管 冠, 郭富鵬, 郭等等, 張 思

(贛南師范大學生命科學學院/國家臍橙工程技術(shù)研究中心,江西贛州 341000)

生草栽培是指在果樹行或整個園林種植草本中選擇合適的草種作為果園覆蓋物的一種果園管理方法,對果園土壤、生態(tài)環(huán)境、有機養(yǎng)分等具有重要作用,可顯著改善清耕管理模式所產(chǎn)生的危害。馬曉燕等在棗園中進行了為期2年的生草栽培試驗,發(fā)現(xiàn)生草栽培可以提高土壤中有機質(zhì)及堿解氮、有效磷、速效鉀的含量,可以有效改善土壤的理化性質(zhì)[1]。生草栽培還能優(yōu)化果園環(huán)境,李先明等研究發(fā)現(xiàn),梨園生草能在一定程度上調(diào)節(jié)梨園的空氣溫度和空氣相對濕度[2]。生草栽培也是促進果實優(yōu)產(chǎn)高效的有效方式,有研究表明,生草栽培對果實品質(zhì)有顯著的改善作用,可以顯著提高果實品質(zhì),增加果實的營養(yǎng)成分含量[3-4]。土壤微生物是土壤中小于5×103μm3的細小生物的統(tǒng)稱,通常指細菌、真菌與放線菌,它不但與土壤質(zhì)量、植被的生長發(fā)育等息息相關(guān),使土壤具有強大的生命活力,還可以促進土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量傳輸,在土壤演變和質(zhì)量方面起到很大的影響[5]。植物對土壤養(yǎng)分的吸收與利用以及土壤有機質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化都離不開土壤微生物的作用,其含量的多少會對植物的生長狀況產(chǎn)生影響,因此對土壤微生物的影響因素進行研究,有助于土壤微生物數(shù)量的增加,繼而可促進植物的生長及發(fā)育[6-7]。王倩等對旱地果園不同覆蓋方式進行研究,發(fā)現(xiàn)生草栽培可顯著提高蘋果園的土壤微生物數(shù)量,且優(yōu)勢菌是細菌[8]。王勝永等的試驗表明,種植三葉草后可提高土壤養(yǎng)分,并有利于提高土壤微生物豐富度[9]。管冠等在贛南地區(qū)臍橙園進行合理的生草栽培,發(fā)現(xiàn)臍橙土壤微生物數(shù)量可顯著增加[10]。土壤酶是土壤中最活躍的主要組分之一,作為土壤中各種化學反應的主要驅(qū)動者,土壤中絕大多數(shù)的反應都有土壤酶的參與[11-12]。因此,土壤酶經(jīng)常被認為是敏感且具有代表性的土壤生物學指標之一[13]。研究表明,土壤管理措施的改變會引起土壤酶活性的波動,如增施肥料、改變耕作方式等,土壤酶活性都會受到極大影響[14]。魏倩倩等的研究表明,在蘋果園覆蓋白三葉草,覆蓋1個月及6個月時土壤蔗糖酶(SSC)、酸性磷酸酶(SACP)活性最高[15]。此外,Zheng等認為,與清耕相比,蘋果園在覆蓋小冠花后,β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶和纖維二糖水解酶(CBH)的活性均顯著增加[16]。王元基的研究結(jié)果顯示,與對照組相比,蘋果園在黑麥草覆蓋下呈現(xiàn)出更高的β-1,4-葡糖苷酶、纖維二糖水解酶和β-木糖苷酶活性,玉米秸稈覆蓋下有較高的β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?NAG)和脲酶(UR)活力[17]。有研究認為,與清耕相比,黃土高原地區(qū)蘋果園覆蓋白三葉和鴨茅會顯著增加β-1,4-葡糖苷酶(20.65%、26.07%)和纖維二糖水解酶(61.57%、69.48%)的活力,同時也有利于提高β-1,4-N-乙酰氨基葡糖苷酶和脲酶的酶活性[18]。根系分泌物主要是指植物在植株成長過程中,由根系向根際周圍土壤環(huán)境所釋放出的各種物質(zhì)的統(tǒng)稱[19],其中含有一些低分子量有機物質(zhì),包括酚類、糖類、有機酸及氨基酸等,以及一些高分子量有機物質(zhì),如黏膠物質(zhì)和蛋白質(zhì)等[20]。根系分泌物不僅承載著植物與土壤物質(zhì)交換與信息傳遞的重擔,還是影響根際土壤環(huán)境,改善土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因子[21]。Guo等的研究表明,根系分泌物在土壤構(gòu)造、土壤養(yǎng)分以及植被營養(yǎng)吸收和逆境脅迫等方面發(fā)揮不容小覷的作用[22-24];閆芳芳等研究表明,果園生草后,各生草模式根系分泌物所含化感物質(zhì)含量均比對照高[25]。但是根系分泌物增多對植物來說并非都是有利的,宋亮等研究發(fā)現(xiàn),種植苜蓿多年后,苜蓿根系會分泌酚酸類等難以降解的自毒性化合物,會導致苜蓿出現(xiàn)一系列的生長及病蟲害問題[26],這不僅不會促進其他植物生長,反而會影響其正常生長發(fā)育。贛南地區(qū)作為我國臍橙主產(chǎn)區(qū),其生產(chǎn)狀況不僅影響當?shù)鼐用竦慕?jīng)濟狀況,也影響著我國臍橙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本研究采用不同的生草處理方式,以期得到生草處理下臍橙土壤生物學性質(zhì)及根系分泌物的響應機制,進而為促進生草栽培模式的廣泛應用及臍橙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取長勢一致的無病毒紐荷爾臍橙一年生幼苗(贛州市俊萍果業(yè)發(fā)展有限公司)設(shè)計盆栽試驗。盆栽土壤取自贛州市當?shù)丶t壤,按體積比3 ∶1與有機肥充分混合,每盆含有機肥質(zhì)量約 3 kg。混合前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為有機質(zhì)6.07 g/kg、堿解氮 17.50 mg/kg、速效磷0.90 mg/kg、速效鉀 90.33 mg/kg、pH值為4.70。草種選擇禾本科百喜草(PaspalumnotatumFlugge),試驗地點為贛南師范大學溫室(25.8°N,114.8°E)。

1.2 盆栽試驗設(shè)計

為明確生草栽培下是草根本身或其根系分泌物兩者之一還是兩者共同對臍橙根系及其土壤產(chǎn)生影響,盆栽試驗采用完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計,共設(shè)置4個處理(表1)。各處理示意圖如圖1。

表1 盆栽試驗設(shè)計

1.3 取樣方法

生草試驗于2021年1月布置完畢后,每2個月取樣1次,從2021年3月持續(xù)取樣到2022年1月,取樣方式為破壞性取樣。待測土壤樣品取自0～15 cm 土層,土壤取樣質(zhì)量為200 g/樣次,土壤樣品總共分為2份,其中一份先用不銹鋼鏟塊狀挖取,剔除雜物并自然風干后,研磨,并分別過100目及20目篩,裝入自封袋后,放入4 ℃冰箱保存,用于酶活性、微生物數(shù)量的測定;另一份新鮮土樣剔除雜物后,過20目的篩子,4 ℃冰柜保存,用于根系分泌物的鑒定。

1.4 試驗方法

1.4.1 土壤微生物數(shù)量測定 采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基平板混菌法進行細菌數(shù)量的測定;采用孟加拉紅培養(yǎng)基平板混菌法進行真菌數(shù)量的測定;采用高氏1號培養(yǎng)基平板混菌法進行放線菌數(shù)量的測定。

1.4.2 土壤胞外酶活性測定 臍橙土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法進行測定,臍橙土壤β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、纖維二糖水解酶活性采用熒光法進行測定。具體測定參考Wallenstein等的方法[27-29],并根據(jù)German等的測定條件略作修改[30-31]。

1.4.3 臍橙根系分泌物的鑒定 樣品前處理:取 1 g 樣品加入1 000 μL提取液[甲醇 ∶乙腈(體積比2 ∶1,含5%內(nèi)標L-2-氯-苯丙氨酸)];渦旋30 s混勻后,冰水浴超聲萃取30 min;將樣品于-20 ℃靜置30 min,然后高速離心15 min(4 ℃,13 000 r/min);離心液取上清,裝入玻璃衍生小瓶中,氮氣吹干;于玻璃衍生小瓶中加入80 μL的甲氧胺鹽酸鹽吡啶溶液(15 mg/mL),渦旋2 min后于 37 ℃ 振蕩培養(yǎng)箱中進行90 min肟化反應;再加入80 μL的BSTFA(含1% TMCS)衍生試劑,渦旋 2 min,再于70 ℃下反應60 min;取出樣本后在室溫放置30 min,進行GC-MS代謝組學分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤微生物數(shù)量和酶活性數(shù)據(jù)采用MS Excel 2019軟件進行統(tǒng)計和計算,采用SPSS 25.0 進行差異顯著性分析。GC-MS數(shù)據(jù)用計算機質(zhì)譜庫(NIST、Metlin、HMDB等)檢索和解析,確定化合物結(jié)構(gòu),用R語言、KEGG Compound、Python軟件進行PLS-DA分析、化合物分類、相關(guān)性分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 生草栽培對臍橙土壤微生物數(shù)量的影響

由表2可知,生草2個月后,T3處理根際土細菌數(shù)量較T2、T1、CK處理顯著提升,T2處理非根際土細菌數(shù)量最多,較CK、T1處理分別增加190.10%、230.34%;CK處理臍橙土壤真菌數(shù)量較T2、T1、T3處理稍稍提升。生草4個月后,T1處理的根際土細菌數(shù)量較T2、CK、T3處理顯著增多,T3處理非根際土細菌數(shù)量最多,較CK處理顯著增加,增幅為317.81%;T3處理非根際土真菌數(shù)量最多,較T1、T2處理分別增加171.53%、378.08%;T1處理非根際土放線菌數(shù)量較T2、CK、T3處理顯著提升,且除CK處理外,各處理土壤放線菌數(shù)量均上升。生草6個月后,除CK處理的根際土細菌數(shù)量增加外,其余均呈下降趨勢。其中CK、T1處理根際土細菌數(shù)量高于T2、T3處理,CK處理非根際土細菌數(shù)量也顯著高于其他3個處理;根際土真菌數(shù)量沒有顯著性差異,T3處理非根際土真菌數(shù)量較CK、T1、T2處理顯著提升;T1處理根際土放線菌數(shù)量顯著高于CK、T2、T3處理,其增幅分別為49.78%、286.35%、367.41%,CK處理非根際土放線菌含量較T1、T3、T2處理顯著提升。生草8個月后,T1處理非根際土真菌數(shù)量較T3、T2、CK處理顯著提高,分別提高356.90%、763.87%、778.63%;各處理細菌、根際土真菌、放線菌數(shù)量均沒有顯著差別。生草10個月后,T3處理根際土細菌數(shù)量較T2、CK、T1處理顯著提高,分別提高94.46%、199.53%、202.39%;CK處理根際土真菌數(shù)量較T3、T2、T1處理顯著增加,非根際土真菌數(shù)量沒有顯著性差異;T3處理根際土放線菌數(shù)量顯著高于T2、T1、CK處理,其增幅分別為27.15%、74.53%、116.15%,T1處理非根際土放線菌數(shù)量最多,較T3處理增加了98.26%。生草12個月后,土壤微生物數(shù)量顯著下降。但各處理土壤細菌數(shù)量沒有顯著差別;CK處理根際土真菌數(shù)量最多,T2處理非根際土真菌數(shù)量顯著高于T1、CK、T3處理,其增幅分別為52.00%、322.20%、850.00%;各處理根際土放線菌數(shù)量沒有顯著性差異,T1處理非根際土放線菌數(shù)量最多,與T2、T3處理差異顯著。

表2 生草栽培對臍橙土壤微生物數(shù)量的影響

2.2 生草栽培對臍橙土壤胞外酶活性的影響

2.2.1 生草栽培下臍橙根際土壤胞外酶活性 不同生草處理下臍橙根際土壤胞外酶活性分析見表3。隨著生草時間的增加,臍橙根際土壤蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶、纖維二糖水解酶活性大都呈先降低后升高的趨向。生草2個月后,T1處理臍橙土壤蔗糖酶活性較CK、T3、T2處理分別增加37.45%、56.39%、82.73%。生草4個月后,T1處理蔗糖酶活性亦最高,較CK、T3處理分別增加8.97%、126.75%。6個月后,土壤蔗糖酶活性顯著下降,且CK處理蔗糖酶活性大于T1、T3、T2處理;隨著試驗時間的增加,土壤蔗糖酶活性稍升高,T1、T2處理表現(xiàn)較好,其中生草12個月后,T2處理蔗糖酶活性較T3、CK、T1處理顯著增高,分別增加6.14%、19.03%、65.17%。

生草2個月后,T3處理土壤β-1,4-葡糖苷酶活性顯著高于CK、T1、T2處理,增幅分別為19.85%、39.09%、41.21%,生草4～8個月后,土壤β-1,4-葡糖苷酶活性均表現(xiàn)出T2>T3>T1>CK,生草10個月后,T1處理土壤β-1,4-葡糖苷酶活性顯著高于T2、CK、T3處理,增幅分別為12.40%、13.10%、34.32%。生草12個月后,土壤β-1,4-葡糖苷酶活性均表現(xiàn)出T1>CK>T2>T3;試驗結(jié)果表明,土壤β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?、纖維二糖水解酶活性與土壤β-1,4-葡糖苷酶活性大都表現(xiàn)出同樣的趨勢。

2.2.2 生草栽培對臍橙非根際土壤胞外酶活性的影響 由表4可知,整體來看,非根際土蔗糖酶活性呈先下降后上升的趨勢,β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?、纖維二糖水解酶活性無明顯變化規(guī)律。生草2個月后,與CK相比,不同生草處理的土壤非根際土蔗糖酶活性均較低。生草4個月后,各生草處理非根際土蔗糖酶活性均下降,其中T2處理活性最高,與T1、CK處理沒有顯著性差異,較T3處理顯著提高,增加283.33%。生草6個月后,土壤非根際土蔗糖酶活性持續(xù)下降。生草8個月后,土壤蔗糖酶活性提升,其中T2處理蔗糖酶活性最高,較T1處理增加39.08%。

表3 生草栽培下臍橙根際土壤胞外酶活性

生草10個月后,土壤蔗糖酶活性又下降,其中T1處理土壤蔗糖酶活性最高,與T3處理差異顯著,增加34.96%。生草處理12個月后,蔗糖酶活性又上升,T1處理蔗糖酶活性最高,較CK、T2、T3處理分別提升34.28%、73.27%、45.17%。

生草2個月后,T3處理土壤β-1,4-葡糖苷酶活性最高,與CK處理沒有顯著性差異;CK處理土壤β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶、纖維二糖水解酶活性均最高。生草4個月后,T2、T3、T1處理土壤β-1,4-葡糖苷酶活性較CK處理分別提升62.91%、124.80%、213.58%;土壤β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶活性T2>T3>T1>CK;CK、T1處理土壤纖維二糖水解酶活性較T3、T2處理高。生草6個月后,β-1,4-葡糖苷酶活性T2>T3>CK>T1;土壤β-木糖苷酶活性CK處理最高;土壤β-1,4-N-乙?；被咸擒彰富钚訡K>T2>T3>T1,T2處理土壤纖維二糖水解酶活性顯著高于T3、CK、T1。生草8個月后,土壤β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?、纖維二糖水解酶活性均表現(xiàn)出T2>T3>T1>CK。生草10個月后,T1、CK處理土壤β-1,4-葡糖苷酶、纖維二糖水解酶活性均大于T2、T3處理,土壤β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰富钚圆町惒伙@著。生草12個月后,T1處理土壤β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?、纖維二糖水解酶活性均大于CK、T3、T2處理。

2.3 生草栽培對臍橙根系分泌物的影響

2.3.1 臍橙根系分泌物的KEGG化合物分類 由圖2可知,生草1年后,代謝物分類主要包括維生素類1種、類固醇1種、多肽類13種、有機酸類5種、核酸類3種、酯類13種、激素類3種、糖類7種。

2.3.2 臍橙根系分泌物PLS-DA分析 對不同生草處理下臍橙根系分泌物的差異進行分析可知(圖3),第一主成分解釋度為55.10%,第二主成分解釋度為14.50%,累積解釋變異度為69.60%。T2處理樣本間差異較大,CK、T1、T3處理樣本間更具有相似性,離散程度小、緊挨在一起。且除T2處理外,CK、T1、T3處理均顯著分開,說明不同生草處理下臍橙根系分泌物存在一定差異。各處理中,T1處理與CK、T2、T3處理分開較明顯,其他處理分開不太明顯?？梢姴煌萏幚硐?T1處理發(fā)生明顯變化。

表4 生草栽培對臍橙非根際土壤胞外酶活性的影響

2.3.3 生草栽培下臍橙根系差異代謝物分析 對臍橙根系差異代謝物進行多組比較分析可知(圖4),不同生草處理下差異代謝物三甲氧基苯酚(antiarol)、蔗糖(sucrose)、磷酸(phosphoric acid)在0.05水平上有顯著性差異,且CK處理三甲氧基苯酚表達量最高,平均相對豐度為7.057;T1處理蔗糖表達量最高,平均相對豐度為7.222 4;T2處理磷酸表達量最高,平均相對豐度為7.422 3,T3次之。葡萄糖(D-glucose)、D-阿洛糖(D-allose)在0.001水平上有顯著性差異,且均是T1處理表達量最高,平均相對分度分別為7.003 8、7.001 8。

2.4 臍橙根系分泌物與土壤生物學性質(zhì)的相關(guān)性分析

由圖5可知,不同處理下臍橙根系相對豐度前20的代謝物與土壤微生物數(shù)量、酶活性的相關(guān)性分析結(jié)果表明,各代謝物與土壤生物學性質(zhì)指標大都呈正相關(guān)。磷酸與土壤生物學各指標大都呈負相關(guān),且與β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈顯著負相關(guān),但是與真菌數(shù)量呈正相關(guān),油酸甲酯(methyl oleate)亦表現(xiàn)出相似的趨勢,其中β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈極顯著負相關(guān),與蔗糖酶活性呈顯著負相關(guān)。真菌數(shù)量與各代謝物大都呈負相關(guān)。D-阿洛糖、葡萄糖、乙縮醛(acetal)、D-甘露糖醇(D-mannitol)與β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。蔗糖與蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。甘油(glycerol)與β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。L-谷氨酸(L-glutamic acid)與真菌、放線菌數(shù)量及蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān),與β-木糖苷酶、纖維二糖水解酶活性呈顯著正相關(guān)。D-阿卓糖[D-(+)-altrose]與蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。異丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-beta-D-1-thiogalactopyranoside)與β-木糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān),與β-1,4-葡糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。1,3-丙二醇(1,3-propanediol)與細菌、放線菌數(shù)量及蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān)。阿洛酮糖(psicose)與蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān),與β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。

3 討論

3.1 生草栽培對臍橙土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物主要指土壤中體積微小的生物體,具有分布密集、種類多的特征,一般主要指細菌 、真菌、放線菌這三大類[32],土壤有機質(zhì)及礦質(zhì)養(yǎng)分的分解與循環(huán)、土壤肥力的保持與提升等都有賴于土壤微生物的作用[33],土壤微生物主要受土壤環(huán)境、pH值、溫度、水分等影響。

本試驗結(jié)果表明,試驗前期臍橙土壤放線菌數(shù)量最高,細菌次之,真菌最低,隨著生草時間的延長。生草1年后,各處理土壤微生物數(shù)量較生草初始下降幅度較大,但與CK相比,T1、T2、T3處理土壤微生物數(shù)量都有增加,且T1處理土壤微生物數(shù)量大部分都高于CK處理,說明隨著試驗時間的增加生草栽培下土壤微生物數(shù)量較清耕高。T1處理下植物凋落物的分解與礦化會提高土壤的有機質(zhì)含量,草根的根系及其分泌物等也會提高土壤養(yǎng)分含量,給微生物各項生命活動提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì),從而促使土壤微生物數(shù)量的增加[18,34]。T2處理下除草根根系本體不能作用于臍橙根系及根區(qū)土壤外,其余和T1處理相似,所以T2處理下土壤微生物數(shù)量亦增加。T3處理下草根根系本體及其分泌物均與臍橙根系及根區(qū)土壤無接觸,但T3處理下植物凋落物等稍增加,且生草下土壤根區(qū)環(huán)境也會改善,所以T3處理下土壤微生物數(shù)量亦增加。但由于T3處理無根系分泌物和根系本體的作用,所以效果不如T1、T2處理好。且T1處理下土壤微生物數(shù)量大都要高于T2處理。劉業(yè)萍等也認為,果園覆草后土壤環(huán)境改變以及植物凋落物的分解與礦化,可以改善土壤微生物的生存環(huán)境,并給微生物的生長提供豐富的營養(yǎng),從而促使臍橙土壤微生物數(shù)量增加,且細菌和真菌的多樣性和豐富度也產(chǎn)生不同程度的變化[35]。

3.2 生草栽培對臍橙土壤胞外酶活性的影響

土壤酶作為土壤中一類具有高催化效應的蛋白類物質(zhì),通常由土壤動植物殘體、土壤微生物代謝活動以及植物根系分泌物形成[36-37]。土壤酶是評價土壤健康與否的關(guān)鍵指標,其活性反映土壤供養(yǎng)的潛在能力,也可作為評判土壤微生物活性的主要指標[38-39],如土壤碳循環(huán)狀況可以用β-1,4-葡萄糖苷酶活性表征[40],土壤氮和磷的循環(huán)可以用β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶和酸性磷酸酶活性表征[41]。因此,探究生草對臍橙土壤酶活性的影響具有重要的理論和實踐意義。

本試驗結(jié)果表明,生草栽培下,臍橙根際土壤酶活性大都呈先下降后上升的趨勢,且試驗后期T1處理各土壤酶活性大都高于CK處理,說明隨著生草時間的增加,生草處理的酶活性較清耕處理高。與T3處理相比,T1、T2處理土壤酶活性大都較高,且各土壤酶活性中T1處理表現(xiàn)最好。主要是因為T1處理草根根系及其根系分泌物均參與作用,T2處理僅草根根系分泌物作用于根區(qū)土壤,T3處理草根根系及其根系分泌物與根區(qū)土壤均無接觸,再加上各處理生草后植物凋落物增加,所以生草處理下根際土各酶活性高于CK處理,且T1處理表現(xiàn)最佳。非根際土蔗糖酶活性亦呈先降低后升高的趨勢,試驗后期,整體來看土壤各酶活性仍大都表現(xiàn)出T1高于CK的趨勢,且各生草處理中T1、T2處理表現(xiàn)較好。說明生草栽培下草根本體及其根系分泌物兩者均對提高臍橙土壤酶活性起到重要的作用,且與清耕(CK)相比,各生草處理下土壤酶活性可得到不同層次的提升,并對根際土影響較大。這與焦?jié)櫚驳鹊难芯拷Y(jié)果類似,與清耕相比,油橄欖園間作生草后,油橄欖園土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性顯著提升[42];李雪麗對松嫩草地羊草生長進行研究,發(fā)現(xiàn)羊草生長可以提高土壤β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶,以及纖維二糖水解酶活性[43]。說明生草栽培下,覆草可以增加土壤的持水能力,動植物殘體及根系分泌物等影響土壤有機質(zhì)的輸入及土壤酸堿度[44-45],土壤肥力增加,土壤微生物活性提高,進而土壤酶活性增強[46],土壤酶活性又反過來影響土壤肥力[47]。

3.3 不同生草處理下臍橙根系分泌物的變化

根系分泌物是植物生長過程中向土壤釋放的大量有機物質(zhì),可作為植物與土壤能量交換的載體,對土壤環(huán)境可產(chǎn)生影響,同時其種類和數(shù)量等也受植物種類、生長環(huán)境的影響[48]。根系分泌物種類眾多、數(shù)量各異。本研究結(jié)果表明,生草1年后,不同處理下臍橙根系分泌物種類沒有太大差異,主要有有機酸類、糖類、多肽類、酯類等,但與CK處理相比,T1處理與T3處理各特有1個物種,說明生草栽培與清耕栽培相比可以提高臍橙根系分泌物種類,主要是因為各生草處理下草根根系、草根根系分泌物、植物凋落物等共同或分別作用于臍橙根系及根區(qū)土壤,使得各生草處理下臍橙根系分泌物種類不同程度地多于清耕栽培。而T1處理臍橙根系分泌物種類多于T2處理,主要是因為T1處理下草根根系及其根系分泌物以及植物凋落物等共同作用于臍橙根系及根區(qū)土壤,但T2處理下草根根系不能參與作用。

臍橙根系分泌物PLS-DA分析結(jié)果表明,T1處理與CK處理有較明顯差別,說明生草栽培下臍橙根系分泌物與清耕栽培有明顯差別,且T1處理較T2、T3處理也有明顯差別,但T2、T3處理與CK處理差別較小,主要是因為T1處理下草根根系及其根系分泌物、植物凋落物等均參與作用,但T2處理沒有草根根系的參與,T3處理草根根系及其根系分泌物均不可對臍橙根系及根區(qū)土壤產(chǎn)生影響。臍橙根系差異代謝物分析結(jié)果也表明,各處理間除三甲氧基苯酚、蔗糖、磷酸、葡萄糖、D-阿洛糖代謝物相對豐度有顯著差異外,其余代謝物差異不顯著,且還是T1處理表現(xiàn)較好。

本研究中各處理下臍橙根系分泌物與土壤生物學性質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果表明,各代謝物中除磷酸、油酸甲酯與土壤生物學性質(zhì)各指標基本呈負相關(guān)外,其余各代謝物與各指標大都呈正相關(guān),土壤生物學性質(zhì)各指標含量會隨著根系分泌物增加而增加,根系分泌物會給土壤微生物的生長提供大量的營養(yǎng)及能量物質(zhì),相應土壤微生物的種類及數(shù)量就會增加,同時土壤中的酶活性也會增強。土壤微生物數(shù)量及酶活性的變化可以直觀地反映植物的生長狀況,植物根系分泌物的種類和數(shù)量又可以影響土壤生物學性質(zhì)的變化,從而來適應環(huán)境的變化,保障植物的生長發(fā)育[49-50]。植物根系向土壤釋放大量根系分泌物,這些物質(zhì)大都能被植物吸收利用,進而制約土壤環(huán)境狀況[51]。

4 結(jié)論

生草栽培下,與清耕(CK)相比,無分隔(T1)、尼龍袋分隔(T2)、塑料盆分隔(T3)處理土壤微生物數(shù)量都稍有增加,且無分隔(T1)、尼龍袋分隔(T2)處理土壤微生物數(shù)量大都較塑料盆分隔(T3)處理高。生草栽培下土壤酶活性亦表現(xiàn)出類似的趨勢,且對根際土影響較大。臍橙根系分泌物共檢測到366種,生草栽培下無分隔(T1)處理臍橙根系分泌物的種類較清耕(CK)處理多,相對豐度大都較其他處理高,且與其他處理有明顯差別。相關(guān)性分析結(jié)果表明土壤生物學指標大都與臍橙根系分泌物呈正相關(guān)。