禾本科作物伴生对番茄根区土壤酶活性、微生物及根结线虫的影响

杨瑞娟 王腾飞 周 希 刘爱荣 陈双臣杨英军

（河南科技大学林学院，河南洛阳 471003）

禾本科作物伴生对番茄根区土壤酶活性、微生物及根结线虫的影响

杨瑞娟 王腾飞 周 希 刘爱荣 陈双臣*杨英军

（河南科技大学林学院，河南洛阳 471003）

筛选合适的伴生作物是解决连作障碍的有效手段之一，本试验采用盆栽方法研究了3种禾本科作物伴生对番茄根区土壤酶活性、微生物数量及根结线虫发生的影响。结果表明：大麦、小麦、水稻伴生30、40、50 d均提高了番茄根区土壤脲酶、蛋白酶和蔗糖酶活性；同时，大麦、小麦伴生处理土壤中细菌、放线菌数量均显著增加，而真菌数量显著降低。伴生栽培第50天时，大麦、小麦、水稻处理番茄根区土壤中根结线虫二龄幼虫的虫口减退率分别为74.81%、42.64%和45.74%，卵密度减退率分别为51.29%、35.57%和29.86%。综上，禾本科作物伴生番茄可以提高根区土壤酶活性，改善微生物结构，降低根结线虫的发生，其中以大麦伴生栽培效果较好。

禾本科作物；伴生；番茄；连作；根区环境

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是我国主要的设施蔬菜作物，2016年全国番茄种植面积约为109.9万hm2（1 648万亩）（农业部市场与经济信息司，http：//www.moa.gov.cn/zwllm/jcyj/201701/ t20170122_5461550.htm），已成为全球最大的番茄生产国和出口国。为了充分发挥设施栽培效益，菜农们连年单一种植番茄，不可避免地造成连作病害日益严重。目前制约我国设施农业健康可持续发展的瓶颈就是连作障碍（喻景权和周杰，2016），连作障碍引起土壤养分不均衡和次生盐渍化，而且长期连作造成番茄植株生育迟缓、长势下降、品质变劣（吴凤芝 等，1997；刘姣姣 等，2013）；同时导致土壤微生物群落组成由“细菌型”向“真菌型”转化，土壤放线菌数量降低，根际有益拮抗菌减少，病原真菌数量增加，对作物生产造成严重影响（吴红淼 等，2016）。连作病害频发已经成为番茄生产中最为严重的问题。

伴生栽培可以合理地利用时间、空间和作物间的相互影响，达到抑制杂草滋生和病虫害蔓延的效果，减少化学药剂使用量，保持生态平衡（韩哲，2012；吴凤芝 等，2013）。Tringovska等（2015）研究发现，万寿菊、紫苏、莴苣和白芥伴生番茄可以有效提高对根结线虫的抗性，其中万寿菊和白芥的伴生防效较好，分别达到53.45%和46.38%。但伴生栽培也存在与主栽作物的竞争关系，可能影响到主栽作物的产量和生长发育，这种不利影响可以通过筛选合适的伴生植物、调节养分和水分管理来克服（Borowy，2012；Kolota & Adamczewska-Sowinska，2013）。目前常用的伴生作物多为洋葱、大葱和小麦等。伴生小麦栽培模式可以降低黄瓜叶绿素和蛋白质的降解速度，提高黄瓜抗氧化酶的活性，通过阻止氧自由基的积累从而减缓黄瓜叶片的衰老（高春琦和吴凤芝，2014）。分蘖洋葱伴生促进了番茄对磷、锰的吸收，提高了番茄对灰霉病的抗性，并促进番茄植株生长、提高根系活力（吴瑕等，2015）。小麦伴生西瓜处理的根际土壤微生物总数及放线菌、细菌数量均比单作显著增加，而土壤真菌的比例明显降低；同时提高了西瓜根际土壤微生物生物量碳、氮、磷含量（徐伟慧和吴凤芝，2016）。

筛选合适的伴生作物是解决连作障碍的有效手段之一。本试验以小麦、大麦、水稻等为伴生作物，以连作番茄10 a的土壤为基质，研究不同禾本科作物伴生对番茄根区土壤酶活性、微生物数量及根结线虫发生的影响，以期为伴生栽培模式的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验土壤取自河南省洛阳市董村蔬菜基地温室，该温室连续10 a种植番茄；土壤理化性质为：pH值6.01，EC值0.43 mS·cm-1，全氮含量2.98 g·kg-1，速效氮194.75 mg·kg-1，速效磷308.12 mg·kg-1，速效钾327.94 mg·kg-1，有机质48.49 g·kg-1。

供试伴生作物：大麦品种浙大9号和水稻品种Y两优900由浙江大学农业与生物技术学院作物所提供，小麦品种品资Ⅱ-5由黑龙江省农业科学院提供。供试番茄品种为中杂9号，由中国农业科学院蔬菜花卉研究所提供。

1.2 试验设计

试验于2015年4～7月在河南科技大学试验大棚内进行，土壤过6 mm筛后装入盆中，每盆装充分混匀的10 kg土和1.0 kg腐熟鸡粪。设大麦伴生番茄、小麦伴生番茄、水稻伴生番茄3个处理，以番茄单作为对照，分别记作T1、T2、T3和CK。番茄幼苗长至四叶一心时定植于盆中，每盆1株，定植6 d后进行伴生处理，在距番茄植株6 cm处分别点撒大麦、小麦、水稻种子15 g。每处理3次重复，每重复15盆，完全随机排列。当伴生植物长到30～35 cm高时留茬10 cm左右，留茬的下部留有生长点可分蘖继续生长（高春琦和吴凤芝，2014）。试验期间不使用杀菌剂和杀虫剂。

伴生处理30、40、50 d时分别采集土样，采用抖落法（Riley & Barber，1969）收集番茄根区土壤，每重复随机选取4盆混合均匀，土样过20目筛后4 ℃保存，用于土壤酶活性、微生物数量和根结线虫的测定。

1.3 项目测定

土壤酶活性测定参照宋松荫（1986）的方法，脲酶活性测定采用靛酚蓝比色法；蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法；蛋白酶活性测定采用茚三酮比色法。

土壤微生物数量测定采用稀释平板法（许光辉和郑烘元，1996），细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养3～5 d；真菌采用马丁氏培养基培养5～7 d；放线菌采用改良高氏一号培养基培养7～9 d。

根结线虫二龄幼虫（J2）数量测定采用浅盘提取法（贺超兴 等，2009），然后依据土壤含水量换算成每100 g干土中线虫的数量（Wei et al.，2012）；根结线虫卵密度测定采用蔗糖浓度离心法（Barker et al.，1985），以每100 g干土中卵的数量计算（孙玉秋 等，2011）。

虫口减退率=（对照幼虫数-处理幼虫数）/对照幼虫数×100%（范昆，2006）。

1.4 数据处理

采用Excel软件处理试验数据，利用SPSS软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 禾本科作物伴生对土壤酶活性的影响

由表1可知，各伴生栽培处理的番茄根区土壤脲酶、蛋白酶和蔗糖酶活性均比对照提高，其中T1处理（大麦伴生番茄）的各种酶活性均显著高于对照；伴生栽培第50天时，T1、T2、T3处理的土壤脲酶活性分别比对照显著提高了50.94%、30.19%、18.87%，土壤蛋白酶活性分别比对照显著提高了71.74%、28.26%、23.91%，土壤蔗糖酶活性分别比对照显著提高了38.54%、11.02%、32.14%。

表1 禾本科作物伴生对番茄根区土壤酶活性的影响

2.2 禾本科作物伴生对土壤微生物数量的影响

由表2可知，T1、T2处理番茄根区土壤中细菌、放线菌数量均显著增加，真菌数量均显著降低，伴生栽培第50天时细菌数量分别比对照增加了42.29%和12.36%，放线菌数量分别比对照增加了25.07%和14.75%，真菌数量分别比对照降低了12.17%和11.61%；T3处理第50天时细菌、放线菌数量显著高于对照，真菌数量与对照差异不显著。

表2 禾本科作物伴生对番茄根区土壤微生物数量的影响

2.3 禾本科作物伴生对根结线虫发生的影响

2.3.1 禾本科作物伴生对根结线虫二龄幼虫数量的影响 从图1可以看出，各伴生栽培处理番茄根区土壤中根结线虫二龄幼虫数量均显著降低，其中T1处理（大麦伴生番茄）效果最好，T2和T3处理间差异不显著；各伴生栽培处理根结线虫二龄幼虫数量均随着伴生时间的增加而增加，但均显著低于对照，伴生栽培第50天时T1、T2、T3处理的虫口减退率分别为74.81%、42.64%、45.74%。

图1 禾本科作物伴生对番茄根区根结线虫二龄幼虫数量的影响

2.3.2 禾本科作物伴生对根结线虫卵密度的影响 从图2可以看出，各伴生栽培处理番茄根区土壤中根结线虫的卵密度均显著降低；伴生栽培第50天时T1、T2、T3处理的卵密度减退率分别为51.29%、35.57%和29.86%。

图2 禾本科作物伴生对番茄根区根结线虫卵密度的影响

3 结论与讨论

土壤酶是由植物根系及其残体、土壤动物和一些微生物所分泌，根际土壤酶活性的提高对有机养分的转化具有重要作用（Utobo & Tewari，2015）。本试验结果表明，大麦、小麦和水稻伴生均提高了番茄根区土壤脲酶、蛋白酶和蔗糖酶活性，其中以大麦伴生效果最好。这与前人研究证实合理的间套作能提高根区土壤酶活性相一致（Alvey，2003；张洁莹 等，2013）。从酶的分布位置来看，土壤脲酶、蛋白酶和蔗糖酶主要分布在微生物细胞内部，伴生栽培对这3种酶活性的提高与土壤微生物数量和活性的变化密切相关（He et al.，2013）。但不同的伴生作物对土壤酶活性的影响也不尽相同。柴强等（2005）研究表明，与单作玉米相比，玉米/鹰咀豆间作根际土壤脲酶和酸性磷酸酶活性显著降低；但玉米间作蚕豆根际土壤酶活性与单作差异不显著。王哲昕等（2014）研究表明，与常规休闲对照相比，在夏季休闲期（7～8月）填闲小麦能够显著提高温室连作黄瓜根区土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性。吴暇等（2015）研究表明，分蘖洋葱伴生番茄根际土壤多酚氧化酶活性显著提高，但土壤脲酶和酸性磷酸酶活性差异不显著。这可能与不同伴生条件下植株根系生理代谢和养分吸收利用有关。

土壤微生物数量关系到土壤肥力状况是否良好，其与酶活性之间存在显著相关性。番茄连作年限越长，土壤由细菌型向真菌型转化，使得根际土壤微生物种群平衡遭到破坏，有害菌大量繁殖，有益菌明显减少，最终表现出连作障碍（Zhang et al.，2015）。本试验结果表明，大麦、小麦伴生均显著提高了细菌和放线菌数量，显著降低了真菌数量，这与王旭晖等（2012）得到的夏季填闲茼蒿和普通白菜可以提高黄瓜根际土壤微生物功能多样性并增加土壤细菌种类和多态性的结论一致。小麦和大麦伴生使番茄根区细菌和放线菌数量增加的原因之一可能与小麦和大麦根系分泌物的种类和数量有关；根系分泌物作为根际微生物的主要能源和碳源，分泌物的种类和数量决定了根际微生物的种类和数量，影响着微生物的代谢（刘峰和温学森，2006）。水稻与番茄伴生对土壤微生物的影响与对照差异不大，这可能与水稻根系生长环境与番茄明显不同有关。

大麦和小麦是典型的化感型作物，会影响黄瓜、莴苣、棉花以及田间杂草的生长（孙磊 等，2006；陈冬梅 等，2008；孙红艳 等，2008；马亚飞 等，2011）小麦—黄瓜间作能够显著降低白粉病病情指数（吴凤芝和周新刚，2009）；分蘖洋葱伴生番茄可以提高番茄对灰霉病的抗性（吴瑕 等，2015）；而白芥伴生番茄则提高了番茄对根结线虫的抗性，这种抗性与白芥植株中的黑芥子硫苷有关（Tringovska et al.，2015）。本试验发现，大麦、小麦和水稻伴生可以抑制根结线虫的繁殖，降低土壤中根结线虫二龄幼虫（J2）数量和卵密度。杨瑞娟（2016）的研究表明大麦、小麦和水稻伴生降低了番茄根系上的根结数量。这可能与大麦、小麦、水稻等禾本科作物不是根结线虫的寄主有关，另外也与大麦和小麦根系的化感作用有关，伴生栽培过程中既可以活体次生代谢物质向外界环境中释放次生代谢物质，又可以残体形式向外界环境中释放次生代谢物质（张晓珂 等，2004），从而对根结线虫的发生产生促进或抑制作用。大麦和小麦所产生的次生代谢物质种类还有待进一步研究探讨。

柴强，黄鹏，黄高宝．2005．间作对根际土壤微生物和酶活性的影响研究．草业学报，14（5）：105-110．

陈冬梅，陈祥旭，孙红艳，林瑞余，林文雄．2008．麦类作物化感作用种质资源筛选与评价．福建农林大学学报：自然科学版，37（1）：13-17．

范昆．2006．1，3-二氯丙烯对番茄根结线虫病的防治效果．山东农业大学学报，37（3）：325-328．

高春琦，吴凤芝．2014．伴生小麦对黄瓜生长及生理指标的影响．中国蔬菜，（10）：24-28．

韩哲．2012．伴生小麦提高黄瓜霜霉病抗性的生理生化机制〔硕士论文〕．哈尔滨：东北农业大学．

贺超兴，张志斌，王怀松．2009．高温热水处理防治温室番茄土壤根结线虫的研究．北方园艺，（5）：140-142．

刘峰，温学森．2006．根系分泌物与根际微生物关系的研究进展．食品与药品，8（9）：37-30．

刘姣姣，杨丽娟，李振涛，李天来．2013．连作对设施栽培番茄生长发育及产量的影响．沈阳农业大学学报，44（5）：581-584．

马亚飞，杨平，吴凤芝．2011．不同品系小麦根系分泌物对黄瓜化感作用的初步研究．中国蔬菜，（10）：23-27．

宋松荫．1986．土壤酶及其研究法．北京：农业出版社．

孙磊，陈兵林，周治国．2006．麦棉套作系统中小麦根区化感物质对棉苗生长的影响．棉花学报，18（4）：213-217．

孙红艳，林瑞余，叶陈英，于翠平，黄磊，陈冬梅，林文雄．2008．化感小麦种质资源的筛选与评价．中国生态农业学报，16（4）：894-899．

孙玉秋，许艳丽，李春杰，潘凤娟，张原．2011．黑龙江省大豆胞囊线虫种群分布和卵密度研究．大豆科学，30（2）：250-258．

王旭晖，张雪艳，高丽红．2012．不同栽培制度对黄瓜连作土壤微生物群落结构的影响．中国蔬菜，（8）：26-31．

王哲昕，吴凤芝，肖万里，周新刚．2014．填闲小麦、石灰氮消毒和秸秆反应堆对日光温室黄瓜生长及根区土壤酶活性的影响．中国蔬菜，（7）：23-29．

吴凤芝，刘德，王东凯，栾非时，王伟，孔鲜鸣．1997．大棚番茄不同连作年限对根系活力及其品质的影响．东北农业大学学报，28（1）：33-38．

吴凤芝，潘凯，刘守伟．2013．设施土壤修复及连作障碍克服技术．中国蔬菜，（13）：39．

吴凤芝，周新刚．2009．不同作物间作对黄瓜病害及土壤微生物群落多样性的影响．土壤学报，46（5）：899-906．

吴红淼，吴林坤，王娟英，朱铨，许佳慧，郑才亮，林文雄．2016．根际调控在缓解连作障碍和提高土壤质量中的作用和机理．生态科学，35（5）：225-232．

吴瑕，吴凤芝，周新刚．2015．分蘖洋葱伴生对番茄矿质养分吸收及灰霉病发生的影响．植物营养与肥料学报，21（3）：734-742．

许光辉，郑洪元．1996．土壤微生物分析方法手册．北京：农业出版社：47-65．

徐伟慧，吴凤芝．2016．西瓜根际土壤酶及微生物对小麦伴生的响应．浙江农业学报，28（9）：1588-1594．

杨瑞娟．2016．禾本科作物伴生对连作番茄幼苗及根际环境的影响〔硕士论文〕．洛阳：河南科技大学．

喻景权，周杰．2016．“十二五”我国设施蔬菜生产和科技进展及其展望．中国蔬菜，（9）：18-30．

张洁莹，宁堂原，冯宇鹏，张学鹏，孙涛，李增嘉．2013．套作糯玉米对连作菜田土壤特性及产量的影响．中国农业科学，46（10）：1994-2003．

张晓珂，姜勇，梁文举，孔垂华．2004．小麦化感作用研究进展．应用生态学报，15（10）：1967-1972．

Alvey S．2003．Cereal legume rotation effect on rhizosphere bacterial community structure in West Afrecan soils．Biology and Fertility of Soil，37（2）：73-82．

Barker K R，Carter C C，Sasser J N．1985．An advanced treatise on Meloidogyne. v. 2：methodology．Raleigh：North Carolina State University：223．

Borowy A．2012．Growth and yield of stake tomato under no-tillage cultivation using hairy vetch as a living mulch．Acta Sci Polonorum-Hortorum，11（2）：229-252．

He Y，Ding N，Shi J C，Wu M，Liao H，Xu J M．2013．Profiling of microbial PLFAs：implications for interspecific interactions due to intercropping which increase phosphorus uptake in phosphorus limited acidic soils．Soil Biology & Biochemistry，57：625-634．

Kolota E，Adamczewska-Sowinska K．2013．Living mulches in vegetable crops production：perspectives and limitations．Acta Scientiarum Polonorum-Hortorum Cultus，12（6）：127-142．

Riley D，Barber S A．1969．Bicarbonate accumulation and pH changes at the soybean 〔Glycine max（L．）Merr．〕root-soil interface．Soil Science Society of America Journal，33（6）：905-908．

Tringovska I，Yankova V，Markova D，Mihov M．2015．Effect of companion plants on tomato greenhouse production．Scientia Horticulturae，186：31-37．

Utobo E B，Tewari L．2015．Soil enzymes as bioindicators of soil ecosystem status．Applied Ecology and Environmental Research，13（1）：147-169．

Wei C，Zheng H，Li Q，Lu X，Yu Q，Zhang H Y，Chen Q S，He N P，Kardol P，Liang W J，Han X G．2012．Nitrogen addition regulates soil nematode community composition through ammonium suppression．PLoS One，7（8）：e43384．

Zhang H L，Jiang Z T，Liu L D，Zheng X Q，Li S X，Zhang J Q，Wang J Q，He Q Y，Lv W G．2015．Effects of intercropping on microbial community function and diversity incontinuous watermelon cropping soil．Fresenius Environmental Bulletin，24（10）：3288-3294．

Effects of Companion Cereal Crops on Soil Enzyme Activities，Microorganism and Root Knot Nematodes of Tomato Rhizosphere

YANG Rui-juan，WANG Teng-fei，ZHOU Xi，LIU Ai-rong，CHEN Shuang-chen*，YANG Ying-jun

（College of Forestry，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471003，Henan，China）

Screening suitable companion crops is an effective solution for vegetable continuous cropping obstacle in greenhouse production．To explore the companion effect of cereal crops on tomato rhizosphere，we monitored the responses of soil enzyme activities，microbial and root-knot nematodes in the root zone to tomato companion with barley，wheat and rice using pot experiments．The results showed that the activities of soil urease，protease and invertase were increased after companion growth with barley，wheat and rice for 30，40 and 50 days．In the intercropping of barley and wheat，rhizosphere bacteria and actinomycetes were significantly increased while the fungi abundance was significantly decreased．The number of second-stage juveniles（J2）and egg density of Meloidogyne spp. in tomato rhizosphere was significantly lower than the control．Fifty days after companion growth，the reduction rate of Mloidogyne spp. J2by barley，wheat and rice was 74.81%，42.64% and 45.74% respectively，while the loss rate of egg density was 51.29%，35.57% and 29.86% respectively．Taken together，companion growth of cereal crops increased soil enzyme activities，improved the community composition of soil microbes and suppressed invasion of root knot nematodes in tomato rhizosphere，among which barley is the most promising companion crops in greenhouse tomato production．

Cereal crops；Companion growth；Tomato；Continuous cropping；Rhizosphere

杨瑞娟，女，硕士研究生，专业方向：设施蔬菜栽培生理，E-mail：18037910380@189.com

*通讯作者（Corresponding author），陈双臣，男，教授，硕士生导师，专业方向：设施蔬菜逆境生理，E-mail：chen_shuangchen@126.com

2016-04-03；接受日期：2017-01-22

国家自然科学基金项目（31471867），河南省国际科技合作计划项目（172102410050），河南科技大学大学生研究训练计划项目（2015151）