嫁接对番茄连作土壤环境及土壤酶活性消减的影响

江莉 林秀香 张天翔 郑涛 牛先前

摘 要：連作障碍是我国番茄集约化生产的瓶颈，为了探索适宜连作的栽培模式，试验以易感青枯病番茄品种‘梅赛德斯’实生苗及以抗病品种‘爱好’为砧木，‘梅赛德斯’为接穗的嫁接苗为试材，通过分析检测连作3年下根际土壤养分和土壤酶活性指标的变化，结合土传病害发生情况，分析嫁接对番茄连作障碍下土壤环境消减的影响。结果表明：连作3年内，嫁接苗青枯病的发病率都极显著低于实生苗，说明嫁接苗较实生苗极显著降低了土传病害发生率;嫁接有利于缓解番茄根际土壤中碱解氮含量的升高及连作导致的土壤酸化问题;同时，嫁接有利于缓解番茄根际土壤多酚氧化酶活性、尿酶活性和蔗糖酶活性的下降;另外，连作对嫁接苗种植土壤有机质含量的影响相对不显著，而实生苗在连作1年后显著降低了土壤有机质含量;嫁接对番茄速效钾、有效磷含量的影响无明显规律性。综上所述，嫁接对改善番茄根际土壤化学性质和土壤酶活性有积极作用。

关键词：番茄;连作;嫁接;土传病害;土壤环境;土壤酶活性

中图分类号：S641.2                            文献标志码：A

Effects of Grafting on Soil Environment and Soil Enzyme Activity Reduction under Tomato Continuous Cropping

JIANG Li，LIN Xiuxiang，ZHANG Tianxiang，ZHENG Tao，NIU Xianqian*

（Fujian Institute of Tropical Crops，Zhangzhou，Fujian 363001，China）

Abstract： Continuous cropping obstacle restricts tomato intensive production in China. An experiment was carried out to explore the suitable cultivation mode for tomato continuous cropping. Using grafted seedlings （‘Hobby’/‘Mercedes’） and seedlings‘Mercedes’as test materials，the effect of grafting on soil environmental degradation under the obstacle of tomato continuous cropping was studied by detecting and analyzing rhizosphere soil nutrients，soil enzyme activity indicators and occurrence of soil-borne diseases under continuous cropping for 3 years. The results showed that the incidence of bacterial wilt disease in grafted seedlings was significantly lower than that in seedlings under continuous cropping for 3 years，indicating that grafted seedlings can significantly reduce the incidence of soil-borne diseases compared with seedlings;grafting is beneficial to alleviate the increase of alkali-hydrolyzed nitrogen content in tomato rhizosphere soil and the soil acidification caused by continuous cropping;while grafting can help to alleviate the decline of polyphenol oxidase activity，urease activity and sucrase activity in tomato rhizosphere soil;grafted seedlings has no significant effect on soil organic matter content，while seedlings can significantly reduce soil organic matter content after 1 year of continuous cropping;the effect of grafting on the contents of available potassium and available phosphorus in tomato has no obvious regularity. In conclusion，grafting can positively improve the chemical properties and enzyme activities of tomato rhizosphere soil.

Key words：Tomato grafting;soil-borne diseases;soil environment;soil enzyme activity

番茄（Solanum lycopersicum）又名西红柿，原产南美洲的秘鲁、厄瓜多尔、玻利维亚等国。番茄是我国栽培面积最大的蔬菜之一[1]，是最重要的设施大棚蔬菜[2]，也是世界第二大蔬菜消费品[3]。番茄生产是农民增收致富和出口创汇的重要途径[4]，作为种植面积最大的蔬菜种类之一，番茄连作使相关的土壤障碍问题日益突出，如土壤酸化和盐渍化、土壤养分失衡、土传病害频发等[5， 6]。根际是植物和土壤之间的桥梁，能够灵敏地反馈植物和土壤的健康状况，并同时影响土壤和植物的健康[7]。随着连作年数增长，植物根际生态环境恶化，根系活力下降，蔬菜生长发育不良，同时土壤病虫基数增加，危害加剧，蔬菜产量和农产品品质大幅度下降[8]。连作障碍已成为我国番茄集约化生产的瓶颈[9， 10]。嫁接是一种预防土传病害、提高植株抗逆性的重要栽培手段[11]，因此，拟研究以抗病品种‘爱好’为砧木，感病品种‘梅赛德斯’为接穗组合嫁接苗（‘爱好’/‘梅赛德斯’）与实生苗‘梅赛德斯’为试材，通过比较不同连作时间下根际土壤养分和土壤酶活性等各个指标，结合土传病害发生情况，分析嫁接对番茄连作障碍下土壤环境消减的影响，探讨嫁接对番茄连作障碍的消减机制。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在位于福建省云霄县东厦镇漳江口出海口的云霄佳洲岛番茄基地进行。选择相邻大棚具有同样土壤基础性质，具有相同轮作历史（哈密瓜-番茄-水稻）的塑料大棚地块，每667 m2面积施優质有机肥1000 kg，氮磷钾复合肥80 kg，撒施于地面，深翻耙平后做成宽高畦，畦面沟宽1.1～1.2 m，畦高25～30 cm。于2015年开始采用番茄连作种植模式，连作3年，于每年9月中下旬定植至次年3月采收结束。

以易感青枯病番茄品种‘梅赛德斯’实生苗（‘梅赛德斯’）及以抗病品种‘爱好’为砧木，‘梅赛德斯’为接穗的嫁接苗（‘爱好’/‘梅赛德斯’）为种植品种。

1.2 方法

番茄种植密度为株行距40 cm×60 cm，按实生苗和嫁接苗不同处理分开种植，小区面积约为50 m2，每处理设 3 个小区。

1.2.1 番茄土传病害调查

番茄土传病害包括青枯病、枯萎病、茎基腐病等，其中青枯病由细菌青枯假单胞菌（Pseudomanas solanacearum Smith）侵染引起，本研究将以青枯病为代表概述土传病害的发生情况。因此，种植期内调查并记录植株青枯病（土传病害）的发生情况，发病率（%）=受害株数/总株数×100。

1.2.2 土壤取样

2015年9月，在预设处理小区内采用5 点法，采集耕层 0～20 cm土壤，作为新地土壤样品CK，番茄种植后，每年1月在处理小区内随机抽取植株30 株，采用抖根法获得根际土壤，土壤样品详细信息见表1。土壤样品采集后去除杂质、混匀，置于室内通风阴干后，过80 目筛后保存于-80℃冰箱中，用于后续土壤环境和土壤酶活性的测定。试验3次重复。

1.2.3 土壤化学性质的测定

碱解氮用碱解扩散法测定;有机质测定采用K2Cr2O7-H2SO4消煮、FeSO4容量法测定[12];速效钾和缓效磷的测定参考中华人民共和国农业部土壤标准[13]，速效钾采用1mol·L-1的NH4OAc浸提，火焰光度计法测定;有效磷用0.5 mol·L-1的NaHCO3溶液浸提，用AutoAnaLyzer 3连续流动分析仪（SeaLAnaLyticaLGmbh）检测，钼锑抗比色法测定;pH值采用土∶水=1∶2.5 浸提土壤，用pH计测定。

1.2.4 土壤酶活性测定

参考土壤与环境微生物研究法[14]，用邻苯三酚比色法测定多酚氧化酶活性：称取1g土于50mL容量瓶中，加10 mL1%邻苯三酚溶液，充分振荡混合均匀，30 ℃ 恒温箱培养3 h;加入4 mL pH值4.5柠檬酸-磷酸盐缓冲液，加入乙醚至刻度，充分振荡，萃取30 min;吸取乙醚相液体在430 nm处比色。多酚氧化酶的活性，以3 h后1 g土壤中紫色没食子素的毫克数表示。

采用靛酚蓝比色法测定脲酶活性：用10 mL 尿素（10%），20 mL柠檬酸盐缓冲液（1M，pH6.7）和1 mL甲苯处理土壤（2g）样品，并在室温下放置15 min。然后将样品在37℃培养箱中培养24 h。过滤溶液后将1mL滤液与20 mL蒸馏水、4 mL苯酚钠和3 mL次氯酸钠混合均匀。20 min后通过分光光度计在578 nm处测定 NH4+-N。脲酶活性以24 h释放的每克土壤中的 NH4+-N 毫克数表示。

用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性：称取风干土样 2.00 g（过1 mm 土筛），置于 150 mL锥形瓶中，加入40 mL蒸馏水、0.3%的过氧化氢溶液5 mL，该液振荡20 min 后立即加入3N硫酸 5 mL，过滤后吸取25 mL滤液至 100 mL 锥形瓶中，用0.1N高锰酸钾溶液滴定，高锰酸钾消耗量记为 B，空白消耗量为A。过氧化氢酶活性以20 min后高锰酸钾消耗量表示，单位mL·g-1·min-1。

用3，5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶活性：称取1mm土筛土样5.00g 到 50mL 锥形瓶内，加入8%的蔗糖溶液15mL、磷酸缓冲液5 mL、甲苯5滴。混匀放置在37℃人工气候箱内培养24h。取出后在6000 rpm离心机离心10 min。吸取0.5 mL上清液于50 mL 离心管中，然后按绘制标准曲线显色方法进行比色测定。（实验需作无土样对照，每一土样均做无基质对照）蔗糖酶活性以 24 小时每克土壤葡萄糖表示，单位 mg·g-1·24h-1。标准曲线：y=0.2359x+0.0031，R2= 0.9976。

1.3 数据处理

用SPSS 10.0软件进行数据处理并做图，新复极差法统计分析。

2 结果与分析

2.1 嫁接对番茄土传病害发生的影响

对连作状况下青枯病发病率的统计分析结果见表2。可见‘梅赛德斯’实生苗连作2年比连作1年青枯病发生率增加了9.81%（差异极显著），连作3年比连作1年青枯病发生率增加了32.13%;‘爱好’/‘梅赛德斯’嫁接苗连作2年比连作1年青枯病发生率仅增加了0.04%（无极显著差异），而连作3年比连作1年青枯病发生率增加了13.84%（差异极显著）。说明，随连作时间的持续，嫁接番茄和实生番茄青枯病都会愈来愈严重。

‘爱好’/‘梅赛德斯’嫁接苗连作1年青枯病发病率为0.02%，‘梅赛德斯’实生苗为12.54%，相比降低了12.52%（差异极显著）;连作3年条件下，嫁接苗青枯病发病率上升为13.86%，而实生苗高达为44.67%，相比降低了30.81%（差异极显著）。说明，在持续连作条件下，嫁接苗较实生苗减少了青枯病发生。这与诸多研究提出的保护地重茬连作导致土传病害发生频繁的结论相同[7， 15-16]。

2.2 嫁接对番茄土壤化学性质的影响

连作会导致番茄实生苗‘梅赛德斯’根际土壤中碱解氮含量的增高，且碱解氮含量与连作时间呈正比，而嫁接则有利于缓解番茄土壤中碱解氮含量的升高（图1-A）。同为连作3年地块，实生苗‘梅赛德斯’的碱解氮含量上升到147.87 mg·kg-1，而嫁接苗‘爱好’/‘梅赛德斯’的含量仅上升到98.22 mg·kg-1，相比增高了49.65 mg·kg-1，达到显著水平（P <0.05）。

连作会导致番茄实生苗‘梅赛德斯’根际土壤有机质含量的降低，且有机质含量与连作时间呈反比，而嫁接苗对有机质含量的影响相对不明显（图1-B）。连作条件下，番茄嫁接苗与实生苗在有机质含量方面的差异表现，可能是嫁接苗与实生苗对养分利用不同，导致对有机质的消耗少。

连作对番茄嫁接苗和实生苗的速效钾、有效磷的含量具有一定影响，但无明显规律性（图1-C、图1-D）。由图1-D可见，连作对有效磷的含量的影响虽无明显规律性，但随连作时间的持续延长，嫁接苗有效磷含量会逐步高于实生苗，连作3年后达到显著水平。

连作对番茄根际土壤pH值的影响具有明显规律性，表现为连作时间越长土壤pH值下降越明显（图1-E）。连作3年地块，实生苗的pH值下降了0.17，而嫁接苗的pH值仅下降了0.10，相比提高了0.07。说明，嫁接有利于缓解番茄连作导致的土壤酸化问题。

2.3 连作对土壤酶活性的影响

研究表明，导致植物连作障碍的化感物质主要是酚酸类物质，土壤中的多酚氧化酶直接影响酚酸的降解[17， 18]。连作会导致番茄实生苗土壤中多酚氧化酶活性的降低，且与连作时间呈反比，而嫁接番茄则有利于缓解这一指标的下降（图2-A）。尤其是连作3年地块，实生苗‘梅赛德斯’的多酚氧化酶活性下降到45.89 mg·kg-1，而嫁接苗‘爱好’/‘梅赛德斯’仅下降到50.33 mg·kg-1，相比提高了9.68%，达到了显著水平。

尿酶是一种能促进有机氮水解的酶，能专一性地水解尿素，其在土壤中的活性增强能促进土壤有机氮向有效态氮的转化。连作会导致番茄实生苗尿酶活性的降低，这与连作时间呈反比，而嫁接有利于缓解番茄根际土壤尿酶活性的下降（图2-B）。连作条件下，嫁接苗尿酶活性变化较小，尤其是连作3年的地块，相较而言，实生苗尿酶活性下降，达到了显著水平。因此，嫁接能一定程度的缓解番茄根际土壤尿酶活性的下降，且这一作用随连作时间的延长而表现的更明显。

过氧化氢酶能催化分解土壤中累积的过氧化氢，减轻过氧化氢对植物的毒害作用。连作对过氧化氢酶活性的影响变化呈现一定规律性，表现为先增高，之后随连作时间的延长反而呈现降低趋势（图2-C）。连作3年中嫁接苗的过氧化氢酶活性表现为逐渐升高趋势，而实生苗连作2年中表现为逐渐升高趋势，在连作第3年其活性出现下降趋势，且连作第3年嫁接苗过氧化氢酶活性超过实生苗，这可能与连作导致土壤狀况持续恶化有关。

蔗糖酶能促进土壤中的蔗糖水解，其活性强弱可反映土壤熟化程度和肥力水平，对增加土壤中营养物质起重要作用。连作条件下，明显导致番茄实生苗蔗糖酶活性的降低，且与连作时间呈明显递减的规律性，而番茄嫁接苗明显缓解了蔗糖酶活性的下降（图2-D）。连作第1年，嫁接苗与实生苗的蔗糖酶活性无显差异著，在连作第3年实生苗蔗糖酶活性下降到1.053，而嫁接苗仅下降到1.564，两者差异显著。说明，在连作条件下番茄嫁接苗在改善蔗糖酶活性方面具有积极作用。

3 讨论

研究表明，土壤养分水平的波动大多比其它类型的微生物敏感[19， 20]。土壤养分水平与微生物多样性、群落结构及土传病害和土壤健康状况之间存在密切联系[21]。土壤化学性质是土壤养分水平的直接反映。本研究表明，番茄连作时间越长土壤碱解氮含量越高;pH值则逐渐降低，这与大多数研究结果一致。这与长期高强度种植单一作物，导致土壤元素被过度选择吸收有关[22]，也与设施内施肥量和蒸发量大，导致土壤中硝酸盐累积及土壤表层的次生盐渍化有关[23]。土壤养分水平失衡，直接影响土壤的健康状况，而土壤健康状况的一个重要反映是植物健康状况，当土壤生态系统处于不稳定和不健康状态时会导致植物病害发生（特别是土传病害）[24]。

有研究表明，嫁接处理可影响根际土壤微生物群落结构，使根际土壤微生物利用碳源的能力显著增强，从而提高植物抗性[11]。本研究具有相似结论，显示嫁接可以提高番茄对有机质的利用率。

在根系环境中，根际微生物、土壤和根系分泌物形成一个根际微环境，根系分泌的物质不同就会影响根际土壤微生物的数量和种群结构以及群落多样性[25]。而土壤微生物又参与土壤有机质分解、养分转化和循环等多种生化过程，成为维持土壤生物活性的重要组成部分。如果微生物种群结构失衡就会导致土壤质量下降和土传病害发生。因此，微生物活性和微生物群落结构的变化成为土壤环境评价的重要生物学指标[26]。土壤酶活性的剧烈变化是土壤微生物失衡的重要反映。本研究中土壤酶活性水平随连作时间的延长而表现出逐渐降低趋势，这在多酚氧化酶、尿酶、蔗糖酶中都表现出明显规律性。土壤酶活性降低，土壤微生物失衡，土壤根际环境恶化，导致了土传病害加重。而嫁接可以改变番茄根际土壤微生物种群结构，使其诱导产生拮抗菌，从而弥补连作造成的土壤微生物种群结构失衡状态[27]。一定程度上促进了土壤生物活性的稳定，消减土壤持续恶化程度，从而提高了植株株抗逆性，降低了土传病害发生机率。这与李洪连等[28]研究具有相同结论。

番茄连作后土壤 pH 下降，而碱解氮含量升高，一方面因为长期高强度单作从土壤中选择性地吸收较多的碱基元素和中微量元素，导致土壤向酸化方向发展[29];另一方面，棚内施肥量和蒸发量较大，导致土壤中硝酸盐累积及土壤表层的次生盐渍化[30]。主要是因为在设施栽培条件下，连茬种植不仅导致根系淀积物中自毒物质的积累，而且伴随着根际土壤生物群落结构和多样性的破坏，如土壤中有益生物减少而有害病原物增多，抑制植株生长并降低其抗性，促使根结线虫等土传病害发生[7]。

4 结论

连作会导致番茄根际土壤养分失衡，引起土壤酸化，进而影响土壤微生物种群分布，导致土壤酶活性降低。而嫁接可以缓解番茄根际土壤碱解氮的降低和土壤酸化状况，维持土壤酶活性。其作用机理，可能是通过调节根系次生物质代谢，改善土壤中微生物活性和微生物群落结构的变化，来缓解连作造成的土壤养分失衡稳定土壤环境。

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基金项目：福建省星火计划项目“番茄品种‘福粉108’设施优质栽培关键技术示范与推广”（2020S0039）;福建省公益类专项“樱桃番茄品种筛选及壮苗繁育技术研究”（2021R1011005）;2020百香果种质资源收集及筛选（2020R1010005）。

作者简介：江莉（1995-），女，硕士，研究实习员，研究方向为果蔬生理与生态，E-mail：18900296903@163.com。

*通信作者：牛先前，男（1981-），硕士，副研究员，研究方向为果树生理生化及次生物质代谢，E-mail：nxq828@126.com。

收稿日期：2022-01-14