殼聚糖對蘋果幼樹根區土壤養分活化及其養分吸收的影響

曹琪，孟姝婷，桑金盛，李昊，宋書婷，范偉國，楊洪強

（山東農業大學園藝科學與工程學院／作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018）

殼聚糖（chitosan）又名幾丁聚糖、殼多糖等，是甲殼素降解的產物，是唯一的堿性多糖，具有促進種子萌發、促進植物生長發育、誘導抗病性等多種作用，因此在農業生產中常作為植物生長調節劑使用。殼聚糖含有豐富的碳和氮，被微生物分解利用后可作為植物養分［1］，同時可以充分活化根際狀態，溶解養分分子，迅速形成土壤溶液，使氮、磷、鉀等養分能被植物充分有效地吸收［2］。前人在研究殼聚糖調控植物營養吸收的過程中發現，施用殼聚糖的土壤中，氮、磷、鉀含量顯著增加［3］；殼聚糖能夠促進微生物快速繁殖，土壤礦質氮大量增加［4］；在溫室和大田條件下，低分子量殼聚糖能夠增加咖啡樹苗的礦質營養吸收［5］；蘿卜等蔬菜在殼聚糖處理下對氮、磷、鉀的吸收顯著增加［6，7］。

植物對養分的吸收作用常受到土壤養分有效性和根系吸收動力的影響。土壤養分的有效性與土壤酶密切相關。土壤酶是土壤肥力和土壤生物活性的重要組成［8］，它們能將土壤中的營養轉化成被植物有效吸收利用的形式［9］，推動土壤有機質的分解和養分的循環轉化［10］。植物根系能夠分泌多種轉化酶，這些酶活性的增強有利于提高根系對土壤中養分的主動獲取能力。目前，殼聚糖在調控植物營養吸收的研究中，對土壤養分活化和多年生果樹養分吸收影響的研究鮮有報道。本試驗以蘋果幼樹為材料，研究施用殼聚糖對土壤養分活化和蘋果幼樹養分吸收的影響，以期為殼聚糖的合理施用提供參考。

1 材料與方法

試驗于2019—2020年在山東農業大學園藝實驗站進行。

1.1 材料

試驗用1年生紅富士／平邑甜茶（‘Red Fuji’／Malus hupehensis（Pamp）Rehd.var pinyiensis Jiang）幼樹，莖粗（1.25±0.5）cm，株高定于70 cm。盆栽土為棕壤，pH 值7.1，有機質含量1.9%、堿 解 氮45.07 mg／kg、速 效 磷100.12mg／kg、速效鉀74.36 mg／kg。花盆上口直徑28 cm，高35 cm，裝干土12 kg。2019年3月中旬將植株定植于盆中，每盆1株。幼樹進行統一日常管理。

試驗用殼聚糖為AR級，純度≥90.0%。

1.2 試驗設計

于2019年5月23日對幼樹進行殼聚糖土施處理。設置6個處理濃度，分別為0、5、10、15、25、40 mg／kg。先將殼聚糖溶于600 mL去離子水中，然后按照處理濃度分別澆灌，對照澆灌600 mL去離子水。4盆為一個小區，每處理重復3次。試驗期間所有處理管理一致。土施殼聚糖處理后第2、5、12個月取樣測定相關指標。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤養分測定 參照鮑士旦［11］的方法，用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量，鉬藍比色法測定有效磷含量，火焰光度法測定速效鉀含量。

1.3.2 酶活性測定 根系硝酸還原酶活性測定用活體法［12］，谷氨酰胺合成酶活性測定用王小純等［13］的方法，酸性磷酸酶活性測定用周建朝等［14］的方法。土壤酸性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法［15］，硝酸還原酶、蔗糖酶、蛋白酶、脲酶活性測定參照關松蔭［16］的方法。

1.3.3 植株養分含量測定 采集蘋果幼樹新梢全部葉片，于烘箱中105℃殺青30 min、80℃烘干至恒重，研磨成粉，過40目尼龍網篩，備用。氮、磷、鉀采用H2SO4-H2O2消煮法，中微量元素采用HNO3-HClO4消煮。參照鮑士旦［11］的方法，用凱氏定氮儀測定氮含量，鉬藍比色法測定磷含量，火焰光度法測定鉀含量；鈣、銅、鋅、鐵、鎂等中微量元素用原子吸收分光光度法測定。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據整理，并用SPSS 22.0軟件進行統計分析，不同小寫字母表示處理間差異達0.05顯著水平（LSD法）。

2 結果與分析

2.1 不同濃度殼聚糖對蘋果幼樹葉片營養元素含量的影響

由表1看出，土施不同濃度殼聚糖均可增加蘋果幼樹葉片多種營養元素含量。隨殼聚糖施入濃度升高蘋果幼樹葉片中N、P、K、Ca、Fe、Zn、Cu、Mg 8種元素含量增加，處理5個月和12個月時效果最顯著。其中，25 mg／kg殼聚糖處理5個月時葉片中N、K元素含量最高，分別比各自對照增加1.42倍和1.41倍；Fe含量在處理12個月時最高，較對照增加44.4%。40 mg／kg殼聚糖處理5個月時Ca含量最大，較對照增加2.07倍；15 mg／kg殼聚糖處理的Mg、Zn、Cu元素含量最高，葉片中Mg含量在處理2個月時增加最多，比對照增加50.2%；Zn和Cu含量在處理5個月時最高，分別比對照增加26.1%和1.34倍。表明，殼聚糖濃度為15～25 mg／kg時利于各種營養元素的平衡吸收。

2.2 不同濃度殼聚糖對土壤酶活性的影響

2.2.1 對土壤蔗糖酶活性的影響 由表2看出，不同濃度殼聚糖處理均可提高土壤蔗糖酶活性，且隨處理濃度的增大，蔗糖酶活性逐漸增強，其中40 mg／kg殼聚糖處理施用后第2、5、12個月分別較對照提高64.2%、66.0%、37.4%。

2.2.2 對土壤蛋白酶活性的影響 由表2可知，不同濃度殼聚糖處理均可提高土壤蛋白酶活性。當年夏季（處理后2個月）和秋季（處理后5個月），土施15 mg／kg殼聚糖處理土壤蛋白酶活性提高幅度最大，處理1年時土壤蛋白酶活性仍維持較高活性。

2.2.3 對土壤脲酶活性的影響 表2數據表明，所有殼聚糖處理5個月時土壤脲酶活性最高，處理12個月時最低；處理2個月時，10～40 mg／kg殼聚糖濃度處理的土壤脲酶維持較高活性；處理12個月時，15 mg／kg處理的脲酶活性顯著高于其它處理，而其它處理間差異不顯著。

2.2.4 對土壤酸性磷酸酶活性的影響 由表2看出，25 mg／kg殼聚糖處理后第2、5、12個月時土壤酸性磷酸酶活性均較高，其中第5個月時增幅最大。第12個月時，中低殼聚糖濃度處理的土壤酸性磷酸酶活性呈減弱趨勢。

表1 不同濃度殼聚糖對蘋果幼樹葉片營養含量的影響

2.2.5 對土壤硝酸還原酶活性的影響 由表2看出，25 mg／kg殼聚糖處理后第2、5、12個月時土壤硝酸還原酶活性均最高，分別較對照提高1.12、1.40倍和1.07倍；殼聚糖處理第5個月時土壤硝酸還原酶活性增幅最大。

總之，土施殼聚糖1年內，15 mg／kg濃度處理對土壤蛋白酶和土壤脲酶影響較大，25～40 mg／kg濃度處理對土壤蔗糖酶、土壤酸性磷酸酶和土壤硝酸還原酶活性影響較顯著。

2.3 不同濃度殼聚糖對根系酶活力的影響

硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶有利于蘋果根系對土壤中氮素的截獲、吸收和利用；而酸性磷酸酶能夠通過根系分泌到土壤環境中，對改善土壤磷養分的有效性和促進蘋果對磷的吸收利用具有重要作用。由表3看出，土施殼聚糖能夠明顯提高蘋果根系硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶和酸性磷酸酶的活性。其中25 mg／kg殼聚糖處理的蘋果幼樹根系硝酸還原酶與谷氨酰胺合成酶活性在施后2、5、12個月均表現最高，而15 mg／kg殼聚糖處理的蘋果幼樹根系酸性磷酸酶活性則在施后2、5、12個月均表現最高。

表2 不同濃度殼聚糖對土壤酶活性的影響

表3 不同濃度殼聚糖對蘋果根系酶活力的影響

2.4 不同濃度殼聚糖對土壤養分的影響

由表4看出，施用不同濃度殼聚糖均可提高土壤有效養分含量，且在一定范圍內隨濃度增加土壤速效養分含量增大。其中土壤堿解氮含量以殼聚糖15 mg／kg處理最高，處理后2、5、12個月時較對照分別增加37.8%、42.2%、47.9%（P＜0.05）；殼聚糖施用5個月時，各處理土壤速效磷含量最高，以25 mg／kg處理增幅最大，比對照提高31.80%；而土壤速效鉀在施用12個月時增幅最大，其中25 mg／kg和40 mg／kg殼聚糖處理較對照分別提高47.4%和46.2%（P＜0.05）。

表4 不同濃度殼聚糖對土壤養分的影響

3 討論

殼聚糖作為生長調節劑，具有增強植物吸肥吸水能力、促進養分高效吸收利用的作用。研究表明，殼聚糖能夠促進植物對營養的吸收，增加植物體內養分含量［17-19］，本試驗也得到相應的結果。

殼聚糖含有豐富的碳和氮元素，被微生物分解利用后可作為植物養分；殼聚糖通過促進土壤養分的活化和釋放改善土壤營養條件。本研究表明土壤施用殼聚糖后增強了蘋果幼樹根系多種養分轉化酶的活性，為根系養分吸收提供了動力。

脲酶、蛋白酶、磷酸酶、蔗糖酶是土壤中的主要水解酶類，能夠水解多種有機物形成易被植物吸收的小分子物質［20，21］，從而促進植物對土壤中養分的吸收利用。本研究結果表明，施用殼聚糖后，土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、蛋白酶活性均表現增強，且隨著殼聚糖施用量的增加，土壤酶活性有先增強后減弱的趨勢，土壤養分也在一定用量時含量最高。這可能是因為適量殼聚糖改變了土壤微生物群落結構［22］，進而改善了土壤酶系統［23］；過多施用殼聚糖土壤酶活性和土壤養分含量表現出降低趨勢，可能與微生物和植株間的養分爭奪有關［24］。

前人研究表明，植物根系能夠分泌多種養分轉化酶，這些酶活性的增強有利于提高根系對土壤養分的主動獲取能力［25，26］。本研究表明，施用殼聚糖后能夠提高植物根系硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、酸性磷酸酶活性，這對提高蘋果根系主動獲取土壤中N、P、K養分的能力和增強養分的吸收利用具有促進作用。

4 結論

殼聚糖施入土壤后，增強多種土壤酶活性和蘋果根系養分轉化酶活性，提高土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀含量，進而促進蘋果幼樹根系對養分的吸收利用。