楊 豪

（句容市天王鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，江蘇 句容 212440）

0 引 言

連作障礙（continuous cropping obstacles）是指在正常的管理措施下，同一塊地連續(xù)多年種植同種或同科作物造成作物生長(zhǎng)狀況變差、病蟲害發(fā)生加劇、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣、植物生長(zhǎng)衰弱、根系生長(zhǎng)不良等現(xiàn)象。在很多種植物中都不同程度地存在連作障礙，農(nóng)作物中連作障礙表現(xiàn)明顯的有大豆、花生、苜蓿等。近年來(lái)由于蔬菜的大規(guī)模設(shè)施種植，連作障礙現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，如蔬菜作物中有黃瓜、草莓、番茄、茄子、西瓜等。作物連作障礙的機(jī)理還不十分清楚。目前，我國(guó)學(xué)者一般將連作障礙機(jī)理概括為土傳病蟲害加劇、土壤理化性狀劣化和植物的自毒作用3個(gè)方面[1-2]。越來(lái)越多的研究者認(rèn)為，產(chǎn)生連作障礙的原因主要是植物產(chǎn)生的次生代謝物，這些物質(zhì)存在于土中，會(huì)抑制下一茬同類植物的生長(zhǎng)，由于這些物質(zhì)具有時(shí)間和空間上的持久性，因此認(rèn)為這些次生代謝物對(duì)植物的自毒作用是連作障礙發(fā)生的關(guān)鍵因素之一[3]。總之，連作障礙是植物重茬種植中一個(gè)廣泛且復(fù)雜的問(wèn)題，嚴(yán)重影響高效農(nóng)業(yè)、中藥材等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。辣椒(Cap sicum frutescens L.)是一種重要的茄果類蔬菜，在辣椒栽培過(guò)程中也存在著嚴(yán)重的連作障礙現(xiàn)象。連作障礙的發(fā)生，輕者導(dǎo)致減產(chǎn)減收，重者絕收。其中土傳病蟲害、土壤理化性狀惡化和植物自毒作用是導(dǎo)致蔬菜連作障礙的主要因素，且不同作物產(chǎn)生連作障礙的原因不同，其中自毒作用是造成連作障礙的主要因素之一[4]。自毒作用是植株通過(guò)淋溶、殘?bào)w分解、根系分泌向環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì)，而對(duì)自身產(chǎn)生的間接或直接的毒害作用[5]。該作用主要是由有機(jī)酸、醛類芳香酸、香豆素、醌類、生物堿和類萜等植物次生代謝產(chǎn)物及其分解產(chǎn)物所引起的，其作用機(jī)理包括增加細(xì)胞膜通透性、降低酶活性、抑制植物的養(yǎng)分吸收等[6]。

餅粕是油料作物籽實(shí)榨油后剩下的殘?jiān)Ｒ?jiàn)的有大豆、菜籽、芝麻、棉籽、花生、茶籽及桐籽等餅肥。餅肥營(yíng)養(yǎng)豐富，含有大量的蛋白質(zhì)、有機(jī)氮以及其它營(yíng)養(yǎng)元素，能夠有效改善土壤水、肥、氣、熱條件，調(diào)節(jié)微生物的活性[7]。

目前對(duì)田間怎么消除化感作用造成的連作障礙很少見(jiàn)報(bào)道，本試驗(yàn)研究了有機(jī)菜粕在解除辣椒的化感作用的過(guò)程中所起的作用及其機(jī)理，探索解決此類連作障礙的新途徑，并為減少連作障礙的發(fā)生提供理論依據(jù)。本試驗(yàn)研究了目前生產(chǎn)上經(jīng)常使用的兩種熏蒸方法對(duì)土壤微生物數(shù)量及酶活性及辣椒連作障礙的克服的影響。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)在淮安市清浦蔬菜大棚內(nèi)進(jìn)行，供試?yán)苯菲贩N為超越2009，菜粕為甘肅和淮安購(gòu)置的兩種不同色澤的菜粕，化學(xué)熏蒸劑為棉隆購(gòu)置于南通施壯化工有限公司，室內(nèi)發(fā)芽率實(shí)驗(yàn)白菜種子為高抗70，番茄種子為合作907。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大田實(shí)驗(yàn)

供試土壤采自連作8年辣椒的土壤。大田實(shí)驗(yàn)點(diǎn)為江蘇省淮安市清浦區(qū)辣椒大棚內(nèi)。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：對(duì)照，每667 m2菜粕分別作500 kg、300 kg兩種用量。3個(gè)處理用對(duì)照、菜粕（高）、菜粕（低）來(lái)表示，設(shè)3個(gè)重復(fù)，實(shí)驗(yàn)為區(qū)組隨機(jī)排列，底肥統(tǒng)一施好后，每個(gè)小區(qū)將肥料均勻撒入，人工翻地、澆水、覆膜。各處理除農(nóng)民自己常規(guī)的底肥使用外，菜籽餅按6%的N含量，1.5%的P、K含量用化肥把其余3個(gè)處理補(bǔ)到同等N、P、K水平。

1.2.2 室內(nèi)種子發(fā)芽率實(shí)驗(yàn)

采集土樣時(shí)間為2012年11月22日，將采集的辣椒根際土壤在室內(nèi)陰涼處自然風(fēng)干，過(guò)1 mm的篩子。稱取500 g用1 L蒸餾水浸泡48 h，充分溶解土壤中可溶物質(zhì)，過(guò)濾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)(45±2)℃后將其濃縮至250 mL備用。該濃縮液為1 mL含2 g土壤的提取物。將浸提液設(shè)置 0.2、0.5、1、2 g/mL 4種濃度，以5 mL蒸餾水培養(yǎng)為對(duì)照組（CK），將種子置于鋪有2層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，各培養(yǎng)皿加入5 mL相應(yīng)濃度的溶液，每個(gè)培養(yǎng)皿點(diǎn)播20粒種子，3次重復(fù)，放入25℃培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)，白菜培養(yǎng)3 d后統(tǒng)計(jì)出芽率，番茄培養(yǎng)7 d后統(tǒng)計(jì)出芽率。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1 過(guò)氧化氫酶、尿酶、蔗糖酶酶活性的測(cè)定均參照關(guān)松蔭[8]的方法。脲酶用苯酚鈉比色法，以24 h后每克土中NH3-N的毫克數(shù)表示；過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，以每克土消耗0.1 mol/L高錳酸鉀的毫升數(shù)表示；蔗糖酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，以24 h后1 g土中葡萄糖的毫克數(shù)表示；FDA水解酶活采用熒光素比色法[9]，以1 g土水解產(chǎn)生的熒光素量來(lái)表示。

表1 3種處理土壤的基本理化性質(zhì)

1.3.2 土壤微生物分析土壤微生物采用平板涂抹法[10]測(cè)定，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基、放線菌采用改良的高氏一號(hào)培養(yǎng)基。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS(12.0)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差、LSD和相關(guān)性分析(P＜0.05)。

化感效應(yīng)敏感指數(shù)(RI)計(jì)算采用WILLIAMSON[9]的方法。RI=1-C/T(T≥C)，RI=T/C-1(T＜C)，式中：C為對(duì)照值；T為處理值。當(dāng)RI＞0時(shí),表示促進(jìn)作用；當(dāng)RI＜0時(shí),表示抑制作用。RI絕對(duì)值的大小代表化感作用強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 菜粕處理對(duì)盛果期辣椒莖粗、株高及成活率影響

從表2可以看出，在盛果期，菜粕處理對(duì)辣椒莖粗和株高都有明顯的促進(jìn)作用，與對(duì)照相比，菜粕（高）、菜粕（低）分別使辣椒莖粗增加了37.9%、34.6%，RI值分別為 0.379、0.346，其中菜粕（高）、菜粕（低）兩個(gè)處理與對(duì)照相比莖粗的化感指數(shù)都達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）；與CK相比，菜粕（高）和菜粕（低）對(duì)辣椒株高分別促進(jìn)作用40.0%、34.6%，RI值為0.400、0.346，菜粕處理與對(duì)照相比株高的化感指數(shù)都達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），菜粕（高）的效果最好，辣椒由于不能正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致一部分植株枯死，其中有些是生物因子引起的，有些是非生物因子引起的，因此以辣椒存活率來(lái)表示辣椒田間的實(shí)際生長(zhǎng)狀況，其中對(duì)照的存活率為71.25%，而菜粕處理為100%，可以看出菜粕處理能顯著增加辣椒抗逆能力，結(jié)果表明，連作土壤對(duì)照辣椒的這種抑制作用并沒(méi)有隨著定植時(shí)間的延長(zhǎng)而解除，而菜粕處理能夠顯著改善辣椒的生長(zhǎng)狀況，促進(jìn)辣椒的生長(zhǎng)，增強(qiáng)辣椒抵御外界的生物、非生物的障礙因子的能力。

2.2 菜粕處理對(duì)連作土壤微生物數(shù)量及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

從表3可以看出土壤處理后與對(duì)照相比，兩種菜粕處理對(duì)細(xì)菌數(shù)量的影響不顯著；但菜粕（高）和菜粕（低）兩個(gè)處理卻能使土壤中放線菌數(shù)量顯著增加（P＜0.05），分別增加了 114.13%、142.75%；菜粕處理同樣顯著增加了壤真菌數(shù)量（P＜0.05），變化趨勢(shì)與放線菌相似。

2.3 菜粕處理對(duì)4種土壤酶（過(guò)氧化氫酶、FDA水解酶、尿酶、蔗糖酶）活性的影響

表2 菜粕處理對(duì)大田辣椒苗莖粗、株高、植株存活率的影響

表3 不同處理對(duì)土壤的微生物數(shù)量的影響

過(guò)氧化氫酶是一種重要的土壤酶，它參與土壤許多重要的生物化學(xué)過(guò)程，其活動(dòng)與土壤性質(zhì)關(guān)系密切。由圖1可知，辣椒根際土壤過(guò)氧化氫酶活性與對(duì)照相比菜粕處理都有所提高，分別提高了9.54%、12.31%，但沒(méi)有顯著差異（P＜0.05），在苗期階段，各處理過(guò)氧化氫酶活都顯著降低，分別下降了49.23%、35.11%、45.75%，直到盛果期過(guò)氧化氫酶活性變化都相對(duì)穩(wěn)定，但是菜粕（高）、菜粕（低）要顯著高于對(duì)照（P＜0.05），這說(shuō)明菜粕在一定程度上能夠減輕過(guò)氧化氫對(duì)辣椒的毒害作用。

菜粕處理的土壤FDA水解酶活性與對(duì)照之間的差異都達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），菜粕兩個(gè)處理FDA水解酶活性都有顯著提高，分別提高了112.18%、118.04%，到苗期和盛果期各處理都呈降低趨勢(shì)，在盛果期對(duì)照、菜粕（高）、菜粕（低）的FDA酶活性為 7.63、9.19、10.46μg·g-1·h-1，2 個(gè)菜粕處理的FDA水解酶活仍顯著高于對(duì)照，菜粕（高）、菜粕（低）之間未達(dá)到顯著差異，這從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了菜粕處理的土壤微生物的活性在恢復(fù)，從而加快了土壤的生理生化反應(yīng)，有利于一些對(duì)辣椒生長(zhǎng)有抑制作用的物質(zhì)的降價(jià)、轉(zhuǎn)化。

尿酶在土壤肥料、土壤氮素循環(huán)方面具有重要意義。辣椒根際土壤尿酶活性在土壤處理后與對(duì)照相比，菜粕（高）和菜粕（低）處理都呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，菜粕兩個(gè)處理的尿酶活性都顯著低于對(duì)照的0.600 mg·g-1·h-1（P＜0.05），說(shuō)明菜粕處理可能對(duì)尿酶都有顯著的抑制作用，或者是由于對(duì)照土壤中含有大量的有尿酶參與氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的含氮化合物，由于受到這些因素影響菜粕處理的土壤尿酶活性分別下降了27.16%、43.83%。但是到了苗期各處理尿酶活性都顯著降低，到了盛果期尿酶活性都明顯提高，呈先下降后升高的趨勢(shì)，這可能是由于苗期氮轉(zhuǎn)化已經(jīng)完成，尿酶底物減少，以及到盛果期辣椒根系的活動(dòng)對(duì)土壤酶活性的影響在加強(qiáng)等因素影響所致。

蔗糖酶是一種可以把土壤中高分子量蔗糖分子分解成葡萄糖和果糖的水解酶，其活性大小與土壤肥力成正相關(guān)，可以作為評(píng)價(jià)土壤熟化程度和土壤肥力的指標(biāo)之一。菜粕處理土壤后辣椒根際土壤蔗糖酶活性與對(duì)照相比都有所升高，如菜粕（高）由18.66 mg·g-1·h-1上升到 21.81 mg·g-1·h-1，升高了16.88%，但是對(duì)照與菜粕處理之間沒(méi)有顯著差異（P＜0.05）。苗期與熏蒸結(jié)束后相比蔗糖酶活性呈升高趨勢(shì)，到盛果期變化呈顯著下降趨勢(shì)。

2.4 不同處理土壤的浸提液對(duì)白菜和番茄種子發(fā)芽率的影響

從表4可以看出，兩種菜粕處理的土壤浸提液對(duì)白菜種子的發(fā)芽率影響隨濃度從0.1 g/mL到2 g/mL是先升高再降低，濃度在0.2 g/mL時(shí)都對(duì)發(fā)芽率有一定的促進(jìn)作用，當(dāng)濃度為2 g/mL時(shí)，常規(guī)處理完全抑制白菜種子發(fā)芽，RI值為-1，而菜粕處理能使這種抑制作用有所減弱，菜粕（高）、菜粕（低）的化感指數(shù)分別為-0.439、-0.171，兩種處理的化感指數(shù)之間也存在顯著差異（P＜0.05），這說(shuō)明與對(duì)照相比，菜粕處理的土壤浸提液中的化感因子在減少，從而使其浸提液對(duì)白菜種子的抑制作用也在減弱。

從表5可以看出，2 g/mL各處理都完全抑制番茄種子的發(fā)芽，各處理之間沒(méi)有差別，但當(dāng)濃度降低到1g/mL時(shí)，只有常規(guī)處理抑制效果還達(dá)到100%，菜粕兩個(gè)處理這種抑制作用則明顯能減弱，菜粕（高）和菜粕（低）的 RI值分別為 -0.337、-0.198，這說(shuō)明解除化感效應(yīng)的效力是菜粕（低）要優(yōu)于甘肅菜粕（高），這兩個(gè)處理與對(duì)照相比化感指數(shù)的差異都達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），當(dāng)濃度降低到0.5 g/mL時(shí)，菜粕（高）和菜粕（低）都對(duì)番茄種子的發(fā)芽率有所促進(jìn)作用，出芽率分別為75.00%、73.33%，而對(duì)照相對(duì)于清水處理仍然有抑制作用，化感指數(shù)為-0.233，當(dāng)將對(duì)照土壤的浸提液稀釋到0.2 g/mL時(shí)，這種抑制效應(yīng)才未顯現(xiàn)。

表4 菜粕處理的土壤浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率的影響

表5 不同處理的土壤浸提液對(duì)番茄種子發(fā)芽率的影響

表2說(shuō)明大田的辣椒生長(zhǎng)狀況惡化，莖粗、株高等受到抑制等現(xiàn)象是由于土壤中存在的化學(xué)因子所引起的，這些化學(xué)物質(zhì)可能來(lái)自于辣椒生長(zhǎng)的過(guò)程中根系分泌、莖葉淋洗、殘?jiān)獾龋褂貌似珊竽茉谝欢ǔ潭壬辖獬@種由連作引起的化感效應(yīng)。

3 結(jié)論

連作障礙形成及加重發(fā)生的原因是復(fù)雜的，導(dǎo)致其發(fā)生的因素不是單一或孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)又相互影響的，是植物—土壤系統(tǒng)內(nèi)多種因素綜合作用的結(jié)果。包括土壤的傳染性病害、土壤理化性狀劣變、根系分泌物和殘茬分解物等引起的自毒作用。這幾項(xiàng)因素是互相制約的，各個(gè)因素皆可導(dǎo)致連作減產(chǎn)，不同作物產(chǎn)生的主導(dǎo)原因也不同，前述兩種連作障礙的因素可以通過(guò)合理施用農(nóng)藥和化肥等措施基本上得到一定程度的消除。而后者則是生物間的生化互作，自毒物質(zhì)通過(guò)影響細(xì)胞膜透性、酶活性、離子吸收和光合作用等多種途徑影響植物生長(zhǎng)，因而自毒物質(zhì)而引發(fā)的植物連作障礙是很難通過(guò)農(nóng)藝措施消除[6]。有些微生物對(duì)自毒物質(zhì)有一定的分解能力，因此利用有益微生物可以解決或緩解自毒作用。

3.1 菜粕對(duì)化感效應(yīng)的解除

本研究對(duì)不同處理的連作土壤的辣椒生長(zhǎng)狀況進(jìn)行分析表明菜粕處理都能不同程度的解除辣椒的化感效應(yīng)，其中菜粕（高）效果最佳，辣椒莖粗、株高增加分別達(dá)到37.90%、47.23%，也未出現(xiàn)死苗現(xiàn)象，與對(duì)照相比化感指數(shù)達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），同時(shí)菜粕處理顯著改善土壤的FDA酶活性，菜粕（高）和菜粕（低）處理的FDA水解酶活性與對(duì)照相比都達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），F(xiàn)DA水解酶在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中逐漸被廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)槠渑c微生物活性間的相關(guān)性比其他酶活性更顯著，能夠很好地反映系統(tǒng)中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化及土壤中微生物的活性，被認(rèn)為是土壤健康質(zhì)量的生物學(xué)指標(biāo)之一[6-9]，菜粕處理有可能激發(fā)土壤的有益微生物，這些有益微生物的存在可以同時(shí)抑制和減少土壤的有害微生物的種類和數(shù)量，從而轉(zhuǎn)換、分解、降低土壤中的一些不利于作物生長(zhǎng)的化學(xué)因子或生物因子，同時(shí)這種定向的激發(fā)土壤有益微生物和增加土壤微生物活性的方法比人為添加或接種微生物更具優(yōu)越性，可以減少外源菌株在土壤定植帶來(lái)的許多不確定因素，如菌株的人工培養(yǎng)退化可能、菌種在土壤的存活率、優(yōu)勢(shì)功能減弱甚至改變等。

3.2 解除化感效應(yīng)原因的初步研究

植物與土壤相互形成一個(gè)以根際為中心的根際微生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的中的能量流動(dòng)、信息交流、物流循環(huán)都異常強(qiáng)烈，但是在正常狀態(tài)下非常穩(wěn)定，系統(tǒng)中物理、化學(xué)、生物等因素也處于平衡狀態(tài)，這些因素是互相制約的，當(dāng)一個(gè)因素變化后，這種平衡即可能被打破，各個(gè)因素皆可導(dǎo)致連作減產(chǎn)，其中根際微生態(tài)系統(tǒng)中的生物性質(zhì)的變化可能是連作減產(chǎn)的重要因素之一[10-11]。

總結(jié)上述研究結(jié)果可以看出，辣椒株莖、株高及相關(guān)的化感指數(shù)與FDA水解酶、放線菌數(shù)量、真菌多樣性成正相關(guān)，這說(shuō)明菜粕在促進(jìn)辣椒生長(zhǎng)時(shí)土壤微生物活動(dòng)異常劇烈，這個(gè)過(guò)程可能就包括一些抑制辣椒生長(zhǎng)的物質(zhì)在轉(zhuǎn)化、分解，這也就說(shuō)明菜粕在改變土壤的微生物效應(yīng)中增強(qiáng)了植物的抗逆性，調(diào)節(jié)土壤的微生物學(xué)平衡，使其更加多樣化、健康化、合理化，才能使土壤變得更有益于植物生長(zhǎng)發(fā)育，連作障礙才能夠有效解決，其中具體是各個(gè)變化的菌群在這個(gè)過(guò)程中起了哪些直接和具體的作用需要以后再做深入的研究。