‘贝达’葡萄根系腐解物对土壤酚类物质和速效养分的影响

李坤，周婷，郭修武*，李成祥，郭印山，刘镇东

（沈阳农业大学园艺学院，辽宁沈阳 110866）

葡萄为世界四大水果之一。目前，我国已成为葡萄生产第一大国，但经过多年栽培后，许多葡萄园都会表现出严重连作障碍[1]。近年来，众多研究者认为化感自毒作用是导致作物发生连作障碍的主要原因，土传病害加剧，土壤理化性质恶化是连作障碍问题所带来的次生危害[2-4]，并且研究表明化感作用的强弱与土壤类型密切相关。Inderjit等[5]研究发现，杉树在砂壤土和粘土的化感抑制作用高于粉砂壤土和砂土；Eidarier等[6]研究表明：苜蓿种子在砂土、粘土和壤土中的化感抑制作用依次减弱；Blair等[7]研究表明：儿茶素的有效性与土壤类型有关；Viator等[8]研究表明：甘蔗在粘土中的化感抑制作用小于砂土。可见，土壤因子是影响化感作用效应的重要因子。

目前，国内外关于葡萄连作障碍的研究主要集中在化感自毒物质的分离鉴定、自毒物质与土壤微生物之间的互作效应方面，而关于葡萄连作障碍与土壤因子之间的相互关系研究还尚属空白。因此，本试验以两种类型土壤（砂质土和壤质土）为研究对象，以‘贝达’葡萄扦插苗为试材，外源添加根系腐解物模拟连作效应，解析葡萄连作效应与土壤因子之间的相关性，以期阐明影响葡萄连作效应的土壤因子，为揭示葡萄连作障碍的形成机理提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为葡萄品种‘贝达’（V.riparia×V.labruscaBeta）扦插苗，供试土壤为辽宁省大连、熊岳地区未栽种过葡萄的土壤，取土深度为5～15 cm，各取样地区土壤基本情况如表1。

表1 两种类型土壤理化性质情况Table 1 Soil physical and chemical characteristics of two types of soils

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计

试验于2015年5—8月于沈阳农业大学葡萄试验园进行。2015年5月5日，将催根后的‘贝达’葡萄茎段定植于装有两种类型土壤的营养袋中（口径10 cm），营养袋中分别装有1500 g土壤，每种土壤种植100袋。定植3个月后，将两种类型土壤中，长势一致的‘贝达’葡萄扦插苗从营养袋移入紫砂盆中，每种土壤选取20盆并每盆补土500 g，留单蔓，避雨栽培，常规管理。2015年8月13日，将‘贝达’葡萄根系腐解液，按30 µg/g、60 µg/g、140 µg/g施入到两种土壤中，每盆施入500 mL，施入后10 d测定植株生长及土壤理化性质指标。

1.2.2 根系腐解物的制备

将‘贝达’根磨碎，按蒸馏水∶土∶根=5∶1∶1加入到塑料桶中，桶上覆盖有小孔的塑料薄膜，放入恒温培养箱中保持37 ℃，每5 d搅拌一次，20 d后过滤，滤液置于4 ℃下备用[9]。

1.2.3 根际土的收集

将植株从盆里轻轻拿出，小心去掉外层的土壤，轻轻抖落紧贴根部的土壤，即为根际土，将土壤于自然条件下风干，混匀后过20目筛，室温保存。

1.3 指标测定

1.3.1 植株生理指标的测定

采用称重法测定植株地上、地下的鲜重；将植株地上部与地下部于100 ℃烘干至恒重，用天平测定的重量即为地上、地下干重。

1.3.2 土壤酚类化合物测定

水溶性酚的测定：酚酸含量用Folin试剂比色法测定。称取25.00 g风干土样于100 mL三角瓶中，于150 r/min摇30 min，取出过滤，待用。吸取2 mL上述水解液于大试管中，加入福林试剂1 mL，1 mol/L NaCO35 mL。混匀后置于37 ℃恒温箱中，保温1 h后在波长770 nm处比色，标准曲线是以对羟基苯甲酸为标准溶液得到，测定其吸光值。由标准曲线得出其含酚量。

1.3.3 复合态酚的测定

表2 卡庆斯基土壤质地分类（1965）Table 2 Kachinsky soil texture classi fi cation（1965）

称取过40目的风干土样0.5 g于100 mL三角瓶中，加入1 mol/L NaOH浸提剂25 mL，在150 r/min下振荡30 min，静置，过滤至大试管中，滤液为待测液。取待测液2 mL于大试管中，加0.25 mL 4 mol/L H2SO4溶液，然后加入Folin试剂1 mL，再加入1mol/L NaCO3溶液5mL，摇匀，置于37 ℃温箱中保温60 min，使其充分显色，在770 nm处比色。

1.3.4 总酚的测定

称取5 g风干土过筛土壤样品于50 mL三角瓶中，加入0.25 mol/L H2SO410 mL，于100 ℃水解2 h，然后定容至50 mL取出过滤，备用。吸取2 mL上述水解液于试管中，加入福林试剂1mL，1 mol/L NaCO3溶液5 mL，混匀后置于37 ℃恒温箱中保温1 h。取出，在波长770 nm处比色，以不加样品为对照，测定其吸光值。由标准曲线查出酚含量。

1.3.5 土壤质地的测定

采用卡庆斯基分类法进行土壤质地测定（表2）。称取过10目的风干土样30.00 g（精确到0.01 g）置于500 mL三角瓶中，加入0.5 mol/L NaOH溶液40 mL，再加入蒸馏水160 mL，摇匀后静置2 h，并每隔15 min摇动一次，然后放到电热板上加热煮沸，保持沸腾1 h，冷却，先用温度计测定温度，然后用搅拌棒上下均匀搅拌悬液（上下各30次），搅拌停止后立即取出搅拌棒，静置，放入比重计，找到此时温度对应的读数时间，然后测得＜0.01 mm粒级的比重计读数。

1.4 数据分析

采用化感效应指数（R I）分析生理指标，即（T≥C）RI=1﹣C/T；（T＜C）RI=T/C﹣1。T代表处理值，C代表对照值；RI为正值表现促进，RI为负值表现抑制。

数据用Excel 2007做表，SPSS 22进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 大连和熊岳葡萄产区土壤砂粒含量

由表3可知，土壤中砂粒含量熊岳土壤高于大连土壤，熊岳土壤质地为轻壤土，大连为松砂土。

2.2 葡萄根系腐解物对土壤速效养分的影响

由图1可知，添加腐解物后，处理浓度为30 μg/g时，砂质土壤碱解氮含量与对照差异不显著，其他处理浓度均显著低于对照，处理浓度为140 μg/g时，碱解氮含量最低，为18.35 mg/kg；壤质土所有处理浓度中，土壤中碱解氮的含量均高于对照。添加腐解物后，砂质土和壤质土中碱解氮含量变化趋势相反。

由图2可知添加腐解物后，砂质土和壤质土中所有浓度处理下土壤速效磷含量与对照均没有显著差异。

由图3可知，添加腐解物后，砂质土中所有处理浓度下速效钾含量均高于对照，浓度为140 μg/g时，壤质土中速效钾的含量明显高于对照，其他处理浓度与对照差异不显著。相同浓度的腐解物对砂质土和壤质土地区速效钾含量影响不同。

表3 不同葡萄产区土壤粘粒含量Table 3 The clay content of different grape-producing regions

图1 添加腐解物后砂质土和壤质土中碱解氮含量的变化

图2 添加腐解物后砂质土和壤质土中速效磷含量的变化Figure 2 Changes of available phosphorus content in sandy and loamy soils after addition of decomposable substances

图3 添加腐解物后砂质土和壤质土中速效钾含量的变化Figure 3 Changes of available potassium content in sandy and loamy soils after addition of decomposable substances

2.3 葡萄根系腐解物对土壤酚类物质的影响

由图4可知，添加腐解物后，砂质土在处理浓度为140 μg/g时，土壤总酚含量与对照差异不显著，其他处理浓度均显著低于对照；壤质土浓度为140 μg/g时，总酚含量显著高于对照，其他处理浓度与对照差异不显著。

由图5可知，添加腐解物后，砂质土和壤质土中复合态酚含量呈动态变化。砂质土在30 μg/g浓度处理时，复合态酚含量显著高于对照，其他处理与对照差异不显著；壤质土中，随着处理浓度的增加，复合态酚含量逐渐降低，在处理浓度为60 μg/g时，复合态酚含量与对照差异不显著，而30 μg/g处理显著高于对照，140 μg/g处理显著低于对照。

由图6可知，砂质土中所有浓度处理水溶性酚含量显著低于对照，在处理浓度为60 μg/g时，土壤中水溶性酚含量最低为12.71 μg/g；处理浓度为140 μg/g时，壤质土中水溶性酚含量显著高于对照，含量为28.93 μg/g，其他处理浓度与对照差异不显著。

图4 添加腐解物对砂质土和壤质土中总酚含量的影响Figure 4 Effects of adding decomposable substances on totle phenol content in sandy and loamy soil

图5 添加腐解物对砂质土和壤质土中复合态酚含量的影响Figure 5 Effects of adding decomposable substances on compound phenol content in sandy and loamy soil

2.4 添加根系腐解物对‘贝达’植株长势的影响

由表4可知，在砂质土壤中，处理浓度为30 μg/g时，‘贝达’葡萄地上干重与对照差异不显著，其他处理均显著低于对照；地下干重在所有处理浓度均显著低于对照。在壤质土中，处理浓度为30 μg/g时，‘贝达’长势显著高于对照，其他处理浓度与对照差异不显著。

图6 腐解物对砂质土和壤质土中水溶性酚含量的影响Figure 6 Effects of adding decomposable substances on water soluble phenol content in sandy and loamy soil

由图7可知，在砂质土壤中，添加腐解物后‘贝达’的长势具有明显的化感抑制作用，且随着处理浓度的增加，化感抑制效应增加，且对地下的抑制作用明显强于地上，在140 μg/g浓度处理时，化感抑制作用明显增强。

由图8可知，在壤质土中添加腐解物对‘贝达’的长势有明显的化感促进作用，但随着处理浓度的增加，促进作用逐渐减弱，140 μg/g化感促进作用明显减弱。

3 讨论与结论

有研究表明，土壤中酚类物质的含量与土壤质地有关。如孙海兵等[10]研究环渤海湾地区苹果连作土壤中的酚酸发现，不同地区、不同土层厚度间的果园土壤中酚酸在成分和含量上均具有显著差异。Inderjit等[5]研究发现，酚类物质在不同土壤中具有不同的缓冲作用，其积累量与土壤性质有关。通过研究湖北省不同作物土壤发现，各地土壤酚类物质含量与土壤质地和土壤pH有关，还与土壤中砂含量呈负线性关系[11]，这与本试验结果相似。本试验研究发现，壤质土中总酚和复合态酚含量高于砂质土壤，并且添加根系腐解物后，砂质土中的水溶性酚酸含量呈下降趋势，而壤土中水溶性酚酸含量呈升高趋势，这可能是因为砂质土颗粒较大，土壤颗粒的间隙也较大有关。在砂质土壤中酚类物质易随着灌溉、雨水等作用流失，而粘土颗粒较小，土壤颗粒的间隙也较小，壤土具有较强的吸附作用，导致壤土中酚类物质含量高于砂质土壤。本研究还发现，虽然砂质土壤（大连）中酚类物质含量较少，却对‘贝达’葡萄长势出现了明显的抑制作用，而壤质土（熊岳）中酚类物质含量高，却没有对‘贝达’葡萄的长势出现抑制现象。这与Kaur等[12]研究结果相似，其结果表明：外来入侵物种牧豆树在印度不同地区表现出的化感作用是不同的，在砂质土壤中的化感作用要明显强于砂壤土。Einhelling[13]研究发现[13]，土壤中酚酸含量高并不一定会产生化感抑制作用，可能是酚酸含量低于抑制作用的起始浓度，即酚酸对作物的化感抑制作用存在一个阈值，而在不同质地土壤中这种阈值也存在较大差异。

表4 添加腐解物后‘贝达’葡萄在砂质土和壤质土中生长情况Table 4 Growth of "Beta " grape seedlings in sandy and loamy soils after adding decomposition

图7 添加腐解物对砂质土壤中‘贝达’植株长势的化感效应Figure 7 Allelopathic effects of adding decomposition on the growth of "Beta " grape seedlings in sandy soil

图8 添加腐解物对壤质土中‘贝达’植株长势的化感效应Figure 8 Allelopathic effects of adding decomposition on the growth of "Beta " grape seedlings in loamy soil

土壤中养分的含量会因为化感物质进入土壤而发生改变。酚类物质会影响土壤养分含量的变化，进而影响植株的生长。杜家方等[14]研究地黄在不同间隔年限的土壤中的生长情况，推断出可能是由于酚酸物质使土壤养分结构发生改变，从而导致地黄长势出现差异。王华田等[15]构建了连作杨树人工林生产力衰退机理模型，指出酚酸累积和土壤氮素有效性的耦合作用可能是导致杨树人工林生产力下降的重要原因。吕卫光等[16]研究发现，添加外源苯丙烯酸和对羟基苯甲酸对土壤养分有一定影响，苯丙烯酸导致土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量降低，两种酚酸混合物还导致了有机质含量的降低。以上研究均表明，土壤养分与土壤酚类物质存在着一定关系。Inderjit等[17]研究发现：酚类物质会影响土壤微生物的活性，导致土壤养分发生改变。

本研究中发现酚类物质对不同质地土壤养分含量的影响存在差异。在砂质土壤中，酚类物质能够降低根际土壤中碱解氮含量，增加速效钾含量；在壤质土壤中，酚类物质能够增加根际土壤中碱解氮含量，适度增加速效钾含量。而土壤中氮元素是十分重要的指标，其对酚类物质的转化和作物生长有着重要的意义。外源酚类物质在壤质土壤中没有表现出化感抑制效应，可能与其增加了土壤碱解氮含量密切相关。