菜粕有机肥解除设施连作辣椒土壤障碍因子的效果研究

杨 豪

（句容市天王镇农业服务中心，江苏 句容 212440）

0 引 言

连作障碍（continuous cropping obstacles）是指在正常的管理措施下，同一块地连续多年种植同种或同科作物造成作物生长状况变差、病虫害发生加剧、产量降低、品质变劣、植物生长衰弱、根系生长不良等现象。在很多种植物中都不同程度地存在连作障碍，农作物中连作障碍表现明显的有大豆、花生、苜蓿等。近年来由于蔬菜的大规模设施种植，连作障碍现象不断出现，如蔬菜作物中有黄瓜、草莓、番茄、茄子、西瓜等。作物连作障碍的机理还不十分清楚。目前，我国学者一般将连作障碍机理概括为土传病虫害加剧、土壤理化性状劣化和植物的自毒作用3个方面[1-2]。越来越多的研究者认为，产生连作障碍的原因主要是植物产生的次生代谢物，这些物质存在于土中，会抑制下一茬同类植物的生长，由于这些物质具有时间和空间上的持久性，因此认为这些次生代谢物对植物的自毒作用是连作障碍发生的关键因素之一[3]。总之，连作障碍是植物重茬种植中一个广泛且复杂的问题，严重影响高效农业、中药材等产业的发展。辣椒(Cap sicum frutescens L.)是一种重要的茄果类蔬菜，在辣椒栽培过程中也存在着严重的连作障碍现象。连作障碍的发生，轻者导致减产减收，重者绝收。其中土传病虫害、土壤理化性状恶化和植物自毒作用是导致蔬菜连作障碍的主要因素，且不同作物产生连作障碍的原因不同，其中自毒作用是造成连作障碍的主要因素之一[4]。自毒作用是植株通过淋溶、残体分解、根系分泌向环境中释放化学物质，而对自身产生的间接或直接的毒害作用[5]。该作用主要是由有机酸、醛类芳香酸、香豆素、醌类、生物碱和类萜等植物次生代谢产物及其分解产物所引起的，其作用机理包括增加细胞膜通透性、降低酶活性、抑制植物的养分吸收等[6]。

饼粕是油料作物籽实榨油后剩下的残渣，常见的有大豆、菜籽、芝麻、棉籽、花生、茶籽及桐籽等饼肥。饼肥营养丰富，含有大量的蛋白质、有机氮以及其它营养元素，能够有效改善土壤水、肥、气、热条件，调节微生物的活性[7]。

目前对田间怎么消除化感作用造成的连作障碍很少见报道，本试验研究了有机菜粕在解除辣椒的化感作用的过程中所起的作用及其机理，探索解决此类连作障碍的新途径，并为减少连作障碍的发生提供理论依据。本试验研究了目前生产上经常使用的两种熏蒸方法对土壤微生物数量及酶活性及辣椒连作障碍的克服的影响。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验在淮安市清浦蔬菜大棚内进行，供试辣椒品种为超越2009，菜粕为甘肃和淮安购置的两种不同色泽的菜粕，化学熏蒸剂为棉隆购置于南通施壮化工有限公司，室内发芽率实验白菜种子为高抗70，番茄种子为合作907。

1.2 实验方法

1.2.1 大田实验

供试土壤采自连作8年辣椒的土壤。大田实验点为江苏省淮安市清浦区辣椒大棚内。试验设3个处理：对照，每667 m2菜粕分别作500 kg、300 kg两种用量。3个处理用对照、菜粕（高）、菜粕（低）来表示，设3个重复，实验为区组随机排列，底肥统一施好后，每个小区将肥料均匀撒入，人工翻地、浇水、覆膜。各处理除农民自己常规的底肥使用外，菜籽饼按6%的N含量，1.5%的P、K含量用化肥把其余3个处理补到同等N、P、K水平。

1.2.2 室内种子发芽率实验

采集土样时间为2012年11月22日，将采集的辣椒根际土壤在室内阴凉处自然风干，过1 mm的筛子。称取500 g用1 L蒸馏水浸泡48 h，充分溶解土壤中可溶物质，过滤、旋转蒸发(45±2)℃后将其浓缩至250 mL备用。该浓缩液为1 mL含2 g土壤的提取物。将浸提液设置 0.2、0.5、1、2 g/mL 4种浓度，以5 mL蒸馏水培养为对照组（CK），将种子置于铺有2层滤纸的9 cm培养皿中培养，各培养皿加入5 mL相应浓度的溶液，每个培养皿点播20粒种子，3次重复，放入25℃培养箱中黑暗培养，白菜培养3 d后统计出芽率，番茄培养7 d后统计出芽率。

1.3 指标测定方法

1.3.1 过氧化氢酶、尿酶、蔗糖酶酶活性的测定均参照关松荫[8]的方法。脲酶用苯酚钠比色法，以24 h后每克土中NH3-N的毫克数表示；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，以每克土消耗0.1 mol/L高锰酸钾的毫升数表示；蔗糖酶活性用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，以24 h后1 g土中葡萄糖的毫克数表示；FDA水解酶活采用荧光素比色法[9]，以1 g土水解产生的荧光素量来表示。

表1 3种处理土壤的基本理化性质

1.3.2 土壤微生物分析土壤微生物采用平板涂抹法[10]测定，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基、真菌采用马丁氏培养基、放线菌采用改良的高氏一号培养基。

1.4 数据处理

采用SPSS(12.0)统计软件进行单因素方差、LSD和相关性分析(P＜0.05)。

化感效应敏感指数(RI)计算采用WILLIAMSON[9]的方法。RI=1-C/T(T≥C)，RI=T/C-1(T＜C)，式中：C为对照值；T为处理值。当RI＞0时,表示促进作用；当RI＜0时,表示抑制作用。RI绝对值的大小代表化感作用强度。

2 结果与分析

2.1 菜粕处理对盛果期辣椒茎粗、株高及成活率影响

从表2可以看出，在盛果期，菜粕处理对辣椒茎粗和株高都有明显的促进作用，与对照相比，菜粕（高）、菜粕（低）分别使辣椒茎粗增加了37.9%、34.6%，RI值分别为 0.379、0.346，其中菜粕（高）、菜粕（低）两个处理与对照相比茎粗的化感指数都达到了显著水平（P＜0.05）；与CK相比，菜粕（高）和菜粕（低）对辣椒株高分别促进作用40.0%、34.6%，RI值为0.400、0.346，菜粕处理与对照相比株高的化感指数都达到了显著水平（P＜0.05），菜粕（高）的效果最好，辣椒由于不能正常生长，导致一部分植株枯死，其中有些是生物因子引起的，有些是非生物因子引起的，因此以辣椒存活率来表示辣椒田间的实际生长状况，其中对照的存活率为71.25%，而菜粕处理为100%，可以看出菜粕处理能显著增加辣椒抗逆能力，结果表明，连作土壤对照辣椒的这种抑制作用并没有随着定植时间的延长而解除，而菜粕处理能够显著改善辣椒的生长状况，促进辣椒的生长，增强辣椒抵御外界的生物、非生物的障碍因子的能力。

2.2 菜粕处理对连作土壤微生物数量及微生物群落结构的影响

从表3可以看出土壤处理后与对照相比，两种菜粕处理对细菌数量的影响不显著；但菜粕（高）和菜粕（低）两个处理却能使土壤中放线菌数量显著增加（P＜0.05），分别增加了 114.13%、142.75%；菜粕处理同样显著增加了壤真菌数量（P＜0.05），变化趋势与放线菌相似。

2.3 菜粕处理对4种土壤酶（过氧化氢酶、FDA水解酶、尿酶、蔗糖酶）活性的影响

表2 菜粕处理对大田辣椒苗茎粗、株高、植株存活率的影响

表3 不同处理对土壤的微生物数量的影响

过氧化氢酶是一种重要的土壤酶，它参与土壤许多重要的生物化学过程，其活动与土壤性质关系密切。由图1可知，辣椒根际土壤过氧化氢酶活性与对照相比菜粕处理都有所提高，分别提高了9.54%、12.31%，但没有显著差异（P＜0.05），在苗期阶段，各处理过氧化氢酶活都显著降低，分别下降了49.23%、35.11%、45.75%，直到盛果期过氧化氢酶活性变化都相对稳定，但是菜粕（高）、菜粕（低）要显著高于对照（P＜0.05），这说明菜粕在一定程度上能够减轻过氧化氢对辣椒的毒害作用。

菜粕处理的土壤FDA水解酶活性与对照之间的差异都达到了显著水平（P＜0.05），菜粕两个处理FDA水解酶活性都有显著提高，分别提高了112.18%、118.04%，到苗期和盛果期各处理都呈降低趋势，在盛果期对照、菜粕（高）、菜粕（低）的FDA酶活性为 7.63、9.19、10.46μg·g-1·h-1，2 个菜粕处理的FDA水解酶活仍显著高于对照，菜粕（高）、菜粕（低）之间未达到显著差异，这从一个侧面说明了菜粕处理的土壤微生物的活性在恢复，从而加快了土壤的生理生化反应，有利于一些对辣椒生长有抑制作用的物质的降价、转化。

尿酶在土壤肥料、土壤氮素循环方面具有重要意义。辣椒根际土壤尿酶活性在土壤处理后与对照相比，菜粕（高）和菜粕（低）处理都呈现显著下降趋势，菜粕两个处理的尿酶活性都显著低于对照的0.600 mg·g-1·h-1（P＜0.05），说明菜粕处理可能对尿酶都有显著的抑制作用，或者是由于对照土壤中含有大量的有尿酶参与氮转化过程的含氮化合物，由于受到这些因素影响菜粕处理的土壤尿酶活性分别下降了27.16%、43.83%。但是到了苗期各处理尿酶活性都显著降低，到了盛果期尿酶活性都明显提高，呈先下降后升高的趋势，这可能是由于苗期氮转化已经完成，尿酶底物减少，以及到盛果期辣椒根系的活动对土壤酶活性的影响在加强等因素影响所致。

蔗糖酶是一种可以把土壤中高分子量蔗糖分子分解成葡萄糖和果糖的水解酶，其活性大小与土壤肥力成正相关，可以作为评价土壤熟化程度和土壤肥力的指标之一。菜粕处理土壤后辣椒根际土壤蔗糖酶活性与对照相比都有所升高，如菜粕（高）由18.66 mg·g-1·h-1上升到 21.81 mg·g-1·h-1，升高了16.88%，但是对照与菜粕处理之间没有显著差异（P＜0.05）。苗期与熏蒸结束后相比蔗糖酶活性呈升高趋势，到盛果期变化呈显著下降趋势。

2.4 不同处理土壤的浸提液对白菜和番茄种子发芽率的影响

从表4可以看出，两种菜粕处理的土壤浸提液对白菜种子的发芽率影响随浓度从0.1 g/mL到2 g/mL是先升高再降低，浓度在0.2 g/mL时都对发芽率有一定的促进作用，当浓度为2 g/mL时，常规处理完全抑制白菜种子发芽，RI值为-1，而菜粕处理能使这种抑制作用有所减弱，菜粕（高）、菜粕（低）的化感指数分别为-0.439、-0.171，两种处理的化感指数之间也存在显著差异（P＜0.05），这说明与对照相比，菜粕处理的土壤浸提液中的化感因子在减少，从而使其浸提液对白菜种子的抑制作用也在减弱。

从表5可以看出，2 g/mL各处理都完全抑制番茄种子的发芽，各处理之间没有差别，但当浓度降低到1g/mL时，只有常规处理抑制效果还达到100%，菜粕两个处理这种抑制作用则明显能减弱，菜粕（高）和菜粕（低）的 RI值分别为 -0.337、-0.198，这说明解除化感效应的效力是菜粕（低）要优于甘肃菜粕（高），这两个处理与对照相比化感指数的差异都达到了显著水平（P＜0.05），当浓度降低到0.5 g/mL时，菜粕（高）和菜粕（低）都对番茄种子的发芽率有所促进作用，出芽率分别为75.00%、73.33%，而对照相对于清水处理仍然有抑制作用，化感指数为-0.233，当将对照土壤的浸提液稀释到0.2 g/mL时，这种抑制效应才未显现。

表4 菜粕处理的土壤浸提液对白菜种子发芽率的影响

表5 不同处理的土壤浸提液对番茄种子发芽率的影响

表2说明大田的辣椒生长状况恶化，茎粗、株高等受到抑制等现象是由于土壤中存在的化学因子所引起的，这些化学物质可能来自于辣椒生长的过程中根系分泌、茎叶淋洗、残渣腐解等，而使用菜粕后能在一定程度上解除这种由连作引起的化感效应。

3 结论

连作障碍形成及加重发生的原因是复杂的，导致其发生的因素不是单一或孤立的，而是相互关联又相互影响的，是植物—土壤系统内多种因素综合作用的结果。包括土壤的传染性病害、土壤理化性状劣变、根系分泌物和残茬分解物等引起的自毒作用。这几项因素是互相制约的，各个因素皆可导致连作减产，不同作物产生的主导原因也不同，前述两种连作障碍的因素可以通过合理施用农药和化肥等措施基本上得到一定程度的消除。而后者则是生物间的生化互作，自毒物质通过影响细胞膜透性、酶活性、离子吸收和光合作用等多种途径影响植物生长，因而自毒物质而引发的植物连作障碍是很难通过农艺措施消除[6]。有些微生物对自毒物质有一定的分解能力，因此利用有益微生物可以解决或缓解自毒作用。

3.1 菜粕对化感效应的解除

本研究对不同处理的连作土壤的辣椒生长状况进行分析表明菜粕处理都能不同程度的解除辣椒的化感效应，其中菜粕（高）效果最佳，辣椒茎粗、株高增加分别达到37.90%、47.23%，也未出现死苗现象，与对照相比化感指数达到了显著水平（P＜0.05），同时菜粕处理显著改善土壤的FDA酶活性，菜粕（高）和菜粕（低）处理的FDA水解酶活性与对照相比都达到了显著水平（P＜0.05），FDA水解酶在土壤质量评价中逐渐被广泛应用，主要是因为其与微生物活性间的相关性比其他酶活性更显著，能够很好地反映系统中有机质的转化及土壤中微生物的活性，被认为是土壤健康质量的生物学指标之一[6-9]，菜粕处理有可能激发土壤的有益微生物，这些有益微生物的存在可以同时抑制和减少土壤的有害微生物的种类和数量，从而转换、分解、降低土壤中的一些不利于作物生长的化学因子或生物因子，同时这种定向的激发土壤有益微生物和增加土壤微生物活性的方法比人为添加或接种微生物更具优越性，可以减少外源菌株在土壤定植带来的许多不确定因素，如菌株的人工培养退化可能、菌种在土壤的存活率、优势功能减弱甚至改变等。

3.2 解除化感效应原因的初步研究

植物与土壤相互形成一个以根际为中心的根际微生态系统，该系统的中的能量流动、信息交流、物流循环都异常强烈，但是在正常状态下非常稳定，系统中物理、化学、生物等因素也处于平衡状态，这些因素是互相制约的，当一个因素变化后，这种平衡即可能被打破，各个因素皆可导致连作减产，其中根际微生态系统中的生物性质的变化可能是连作减产的重要因素之一[10-11]。

总结上述研究结果可以看出，辣椒株茎、株高及相关的化感指数与FDA水解酶、放线菌数量、真菌多样性成正相关，这说明菜粕在促进辣椒生长时土壤微生物活动异常剧烈，这个过程可能就包括一些抑制辣椒生长的物质在转化、分解，这也就说明菜粕在改变土壤的微生物效应中增强了植物的抗逆性，调节土壤的微生物学平衡，使其更加多样化、健康化、合理化，才能使土壤变得更有益于植物生长发育，连作障碍才能够有效解决，其中具体是各个变化的菌群在这个过程中起了哪些直接和具体的作用需要以后再做深入的研究。