花生植株和土壤水浸液對木薯幼苗生長及土壤生物學特性的影響

李益 劉子凡 劉治 黃潔 魏云霞 符厚隆

（1. 臨高縣農業技術推廣服務中心 海南臨高 571800；2. 海南大學熱帶作物學院 海南海口 570228；3. 中國熱帶農業科學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莖葉淋溶、殘株腐解、根系分泌或揮發等途徑向環境分泌某些化學物質，對周圍其他植物或自身產生有利或不利影響的效應[1]。花生植株內存在化感物質[2]，經鑒定發現，其成分主要為脂肪酸類物質、酚酸類物質、酮類物質、醛類物質及醇類物質等[3-4]。土壤是植物間相互產生化感作用的媒介。化感物質經分解釋放到土壤后，再經一系列滯留、轉化、遷移等途徑逐漸富集，通過土壤微生物活動和群落結構來改變土壤環境[5]，影響受體植物的生長和發育[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積累特性[9]、養分吸收利用[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對木薯產生的促進效應有關，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、含量及其對同一受體植物的化感作用會有所不同[2,13]。本研究以木薯為試驗材料，用花生各器官浸提液及土壤浸提液處理盆栽木薯幼苗，分析花生化感物質進入土壤后對木薯生長及土壤生物學特性的影響，為推廣木薯－花生間作模式提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試材

木薯選用華南8 號（SC8），由中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所（簡稱品資所）提供。花生選用湛油75 號，由廣東省湛江市農業科學院提供。

盆栽試驗用土取自海南大學農科基地未種植過木薯的0～20 cm 土層土壤，清除粗枝、石子等，過2 遍2 cm 篩。土壤的理化性質為pH 4.22，有機質、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自品資所試驗基地。于花針期從凈作區采集花生整株，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，用去離子水洗凈后風干，于4℃下保存備用。

為了保證水浸液不變質，于澆灌前一天制備。稱取風干的根、莖、葉40 g，粉碎、過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[14]。于花針期時取凈作區花生根際土壤，采樣時利用內徑2 cm 土鉆，采集0～20 cm根區土壤，重復間多點采取土樣并混合，風干研磨，過40 目網篩；取80 g，加入2 L 蒸餾水，25℃振蕩60 min（轉速40 r/min），用4 層濾紙過濾，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 試驗設計盆栽試驗于2021 年4—7 月在海南大學海甸校區農科基地進行。培養盆直徑25 cm，盆深20 cm。取試驗用土，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土壤，分為2 份，一份用于測定土壤微生物群落；一份于陰涼干燥處風干，研磨過2 mm 篩，置于4℃冰箱，用于土壤酶活性的測定。

1.2.4 指標測定

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，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 酶活性過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測定，以單位質量的土消耗 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定，結果以每100 g 土含所NH4+-N 毫克數表示，單位為mg/g；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，參照試劑盒測定。

1.2.4.3 可培養微生物數量稱取新鮮樣品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基，放線菌接種于改良高氏1 號培養基，細菌接種于牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基。真菌在25℃培養箱中培養5～7 d，放線菌在28℃培養箱中培養7～10 d，細菌在28℃培養箱中培養3 d，觀察菌落數。

1.2.5 數據處理用DPS 9.50 軟件進行單因素方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 水浸液處理對木薯生物量的影響

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

表1 水浸液處理對木薯生物量的影響 單位：g/株

2.2 水浸液處理對木薯土壤可培養微生物的影響

土壤微生物是土壤有機質分解和營養元素礦化的執行者，是植物營養元素的活性庫，土壤微生物總數量的多少與土壤肥力存在正相關關系[14]。從表2 可知，GE、JE、TE 與對照處理的土壤可培養細菌數量和微生物總量無明顯差異，YE 處理后的可培養細菌數量和微生物總量均顯著高于對照；GE、JE、TE、YE 處理后的土壤可培養真菌和放線菌數量均顯著高于對照，其中真菌較對照分別提高了18.00%、23.00%、32.00%和24.00%，放線菌較對照分別提高了 26.67%、30.67%、44.00%和76.00%。

表2 水浸液處理對木薯土壤可培養微生物數量的影響

2.3 水浸液處理對木薯土壤酶活性的影響

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

表3 水浸液處理對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量的相關關系

土壤細菌、真菌、放線菌等是土壤生態過程中土壤酶活性的重要來源之一，特定的土壤酶活性與微生物類群密切相關。土壤酶活性與微生物數量的雙變量相關性分析發現，可培養細菌數量與酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性呈顯著或極顯著的正相關；可培養真菌數量與酸性磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶活性呈極顯著的正相關；可培養放線菌與酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性呈極顯著的正相關；可培養微生物總量與酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性呈極顯著或顯著的正相關（表4）。說明同種微生物對不同土壤酶活性的影響不同，不同種類的微生物對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量與土壤酶活性的相關關系

2.5 土壤酶活性、微生物數量與木薯生物量的相關關系

從表5 可知，可培養細菌數量和微生物總量與木薯地上、地下部的鮮重、干重均無顯著相關；可培養真菌數量與地上部和地下部鮮重及地下部干重呈顯著的正相關；可培養放線菌數量與地上部鮮重和干重呈極顯著或顯著的正相關，與地下部鮮重與干重無明顯相關性；土壤酸性磷酸酶活性與地上部鮮重呈極顯著正相關；過氧化氫酶活性與地上部干重呈顯著正相關；脲酶活性與地下部鮮重和干重呈極顯著或顯著正相關。

表5 微生物數量、土壤酶活性與木薯生物量的相關關系

3 討論與結論

土壤微生物包括細菌、放線菌和真菌三大主要類群，均是土壤物質生物轉化過程中的重要成員，在土壤肥力變化、動植物殘體的降解等方面發揮重要作用[15]。三大主要類群中的任何一種數量和類別發生變化，都會影響土壤的生物活性水平。本研究發現，根、莖、土壤水浸液與對照處理的土壤可培養細菌數量和微生物總量無明顯差異，葉片水浸液處理后的土壤可培養細菌數量和微生物總量顯著高于對照，說明花生不同器官中的次生代謝產物及其在土壤中轉化而成的物質種類和相對含量存在差異。對于某些微生物來說，土壤是一個能源比較缺乏的生長介質[16]，花生葉片水浸液能提高土壤細菌數量，說明葉片浸提液中存在能被土壤細菌吸收利用的額外能源物質，土壤細菌數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，為各種生化過程提供動力，其活性高低與土壤養分轉化能力的強弱有著密切聯系，是維持土壤肥力的一個潛在指標[17]。脲酶是土壤氮素轉化的關鍵酶[18]，脲酶活性強弱可以反映土壤無機氮的供應能力。過氧化氫酶能破壞土壤中一系列生化反應生成的過氧化氫，減輕過氧化氫對植物體的傷害[19]。本研究表明，經花生各器官水浸液和土壤水浸液處理后，木薯土壤脲酶和過氧化氫活性均有不同程度的提高，說明上述水浸液處理能提高木薯植株對土壤氮素的吸收和加速過氧化氫的破壞，提高了木薯的抗逆能力。

本研究發現，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量。酚酸類物質能提高土壤微生物的活性[20]，影響土壤生態系統營養元素循環[21]。花生根際土壤中含有較豐富的酚酸物質[14]，酚類化感物質可以和陰離子競爭，與土壤中的營養離子（如Al3+、Fe2+、Mn2+）和有機氮構成復合物，還可以與磷結合，增加磷的供給[21]。土壤中的磷酸酶能夠促進有機磷化合物分解產生磷元素，為植物生長過程提供足夠的有效磷[19]。酚酸會抑制土壤脲酶的活性[22]。因此可認為，水浸液對土壤酶活性和微生物數量的影響與其含有酚類化感物質有關。

幼苗生長狀況是衡量化感效應最靈敏的指標[23]，常用幼苗總干質量來反映[24]。鮮質量是從植物體內水分喪失的層面反映化感物質對植物生長過程中水分狀況的影響，干質量則反映化感物質對植物生長中干物質積累的影響[25]。土壤微生物數量的變化在一定程度上反映土壤有機質的礦化速度及各種養分的存在狀態，直接影響土壤養分的有效性和肥力狀況[26]。在自然狀態下，木薯幼苗生長受到多種因素影響，特別是土壤和土壤微生物的影響。本研究發現，葉和土壤水浸液對木薯生物量的影響最為明顯，土壤微生物數量、酶活性與木薯生物量呈一定的正相關關系。土壤酶主要是微生物繁殖過程中向土壤分泌和釋放的酶[17]，花生生長過程的枯落物主要是葉片。因此，可以認為，花生植株主要通過淋溶等方式將化感物質帶入土壤，直接或間接改變微生物數量和土壤酶活性，進而促進木薯幼苗干物質的積累。