化感物质对花生根部土壤养分及产量的影响

李庆凯 赵海军 李燕 刘苹 万书波

摘要：为探究连作花生土壤中酚酸类化感物质累积与连作障碍间的关系，以田间土壤为介质，通过盆栽试验研究了花生根系分泌物中3种主要酚酸类化感物质肉桂酸、邻苯二甲酸和对羟基苯甲酸的混合物，对花生根部土壤养分及产量的影响。结果表明：在花生出苗45 d时，化感物质显著降低了花生根部土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，在花生出苗75 d和105 d时，低浓度化感物质（40 mg/kg干土）对土壤有效磷和速效钾的影响有减弱趋势，而在花生出苗45、75 d和105 d时，土壤有机质含量均变化不大。高浓度化感物质（80 mg/kg干土）对花生根部土壤养分及花生产量的化感作用较强，花生每盆荚果产量、单株结果数、饱果率和出仁率分别比对照降低51.4%、56.2%、40.8%、32.5%，千克果数增加55.4%。花生连作土壤中肉桂酸、邻苯二甲酸和对羟基苯甲酸的累积是导致花生土壤养分失调的原因之一，与花生连作障碍的产生有着密切关系。

关键词：花生；化感物质；连作障碍；土壤养分；产量

中图分类号：S565.2+S344.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）06-0066-05

花生是我国重要的经济作物和油料作物，常年种植面积在470×104 hm2左右。随着我国农业种植业结构的深入调整，花生种植规模持续增长。由于我国花生产区相对集中、花生种植效益相对较高以及种植土壤的限制，常常多年连片种植[1]。花生对连作较为敏感，有试验表明，花生连作2～3年，荚果减产19.8%～33.4%[2]。花生连作障碍已成为当前制约我国花生产业可持续发展的重要因素之一。现有研究表明，花生连作障碍主要与土壤理化性质恶化、化感自毒作用及土壤微生物区系失衡等因素密切相关[2～7]。

近年来越来越多的研究表明，化感自毒是导致作物产生连作障碍的主要原因之一[4，8～11]。酚酸类化感物质是广泛存在于植物中的一类重要的次生代谢产物，常被认为是根系分泌物中主要的化感自毒物质[12，13]。有研究发现，植物的化感作用是释放的所有化感物质综合作用的结果[9]。Einhellig[14]指出几乎所有植物的化感作用是至少两种或两种以上物质相互作用的结果。母容等[15]发现阿魏酸和对羟基苯甲酸存在协同作用。笔者前期研究发现花生存在根系分泌物的自毒作用，亦证明了自毒作用与花生连作障碍间有密切关系，鉴定出了花生根系分泌物中具有自毒作用的多种酚酸类化感物质，发现连作花生土壤中酚酸类物质含量有累积趋势[3，4，8，9，16]。以往研究发现，花生连作障碍与土壤养分失调密切相关[2，17]。但酚酸类化感物质的累积对花生根部土壤养分的影响还不明确，为此，本研究以田间土壤为介质，采用盆栽试验的方法研究了花生根系分泌物成分肉桂酸、邻苯二甲酸和对羟基苯甲酸3种化感物质混合物对花生根部土壤养分及花生产量的影响，旨在探讨花生连作后土壤中3种酚酸物质累积与花生连作障碍间的关系，为揭示花生连作障碍机理提供新的理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

本试验于2013年5～9月份进行，供试花生品种为大果型花生花育22号；试验用药品为国药集团化学试剂有限公司生产的肉桂酸、对羟基苯甲酸和邻苯二甲酸，均为分析纯。

1.2试验设计

从山东省农业科学院饮马泉试验农场收集未种植过花生的土壤， pH 值为7.3，土壤类型为砂壤土，过2 mm筛混匀。每盆基施生之道复合肥（N-P2O5-K2O：20-10-10）2.6 g、艳阳天复合肥（N-P2O5-K2O：25-7-8）2.6 g、商品有机肥（N-P2O5-K2O：13-4-8） 12.4 g。基肥与土壤混合均匀后，将土壤装于准备好的50个花盆中（花盆口径30 cm，高 25 cm，每盆18 kg），浇水润土后播种花生，每盆3穴，每穴2粒，覆膜。两周后出苗揭膜，每穴保留健苗1株。出苗20 d，选取植株长势一致的花生36盆。将肉桂酸、对羟基苯甲酸和邻苯二甲酸按照质量比7∶4∶10[16]均匀混合成2份，每份质量分别为17.28、34.56 g，先用120 mL乙醇溶解再用蒸馏水稀释至24 L。用稀释后的溶液每盆浇灌2 L，使化感物质初始浓度达到40、80 mg/kg干土，分别记为M1、M2。对照浇灌等量加入同等比例乙醇的蒸馏水。每处理重复12盆。试验在自然气候条件下进行，试验期间根据干旱程度每盆适量补充等量水分。

1.3土壤样品的采集

分别于花针期（出苗后45 d）、结荚初期（出苗后75 d）、结荚末期（出苗后105 d）取土样，取样时采集根系附近（离主根2～4 cm）土壤样品，每个处理选取3盆，每盆随机取3钻（内径2.5 cm）充分混匀后装在密封塑料袋中，采样深度为0～15 cm。

1.4土壤样品处理及养分测定

将采回的土样置于室内通风处阴干。样品风干后，拣去植物残体、石块，研细，使之全部通过2 mm孔径筛。充分混匀后用四分法分成两份，选取其中一份装入封口袋中。土壤养分测定参考鲍士旦[18]的方法进行，其中碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用钼酸铵显色法，速效钾采用火焰光度法，有机质含量采用重铬酸钾氧化-外加热法。

1.5花生产量及构成因素的测定

至成熟期，各处理分别选取有代表性的花生3盆，刨收、摘果、去杂，晾干后分别测定花生每盆荚果产量、单株结果数、饱果率、出仁率和千克果数。

1.6数据分析

采用Microsoft Excel和SPSS 16.0数据处理系统进行处理间各指标的差异显著性检验，显著性水平为P<0.05，采用LSD 法进行多重比较。

2结果与分析

2.1化感物质对花生根部土壤碱解氮的影响

从图1看出，经化感物质处理后，在花生出苗45、75 d和105 d时，花生根部土壤碱解氮含量均显著低于对照，且高浓度化感物质处理均显著低于低浓度处理。与对照相比，3次取样，当化感物质初始浓度为40 mg/kg干土时，花生根部土壤碱解氮含量分别降低7.0%、11.1%和13.7%。而当化感物质初始浓度为80 mg/kg干土时，分别降低了17.1%、18.8%和26.4%。

2.2化感物质对花生根部土壤有效磷的影响

由图2可知，两种浓度化感物质处理均降低花生根部土壤有效磷含量，且高浓度化感物质处理花生根部土壤有效磷含量均显著低于低浓度处理。其中，在花生出苗45 d时，两种浓度化感物质处理土壤有效磷含量均显著低于对照；在花生出苗75 d和105 d时，低浓度化感物质处理低于对照，但差异不显著，而高浓度化感物质处理显著低于对照，分别降低16.4%和12.7%。

2.3化感物质对花生根部土壤速效钾的影响

从图3可以看出，化感物质处理后花生根部土壤速效钾含量均低于对照，且高浓度化感物质处理显著低于低浓度处理。其中，在花生出苗45 d，低浓度化感物质处理花生根部土壤速效钾含量显著低于对照；而在花生出苗75 d和105 d时，低浓度化感物质处理后虽低于对照，但差异不显著。

2.4化感物质对花生根部土壤有机质的影响

从图4可以看出，化感物质对花生根部土壤有机质含量影响不大。在花生出苗45、75 d和105 d时，各处理花生根部土壤有机质含量均有所降低，但各处理间差异不显著。

2.5化感物质对花生产量的影响

由表1可知，经两种浓度化感物质处理，花生每盆荚果产量、单株结果数、饱果率和出仁率均显著降低，千克果数显著增加，且处理浓度越高，花生产量所受影响越大。其中，与对照相比，低浓度化感物质处理后，花生每盆荚果产量、单株结果数、饱果率、出仁率分别降低45.3%、47.1%、31.9%、22.1%，千克果数增加33.9%；高浓度化感物质处理每盆荚果产量、单株结果数、饱果率和出仁率分别降低51.4%、56.2%、40.8%、32.5%，千克果数增加55.4%。

3讨论与结论

花生长期连作后，会造成需求较多的元素在土壤中发生亏缺，在得不到及时补充情况下便会影响下茬花生的正常生长，使其抗逆能力下降，病虫害发生严重，从而导致产量和品质下降[19]。封海胜等[17]研究表明，土壤中有效磷、速效钾和速效硼的含量随着连作年限的增加而减少，连作3年后，土壤中有效磷、速效钾和速效硼的含量较轮作土壤分别减少52.9%、40.6% 和53.8%，而碱解氮含量变化不大。本研究通过向花生土壤中添加肉桂酸、邻苯二甲酸和对羟基苯甲酸3种酚酸类化感物质混合物发现，花生根部土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量明显降低，花生产量显著降低，而且化感物质初始浓度越高，其对花生根部土壤养分和产量的影响越大，证明花生根系分泌物的化感作用与花生连作土壤养分失调密切相关。

以往研究发现，化感物质能影响土壤中多种元素的含量，改变其养分状况，进而影响植物的吸收和生长。Huang等[20]研究发现，化感物质阿魏酸和对叔丁基苯甲酸会通过抑制土壤硝化反应，从而降低土壤硝态氮含量。Batish等[21]用含有酚酸的银胶菊残渣处理土壤发现，土壤总酚酸含量和土壤中 K、Na 呈正相关，和土壤中 N、Fe、Mn、Zn 呈负相关。花生根系会向土壤中分泌大量的酚酸类化感物质，长期连作后，化感物质会在土壤中不断积累，影响到土壤微生物区系和土壤酶活性[9，22]，从而导致土壤中有效养分含量降低。母容等[15]研究发现，土壤中加入阿魏酸、对羟基苯甲酸及其混合液，会抑制氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌生长，削弱土壤脲酶与蛋白酶活性，从而降低土壤中硝态氮和铵态氮含量。Rice[23]对美国中南部俄克拉何马草原中废弃地植物演替的研究表明， 某些植物能产生一些有毒物质，抑制土壤固氮微生物生长， 而使土壤含氮量维持在很低水平。本研究发现，在花生出苗45 d，两种浓度化感物质均显著降低土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，而在花生出苗75 d和105 d，低浓度化感物质（初始浓度40 mg/kg）对土壤养分的影响有减弱趋势，这可能与土壤中化感物质降解有关[24，25]。Inderjit等[26]通过对土壤施加儿茶酚、对羟基苯甲酸等酚类化感物质发现，处理后土壤中有机质含量明显降低。本研究结果与之不同，表现为化感物质对土壤有机质影响不显著，这可能与化感物质浓度和土壤类型有关。

花生根系分泌的化感物质在土壤中达到一定浓度时，会降低土壤酶活性和土壤有效养分含量，也会影响植物细胞膜透性、酶活性、离子吸收、光合作用等，从而抑制花生植株生长，导致花生产量降低[9，27]。本研究发现，3种酚酸类化感物质混合物显著降低了花生荚果产量、单株结果数、饱果率和出仁率，显著增加了花生千克果数，且化感物质浓度越高，其对花生产量影响越大。

酚酸类化感物质的累积与连作花生根部土壤养分失调存在一定关系，化感物质明显降低了花生根部土壤有效养分含量，浓度越高，影响越明显。花生连作土壤中肉桂酸、邻苯二甲酸和对羟基苯甲酸的累积是导致花生根部土壤养分失调和花生产量降低的原因之一，与花生连作障碍的产生有着密切关系。

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