符建國(guó)，易建華，賈志紅,*，蘇以榮

（1.湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，長(zhǎng)沙 410007；2.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125）

烤煙是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，為國(guó)家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益。隨著烤煙生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，由于耕地所限，在許多地區(qū)烤煙種植不得不采用連作方式，但長(zhǎng)期連作會(huì)引起連作障礙。連作或重迎茬障礙的原因主要有三方面，病蟲害、土壤營(yíng)養(yǎng)失調(diào)、根系及根際微生物產(chǎn)生的有毒物質(zhì)[1]。關(guān)于連作大豆、蔬菜或果樹土壤中產(chǎn)生的有機(jī)化合物或化感物質(zhì)種類及數(shù)量的，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道較多[2-9]，而關(guān)于烤煙土壤有機(jī)化合物或化感物質(zhì)報(bào)道較少。探明連作和輪作土壤中化感物質(zhì)種類及數(shù)量，對(duì)深入研究烤煙土壤有機(jī)化合物或化感作用，揭示有機(jī)化合物或化感物質(zhì)對(duì)土壤生物及土壤環(huán)境的影響具有重要的意義。筆者應(yīng)用定性與相對(duì)定量分析技術(shù)（GC/MS），初步鑒定了輪作與連作植煙土壤中幾種有機(jī)化合物或化感物質(zhì)種類，以期為研究烤煙土壤化感物質(zhì)的種類和數(shù)量及在烤煙連作障礙中的作用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2007—2008年在湖南瀏陽市東區(qū)進(jìn)行。地貌類型為典型的南方丘陵山區(qū)，東經(jīng)113°52′，北緯 28°22′，海拔 103 m，年均氣溫 17.3 ℃，≥10 ℃的積溫241.6 d，活動(dòng)積溫為5477.4 ℃，降水量1601 mm，年平均蒸發(fā)量1204 mm，無霜期271.8 d，多年平均風(fēng)速1.4 m/s，日照時(shí)數(shù)1845.0 h，土壤類型為水稻土，土壤質(zhì)地為壤土，土壤養(yǎng)分狀況見表1。耕層厚度30 cm左右，農(nóng)業(yè)灌溉井渠雙配套。

表1 煙區(qū)土壤養(yǎng)分狀況Table1 Soil nutrient contents in tobacco growing area

1.2 樣品采集和制備

于烤煙旺長(zhǎng)期（2007年5月15日），分別在連作（＞5年）和輪作烤煙地隨機(jī)選取樣地，每一耕作方式選擇3塊樣地，每一樣地按“蛇形法”隨機(jī)選5株健康烤煙，采集根際混合樣品裝袋，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

土壤酸性有機(jī)化合物的提?。喝∵^ 40目篩土壤125 g，加入500 mL 80%甲醇振蕩（振蕩頻率為160次/min，溫度25 ℃）提取2 h，離心（3500轉(zhuǎn)/min，20 min，25 ℃）、過濾后獲得澄清濾液，殘?jiān)鼦壢?。將濾液減壓濃縮，獲濃縮液約100 m1。將濃縮液用濃鹽酸調(diào)pH至3.0，用乙酸乙酯萃取其中性、酸性有機(jī)化合物（每次25 mL，萃取3次），得水相1、乙酸乙酯相1。將水相1用NaOH調(diào)pH至10，每次100 mL乙酸乙酯萃取3次，得水相2(棄去)、乙酸乙酯相2，乙酸乙酯相2即為堿性組分。對(duì)乙酸乙酯相1用100 mL pH 10的8%NaOH萃取(每次100 mL，萃取3次)，得水相3、乙酸乙酯相3。對(duì)水相3調(diào)pH至3.0，每次100 mL乙酸乙酯萃取3次，得水相4(棄去)、乙酸乙酯相4，乙酸乙酯相4即為酸性組分。對(duì)酸性組分減壓濃縮至100 mL，每毫升含從 5 g土壤中提取的有機(jī)化合物，計(jì)作 5 g/mL)，用于生物檢測(cè)和GC/MS鑒定。

1.3 提取液有機(jī)化合物的GC-MS 分析

土壤酸性組分的硅烷化：取一定量上述土壤酸性組分提取液進(jìn)行硅烷化處理。方法是將提取液濃縮至干后，加入250 μL硅烷化試劑（BSTFA：吡啶=5∶1），加蓋密封，在75～80 ℃水浴中加熱1 h。

土壤酸、中、堿性組分的 GC/MS分析：將處理好的各組分提取液進(jìn)行GC/MS分析。

色譜條件：毛細(xì)管柱為HP-5（Crosslinked 5%pH ME Siloxanle，30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度250 ℃；程序升溫：柱溫 50℃（2 min），以6 ℃/min程序升溫至250 ℃（保持15 min）；載氣為He；流速為1.0 mL/min。

質(zhì)譜條件：EI源（電子轟擊源），轟擊電壓70 eV，掃描范圍m/z；30～600 amu，掃描速度0.2 s 掃全程，離子源溫度：200 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃。進(jìn)樣量為1 μL。不分流進(jìn)樣。通過質(zhì)譜分析和計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索，并采用峰面積歸一化法（JY/T003—1996）確定各化合物的相對(duì)百分含量。

2 結(jié)果與討論

連作和輪作前后土壤萃取產(chǎn)物的氣相色譜-質(zhì)譜總離子流圖見圖 1。各色譜峰相應(yīng)的質(zhì)譜圖經(jīng)人工解析及計(jì)算機(jī)檢索，確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)，共鑒定出21種化合物，并利用面積歸一化法，測(cè)定出相對(duì)含量，結(jié)果見表2。

圖1 烤煙根際土壤有機(jī)化合物酸性組分種類及含量Fig.1 Types and contents of organic compounds in tobacco rhizosphere soil

表2 連作和輪作烤煙根際土壤有機(jī)化合物酸性組分種類及含量Table2 Types and contents of acid components of organic compounds in tobacco rhizospheric soil in monocropping and rotation

從表2可以看出，在所檢出的21種成分中，主要為醇類、酸類、酯類及酞酸酯類四大類物質(zhì)。連作和輪作前土壤酸性組分分別有18和19種，醇類物質(zhì)為丙三醇，酸類物質(zhì)為苯甲酸、十二酸、對(duì)羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸、3-甲氧基-4-羥基苯甲酸、十四酸、油酸、亞油酸和十八酸，酯類物質(zhì)為十四酸異丁酯、十六酸異丁酯、十六酸丁酯、十八酸異丁酯、十八酸丁酯，酞酸酯類物質(zhì)為鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二丁基異丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二異辛酯，其中連作比輪作多一種成分，為苯甲酸。連作和輪作后，土壤酸性組分發(fā)生了種類和數(shù)量的變化，連作土壤有 11種，輪作土壤有 12種，連作和輪作土壤醇類物質(zhì)沒有變化，仍為丙三醇，其它組分均發(fā)生變化。連作土壤酸類物質(zhì)中沒有檢測(cè)到對(duì)羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸、3-甲氧基-4-羥基苯甲酸和十四酸，而檢測(cè)到增加物質(zhì)對(duì)苯二甲酸，輪作土壤酸類物質(zhì)中沒有檢測(cè)到鄰苯二甲酸、3-甲氧基-4-羥基苯甲酸，而檢測(cè)到增加物質(zhì)對(duì)苯二甲酸。連作和輪作后土壤酯類物質(zhì)中均沒有檢測(cè)到十四酸異丁酯、十六酸異丁酯、十六酸丁酯、十八酸異丁酯和十八酸丁酯，而檢測(cè)到增加物質(zhì)十六酸甲酯。連作后土壤酞酸酯類物質(zhì)中沒有檢測(cè)到鄰苯二甲酸二丁基異丁酯，而輪作后土壤酞酸酯類物質(zhì)中沒有檢測(cè)到鄰苯二甲酸二丁基異丁酯和鄰苯二甲酸二丁酯。

由表2還可看出，連作和輪作前，連作土壤醇類成分含量與輪作土壤相同，連作土壤酸類和酯類物質(zhì)含量小于輪作，連作酞酸酯類物質(zhì)成分含量大于輪作。連作和輪作后，連作土壤醇類和酞酸酯類物質(zhì)含量小于輪作土壤，而酸類和酯類物質(zhì)含量大于輪作土壤。連作和輪作土壤酸性有機(jī)組分中，大部分物質(zhì)為已經(jīng)報(bào)道的化感物質(zhì)。鄰苯二甲酸、對(duì)羥基苯甲酸、苯甲酸化感作用已大量報(bào)道，均在一定濃度下抑制植株幼苗的生長(zhǎng)[10-11]。長(zhǎng)鏈脂肪酸豆蔻酸、棕櫚酸、油酸、硬脂酸等是已被鑒定起殺菌及抑制高等植物生長(zhǎng)作用的長(zhǎng)鏈脂肪酸[1]。酞酸酯類是環(huán)境污染物，常用來作為塑料增塑劑，當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用塑料地膜，便是土壤中酞酸酯類物質(zhì)大量存在的原因。酞酸酯類物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)不良影響雖然比苯甲酸較小，但如果在環(huán)境中達(dá)到一定濃度，將會(huì)明顯抑制烤煙早期生長(zhǎng)[12-14]。對(duì)苯二甲酸可能是環(huán)境污染物，未有報(bào)道表明其對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。從本試驗(yàn)結(jié)果還可知，連作和輪作土壤中存在多種化感物質(zhì)，而化感物質(zhì)的化感效應(yīng)具有疊加性，其化學(xué)作用往往是由多種化感物質(zhì)協(xié)同作用而對(duì)植物化感作用增強(qiáng)[2]。連作障礙使土壤理化特性惡化，病蟲害增加有可能是這些多種有機(jī)化合物或化感物質(zhì)共同作用的。

由表3可以看出連作和輪作前后土壤有機(jī)化合物種類及含量發(fā)生的變化。醇類、酸類和酯類物質(zhì)在種植后含量均增加，而酞酸酯類物質(zhì)在減少。連作和輪作后，土壤醇類、酸類和酯類物質(zhì)均增加了90%以上，而酞酸酯類物質(zhì)減少了75%以上。由此可以推測(cè)，土壤酸性有機(jī)組分中酸類物質(zhì)含量的增加可能是植煙土壤酸化并造成連作障礙的一個(gè)原因。

表3 不同種植方式植煙土壤有機(jī)化合物種類及相對(duì)含量 %Table3 Types and contents of soil organic compounds in different tobacco growing patterns

3 結(jié) 論

采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用方法對(duì)輪作和連作土壤中酸性組分的初步分離與鑒定，結(jié)果顯示，兩種不同種植模式（輪作和連作）土壤酸性有機(jī)組分中包含有醇類、酸類、酯類和酞酸酯類等物質(zhì)，這些物質(zhì)化學(xué)組分中大部分均已被報(bào)道為化感物質(zhì)。輪作和連作土壤酸性組分中各類物質(zhì)相對(duì)含量有所差別，其化學(xué)成分也有明顯差別。幾種重要的化感物質(zhì)在種植前后發(fā)生了增加或消減變化，有可能由于該物質(zhì)氣化后含量極其微量而沒有檢測(cè)到。如酸類物質(zhì)苯甲酸、對(duì)羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸和十四酸，酞酸酯類物質(zhì)鄰苯二甲酸二丁酯。不論哪種種植模式，植煙后，環(huán)境污染物酞酸酯類含量相對(duì)降低，酸類和酯類物質(zhì)含量相對(duì)增加，在酸類物質(zhì)和酯類物質(zhì)不斷轉(zhuǎn)換的化學(xué)過程中，又出現(xiàn)了一種新的環(huán)境污染物對(duì)苯二甲酸。

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