王慧一　岳中輝　隋海霞　焦浩　劉寶林

摘要：為評價問荊對大豆生長后根際土壤微生態(tài)環(huán)境的化感效應，研究了不同濃度問荊水浸液處理下大豆根際土壤性質、微生物數量及酶活性的變化。結果表明，不同濃度問荊水浸液處理下，土壤堿解氮、速效磷、有機質含量隨問荊水浸液濃度增加而減少，其中品種BD土壤堿解氮含量由60.30mg/kg降至55.16mg/kg，品種DK3土壤速效磷含量由18.84mg/kg降至15.64mg/kg，品種DKl土壤有機質含量由67.26 g/kg降至56.23 g/kg；土壤細菌、真菌、放線菌數量隨問荊水浸液濃度增加而減少，其中品種BD土壤細菌數量由69.91×104cfu/g降至11.19-104cfu/g，品種DKl土壤真菌數量由43.53×104cfu/g降至16.79x1 04cfu/g，同時土壤放線菌數量由67.50x104 cfu/g降至13.08x104cfu/g；土壤過氧化氫酶活性隨問荊水浸液濃度增加而升高，其中品種BJ土壤過氧化氫酶活性由1.02mL/g上升至1.26mL/g，脲酶活性隨問荊水浸液濃度增加而降低，其中品種DKl土壤脲酶活性由0.67mg/100g降至0.39mg/100g，磷酸酶、轉化酶活性未發(fā)生變化。說明問荊產生的化感物質使土壤養(yǎng)分下降，而土壤酶對外來物質有緩沖作用。

關鍵詞：問荊水浸液；化感作用；土壤

中圖分類號：S174.2 文獻標志碼：A 論文編號：cjasl5010020

引言

植物與土壤之間的生物化學相互作用是土壤生態(tài)學領域研究中的重要科學問題之一。在農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，農田雜草是影響農作物生長的重要因素，在長期與作物的協(xié)同進化過程中，雜草不僅與作物競爭養(yǎng)分、水分、光照、生存空間等環(huán)境條件，某些種類還會通過調節(jié)自身代謝過程合成特定的次生化學物質（化感物質）并通過淋溶、揮發(fā)、根際釋放以及植物殘株的腐解等形式進入環(huán)境中從而對作物生長產生有利或有害的影響（化感作用）。

多年生雜草根際釋放以及植物殘株的腐解釋放的化感物質是以土壤為媒介移動到作物的根部從而影響作物的生長及生理生化過程的?；形镔|在土壤中還會經歷不同類型的遷移和生物降解過程，直接或間接地影響土壤理化性質、土壤微生物活性、土壤酶活性等，如用香草酸處理辣椒幼苗后，根際土壤有機質、有效磷和速效鉀含量隨香草酸濃度增加而降低；黃頂菊生長后，使土壤全磷和全鉀含量降低，全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀含量增加；用火炬樹葉浸提液處理土壤后，土壤全碳、全鉀、速效氮、有效磷、速效鉀含量隨浸提液濃度增加而增加。用三列葉豚草揮發(fā)油飽和液處理小麥和玉米后，土壤細菌數量明顯減少；加拿大一枝黃花生長后的土壤質量與裸地相比，土壤反硝化細菌、嫌氣性纖維素分解菌和反硫化細菌數量降低，亞硝酸細菌、好氣性自生固氮菌、硫化細菌、氨化細菌和好氣性纖維素分解菌數量增加。用花椒葉浸提液澆灌盆栽花椒幼苗后，根際土壤蛋白酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性降低，過氧化氫酶和多酚氧化酶活性升高；稗草與水稻共生后，水稻根際土壤脫氫酶、轉化酶活性降低。這些研究都表明，不同化感物質進入土壤后，對土壤性質、微生物數量及酶活性都有不同的影響，這是由于不同雜草分泌化感物質的多少及種類不同。

問荊（Eqttisetttm arvense L.）屬木賊科問荊屬，是豆田常見的多年生雜草，通過多年生地下根莖和地上春枝孢子進行繁殖，其根莖常年深埋于地下。有研究表明，問荊根莖會產生酚酸、糖苷、生物堿類、茚滿酮等化感物質，這些物質通過本身腐解或直接釋放到土壤中會對作物生長產生不利影響，前期的研究已經發(fā)現，問荊水浸液處理抑制了小麥根系的生長，使小麥的吸收能力受阻，導致小麥株高降低；問荊水浸液處理后，大豆幼苗光合能力下降、滲透性調節(jié)物質的合成受到抑制、保護酶活性下降，從而使大豆幼苗生長受到抑制。問荊化感物質釋放到土壤影響作物生長的同時，必然會對土壤的性質產生一定影響，因此在前期研究的基礎上，利用盆栽試驗進一步研究問荊水浸液對土壤理化性質、微生物數量及酶活性的影響，探討問荊與大豆共生時對土壤的化感效應，以期為評價問荊對大豆生長的根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響提供科學依據。

1.材料與方法

1.1試驗設計

1.1.1問荊水浸液的制備試驗供體材料問荊根莖采自黑龍江省中儲糧北方公司科技園區(qū)內，該區(qū)地理位置為北緯49°55'，東經125°25'，采集時間為2012年3月。

將采集到的問荊根莖用蒸餾水沖洗后陰干剪碎，準確稱取50 g定容到500mL。在25℃下浸提24h，用雙層無菌紗布過濾后稀釋成0.01g/mL（T1）、0.02g/mL（T2）、0.04g/mL（T3）、0.07g/mL（T4）濃度的問荊浸提液，pH分別為6.2、6.2、5.8及5.8，以蒸餾水作為對照（TO）。

1.1.2土壤樣品處理選取5個大豆品種，分別為‘北交8032（BJ）、‘北豆42（BD）、‘登科3號（DK3）、‘登科1號（DKl）和‘黑河43（HH），分別栽種在溫室1 m×1 m的樣池內，樣池內土壤厚度60cm，各栽種大豆種子10顆，室內溫度25℃，光照強度200umol/（m²·s），光照時間14h。每個品種從苗期到花期每隔10天分別用5種濃度問荊水浸液進行澆灌，各澆灌5次，每種處理進行3次重復。大豆收獲后，取表層0-20cm土壤，充分混合，剔除雜質，使用十字形分割法去除多余土壤，取新鮮土樣進行微生物數量測定，其余土樣風干后過篩，進行土壤養(yǎng)分及酶活性測定。

1.2測定項目及方法

1.2.1土壤性質、微生物數量及酶活性測定堿解氮含量測定采用應用擴散法，速效磷含量測定采用Olsen法，有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量、法。微生物數量測定采用平板涂布法。過氧化氫酶活性的測定用高錳酸鉀滴定法，磷酸酶活性的測定用苯磷酸二鈉法，脲酶活性的測定用奈氏比色法，轉化酶活性的測定用3，5-二硝基水楊酸比色法。

1.2.2化感效應指數化感效應指數R/=1-C/T>C）或T/C-1（TO為促進，RI

2.3.2問荊水浸液處理后大豆土壤磷酸酶活性變化問荊水浸液處理后，各品種大豆的土壤磷酸酶活性與對照相比未達到顯著差異水平（表9）。說明各品種大豆土壤磷酸酶活性對問荊水浸液化感作用不敏感。

2.3.3問荊水浸液處理后大豆土壤脲酶活性變化問荊水浸液處理后，品種BD、DK3和HH的土壤脲酶活性在各濃度處理下與對照相比均未達到差異顯著水平（表10），說明品種BD、DK3和HH的土壤脲酶活性對問荊水浸液化感作用不敏感；品種BJ和DKl的土壤脲酶活性在低濃度T1、T2處理下與對照相比差異不顯著，高濃度T3、T4處理下與對照相比顯著下降（P<0.05），化感效應指數為負值，說明問荊水浸液對品種BJ和DKl的土壤脲酶活性有化感作用，但問荊水浸液對不同品種土壤脲酶活性的化感效應指數不同（表10），表現為DKI>BJ。

2.3.4問荊水浸液處理后大豆土壤轉化酶活性變化問荊水浸液處理后，品種BJ的土壤轉化酶活性在T1濃度處理下與對照相比差異不顯著（表11），當濃度達到T2時，土壤轉化酶活性與對照相比顯著降低（P<0.05），化感效應指數為負值，說明問荊水浸液對品種BJ的土壤轉化酶活性有化感作用；品種BD、DK3、DKl和HH的土壤轉化酶活性在各濃度處理下與對照相比均未達到差異顯著水平，說明其土壤轉化酶活性對問荊水浸液化感效應不敏感。

3.結論與討論

雜草與作物之間的競爭關系一直是植物學家關注的重點問題，其中，化感作用是雜草與作物競爭的重要機理。已有研究表明，雜草釋放的化感物質以土壤為載體影響作物根部進而影響作物生長，同時化感物質在土壤中也會經歷遷移和轉化過程。問荊根狀莖生長于地下，入土可深達2m，繁殖能力極強，并可多年不死㈣，問荊根莖會釋放大量化感物質進入土壤，問荊生長后的土壤微生態(tài)環(huán)境變化與問荊根莖釋放的化感物質存在一定的關聯(lián)性。本研究中土壤pH下降，土壤養(yǎng)分含量降低，微生物數量減少，與李春龍和王朋對土壤養(yǎng)分和微生物數量的研究結果相符。說明問荊根莖分泌的化感物質可能通過影響土壤酸堿平衡，減慢碳氮轉化速度，影響土壤養(yǎng)分循環(huán)，降低土壤肥力，進而影響作物對養(yǎng)分的吸收。這可能與問荊的次生代謝產物酚酸有關。已有研究表明，酚酸類化感物質會影響生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的循環(huán)。土壤過氧化氫酶活性升高，脲酶活性降低，磷酸酶和轉化酶活性未發(fā)生變化，與呂可對花椒浸提液處理后的土壤酶活性研究結果略有不同，這可能與化感物質種類不同有關，也可能與問荊體內化感物質的種類和含量間可能存在協(xié)同或拮抗效應有關。本研究中土壤速效養(yǎng)分含量和微生物數量規(guī)律性下降，土壤酶活性變化并不明顯，說明土壤速效養(yǎng)分和微生物對問荊化感物質較為敏感，而土壤酶對外來化感物質有緩沖作用。

目前已有許多豆田問荊的危害與防治、問荊的形態(tài)及藥理特性的相關研究，但關于不同大豆品種對問荊抗性的研究還未見報道。本研究探究問荊對不同品種大豆的化感作用，評價問荊對大豆生長的根際土壤微生態(tài)環(huán)境的化感效應，可為進一步開展對問荊具有抗性的大豆品種研究提供依據，對大豆的育種工作也同樣具有積極的意義。但問荊的化感作用源于其自身的化感物質，而這些物質是否都對大豆的生長產生一定的影響，它們以何種方式釋放到環(huán)境中以及其作用的機理等問題還需進一步研究。