化感物質對花生根部土壤養分及產量的影響

李慶凱 趙海軍 李燕 劉蘋 萬書波

摘要：為探究連作花生土壤中酚酸類化感物質累積與連作障礙間的關系，以田間土壤為介質，通過盆栽試驗研究了花生根系分泌物中3種主要酚酸類化感物質肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸的混合物，對花生根部土壤養分及產量的影響。結果表明：在花生出苗45 d時，化感物質顯著降低了花生根部土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，在花生出苗75 d和105 d時，低濃度化感物質（40 mg/kg干土）對土壤有效磷和速效鉀的影響有減弱趨勢，而在花生出苗45、75 d和105 d時，土壤有機質含量均變化不大。高濃度化感物質（80 mg/kg干土）對花生根部土壤養分及花生產量的化感作用較強，花生每盆莢果產量、單株結果數、飽果率和出仁率分別比對照降低51.4%、56.2%、40.8%、32.5%，千克果數增加55.4%。花生連作土壤中肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸的累積是導致花生土壤養分失調的原因之一，與花生連作障礙的產生有著密切關系。

關鍵詞：花生；化感物質；連作障礙；土壤養分；產量

中圖分類號：S565.2+S344.4文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0066-05

花生是我國重要的經濟作物和油料作物，常年種植面積在470×104 hm2左右。隨著我國農業種植業結構的深入調整，花生種植規模持續增長。由于我國花生產區相對集中、花生種植效益相對較高以及種植土壤的限制，常常多年連片種植[1]。花生對連作較為敏感，有試驗表明，花生連作2～3年，莢果減產19.8%～33.4%[2]。花生連作障礙已成為當前制約我國花生產業可持續發展的重要因素之一。現有研究表明，花生連作障礙主要與土壤理化性質惡化、化感自毒作用及土壤微生物區系失衡等因素密切相關[2～7]。

近年來越來越多的研究表明，化感自毒是導致作物產生連作障礙的主要原因之一[4，8～11]。酚酸類化感物質是廣泛存在于植物中的一類重要的次生代謝產物，常被認為是根系分泌物中主要的化感自毒物質[12，13]。有研究發現，植物的化感作用是釋放的所有化感物質綜合作用的結果[9]。Einhellig[14]指出幾乎所有植物的化感作用是至少兩種或兩種以上物質相互作用的結果。母容等[15]發現阿魏酸和對羥基苯甲酸存在協同作用。筆者前期研究發現花生存在根系分泌物的自毒作用，亦證明了自毒作用與花生連作障礙間有密切關系，鑒定出了花生根系分泌物中具有自毒作用的多種酚酸類化感物質，發現連作花生土壤中酚酸類物質含量有累積趨勢[3，4，8，9，16]。以往研究發現，花生連作障礙與土壤養分失調密切相關[2，17]。但酚酸類化感物質的累積對花生根部土壤養分的影響還不明確，為此，本研究以田間土壤為介質，采用盆栽試驗的方法研究了花生根系分泌物成分肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸3種化感物質混合物對花生根部土壤養分及花生產量的影響，旨在探討花生連作后土壤中3種酚酸物質累積與花生連作障礙間的關系，為揭示花生連作障礙機理提供新的理論依據。

1材料與方法

1.1供試材料

本試驗于2013年5～9月份進行，供試花生品種為大果型花生花育22號；試驗用藥品為國藥集團化學試劑有限公司生產的肉桂酸、對羥基苯甲酸和鄰苯二甲酸，均為分析純。

1.2試驗設計

從山東省農業科學院飲馬泉試驗農場收集未種植過花生的土壤， pH 值為7.3，土壤類型為砂壤土，過2 mm篩混勻。每盆基施生之道復合肥（N-P2O5-K2O：20-10-10）2.6 g、艷陽天復合肥（N-P2O5-K2O：25-7-8）2.6 g、商品有機肥（N-P2O5-K2O：13-4-8） 12.4 g。基肥與土壤混合均勻后，將土壤裝于準備好的50個花盆中（花盆口徑30 cm，高 25 cm，每盆18 kg），澆水潤土后播種花生，每盆3穴，每穴2粒，覆膜。兩周后出苗揭膜，每穴保留健苗1株。出苗20 d，選取植株長勢一致的花生36盆。將肉桂酸、對羥基苯甲酸和鄰苯二甲酸按照質量比7∶4∶10[16]均勻混合成2份，每份質量分別為17.28、34.56 g，先用120 mL乙醇溶解再用蒸餾水稀釋至24 L。用稀釋后的溶液每盆澆灌2 L，使化感物質初始濃度達到40、80 mg/kg干土，分別記為M1、M2。對照澆灌等量加入同等比例乙醇的蒸餾水。每處理重復12盆。試驗在自然氣候條件下進行，試驗期間根據干旱程度每盆適量補充等量水分。

1.3土壤樣品的采集

分別于花針期（出苗后45 d）、結莢初期（出苗后75 d）、結莢末期（出苗后105 d）取土樣，取樣時采集根系附近（離主根2～4 cm）土壤樣品，每個處理選取3盆，每盆隨機取3鉆（內徑2.5 cm）充分混勻后裝在密封塑料袋中，采樣深度為0～15 cm。

1.4土壤樣品處理及養分測定

將采回的土樣置于室內通風處陰干。樣品風干后，揀去植物殘體、石塊，研細，使之全部通過2 mm孔徑篩。充分混勻后用四分法分成兩份，選取其中一份裝入封口袋中。土壤養分測定參考鮑士旦[18]的方法進行，其中堿解氮采用堿解擴散法，有效磷采用鉬酸銨顯色法，速效鉀采用火焰光度法，有機質含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法。

1.5花生產量及構成因素的測定

至成熟期，各處理分別選取有代表性的花生3盆，刨收、摘果、去雜，晾干后分別測定花生每盆莢果產量、單株結果數、飽果率、出仁率和千克果數。

1.6數據分析

采用Microsoft Excel和SPSS 16.0數據處理系統進行處理間各指標的差異顯著性檢驗，顯著性水平為P<0.05，采用LSD 法進行多重比較。

2結果與分析

2.1化感物質對花生根部土壤堿解氮的影響

從圖1看出，經化感物質處理后，在花生出苗45、75 d和105 d時，花生根部土壤堿解氮含量均顯著低于對照，且高濃度化感物質處理均顯著低于低濃度處理。與對照相比，3次取樣，當化感物質初始濃度為40 mg/kg干土時，花生根部土壤堿解氮含量分別降低7.0%、11.1%和13.7%。而當化感物質初始濃度為80 mg/kg干土時，分別降低了17.1%、18.8%和26.4%。

2.2化感物質對花生根部土壤有效磷的影響

由圖2可知，兩種濃度化感物質處理均降低花生根部土壤有效磷含量，且高濃度化感物質處理花生根部土壤有效磷含量均顯著低于低濃度處理。其中，在花生出苗45 d時，兩種濃度化感物質處理土壤有效磷含量均顯著低于對照；在花生出苗75 d和105 d時，低濃度化感物質處理低于對照，但差異不顯著，而高濃度化感物質處理顯著低于對照，分別降低16.4%和12.7%。

2.3化感物質對花生根部土壤速效鉀的影響

從圖3可以看出，化感物質處理后花生根部土壤速效鉀含量均低于對照，且高濃度化感物質處理顯著低于低濃度處理。其中，在花生出苗45 d，低濃度化感物質處理花生根部土壤速效鉀含量顯著低于對照；而在花生出苗75 d和105 d時，低濃度化感物質處理后雖低于對照，但差異不顯著。

2.4化感物質對花生根部土壤有機質的影響

從圖4可以看出，化感物質對花生根部土壤有機質含量影響不大。在花生出苗45、75 d和105 d時，各處理花生根部土壤有機質含量均有所降低，但各處理間差異不顯著。

2.5化感物質對花生產量的影響

由表1可知，經兩種濃度化感物質處理，花生每盆莢果產量、單株結果數、飽果率和出仁率均顯著降低，千克果數顯著增加，且處理濃度越高，花生產量所受影響越大。其中，與對照相比，低濃度化感物質處理后，花生每盆莢果產量、單株結果數、飽果率、出仁率分別降低45.3%、47.1%、31.9%、22.1%，千克果數增加33.9%；高濃度化感物質處理每盆莢果產量、單株結果數、飽果率和出仁率分別降低51.4%、56.2%、40.8%、32.5%，千克果數增加55.4%。

3討論與結論

花生長期連作后，會造成需求較多的元素在土壤中發生虧缺，在得不到及時補充情況下便會影響下茬花生的正常生長，使其抗逆能力下降，病蟲害發生嚴重，從而導致產量和品質下降[19]。封海勝等[17]研究表明，土壤中有效磷、速效鉀和速效硼的含量隨著連作年限的增加而減少，連作3年后，土壤中有效磷、速效鉀和速效硼的含量較輪作土壤分別減少52.9%、40.6% 和53.8%，而堿解氮含量變化不大。本研究通過向花生土壤中添加肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸3種酚酸類化感物質混合物發現，花生根部土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量明顯降低，花生產量顯著降低，而且化感物質初始濃度越高，其對花生根部土壤養分和產量的影響越大，證明花生根系分泌物的化感作用與花生連作土壤養分失調密切相關。

以往研究發現，化感物質能影響土壤中多種元素的含量，改變其養分狀況，進而影響植物的吸收和生長。Huang等[20]研究發現，化感物質阿魏酸和對叔丁基苯甲酸會通過抑制土壤硝化反應，從而降低土壤硝態氮含量。Batish等[21]用含有酚酸的銀膠菊殘渣處理土壤發現，土壤總酚酸含量和土壤中 K、Na 呈正相關，和土壤中 N、Fe、Mn、Zn 呈負相關。花生根系會向土壤中分泌大量的酚酸類化感物質，長期連作后，化感物質會在土壤中不斷積累，影響到土壤微生物區系和土壤酶活性[9，22]，從而導致土壤中有效養分含量降低。母容等[15]研究發現，土壤中加入阿魏酸、對羥基苯甲酸及其混合液，會抑制氨化細菌、硝化細菌和反硝化細菌生長，削弱土壤脲酶與蛋白酶活性，從而降低土壤中硝態氮和銨態氮含量。Rice[23]對美國中南部俄克拉何馬草原中廢棄地植物演替的研究表明， 某些植物能產生一些有毒物質，抑制土壤固氮微生物生長， 而使土壤含氮量維持在很低水平。本研究發現，在花生出苗45 d，兩種濃度化感物質均顯著降低土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，而在花生出苗75 d和105 d，低濃度化感物質（初始濃度40 mg/kg）對土壤養分的影響有減弱趨勢，這可能與土壤中化感物質降解有關[24，25]。Inderjit等[26]通過對土壤施加兒茶酚、對羥基苯甲酸等酚類化感物質發現，處理后土壤中有機質含量明顯降低。本研究結果與之不同，表現為化感物質對土壤有機質影響不顯著，這可能與化感物質濃度和土壤類型有關。

花生根系分泌的化感物質在土壤中達到一定濃度時，會降低土壤酶活性和土壤有效養分含量，也會影響植物細胞膜透性、酶活性、離子吸收、光合作用等，從而抑制花生植株生長，導致花生產量降低[9，27]。本研究發現，3種酚酸類化感物質混合物顯著降低了花生莢果產量、單株結果數、飽果率和出仁率，顯著增加了花生千克果數，且化感物質濃度越高，其對花生產量影響越大。

酚酸類化感物質的累積與連作花生根部土壤養分失調存在一定關系，化感物質明顯降低了花生根部土壤有效養分含量，濃度越高，影響越明顯。花生連作土壤中肉桂酸、鄰苯二甲酸和對羥基苯甲酸的累積是導致花生根部土壤養分失調和花生產量降低的原因之一，與花生連作障礙的產生有著密切關系。

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