茄子與香蕉輪作配施生物有機(jī)肥對連作蕉園土壤微生物區(qū)系的影響*

洪 珊,劇虹伶,阮云澤,盧 明,王蓓蓓,趙 艷,鄧 燕,尹黎燕

(海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院 海口 570228)

茄子與香蕉輪作配施生物有機(jī)肥對連作蕉園土壤微生物區(qū)系的影響*

洪 珊,劇虹伶,阮云澤,盧 明,王蓓蓓,趙 艷**,鄧 燕,尹黎燕

(海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院 ?？?570228)

連作現(xiàn)象在香蕉生產(chǎn)上非常普遍,而長期連作會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的連作障礙。本文針對香蕉連作障礙,選擇連作香蕉13年的地塊,采用常規(guī)方法結(jié)合變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)技術(shù),在田間條件下研究了輪作茄子配施生物有機(jī)肥對高發(fā)枯萎病連作蕉園土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量、土壤化學(xué)性狀以及土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:與連作香蕉相比,輪作茄子處理可顯著降低可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌數(shù)量,使其數(shù)量從種植初的104cfu·g-1(干土)下降到103cfu·g-1(干土),同時(shí)提高了土壤pH,增加了土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、堿解氮含量。無論是輪作還是連作種植模式,與配施普通有機(jī)肥相比,配施生物有機(jī)肥對可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌、真菌和細(xì)菌數(shù)量影響均不顯著;但在輪作模式下,施用生物有機(jī)肥處理的細(xì)菌數(shù)量與真菌數(shù)量比值(B/F,381.2)顯著高于配施普通有機(jī)肥處理(270.3)。PCR-DGGE分析結(jié)果表明,輪作茄子配施生物有機(jī)肥顯著改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),增加了細(xì)菌豐度、穩(wěn)定性和多樣性,其中多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener指數(shù),3.22)較連作香蕉配施普通有機(jī)肥處理(2.89)顯著增加。以上結(jié)果表明,茄子與香蕉輪作有利于連作蕉園土壤的微生態(tài)環(huán)境,同時(shí)輪作配施生物有機(jī)肥效果更優(yōu)。

茄子;香蕉;輪作;生物有機(jī)肥;土壤微生物區(qū)系

香蕉(Musa nana)由于經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)定,連續(xù)種植現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致香蕉園發(fā)生以香蕉土傳枯萎病為首的嚴(yán)重的連作生物障礙[1]。據(jù)報(bào)道,廣東和海南兩省僅2010年就有超過20萬hm2的香蕉園因感染香蕉枯萎病而遭受重大經(jīng)濟(jì)損失[2]。香蕉種植主產(chǎn)區(qū)也由海南、廣東轉(zhuǎn)移至云南、廣西等地。由于天氣條件的限制,我國可種植香蕉的耕地面積原本就少,若不采取有效的防治措施,我國香蕉產(chǎn)業(yè)將面臨嚴(yán)峻形勢。

目前國內(nèi)外解決高發(fā)病蕉園連作障礙的有效措施包括選育抗病品種、合理輪作、施用生物有機(jī)肥和化學(xué)熏蒸等[3-4]。輪作可以提高土壤細(xì)菌群落的多樣性,同時(shí)因大多數(shù)病原菌都是專性寄生,輪作可以改變寄主,減輕病害的發(fā)生,還可以減輕自毒作用[5]。目前為連作蕉園選擇合適的作物進(jìn)行輪作,建立科學(xué)的香蕉輪作制度是緩解香蕉連作障礙最有效的措施[6]。香蕉與菠蘿(Ananas comosus)、水稻(Oryza sativa)、木薯(Manihot esculentatz)輪作均可降低連作蕉園土壤中病原菌的數(shù)量,有效改善連作蕉園土壤的微生物環(huán)境[7-9]。

有研究結(jié)果表明[10-13],生物有機(jī)肥通過眾多有益細(xì)菌的拮抗作用和定殖能力,可以改善連作蕉園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì),提高蕉園土壤微生物活性。Zhang等[14]和胡偉等[15]發(fā)現(xiàn),香蕉與韭菜(Allium tuberosum)輪作或套種配施生物有機(jī)肥能夠有效增加土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量,減少尖孢鐮刀菌數(shù)量。茄子(Solanum melongena)作為海南省主要冬季瓜菜,具有較大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。趙娜等[16]通過盆栽試驗(yàn)提出,茄子與香蕉輪作比香蕉連作能顯著降低根際土壤中尖孢鐮刀菌和真菌的數(shù)量,增加土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量,改善土壤微生物區(qū)系失衡現(xiàn)象。然而,在田間狀況下,輪作茄子對連作蕉園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤理化性質(zhì)的影響以及茄子輪作配施生物有機(jī)肥對連作蕉園土壤微生物區(qū)系的影響卻鮮見報(bào)道。為此,本研究利用常規(guī)方法結(jié)合變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE),分析了大田輪作茄子配施生物有機(jī)肥對連作蕉園土壤微生物區(qū)系的影響,以期為連作障礙蕉園土壤修復(fù)和建立香蕉合理的輪作制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為海相沉積物發(fā)育的燥紅土,連作香蕉13年,土壤基本理化性質(zhì):pH5.94,土壤速效磷146.0mg·kg-1,速效鉀113.0mg·kg-1,堿解氮38.3mg·kg-1,有機(jī)質(zhì)9.8 g·kg-1。

供試茄子品種為‘長豐2號(hào)’,由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院品種資源研究所蔬菜研究室戚志強(qiáng)博士提供。供試香蕉苗品種為‘農(nóng)科1號(hào)’(中感巴西蕉品種),由海南省萬鐘實(shí)業(yè)有限公司提供。

供試普通有機(jī)肥為 70%腐熟雞糞和30%菜粕堆制而成,含N1.21%,P2O52.44%,K2O1.01%。供試BIO生物有機(jī)肥自行堆制,將對香蕉枯萎病病原菌有顯著拮抗作用的解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciensW19,由江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化利用高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供)接種到腐熟普通有機(jī)肥經(jīng)二次固體堆制而成,含 N1.15%,P2O52.52%,K2O1.13%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大田試驗(yàn)于2015年1月至2016年1月在海南省萬鐘實(shí)業(yè)有限公司農(nóng)場中進(jìn)行。供試田塊已連續(xù)種植香蕉13年,香蕉枯萎病發(fā)病率＞60%。試驗(yàn)由2種肥料(普通有機(jī)肥與BIO生物有機(jī)肥)和2種種植模式(連作香蕉模式與茄子-香蕉輪作模式)構(gòu)成,共設(shè)4個(gè)處理:1)輪作茄子+普通有機(jī)肥(E-OF);2)輪作茄子+生物有機(jī)肥(E-BF);3)連作香蕉+普通有機(jī)肥(B-OF);4)連作香蕉+生物有機(jī)肥(B-BF)。每個(gè)處理3次重復(fù)。試驗(yàn)區(qū)共有12個(gè)獨(dú)立小區(qū),每小區(qū)面積為4 m×20 m=80 m2,小區(qū)起壟種植,壟寬4 m,壟高30cm。相互間不透水、不透肥。完全隨機(jī)排列。本試驗(yàn)在上茬香蕉收獲后,于2015年1—4月輪換種植茄子第1季,2015年10月—2016年1月種植第2季,株行距為50cm×100cm。香蕉則同時(shí)從2015年1月種植至2016年1月(繼續(xù)連作1年),株行距為150cm× 200cm。本試驗(yàn)條件下,2015年4月為第1季茄子收獲期,2016年1月為第2季茄子收獲期。香蕉收獲時(shí)間則為2016年1月。普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥施用量為834kg·667m-2,全部作為基肥一次性旋入大田。試驗(yàn)區(qū)茄子及香蕉大田管理同農(nóng)場香蕉常規(guī)模式,即施入硝酸磷鉀肥(22-9-9)30kg·667m-2、尿素45kg·667m-2、復(fù)合肥(15-15-15)30kg·667m-2、過磷酸鈣15kg·667m-2,復(fù)合肥及過磷酸鈣作為底肥一次性施入,硝酸磷鉀及尿素底肥施入全量的 2/3,剩下的1/3作為追肥于大苗期及花蕾期均分兩次施入。茄子后期追肥同香蕉追肥模式。

1.3 項(xiàng)目測定與方法

1.3.1 土樣采集

茄子土樣:本試驗(yàn)中茄子的生長周期為4個(gè)月,每月在小區(qū)內(nèi)按照S形選取采樣點(diǎn),用直徑5cm土鉆采0～20cm表土,各小區(qū)隨機(jī)采3個(gè)點(diǎn)并混勻?yàn)?個(gè)土樣。香蕉土樣:各小區(qū)隨機(jī)選取3株健康香蕉,用土鉆于植株滴水線附近隨機(jī)選取3點(diǎn)鉆取距地表約0～20cm表土并混勻?yàn)?個(gè)土樣。因茄子生長周期短,香蕉生長周期長,故每月采集茄子土樣時(shí)同時(shí)采集香蕉土樣。其中,2015年4月為茄子第1季收獲期,則視為香蕉中期采樣(香蕉大苗期)。每處理3次重復(fù),剔除石礫等雜物后過2 mm篩,部分樣品4℃下保存?zhèn)溆?部分樣品風(fēng)干后用于土壤化學(xué)特性的測定。

1.3.2 土壤可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌、細(xì)菌及真菌數(shù)量的測定

土壤可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌、細(xì)菌及真菌的數(shù)量均通過稀釋涂布法測定?？膳囵B(yǎng)尖孢鐮刀菌計(jì)數(shù)使用改良后的Komada培養(yǎng)基K2[15],28℃培養(yǎng)96 h;細(xì)菌采用Luria-Bertani(LB)培養(yǎng)基,30℃培養(yǎng)24 h;真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基,28℃培養(yǎng)72 h。將培養(yǎng)后計(jì)數(shù)平板上形成的菌落數(shù)轉(zhuǎn)換成每克干土形成的菌落數(shù)(Colony Forming Unit,CFU),以log CFU·g-1(干土)表示。各樣品中每克干土的細(xì)菌菌落數(shù)比真菌的菌落數(shù),即為可培養(yǎng)細(xì)菌與真菌的B/F值。

1.3.3 土壤理化性質(zhì)的測定

土壤理化性質(zhì)的測定方法均參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》[17]。

1.3.4 土壤總DNA提取

稱 0.8 g土壤樣品,按照 MOBIO的強(qiáng)力土壤DNA提取試劑盒(Power Soil DNA Isolation kit,USA)說明書提取土壤樣品總DNA,-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.5 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的測定

土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)采用變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)進(jìn)行測定。細(xì)菌 PCR擴(kuò)增采用16S rDNA 通用引物F338-GC和R518進(jìn)行擴(kuò)增[18]。采用D-Code點(diǎn)突變檢測系統(tǒng)(D Code Universal Mutation Detection System,BIO-RAD,USA)對PCR產(chǎn)物DGGE分析。聚丙烯酰胺凝膠濃度為8%,細(xì)菌變性劑梯度為40%～60%(100%變性劑為7 mol·L-1尿素和40%去離子甲酰胺的混合物)。電泳條件:80 V電壓、60℃恒溫電泳16 h,電泳結(jié)束后銀染膠片并掃描保存。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用Microsoft Excel和SPSS 21.0,通過 Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)處理間差異顯著性水平(α=0.05)。DGGE電泳圖譜分析采用Quantity One 4.4.0軟件進(jìn)行條帶檢測和強(qiáng)度分析,通過非加權(quán)組平均法(UPGMA)進(jìn)行圖譜聚類分析。其中,香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′,Shannon diversity index)、穩(wěn)定性指數(shù)(S,Stability)計(jì)算公式為:

式中:Pi為DGGE條帶i的相對豐度,即一個(gè)泳道中第i個(gè)條帶的光密度占整個(gè)泳道中所有條帶光密度總和的比率;Pimax為群落中相對豐度最大的條帶;i、n是DGGE膠片上的樣品數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 輪作茄子配施生物有機(jī)肥對連作蕉園土壤可培養(yǎng)微生物的影響

2.1.1 對連作蕉園土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量的影響

由圖1a可知,在整個(gè)輪作過程中,4個(gè)處理尖孢鐮刀菌數(shù)量呈先上升后下降的趨勢。在第1季中,4月份收獲期時(shí)與連作香蕉相比,與茄子輪作配施生物有機(jī)肥處理(E-BF)的香焦園土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量顯著下降,從種植初的104cfu·g-1(干土)下降到103cfu·g-1(干土),但與茄子配施普通有機(jī)肥處理相比,差異不顯著。連續(xù)種植第2季茄子,輪作茄子處理土壤中尖孢鐮刀菌顯著低于第1季,但普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥差異不顯著。而在整個(gè)輪作周期中連作香蕉處理土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量一直維持在104cfu·g-1(干土)。

2.1.2 對連作蕉園土壤細(xì)菌數(shù)量的影響

由圖1b可知,在整個(gè)輪作過程中,第1季茄子可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量總體較第 2季多,呈先上升后下降趨勢。在第1季中,4月份收獲期時(shí)與連作香蕉相比,茄子輪作配施生物有機(jī)肥處理(E-BF)可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量高達(dá)3.7×107cfu·g-1(干土),但與輪作茄子配施普通有機(jī)肥處理差異不顯著。連續(xù)種植第2季茄子,輪作茄子配施生物有機(jī)肥與配施普通有機(jī)肥處理差異不顯著,均為1.6×107cfu·g-1(干土)。連作香蕉B-OF、B-BF處理差異也不顯著。但輪作茄子(E-OF、E-BF)處理中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量顯著高于連作香蕉(B-OF、B-BF)處理,分別較B-OF和B-BF高62.7%和60.7%。

2.1.3 對連作蕉園土壤真菌數(shù)量的影響

圖1c可知,在整個(gè)輪作過程中,4個(gè)處理真菌數(shù)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在第1季中,4月份收獲期時(shí)與連作香蕉相比,輪作茄子配施生物有機(jī)肥處理(E-BF)顯著低于其他3個(gè)處理,真菌數(shù)量下降到104cfu·g-1(干土)。連續(xù)種植第2季茄子,輪作茄子處理的真菌數(shù)量顯著低于第1季,但普通有機(jī)肥和生物有機(jī)肥差異不顯著。香蕉B-OF、B-BF處理真菌數(shù)量呈顯著性差異,且都顯著高于E-OF、E-BF處理。結(jié)果表明,與連作香蕉相比,輪作1年茄子能有效降低土壤中可培養(yǎng)真菌的數(shù)量。

2.1.4 輪作對連作蕉園土壤細(xì)菌/真菌比值(B/F)的影響

由表1可知,在第1季中,4月份收獲期輪作茄子配施生物有機(jī)肥處理(E-BF)B/F數(shù)值(381.2)顯著高于其他3個(gè)處理。連續(xù)種植第 2季,輪作茄子配施生物有機(jī)肥處理(E-BF)B/F值與普通有機(jī)肥處理(E-OF)差異不顯著,但都顯著高于連作香蕉的B-OF、B-BF處理。

圖1 香蕉與茄子輪作和配合施用生物有機(jī)肥對香蕉園土壤尖孢鐮刀菌(a)、細(xì)菌(b)和真菌(c)數(shù)量的影響Fig.1 Changes of numbers of soil fusarium (a),bacteria (b) and fungus (c) in banana garden as affected by rotation with eggplant and application of bio-organic fertilizer

表1 香蕉與茄子輪作和配合施用有機(jī)肥對香蕉園土壤B/F的影響Table1 Changes of the ratio of bacteria to fungi of banana garden soil as affected by rotation with eggplant and application of organic fertilizer

2.2 輪作茄子配施生物有機(jī)肥對連作蕉園土壤理化性質(zhì)的影響

由表 2可知,在整個(gè)輪作過程中,輪作茄子配施生物有機(jī)肥處理(E-BF)、輪作茄子配施普通有機(jī)肥處理(E-OF)的土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量在2季收獲期都顯著高于B-OF、B-BF處理,且OF與BF處理差異不顯著。而在整個(gè)輪作周期中香蕉連作土壤的pH都一直維持在酸性土壤狀態(tài)。

土壤速效養(yǎng)分含量方面,第1季中,E-OF處理的速效鉀養(yǎng)分含量最高,達(dá) 229.3mg·kg-1,且顯著高于其他3個(gè)處理。E-OF、E-BF處理速效磷含量差異不顯著。輪作茄子配施生物有機(jī)肥處理(E-BF)堿解氮含量顯著高于其他處理。第2季中,E-OF、E-BF處理速效鉀含量差異不顯著,但都顯著高于香蕉連作處理。表明與連作香蕉相比,采取茄子輪作模式能在一定程度上提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量,調(diào)節(jié)連作香蕉土壤酸堿度,且有利于改善連作蕉園土壤養(yǎng)分利用狀況,提高土壤養(yǎng)分供給水平。

表2 香蕉與茄子輪作和配合施用生物有機(jī)肥對香蕉園土壤理化性質(zhì)的影響Table 2 Changes of soil physicochemical properties of banana garden as affected by rotation with eggplant and application of bio-organic fertilizer

2.3 輪作茄子配施生物有機(jī)肥對連作蕉園土壤細(xì)菌多樣性的影響

根據(jù)變性梯度凝膠電泳分離原理,對DGGE圖譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),無論第1季(圖2a)還是第2季(圖2b)收獲期,各處理在DGGE圖譜中的電泳條帶數(shù)目、位置、亮度和遷移率存在一定程度的差異。在第1季(圖2a)圖譜中,輪作茄子E-OF、E-BF處理?xiàng)l帶有很強(qiáng)的相似性,并且還多了一些特異性條帶A1、A2、A3、 A4。而香蕉連作處理?xiàng)l帶B1、B2亮度降低。在第2季(圖2b)圖譜中,茄子輪作的E-OF、E-BF處理?xiàng)l帶有極強(qiáng)的相似性,而香蕉的B-OF、B-BF也有很強(qiáng)的相似性。條帶a3是輪作茄子處理的共有條帶,亮度最亮,而其在香蕉連作處理中并未出現(xiàn)。a1、a2條帶是茄子E-OF處理的特異性條帶,a4、a5條帶是茄子E-BF的特異性條帶。b2是香蕉B-OF、B-BF共有條帶,但在OF處理亮度最亮。

圖2 香蕉與茄子輪作和配合施用生物有機(jī)肥下茄子第1季(a)和第2季(b)收獲期香蕉園土壤總細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)DGGE圖譜Fig.2 Total soil bacteria DGGE fingerprints at the first (a) and second (b) season harvests of eggplant of banana garden as affected by rotation with eggplant and application of bio-organic fertilizer

基于UPGMA 的土壤總細(xì)菌DGGE聚類分析結(jié)果如圖3所示,無論是第1季(圖3a)還是第2季(圖3b)收獲期,都是輪作茄子(E-OF、E-BF)聚成一簇、連作香蕉(B-OF、B-BF)聚成一簇。在第1季收獲期,輪作茄子聚類相似系數(shù)為 0.37,連作香蕉聚類相似系數(shù)為 0.35。第 2季收獲期,輪作茄子聚類相似系數(shù)高達(dá) 0.87,而連作香蕉聚類相似系數(shù)為 0.79,說明這兩個(gè)處理的群落結(jié)構(gòu)相似程度較高。聚類分析的結(jié)果表明,輪作茄子模式改變了土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu),第1季結(jié)果不太明顯,第2季聚類結(jié)果尤為顯著。

由表3基于土壤細(xì)菌的DGGE圖譜的豐富度、多樣性和穩(wěn)定性指數(shù)分析表明,無論第1季還是第2季輪作茄子 E-OF、E-BF處理的土壤總細(xì)菌的豐富度、多樣性指數(shù)顯著高于B-OF、B-BF處理。

圖3 與茄子輪作和配合施用生物有機(jī)肥下茄子第1季(a)和第2季(b)收獲期香蕉園土壤總細(xì)菌的DGGE聚類分析圖Fig.3 Cluster diagrama of total soil bacteria DGGE fingerprints at the first (a) and second (b) season harvests of eggplant of banana garden as affected by rotation with eggplant and application of bio-organic fertilizer

表3 輪作茄子和配合施用生物有機(jī)肥下香蕉園土壤細(xì)菌的豐富度(R)、穩(wěn)定性指數(shù)(S)和多樣性指數(shù)(H′)Table3 Changes of soil bacteria richness,stability and diversity of banana garden as affected by rotation with eggplant and application of bio-organic fertilizer

3 討論與結(jié)論

同一作物長期連作易造成連作障礙,生物多樣性匱乏和生物群落結(jié)構(gòu)改變,并加快土傳病害病原菌的繁殖[19]。趙娜等[16]盆栽試驗(yàn)研究結(jié)果表明,與茄子輪作能顯著降低枯萎病蕉園土壤中尖孢鐮刀菌和真菌的數(shù)量,增加土壤中可培養(yǎng)的細(xì)菌數(shù)量,改善土壤微生物區(qū)系失衡的現(xiàn)象。

本研究進(jìn)行了大田輪作1年茄子配施生物有機(jī)肥對高發(fā)病連作蕉園土壤微生態(tài)的影響試驗(yàn)。田間試驗(yàn)表明:輪作茄子1年后,土壤中的尖孢鐮刀菌、真菌數(shù)量顯著降低,總細(xì)菌數(shù)量顯著增加。這與趙娜等[16]報(bào)道的研究結(jié)果一致。這一結(jié)果可能與茄子根系分泌物中的化感物質(zhì)能促進(jìn)土壤中細(xì)菌生長,抑制真菌生長有關(guān)[20]。付琳等[21]報(bào)道,施用由解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)NJN-6二次發(fā)酵而成的生物肥料1年,能夠有效防控香蕉枯萎病的發(fā)生。Wang等[22]報(bào)道由解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)W19二次發(fā)酵而成的生物肥料能夠降低尖孢鐮刀菌4號(hào)生理小種的數(shù)量。

Shen等[23]和鐘書堂等[24]研究結(jié)果表明,連續(xù) 2年在連作障礙嚴(yán)重的蕉園施用大量生物有機(jī)肥,顯著增加了可培養(yǎng)細(xì)菌、芽孢桿菌數(shù)量,減少了尖孢鐮刀菌的數(shù)量并改良了可培養(yǎng)細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)及組成。而本試驗(yàn)僅在高發(fā)病蕉園土壤中施用1年由W19功能菌發(fā)酵而成的生物肥料,土壤中可培養(yǎng)的微生物數(shù)量影響效果與配施普通有機(jī)肥差異不顯著?？赡苁怯捎诟甙l(fā)病蕉園土壤微生物區(qū)系已達(dá)到某種穩(wěn)定狀態(tài),輪作時(shí)間和施肥時(shí)間有限。

細(xì)菌/真菌比值(B/F)是土壤微生物生態(tài)的重要指標(biāo),常被用來判斷微生物群落結(jié)構(gòu)的變化[25]。Liu等[26]表明,B/F隨著土壤肥力增高而增大;Yao等[27]研究表明,高B/F土壤的抑病能力強(qiáng)。本研究中,輪作完1季茄子后可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量增加,真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量下降,輪作配施生物有機(jī)肥處理 B/F值顯著高于配施普通有機(jī)肥和香蕉連作處理,表明茄子輪作配施生物有機(jī)肥增加了土壤肥力。

肖新等[28]報(bào)道,菊麥輪作可在一定程度上提高連作土壤 pH,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,對減輕連作障礙具有積極作用。胡鳳霞[29]研究也表明,合理輪作有利于降低土壤容重,進(jìn)而減少土壤EC值,從而對酸性土壤有一定的改善作用。鄭超等[30]認(rèn)為輪作可以增加土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量,加速速效養(yǎng)分的釋放。本研究中,通過輪作茄子后,連作蕉園土壤的理化性質(zhì)與香蕉連作相比,都有顯著提高。這與前人研究結(jié)果一致。

通過平板稀釋涂布已經(jīng)證實(shí)了輪作茄子能夠降低可培養(yǎng)病原菌數(shù)量,且對其他微生物數(shù)量也有影響,但其對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響仍然未知[16]。PCR-DGGE技術(shù)自Muyzer1993年首次應(yīng)用于土壤微生物生態(tài)的研究后,一直廣泛用于微生物分子生態(tài)學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域,目前已經(jīng)發(fā)展成為研究微生物群落結(jié)構(gòu)的主要分子生物學(xué)方法之一[18]。目前國內(nèi)外尚鮮見有關(guān)DGGE切膠測序鑒定在高發(fā)病蕉園輪作茄子配施生物有機(jī)肥處理后土壤微生物區(qū)系變化的報(bào)道。本研究首次利用PCR-DGGE技術(shù)研究茄子配施生物有機(jī)肥處理土壤總細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明:輪作茄子后,較連作香蕉相比,細(xì)菌DGGE圖譜上一些條帶明顯增強(qiáng),并且增加了土壤總細(xì)菌群落的豐度、穩(wěn)定性和多樣性。DGGE的聚類分析圖也表明輪作茄子后土壤群落出現(xiàn)了明顯差異。本研究與于高波等[31]報(bào)道相似,小麥-黃瓜輪作對定植后30 d土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有一定的影響,有利于緩解黃瓜連作障礙,改善土壤微生態(tài)環(huán)境。

本研究未進(jìn)行條帶切膠測序,未來需要進(jìn)一步利用其他高通量測序方法,系統(tǒng)研究輪作茄子后土壤微生物區(qū)系的變化以及輪作配施生物有機(jī)肥處理前后土壤總細(xì)菌的主要類群以及優(yōu)勢種群。

綜上所述,在連作障礙嚴(yán)重的蕉園輪作茄子配施生物有機(jī)肥處理,可顯著降低可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌和真菌數(shù)量,增加可培養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量,并且可以提高土壤 B/F值。在提高土壤理化性質(zhì)的同時(shí)對土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了影響,推測這些變化將有利于連作蕉園土壤向著健康的生態(tài)效應(yīng)方向發(fā)展。

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Effect of eggplant-banana rotation with bioorganic fertilizer treatment on soil microflora in banana continuous cropping orchard*

HONG Shan,JU Hongling,RUAN Yunze,LU Ming,WANG Beibei,ZHAO Yan**,DENG Yan,YIN Liyan
(College of Agronomy,Hainan University,Haikou 570228,China)

BananaFusariumwilt,caused byFusarium oxysporumf.sp.cubenserace 4,has been reported to be the most limiting factor inCavendish-banana production worldwide since1996.With the development of banana industry and regularization of produce in recent years,continuous banana cropping has become a common farming system.Furthermore,Cavendish-banana production comprises of about 90% of banana growing areas in south China,of which more than 200 000 hm2banana orchards have suffered the disease.Among the management control ofFusariumwilt,rational crop rotation in combination with bio-organic fertilizer has been an effective and stable means of prevention of the disease.In this study,eggplant-banana rotation system was used to investigate the effect of cultivating eggplants combining bio-organic fertilizer on soil microflora in banana continuous cropping orchard with seriousFusariumwilt diseases using the plate count method and denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) technique.The chemical properties of the soil were also analyzed in the experiment.Results showed that the effects of application of bio-organic fertilizer on the number of culturableF.oxysporum,fungi and bacteria for both continuous cropping system and rotation with eggplant system of banana were not extremely significant compared with those of organic fertilizer treatment.However,compared with continuous cropping banana,rotation with eggplant of banana significantly reduced the number of culturableF.oxysporum,the number of culturableF.oxysporumdecreased from104cfu·g-1to103cfu·g-1in dry soils.Despite no observed significant differences in soil physico-chemical properties between bio-organic fertilizer and organic fertilizer treatments of the eggplant-banana rotation system,soil pH,organic matter and available N,P and K contents increased under bio-organic fertilizer treatment.The ratio of bacteria to fungi (B/F) in eggplant-banana rotation system was significantly higher in bio-organic fertilizer than that in organic fertilizer treatment.Based on DGGE results,soil bacterial structure was obviously altered after eggplant-banana rotation with bioorganic fertilizer treatment for a year,and then soil bacterial richness,stability and diversity index increased compared with the control (continuous cropping of banana).The effect of eggplant-banana rotation system under bio-organic fertilizer treatment was good,and had a diversity index (Shannon-Wiener) of3.22,while the control treatment with organic fertilizer had a diversity index of 2.89.In conclusion,the rotation of eggplant with banana could effectively improve soil microflora,and plus bio-organic fertilizer application even had a better effect.

Eggplant;Banana;Crop rotation;Bio-organic fertilizer;Soil microflora

Q939.96

:A

:1671-3990(2017)01-0078-08

10.13930/j.cnki.cjea.160609

洪珊,劇虹伶,阮云澤,盧明,王蓓蓓,趙艷,鄧燕,尹黎燕.茄子與香蕉輪作配施生物有機(jī)肥對連作蕉園土壤微生物區(qū)系的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2017,25(1):78-85

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* 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2015CB1505030)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31372142)、海南耕地改良關(guān)鍵技術(shù)研究與示范專項(xiàng)(HNGDg1201502)和江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(BM201101302)資助

** 通訊作者:趙艷,主要研究方向?yàn)橥寥牢⑸?。E-mail:23065041@qq.com洪珊,主要研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)效應(yīng)。E-mail:hongshanhn@163.com

2016-07-08接受日期:2016-09-08

* The study was funded by the National Program on Key Basic Research Project of China (973 Program) (2015CB1505030),the National Natural Science Foundation of China (31372142),the Special Project for Technology of Farmland Improvement of Hainan Province of China (HNGDg1201502) and Jiangsu Key Lab for Solid Organic Waste Utilization (BM201101302).

** Corresponding author,E-mail:23065041@qq.com

Received Jul.8,2016;accepted Sep.8,2016