嫁接對番茄連作土壤環境及土壤酶活性消減的影響

江莉 林秀香 張天翔 鄭濤 牛先前

摘 要：連作障礙是我國番茄集約化生產的瓶頸，為了探索適宜連作的栽培模式，試驗以易感青枯病番茄品種‘梅賽德斯’實生苗及以抗病品種‘愛好’為砧木，‘梅賽德斯’為接穗的嫁接苗為試材，通過分析檢測連作3年下根際土壤養分和土壤酶活性指標的變化，結合土傳病害發生情況，分析嫁接對番茄連作障礙下土壤環境消減的影響。結果表明：連作3年內，嫁接苗青枯病的發病率都極顯著低于實生苗，說明嫁接苗較實生苗極顯著降低了土傳病害發生率;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致的土壤酸化問題;同時，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，連作對嫁接苗種植土壤有機質含量的影響相對不顯著，而實生苗在連作1年后顯著降低了土壤有機質含量;嫁接對番茄速效鉀、有效磷含量的影響無明顯規律性。綜上所述，嫁接對改善番茄根際土壤化學性質和土壤酶活性有積極作用。

關鍵詞：番茄;連作;嫁接;土傳病害;土壤環境;土壤酶活性

中圖分類號：S641.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：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，Fujian 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，原產南美洲的秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞等國。番茄是我國栽培面積最大的蔬菜之一[1]，是最重要的設施大棚蔬菜[2]，也是世界第二大蔬菜消費品[3]。番茄生產是農民增收致富和出口創匯的重要途徑[4]，作為種植面積最大的蔬菜種類之一，番茄連作使相關的土壤障礙問題日益突出，如土壤酸化和鹽漬化、土壤養分失衡、土傳病害頻發等[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，并同時影響土壤和植物的健康[7]。隨著連作年數增長，植物根際生態環境惡化，根系活力下降，蔬菜生長發育不良，同時土壤病蟲基數增加，危害加劇，蔬菜產量和農產品品質大幅度下降[8]。連作障礙已成為我國番茄集約化生產的瓶頸[9， 10]。嫁接是一種預防土傳病害、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’）與實生苗‘梅賽德斯’為試材，通過比較不同連作時間下根際土壤養分和土壤酶活性等各個指標，結合土傳病害發生情況，分析嫁接對番茄連作障礙下土壤環境消減的影響，探討嫁接對番茄連作障礙的消減機制。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在位于福建省云霄縣東廈鎮漳江口出海口的云霄佳洲島番茄基地進行。選擇相鄰大棚具有同樣土壤基礎性質，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面積施優質有機肥1000 kg，氮磷鉀復合肥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月采收結束。

以易感青枯病番茄品種‘梅賽德斯’實生苗（‘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，按實生苗和嫁接苗不同處理分開種植，小區面積約為50 m2，每處理設 3 個小區。

1.2.1 番茄土傳病害調查

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生情況。因此，種植期內調查并記錄植株青枯病（土傳病害）的發生情況，發病率（%）=受害株數/總株數×100。

1.2.2 土壤取樣

2015年9月，在預設處理小區內采用5 點法，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月在處理小區內隨機抽取植株30 株，采用抖根法獲得根際土壤，土壤樣品詳細信息見表1。土壤樣品采集后去除雜質、混勻，置于室內通風陰干后，過80 目篩后保存于-80℃冰箱中，用于后續土壤環境和土壤酶活性的測定。試驗3次重復。

1.2.3 土壤化學性質的測定

堿解氮用堿解擴散法測定;有機質測定采用K2Cr2O7-H2SO4消煮、FeSO4容量法測定[12];速效鉀和緩效磷的測定參考中華人民共和國農業部土壤標準[13]，速效鉀采用1mol·L-1的NH4OAc浸提，火焰光度計法測定;有效磷用0.5 mol·L-1的NaHCO3溶液浸提，用AutoAnaLyzer 3連續流動分析儀（SeaLAnaLyticaLGmbh）檢測，鉬銻抗比色法測定;pH值采用土∶水=1∶2.5 浸提土壤，用pH計測定。

1.2.4 土壤酶活性測定

參考土壤與環境微生物研究法[14]，用鄰苯三酚比色法測定多酚氧化酶活性：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表示。

采用靛酚藍比色法測定脲酶活性：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℃培養箱中培養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后通過分光光度計在578 nm處測定 NH4+-N。脲酶活性以24 h釋放的每克土壤中的 NH4+-N 毫克數表示。

用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性：稱取風干土樣 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定蔗糖酶活性：稱取1mm土篩土樣5.00g 到 50mL 錐形瓶內，加入8%的蔗糖溶液15mL、磷酸緩沖液5 mL、甲苯5滴。混勻放置在37℃人工氣候箱內培養24h。取出后在6000 rpm離心機離心10 min。吸取0.5 mL上清液于50 mL 離心管中，然后按繪制標準曲線顯色方法進行比色測定。（實驗需作無土樣對照，每一土樣均做無基質對照）蔗糖酶活性以 24 小時每克土壤葡萄糖表示，單位 mg·g-1·24h-1。標準曲線：y=0.2359x+0.0031，R2= 0.9976。

1.3 數據處理

用SPSS 10.0軟件進行數據處理并做圖，新復極差法統計分析。

2 結果與分析

2.1 嫁接對番茄土傳病害發生的影響

對連作狀況下青枯病發病率的統計分析結果見表2。可見‘梅賽德斯’實生苗連作2年比連作1年青枯病發生率增加了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年青枯病發生率增加了13.84%（差異極顯著）。說明，隨連作時間的持續，嫁接番茄和實生番茄青枯病都會愈來愈嚴重。

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

2.2 嫁接對番茄土壤化學性質的影響

連作會導致番茄實生苗‘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’的含量僅上升到98.22 mg·kg-1，相比增高了49.65 mg·kg-1，達到顯著水平（P <0.05）。

連作會導致番茄實生苗‘梅賽德斯’根際土壤有機質含量的降低，且有機質含量與連作時間呈反比，而嫁接苗對有機質含量的影響相對不明顯（圖1-B）。連作條件下，番茄嫁接苗與實生苗在有機質含量方面的差異表現，可能是嫁接苗與實生苗對養分利用不同，導致對有機質的消耗少。

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

連作對番茄根際土壤pH值的影響具有明顯規律性，表現為連作時間越長土壤pH值下降越明顯（圖1-E）。連作3年地塊，實生苗的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致的土壤酸化問題。

2.3 連作對土壤酶活性的影響

研究表明，導致植物連作障礙的化感物質主要是酚酸類物質，土壤中的多酚氧化酶直接影響酚酸的降解[17， 18]。連作會導致番茄實生苗土壤中多酚氧化酶活性的降低，且與連作時間呈反比，而嫁接番茄則有利于緩解這一指標的下降（圖2-A）。尤其是連作3年地塊，實生苗‘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%，達到了顯著水平。

尿酶是一種能促進有機氮水解的酶，能專一性地水解尿素，其在土壤中的活性增強能促進土壤有機氮向有效態氮的轉化。連作會導致番茄實生苗尿酶活性的降低，這與連作時間呈反比，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，實生苗尿酶活性下降，達到了顯著水平。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間的延長而表現的更明顯。

過氧化氫酶能催化分解土壤中累積的過氧化氫，減輕過氧化氫對植物的毒害作用。連作對過氧化氫酶活性的影響變化呈現一定規律性，表現為先增高，之后隨連作時間的延長反而呈現降低趨勢（圖2-C）。連作3年中嫁接苗的過氧化氫酶活性表現為逐漸升高趨勢，而實生苗連作2年中表現為逐漸升高趨勢，在連作第3年其活性出現下降趨勢，且連作第3年嫁接苗過氧化氫酶活性超過實生苗，這可能與連作導致土壤狀況持續惡化有關。

蔗糖酶能促進土壤中的蔗糖水解，其活性強弱可反映土壤熟化程度和肥力水平，對增加土壤中營養物質起重要作用。連作條件下，明顯導致番茄實生苗蔗糖酶活性的降低，且與連作時間呈明顯遞減的規律性，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，嫁接苗與實生苗的蔗糖酶活性無顯差異著，在連作第3年實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，土壤養分水平的波動大多比其它類型的微生物敏感[19， 20]。土壤養分水平與微生物多樣性、群落結構及土傳病害和土壤健康狀況之間存在密切聯系[21]。土壤化學性質是土壤養分水平的直接反映。本研究表明，番茄連作時間越長土壤堿解氮含量越高;pH值則逐漸降低，這與大多數研究結果一致。這與長期高強度種植單一作物，導致土壤元素被過度選擇吸收有關[22]，也與設施內施肥量和蒸發量大，導致土壤中硝酸鹽累積及土壤表層的次生鹽漬化有關[23]。土壤養分水平失衡，直接影響土壤的健康狀況，而土壤健康狀況的一個重要反映是植物健康狀況，當土壤生態系統處于不穩定和不健康狀態時會導致植物病害發生（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構，使根際土壤微生物利用碳源的能力顯著增強，從而提高植物抗性[11]。本研究具有相似結論，顯示嫁接可以提高番茄對有機質的利用率。

在根系環境中，根際微生物、土壤和根系分泌物形成一個根際微環境，根系分泌的物質不同就會影響根際土壤微生物的數量和種群結構以及群落多樣性[25]。而土壤微生物又參與土壤有機質分解、養分轉化和循環等多種生化過程，成為維持土壤生物活性的重要組成部分。如果微生物種群結構失衡就會導致土壤質量下降和土傳病害發生。因此，微生物活性和微生物群落結構的變化成為土壤環境評價的重要生物學指標[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間的延長而表現出逐漸降低趨勢，這在多酚氧化酶、尿酶、蔗糖酶中都表現出明顯規律性。土壤酶活性降低，土壤微生物失衡，土壤根際環境惡化，導致了土傳病害加重。而嫁接可以改變番茄根際土壤微生物種群結構，使其誘導產生拮抗菌，從而彌補連作造成的土壤微生物種群結構失衡狀態[27]。一定程度上促進了土壤生物活性的穩定，消減土壤持續惡化程度，從而提高了植株株抗逆性，降低了土傳病害發生機率。這與李洪連等[28]研究具有相同結論。

番茄連作后土壤 pH 下降，而堿解氮含量升高，一方面因為長期高強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，導致土壤向酸化方向發展[29];另一方面，棚內施肥量和蒸發量較大，導致土壤中硝酸鹽累積及土壤表層的次生鹽漬化[30]。主要是因為在設施栽培條件下，連茬種植不僅導致根系淀積物中自毒物質的積累，而且伴隨著根際土壤生物群落結構和多樣性的破壞，如土壤中有益生物減少而有害病原物增多，抑制植株生長并降低其抗性，促使根結線蟲等土傳病害發生[7]。

4 結論

連作會導致番茄根際土壤養分失衡，引起土壤酸化，進而影響土壤微生物種群分布，導致土壤酶活性降低。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。其作用機理，可能是通過調節根系次生物質代謝，改善土壤中微生物活性和微生物群落結構的變化，來緩解連作造成的土壤養分失衡穩定土壤環境。

參考文獻

[1] ? ? 丁永川. 設施番茄連作障礙及防控農藝技術研究[D].泰安： 山東農業大學， 2012.

[2] ? ? 葛曉穎， 孫志剛， 李濤， 等. 設施番茄連作障礙與土壤芽孢桿菌和假單胞菌及微生物群落的關系分析[J]. 農業環境科學學報， 2016，35（3）：514-523.

[3] ? ? 張若宇. 番茄可溶性固形物和硬度的高光譜成像檢測[D]. 杭州：浙江大學， 2014.

[4] ? ? 霍建勇. 中國番茄產業現狀及安全防范[J]. 蔬菜， 2016（6）：1-4.

[5] ? ? 盧維宏， 張乃明， 包立， 等. 我國設施栽培連作障礙特征與成因及防治措施的研究進展[J]. 土壤， 2020，52（4）：651-658.

[6] ? ? 王曉云， 蔡云彤， 吳洪生， 等. 活性氧技術對修復土壤連作障礙及提高番茄品質的影響[J]. 中國農學通報， 2021，37（35）：65-72.

[7] ? ? 常海娜， 王春蘭， 朱晨， 等. 不同連作年限番茄根系淀積物的變化及其與根結線蟲的關系[J]. 土壤學報， 2020，57（3）：750-759.

[8] ? ? 吳彤東. 設施番茄連作障礙的生態控制關鍵技術研究[D].蘇州： 蘇州大學， 2009.

[9] ? ? 孟思達， 韓磊磊， 武春成， 等. 石灰氮對日光溫室番茄19年連作障礙土壤的影響[J]. 沈陽農業大學學報， 2021，52（3）：257-264.

[10]? ?徐彬，徐健，祁建杭，等.枯草芽孢桿菌1013對連作障礙土壤的改良及對番茄的促生作用[J].揚州大學學報（農業與生命科學版），2021，42（2）：111-116.

[11]? ?張淑紅， 詹林玉， 王月， 等. 托魯巴姆與西安綠茄嫁接對茄子根際土壤微生物群落結構的影響[J]. 沈陽農業大學學報， 2018，49（2）：196-202.

[12]? ?鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 3版.北京： 中國農業出版社， 2005.

[13]? ?中華人民共和國農業部.土壤速效鉀和緩效鉀的測定：NY/T889-2004[S]. 北京：中國農業出版社，2005.

[14]? ?李振高， 洛永明， 滕應. 土壤與環境微生物研究法[M]. 北京： 科學出版社， 2008.

[15]? ? Han Jiangpei， Shi Jiachun S， Zeng Lingzao， et al. Effects of nitrogen fertilization on the acidity and salinity of greenhouse soils.[J]. Environmental science and pollution research international， 2015，22（4）：2976-2986.

[16]? ?蔡祖聰， 黃新琦. 土壤學不應忽視對作物土傳病原微生物的研究[J]. 土壤學報， 2016，53（2）：305-310.

[17]? ?朱麗霞， 章家恩， 劉文高. 根系分泌物與根際微生物相互作用研究綜述[J]. 生態環境，?2003（1）：102-105.

[18]? ?胡元森， 李翠香， 杜國營， 等. 黃瓜根分泌物中化感物質的鑒定及其化感效應[J]. 生態環境， 2007（03）：954-957.

[19]? ?Ibekwe A M， Kennedy A C， Frohne P S， et al. Microbial diversity along a transect of agronomic zones[J]. Fems Microbiology Ecology， 2002，39（3）：183-191.

[20]? ?Priha O， Grayston S J， Hiukka R， et al. Microbial community structure and characteristicsof the organic matter in soils under Pinus sylvestris， Picea abies and Betula pendula at two forest sites[J]. Biology & Fertility of Soils， 2001，33（1）：17-24.

[21]? ? 蔡燕飛廖宗文. FAME法分析施肥對番茄青枯病抑制和土壤健康恢復的效果[J]. 中國農業科學， 2003（8）：922-927.

[22]? ?Han J， Luo Y， Yang L， et al. Acidification andsalinization of soils with different initial pH under greenhouse vegetable cultivation[J]. Journal of Soils and Sediments， 2014，14（10）：1683-1692.

[23]? ?Sun， Huaiwei， Wei， Cong， Xu， Wensheng， et al. Characteristics of salt contents in soils under greenhouse conditions in China[J]. Environmental Science and Pollution Research， 2019，26（4）：3882-3892.

[24]? ?Doran J W， Sarrantonio M， Liebig M A， et al. Soil health and sustainability[J]. Advances in Agronomy， 1996，56（8）：1-54.

[25]? ? 周寶利， 劉娜， 葉雪凌， 等. 嫁接茄子根系分泌物變化及其對黃萎菌的影響[J]. 生態學報，2011，31（3）：749-759.

[26]? ?劉俊杰. 磷濃度對大豆根際微生物群落結構及功能的影響[D]. 哈爾濱：東北農業大學， 2009.

[27]? ?李云鵬， 周寶利， 李之璞， 等. 嫁接茄的黃萎病抗性與根際土壤生物學活性的關系[J]. 生態學雜志， 2007（6）：831-834.

[28]? ?李洪連， 袁紅霞， 王燁，等.根際微生物多樣性與棉花品種對黃萎病抗性關系研究——Ⅰ.根際微生物數量與棉花品種對黃萎病抗性的關系[J]. 植物病理學報，1998（4）：341-345.

[29]? ?劉會芳， 韓宏偉， 王強， 等. 不同蔬菜與番茄輪作對設施土壤微生物多樣性、酶活性及土壤理化性質的影響[J]. 微生物學報， 2021，61（1）：167-182.

[30]? ?龐師嬋. 伴生栽培對番茄根際土壤及根系內生微生物多樣性的影響[D]. 南寧：廣西大學， 2021.

基金項目：福建省星火計劃項目“番茄品種‘福粉108’設施優質栽培關鍵技術示范與推廣”（2020S0039）;福建省公益類專項“櫻桃番茄品種篩選及壯苗繁育技術研究”（2021R1011005）;2020百香果種質資源收集及篩選（2020R1010005）。

作者簡介：江莉（1995-），女，碩士，研究實習員，研究方向為果蔬生理與生態，E-mail：18900296903@163.com。

*通信作者：牛先前，男（1981-），碩士，副研究員，研究方向為果樹生理生化及次生物質代謝，E-mail：nxq828@126.com。

收稿日期：2022-01-14