改良措施對農(nóng)田土壤微生態(tài)及人參存苗率的影響

董林林++徐江++?，|浩

[摘要]該文研究土壤消毒、綠肥回田、施肥過程中土壤微生態(tài)環(huán)境的變化，初步建立農(nóng)田土壤改良方法，保證農(nóng)田栽參的順利進行。研究分析了土壤消毒、消毒+綠肥回田及消毒+綠肥回田+施肥處理后農(nóng)田土壤理化性狀、細(xì)菌群落多樣性及組成，結(jié)果表明改良措施降低土壤pH，增加土壤肥力，降低土壤細(xì)菌多樣性，改變細(xì)菌群落的組成。消毒+綠肥回田+施肥的綜合措施降低移栽參苗死亡率。該研究表明土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥的措施改變農(nóng)田土壤微生態(tài)環(huán)境，綜合改良措施提高參苗存苗率，保障農(nóng)田栽參的開展。

[關(guān)鍵詞]農(nóng)田栽參；微生態(tài)；土壤消毒；綠肥回田

Effects of improving measures on soil microecology and

survival rate of ginseng in farmlands

DONG Linlin1， XU Jiang1， NIU Weihao1， GAO Yue1， ZHANG Naiwu2， NAOKI Fujihara3， LI Xiwen1， CHEN Shilin1*

（1Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China；

2 China Medico Corporation， Beijing 100062， China；

3 Botanical Raw Materials Research Laboratories， Ibaraki 3001192， Japan）

[Abstract]This study analysed the changes of the soil microecology in the process of soil sterilization， green manure returning farmlands and fertilization The methods of soil improvement was initially built which ensured the successful proceed of ginseng cultivation in farmlands The soil chemical properties were analysed， the diversity and composition of bacterial community after soil sterilization， sterilization+green manure returning farmlands and sterilization+green manure returning farmlands+fertilization The results exhibited that measures of soil improvement decreased the pH， increased soil fertility， declined the diversity of bacterial community and changed the composition of soil bacterial community The comprehensive measures of sterilization+green manure returning farmlands+fertilization decreased the ginseng death rate compared to the control Our data indicated that soil microecological environment was changed by the treatments of soil sterilization， sterilization+green manure returning farmlands and sterilization+green manure returning farmlands+fertilization， and comprehensive measures improved the survival rate and guaranteed the development of ginseng cultivation in farmlands

[Key words]ginseng cultivation on farmlands； soil microecology； soil sterilization； green manure returning farmlands

doi：10.4268/cjcmm20162307

人參Panax ginseng C A Mey是傳統(tǒng)名貴藥材，有“百草之王”的美譽。中國是人參主產(chǎn)國，其栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位[1]。人參是多年生宿根植物，連作障礙問題嚴(yán)重，極大制約了人參產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。利用傳統(tǒng)農(nóng)田種植人參，可實現(xiàn)傳統(tǒng)作物與人參輪作，有效的緩解參地資源緊缺的問題[3]。

農(nóng)田土栽種人參存在產(chǎn)量低、病害重等問題[4]，其主要原因是農(nóng)田土的有機質(zhì)含量低，土壤肥力較差，孔隙度小，容重大，不利于人參生長[56]。因此，土壤改良是保障農(nóng)田栽參順利開展的前提。土壤消毒能有效殺滅土壤中病原菌，減輕土傳病害[7]，綠肥回田可以改善土壤的理化性狀并對病蟲害有顯著的抑制作用[8]，施肥改土增加土壤肥力，保證人參的順利生長[9]。目前，關(guān)于土壤消毒和綠肥回田及施肥改土過程中，土壤微生態(tài)環(huán)境變化的研究相對較少，而該結(jié)果對于指導(dǎo)土壤改良具有重要的意義。

本研究采用土壤消毒和綠肥回田及施肥措施改良農(nóng)田土壤微生態(tài)環(huán)境，通過分析土壤理化性質(zhì)和微生物群落變化及綜合改良后人參死苗率，闡述改良措施對土壤微生態(tài)的改善作用，為農(nóng)田栽參的順利開展提供參考。

1材料與方法

11試驗設(shè)計該試驗開展于中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所靖宇縣農(nóng)田栽參基地（1268°，4239°），試驗面積為667 m2。該試驗地是傳統(tǒng)的農(nóng)田，前茬作物為玉米Zea mays L。玉米收獲后，地塊經(jīng)旋耕備用。小區(qū)試驗（面積為111 m2）隨機排布，試驗設(shè)計為：6月20日采用氯化苦進行土壤消毒，即施入土中15 cm處，在03 m×03 m間距中每個穴中施入3 mL，覆膜1周；7月15日，消毒后的地塊種植綠肥紫蘇Perilla frutescens Britt，用種量為15 g·m-2；8月28日綠肥回田，旋耕2次；9月15日對消毒及回田之后的地塊進行施肥改土，采用農(nóng)家肥30 kg·m-2，農(nóng)家肥主要成分為牛糞及豬糞，按照2∶1混勻、備用，其中以無任何處理的小區(qū)作為對照。按照林地栽參方式，進行做床、播種等農(nóng)藝措施。人參、紫蘇種子及農(nóng)家肥由盛實百草有限公司提供。

12土壤樣品采集于土壤消毒前后、綠肥回田后、施肥改土之后，分別采集農(nóng)田土壤樣品；同時以無任何處理的小區(qū)樣品為對照。每個小區(qū)隨機選取5個點，采集每個點0～20 cm土層樣品，將5個樣品混勻，過篩（2 mm）。每份樣品分為2部分，一部分用于土壤理化性狀的分析，另一部分于-80 ℃保存?zhèn)溆糜谕寥牢⑸锶郝浞治觥?/p>

13土壤理化性狀的分析土壤pH采用水浸提法測定[10]；土壤有機質(zhì)及氮分別采用水合熱法[11]及凱氏定氮法測定[12]；微波消解法測定土壤金屬元素。

14土壤微生物群落的分析采用MOBIO PowerSoil Kit（MOBIO，美國）提取土壤總DNA，利用通用引物27F/338R擴增細(xì)菌16S rRNA片段[13]。序列擴增、純化、均一化參照Rodrigues 等[14]描述。采用Illumina Misq測序方法獲取土壤細(xì)菌宏基因組序列，利用QIIME軟件進行序列分析[15]。通過各樣品標(biāo)簽對數(shù)據(jù)進行區(qū)分并歸類（表1），去除非靶區(qū)域序列及嵌合體[16]。采用RDP classifier將序列進行物種分類，對每個樣本和每個物種單元進行分類，構(gòu)建樣本和物種分類單元序列豐度矩陣[17]。根據(jù)序列之間的距離進行聚類，并根據(jù)序列之間的相似性作為域值分成操作分類單元（OTU）。計算各物種多樣性指數(shù)，衡量樣本物種多樣性[16]。

15死苗率分析每個小區(qū)隨機選取2 m2，統(tǒng)計移栽參第2年的出苗數(shù)；7月中旬統(tǒng)計參苗的死苗數(shù)，計算死苗率，3次重復(fù)。

16數(shù)據(jù)分析采用SPSS 110軟件，在α=005水平上進行顯著性方差分析。

2結(jié)果

21改良措施降低土壤pH，增加土壤肥力與對照相比，土壤消毒，消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥減低了土壤pH，增加了土壤總氮（N）、有機質(zhì)（OM）、鐵（Fe）、速效鉀（AK）、鎂（Mg）、錳（Mn）、全磷（P）、鋅（Zn）的含量（表 2）；其中pH分別減低了14%，10%，5%；土壤有機質(zhì)分別增加52%，72%，76%；土壤中總氮分別增加50%，47%，59%；Fe，AK，Mg，Mn，P，Zn的含量分別增加14%～33%，1%～18%，14%～28%，30%～46%，1%～34%，6%～17%。結(jié)果表明，土壤消毒，消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥措施降低土壤pH，增加土壤肥力。

22改良措施減低土壤微生物多樣性采用高通量測序技術(shù)，21個土壤樣品中共獲得330 464條序列，其中222 296條序列可分類，每個樣品中平均有10 585條序列，序列長度5 025～16 329（表1）。土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥的措施降低了土壤微生物的多樣性（表3）。與對照相比，土壤消毒后香農(nóng)指數(shù)，Chao1和豐富度，分別減低了4%，2%，6%；消毒+綠肥回田后，香農(nóng)指數(shù)，Chao1和豐富度均減低了1%，消毒+綠肥回田+施肥后，香農(nóng)指數(shù)，Chao1和豐富度分別減低了3%，3%，2%。結(jié)果表明，土壤改良措施降低土壤微生物多樣性，但差異不顯著。

23改良措施改變土壤微生物群落的組成土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥改變了土壤微生物群落的組成（圖1，2）。PCoA結(jié)果表明，與對照相比，土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥處理之后，土壤微生物群落組成發(fā)生變化（圖1）。

在門的水平上，與對照相比，消毒后土壤中Firmicutes，Acidobacteria，Nitrospira，Armatimonadetes，Actinobacteria，Chlorobi，Gemmatimonadetes，Planctomycetes，TM7的豐度下降；消毒+綠肥回田措施降低了土壤中Proteobacteria，Bacteroidetes，Actinobacteria，TM7，Verrucomicrobia的豐度；消毒+綠肥回田+施肥后，土壤中Firmicutes，Bacteroidetes，Acidobacteria，Nitrospira，Armatimonadetes，Chlorobi，Gemmatimonadetes，Chloroflexi，Planctomycetes豐度下降（圖2A）。結(jié)果表明，改良后土壤微生物的豐度在門水平主要表現(xiàn)為下降趨勢。

在科的水平，與對照相比，消毒后土壤中Succinivibrionaceae，Comamonadaceae，Ruminococcaceae，Porphyromonadaceae，Lachnospiraceae，Xanthomonadaceae，Planococcaceae豐度增加；消毒+綠肥回田后，消毒+綠肥回田+施肥后土壤中Succinivibrionaceae，Ruminococcaceae，Sphingobacteriaceae，Porphyromonadaceae，Lachnospiraceae，Xanthomonadaceae，Planococcaceae豐度增加（圖2B）。結(jié)果表明，改良后土壤中微生物的豐度在科水平主要表現(xiàn)為增加趨勢。

在屬水平，與對照相比，消毒后土壤中Faecalibacterium，Pseudomonas，Succinivibrio，Barnesiella，Serratia，Simplicispira，Stenotrophomonas豐度下降；消毒+綠肥回田后土壤中Buttiauxella，F(xiàn)aecalibacterium，Pseudomonas，Succinivibrio，Escherichia，Barnesiella，Acinetobacter，Pedobacter，Serratia，Stenotrophomonas豐度下降；消毒+綠肥回田+施肥后土壤中Buttiauxella，F(xiàn)aecalibacterium，Succinivibrio，Escherichia，Barnesiella，Acinetobacter，Pedobacter豐度下降（圖2C）。結(jié)果表明，改良后土壤微生物的豐度在屬的水平主要表現(xiàn)為下降趨勢。

24綜合改良措施降低人參死苗率土壤消毒+綠肥回田+施肥的綜合改良措施降低了移栽參的死苗率（圖3）。未改良小區(qū)的人參死苗率達(dá)168%，改良后的小區(qū)人參死苗率為102%，土壤改良后人參的死苗率下降了393%。

不同字母表示差異顯著，P<005；CK對照；Treatment綜合改良措施。

圖3綜合土壤改良措施降低人參死苗率

Fig3Comprehensive measures of soil improvement decreased the ginseng death rate

3討論

土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥的土壤改良措施降低土壤pH，增加土壤肥力，降低了土壤微生物的多樣性，改變了土壤微生物群落的組成；改良后土壤微生物群落在門及屬水平上其豐度主要表現(xiàn)下降趨勢，在科水平上其豐度主要表現(xiàn)增加趨勢。此外，綜合改良措施降低人參死苗

率，保障農(nóng)田栽參的開展。

土壤中存在大量的致病微生物、害蟲，消毒可以有效的殺滅土層中病原菌、害蟲及蟲卵，減低作物的死苗率[7]。氯化苦處理土壤減低土壤微生物多樣性、改變?nèi)郝涞慕M成。氯化苦可以殺滅土壤微生物，對細(xì)菌、放線菌、真菌的殺滅率均在85%以上，有效減少土傳病害的病原菌數(shù)量[18]。苗床使用不同用量氯化苦熏蒸對莧菜、馬齒莧、莎草均有極顯著防效；大田條件下，不同用量氯化苦處理對黑脛病的防效為75%～88%；對根結(jié)線蟲病的防效為54%～66%，并能明顯改善煙株生物學(xué)性狀[19]。本研究中氯化苦消毒采用覆膜處理，加快雜草的腐解，有效地增加了土壤的肥力。

土壤微生群落在礦物營養(yǎng)循環(huán)及有機質(zhì)降解等方面起到重要作用，其多樣性及組成影響土壤的生產(chǎn)力、作物產(chǎn)量及品質(zhì)[2021]。氯化苦消毒之后，土壤微生物多樣性下降，組成發(fā)生變化，然而土壤消毒劑對土壤中有益微生物群落亦有殺滅作用，因此在土壤消毒的基礎(chǔ)之上，采用紫蘇進行綠肥回田的措施，改善土壤微生態(tài)環(huán)境。綠肥回田改善土壤微生物區(qū)系，增加土壤中有益微生物種類、有機質(zhì)的含量，改善土壤結(jié)構(gòu)的作用[8，2223]。紫蘇結(jié)合有機肥增加土壤肥力，改善土壤環(huán)境，進而提高人參產(chǎn)量和品質(zhì)，其中有機肥具有培肥土壤、養(yǎng)分全、肥效長等特點，能夠調(diào)節(jié)參土N，P，K 含量及其比例，降低人參銹腐病的發(fā)生 [24]。此外使用有機肥后，土壤中硼、鋅、鎂、鐵、錳、銅等微量元素增加，人參根部的總皂苷、還原糖和淀粉含量顯著提高 [25]。綠肥回田、施肥措施改變土壤多樣性及組成，驅(qū)動土壤功能的轉(zhuǎn)變，進而影響作物的生長[2627]。生物有機肥的施用增加土壤中有益菌Paenibacllus，Trichoaderma， Bacillus，Streptomyces的豐度，降低致病菌Fusarium的豐度[27]。氮肥施用直接或間接誘導(dǎo)主要細(xì)菌群落，有助于富養(yǎng)型細(xì)菌群落（包括Proteobacteria，Bacteroidetes）豐度的增加[24]。本研究結(jié)果表明，土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥改土的措施均改變了農(nóng)田土壤微生態(tài)環(huán)境，其中土壤消毒+綠肥回田+施肥的綜合改良措施可以建立適宜人參生長的根際微生態(tài)環(huán)境，進而保障農(nóng)田栽參的順利開展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]任躍英， 張益勝， 李國君， 等 非林地人參種植基地建設(shè)的優(yōu)勢分析[J] 人參研究， 2011（2）：34

[2]趙日豐 人參西洋參忌地形成機制[J] 特產(chǎn)研究， 2001 （1）：40.

[3]沈亮， 徐江， 董林林， 等 人參栽培種植體系及研究策略[J] 中國中藥雜志， 2015， 40（17）：3367

[4]金永善， 許永華， 龐立杰， 等 農(nóng)田種植綠色人參技術(shù)研究[J] 人參研究， 2006（3）：10

[5]Im W， Kim S， Liu Q， et al Nocardioides ginsengisegetis sp nov， isolated from soil of a ginseng field [J] J Microbiol， 2010， 48（5）：623

[6]Vendan R T， Yu Y J， Lee S H， et al Diversity of endophytic bacteria in ginseng and their potential for plant growth promotion[J] J Microbiol， 2010， 48（5）：559

[7]馬承鑄， 李世東， 顧真榮， 等 三七連作田根腐病復(fù)合癥綜合治理措施與效果[J] 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2006（4）：63

[8]Lamondia J A Management of lesion nematodes and potato early dying with rotation crops [J] J Nematol， 2006， 38（4）：442

[9]王鐵生 中國人參[M] 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 2001

[10]張敏， 謝運球， 馮英梅， 等 浸提用水對測定土壤pH值的影響[J] 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2008（6）：58

[11]Rowell D L Soil science： methods and applications [M] Utrecht the Netherlands：Longman， 1994：573

[12]Keeney D R， Nelson D W Nitrogeninorganic forms Methods of soil analysis， Part 2： chemical and microbiological properties [M] Madison：American Society of Agronomy， 1982：595

[13]Fierer N， Jackson J R， Jackson R B Assessment of soil microbial community structure by use of taxonspecific quantitative PCR assays [J] Appl Environ Microb， 2005， 71：4117

[14]Jorge L M R， Vivian H P， Rebecca M， et al Conversion of the Amazon rainforest to agriculture results in biotic homogenization of soil bacterial communities [J] Proc Natl Acad Sci USA， 2013， 110：988

[15]Caporaso J G， Bittinger K， Bushman F D， et al PyNAST： a flexible tool for aligning sequences to a template alignment [J] Bioinformatic， 2010， 26：266

[16]Caporaso J G， Kucynski J， Stombaugh J， et al QIIME allows analysis of highthroughput community sequencing data [J] Nat Methods， 2010， 7（5）：335

[17]Wang Q， George M G， James M T， et al Nave Bayesian classifier for rapid assignment of rRNA sequences into the new bacterial taxonomy [J] Appl Environ Micr， 2007， 73（16）：5261

[18]孫軍德， 趙春艷， 曲寶成， 等 氯化苦熏蒸土壤對微生物種群數(shù)量的影響 [J] 土壤通報， 2005， 36（2）：283

[19]王海濤， 陳玉國， 王省偉， 等 氯化苦土壤熏蒸防治煙田雜草及土傳病害效果研究[J] 中國農(nóng)學(xué)通報， 2010， 26（4）：244

[20]Fierer N， Lauber C， Ramirez K， et al Comparative metagenomic， phylogenetic and physiological analyses of soil microbial communities across nitrogen gradients[J] ISME J， 2012， 6：1007

[21]Bell T， Yergeau E， Maynard C， et al Predictable bacterial composition and hydrocarbon degradation in Arctic soils following diesel and nutrient disturbance [J] ISME J， 2013， 7：1200

[22]吳連舉， 趙亞會， 關(guān)一鳴， 等 人參連作障礙原因及其防治途徑研究進展[J] 特產(chǎn)研究， 2008（2）：68

[23]Tian Y Q， Zhang X Y， Liu J， et al Effects of summer cover crop and residue management on cucumber growth in intensive Chinese production system： soil nutrients， microbial properties and nematodes [J] Plant Soil， 2011， 88（3）：429

[24]程海濤， 張亞玉， 張連學(xué)， 等 土壤環(huán)境與人參生長關(guān)系的研究進展[J] 中藥材， 2011， 34（2）：313

[25]白容霖， 張惠麗， 曲力濤 參地施用有機糞肥對人參銹腐病和參根質(zhì)量的作用[J] 特產(chǎn)研究， 2000， 22（2）：34

[26]Garbeva P， Veen J A V， Elsas J D V Microbial diversity in soil： selection of microbial populations by plant and soil type and implications for disease suppressiveness [J] Annu Rev Phytopathol， 2004， 42（1）：243

[27]Oiu M H， Zhang R F， Xue C， et al Application of bioorganic fertilization can control Fusarium wilt of cucumber plants by regulating microbial community of rhizosphere soil [J] Biol Fertil Soils， 2012， 48：807

[責(zé)任編輯呂冬梅]