析了木薯-花生間作模式的合理性，但其是否與花生器官中化感物質(zhì)對(duì)木薯產(chǎn)生的促進(jìn)效應(yīng)有關(guān)，目前尚未明確。水浸提法為研究化感作用的有效方法[12]。不同器官的代謝方式存在差異，所含有的代謝次生物種類、含量及其對(duì)同一受體植物的化感作用會(huì)有所不同[2,13]。本研究以木薯為試驗(yàn)材料，用花生各器官浸提液及土壤浸提液處理盆栽木薯幼苗，分析花生化感物質(zhì)進(jìn)入土壤后對(duì)木薯生長(zhǎng)及土壤生物學(xué)特性的影響，為推廣木薯－花生間作模式提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試材

木薯選用華南8 號(hào)（SC8），由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所（簡(jiǎn)稱品資所）提供?；ㄉx用湛油75 號(hào)，由廣東省湛江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

盆栽試驗(yàn)用土取自海南大學(xué)農(nóng)科基地未種植過(guò)木薯的0～20 cm 土層土壤，清除粗枝、石子等，過(guò)2 遍2 cm 篩。土壤的理化性質(zhì)為pH 4.22，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為17.70、11.73、13.25、62.22 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 花生器官水浸液的獲取用于提取水浸液的花生來(lái)自品資所試驗(yàn)基地。于花針期從凈作區(qū)采集花生整株，先用水清洗植株上及根系上粘附的灰塵，按根、莖和葉（含葉片和葉柄）分開(kāi)，用去離子水洗凈后風(fēng)干，于4℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

為了保證水浸液不變質(zhì)，于澆灌前一天制備。稱取風(fēng)干的根、莖、葉40 g，粉碎、過(guò)2 mm 篩，于1 L（22℃）蒸餾水中封口浸泡48 h，獲得水浸液原液，稀釋一倍得濃度為20 g/L 的根、莖、葉水浸液，分別用GE、JE 和YE 表示。

1.2.2 土壤水浸液的制備于澆灌前一天制備，具體參照文獻(xiàn)[14]。于花針期時(shí)取凈作區(qū)花生根際土壤，采樣時(shí)利用內(nèi)徑2 cm 土鉆，采集0～20 cm根區(qū)土壤，重復(fù)間多點(diǎn)采取土樣并混合，風(fēng)干研磨，過(guò)40 目網(wǎng)篩；取80 g，加入2 L 蒸餾水，25℃振蕩60 min（轉(zhuǎn)速40 r/min），用4 層濾紙過(guò)濾，獲得土壤水浸液母液，稀釋1 倍得濃度為20 g/L 土壤水浸液，用TE 表示。

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)盆栽試驗(yàn)于2021 年4—7 月在海南大學(xué)海甸校區(qū)農(nóng)科基地進(jìn)行。培養(yǎng)盆直徑25 cm，盆深20 cm。取試驗(yàn)用土，混勻，裝盆；取沙育苗床中培育30 d 的出苗一致的木薯幼苗移至盆中，每盆2 株，澆定根水，種植過(guò)程不施加任何肥料；移栽后7 d，按每7 d 2 000 mL 的量澆灌GE、JE、YE、TE，以清水為對(duì)照（CK），各處理澆灌10 盆，共澆灌4 次；植后40 d（最后一次澆灌后5 d），從盆中移出木薯幼苗，采用空氣振蕩的方法采集根區(qū)土壤，分為2 份，一份用于測(cè)定土壤微生物群落；一份于陰涼干燥處風(fēng)干，研磨過(guò)2 mm 篩，置于4℃冰箱，用于土壤酶活性的測(cè)定。

1.2.4 指標(biāo)測(cè)定

1.2.4.1 生物量將倒出的木薯洗凈，并用濾紙吸去表面水分，用剪刀從根部剪開(kāi)，稱量地上部分和地下部分鮮重；分別置于105℃殺青30 min，以80℃烘干至恒重，稱取地上和地下部分干重。

1.2.4.2 酶活性過(guò)氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測(cè)定，以單位質(zhì)量的土消耗 0.1 mol/L KMnO4的體積表示，單位為mL/（g·d）；脲酶活性采用苯酚鈉次氯酸鈉比色法測(cè)定，結(jié)果以每100 g 土含所NH4+-N 毫克數(shù)表示，單位為mg/g；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，參照試劑盒測(cè)定。

1.2.4.3 可培養(yǎng)微生物數(shù)量稱取新鮮樣品2 g，制備成不同濃度的懸浮液。將真菌接種于孟加拉紅培養(yǎng)基，放線菌接種于改良高氏1 號(hào)培養(yǎng)基，細(xì)菌接種于牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基。真菌在25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5～7 d，放線菌在28℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7～10 d，細(xì)菌在28℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 d，觀察菌落數(shù)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理用DPS 9.50 軟件進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水浸液處理對(duì)木薯生物量的影響

由表1 可知，經(jīng)JE、YE 和TE 處理后，地上部鮮重均顯著高于對(duì)照處理，較對(duì)照分別提高35.97%、50.80%和92.23%，但GE 與對(duì)照處理的地上部鮮重?zé)o顯著差異。GE、JE 與對(duì)照處理的地上部干重?zé)o顯著差異，YE 和TE 處理后的地上部干重均顯著高于對(duì)照處理，分別提高了8.97%和38.00%。經(jīng)GE、JE、YE 和TE 處理后，地下部鮮重與干重均顯著高于對(duì)照處理，其中地下部鮮重較對(duì)照分別提高120.36%、107.71%、117.27%和 72.26%，地下部干重較對(duì)照分別提高了149.46%、104.36%、127.91%和73.09%。

表1 水浸液處理對(duì)木薯生物量的影響 單位：g/株

2.2 水浸液處理對(duì)木薯土壤可培養(yǎng)微生物的影響

土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)分解和營(yíng)養(yǎng)元素礦化的執(zhí)行者，是植物營(yíng)養(yǎng)元素的活性庫(kù)，土壤微生物總數(shù)量的多少與土壤肥力存在正相關(guān)關(guān)系[14]。從表2 可知，GE、JE、TE 與對(duì)照處理的土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和微生物總量無(wú)明顯差異，YE 處理后的可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和微生物總量均顯著高于對(duì)照；GE、JE、TE、YE 處理后的土壤可培養(yǎng)真菌和放線菌數(shù)量均顯著高于對(duì)照，其中真菌較對(duì)照分別提高了18.00%、23.00%、32.00%和24.00%，放線菌較對(duì)照分別提高了 26.67%、30.67%、44.00%和76.00%。

表2 水浸液處理對(duì)木薯土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

2.3 水浸液處理對(duì)木薯土壤酶活性的影響

從表3 可知，經(jīng)GE、JE、TE、TE 處理后，土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、酸性磷酸酶活性均顯著高于對(duì)照，其中土壤脲酶活性較對(duì)照分別提高了12.84%、25.68%、33.88%和13.43%，土壤過(guò)氧化氫酶活性較對(duì)照分別提高了23.68%、47.95%、53.22%和73.39%，酸性磷酸酶活性較對(duì)照分別提高了14.51%、24.60%、67.62%和43.97%。

表3 水浸液處理對(duì)木薯土壤酶活性的影響單位：mg/(g·h)

2.4 水浸液處理的土壤酶活性與微生物數(shù)量的相關(guān)關(guān)系

土壤細(xì)菌、真菌、放線菌等是土壤生態(tài)過(guò)程中土壤酶活性的重要來(lái)源之一，特定的土壤酶活性與微生物類群密切相關(guān)。土壤酶活性與微生物數(shù)量的雙變量相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量與酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性呈顯著或極顯著的正相關(guān)；可培養(yǎng)真菌數(shù)量與酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶和脲酶活性呈極顯著的正相關(guān)；可培養(yǎng)放線菌與酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性呈極顯著的正相關(guān)；可培養(yǎng)微生物總量與酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性呈極顯著或顯著的正相關(guān)（表4）。說(shuō)明同種微生物對(duì)不同土壤酶活性的影響不同，不同種類的微生物對(duì)同種土壤酶活性的影響也不同。

表4 水浸液處理的土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性的相關(guān)關(guān)系

2.5 土壤酶活性、微生物數(shù)量與木薯生物量的相關(guān)關(guān)系

從表5 可知，可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和微生物總量與木薯地上、地下部的鮮重、干重均無(wú)顯著相關(guān)；可培養(yǎng)真菌數(shù)量與地上部和地下部鮮重及地下部干重呈顯著的正相關(guān)；可培養(yǎng)放線菌數(shù)量與地上部鮮重和干重呈極顯著或顯著的正相關(guān)，與地下部鮮重與干重?zé)o明顯相關(guān)性；土壤酸性磷酸酶活性與地上部鮮重呈極顯著正相關(guān)；過(guò)氧化氫酶活性與地上部干重呈顯著正相關(guān)；脲酶活性與地下部鮮重和干重呈極顯著或顯著正相關(guān)。

表5 微生物數(shù)量、土壤酶活性與木薯生物量的相關(guān)關(guān)系

3 討論與結(jié)論

土壤微生物包括細(xì)菌、放線菌和真菌三大主要類群，均是土壤物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中的重要成員，在土壤肥力變化、動(dòng)植物殘?bào)w的降解等方面發(fā)揮重要作用[15]。三大主要類群中的任何一種數(shù)量和類別發(fā)生變化，都會(huì)影響土壤的生物活性水平。本研究發(fā)現(xiàn)，根、莖、土壤水浸液與對(duì)照處理的土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和微生物總量無(wú)明顯差異，葉片水浸液處理后的土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和微生物總量顯著高于對(duì)照，說(shuō)明花生不同器官中的次生代謝產(chǎn)物及其在土壤中轉(zhuǎn)化而成的物質(zhì)種類和相對(duì)含量存在差異。對(duì)于某些微生物來(lái)說(shuō)，土壤是一個(gè)能源比較缺乏的生長(zhǎng)介質(zhì)[16]，花生葉片水浸液能提高土壤細(xì)菌數(shù)量，說(shuō)明葉片浸提液中存在能被土壤細(xì)菌吸收利用的額外能源物質(zhì)，土壤細(xì)菌數(shù)量的增加又有利于土壤地力狀況的改良。

土壤酶是一種生物催化劑，為各種生化過(guò)程提供動(dòng)力，其活性高低與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力的強(qiáng)弱有著密切聯(lián)系，是維持土壤肥力的一個(gè)潛在指標(biāo)[17]。脲酶是土壤氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶[18]，脲酶活性強(qiáng)弱可以反映土壤無(wú)機(jī)氮的供應(yīng)能力。過(guò)氧化氫酶能破壞土壤中一系列生化反應(yīng)生成的過(guò)氧化氫，減輕過(guò)氧化氫對(duì)植物體的傷害[19]。本研究表明，經(jīng)花生各器官水浸液和土壤水浸液處理后，木薯土壤脲酶和過(guò)氧化氫活性均有不同程度的提高，說(shuō)明上述水浸液處理能提高木薯植株對(duì)土壤氮素的吸收和加速過(guò)氧化氫的破壞，提高了木薯的抗逆能力。

本研究發(fā)現(xiàn)，花生器官及土壤水浸液可在一定程度上影響土壤酶活性和微生物數(shù)量。酚酸類物質(zhì)能提高土壤微生物的活性[20]，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)[21]?；ㄉH土壤中含有較豐富的酚酸物質(zhì)[14]，酚類化感物質(zhì)可以和陰離子競(jìng)爭(zhēng)，與土壤中的營(yíng)養(yǎng)離子（如Al3+、Fe2+、Mn2+）和有機(jī)氮構(gòu)成復(fù)合物，還可以與磷結(jié)合，增加磷的供給[21]。土壤中的磷酸酶能夠促進(jìn)有機(jī)磷化合物分解產(chǎn)生磷元素，為植物生長(zhǎng)過(guò)程提供足夠的有效磷[19]。酚酸會(huì)抑制土壤脲酶的活性[22]。因此可認(rèn)為，水浸液對(duì)土壤酶活性和微生物數(shù)量的影響與其含有酚類化感物質(zhì)有關(guān)。

幼苗生長(zhǎng)狀況是衡量化感效應(yīng)最靈敏的指標(biāo)[23]，常用幼苗總干質(zhì)量來(lái)反映[24]。鮮質(zhì)量是從植物體內(nèi)水分喪失的層面反映化感物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程中水分狀況的影響，干質(zhì)量則反映化感物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)中干物質(zhì)積累的影響[25]。土壤微生物數(shù)量的變化在一定程度上反映土壤有機(jī)質(zhì)的礦化速度及各種養(yǎng)分的存在狀態(tài)，直接影響土壤養(yǎng)分的有效性和肥力狀況[26]。在自然狀態(tài)下，木薯幼苗生長(zhǎng)受到多種因素影響，特別是土壤和土壤微生物的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，葉和土壤水浸液對(duì)木薯生物量的影響最為明顯，土壤微生物數(shù)量、酶活性與木薯生物量呈一定的正相關(guān)關(guān)系。土壤酶主要是微生物繁殖過(guò)程中向土壤分泌和釋放的酶[17]，花生生長(zhǎng)過(guò)程的枯落物主要是葉片。因此，可以認(rèn)為，花生植株主要通過(guò)淋溶等方式將化感物質(zhì)帶入土壤，直接或間接改變微生物數(shù)量和土壤酶活性，進(jìn)而促進(jìn)木薯幼苗干物質(zhì)的積累。