‘貝達’葡萄根系腐解物對土壤酚類物質和速效養分的影響

李坤，周婷，郭修武*，李成祥，郭印山，劉鎮東

（沈陽農業大學園藝學院，遼寧沈陽 110866）

葡萄為世界四大水果之一。目前，我國已成為葡萄生產第一大國，但經過多年栽培后，許多葡萄園都會表現出嚴重連作障礙[1]。近年來，眾多研究者認為化感自毒作用是導致作物發生連作障礙的主要原因，土傳病害加劇，土壤理化性質惡化是連作障礙問題所帶來的次生危害[2-4]，并且研究表明化感作用的強弱與土壤類型密切相關。Inderjit等[5]研究發現，杉樹在砂壤土和粘土的化感抑制作用高于粉砂壤土和砂土；Eidarier等[6]研究表明：苜蓿種子在砂土、粘土和壤土中的化感抑制作用依次減弱；Blair等[7]研究表明：兒茶素的有效性與土壤類型有關；Viator等[8]研究表明：甘蔗在粘土中的化感抑制作用小于砂土。可見，土壤因子是影響化感作用效應的重要因子。

目前，國內外關于葡萄連作障礙的研究主要集中在化感自毒物質的分離鑒定、自毒物質與土壤微生物之間的互作效應方面，而關于葡萄連作障礙與土壤因子之間的相互關系研究還尚屬空白。因此，本試驗以兩種類型土壤（砂質土和壤質土）為研究對象，以‘貝達’葡萄扦插苗為試材，外源添加根系腐解物模擬連作效應，解析葡萄連作效應與土壤因子之間的相關性，以期闡明影響葡萄連作效應的土壤因子，為揭示葡萄連作障礙的形成機理提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為葡萄品種‘貝達’（V.riparia×V.labruscaBeta）扦插苗，供試土壤為遼寧省大連、熊岳地區未栽種過葡萄的土壤，取土深度為5～15 cm，各取樣地區土壤基本情況如表1。

表1 兩種類型土壤理化性質情況Table 1 Soil physical and chemical characteristics of two types of soils

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 試驗設計

試驗于2015年5—8月于沈陽農業大學葡萄試驗園進行。2015年5月5日，將催根后的‘貝達’葡萄莖段定植于裝有兩種類型土壤的營養袋中（口徑10 cm），營養袋中分別裝有1500 g土壤，每種土壤種植100袋。定植3個月后，將兩種類型土壤中，長勢一致的‘貝達’葡萄扦插苗從營養袋移入紫砂盆中，每種土壤選取20盆并每盆補土500 g，留單蔓，避雨栽培，常規管理。2015年8月13日，將‘貝達’葡萄根系腐解液，按30 μg/g、60 μg/g、140 μg/g施入到兩種土壤中，每盆施入500 mL，施入后10 d測定植株生長及土壤理化性質指標。

1.2.2 根系腐解物的制備

將‘貝達’根磨碎，按蒸餾水∶土∶根=5∶1∶1加入到塑料桶中，桶上覆蓋有小孔的塑料薄膜，放入恒溫培養箱中保持37 ℃，每5 d攪拌一次，20 d后過濾，濾液置于4 ℃下備用[9]。

1.2.3 根際土的收集

將植株從盆里輕輕拿出，小心去掉外層的土壤，輕輕抖落緊貼根部的土壤，即為根際土，將土壤于自然條件下風干，混勻后過20目篩，室溫保存。

1.3 指標測定

1.3.1 植株生理指標的測定

采用稱重法測定植株地上、地下的鮮重；將植株地上部與地下部于100 ℃烘干至恒重，用天平測定的重量即為地上、地下干重。

1.3.2 土壤酚類化合物測定

水溶性酚的測定：酚酸含量用Folin試劑比色法測定。稱取25.00 g風干土樣于100 mL三角瓶中，于150 r/min搖30 min，取出過濾，待用。吸取2 mL上述水解液于大試管中，加入福林試劑1 mL，1 mol/L NaCO35 mL。混勻后置于37 ℃恒溫箱中，保溫1 h后在波長770 nm處比色，標準曲線是以對羥基苯甲酸為標準溶液得到，測定其吸光值。由標準曲線得出其含酚量。

1.3.3 復合態酚的測定

表2 卡慶斯基土壤質地分類（1965）Table 2 Kachinsky soil texture classi fi cation（1965）

稱取過40目的風干土樣0.5 g于100 mL三角瓶中，加入1 mol/L NaOH浸提劑25 mL，在150 r/min下振蕩30 min，靜置，過濾至大試管中，濾液為待測液。取待測液2 mL于大試管中，加0.25 mL 4 mol/L H2SO4溶液，然后加入Folin試劑1 mL，再加入1mol/L NaCO3溶液5mL，搖勻，置于37 ℃溫箱中保溫60 min，使其充分顯色，在770 nm處比色。

1.3.4 總酚的測定

稱取5 g風干土過篩土壤樣品于50 mL三角瓶中，加入0.25 mol/L H2SO410 mL，于100 ℃水解2 h，然后定容至50 mL取出過濾，備用。吸取2 mL上述水解液于試管中，加入福林試劑1mL，1 mol/L NaCO3溶液5 mL，混勻后置于37 ℃恒溫箱中保溫1 h。取出，在波長770 nm處比色，以不加樣品為對照，測定其吸光值。由標準曲線查出酚含量。

1.3.5 土壤質地的測定

采用卡慶斯基分類法進行土壤質地測定（表2）。稱取過10目的風干土樣30.00 g（精確到0.01 g）置于500 mL三角瓶中，加入0.5 mol/L NaOH溶液40 mL，再加入蒸餾水160 mL，搖勻后靜置2 h，并每隔15 min搖動一次，然后放到電熱板上加熱煮沸，保持沸騰1 h，冷卻，先用溫度計測定溫度，然后用攪拌棒上下均勻攪拌懸液（上下各30次），攪拌停止后立即取出攪拌棒，靜置，放入比重計，找到此時溫度對應的讀數時間，然后測得＜0.01 mm粒級的比重計讀數。

1.4 數據分析

采用化感效應指數（R I）分析生理指標，即（T≥C）RI=1﹣C/T；（T＜C）RI=T/C﹣1。T代表處理值，C代表對照值；RI為正值表現促進，RI為負值表現抑制。

數據用Excel 2007做表，SPSS 22進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 大連和熊岳葡萄產區土壤砂粒含量

由表3可知，土壤中砂粒含量熊岳土壤高于大連土壤，熊岳土壤質地為輕壤土，大連為松砂土。

2.2 葡萄根系腐解物對土壤速效養分的影響

由圖1可知，添加腐解物后，處理濃度為30 μg/g時，砂質土壤堿解氮含量與對照差異不顯著，其他處理濃度均顯著低于對照，處理濃度為140 μg/g時，堿解氮含量最低，為18.35 mg/kg；壤質土所有處理濃度中，土壤中堿解氮的含量均高于對照。添加腐解物后，砂質土和壤質土中堿解氮含量變化趨勢相反。

由圖2可知添加腐解物后，砂質土和壤質土中所有濃度處理下土壤速效磷含量與對照均沒有顯著差異。

由圖3可知，添加腐解物后，砂質土中所有處理濃度下速效鉀含量均高于對照，濃度為140 μg/g時，壤質土中速效鉀的含量明顯高于對照，其他處理濃度與對照差異不顯著。相同濃度的腐解物對砂質土和壤質土地區速效鉀含量影響不同。

表3 不同葡萄產區土壤粘粒含量Table 3 The clay content of different grape-producing regions

圖1 添加腐解物后砂質土和壤質土中堿解氮含量的變化

圖2 添加腐解物后砂質土和壤質土中速效磷含量的變化Figure 2 Changes of available phosphorus content in sandy and loamy soils after addition of decomposable substances

圖3 添加腐解物后砂質土和壤質土中速效鉀含量的變化Figure 3 Changes of available potassium content in sandy and loamy soils after addition of decomposable substances

2.3 葡萄根系腐解物對土壤酚類物質的影響

由圖4可知，添加腐解物后，砂質土在處理濃度為140 μg/g時，土壤總酚含量與對照差異不顯著，其他處理濃度均顯著低于對照；壤質土濃度為140 μg/g時，總酚含量顯著高于對照，其他處理濃度與對照差異不顯著。

由圖5可知，添加腐解物后，砂質土和壤質土中復合態酚含量呈動態變化。砂質土在30 μg/g濃度處理時，復合態酚含量顯著高于對照，其他處理與對照差異不顯著；壤質土中，隨著處理濃度的增加，復合態酚含量逐漸降低，在處理濃度為60 μg/g時，復合態酚含量與對照差異不顯著，而30 μg/g處理顯著高于對照，140 μg/g處理顯著低于對照。

由圖6可知，砂質土中所有濃度處理水溶性酚含量顯著低于對照，在處理濃度為60 μg/g時，土壤中水溶性酚含量最低為12.71 μg/g；處理濃度為140 μg/g時，壤質土中水溶性酚含量顯著高于對照，含量為28.93 μg/g，其他處理濃度與對照差異不顯著。

圖4 添加腐解物對砂質土和壤質土中總酚含量的影響Figure 4 Effects of adding decomposable substances on totle phenol content in sandy and loamy soil

圖5 添加腐解物對砂質土和壤質土中復合態酚含量的影響Figure 5 Effects of adding decomposable substances on compound phenol content in sandy and loamy soil

2.4 添加根系腐解物對‘貝達’植株長勢的影響

由表4可知，在砂質土壤中，處理濃度為30 μg/g時，‘貝達’葡萄地上干重與對照差異不顯著，其他處理均顯著低于對照；地下干重在所有處理濃度均顯著低于對照。在壤質土中，處理濃度為30 μg/g時，‘貝達’長勢顯著高于對照，其他處理濃度與對照差異不顯著。

圖6 腐解物對砂質土和壤質土中水溶性酚含量的影響Figure 6 Effects of adding decomposable substances on water soluble phenol content in sandy and loamy soil

由圖7可知，在砂質土壤中，添加腐解物后‘貝達’的長勢具有明顯的化感抑制作用，且隨著處理濃度的增加，化感抑制效應增加，且對地下的抑制作用明顯強于地上，在140 μg/g濃度處理時，化感抑制作用明顯增強。

由圖8可知，在壤質土中添加腐解物對‘貝達’的長勢有明顯的化感促進作用，但隨著處理濃度的增加，促進作用逐漸減弱，140 μg/g化感促進作用明顯減弱。

3 討論與結論

有研究表明，土壤中酚類物質的含量與土壤質地有關。如孫海兵等[10]研究環渤海灣地區蘋果連作土壤中的酚酸發現，不同地區、不同土層厚度間的果園土壤中酚酸在成分和含量上均具有顯著差異。Inderjit等[5]研究發現，酚類物質在不同土壤中具有不同的緩沖作用，其積累量與土壤性質有關。通過研究湖北省不同作物土壤發現，各地土壤酚類物質含量與土壤質地和土壤pH有關，還與土壤中砂含量呈負線性關系[11]，這與本試驗結果相似。本試驗研究發現，壤質土中總酚和復合態酚含量高于砂質土壤，并且添加根系腐解物后，砂質土中的水溶性酚酸含量呈下降趨勢，而壤土中水溶性酚酸含量呈升高趨勢，這可能是因為砂質土顆粒較大，土壤顆粒的間隙也較大有關。在砂質土壤中酚類物質易隨著灌溉、雨水等作用流失，而粘土顆粒較小，土壤顆粒的間隙也較小，壤土具有較強的吸附作用，導致壤土中酚類物質含量高于砂質土壤。本研究還發現，雖然砂質土壤（大連）中酚類物質含量較少，卻對‘貝達’葡萄長勢出現了明顯的抑制作用，而壤質土（熊岳）中酚類物質含量高，卻沒有對‘貝達’葡萄的長勢出現抑制現象。這與Kaur等[12]研究結果相似，其結果表明：外來入侵物種牧豆樹在印度不同地區表現出的化感作用是不同的，在砂質土壤中的化感作用要明顯強于砂壤土。Einhelling[13]研究發現[13]，土壤中酚酸含量高并不一定會產生化感抑制作用，可能是酚酸含量低于抑制作用的起始濃度，即酚酸對作物的化感抑制作用存在一個閾值，而在不同質地土壤中這種閾值也存在較大差異。

表4 添加腐解物后‘貝達’葡萄在砂質土和壤質土中生長情況Table 4 Growth of "Beta " grape seedlings in sandy and loamy soils after adding decomposition

圖7 添加腐解物對砂質土壤中‘貝達’植株長勢的化感效應Figure 7 Allelopathic effects of adding decomposition on the growth of "Beta " grape seedlings in sandy soil

圖8 添加腐解物對壤質土中‘貝達’植株長勢的化感效應Figure 8 Allelopathic effects of adding decomposition on the growth of "Beta " grape seedlings in loamy soil

土壤中養分的含量會因為化感物質進入土壤而發生改變。酚類物質會影響土壤養分含量的變化，進而影響植株的生長。杜家方等[14]研究地黃在不同間隔年限的土壤中的生長情況，推斷出可能是由于酚酸物質使土壤養分結構發生改變，從而導致地黃長勢出現差異。王華田等[15]構建了連作楊樹人工林生產力衰退機理模型，指出酚酸累積和土壤氮素有效性的耦合作用可能是導致楊樹人工林生產力下降的重要原因。呂衛光等[16]研究發現，添加外源苯丙烯酸和對羥基苯甲酸對土壤養分有一定影響，苯丙烯酸導致土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量降低，兩種酚酸混合物還導致了有機質含量的降低。以上研究均表明，土壤養分與土壤酚類物質存在著一定關系。Inderjit等[17]研究發現：酚類物質會影響土壤微生物的活性，導致土壤養分發生改變。

本研究中發現酚類物質對不同質地土壤養分含量的影響存在差異。在砂質土壤中，酚類物質能夠降低根際土壤中堿解氮含量，增加速效鉀含量；在壤質土壤中，酚類物質能夠增加根際土壤中堿解氮含量，適度增加速效鉀含量。而土壤中氮元素是十分重要的指標，其對酚類物質的轉化和作物生長有著重要的意義。外源酚類物質在壤質土壤中沒有表現出化感抑制效應，可能與其增加了土壤堿解氮含量密切相關。