不同套蒜期对番茄根际土壤酶活性的影响

刘素慧，徐金强，束 瑞，尉 辉

(山东农业工程学院，山东济南250100)

番茄通过反季节设施栽培可以获得较高的经济效益，但同一温室如果番茄连作多年则会使土壤盐渍化程度加重，土壤微生物种群结构失衡，作物的产量和品质降低，制约设施番茄的可持续生产，成为保护地番茄栽培过程中迫切需要解决的问题［1］。科学合理的轮作模式虽然能改变这一现状，但受温室土地资源和经济效益最大化等因素的制约而难以实施。有研究表明，间作套种能够提高土壤微生物数量和土壤酶活性。土壤微生物和土壤酶参与包括土壤有机质积累与转化、矿质元素活化与固定等在内的大量生化反应过程［2］，不仅能够改善土壤质量状况，还能很好地表征土壤肥力的变化情况［3］。有关蘑菇［4］、洋葱［5］作物在套作上的研究已有较多报道，但番茄套作大蒜上的研究报道不多，而有关大蒜不同套作时期对番茄根际土壤酶活性变化的研究尚未见报道。因此，本研究探讨了大蒜不同套作期对温室番茄根际土壤酶种类及活性的影响，了解土壤肥力的变化状况并探明番茄套作大蒜的最佳时期，以期为在根际微环境方面的研究提供数据支持，为温室番茄可持续生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2016年9月26日在山东农业工程学院试验站智能温室内进行，以苍山大蒜为试材，供试土壤为中等肥力的壤土。土壤碱解氮、速效磷和速效钾质量分数分别为112.35、116.27、212.59 mg/kg，土壤 pH 值 7.39。试验采取随机区组设计，3次重复，每小区面积10 m2(长4 m×宽2.5 m)。共设置15个小区，小区与小区之间留宽40 cm的走道，同时在小区四周垂直深埋60 cm的塑料膜进行土壤隔离。9月26日随机选取3个小区仅定植长势基本一致的大蒜，记作处理1(D2)，并在另外12个小区内种植长势基本一致的番茄幼苗;10月11日(15 d后)，在种有番茄幼苗的12个小区内随机选取3个，套作大蒜进行套作处理，记作处理2(B1);10月26日，在仅种有番茄幼苗的9个小区内随机选取3个，套作大蒜进行套作处理，记作处理3(B2);11月10日，在仅种有番茄幼苗的6个小区内随机选取3个，套作大蒜进行套作处理，记作处理4(B3);余下的3个仅种有番茄幼苗的小区作对照，记作D1。番茄株行距40 cm×70 cm，大蒜株行距10 cm×20 cm。

1.2 样品采集

从11月20日开始取样，以后每隔30 d取样1次，共取样5次。取样时用手轻轻拔出带土植株，采用抖动法采集植株根系附近的土壤，混匀，用灭菌的塑料袋包扎密封，重复3次。土样风干后过1 mm筛孔，用于土壤酶活性的测定。

1.3 测定项目及方法

采用靛酚蓝比色法测定土壤脲酶活性［6］;蔗糖酶活性的测定采用3，5－二硝基水杨酸比色法;过氧化氢酶活性的测定采用高锰酸钾滴定法;磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠法;多酚氧化酶活性的测定采用邻苯二酚比色法;过氧化物酶活性的测定采用愈创木酚法。

1.3 数据统计分析

采用DPS7.02软件进行数据统计分析，利用Excel 2007软件处理数据和绘图。

2 结果与分析

2.1 大蒜不同套作时期对番茄根际土壤脲酶活性的影响

由图1可知，大蒜不同套作时期对番茄根际土壤酶活性的影响存在差异。在大蒜伴生期内，对照和处理番茄根际土壤脲酶活性均随处理时间的延长呈现逐渐上升的趋势，B1、B2、B3在130 d时达到最大值，较处理10 d时分别增加39.44%、36.98%和29.15%，其中 B1增长率最大。在定植后10、40、70、100、130 d，脲酶活性在 D1、D2、B1、B2 和 B3 之间均表现出逐渐上升的变化规律，且均在B1处理下活性最高，与对照达到极显著差异水平(p＜0.01)，B1处理在定植后不同时期分别较对照(D1)增加 7.87%、16.94%、22.15%、28.92%和 31.76%。

2.2 大蒜不同套作时期对番茄根际土壤碱性磷酸酶活性的影响

图2表明，根际土壤碱性磷酸酶活性变化趋势与脲酶类似。在整个生育期内，除单作大蒜处理D2在100 d时碱性磷酸酶高于130 d之外，其余处理和对照均随处理时间的延长呈现逐渐升高的趋势。而在同一时期内，对照和不同处理土壤碱性磷酸酶活性均表现为B1＞B2＞B3＞D2＞D1，其中B1在定植后 10、40、70、100、130 d 时分别较对照(D1)增大26.76%、22.88%、36.03%、34.27% 和 27.31%，增幅表现出先降低后增加再降低的变化趋势，这可能与其所处的生长季节及自身生育阶段有关。

2.3 大蒜不同套作时期对番茄根际土壤蔗糖酶活性的影响

由图3可知，套作大蒜的番茄根际土壤蔗糖酶活性显著高于单作番茄和大蒜，差异达极显著水平(p＜0.01)。在整个生育期内，随处理时间的延长对照和处理蔗糖酶活性均呈现先升高后降低的单峰变化规律，在100 d时达到最大值，继续延长处理时间，蔗糖酶活性下降。在定植后10、40、70、100、130 d时，蔗糖酶活性在 D1、D2、B1、B2 和 B3 之间均呈现出先升高后降低的变化规律，且B1蔗糖酶活性在不同时期均表现最高，分别较对照(D1)增大50.81%、46.36%、47.45%、94.85%和 71.31%。

2.4 大蒜不同套作时期对番茄根际土壤过氧化氢酶活性的影响

由图4可知，过氧化氢酶与蔗糖酶有着类似的变化规律。在整个生育期，处理和对照均随处理时间的延长呈现先升高再降低的变化规律。有大蒜伴生的B1、B2和B3过氧化氢酶活性均显著高于单作番茄D1和单作大蒜D2，差异达极显著水平(p＜0.01)，表明大蒜伴生有利于番茄根际土壤过氧化氢酶活性的提高;大蒜伴生的B1、B2和B3中过氧化氢酶活性高低顺序为B1＞B2＞B3，这表明大蒜伴生时间越早越有利于番茄根际过氧化氢酶活性的提高。

2.5 大蒜不同套作时期对番茄根际土壤过氧化物酶活性的影响

由图5可知，大蒜不同套作时期对番茄根际土壤过氧化物酶活性的影响与过氧化氢酶、蔗糖酶类似，随处理时间的延长呈现逐渐上升的趋势，至100 d时达最大，随后表现逐渐下降的趋势，这表明处理和对照过氧化物酶活性随生育期的延长而逐渐提高，至生育后期随根系衰老逐渐降低。在同一时期内，大蒜伴生的B1、B2和B3处理高于单作番茄D1和单作大蒜D2，且以大蒜伴生时间最长的B1处理过氧化物酶活性最高，表明大蒜伴生越早越有利于提高番茄根系抵抗过氧化物胁迫的能力。

2.6 大蒜不同套作时期对番茄根际土壤多酚氧化酶活性的影响

图6表明，处理和对照多酚氧化酶活性在定植后70 d内表现出逐渐升高的趋势，超过70 d后表现出缓慢降低的趋势。其中，对照(单作番茄D1)和单作大蒜D2在定植后70 d内增加较为缓慢，在70、100、130 d降低也较为缓慢，从整个处理期来看，变化幅度较小。大蒜伴生的B1、B2和B3在定植后40 d内增加较为缓慢，但在定植后40 d至70 d时增加快速，随后缓慢降低。在同一处理期内，多酚氧化酶活性以大蒜伴生的B1活性最高，在定植后5个不同时期分别较对照增大 16.07%、16.44%、49.78%、47.57% 和 44.48%，与对照差异极显著(P ＜0.01)。

3 讨论与结论

土壤酶是一类具有催化能力的生物活性物质，其活性高低在一定程度上也可反映土壤所处状况，为土壤生态系统的变化情况提供必要的预警［7］。土壤酶的酶促作用是在土壤颗粒、植物根系和微生物细胞表面上发生的，使土壤具有同生物体相似的活组织代谢能力。另外，土壤酶活性因能表征土壤物质能量代谢旺盛程度，又作为评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的重要生物指标［8］。根系分泌物是土壤酶的重要来源，同时土壤酶又受到土壤中微生物种类、培肥方式和栽培制度等因素的影响［9－10］。刘均霞等在进行间作体系研究时指出，大豆和玉米根际土壤中的脲酶和磷酸酶活性均显著高于单作。张恩和等进行小麦、大豆、玉米间作套种试验时得出，间套种植较单作显著增加作物根系磷酸酶分泌量。本研究得出，番茄间作套蒜使土壤根系脲酶和磷酸酶活性均显著高于单作番茄和单作大蒜，且番茄套作大蒜时期越早越有利于上述2种酶活性的提高。但也有研究认为，玉米与大蒜套作对作物根系土壤脲酶和磷酸酶活性的影响不大［11］，这可能是因为不同套作植物根系形成的微环境存在差异所致。脲酶能够直接参与土壤中含氮有机化合物的转化，其活性的高低可以反映出土壤的供氮水平［12］。磷酸酶能够催化有机磷化合物的水解，其活性高低对土壤磷素循环有重要作用［13］。本试验结果还表明，随着生育期的延长，大蒜伴生的番茄根际土壤脲酶和磷酸酶活性逐渐升高，这可能是随着植株生育进程的推进，根系分泌物逐渐增多促进了酶数量的增加，这说明土壤中含氮有机化合物的转化效率和有机磷的水解速率不断提高，不断增强根系供氮、供磷水平，进一步促进植株的健壮生长。蔗糖酶是表征土壤碳素循环和土壤生物化学活性的一种重要的酶，大蒜伴生的番茄根际土壤蔗糖酶活性均高于单作番茄，并在番茄的生育盛期显著升高。脲酶、磷酸酶和蔗糖酶这3种酶活性的升高均能为番茄的生长提供必需的速效养分。

过氧化氢酶是参与土壤中物质与能量转化的一种重要的氧化还原酶，可催化分解土壤中累积的对植物有毒害作用的过氧化氢，因此其活性高低可用来表征土壤氧化过程的强弱［14－16］。另外，此酶还与土壤有机质含量密切相关。本试验条件下，土壤过氧化氢酶和过氧化物酶活性均随番茄生育期呈现单峰曲线变化，在番茄的生育盛期达到最大值，且大蒜伴生的番茄根际酶活性显著高于单作番茄和单作大蒜，这表明在番茄生育盛期和由大蒜伴生的番茄根际土壤中的过氧化物等能够被有效消除，有利于番茄根际其他酶类活性的提高，保证作物的肥力需求。

土壤中酚酸物质是一类重要的他感物质，主要来自植物根系分泌物和植物体本身分解的产物。有研究表明，酚酸类物质是抑制植物生长发育和导致植物连作障碍的主要化感物质之一［17］，而多酚氧化酶能够有效分解酚类物质，因此研究大蒜伴生对番茄根际多酚氧化酶的影响非常必要。本试验结果表明，在番茄生育中期开始，大蒜伴生的番茄植株根际土壤多酚氧化酶活性显著高于单作番茄，这说明大蒜伴生有利于减轻番茄根际酚酸物质的毒性，这与徐伟慧等在西瓜上的研究结果［18］类似。