马铃薯连作栽培对土壤微生物多样性的影响

为阐明马铃薯连作对土壤微生物群落结构和功能多样性的影响,揭示马铃薯连作障碍机制,本试验采用BIOLOG技术结合丛枝菌根真菌(AMF)形态学鉴定方法,就连作0(迎茬)、2 a、4 a、6 a、10 a的马铃薯田块土壤进行研究。结果表明:土壤养分含量随马铃薯连作年限增加有一定程度下降,其中,连作10 a马铃薯根际土壤的全磷、速效磷、速效钾和碱解氮与连作4 a相比分别下降61.32%、26.86%、26.87%和17.24%,但没有明显的养分亏缺和不均衡现象。土壤微生物群落结构发生了较大变化,放线菌、真菌数量显著随连作年限的延长先增加后减少,呈单峰型变化趋势;细菌数量随连作年限的延长呈逐步减少趋势,但差异不显著。连作4~6 a土壤微生物群落依然有较强的功能多样性,培养120 h后,连作6 a较迎茬AWCD值提高3.89%;群落组成中随连作年限的延长以碳水化合物、氨基酸类为碳源的微生物类群代谢能力明显下降,但代谢功能多样性趋于一致。连作马铃薯土壤AM真菌优势种发生改变,迎茬土壤为沙漠球囊霉(Glomus deserticola),连作2 a土壤为扭形球囊霉(Glomus delhiense)和福摩萨球囊霉(Glomus formosanum),连作10 a土壤为球泡球囊霉(Glomus globiferum)。多元分析结果表明,土壤微生物结构与功能多样性、AM真菌多样性变化受土壤p H、全磷含量、放线菌数量、细菌数量及土壤中以碳水化合物、氨基酸类等为碳源基质的微生物类群影响。说明长期连作栽培会影响土壤真菌、放线菌的数量,使真菌群落中AM真菌种的多样性显著下降,优势种发生改变,打破了微生物群落结构与功能平衡,引起土壤微生物群落结构与功能的失调。     

30年不同设施条件和栽培方式下土壤养分和微生物群落功能多样性的变化

【目的】随着设施蔬菜栽培年限的增加设施连作土壤生态环境发生很大变化。系统研究长期不同设施类型和栽培方式下土壤养分和微生物群落多样性的变化,可为蔬菜土壤可持续利用提供理论依据。【方法】选择连续30年以不同设施进行蔬菜栽培的土壤(1969~2009年)进行田间试验。以温室连作两茬黄瓜、夏季休闲为对照(CK);温室连作两茬黄瓜夏季填闲毛豆/花生(CS_1);大棚连续种植两茬黄瓜(CS_2);大棚前28年连作黄瓜、后两年露地种植绿叶菜(CS_3);连年露地种植绿叶菜(CS4)5种种植方式。于2009年采集0-20 cm土壤样品,采用常规方法系统分析了土壤养分含量和微生物数量,对培养96h、120 h和144 h的AWCD值进行主成分分析(principal component analysis,PCA)、六大碳源利用程度及Shannon-Weaver指数多样性指数分析。【结果】CS_1处理每孔平均颜色变化率(AWCD)显著高于其他处理;在96、120、144 h主成分分析表明,第1主成分分别解释了32.9%、33.61%和32.21%的碳源利用差异,CK处理在主成分1上均与其他处理显著分开,第2主成分分别解释了14.2%、15.96%和16.42%的碳源利用差异,CK处理在96和144 h与其他处理显著分开;在主成分1主成分3加权上96 h与144 h的CS_3、CS_4和CS_1处理显著不同于CK和CS,处理。96、120和144 h主成分1差异的贡献碳源主要是氨基酸、羧酸类化合物主成分2差异的贡献碳源主要是胺类化合物、多聚物。各处理对六大碳源利用显著不同,CK和CS,处理对碳水化合物、羧酸类化合物和多聚物利用显著低于其他处理。CK和CS,处理微生物群落多样性指数和均匀度指数均显著低于其他处理;CS3和CS4处理细菌数/真菌数比(B/F)以及微生物总量均高于其他处理分别显著高于对照310.34%、334.48%和280.1%、368.0%;CK处理全氮、有机质、速效钾和硝态氮显著高于其他处理,CS、处理相对CK处理则显著降低其含量,其中全氮、有机质、速效钾、铵态氮和硝态氮含量分别显著降低41.46%、50.26%、51.47%、26.72%和54.11%,CS_3和CS_4处理全氮、速效磷、速效钾、硝态氮均显著低于其他处理。全氮、速效养分均与B/F、微生物总量、微生物多样性指数呈负相关,铵态氮与其均呈极显著负相关速效磷与B/F、微生物总量呈极显著负相关。【结论】30年温室连作黄瓜土壤养分累积严重,夏季填闲毛豆/花生可显著降低硝态氮累积和增加微生物多样性;30年温室大棚单—连作黄瓜显著降低微生物群落多样性;30年露地种植绿叶菜以及大棚后两年露地种植叶菜的微生物数量均较高且养分累积最低。     

甘肃中部沿黄灌区马铃薯连作对土壤化学和生物学性质的影响

甘肃中部沿黄灌区是全国重要的加工型马铃薯和种薯生产基地,但集约化种植带来的连作障碍问题已严重影响到产业的健康发展。设置不同连作年限(0~5年)马铃薯种植处理,通过田间试验评估连作对土壤化学和生物学性质的影响,探讨马铃薯连作的土壤障碍因子。结果表明:土壤有机碳含量随连作年限延长逐渐降低,而碱解氮和速效钾含量以及电导率与之相反;连作显著增加土壤速效磷含量,但对全氮含量、碳氮比和p H无明显影响。长期连作(3~5年)较非连作(0年)土壤平均酶活性显著降低33.07%~61.78%,脲酶、蔗糖酶和脱氢酶活性亦随连作年限延长逐渐降低。长期连作降低土壤微生物生物量碳含量,土壤基础呼吸量和FDA水解活性与连作年限呈极显著负相关。Biolog ECO分析显示,长期连作显著降低土壤微生物总活性和功能多样性,Shannon多样性指数较非连作降低11.75%~13.65%。碳源利用图谱分析表明,连作明显改变土壤微生物群落结构,碳水化合物是区分不同连作年限土壤微生物群落结构差异的最敏感碳源类型;长期连作显著降低土壤微生物对碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类和胺类碳源的相对利用率,且土壤微生物对单一碳源的利用呈现集中化的趋势。线性逐步回归分析和通径分析表明,土壤微生物群落结构、微生物生物量碳、全氮和脱氢酶对块茎产量有显著影响,以微生物群落结构贡献最大,微生物生物量碳次之。土壤微生物因子变化可能是导致甘肃中部沿黄灌区马铃薯连作障碍发生的重要原因。     

保护性耕作对黑土微生物群落的影响

耕作方式通过影响土壤微生物群落而影响土壤生态系统过程。本研究以传统耕作玉米连作处理为对照,通过测定土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸含量,分析了保护性耕作(包括免耕玉米连作和免耕大豆-玉米轮作)对黑土微生物群落的影响。结果表明,保护性耕作可显著增加土壤表层(0～5cm)全碳、全氮、水溶性有机碳、碱解氮和微生物量碳(P0.05),为微生物代谢提供了丰富的资源。同时,保护性耕作显著提高了土壤表层(0～5cm)总脂肪酸量、真菌和细菌生物量(P0.05),提高了土壤的真菌/细菌值,有利于农田土壤生态系统的稳定性。研究结果对于探讨保护性耕作的内在机制具有重要意义。     

滨海湿地土壤微生物群落多样性及其影响因素

连续3年(2015-2018年)研究了珠江三角洲滨海红树林湿地、芦苇湿地、碱蓬湿地和互花米草湿地土壤微生物群落多样性及其影响因素。结果表明:土壤pH基本表现为互花米草湿地碱蓬滩湿地芦苇湿地红树林湿地,其中不同湿地植物群落土壤pH值差异均不显著(p0.05);土壤有机碳、全氮、全钾基本表现为互花米草湿地碱蓬滩湿地芦苇湿地红树林湿地。滨海湿地不同植物群落土壤微生物碳源利用(AWCD)总体上呈逐渐增加的趋势,在培养24～72 h内AWCD快速增长,72 h后增长缓慢,192 h后急剧增长;相同时间土壤微生物碳源利用大致表现为互花米草湿地碱蓬滩湿地芦苇湿地红树林湿地,局部有所波动。碳水化合物和羧酸类碳源是滨海湿地不同植物群落土壤微生物的主要碳源,其次为氨基酸类、酚酸类和聚合物类,胺类碳源的利用率最小。土壤微生物群落的物种丰富度指数(H)、均匀度指数(E)、优势度指数(Ds)和碳源利用丰富度指数(S)基本表现为互花米草湿地碱蓬滩湿地芦苇湿地红树林湿地,其中优势度指数(Ds)差异均不显著(p0.05)。主成分分析结果表明,具有较高相关性的碳源有18种,其中羧酸类化合物有5种,多聚化合物有3种,碳水化合物有6种,芳香化合物1种,氨基酸2种,胺类化合物1种,在主成分分离中起主要贡献作用的是胺类和氨基酸类碳源。相关性分析显示,土壤养分和pH与微生物群落功能多样性密切相关,其中pH对土壤微生物群落功能多样性贡献为负,土壤养分对土壤微生物群落功能多样性贡献为正,是滨海湿地不同植物群落土壤微生物群落多样性差异的重要影响因素。     

马铃薯间作栽培对土壤微生物群落结构与功能的影响

为揭示作物种间作用对土壤微生物的影响机制,本研究通过田间定位试验,采用磷脂脂肪酸(PLFA)等方法,研究马铃薯与蚕豆、马铃薯与荞麦间作下土壤微生物群落结构及功能的变化规律。结果表明,与单作马铃薯相比,马铃薯/蚕豆、马铃薯/荞麦间作后土壤细菌、放线菌生物量均有所提高,革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌比值升高。培养120 h时,马铃薯/荞麦间作较马铃薯/蚕豆间作土壤平均颜色变化率(AWCD)高,土壤微生物对主要碳源化合物的利用能力增强;与马铃薯单作相比,马铃薯/蚕豆间作土壤微生物群落的丰富度、均匀度指数分别降低了35.6%、47.0%,但优势度指数增加了2.07倍;马铃薯/荞麦间作土壤微生物群落的丰富度指数降低了13.7%,但均匀度和优势度指数分别增加了8.8%和3.4%。多元分析(RDA)结果表明,间作栽培条件下土壤微生物群落组成及功能多样性与土壤全氮、速效磷、速效钾有相关关系。综上,马铃薯与不同作物间作栽培能够改变土壤微生态环境,影响土壤微生物群落结构及功能多样性。本研究为宁夏南部山区马铃薯合理间作作物选择提供了科学依据。     

设施辣椒连作对土壤理化性状、酶活性及微生物区系的影响

以青海省尖扎县设施辣椒连作土壤为对象，研究不同连作年限土壤理化性状、酶活性及微生物区系的变化。结果表明，土壤理化性状、酶活性、微生物数量及微生物量均表现出明显的连作效应。随着连作年限的增加，土壤容重和电导率呈上升趋势，pH呈下降趋势，有机质、全氮、有效磷和速效钾呈先上升后下降趋势。土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶、淀粉酶和过氧化氢酶随连作年限的增加均呈下降趋势，脲酶和碱性蛋白酶呈先上升后下降趋势。与对照相比，连作导致土壤细菌与真菌数量的比值降低，土壤微生物量碳与微生物量氮比值升高，土壤微生物群落结构由“细菌型”转变为“真菌型”。     

"秸秆降解生防菌强化技术"对黄瓜连作土壤微生物区系的影响

"秸秆降解生防菌强化技术"(BS)近年在我国北方冬季温室栽培中广泛使用, 具改良土壤、减轻病害、改善品质、提高产量等多方面的效果。为探讨应用该技术后对黄瓜连作土壤中微生物区系的影响, 本研究采用平板培养计数与末端标记限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析相结合的方法, 检测了黄瓜连作土壤中真菌、细菌、放线菌以及生防菌和病原菌的数量动态。结果表明, BS处理土壤后, 在连作第2茬时, 土壤中真菌群体总量比第1茬显著减少; 细菌总量比第1茬显著增加。细菌与真菌数量比值(B/F值)在连作两茬时明显升高, 土壤表现为"细菌型"; 连茬土壤中两种生防菌的含量保持相对稳定; 枯萎病原菌数量在连作两茬时与其他处理和对照相比有所降低, 但不显著; 处理后土壤细菌多样性在第2茬时显著升高, 并能促进TRF139等有益菌群增殖, 抑制TRF341和TRF501等有害菌群增殖。BS处理土壤能明显提高连作黄瓜的产量并降低根结线虫的病情指数, 在第3茬时产量比对照增加25.9%, 病情指数比对照减少71.4%。生防菌与秸秆配合使用对黄瓜连作土壤微生物的数量和群落结构影响显著, 在一定的连作茬数内能够保证生防菌有效定殖, 抑制病原菌数量增长, 提高土壤微生物多样性, 使土壤微环境达到相对健康的状态。     

轮作与施用生物有机肥对菠萝连作土壤微生物特性的影响

通过田间试验,探讨轮作与施用生物有机肥对菠萝连作土壤理化性质、酶活性及微生物群落的影响。结果表明:与菠萝连作处理相比,菠萝-甘蔗轮作和菠萝-甘蔗轮作配施生物有机肥处理的菠萝产量分别显著提高18.56%和39.07%;土壤pH值分别升高0.50和0.66,明显缓解土壤酸化;土壤硝态氮、有效磷、速效钾、有机质含量分别显著增加28.49%和57.67%、20.49%和39.77%、20.78%和45.23%、10.38%和23.10%;土壤微生物量碳含量较菠萝连作分别显著提高12.10%和29.56%,土壤微生物量氮含量分别显著提高17.99%和61.45%,而微生物量碳/微生物量氮值均降低。此外,轮作与轮作配施生物有机肥处理均显著增加了土壤细菌与放线菌数量,显著降低了真菌数量,并促进土壤微生物对碳源的利用;增强了土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性。本试验条件下,轮作与增施生物有机肥能够显著改善土壤酸化状况与土壤微生物群落结构,提高土壤肥力,以菠萝-甘蔗轮作配施生物有机肥处理效果最好。     

PLFA方法研究连作对加工番茄根际土壤微生物群落结构的影响

通过在石河子大学农学院试验站开展加工番茄连作定点微区试验,采用氯仿熏蒸和磷脂脂肪酸(PLFA)法相结合,研究了不同连作处理(种植1 a、连作3 a、5 a和7 a)对新疆加工番茄花果期和成熟期根际土壤微生物群落结构及土壤微生物量的影响。结果表明,连作导致土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物熵(q MB)下降,SMBC/SMBN升高,而微生物量磷(SMBP)随连作年限和生育期的变化而不同。连作显著增加了真菌PLFAs含量,降低了细菌PLFAs含量、土壤PLFAs总量及细菌/真菌PLFAs的比值,而放线菌PLFAs含量变化无规律。连作7 a时,成熟期的细菌PLFAs含量、土壤PLFAs总量较对照分别减少62.9%、50.3%(P0.05),而真菌PLFAs含量较对照升高60.2%(P0.05)。从多样性指数分析看,Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Brillouin指数和Pielou指数均随连作年限的延长呈先升后降的变化,其中连作3 a时各项指数最大,连作7 a时最小,表明在本试验年限范围内,连作使得微生物群落多样性与均匀程度皆出现了一定程度的降低。相关性分析表明,土壤微生物各类群PLFAs量、微生物量及土壤肥力之间存在相关性,说明土壤微生物量与土壤肥沃程度相关,可作为评价土壤肥力的生物学指标。可见,加工番茄连作改变了土壤微生物群落结构,降低了土壤微生物量,最终在根际土壤微生态系统和环境因子等因素的综合作用下产生连作障碍。