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        問(wèn)荊根莖水浸液對(duì)大豆根際土壤性質(zhì)、微生物及酶活性的化感效應(yīng)

        2015-05-30 10:48:04王慧一岳中輝隋海霞焦浩劉寶林
        農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào) 2015年7期
        關(guān)鍵詞:化感作用土壤

        王慧一 岳中輝 隋海霞 焦浩 劉寶林

        摘要:為評(píng)價(jià)問(wèn)荊對(duì)大豆生長(zhǎng)后根際土壤微生態(tài)環(huán)境的化感效應(yīng),研究了不同濃度問(wèn)荊水浸液處理下大豆根際土壤性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性的變化。結(jié)果表明,不同濃度問(wèn)荊水浸液處理下,土壤堿解氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)含量隨問(wèn)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(jī)質(zhì)含量由67.26 g/kg降至56.23 g/kg;土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量隨問(wèn)荊水浸液濃度增加而減少,其中品種BD土壤細(xì)菌數(shù)量由69.91×104cfu/g降至11.19-104cfu/g,品種DKl土壤真菌數(shù)量由43.53×104cfu/g降至16.79x1 04cfu/g,同時(shí)土壤放線菌數(shù)量由67.50x104 cfu/g降至13.08x104cfu/g;土壤過(guò)氧化氫酶活性隨問(wèn)荊水浸液濃度增加而升高,其中品種BJ土壤過(guò)氧化氫酶活性由1.02mL/g上升至1.26mL/g,脲酶活性隨問(wèn)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(zhuǎn)化酶活性未發(fā)生變化。說(shuō)明問(wèn)荊產(chǎn)生的化感物質(zhì)使土壤養(yǎng)分下降,而土壤酶對(duì)外來(lái)物質(zhì)有緩沖作用。

        關(guān)鍵詞:?jiǎn)柷G水浸液;化感作用;土壤

        中圖分類(lèi)號(hào):S174.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 論文編號(hào):cjasl5010020

        引言

        植物與土壤之間的生物化學(xué)相互作用是土壤生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究中的重要科學(xué)問(wèn)題之一。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,農(nóng)田雜草是影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要因素,在長(zhǎng)期與作物的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中,雜草不僅與作物競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分、水分、光照、生存空間等環(huán)境條件,某些種類(lèi)還會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)自身代謝過(guò)程合成特定的次生化學(xué)物質(zhì)(化感物質(zhì))并通過(guò)淋溶、揮發(fā)、根際釋放以及植物殘株的腐解等形式進(jìn)入環(huán)境中從而對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)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(zhì)是以土壤為媒介移動(dòng)到作物的根部從而影響作物的生長(zhǎng)及生理生化過(guò)程的?;形镔|(zhì)在土壤中還會(huì)經(jīng)歷不同類(lèi)型的遷移和生物降解過(guò)程,直接或間接地影響土壤理化性質(zhì)、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(jī)質(zhì)、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(zhǎng)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(shù)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(xì)菌數(shù)量明顯減少;加拿大一枝黃花生長(zhǎng)后的土壤質(zhì)量與裸地相比,土壤反硝化細(xì)菌、嫌氣性纖維素分解菌和反硫化細(xì)菌數(shù)量降低,亞硝酸細(xì)菌、好氣性自生固氮菌、硫化細(xì)菌、氨化細(xì)菌和好氣性纖維素分解菌數(shù)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(guò)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(zhuǎn)化酶活性降低。這些研究都表明,不同化感物質(zhì)進(jìn)入土壤后,對(duì)土壤性質(zhì)、微生物數(shù)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(zhì)的多少及種類(lèi)不同。

        問(wèn)荊(Eqttisetttm arvense L.)屬木賊科問(wèn)荊屬,是豆田常見(jiàn)的多年生雜草,通過(guò)多年生地下根莖和地上春枝孢子進(jìn)行繁殖,其根莖常年深埋于地下。有研究表明,問(wèn)荊根莖會(huì)產(chǎn)生酚酸、糖苷、生物堿類(lèi)、茚滿(mǎn)酮等化感物質(zhì),這些物質(zhì)通過(guò)本身腐解或直接釋放到土壤中會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響,前期的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),問(wèn)荊水浸液處理抑制了小麥根系的生長(zhǎng),使小麥的吸收能力受阻,導(dǎo)致小麥株高降低;問(wèn)荊水浸液處理后,大豆幼苗光合能力下降、滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成受到抑制、保護(hù)酶活性下降,從而使大豆幼苗生長(zhǎng)受到抑制。問(wèn)荊化感物質(zhì)釋放到土壤影響作物生長(zhǎng)的同時(shí),必然會(huì)對(duì)土壤的性質(zhì)產(chǎn)生一定影響,因此在前期研究的基礎(chǔ)上,利用盆栽試驗(yàn)進(jìn)一步研究問(wèn)荊水浸液對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性的影響,探討問(wèn)荊與大豆共生時(shí)對(duì)土壤的化感效應(yīng),以期為評(píng)價(jià)問(wèn)荊對(duì)大豆生長(zhǎng)的根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響提供科學(xué)依據(jù)。

        1.材料與方法

        1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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

        將采集到的問(wèn)荊根莖用蒸餾水沖洗后陰干剪碎,準(zhǔn)確稱(chēng)取50 g定容到500mL。在25℃下浸提24h,用雙層無(wú)菌紗布過(guò)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(wèn)荊浸提液,pH分別為6.2、6.2、5.8及5.8,以蒸餾水作為對(duì)照(TO)。

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

        1.2測(cè)定項(xiàng)目及方法

        1.2.1土壤性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性測(cè)定堿解氮含量測(cè)定采用應(yīng)用擴(kuò)散法,速效磷含量測(cè)定采用Olsen法,有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量、法。微生物數(shù)量測(cè)定采用平板涂布法。過(guò)氧化氫酶活性的測(cè)定用高錳酸鉀滴定法,磷酸酶活性的測(cè)定用苯磷酸二鈉法,脲酶活性的測(cè)定用奈氏比色法,轉(zhuǎn)化酶活性的測(cè)定用3,5-二硝基水楊酸比色法。

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

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

        2.3.3問(wèn)荊水浸液處理后大豆土壤脲酶活性變化問(wèn)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(duì)照相比均未達(dá)到差異顯著水平(表10),說(shuō)明品種BD、DK3和HH的土壤脲酶活性對(duì)問(wèn)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(duì)照相比差異不顯著,高濃度T3、T4處理下與對(duì)照相比顯著下降(P<0.05),化感效應(yīng)指數(shù)為負(fù)值,說(shuō)明問(wèn)荊水浸液對(duì)品種BJ和DKl的土壤脲酶活性有化感作用,但問(wèn)荊水浸液對(duì)不同品種土壤脲酶活性的化感效應(yīng)指數(shù)不同(表10),表現(xiàn)為DKI>BJ。

        2.3.4問(wèn)荊水浸液處理后大豆土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化問(wèn)荊水浸液處理后,品種BJ的土壤轉(zhuǎn)化酶活性在T1濃度處理下與對(duì)照相比差異不顯著(表11),當(dāng)濃度達(dá)到T2時(shí),土壤轉(zhuǎn)化酶活性與對(duì)照相比顯著降低(P<0.05),化感效應(yīng)指數(shù)為負(fù)值,說(shuō)明問(wèn)荊水浸液對(duì)品種BJ的土壤轉(zhuǎn)化酶活性有化感作用;品種BD、DK3、DKl和HH的土壤轉(zhuǎn)化酶活性在各濃度處理下與對(duì)照相比均未達(dá)到差異顯著水平,說(shuō)明其土壤轉(zhuǎn)化酶活性對(duì)問(wèn)荊水浸液化感效應(yīng)不敏感。

        3.結(jié)論與討論

        雜草與作物之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系一直是植物學(xué)家關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題,其中,化感作用是雜草與作物競(jìng)爭(zhēng)的重要機(jī)理。已有研究表明,雜草釋放的化感物質(zhì)以土壤為載體影響作物根部進(jìn)而影響作物生長(zhǎng),同時(shí)化感物質(zhì)在土壤中也會(huì)經(jīng)歷遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。問(wèn)荊根狀莖生長(zhǎng)于地下,入土可深達(dá)2m,繁殖能力極強(qiáng),并可多年不死㈣,問(wèn)荊根莖會(huì)釋放大量化感物質(zhì)進(jìn)入土壤,問(wèn)荊生長(zhǎng)后的土壤微生態(tài)環(huán)境變化與問(wèn)荊根莖釋放的化感物質(zhì)存在一定的關(guān)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(shù)量減少,與李春龍和王朋對(duì)土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量的研究結(jié)果相符。說(shuō)明問(wèn)荊根莖分泌的化感物質(zhì)可能通過(guò)影響土壤酸堿平衡,減慢碳氮轉(zhuǎn)化速度,影響土壤養(yǎng)分循環(huán),降低土壤肥力,進(jìn)而影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收。這可能與問(wèn)荊的次生代謝產(chǎn)物酚酸有關(guān)。已有研究表明,酚酸類(lèi)化感物質(zhì)會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)。土壤過(guò)氧化氫酶活性升高,脲酶活性降低,磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性未發(fā)生變化,與呂可對(duì)花椒浸提液處理后的土壤酶活性研究結(jié)果略有不同,這可能與化感物質(zhì)種類(lèi)不同有關(guān),也可能與問(wèn)荊體內(nèi)化感物質(zhì)的種類(lèi)和含量間可能存在協(xié)同或拮抗效應(yīng)有關(guān)。本研究中土壤速效養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量規(guī)律性下降,土壤酶活性變化并不明顯,說(shuō)明土壤速效養(yǎng)分和微生物對(duì)問(wèn)荊化感物質(zhì)較為敏感,而土壤酶對(duì)外來(lái)化感物質(zhì)有緩沖作用。

        目前已有許多豆田問(wèn)荊的危害與防治、問(wèn)荊的形態(tài)及藥理特性的相關(guān)研究,但關(guān)于不同大豆品種對(duì)問(wèn)荊抗性的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究探究問(wèn)荊對(duì)不同品種大豆的化感作用,評(píng)價(jià)問(wèn)荊對(duì)大豆生長(zhǎng)的根際土壤微生態(tài)環(huán)境的化感效應(yīng),可為進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)問(wèn)荊具有抗性的大豆品種研究提供依據(jù),對(duì)大豆的育種工作也同樣具有積極的意義。但問(wèn)荊的化感作用源于其自身的化感物質(zhì),而這些物質(zhì)是否都對(duì)大豆的生長(zhǎng)產(chǎn)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(jī)理等問(wèn)題還需進(jìn)一步研究。

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