花生植株和土壤水浸液对木薯幼苗生长及土壤生物学特性的影响

李益 刘子凡 刘治 黄洁 魏云霞 符厚隆

（1. 临高县农业技术推广服务中心 海南临高 571800；2. 海南大学热带作物学院 海南海口 570228；3. 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所 海南儋州 571101）

化感作用是指植物通过茎叶淋溶、残株腐解、根系分泌或挥发等途径向环境分泌某些化学物质，对周围其他植物或自身产生有利或不利影响的效应[1]。花生植株内存在化感物质[2]，经鉴定发现，其成分主要为脂肪酸类物质、酚酸类物质、酮类物质、醛类物质及醇类物质等[3-4]。土壤是植物间相互产生化感作用的媒介。化感物质经分解释放到土壤后，再经一系列滞留、转化、迁移等途径逐渐富集，通过土壤微生物活动和群落结构来改变土壤环境[5]，影响受体植物的生长和发育[6-8]。

花生植株矮小，生育期短，需肥水较少，且为豆科作物，故成为了木薯间作的首选作物。前人分别从光合与干物质积累特性[9]、养分吸收利用[10]、地下部根系间互作[11]等角度分析了木薯-花生间作模式的合理性，但其是否与花生器官中化感物质对木薯产生的促进效应有关，目前尚未明确。水浸提法为研究化感作用的有效方法[12]。不同器官的代谢方式存在差异，所含有的代谢次生物种类、含量及其对同一受体植物的化感作用会有所不同[2,13]。本研究以木薯为试验材料，用花生各器官浸提液及土壤浸提液处理盆栽木薯幼苗，分析花生化感物质进入土壤后对木薯生长及土壤生物学特性的影响，为推广木薯－花生间作模式提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试材

木薯选用华南8 号（SC8），由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所（简称品资所）提供。花生选用湛油75 号，由广东省湛江市农业科学院提供。

盆栽试验用土取自海南大学农科基地未种植过木薯的0～20 cm 土层土壤，清除粗枝、石子等，过2 遍2 cm 筛。土壤的理化性质为pH 4.22，有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为17.70、11.73、13.25、62.22 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 花生器官水浸液的获取用于提取水浸液的花生来自品资所试验基地。于花针期从净作区采集花生整株，先用水清洗植株上及根系上粘附的灰尘，按根、茎和叶（含叶片和叶柄）分开，用去离子水洗净后风干，于4℃下保存备用。

为了保证水浸液不变质，于浇灌前一天制备。称取风干的根、茎、叶40 g，粉碎、过2 mm 筛，于1 L（22℃）蒸馏水中封口浸泡48 h，获得水浸液原液，稀释一倍得浓度为20 g/L 的根、茎、叶水浸液，分别用GE、JE 和YE 表示。

1.2.2 土壤水浸液的制备于浇灌前一天制备，具体参照文献[14]。于花针期时取净作区花生根际土壤，采样时利用内径2 cm 土钻，采集0～20 cm根区土壤，重复间多点采取土样并混合，风干研磨，过40 目网筛；取80 g，加入2 L 蒸馏水，25℃振荡60 min（转速40 r/min），用4 层滤纸过滤，获得土壤水浸液母液，稀释1 倍得浓度为20 g/L 土壤水浸液，用TE 表示。

1.2.3 试验设计盆栽试验于2021 年4—7 月在海南大学海甸校区农科基地进行。培养盆直径25 cm，盆深20 cm。取试验用土，混匀，装盆；取沙育苗床中培育30 d 的出苗一致的木薯幼苗移至盆中，每盆2 株，浇定根水，种植过程不施加任何肥料；移栽后7 d，按每7 d 2 000 mL 的量浇灌GE、JE、YE、TE，以清水为对照（CK），各处理浇灌10 盆，共浇灌4 次；植后40 d（最后一次浇灌后5 d），从盆中移出木薯幼苗，采用空气振荡的方法采集根区土壤，分为2 份，一份用于测定土壤微生物群落；一份于阴凉干燥处风干，研磨过2 mm 筛，置于4℃冰箱，用于土壤酶活性的测定。

1.2.4 指标测定

1.2.4.1 生物量将倒出的木薯洗净，并用滤纸吸去表面水分，用剪刀从根部剪开，称量地上部分和地下部分鲜重；分别置于105℃杀青30 min，以80℃烘干至恒重，称取地上和地下部分干重。

1.2.4.2 酶活性过氧化氢酶活性采用KMnO4滴定法测定，以单位质量的土消耗 0.1 mol/L KMnO4的体积表示，单位为mL/（g·d）；脲酶活性采用苯酚钠次氯酸钠比色法测定，结果以每100 g 土含所NH4+-N 毫克数表示，单位为mg/g；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法，参照试剂盒测定。

1.2.4.3 可培养微生物数量称取新鲜样品2 g，制备成不同浓度的悬浮液。将真菌接种于孟加拉红培养基，放线菌接种于改良高氏1 号培养基，细菌接种于牛肉膏蛋白胨琼脂培养基。真菌在25℃培养箱中培养5～7 d，放线菌在28℃培养箱中培养7～10 d，细菌在28℃培养箱中培养3 d，观察菌落数。

1.2.5 数据处理用DPS 9.50 软件进行单因素方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 水浸液处理对木薯生物量的影响

由表1 可知，经JE、YE 和TE 处理后，地上部鲜重均显著高于对照处理，较对照分别提高35.97%、50.80%和92.23%，但GE 与对照处理的地上部鲜重无显著差异。GE、JE 与对照处理的地上部干重无显著差异，YE 和TE 处理后的地上部干重均显著高于对照处理，分别提高了8.97%和38.00%。经GE、JE、YE 和TE 处理后，地下部鲜重与干重均显著高于对照处理，其中地下部鲜重较对照分别提高120.36%、107.71%、117.27%和 72.26%，地下部干重较对照分别提高了149.46%、104.36%、127.91%和73.09%。

表1 水浸液处理对木薯生物量的影响 单位：g/株

2.2 水浸液处理对木薯土壤可培养微生物的影响

土壤微生物是土壤有机质分解和营养元素矿化的执行者，是植物营养元素的活性库，土壤微生物总数量的多少与土壤肥力存在正相关关系[14]。从表2 可知，GE、JE、TE 与对照处理的土壤可培养细菌数量和微生物总量无明显差异，YE 处理后的可培养细菌数量和微生物总量均显著高于对照；GE、JE、TE、YE 处理后的土壤可培养真菌和放线菌数量均显著高于对照，其中真菌较对照分别提高了18.00%、23.00%、32.00%和24.00%，放线菌较对照分别提高了 26.67%、30.67%、44.00%和76.00%。

表2 水浸液处理对木薯土壤可培养微生物数量的影响

2.3 水浸液处理对木薯土壤酶活性的影响

从表3 可知，经GE、JE、TE、TE 处理后，土壤脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性均显著高于对照，其中土壤脲酶活性较对照分别提高了12.84%、25.68%、33.88%和13.43%，土壤过氧化氢酶活性较对照分别提高了23.68%、47.95%、53.22%和73.39%，酸性磷酸酶活性较对照分别提高了14.51%、24.60%、67.62%和43.97%。

表3 水浸液处理对木薯土壤酶活性的影响单位：mg/(g·h)

2.4 水浸液处理的土壤酶活性与微生物数量的相关关系

土壤细菌、真菌、放线菌等是土壤生态过程中土壤酶活性的重要来源之一，特定的土壤酶活性与微生物类群密切相关。土壤酶活性与微生物数量的双变量相关性分析发现，可培养细菌数量与酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性呈显著或极显著的正相关；可培养真菌数量与酸性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性呈极显著的正相关；可培养放线菌与酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性呈极显著的正相关；可培养微生物总量与酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性呈极显著或显著的正相关（表4）。说明同种微生物对不同土壤酶活性的影响不同，不同种类的微生物对同种土壤酶活性的影响也不同。

表4 水浸液处理的土壤微生物数量与土壤酶活性的相关关系

2.5 土壤酶活性、微生物数量与木薯生物量的相关关系

从表5 可知，可培养细菌数量和微生物总量与木薯地上、地下部的鲜重、干重均无显著相关；可培养真菌数量与地上部和地下部鲜重及地下部干重呈显著的正相关；可培养放线菌数量与地上部鲜重和干重呈极显著或显著的正相关，与地下部鲜重与干重无明显相关性；土壤酸性磷酸酶活性与地上部鲜重呈极显著正相关；过氧化氢酶活性与地上部干重呈显著正相关；脲酶活性与地下部鲜重和干重呈极显著或显著正相关。

表5 微生物数量、土壤酶活性与木薯生物量的相关关系

3 讨论与结论

土壤微生物包括细菌、放线菌和真菌三大主要类群，均是土壤物质生物转化过程中的重要成员，在土壤肥力变化、动植物残体的降解等方面发挥重要作用[15]。三大主要类群中的任何一种数量和类别发生变化，都会影响土壤的生物活性水平。本研究发现，根、茎、土壤水浸液与对照处理的土壤可培养细菌数量和微生物总量无明显差异，叶片水浸液处理后的土壤可培养细菌数量和微生物总量显著高于对照，说明花生不同器官中的次生代谢产物及其在土壤中转化而成的物质种类和相对含量存在差异。对于某些微生物来说，土壤是一个能源比较缺乏的生长介质[16]，花生叶片水浸液能提高土壤细菌数量，说明叶片浸提液中存在能被土壤细菌吸收利用的额外能源物质，土壤细菌数量的增加又有利于土壤地力状况的改良。

土壤酶是一种生物催化剂，为各种生化过程提供动力，其活性高低与土壤养分转化能力的强弱有着密切联系，是维持土壤肥力的一个潜在指标[17]。脲酶是土壤氮素转化的关键酶[18]，脲酶活性强弱可以反映土壤无机氮的供应能力。过氧化氢酶能破坏土壤中一系列生化反应生成的过氧化氢，减轻过氧化氢对植物体的伤害[19]。本研究表明，经花生各器官水浸液和土壤水浸液处理后，木薯土壤脲酶和过氧化氢活性均有不同程度的提高，说明上述水浸液处理能提高木薯植株对土壤氮素的吸收和加速过氧化氢的破坏，提高了木薯的抗逆能力。

本研究发现，花生器官及土壤水浸液可在一定程度上影响土壤酶活性和微生物数量。酚酸类物质能提高土壤微生物的活性[20]，影响土壤生态系统营养元素循环[21]。花生根际土壤中含有较丰富的酚酸物质[14]，酚类化感物质可以和阴离子竞争，与土壤中的营养离子（如Al3+、Fe2+、Mn2+）和有机氮构成复合物，还可以与磷结合，增加磷的供给[21]。土壤中的磷酸酶能够促进有机磷化合物分解产生磷元素，为植物生长过程提供足够的有效磷[19]。酚酸会抑制土壤脲酶的活性[22]。因此可认为，水浸液对土壤酶活性和微生物数量的影响与其含有酚类化感物质有关。

幼苗生长状况是衡量化感效应最灵敏的指标[23]，常用幼苗总干质量来反映[24]。鲜质量是从植物体内水分丧失的层面反映化感物质对植物生长过程中水分状况的影响，干质量则反映化感物质对植物生长中干物质积累的影响[25]。土壤微生物数量的变化在一定程度上反映土壤有机质的矿化速度及各种养分的存在状态，直接影响土壤养分的有效性和肥力状况[26]。在自然状态下，木薯幼苗生长受到多种因素影响，特别是土壤和土壤微生物的影响。本研究发现，叶和土壤水浸液对木薯生物量的影响最为明显，土壤微生物数量、酶活性与木薯生物量呈一定的正相关关系。土壤酶主要是微生物繁殖过程中向土壤分泌和释放的酶[17]，花生生长过程的枯落物主要是叶片。因此，可以认为，花生植株主要通过淋溶等方式将化感物质带入土壤，直接或间接改变微生物数量和土壤酶活性，进而促进木薯幼苗干物质的积累。