木薯葉化感作用對土壤養分、酶活性的影響研究

李 靜，何時雨，劉世偉，林希昊，鄭永清，劉 青

（1.中國熱帶農業科學院廣州實驗站，廣東 廣州 510140；2.華南農業大學資源環境學院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】 土壤是植物生長的基本基質，也是植物種間關系的介質，土壤的分解活動能夠改變養分礦化速率，影響內部養分含量及酶活性，進而影響整個植物群落[1]。雜草會造成生態系統破壞，降低作物產量，造成經濟損失，土壤環境影響農田雜草的種類和數量[2]。植物分泌化感物質會改變土壤理化性質、酶活性和微生物群落結構，進而影響周邊其他植物的吸收和生長[3-5]，研究化感作用對土壤養分、酶活性的影響對于揭示植物之間的相互作用及利用作為雜草控制具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】 研究發現，酚酸類化感物質會直接影響土壤生態系統營養元素的循環[6-7]，土壤中化感物質阿魏酸濃度增加，會降低土壤微生物數量，土壤酶活性以及土壤養分包括有機質、銨態氮、有效磷和速效鉀含量[8]。香草醛和對羥基苯甲酸能夠降低土壤有效氮和速效鉀的含量，萜類化感物質也能改變營養循環速率，特別是氮和碳源物質的循環速率[9-10]。邰鳳嬌等[11]發現，外來入侵植物蒼耳水提液處理能夠顯著提高土壤速效氮和速效鉀的含量，并且增加土壤脲酶和蔗糖酶的活性；呂可等[12]研究發現，花椒葉水浸液會使根際土蛋白酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性明顯低于非根際土相應的酶活性，而過氧化氫酶和多酚氧化酶活性則顯著升高。香樟凋落物分解能夠明顯改變土壤氮營養狀況，對受體植物辣椒的生長、生殖光合生理和活性氧代謝起到明顯的干擾作用[13]。廣藿香連作化感作用對土壤產生的影響會進一步影響其本身扦插苗不定根的形成和發展[14]；地黃的連作障礙是一個涉及植物、土壤、微生物等多種生物及環境因素共同作用的過程[15]。化感作用可以改變土壤微生物群落結構，影響土壤酶的種類、活性以及土壤養分的有效性，從而進一步影響植物的吸收利用[16]。

【本研究切入點】 木薯葉具有化感作用[17]，而化感作用是植物通過向環境釋放化學物質而對其他植物產生影響，利用化感作用能夠進行自然雜草控制[18]。木薯種植過程中會產生大量的木薯葉，而這些木薯葉大部分以凋落物形式進入土壤，為此，本研究就木薯化感作用對土壤養分、酶活性的影響進行研究。【擬解決的關鍵問題】 本研究設計不同的木薯葉浸提液濃度處理木薯園土壤，在不同的處理期采集土壤，選擇土壤養分（pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀）和酶活性（脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶）評價木薯葉化感對土壤的影響，旨在揭示化感作用通過影響土壤指標在雜草控制上起作用的可能性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗木薯園種植品種為可食用木薯品種華南9號，由中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所培育，于2018年4月底開始種植于避雨大棚，試驗地點設在廣州市花都區花東鎮四聯村中國熱帶農業科學院廣州實驗站基地，種植前土壤打碎混勻，保證種植起始條件均勻一致。

1.2 試驗方法

選取植株中部生長無蟲癭的成熟葉片，將收獲的木薯葉片于陰涼處放置，隨時翻動，直至陰干。設置3種不同濃度的水提液（0.025、0.05、0.1 g/mL）（以干重計）處理，以不澆浸提液為對照。3次重復，小區面積9 m2（ 3 m×3 m），種植株行距（1 m×1 m）每個小區均為4株（3 m）×4株（3 m）。小區土壤上層20 cm打碎混勻，太陽能高溫暴曬2周消毒。每個地塊底層于40 cm處埋入防雨布用于防止各地塊間水提液滲透。將木薯葉片用剪刀剪成2 cm×2 cm以下大小，于蒸餾水中浸提24 h，然后用紗布過濾，制作0.025、0.05、0.1 g/mL 3種濃度浸提液。在木薯生長期7月中旬開始進行水提液處理，整個處理期為4個月，每周澆灌浸提液1次，每株澆灌500 mL。處理1個月（8月17日）、2個月（9月17日）、4個月（11月20日）分別采集3次土壤樣品進行測定。

土壤采集采用傳統挖掘法，采集小區中央4株木薯根圍附近土壤（0～20 cm）五點混合，避開邊際株，每個小區土壤混合作為一個樣品。參照《土壤農業化學分析方法》[19]土壤pH值用pH計測定；有機質用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；有效磷采用鹽酸-氟化銨提取-鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨提取-火焰原子吸收分光光度法；土壤脲酶采用比色法；土壤磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法；過氧化氫酶活性采用容量法測定。

數據統計采用SPSS11.5一元方差分析（LSD法），采用Microsoft Excel 2000軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 木薯葉化感對木薯根際土壤養分的影響

2.1.1 土壤pH和有機質含量 土壤pH能影響植物對其他養分的吸收，進而影響其他植物生長及整個群落組成。整體來看，施用木薯葉浸提液pH稍微有所增高，但差異不顯著?？梢?，木薯葉化感作用對土壤pH影響不大（表1）。

表1 木薯葉化感作用對土壤pH的影響Table 1 Effects of cassava leaf allelopathy on soil pH

木薯根際土壤在施用木薯葉浸提液處理后，有機質含量隨木薯葉浸提液濃度的增加產生變化，有機質含量隨濃度的升高整體呈現先升高后降低的趨勢（表2）。土壤有機質是評價土壤質量的重要指標，從測定結果可以看到，適當濃度（0.05 mg/mL）的木薯葉浸提液化感作用有助于土壤有機質的釋放，有機質含量要顯著高于對照，處理1、2、4個月分別比對照高223%、165%和145%。而高濃度（0.1 mg/mL）的化感浸提液處理則會對有機質的釋放起到阻礙作用。

表2 木薯葉化感作用對土壤有機質含量的影響Table 2 Effects of cassava leaf allelopathy on soil organic content（g/kg）

2.1.2 土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量 土壤堿解氮表現出與有機質含量相似的結果（表3），適當濃度（0.05 mg/mL）的木薯葉浸提液化感作用能夠增加土壤堿解氮含量，高濃度（0.1 mg/mL）的浸提液則會降低土壤堿解氮含量。處理1個月0.025、0.05、0.1 mg/mL濃度浸提液處理土壤堿解氮含量分別比對照高28.99%、135.09%和129.87%。處理2個月低濃度（0.025 mg/mL）處理堿解氮含量有所降低，但0.05、0.1 mg/mL處理比對照分別高70.77%和23.76%。處理4個月表現與處理2個月相似的趨勢，0.025 mg/mL處理堿解氮含量稍微有所下降，但與對照差異不顯著。0.05、0.1 mg/mL處理比對照分別高65.41%和39.09%。

表3 木薯葉化感作用對土壤堿解氮含量的影響Table 3 Effects of cassava leaf allelopathy on soil alkaline nitrogen content（mg/kg）

土壤有效磷能夠反映土壤的供磷水平，整體來看，木薯浸提液化感作用能夠顯著提高土壤的供磷水平（表4），在浸提液濃度為0.05 mg/mL時，處理1個月和2個月有效磷含量分別比對照高307.52%和47.85%。處理4個月各處理與對照之間差異不顯著，有效磷含量基本處于穩定。因此，在木薯的特定生長期，木薯葉化感作用能夠影響土壤的有效磷含量。

表4 木薯葉化感作用對土壤有效磷含量的影響Table 4 Effects of cassava leaf allelopathy on soil effective phosphorus content（mg/kg）

木薯葉化感作用整體上提高土壤速效鉀含量，無論是處理1個月、2個月還是4個月，化感作用對土壤速效鉀含量影響顯著（表5）。處理1個月土壤速效鉀含量隨木薯葉浸提液濃度的升高而升高，且達到顯著差異，0.025、0.05、0.1 mg/mL濃度浸提液處理分別比對照高147.25%、206.81%和264.88%。處理2個月土壤速效鉀含量隨浸提液濃度呈先升高后下降的趨勢，各濃度處理分別比對照高41.28%、71.69%和34.73%。處理4個月各濃度處理之間土壤速效鉀含量差異顯著，但比處理2個月速效鉀含量要低，可能是由于木薯生長吸收土壤養分導致土壤速效鉀含量降低。

表5 木薯葉化感作用對土壤有效鉀含量的影響Table 5 Effects of cassava leaf allelopathy on soil effective potassium content（mg/kg）

2.2 木薯葉化感對土壤酶活性的影響

2.2.1 土壤脲酶活性 土壤脲酶能夠促進肽鍵的水解，脲酶活性與土壤微生物數量，有機質含量和速效氮呈正相關關系，參與土壤含氮有機化合物的轉化，活性強度常用來表示土壤氮素供應強度和氮素的有效化水平。因此，測定土壤脲酶活性具有重要的意義。由表6可知，脲酶活性在用木薯葉浸提液處理1個月、2個月、4個月表現出來的趨勢不同，但整體看來，化感作用提高土壤脲酶活性。低濃度（0.025 mg/mL）浸提液對土壤脲酶活性影響不大，隨浸提液濃度升高脲酶活性增強。0.05和0.1 mg/mL濃度下脲酶活性在處理1個月時分別比對照高74.49%和155.56%；處理2個月時比對照高82.13%和243.69%；處理4個月時分別比對照高163.08%和235.82%。

表6 木薯葉化感作用對土壤脲酶NH4+-N活性的影響Table 6 Effects of cassava leaf allelopathy on soil urease NH+-N activity（mg/kg）

2.2.2 土壤酸性磷酸酶活性 酸性磷酸酶活性與土壤有效磷含量呈正相關關系，能夠酶促分解土壤含磷化合物。從表7可以看出，木薯葉浸提液處理1個月對土壤酸性磷酸酶活性影響不大，各處理之間差異不顯著。處理2個月和4個月其化感作用整體促進土壤酸性磷酸酶活性，并且處理結果顯著高于對照。中濃度（0.05 mg/mL）和高濃度（0.1 mg/mL）浸提液處理能夠顯著提高土壤酸性磷酸酶活性。

表7 木薯葉化感作用對土壤酸性磷酸酶P2O5活性的影響Table 7 Effects of cassava leaf allelopathy on soil acid phosphatase P2O5 activity（mg/kg）

2.2.3 土壤過氧化氫酶活性 土壤過氧化氫酶能夠促進土壤多種化合物的氧化，有利于防止過氧化氫積累對生物體的毒害。整體來講，隨著化感作用增強，土壤過氧化氫酶活性增強（表8）。處理1個月3種濃度木薯葉浸提液能顯著提高土壤過氧化氫酶活性，且濃度越大，活性越強，3種濃度處理后過氧化氫酶活性分別比對照高74.56%、244.55%和242.33%。處理2個月低濃度（0.025 mg/mL） 處理過氧化氫酶活性與對照差異不大，中高濃度（0.05、0.1 mg/mL）處理顯著增強土壤過氧化氫酶活性，分別比對照高468.89%、327.32%。處理4個月后，浸提液澆灌土壤的過氧化氫酶活性中高濃度（0.05、0.1 mg/mL）分別比對照高142.58%、135.97%。

表8 木薯葉化感作用對土壤過氧化氫酶活性的影響Table 8 Effects of cassava leaf allelopathy on catalase activity（mL/g）

3 討論

植物所生長的環境因素與土壤化感作用密切相關，化感作用能夠影響土壤養分和其他因素的的有效性[20]。本研究中木薯葉片浸提液處理土壤能夠對土壤養分、酶活性產生影響，浸提液濃度變化對土壤指標也起到較大作用，因而木薯葉化感作用對土壤養分及酶活性的影響有可能被利用成為木薯園生態系統雜草控制的潛力因素。植物分泌化感物質能夠進行著各種生物化學過程，改變土壤微生物區系，影響土壤微生物酶活性[21]，整體改變土壤環境因素，進而影響與其共生的其他植物生長乃至整個生態系統的組成。已有大量的研究結果證實，如花椒凋落物釋放的酚酸類化感物質會改變土壤微生態環境和化學性質，降低土壤銨態氮的含量，加速土壤有機磷和碳素的循環[22]。豆科植物也能被土壤化感作用影響，根系微生物種類的共生和結瘤，對豆科植物氮固定具有很大的影響。木薯生長過程中產生大量木薯葉，所含的化感物質屬于一種天然的除草劑，來自于植物體，是環境長期選擇的結果，通過植物化感作用影響土壤環境對雜草的控制效果是進行農業生態系統管理的重要方法，不會對環境造成不利影響，是農業中極具開發價值的環保型農藥[23-24]。

4 結論

本研究結果表明，木薯浸提液化感作用對土壤養分指標除pH外，對其他指標均有不同程度影響。其中有機質和堿解氮含量隨著浸提液濃度的大小先升高后降低，中高濃度浸提液能顯著提高土壤有效磷和速效鉀含量。木薯葉浸提液化感作用會提高土壤酶活性，中高濃度整體上能顯著提高土壤脲酶，酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性。因此，木薯葉化感作用能夠對土壤環境產生影響，有可能進一步在農田雜草控制上具有一定的應用潛能。