王宏燕，邵婧鑫，劉志華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

土壤鹽堿化作為限制植物產(chǎn)量的重要因素之一，是世界性的土壤退化問(wèn)題，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極大的損失[1]。黑龍江省西部地區(qū)是典型的鹽堿化土地，是松嫩平原鹽堿化程度最嚴(yán)重的地區(qū)之一，重度鹽堿化土地面積仍以每年1.4%的速度擴(kuò)展[1]。抗鹽堿轉(zhuǎn)基因大豆的出現(xiàn)使鹽堿地農(nóng)業(yè)高效利用成為可能，對(duì)鹽堿化土地資源的開(kāi)發(fā)利用有重要意義。

轉(zhuǎn)基因作物因其優(yōu)越性狀得到快速發(fā)展，但其負(fù)面影響也開(kāi)始引起關(guān)注。近年來(lái)的研究表明，轉(zhuǎn)基因作物的外源基因及其基因表達(dá)產(chǎn)物可通過(guò)殘茬或根系分泌物進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)[2]，進(jìn)而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)。Palm等將轉(zhuǎn)Bt棉花枝葉埋入5種不同土壤生態(tài)系統(tǒng)中，140 d后仍能在3種土壤中檢測(cè)到Bt毒素[3]。James的研究表明，Bt毒素可通過(guò)根系分泌物殘留在土壤中,其毒性可持續(xù)2～3個(gè)月[4]。許多研究表明轉(zhuǎn)基因作物根系分泌物成分的差異能不同程度地影響土壤理化性質(zhì)，如團(tuán)聚體大小和分布、酸堿度、陽(yáng)離子交換量和吸附性能等[5]。根系分泌物中的甲酸、乙酸和草酸能降低土壤的酸堿度從而加速土壤的酸化[6]。土壤生態(tài)系統(tǒng)是土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的綜合反映，近年來(lái)的研究多集中在轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤生物及微生物方面的影響，而其對(duì)土壤化學(xué)特性影響的研究相對(duì)較少。本文主要研究抗鹽堿轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)鹽堿土壤化學(xué)特性的影響，旨在為評(píng)價(jià)抗鹽堿轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響提供基礎(chǔ)研究資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

實(shí)驗(yàn)地位于黑龍江省安達(dá)市（E 125°21′781″，N 46°23.916′），海拔149.3 m，地勢(shì)平坦。供試土壤為鹽堿土，部分理化性狀如下：全氮2 g·kg-1，速效氮 103 mg·kg-1，全 磷 2 g·kg-1，速 效 磷 27 mg·kg-1，速效鉀150 mg·kg-1，pH 8.44 ，鈉吸附比0.382，總堿度0.002 cmol·kg-1，堿化度0.04，陽(yáng)離子交換量14 cmol·kg-1，交換性鈉 0.55 cmol·kg-1。

1.2 供試品種

本試驗(yàn)研究對(duì)象為抗鹽堿轉(zhuǎn)基因大豆（Salinization resistence transgenic soybeans，SRTS），是利用基因工程技術(shù)將甜菜堿醛脫氫酶基因（BADH）轉(zhuǎn)化栽培大豆黑農(nóng)-35培育出的轉(zhuǎn)基因大豆品種。其余品種及代號(hào)分別為親本非轉(zhuǎn)基因大豆黑農(nóng)35（HN-35）、合豐50（HF-50）、抗線王（K）、野生21（Y-21）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及樣品采集

試驗(yàn)處理為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每壟長(zhǎng)3 m，寬0.7 m，植株間距6 cm，壟間距68 cm，6壟為一個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2。2010年5月至10月于大豆苗期、花期、結(jié)莢期、鼓粒期和成熟期取樣。每個(gè)小區(qū)用五點(diǎn)法隨機(jī)取10棵植株，采用抖落法收集根際土壤，將根際土壤用無(wú)菌塑封袋封好帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.4 相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定方法

pH采用酸度計(jì)進(jìn)行測(cè)定（土水比為1∶5）[7]。土壤陽(yáng)離子交換量采用乙酸鈉法。交換性鈉的測(cè)定采用NH4OAc-NH4OH火焰光度法[7]。堿化度為交換性鈉與陽(yáng)離子交換量的比值[7]。鈉吸附比以土壤中Na+含量與（1/2Mg+1/2Ca）1/2的含量的比值來(lái)表示[8]。總堿度采用雙指示劑—中和滴定法[7]。土壤速效氮采用堿解擴(kuò)散法[7]。土壤速磷的測(cè)定采用NaHCO3法[7]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel（2003）對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 13.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 SRTS對(duì)根際土壤pH的影響

SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤pH的影響如圖1所示，根際土壤pH隨大豆生育期的變化呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。苗期pH在大豆整個(gè)生育期最高，不同品種大豆根際土壤pH主要在8.31～8.41之間，成熟期較低，分布在7.20～7.90之間。

不同品種大豆pH在苗期和花期未存在顯著差異（P＜0.05）。結(jié)莢期SRTS根際土壤pH顯著低于HN-35，與其余品種大豆未達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。鼓粒期SRTS根際土壤pH顯著低于HN-35、K。以上表明SRTS能夠降低鹽堿土壤pH，這可能是其較耐鹽堿的機(jī)理，而成熟期SRTS顯著的高于HN-35，可能與成熟期根系分泌物減少有關(guān)，進(jìn)而使SRTS耐鹽堿程度降低所致，具體原因有待于進(jìn)一步研究。

2.2 SRTS對(duì)根際土壤陽(yáng)離子交換量的影響

土壤緩沖性能的主要來(lái)源是土壤陽(yáng)離子交換量，它不僅是改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)，同時(shí)也是反映土壤負(fù)電荷總量及表征土壤性質(zhì)的重要指標(biāo)[9]。

SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤陽(yáng)離子交換量的影響如圖2所示，SRTS與HN-35根際土壤陽(yáng)離子交換量在鼓粒期達(dá)到最大值，在結(jié)莢期、鼓粒期、成熟期均存在顯著差異（P＜0.05）。其中結(jié)莢期SRTS根際土壤陽(yáng)離子交換量顯著高于HN-35、Y-21及其余栽培品種，而后兩個(gè)時(shí)期則顯著低于HN-35、Y-21及其余栽培品種，說(shuō)明在大豆不同生育時(shí)期SRTS對(duì)根際土壤陽(yáng)離子交換量的影響不同，表明SRTS對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量的影響存在時(shí)期性。

圖1 SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤pH值的影響Fig.1 Effects of SRTS and different soybeans on pH in rhizospheric soil

圖2 SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤陽(yáng)離子交換量的影響Fig.2 Effects of SRTS and different soybeans on cation exchange capacity in rhizospheric soil

2.3 SRTS對(duì)根際土壤交換性鈉的影響

SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤交換性鈉的影響如圖3所示，不同品種大豆在苗期、結(jié)莢期和成熟期分別表現(xiàn)出顯著差異，但SRTS與其受體非轉(zhuǎn)基因大豆HN-35在整個(gè)生育期對(duì)土壤交換性鈉沒(méi)有顯著差異（P＜0.05），表明SRTS對(duì)土壤交換性鈉的影響未達(dá)到顯著水平，對(duì)根際土壤交換性鈉的影響較小。

圖3 SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤交換性鈉的影響Fig.3 Effects of SRTS and different soybeans on exchangeable sodium in rhizospheric soil

2.4 SRTS對(duì)根際土壤堿化度的影響

SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤堿化度的影響見(jiàn)圖4，苗期與花期各品種大豆之間根際土壤堿化度無(wú)顯著差異（P＜0.05），結(jié)莢期K大豆土壤堿化度分別較SRTS、HF-50提高7.05%、8.37%，SRTS及其余栽培品種之間無(wú)顯著差異。鼓粒期HN-35和K之間土壤堿化度差異顯著（P＜0.05），成熟期K則顯著低于SRTS、HN-35和HF-50土壤堿化度。整個(gè)生育期SRTS根際土壤堿化度與其親本非轉(zhuǎn)基因大豆HN-35未達(dá)到顯著水平，表明SRTS對(duì)土壤堿化度的影響很小。

2.5 SRTS對(duì)根際土壤鈉吸附比的影響

SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤鈉吸附比的影響見(jiàn)圖5，根際土壤鈉吸附比隨大豆生育期呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，花期品種間無(wú)顯著差異，其余時(shí)期各品種之間差異顯著（P＜0.05）。苗期HF-50鈉吸附比顯著低于SRTS、K和Y-21，結(jié)莢期K顯著高于SRTS、HN-35及其余栽培品種，鼓粒期Y-21顯著高于SRTS和HN-35，成熟期鈉吸附比：HF-50＞HN-35＞SRTS＞Y-21＞K。整個(gè)生育期，SRTS與其親本非轉(zhuǎn)基因大豆HN-35未存在顯著差異（P＞0.05），說(shuō)明SRTS對(duì)根際土壤鈉吸附比的影響很小。

圖4 SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤堿化度的影響Fig.4 Effects of SRTS and different soybeans on alkalinity in rhizospheric soil

圖5 SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤鈉吸附比的影響Fig.5 Effects of SRTS and different soybeans on sodium adsorption ratio in rhizospheric soil

2.6 SRTS對(duì)根際土壤總堿度的影響

土壤總堿度是土壤溶液中不同來(lái)源的OH-離子的濃度總和超過(guò)H+濃度時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的堿度，總堿度可以作為改良?jí)A化土壤的一項(xiàng)參數(shù)。如圖6所示，苗期總堿度：SRTS＞HN-35＞K＞HF-50＞Y-21，SRTS根際土壤總堿度顯著（P＜0.05）高于HN-35、Y-21及其余栽培品種?；ㄆ赟RTS顯著高于HF-50，與HN-35、Y-21和K無(wú)顯著差異。結(jié)莢期SRTS根際土壤總堿度顯著低于HN-35、Y-21和K，鼓粒期SRTS根際土壤總堿度比HN-35提高了7.09%，成熟期SRTS對(duì)土壤總堿度影響與HN-35無(wú)顯著差異。上述結(jié)果表明SRTS對(duì)根際土壤總堿度的影響存在時(shí)期性。

2.7 SRTS對(duì)根際土壤養(yǎng)分的影響

整個(gè)生育期土壤速效氮：SRTS＞HF-50＞K＞HN-35＞Y-21。SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤速效氮的影響如圖7（A）所示，苗期SRTS根際土壤速效氮顯著高于K和Y-21，與HN-35無(wú)顯著差異（P＜0.05）。花期和成熟期各品種大豆之間根際土壤速效氮無(wú)顯著差異，結(jié)莢期Y-21土壤速效氮顯著高于HN-35，但SRTS與HN-35之間無(wú)顯著差異，鼓粒期SRTS土壤速效氮顯著高于HN-35和Y-21，分別提高了11.48%和9.69%。說(shuō)明鼓粒期SRTS有提高根際土壤速效氮的潛力。

圖6 SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤總堿度的影響Fig.6 Effects of SRTS and different soybeans on total alkalinity in rhizospheric soil

圖7 SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤速效氮（A）和速效磷（B）的影響Fig.7 Effects of SRTS and different soybeans on available N(A)and available P(B)in rhizospheric soil

整個(gè)生育期土壤速效磷：Y-21＞K＞HN-35＞HF-50＞SRTS，土壤速效磷在整個(gè)生育期呈現(xiàn)出波動(dòng)性變化。SRTS與不同基因型大豆對(duì)根際土壤速效磷的影響如圖7（B）所示，苗期SRTS根際土壤速磷顯著低于HN-35和Y-21，但顯著高于HF-50，說(shuō)明大豆生育期前SRTS對(duì)土壤速磷有一定的抑制作用?；ㄆ赟RTS顯著高于HN-35、Y-21及其余品種大豆，結(jié)莢期SRTS顯著高于HN-35，但低于Y-21及其余栽培品種大豆，說(shuō)明SRTS在大豆生長(zhǎng)旺盛時(shí)期對(duì)土壤速效磷有一定的促進(jìn)作用。鼓粒期SRTS顯著低于HN-35、HF-50及Y-21大豆，成熟期SRTS土壤速效磷顯著低于Y-21，但與其余品種大豆無(wú)顯著差異，表明SRTS對(duì)根際土壤速效磷存在影響，但其影響具有時(shí)期性。

3 討論與結(jié)論

近年來(lái)，因產(chǎn)量高、抗逆性強(qiáng)，全球轉(zhuǎn)基因大豆的種植面積逐年增加[10]?？果}堿轉(zhuǎn)基因大豆因其能在鹽堿地正常生長(zhǎng)，可提高鹽堿地的利用價(jià)值應(yīng)運(yùn)而生。本研究種植抗鹽堿轉(zhuǎn)基因大豆（SRTS）在不同生育時(shí)期對(duì)鹽堿土根際土壤化學(xué)特性的影響，結(jié)果表明，SRTS的種植能夠降低鹽堿土壤pH值，由于SRTS根系分泌物發(fā)生變化和轉(zhuǎn)基因大豆影響根際土壤微生物數(shù)量所致。有研究指出植物種屬、根系分泌物和微生物數(shù)量等環(huán)境因素都有可能影響根際土壤pH[11]。SRTS對(duì)陽(yáng)離子交換量和總堿度在大豆不同生育期的影響不同，這可能是由于不同生育時(shí)期植物根系分泌物的組成成分不同造成的。由于插入外源基因片段，轉(zhuǎn)基因作物本身特性與親本有較大不同[12]，會(huì)造成根系分泌物組分發(fā)生變化等，從而影響土壤某些化學(xué)特性。有研究表明，轉(zhuǎn)Bt基因玉米、大米和馬鈴薯能夠在植物的整個(gè)生育期將外源基因隨根系分泌物分泌到土壤中，且轉(zhuǎn)基因玉米化學(xué)組成成分不同于其非轉(zhuǎn)基因玉米[13]。SRTS對(duì)交換性鈉、堿化度和鈉吸附比的影響較小，說(shuō)明短期內(nèi)種植SRTS對(duì)交換性鈉、堿化度和鈉吸附比的影響不明顯。SRTS除在鼓粒期顯著高于親本非轉(zhuǎn)基因大豆HN-35，其余生育期對(duì)速效氮均無(wú)顯著影響，而對(duì)速效磷的影響隨生育期不同而存在差異，大豆生長(zhǎng)旺盛期SRTS對(duì)土壤速效磷有顯著促進(jìn)作用，這與孫彩霞等的研究[14]稍有不同，其研究表明，轉(zhuǎn)Bt基因棉花種植一個(gè)生長(zhǎng)季后對(duì)土壤中堿解氮、速效磷等含量無(wú)顯著影響。

抗鹽堿轉(zhuǎn)基因大豆由于外源基因的插入，可能直接通過(guò)根系分泌物的變化，如組成成分和分泌量的不同，或通過(guò)外源基因轉(zhuǎn)移等因素影響鹽堿土壤的某些化學(xué)特性，而且由于本身的特性發(fā)生變化，其對(duì)土壤中某些營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用可能發(fā)生變化，從而影響鹽堿土根際土壤的某些化學(xué)特性。本文僅對(duì)部分化學(xué)特性進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，其它評(píng)價(jià)指標(biāo)以及具體的影響機(jī)制尚待于進(jìn)一步研究。

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