大葱根系分泌物对黄瓜幼苗根际微生态环境的影响

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收稿日期：2013-05-28

基金项目：国家自然科学基金项目（31071830）；高等学校博士学科点科研基金专项（20103702110005）；山东省现代农业产业技术体系建设专项（SDARS-2010-2-3-1）

作者简介：时伟（1987-），男，硕士研究生，研究方向为设施蔬菜与无土栽培。E-mail：shiweicom@126com

*通讯作者，E-mail：minwei@sdaueducn

摘要：以不同浓度的大葱根系分泌物处理连作黄瓜幼苗根区土壤，研究其对黄瓜根际土壤微生态环境的影响。结果表明：采用适宜浓度的大葱根系分泌物处理可显著提高黄瓜幼苗根际土壤的pH值，降低EC值，增加速效氮、有效磷和速效钾含量，增强土壤磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性，增加土壤细菌、放线菌和真菌数目，降低真菌在微生物总量中的比例。大葱根系分泌物有利于改善连作黄瓜的根际土壤环境。

关键词：黄瓜；大葱根系分泌物；根际；土壤性状

中图分类号：S642.206 ⁺ .1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）12-0072-05

黄瓜是设施主栽蔬菜，连作障碍已成为制约其高产高效和可持续发展的主要因素，而合理轮作是减轻连作障碍的有效农艺措施^[1]。葱蒜类是瓜类蔬菜理想的轮作前茬^[2]。近年来，从化感作用的角度研究葱蒜类与瓜类轮作的效应机理成为热点。研究表明，水稻根系分泌物对西瓜专化型尖孢镰刀菌孢子萌发和孢子生殖有抑制作用^[3]；大蒜根系水浸液可促进甜瓜生长，缓解甜瓜连作障碍^[4]；大葱提取物对黄瓜枯萎病原菌具有抑制作用^[5]；胡葱和分葱水浸液对黄瓜幼苗生长有一定促进作用^[6，7]；分蘖洋葱根系分泌物可增加黄瓜幼苗根际土壤细菌和放线菌数量，减少真菌和尖镰胞菌数量，促进黄瓜生长^[8]。本实验室和国内同行试验发现，大葱轮作可显著改善黄瓜连作土壤理化和生物学性状，增加细菌和放线菌数量，减少真菌数量^[9]，抑制枯萎病原菌繁殖^[10]，促进其生长，提高产量^[11]，但其内在机制尚不完全清楚。为此，本试验以大葱根系分泌物处理连作黄瓜幼苗根区土壤，研究其对根际土壤理化和生物学性状的影响，以期从一个侧面揭示大葱、黄瓜轮作减轻黄瓜连作障碍的机理，为制定合理栽培制度提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试土壤取自山东省泰安市岱岳区房村镇北滕村，为连续种植16年黄瓜的日光温室耕层土壤。土壤类型为棕壤，属砂壤土，土壤理化性状为pH值 6.41，EC值 846μS/cm，碱解氮173.6mg/kg，有效磷127.5mg/kg，速效钾88.2mg/kg。

供试黄瓜品种：新津11号；大葱品种：元藏大葱。

Amberlite XAD-4吸附树脂购于Sigma公司。

1.2大葱根系分泌物制备

用连续根系分泌物收集系统（Continuous Root Exudates Trapping System，CRETS）收集大葱根系分泌物^[12]。将培育6个月的180株大葱幼苗小心挖出，洗根，移栽到收集装置的种植盆中，恢复生长3 d后，向种植盆中加入500ml千叶县农业试验场葱配方营养液，开动循环泵，让营养液从盆底流出，通过内装80ml XAD-4吸附树脂的色谱柱（2 cm × 30cm），重新流回种植盆中。控制流速1.0～1.5 L/h，每天补充营养液，连续培养5d。取下色谱柱，先用500 ml去离子水清洗，再用200 ml甲醇洗脱，将洗脱液于30℃下减压浓缩至干，加50 ml去离子水溶解，合并混匀。采用占新华等（2002）^[13]方法测定溶液中总有机碳浓度，然后用去离子水稀释成总有机碳浓度105、210、420mg/L的溶液，置4℃冰箱中备用。

1.3黄瓜幼苗处理

试验于2012年11月～2013年1月在山东农业大学玻璃温室进行。

黄瓜种子经浸种、催芽后播种于内装280 g风干连作土的塑料钵（10 cm×10 cm）中，自幼苗子叶展平开始，采用大葱根系分泌物溶液灌溉。共设3个处理，T1：105 mg/L，T2：210 mg/L，T3：420 mg/L，以等量去离子水作对照（CK）。每处理重复3次，每重复4株，完全随机区组排列。

自初次处理起30 d，采用雷娟利等（2008）^[14]方法获取根际土样，混匀，研磨，过2 mm筛，一部分于4℃冰箱保存，用于土壤微生物分析；另一部分风干后，用于土壤酶和理化性状测定。

1.4测定方法

1.4.1土壤理化性状按土水比1∶5（W/V）浸提，用雷磁PHBJ-260便携式pH计测定pH值，用雷磁DDB-303A便携式电导率仪测定EC值；速效氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定^[15]。

1.4.2土壤酶活性土壤脲酶采用苯酚-次氯酸钠比色法测定；磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定^[16]。

1.4.3土壤微生物数量细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养；放线菌采用改良高氏1号培养基培养（每1 000 ml培养基中加入3%重铬酸钾3.3 ml）；真菌采用马丁氏培养基培养（每1 000 ml培养基中加入1%孟加拉红水溶液3.3 ml，1%链霉素3 ml）。微生物数量均采用系列稀释法计数^[17]。

1.5数据处理

采用DPS软件对数据进行方差分析及最小显著差异性检验（Duncan’s新复极差法，P<0.05）。

2结果与分析

2.1大葱根系分泌物对黄瓜根际土壤EC值和pH值的影响

从图1可以看出，与对照相比，采用大葱根系分泌物处理的黄瓜幼苗根际土壤EC值均显著降低，降低幅度随着根系分泌物浓度的增加而增大。土壤pH值的变化趋势相反，随大葱根系分泌物浓度的增加而逐渐升高，其中T1与对照差异不显著，T2、T3显著高于对照。

2.2大葱根系分泌物对黄瓜根际土壤养分含量的影响

大葱根系分泌物处理提高了黄瓜幼苗根际土壤速效氮、有效磷和速效钾含量（图2）。不同处理间，速效氮含量差异不显著，但均显著高于对照。有效磷含量以T2最高，比对照增加22.17%， 显著高于T1和T3，但T1与T3差异不明显。T1和T2的速效钾含量显著高于对照，其中T2的较高，比对照增加14.76%，T3的速效钾含量与对照差异不显著。

2.3大葱根系分泌物对黄瓜根际土壤酶活性的影响

大葱根系分泌物处理对黄瓜根际土壤磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性均有一定促进作用（图3）。大葱根系分泌物显著提高了黄瓜幼苗根际土壤磷酸酶活性，以T2效果最明显，活性比对照增加28.01%。T2的脲酶活性显著高于对照，T1、T3与对照差异不明显。土壤过氧化氢酶活性随着大葱根系分泌物处理浓度的升高不断增强，T3的过氧化氢酶活性最高，是对照的2.33倍。

2.4大葱根系分泌物对黄瓜根际微生物群落结构的影响

从图4可以看出，大葱根系分泌物处理可显著增加黄瓜幼苗根际土壤中的细菌、真菌和放线菌数量，三者变化趋势基本一致，均以T2处理数量最多。细菌数由多到少依次为T2>T3>T1>CK，其中T2比CK增加98.89%。不同浓度大葱根系分泌物对真菌数量的影响未达显著差异水平，但均显著高于对照。根际放线菌数量以T2最多，比CK增加29.22%，T1和T3次之，两者差异不显著。大葱根系分泌物处理降低了黄瓜根际真菌在微生物总量中的比例，CK、T1、T2、T3的真菌数占微生物总量比例分别为0.14%、0.12%、0.12%、0.13%。

3讨论与结论

设施黄瓜连作会导致土壤物理性状变劣，土壤酸化和次生盐渍化加重，养分失衡，微生物区系改变，由“细菌型”向“真菌型”转化，土传病害加重^[18]。前人研究表明，大葱、青葱与黄瓜轮作可减少土壤盐分含量、提高pH值^[9，19]；分蘖洋葱根系分泌物可增加黄瓜幼苗根际土壤速效氮、有效磷和速效钾含量，提高过氧化氢酶和脲酶活性^[8]；豇豆与黄瓜轮作可以增加黄瓜土壤中磷酸酶活性^[20]。本试验的结果与上述结果基本一致。

根系分泌物不仅为微生物提供所需的能源，同时影响微生物的数量和种群结构^[21]。杨阳等（2013）^[22]研究表明，分蘖洋葱根系分泌物明显增加了黄瓜根际土壤细菌、放线菌数量，降低了真菌、尖镰孢菌数量。本试验中，不同浓度的大葱根系分泌物处理不仅提高了黄瓜根际细菌和放线菌数，真菌数也增加，但真菌在土壤微生物总量中所占比例降低。真菌数变化可能与根系分泌物的种类有关，杨靖春等（1984）^[23]研究表明，老人参地轮作豆科植物紫穗槐后土壤真菌数量明显增加。

根系分泌物是植物向根际环境输入最多的一类化学物质， 也是土壤环境中化感物质的主要来源^[26]。本试验结果表明，大葱根系分泌物有利于改善连作黄瓜幼苗的根际环境。但是，大葱根系分泌物中究竟有哪些主要的化感物质，这些物质在改善连作黄瓜根际环境中的作用如何，还有待于更深入研究。

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