李坤，周婷，郭修武*，李成祥，郭印山，劉鎮(zhèn)東

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，遼寧沈陽 110866）

葡萄為世界四大水果之一。目前，我國已成為葡萄生產(chǎn)第一大國，但經(jīng)過多年栽培后，許多葡萄園都會表現(xiàn)出嚴(yán)重連作障礙[1]。近年來，眾多研究者認(rèn)為化感自毒作用是導(dǎo)致作物發(fā)生連作障礙的主要原因，土傳病害加劇，土壤理化性質(zhì)惡化是連作障礙問題所帶來的次生危害[2-4]，并且研究表明化感作用的強(qiáng)弱與土壤類型密切相關(guān)。Inderjit等[5]研究發(fā)現(xiàn)，杉樹在砂壤土和粘土的化感抑制作用高于粉砂壤土和砂土；Eidarier等[6]研究表明：苜蓿種子在砂土、粘土和壤土中的化感抑制作用依次減弱；Blair等[7]研究表明：兒茶素的有效性與土壤類型有關(guān)；Viator等[8]研究表明：甘蔗在粘土中的化感抑制作用小于砂土?？梢?，土壤因子是影響化感作用效應(yīng)的重要因子。

目前，國內(nèi)外關(guān)于葡萄連作障礙的研究主要集中在化感自毒物質(zhì)的分離鑒定、自毒物質(zhì)與土壤微生物之間的互作效應(yīng)方面，而關(guān)于葡萄連作障礙與土壤因子之間的相互關(guān)系研究還尚屬空白。因此，本試驗以兩種類型土壤（砂質(zhì)土和壤質(zhì)土）為研究對象，以‘貝達(dá)’葡萄扦插苗為試材，外源添加根系腐解物模擬連作效應(yīng)，解析葡萄連作效應(yīng)與土壤因子之間的相關(guān)性，以期闡明影響葡萄連作效應(yīng)的土壤因子，為揭示葡萄連作障礙的形成機(jī)理提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為葡萄品種‘貝達(dá)’（V.riparia×V.labruscaBeta）扦插苗，供試土壤為遼寧省大連、熊岳地區(qū)未栽種過葡萄的土壤，取土深度為5～15 cm，各取樣地區(qū)土壤基本情況如表1。

表1 兩種類型土壤理化性質(zhì)情況Table 1 Soil physical and chemical characteristics of two types of soils

1.2 試驗設(shè)計與方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗于2015年5—8月于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)葡萄試驗園進(jìn)行。2015年5月5日，將催根后的‘貝達(dá)’葡萄莖段定植于裝有兩種類型土壤的營養(yǎng)袋中（口徑10 cm），營養(yǎng)袋中分別裝有1500 g土壤，每種土壤種植100袋。定植3個月后，將兩種類型土壤中，長勢一致的‘貝達(dá)’葡萄扦插苗從營養(yǎng)袋移入紫砂盆中，每種土壤選取20盆并每盆補(bǔ)土500 g，留單蔓，避雨栽培，常規(guī)管理。2015年8月13日，將‘貝達(dá)’葡萄根系腐解液，按30 μg/g、60 μg/g、140 μg/g施入到兩種土壤中，每盆施入500 mL，施入后10 d測定植株生長及土壤理化性質(zhì)指標(biāo)。

1.2.2 根系腐解物的制備

將‘貝達(dá)’根磨碎，按蒸餾水∶土∶根=5∶1∶1加入到塑料桶中，桶上覆蓋有小孔的塑料薄膜，放入恒溫培養(yǎng)箱中保持37 ℃，每5 d攪拌一次，20 d后過濾，濾液置于4 ℃下備用[9]。

1.2.3 根際土的收集

將植株從盆里輕輕拿出，小心去掉外層的土壤，輕輕抖落緊貼根部的土壤，即為根際土，將土壤于自然條件下風(fēng)干，混勻后過20目篩，室溫保存。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 植株生理指標(biāo)的測定

采用稱重法測定植株地上、地下的鮮重；將植株地上部與地下部于100 ℃烘干至恒重，用天平測定的重量即為地上、地下干重。

1.3.2 土壤酚類化合物測定

水溶性酚的測定：酚酸含量用Folin試劑比色法測定。稱取25.00 g風(fēng)干土樣于100 mL三角瓶中，于150 r/min搖30 min，取出過濾，待用。吸取2 mL上述水解液于大試管中，加入福林試劑1 mL，1 mol/L NaCO35 mL?；靹蚝笾糜?7 ℃恒溫箱中，保溫1 h后在波長770 nm處比色，標(biāo)準(zhǔn)曲線是以對羥基苯甲酸為標(biāo)準(zhǔn)溶液得到，測定其吸光值。由標(biāo)準(zhǔn)曲線得出其含酚量。

1.3.3 復(fù)合態(tài)酚的測定

表2 卡慶斯基土壤質(zhì)地分類（1965）Table 2 Kachinsky soil texture classi fi cation（1965）

稱取過40目的風(fēng)干土樣0.5 g于100 mL三角瓶中，加入1 mol/L NaOH浸提劑25 mL，在150 r/min下振蕩30 min，靜置，過濾至大試管中，濾液為待測液。取待測液2 mL于大試管中，加0.25 mL 4 mol/L H2SO4溶液，然后加入Folin試劑1 mL，再加入1mol/L NaCO3溶液5mL，搖勻，置于37 ℃溫箱中保溫60 min，使其充分顯色，在770 nm處比色。

1.3.4 總酚的測定

稱取5 g風(fēng)干土過篩土壤樣品于50 mL三角瓶中，加入0.25 mol/L H2SO410 mL，于100 ℃水解2 h，然后定容至50 mL取出過濾，備用。吸取2 mL上述水解液于試管中，加入福林試劑1mL，1 mol/L NaCO3溶液5 mL，混勻后置于37 ℃恒溫箱中保溫1 h。取出，在波長770 nm處比色，以不加樣品為對照，測定其吸光值。由標(biāo)準(zhǔn)曲線查出酚含量。

1.3.5 土壤質(zhì)地的測定

采用卡慶斯基分類法進(jìn)行土壤質(zhì)地測定（表2）。稱取過10目的風(fēng)干土樣30.00 g（精確到0.01 g）置于500 mL三角瓶中，加入0.5 mol/L NaOH溶液40 mL，再加入蒸餾水160 mL，搖勻后靜置2 h，并每隔15 min搖動一次，然后放到電熱板上加熱煮沸，保持沸騰1 h，冷卻，先用溫度計測定溫度，然后用攪拌棒上下均勻攪拌懸液（上下各30次），攪拌停止后立即取出攪拌棒，靜置，放入比重計，找到此時溫度對應(yīng)的讀數(shù)時間，然后測得＜0.01 mm粒級的比重計讀數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用化感效應(yīng)指數(shù)（R I）分析生理指標(biāo)，即（T≥C）RI=1﹣C/T；（T＜C）RI=T/C﹣1。T代表處理值，C代表對照值；RI為正值表現(xiàn)促進(jìn)，RI為負(fù)值表現(xiàn)抑制。

數(shù)據(jù)用Excel 2007做表，SPSS 22進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大連和熊岳葡萄產(chǎn)區(qū)土壤砂粒含量

由表3可知，土壤中砂粒含量熊岳土壤高于大連土壤，熊岳土壤質(zhì)地為輕壤土，大連為松砂土。

2.2 葡萄根系腐解物對土壤速效養(yǎng)分的影響

由圖1可知，添加腐解物后，處理濃度為30 μg/g時，砂質(zhì)土壤堿解氮含量與對照差異不顯著，其他處理濃度均顯著低于對照，處理濃度為140 μg/g時，堿解氮含量最低，為18.35 mg/kg；壤質(zhì)土所有處理濃度中，土壤中堿解氮的含量均高于對照。添加腐解物后，砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中堿解氮含量變化趨勢相反。

由圖2可知添加腐解物后，砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中所有濃度處理下土壤速效磷含量與對照均沒有顯著差異。

由圖3可知，添加腐解物后，砂質(zhì)土中所有處理濃度下速效鉀含量均高于對照，濃度為140 μg/g時，壤質(zhì)土中速效鉀的含量明顯高于對照，其他處理濃度與對照差異不顯著。相同濃度的腐解物對砂質(zhì)土和壤質(zhì)土地區(qū)速效鉀含量影響不同。

表3 不同葡萄產(chǎn)區(qū)土壤粘粒含量Table 3 The clay content of different grape-producing regions

圖1 添加腐解物后砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中堿解氮含量的變化

圖2 添加腐解物后砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中速效磷含量的變化Figure 2 Changes of available phosphorus content in sandy and loamy soils after addition of decomposable substances

圖3 添加腐解物后砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中速效鉀含量的變化Figure 3 Changes of available potassium content in sandy and loamy soils after addition of decomposable substances

2.3 葡萄根系腐解物對土壤酚類物質(zhì)的影響

由圖4可知，添加腐解物后，砂質(zhì)土在處理濃度為140 μg/g時，土壤總酚含量與對照差異不顯著，其他處理濃度均顯著低于對照；壤質(zhì)土濃度為140 μg/g時，總酚含量顯著高于對照，其他處理濃度與對照差異不顯著。

由圖5可知，添加腐解物后，砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中復(fù)合態(tài)酚含量呈動態(tài)變化。砂質(zhì)土在30 μg/g濃度處理時，復(fù)合態(tài)酚含量顯著高于對照，其他處理與對照差異不顯著；壤質(zhì)土中，隨著處理濃度的增加，復(fù)合態(tài)酚含量逐漸降低，在處理濃度為60 μg/g時，復(fù)合態(tài)酚含量與對照差異不顯著，而30 μg/g處理顯著高于對照，140 μg/g處理顯著低于對照。

由圖6可知，砂質(zhì)土中所有濃度處理水溶性酚含量顯著低于對照，在處理濃度為60 μg/g時，土壤中水溶性酚含量最低為12.71 μg/g；處理濃度為140 μg/g時，壤質(zhì)土中水溶性酚含量顯著高于對照，含量為28.93 μg/g，其他處理濃度與對照差異不顯著。

圖4 添加腐解物對砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中總酚含量的影響Figure 4 Effects of adding decomposable substances on totle phenol content in sandy and loamy soil

圖5 添加腐解物對砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中復(fù)合態(tài)酚含量的影響Figure 5 Effects of adding decomposable substances on compound phenol content in sandy and loamy soil

2.4 添加根系腐解物對‘貝達(dá)’植株長勢的影響

由表4可知，在砂質(zhì)土壤中，處理濃度為30 μg/g時，‘貝達(dá)’葡萄地上干重與對照差異不顯著，其他處理均顯著低于對照；地下干重在所有處理濃度均顯著低于對照。在壤質(zhì)土中，處理濃度為30 μg/g時，‘貝達(dá)’長勢顯著高于對照，其他處理濃度與對照差異不顯著。

圖6 腐解物對砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中水溶性酚含量的影響Figure 6 Effects of adding decomposable substances on water soluble phenol content in sandy and loamy soil

由圖7可知，在砂質(zhì)土壤中，添加腐解物后‘貝達(dá)’的長勢具有明顯的化感抑制作用，且隨著處理濃度的增加，化感抑制效應(yīng)增加，且對地下的抑制作用明顯強(qiáng)于地上，在140 μg/g濃度處理時，化感抑制作用明顯增強(qiáng)。

由圖8可知，在壤質(zhì)土中添加腐解物對‘貝達(dá)’的長勢有明顯的化感促進(jìn)作用，但隨著處理濃度的增加，促進(jìn)作用逐漸減弱，140 μg/g化感促進(jìn)作用明顯減弱。

3 討論與結(jié)論

有研究表明，土壤中酚類物質(zhì)的含量與土壤質(zhì)地有關(guān)。如孫海兵等[10]研究環(huán)渤海灣地區(qū)蘋果連作土壤中的酚酸發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)、不同土層厚度間的果園土壤中酚酸在成分和含量上均具有顯著差異。Inderjit等[5]研究發(fā)現(xiàn)，酚類物質(zhì)在不同土壤中具有不同的緩沖作用，其積累量與土壤性質(zhì)有關(guān)。通過研究湖北省不同作物土壤發(fā)現(xiàn)，各地土壤酚類物質(zhì)含量與土壤質(zhì)地和土壤pH有關(guān)，還與土壤中砂含量呈負(fù)線性關(guān)系[11]，這與本試驗結(jié)果相似。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，壤質(zhì)土中總酚和復(fù)合態(tài)酚含量高于砂質(zhì)土壤，并且添加根系腐解物后，砂質(zhì)土中的水溶性酚酸含量呈下降趨勢，而壤土中水溶性酚酸含量呈升高趨勢，這可能是因為砂質(zhì)土顆粒較大，土壤顆粒的間隙也較大有關(guān)。在砂質(zhì)土壤中酚類物質(zhì)易隨著灌溉、雨水等作用流失，而粘土顆粒較小，土壤顆粒的間隙也較小，壤土具有較強(qiáng)的吸附作用，導(dǎo)致壤土中酚類物質(zhì)含量高于砂質(zhì)土壤。本研究還發(fā)現(xiàn)，雖然砂質(zhì)土壤（大連）中酚類物質(zhì)含量較少，卻對‘貝達(dá)’葡萄長勢出現(xiàn)了明顯的抑制作用，而壤質(zhì)土（熊岳）中酚類物質(zhì)含量高，卻沒有對‘貝達(dá)’葡萄的長勢出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。這與Kaur等[12]研究結(jié)果相似，其結(jié)果表明：外來入侵物種牧豆樹在印度不同地區(qū)表現(xiàn)出的化感作用是不同的，在砂質(zhì)土壤中的化感作用要明顯強(qiáng)于砂壤土。Einhelling[13]研究發(fā)現(xiàn)[13]，土壤中酚酸含量高并不一定會產(chǎn)生化感抑制作用，可能是酚酸含量低于抑制作用的起始濃度，即酚酸對作物的化感抑制作用存在一個閾值，而在不同質(zhì)地土壤中這種閾值也存在較大差異。

表4 添加腐解物后‘貝達(dá)’葡萄在砂質(zhì)土和壤質(zhì)土中生長情況Table 4 Growth of "Beta " grape seedlings in sandy and loamy soils after adding decomposition

圖7 添加腐解物對砂質(zhì)土壤中‘貝達(dá)’植株長勢的化感效應(yīng)Figure 7 Allelopathic effects of adding decomposition on the growth of "Beta " grape seedlings in sandy soil

圖8 添加腐解物對壤質(zhì)土中‘貝達(dá)’植株長勢的化感效應(yīng)Figure 8 Allelopathic effects of adding decomposition on the growth of "Beta " grape seedlings in loamy soil

土壤中養(yǎng)分的含量會因為化感物質(zhì)進(jìn)入土壤而發(fā)生改變。酚類物質(zhì)會影響土壤養(yǎng)分含量的變化，進(jìn)而影響植株的生長。杜家方等[14]研究地黃在不同間隔年限的土壤中的生長情況，推斷出可能是由于酚酸物質(zhì)使土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致地黃長勢出現(xiàn)差異。王華田等[15]構(gòu)建了連作楊樹人工林生產(chǎn)力衰退機(jī)理模型，指出酚酸累積和土壤氮素有效性的耦合作用可能是導(dǎo)致楊樹人工林生產(chǎn)力下降的重要原因。呂衛(wèi)光等[16]研究發(fā)現(xiàn)，添加外源苯丙烯酸和對羥基苯甲酸對土壤養(yǎng)分有一定影響，苯丙烯酸導(dǎo)致土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量降低，兩種酚酸混合物還導(dǎo)致了有機(jī)質(zhì)含量的降低。以上研究均表明，土壤養(yǎng)分與土壤酚類物質(zhì)存在著一定關(guān)系。Inderjit等[17]研究發(fā)現(xiàn)：酚類物質(zhì)會影響土壤微生物的活性，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分發(fā)生改變。

本研究中發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)對不同質(zhì)地土壤養(yǎng)分含量的影響存在差異。在砂質(zhì)土壤中，酚類物質(zhì)能夠降低根際土壤中堿解氮含量，增加速效鉀含量；在壤質(zhì)土壤中，酚類物質(zhì)能夠增加根際土壤中堿解氮含量，適度增加速效鉀含量。而土壤中氮元素是十分重要的指標(biāo)，其對酚類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和作物生長有著重要的意義。外源酚類物質(zhì)在壤質(zhì)土壤中沒有表現(xiàn)出化感抑制效應(yīng)，可能與其增加了土壤堿解氮含量密切相關(guān)。