薰衣草間作兩種十字花科蔬菜對土壤酶活性的影響

王玉新，王天竺，高平，王燃，岳麗紅

(佳木斯大學生命科學學院，黑龍江 佳木斯 154007)

蘿卜、白菜是黑龍江省十分重要的蔬菜作物，近年來，由于蘿卜、白菜的連作種植，導致種植區域出現的土壤板結、土壤養分失衡以及糧食減產問題，尋找適宜的種植模式改善土壤問題成為熱點話題。間作種植模式是指在同一區域種植兩種或兩種以上作物，它是中國傳統農業的精髓之一，具有增加作物產量、提高土壤養分利用效率、增加土壤微生物多樣性、減少病蟲數量等優勢[1-2]。通過利用不同作物在生長過程中形成的“時間差”和“空間差”，間作種植可以充分利用光照等自然資源，提高作物生產效率，改善土壤板結，土壤養分失衡等問題。

芳香植物是一類具有香料屬性同時兼具藥用價值的植物類群，它們具有獨特的香氣，可以用來驅除害蟲和雜草。研究表明，芳香植物與不同作物間作改變作物根際土壤酶對碳、氮等元素的吸收速率。土壤酶是存在土壤中多種酶類的統稱，包括脲酶、蛋白酶和蔗糖酶等多種酶類。通過測定多種酶的活躍程度，可以評估土壤中有機物等營養物質的轉化和吸收情況以及土壤中肥料的利用狀況。目前，芳香植物與作物間作種植，主要以果園與孔雀草、香薄荷間作[3]、茶園和羅勒與紫蘇間作[4]為主，與十字花科蔬菜間作種植研究較少。因此，本課題組間作種植芳香植物薰衣草與十字花科蔬菜蘿卜、白菜，在不同間作種植模式下，觀察作物根際土壤酶活性的變化范圍，探討間作種植模式對連作種植蘿卜、白菜導致土壤板結的意義，篩選出適合作物根際土壤微生態環境的最佳間作種植方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年6月末在佳木斯大學科技園(46°46′54″N, 130°21′56″E)進行，佳木斯地區位于黑龍江省東北部，溫帶大陸性季風氣候，雨熱同期。種植區域土壤為黑土，地勢較高，通透性良好，土壤中有機質含量較少。

1.2 試驗材料

供試蘿卜品種為購于佳木斯綠豐種子有限公司的“極品真紅”。白菜品種為購于佳木斯綠豐種子有限公司的“秋冷地10號”。

1.3 種植方案

2019年6月，在佳木斯大學科技園進行薰衣草間作兩種十字花科蔬菜對土壤微生態的影響的試驗，作物種植區域共189 m2，劃分為21個小區域，每個小區域9 m2(3 m×3 m)。試驗設4個處理項，A1：蘿卜/白菜單作；A2：薰衣草單作；A3：薰衣草、蘿卜/白菜1∶3間作；A4：薰衣草、蘿卜/白菜2∶3間作。試驗設置常規管理，每種種植模式重復3次。薰衣草株與蘿卜/白菜株距均為20 cm。種植模式如圖1所示。在蘿卜和白菜的生長期采集作物根際土壤樣品，測定根際土壤酶活性變化。

圖1 薰衣草與蘿卜/白菜間作模式圖(●薰衣草，○蘿卜/白菜)

1.4 試驗方法

在薰衣草與蘿卜、白菜間作種植模式中，作物處于生長期時，采用五點取樣法采集正常生長的薰衣草與蘿卜和白菜的根際的土壤樣品。

測定土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法；測定土壤脲酶含量采用苯酚鈉比色法；測定土壤蛋白酶活性采用改良茚三酮比色法[5]。

1.5 數據分析

釆用Microsoft Excel2019 進行數據處理，采用SPSS 19.0 統計軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 薰衣草/兩種十字花科蔬菜間作對土壤中蔗糖酶的影響

由表1可知，間作薰衣草根際土壤蔗糖酶含量高于單作種植薰衣草的蔗糖酶含量。不同間作模式下根際土壤蔗糖酶含量高于單作蘿卜根際土壤蔗糖酶含量。土壤中蔗糖酶的含量最多增加了30.9%，提高了土壤酶的活性。由表2可知，土壤中的蔗糖酶含量隨間作行距的升高而表現增加的趨勢，間作薰衣草土壤中的蔗糖酶含量最高比單作白菜土壤中的蔗糖酶含量增加了12.5%。即薰衣草間作蘿卜、白菜隨著薰衣草行距的增加會增加土壤中蔗糖酶的含量，尤其以A4間作種植模式下根際土壤中蔗糖酶的活躍程度最高，這對土壤中易溶性營養物質的增加起著重要作用。

2.2 薰衣草/兩種十字花科蔬菜間作對土壤中脲酶的影響

薰衣草間作蘿卜、白菜土壤中酶含量與單作蘿卜、白菜土壤中脲酶含量發生一些變化，由表1可知，隨著間作薰衣草行距的增加土壤中脲酶含量呈現減少的變化，與單作蘿卜相比，A4間作種植模式下土壤中的脲酶含量降低了1.8%。由表2可知，土壤中的脲酶含量均隨著間作行距的增加而表現減少的趨勢，比單作白菜土壤中的脲酶含量降低了3.5%。薰衣草與兩種十字花科蔬菜間作種植根際土壤中脲酶活性變化較小。

2.3 薰衣草/兩種十字花科蔬菜間作對土壤中蛋白酶的影響

蛋白酶水解物是高等植物的氮源之一。由表1可知，與單作植物相比，隨著間作薰衣草行距增加土壤中蛋白酶含量增加，出現間作種植模式根際土壤蛋白酶含量高于單作種植模式根際土壤蛋白酶含量，A4間作種植模式效果最佳，土壤中的蛋白酶含量增加了7.2%。由表2可知，土壤中的蛋白酶含量隨著間作行距的增加而呈現相反的趨勢，比單作白菜土壤中的蛋白酶含量降低了0.3%。因此間作薰衣草與蘿卜、白菜間作根際土壤蛋白酶含量變化不同。

表1 蘿卜與薰衣草間作對土壤酶含量的影響 mg·g-1

表2 白菜與薰衣草間作對土壤酶含量的影響 mg·g-1

3 討論

土壤酶主要來自于土壤中的微生物細胞，是具有一定催化作用的生物活性物質。它能夠促進有機質的分解和腐殖質的形成，釋放植物所需要的養分，影響土壤中養分的形成和積累。一般認為，土壤中酶活性越強，土壤中養分利用效率越高，但是因土壤酶的類型以及種植作物的種類不同，土壤中酶的活躍程度有一定差異。近年來，土壤酶被廣泛用于評價土壤中碳、氮、磷、硫等元素的循環轉化、以及各種農業措施對土壤肥力供應特性，是反映土壤性質的重要生物活性指標。研究顯示：賈曦等[6]的玉米與花生間作，玉米與花生病害的發生率降低，作物根際土壤中蔗糖酶的活性提高；陳海生等[7]等的甘蔗與花生間作，土壤脲酶和過氧化氫酶等酶促反應升高，可以有效的調節根際土壤微生物群落結構。范虹等[8]的丁香酚與小麥和蠶豆間作種植的研究表明，根際土壤中脲酶的活性下降。本試驗中，與單作薰衣草和兩種十字花科蔬菜相比，薰衣草與蘿卜間作處理之后，土壤脲酶活性降低，隨著間作行距增加而表現出下降的趨勢，而蔗糖酶和蛋白酶活性均高于單作薰衣草與十字花科蔬菜蘿卜；并且薰衣草與白菜間作處理后，土壤蛋白酶和脲酶活性降低，隨著間作行距的增加而表現出下降的趨勢，土壤中蔗糖酶活性表現出薰衣草間作蘿卜同樣的變化趨勢，但相對土壤中酶活性變化趨勢較小，這些試驗數據顯示薰衣草與蘿卜和白菜間根際的土壤酶活性發生的變化因土壤酶的種類、作物種類及間作模式的不同而有不同的差異。

4 結論

在芳香植物薰衣草與十字花科蔬菜蘿卜、白菜的間作系統中，合適的間作種植模式與單作種植模式相比，作物根際土壤中生物酶活性有明顯差異。間作種植薰衣草與蘿卜會隨間作行距的增加，出現土壤中脲酶活性降低，而土壤中蛋白酶和蔗糖酶的活性升高；間作種植薰衣草和白菜后，土壤中蛋白酶和脲酶則均表現出活性降低，土壤中蔗糖酶活性也升高，但相對土壤中酶活性變化趨勢較小，推測間作種植模式可以改變土壤酶的活性。綜上所述，通過合適的薰衣草與蘿卜和白菜間作種植模式可以使根際土壤酶活性發生改變，并逐步改善種植區域根際土壤微生物生態環境。