薰衣草间作两种十字花科蔬菜对土壤酶活性的影响

王玉新，王天竺，高平，王燃，岳丽红

(佳木斯大学生命科学学院，黑龙江 佳木斯 154007)

萝卜、白菜是黑龙江省十分重要的蔬菜作物，近年来，由于萝卜、白菜的连作种植，导致种植区域出现的土壤板结、土壤养分失衡以及粮食减产问题，寻找适宜的种植模式改善土壤问题成为热点话题。间作种植模式是指在同一区域种植两种或两种以上作物，它是中国传统农业的精髓之一，具有增加作物产量、提高土壤养分利用效率、增加土壤微生物多样性、减少病虫数量等优势[1-2]。通过利用不同作物在生长过程中形成的“时间差”和“空间差”，间作种植可以充分利用光照等自然资源，提高作物生产效率，改善土壤板结，土壤养分失衡等问题。

芳香植物是一类具有香料属性同时兼具药用价值的植物类群，它们具有独特的香气，可以用来驱除害虫和杂草。研究表明，芳香植物与不同作物间作改变作物根际土壤酶对碳、氮等元素的吸收速率。土壤酶是存在土壤中多种酶类的统称，包括脲酶、蛋白酶和蔗糖酶等多种酶类。通过测定多种酶的活跃程度，可以评估土壤中有机物等营养物质的转化和吸收情况以及土壤中肥料的利用状况。目前，芳香植物与作物间作种植，主要以果园与孔雀草、香薄荷间作[3]、茶园和罗勒与紫苏间作[4]为主，与十字花科蔬菜间作种植研究较少。因此，本课题组间作种植芳香植物薰衣草与十字花科蔬菜萝卜、白菜，在不同间作种植模式下，观察作物根际土壤酶活性的变化范围，探讨间作种植模式对连作种植萝卜、白菜导致土壤板结的意义，筛选出适合作物根际土壤微生态环境的最佳间作种植方案。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年6月末在佳木斯大学科技园(46°46′54″N, 130°21′56″E)进行，佳木斯地区位于黑龙江省东北部，温带大陆性季风气候，雨热同期。种植区域土壤为黑土，地势较高，通透性良好，土壤中有机质含量较少。

1.2 试验材料

供试萝卜品种为购于佳木斯绿丰种子有限公司的“极品真红”。白菜品种为购于佳木斯绿丰种子有限公司的“秋冷地10号”。

1.3 种植方案

2019年6月，在佳木斯大学科技园进行薰衣草间作两种十字花科蔬菜对土壤微生态的影响的试验，作物种植区域共189 m2，划分为21个小区域，每个小区域9 m2(3 m×3 m)。试验设4个处理项，A1：萝卜/白菜单作；A2：薰衣草单作；A3：薰衣草、萝卜/白菜1∶3间作；A4：薰衣草、萝卜/白菜2∶3间作。试验设置常规管理，每种种植模式重复3次。薰衣草株与萝卜/白菜株距均为20 cm。种植模式如图1所示。在萝卜和白菜的生长期采集作物根际土壤样品，测定根际土壤酶活性变化。

图1 薰衣草与萝卜/白菜间作模式图(●薰衣草，○萝卜/白菜)

1.4 试验方法

在薰衣草与萝卜、白菜间作种植模式中，作物处于生长期时，采用五点取样法采集正常生长的薰衣草与萝卜和白菜的根际的土壤样品。

测定土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法；测定土壤脲酶含量采用苯酚钠比色法；测定土壤蛋白酶活性采用改良茚三酮比色法[5]。

1.5 数据分析

釆用Microsoft Excel2019 进行数据处理，采用SPSS 19.0 统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 薰衣草/两种十字花科蔬菜间作对土壤中蔗糖酶的影响

由表1可知，间作薰衣草根际土壤蔗糖酶含量高于单作种植薰衣草的蔗糖酶含量。不同间作模式下根际土壤蔗糖酶含量高于单作萝卜根际土壤蔗糖酶含量。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随间作行距的升高而表现增加的趋势，间作薰衣草土壤中的蔗糖酶含量最高比单作白菜土壤中的蔗糖酶含量增加了12.5%。即薰衣草间作萝卜、白菜随着薰衣草行距的增加会增加土壤中蔗糖酶的含量，尤其以A4间作种植模式下根际土壤中蔗糖酶的活跃程度最高，这对土壤中易溶性营养物质的增加起着重要作用。

2.2 薰衣草/两种十字花科蔬菜间作对土壤中脲酶的影响

薰衣草间作萝卜、白菜土壤中酶含量与单作萝卜、白菜土壤中脲酶含量发生一些变化，由表1可知，随着间作薰衣草行距的增加土壤中脲酶含量呈现减少的变化，与单作萝卜相比，A4间作种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随着间作行距的增加而表现减少的趋势，比单作白菜土壤中的脲酶含量降低了3.5%。薰衣草与两种十字花科蔬菜间作种植根际土壤中脲酶活性变化较小。

2.3 薰衣草/两种十字花科蔬菜间作对土壤中蛋白酶的影响

蛋白酶水解物是高等植物的氮源之一。由表1可知，与单作植物相比，随着间作薰衣草行距增加土壤中蛋白酶含量增加，出现间作种植模式根际土壤蛋白酶含量高于单作种植模式根际土壤蛋白酶含量，A4间作种植模式效果最佳，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随着间作行距的增加而呈现相反的趋势，比单作白菜土壤中的蛋白酶含量降低了0.3%。因此间作薰衣草与萝卜、白菜间作根际土壤蛋白酶含量变化不同。

表1 萝卜与薰衣草间作对土壤酶含量的影响 mg·g-1

表2 白菜与薰衣草间作对土壤酶含量的影响 mg·g-1

3 讨论

土壤酶主要来自于土壤中的微生物细胞，是具有一定催化作用的生物活性物质。它能够促进有机质的分解和腐殖质的形成，释放植物所需要的养分，影响土壤中养分的形成和积累。一般认为，土壤中酶活性越强，土壤中养分利用效率越高，但是因土壤酶的类型以及种植作物的种类不同，土壤中酶的活跃程度有一定差异。近年来，土壤酶被广泛用于评价土壤中碳、氮、磷、硫等元素的循环转化、以及各种农业措施对土壤肥力供应特性，是反映土壤性质的重要生物活性指标。研究显示：贾曦等[6]的玉米与花生间作，玉米与花生病害的发生率降低，作物根际土壤中蔗糖酶的活性提高；陈海生等[7]等的甘蔗与花生间作，土壤脲酶和过氧化氢酶等酶促反应升高，可以有效的调节根际土壤微生物群落结构。范虹等[8]的丁香酚与小麦和蚕豆间作种植的研究表明，根际土壤中脲酶的活性下降。本试验中，与单作薰衣草和两种十字花科蔬菜相比，薰衣草与萝卜间作处理之后，土壤脲酶活性降低，随着间作行距增加而表现出下降的趋势，而蔗糖酶和蛋白酶活性均高于单作薰衣草与十字花科蔬菜萝卜；并且薰衣草与白菜间作处理后，土壤蛋白酶和脲酶活性降低，随着间作行距的增加而表现出下降的趋势，土壤中蔗糖酶活性表现出薰衣草间作萝卜同样的变化趋势，但相对土壤中酶活性变化趋势较小，这些试验数据显示薰衣草与萝卜和白菜间根际的土壤酶活性发生的变化因土壤酶的种类、作物种类及间作模式的不同而有不同的差异。

4 结论

在芳香植物薰衣草与十字花科蔬菜萝卜、白菜的间作系统中，合适的间作种植模式与单作种植模式相比，作物根际土壤中生物酶活性有明显差异。间作种植薰衣草与萝卜会随间作行距的增加，出现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；间作种植薰衣草和白菜后，土壤中蛋白酶和脲酶则均表现出活性降低，土壤中蔗糖酶活性也升高，但相对土壤中酶活性变化趋势较小，推测间作种植模式可以改变土壤酶的活性。综上所述，通过合适的薰衣草与萝卜和白菜间作种植模式可以使根际土壤酶活性发生改变，并逐步改善种植区域根际土壤微生物生态环境。