外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗生长、根际土壤酶活性、微生物数量及土壤养分的影响

李春龙+韩春梅+叶少平+张新全

摘要：以紫云英为受试植物，研究不同浓度外源化感物质阿魏酸（10-7、10-6、10-5、10-4、10-3 mol/L）对紫云英幼苗形态、根际土壤的微生物数量、土壤酶活性以及土壤养分含量的影响。结果表明：阿魏酸对紫云英幼苗生长的形態指标均表现出“低浓度促进、高浓度抑制”的效应；随着阿魏酸浓度的增加，5种所测土壤酶活性全部呈下降趋势，所有微生物数量均呈递减趋势，土壤中的有机质含量、有效磷含量、速效钾含量和铵态氮含量均呈递减的趋势，而硝态氮则呈递增的趋势；并且土壤酶与土壤微生物数量均呈极显著正相关；土壤酶活性、细菌、真菌及放线菌数量与土壤有机质、有效磷、速效钾及铵态氮含量均呈极显著正相关；而硝态氮含量则与土壤酶活性、细菌、真菌及放线菌数量呈极显著负相关。

关键词：化感物质；阿魏酸；紫云英；幼苗生长；土壤酶；土壤微生物；土壤养分

中图分类号： S541+.301文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）04-0134-03

紫云英（Astragalus sinicus L.）别称翘摇、红花草草子，为豆科黄芪属二年生草本植物。紫云英原产中国，主要用作绿肥，也是一种优质的豆科牧草、蜜源作物和观赏植物，根、种子及全草又可入药，有祛风明目、健脾益气、解毒止痛之效[1]。紫云英可作为饲草料青饲或调制成干草，适口性好，各类家畜均喜食，而且营养价值高，可作为家畜的优质青绿饲料和蛋白质补充饲料，喂猪效果更好。每年可收割2～3次，在播种量为30 kg/hm2的情况下，鲜草产量最高为2.7万kg/hm2[2]。在种植紫云英牧草的生产实践中发现，紫云英存在连作障碍，会导致生产力下降。

阿魏酸属于化感物质酚类物质及其衍生物类物质。化感物质进入土壤后，植物根际微生态系统将发生复杂的变化[3]。而有关外源纯化感物质对土壤酶活性、土壤养分和微生物数量影响的相关研究相对较少。目前，有关阿魏酸对紫云英化感作用的研究尚未见报道。因此，本试验研究不同浓度化感物质阿魏酸对紫云英幼苗形态指标、根际土微生物数量、土壤酶活性及土壤养分含量的影响，[JP+1]旨在揭示紫云英根际微生物区系和土壤酶活性的变化规律，为解决紫云英连作障碍及地力衰退等问题以及制定科学管理措施提供理论依据。[JP]

[BT1#][STHZ]1材料与方法

1.1试验材料

化感物质阿魏酸购于Sigma公司，受试植物紫云英种子购于四川省农业科学院。

1.2阿魏酸处理液的配制

将阿魏酸用蒸馏水溶于容量瓶中，配成10-3 mol/L的母液，然后将母液分别稀释成10-4、10-5、10-6、10-7 mol/L的溶液[4]。试验时即用即配，用蒸馏水作为对照处理。

1.3试验设计

2013年4月上旬取盆培土（土壤取自成都农业科技职业学院校外实训基地），取回后先过2遍2 cm筛，筛去较大的石块及粗枝等，再过细筛，用350 g 45%敌磺钠可湿性粉剂进行土壤消毒处理，然后将土混匀，最后随机装盆。每盆土均装至花盆（上口径28 cm，深25 cm）的2/3处，每盆装土10 kg，于2013年4月15日播紫云英种子10粒。

待紫云英幼苗生长1个月后，于2013年5月15日挑选长势一致的壮苗进行处理。采用不同浓度的阿魏酸（10-7、10-6、10-5、10-4、10-3 mol/L）溶液40 mL浇灌紫云英幼苗，每个处理重复4次，用等量的蒸馏水处理作为对照（即 0 mol/L）。此后每隔10 d浇40 mL水浸液处理幼苗，30 d 后即2013年6月15日测定紫云英幼苗的形态指标，测定完形态指标用土钻钻取大约300 g深度20 cm的紫云英幼苗根际土，轻轻抖动后仍然粘在紫云英幼苗根系上的土壤用于根际微生物数量的测定，装袋、封口并作好标签，立即带回实验室进行分析处理[5]。

1.5指标测定方法

1.5.1紫云英形态指标测定方法

紫云英幼苗株高、每株分枝数、幼苗干质量主要用卷尺和电子天平进行测定，叶面积使用便携式活体叶面积仪（型号：YMJ1）进行测定。

1.5.2土壤酶活性测定方法

各土壤酶活性的测定均参照关松荫的方法[6]。土壤反硝化酶活性采用硝态氮剩余量法；纤维素酶活性采用硝基水杨酸比色法；蛋白酶、蔗糖酶、多酚氧化酶活性采用比色法。

1.5.3土壤微生物分析

土壤微生物采用平板涂抹法[7]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。

1.5.4土壤养分分析

土壤养分按照土壤农业化学分析方法[8]进行测定。

1.6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（α=0.05）。

2结果与分析

2.1外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗形态指标的影响

由表1可以看出，与对照相比，低浓度的阿魏酸（10-7 mol/L）促进了紫云英幼苗的4个形态指标，其中，株高较对照显著提高了9.93%，叶面积较对照显著增加了 16.79%；而每株分枝数、幼苗干质量与对照差异不显著。随后，随着阿魏酸浓度的增加，紫云英幼苗的4个形态指标均不同程度地受到抑制。其中，10-4 mol/L阿魏酸处理下的紫云英幼苗每株分枝数较对照显著受到抑制，较对照减少了2000%；而株高、叶面积和幼苗干质量均在阿魏酸浓度达17.58%和13.59%。

2.2外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗根际土壤酶的影响

不同浓度的外源化感物质阿魏酸对所测定的5种紫云英幼苗根际土壤酶活性均产生了不同程度的影响，所有土壤酶活性均有随着外源化感物质阿魏酸浓度的增加而呈递减的趋势（表2）。当阿魏酸浓度仅为10-7 mol/L时，反硝化酶和纤维素酶活性较对照显著受到抑制，分别较对照降低了2478%和1494%；多酚氧化酶活性在阿魏酸浓度达到 10-6 mol/L 时较对照显著受到抑制，降低了12.07%；蔗糖酶活性在阿魏酸浓度达到10-5 mol/L时较对照显著受到抑制，降低了14.15%；而蛋白酶活性在阿魏酸浓度最大10-3 mol/L时才较对照显著受到抑制，降低了21.33%。

2.3外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗根际微生物的影响

由图1可知，不同浓度的阿魏酸不同程度地影响了土壤中的细菌、真菌和放线菌的数量，随着阿魏酸浓度的增加，紫云英幼苗根际土壤中细菌、真菌和放线菌的数量均呈减少的趋势。

與对照相比，阿魏酸浓度在10-7 mol/L时，细菌数量、真菌数量、放线菌数量分别显著降低了31.74%、39.82%和 36.13%。并且，当阿魏酸浓度达到最大10-3 mol/L时，紫云英幼苗根际土壤内真菌的数量为零。

2.4外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗根际土壤养分的影响[HT]

随着阿魏酸浓度的增加，紫云英幼苗根际土壤中的有机质含量、有效磷含量、速效钾含量和铵态氮含量均呈递减的趋势，而硝态氮则呈递增的趋势（表3）。

有机质含量在阿魏酸浓度达到10-5 mol/L时才与对照达到显著性差异水平，较对照降低了4.98%；而有效磷含量则在阿魏酸浓度最低10-7[KG*3]3结论与讨论

3.1外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗形态指标的影响[HT]

阿魏酸对紫云英幼苗生长的形态指标均表现出“低浓度促进、高浓度抑制”的效应。这一研究结果与叶文斌等的研究结果[9]相一致，只是阿魏酸所设置的浓度有所不同而已。

3.2外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗根际土壤酶的影响[HT]

阿魏酸对土壤反硝化酶活性和纤维素酶活性的抑制作用最强（表2），原因是在阿魏酸浓度最低的时候就较对照显著抑制了其活性，这一研究结果与黄益宗等的研究结果[10]一致。阿魏酸对其他3种土壤酶也产生了不同程度的影响（表2），而此结果与李春龙的研究结果[11]恰恰相反，可能与外源化感物质的种类、受试植物的种类不同有关。

3.3外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗根际微生物的影响

随着阿魏酸浓度的增加，其幼苗根际细菌、真菌和放线菌的数量均呈递减的趋势，并且低浓度的阿魏酸就已经显著地抑制了土壤微生物的数量（图1）。说明阿魏酸引起了紫云英根际微生物区系组成的定向改变，破坏了根际微生物的平衡。这一研究结果与周宝利等的研究结果[12]有所不同，研究发现棕榈酸降低了茄子根际土壤中真菌的数量及其组成比例，增加了茄子根际土壤中细菌和放线菌的数量及其组成比例，这可能归因于化感物质和受试植物的种类不同。

3.4外源化感物质阿魏酸对紫云英幼苗根际土壤养分的影响[HT]

本研究表明随着阿魏酸浓度的增加，土壤中有机质的含量、土壤有效磷含量、速效钾含量和铵态氮含量降低了（表3）。这一结果与李春龙的研究结果[11]相一致，可能归于阿魏酸起始浓度设置得太高，直接降低了土壤中某些养分的含量。此外，随阿魏酸浓度的增加显著加剧了土壤中硝态氮含量的积累（表3）。表明阿魏酸抑制了NO3-向NH4+的转化，这可能与土壤含水量饱和有关[13]。

3.5阿魏酸处理下紫云英幼苗根际土壤微生物、土壤酶、土壤养分的相关关系[HT]

本研究表明阿魏酸处理下，紫云英幼苗根际土壤酶均与土壤微生物数量呈极显著正相关关系（表4）；土壤酶活性、细菌、真菌及放线菌数量与土壤有机质、有效磷、速效钾及铵态氮含量均呈极显著正相关；而硝态氮含量则与土壤酶活性、细菌、真菌及放线菌数量呈极显著负相关（表5）。这说明外源化感物质阿魏酸的处理影响了紫云英的生长过程，改变了土壤微生物区系，进而影响土壤酶活性和土壤养分的有效性，使得土壤环境条件向着不利于紫云英植株的生长方向演变。同时也证实了Aon和Colaneri的理论即特定的土壤酶活性与细菌、真菌等类群密切相关[14]。

参考文献：

[1]崔楠. 紫云英作为奶牛饲料的价值与利用[J]. 中国畜禽种

[2]石敏，周元福，李树林，等. 紫云英不同播种量对鲜草产量的影响[J]. 耕作与栽培，2012（4）：34.

[3]胡开辉，罗庆国，汪世华，等. 化感水稻根际微生物类群及酶活性变化[J]. 应用生态学报，2006，17（6）：1060-1064.

[4]宋亮，潘开文，王进闯，等. 酚酸类物质对苜蓿种子萌发及抗氧化物酶活性的影响[J]. 生态学报，2006，26（10）：3393-3403.

[5]韩春梅，李春龙，叶少平，等. 生姜水浸液对生姜幼苗根际土壤酶活性、生物群落结构及土壤养分的影响[J]. 生态学报，2012，32（2）：489-498.

[6]关松荫. 土壤酶及其研究方法[M]. 北京：中国农业出版社，1983.

[7]Visser S，Parkinson D. Soil biological criteria as indicators of soil quality： soil microorganisms[J]. American Journal of Alternative Agriculture，1992，7（1）：33-37.

[8]劳家柽. 土壤农化分析手册[M]. 北京：农业出版社，1988.

[9]叶文斌，樊亮，贠汉伯. 阿魏酸对道地中药材纹党的化感作用研究[J]. 中国农学通报，2012，28（31）：231-236.

[10]黄益宗，冯宗炜，张福珠. 化感物质对土壤硝化反应影响的研究[J]. 土壤与环境，1999，8（3）：203-207.

[11]李春龙. 外源化感物质香草酸对辣椒幼苗土壤酶活性及土壤养分含量的影响[J]. 中国蔬菜，2009（20）：46-49.

[12]周宝利，韩琳，尹玉玲，等. 化感物质棕榈酸对茄子根际土壤微生物组成及微生物量的影响[J]. 沈阳农业大学学报，2010，41（3）：275-278.

[13]刘秀芬. 化感物质对土壤硝化作用的影响[J]. 中国生态农业学报，2002，10（2）：60-62.

[14]Aon M A，Colaneri A C. Temporal and spatial evolution of enzymatic activities and physico-chemical properties in an agricultural soil[J]. Applied Soil Ecology，2001，18（3）：255-270.