茄子連作與輪作土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)差異分析

李戌清，張雅，田忠玲，吳根良

茄子連作與輪作土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)差異分析

李戌清1*，張雅1*，田忠玲2，吳根良11

（1.杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，杭州310024；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，杭州310058）

研究茄子連作與輪作土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，為闡明連作障礙和輪作減輕病害的機(jī)制提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：與輪作相比，連作（茄子-茄子-茄子-茄子）土壤有效磷、鈣、鎂含量顯著降低；多酚氧化酶、脲酶、堿性蛋白酶活性降低；細(xì)菌分類單元數(shù)量減少，真菌增多，兩者的多樣性指數(shù)降低，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)升高。不同作物輪作方式間也存在差異，水旱輪作（茄子-水稻-水稻-茄子）與旱地輪作[茄子-四季豆（上半年）+長瓜（下半年）-四季豆（上半年）+長瓜（下半年）-茄子]相比，水旱輪作土壤酸堿度、總磷、有效磷、交換性鈣、鎂、錳含量顯著增加，而鹽度和有效硼含量顯著降低；過氧化物酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶活性顯著降低，而過氧化氫酶、脲酶、堿性蛋白酶活性顯著升高；細(xì)菌分類單元數(shù)量增加，真菌減少，多樣性指數(shù)升高，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)降低。綜上表明，連作較輪作更有利于保持或提高土壤肥力和土地生產(chǎn)力，尤其以水旱輪作較佳，是山地茄子栽培中值得推廣的一種種植方式。

茄子；連作；輪作；土壤養(yǎng)分；酶活性；微生物群落結(jié)構(gòu)

茄子（Solanum melongena L.）營養(yǎng)豐富，是廣大消費(fèi)者最喜愛食用的蔬菜品種之一。然而，隨著茄子的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展，病害發(fā)生亦日趨嚴(yán)重，其中土傳性病害發(fā)生尤為普遍，在浙江的一般田塊發(fā)病率為20%～40%，嚴(yán)重時(shí)達(dá)70%～80%，嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)厍炎赢a(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我們?cè)谡{(diào)查田間茄子病害時(shí)發(fā)現(xiàn)，茄子輪作田塊病害發(fā)生率明顯比連作田塊低，但病害減輕的具體機(jī)制還不清晰。

一些研究表明，作物連作后，即使在正常的栽培管理?xiàng)l件下，也會(huì)出現(xiàn)長勢(shì)變?nèi)?、病蟲害嚴(yán)重、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降的現(xiàn)象，即為連作障礙[1-2]。目前，連作障礙已成為制約蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要因子之一。研究顯示：在番茄連作土壤中，微生物多樣性下降，有益菌數(shù)量顯著降低，病原菌數(shù)量顯著增加，病害頻發(fā)[3]；且在設(shè)施栽培番茄土壤中，連作年限越長，pH值越低，細(xì)菌數(shù)量越少[4]。相比較而言，合理輪作不僅有利于調(diào)節(jié)土壤肥力，改變土壤理化性狀，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且還能控制作物病害的發(fā)生[5-6]。楊祥田等[7]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)草莓-悶棚（即草莓采收后不揭棚膜，灌水，利用夏日高溫進(jìn)行高溫悶棚）、草莓-水稻4年輪作（即草莓采收結(jié)束后，揭掉棚膜，翻耕，在田間直播水稻），土壤pH值升高，鹽分積累減少，黃萎病發(fā)生率降低，草莓產(chǎn)量及效益明顯提高。于高波等[8]在東北實(shí)施小麥-黃瓜和毛苕子-黃瓜（當(dāng)年秋季，黃瓜常規(guī)種植，輪作作物小麥和毛苕子條播于2壟搭架黃瓜壟臺(tái)的外側(cè)，上凍前結(jié)合秋翻將小麥和毛苕子翻入土壤中，第2年春季黃瓜常規(guī)種植）輪作時(shí)發(fā)現(xiàn)，相較于黃瓜連作，輪作使根際細(xì)菌種類顯著增加，真菌群落明顯減少，土壤微生態(tài)環(huán)境顯著改善，黃瓜產(chǎn)量明顯提高。張黎杰等[9]發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于西瓜2年連作，西瓜-草菇-辣椒（在同一田塊，3月至5月種植西瓜，7月至8月種植草菇，8月至12月種植辣椒）2年輪作更有利于防止土壤酸化和次生鹽漬化，提高有機(jī)質(zhì)含量，增加細(xì)菌和放線菌數(shù)量，降低有害病原真菌數(shù)量，從而顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。然而，不同方式的茄子輪作，尤其是水旱輪作對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)等影響的相關(guān)研究尚未見報(bào)道。

測(cè)定土壤養(yǎng)分含量可了解土壤中養(yǎng)分的分布情況，測(cè)定土壤酶活性可了解土壤中各營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度、土壤肥力及自凈能力，分析微生物群落結(jié)構(gòu)可了解土壤中細(xì)菌和真菌的構(gòu)成比例以及微生物多樣性和優(yōu)勢(shì)度狀況。而不同的栽培制度會(huì)影響土壤的養(yǎng)分、酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)變化，也會(huì)影響土壤中病原菌的存活。為此，本文通過測(cè)定茄子輪作與連作土壤養(yǎng)分、酶活性以及用微生物高通量測(cè)序技術(shù)（細(xì)菌16S區(qū)、真菌ITS區(qū)）分析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，揭示不同栽培制度的土壤樣品間存在的差異，為闡明連作障礙和輪作減輕病害的機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

所采集的土壤樣品分別來自浙江省杭州市臨安區(qū)龍崗鎮(zhèn)林坑村的連作和輪作田塊。連作的栽培方式為：茄子-茄子-茄子-茄子（EEEE）連作，即連續(xù)4年種植“杭茄2010”品種（每年4月20日左右定植茄苗至田間，7月15日左右剪枝，11月初采收結(jié)束，其余時(shí)間田閑置）。輪作的栽培方式如下。1）水旱輪作：茄子-水稻-水稻-茄子（ERRE）輪作，即第1年種植“杭茄2010”品種，第2年種植水稻（5月1日直播水稻于田間，11月水稻采收結(jié)束，其余時(shí)間田閑置），第3年種植水稻（同第2年），第4年種植“杭茄2010”品種；2）旱地輪作：茄子-四季豆（上半年）+長瓜（下半年）-四季豆（上半年）+長瓜（下半年）-茄子（EGBE）輪作，即第1年種植“杭茄2010”品種，第2年種植四季豆和長瓜（4月20日左右種植四季豆，夏季采收結(jié)束后種植長瓜，待長瓜采收結(jié)束后，其余時(shí)間田閑置），第3年種植四季豆和長瓜（同第2年），第4年種植“杭茄2010”品種。

1.2 土壤樣品采集與處理

采用五點(diǎn)取樣法采集土壤樣品。每點(diǎn)采集0～20 cm耕作層土壤，挑去雜物，混勻，保留約2.5 kg土壤，置于樣品采集袋中，并貼上標(biāo)簽。其中：每點(diǎn)取約2 kg土壤，自然風(fēng)干，混勻，用于土壤養(yǎng)分、酶活性等常規(guī)測(cè)定；每點(diǎn)另取約20 g土壤，立即用液氮冷凍，用于細(xì)菌和真菌高通量測(cè)序。

1.3 樣品測(cè)定

1.3.1 土壤養(yǎng)分和酶活性測(cè)定

土壤養(yǎng)分測(cè)定方法如下。土壤pH測(cè)定：稱取10 g過1 mm篩孔的土樣于25 mL燒杯中，加蒸餾水10 mL混勻，靜置30 min，用IQ150 pH儀（IQ公司，美國）測(cè)定土壤浸出液的pH值。土壤鹽度測(cè)定：稱取20 g過2 mm篩孔的土樣于250 mL干燥三角瓶中，加100 mL蒸餾水，振蕩3 min，過濾至另一干燥的三角瓶中，得到清亮的土壤浸出液，用EL30k電導(dǎo)率儀（Mettler-Toledo公司，瑞士）測(cè)定土壤浸出液鹽度。土壤總有機(jī)質(zhì)測(cè)定：稱取0.5 g過0.25 mm篩孔的土樣于試管中，采用重鉻酸鉀氧化法[10]測(cè)定?？偟獪y(cè)定：取充分混勻土樣，按照四分法縮減至100 g，粉碎，過2 mm篩孔，用KJELTEC2300全自動(dòng)定氮儀（FOSS公司，瑞典）測(cè)定。總磷測(cè)定：稱取1 g過0.25 mm篩孔的土樣于50 mL三角瓶中，采用濃硫酸-高氯酸消煮法、鉬銻抗比色法測(cè)定[11]。有效磷測(cè)定：稱取2.5 g土樣于干燥的150 mL具塞錐形瓶中，采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法[12]測(cè)定。全鐵測(cè)定：取1 mL土樣溶液置于50 mL干凈容量瓶中，采用鄰菲羅啉分光光度法[13]測(cè)定。總鉀、速效鉀、鈣、交換性鈣、鎂、硼、有效硼及錳測(cè)定：參照《土壤農(nóng)化分析》中的方法[14]測(cè)定。

酶活性測(cè)定方法如下。土壤過氧化氫酶活性測(cè)定：取0.1 g土樣，采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，以24 h后1 g土壤催化降解過氧化氫的μmol數(shù)表示[15]。土壤過氧化物酶和多酚氧化酶活性測(cè)定：取0.05 g土樣（多酚氧化酶活性測(cè)定時(shí)土樣需過30～50目篩），采用鄰苯三酚比色法測(cè)定，以24 h后1 g土壤中產(chǎn)生的紫色沒食子素（pyrogallol）的mg數(shù)表示[15]。土壤脲酶活性測(cè)定：取0.25 g土樣，采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定，以24 h后1 g土壤中產(chǎn)生NH3-N的μg數(shù)表示[15]。土壤堿/酸/中性蛋白酶活性測(cè)定：取0.02 g土樣，采用茚三酮比色法測(cè)定，以24 h后1 g土壤中產(chǎn)生的酪氨酸（tyrosine）的mg數(shù)表示[15]。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行基本計(jì)算，用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性水平為p＜0.05。

1.3.2 土壤真菌和細(xì)菌的高通量測(cè)序

土壤樣品送至杭州谷禾信息技術(shù)有限公司進(jìn)行細(xì)菌和真菌高通量測(cè)序。

土壤細(xì)菌的高通量測(cè)序：用強(qiáng)力土壤DNA提取試劑盒（PowerSoil DNA Isolation Kit，MO BIO公司，美國）提取土壤中的基因組DNA，進(jìn)行PCR擴(kuò)增，經(jīng)電泳檢測(cè)，磁珠回收，濃度檢測(cè)，割膠純化后，在MiSeq高通量測(cè)序儀（Illumina公司，美國）上進(jìn)行雙向測(cè)序，所得序列長度約為480 bp。其中PCR擴(kuò)增所用引物為細(xì)菌V3-V4區(qū)通用引物對(duì)（正向引物：5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′，反向引物：5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′[16]）。通過聚類分析形成細(xì)菌分類單元（operational taxonomic units,OTUs），用BLAST程序比對(duì)GenBank（http://ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/）中的已知序列，再根據(jù)97%的相似性確定各16S rDNA序列所代表的細(xì)菌種類。

土壤真菌的高通量測(cè)序：PCR擴(kuò)增所用引物為真菌ITS2區(qū)通用引物對(duì)（正向引物：5′-GCATCGATGAAGAACGCAGC-3′，反向引物 ：5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′[17])，所得序列長度約為380 bp。DNA提取、PCR擴(kuò)增、上機(jī)測(cè)序、真菌分類單元（OTUs）的獲得、ITS rDNA序列所代表真菌種類的確定方法等均與細(xì)菌的一致。

利用土壤細(xì)菌OTUs和16S rDNA序列數(shù)計(jì)算土壤細(xì)菌的種群結(jié)構(gòu)特征值，利用真菌OTUs和ITS rDNA序列數(shù)計(jì)算土壤真菌的種群結(jié)構(gòu)特征值，包括細(xì)菌和真菌的多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)[18-19]。

某細(xì)菌豐富度＝（某細(xì)菌16S rDNA序列數(shù)/細(xì)菌16S rDNA序列總數(shù)）×100%；某真菌豐富度＝（某真菌ITS rDNA序列數(shù)/真菌ITS rDNA序列總數(shù)）×100%[20-21]。

2 結(jié)果

2.1 土壤理化性質(zhì)分析結(jié)果

在不同種植方式的土壤中，土壤pH、鹽度、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量均有不同程度的變化（表1）。與茄子連作方式相比：ERRE水旱輪作能顯著提高土壤pH，從pH 4.73提高到6.50，但EGBE旱地輪作土壤pH無顯著提高；ERRE水旱輪作能顯著降低土壤鹽度，從259.17 mg/kg降低為164.87 mg/kg，但EGBE旱地輪作較EEEE連作鹽度略有升高，為280.77 mg/kg；ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、總氮（N）、總鉀（K）、速效K、總鐵（Fe）的影響均不明顯；ERRE水旱輪作的總磷（P）含量較EEEE連作有顯著提高，從861.76 mg/kg提高到926.84 mg/kg，但EGBE旱地輪作與EEEE連作無明顯差異；EEEE連作、EGBE旱地輪作和ERRE水旱輪作的有效P含量分別為64.15、84.96和112.02 mg/kg，三者間差異顯著；鈣（Ca）含量在ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作中均有顯著提高，從310.87 mg/kg分別提高到403.38和392.44 mg/kg，而交換性Ca在ERRE水旱輪作中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為162.80 mg/kg，顯著高于EEEE連作的143.70 mg/kg，而EGBE旱地輪作為145.92 mg/kg，與EEEE連作無明顯差異；EEEE連作、EGBE旱地輪作和ERRE水旱輪作的鎂（Mg）含量分別為748.97、906.04和1 022.35 mg/kg，三者間差異顯著；ERRE水旱輪作的硼（B）含量顯著高于EEEE連作，從256.73 mg/kg提高到292.29 mg/kg，而EGBE旱地輪作為265.00 mg/kg，與EEEE連作間差異不顯著；EEEE連作、EGBE旱地輪作和ERRE水旱輪作的有效B質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.90、0.97和0.82 mg/kg，三者間差異顯著；錳（Mn）在ERRE水旱輪作中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為774.42 mg/kg，在EGBE旱地輪作中最低，為659.55 mg/kg，兩者間差異顯著。

表1 不同種植方式對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)和無機(jī)養(yǎng)分等的影響Table 1 Influence of different cropping patterns on soil pH,organic matter,inorganic nutrients

2.2 土壤酶活性分析結(jié)果

土壤酶活性因種植方式不同而異（表2）。在ERRE水旱輪作處理的土壤中：過氧化氫酶、多酚氧化酶、脲酶和堿性蛋白酶活性最高，分別為0.47 μmol/（g·d）、16.51 mg/（g·d）、276.51 μg/（g·d）和92.63 mg/（g·d）；過氧化物酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶活性最低，分別為38.08、1.53和1.23 mg/（g·d）。在EGBE旱地輪作處理的土壤中：過氧化物酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶活性最高，分別為72.36、1.87和1.53 mg/（g·d）；過氧化氫酶活性最低，為0.38 μmol/（g·d）；多酚氧化酶、脲酶和堿性蛋白酶活性介于EEEE連作和ERRE水旱輪作之間，分別為16.16 mg/（g·d）、87.14 μg/（g·d）和82.55 mg/（g·d）。

表2 不同種植方式對(duì)土壤酶活性的影響Table 2 Influence of different cropping patterns on soil enzymatic activities

2.3 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

2.3.1 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征

在EEEE連作、ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作土壤中，細(xì)菌16S rDNA個(gè)數(shù)（reads）依次為26 890、24 633和23 204，分別代表1 552、2 401和1 804種細(xì)菌 OTUs，歸屬于酸桿菌（Acidobacteria）、變形菌（Proteobacteria）、綠 彎 菌（Chloroflexi）、放 線 菌（Actinobacteria）、芽單胞菌（Gemmatimonadetes）、厚壁菌（Firmicutes）、擬桿菌（Bacteroidetes）及硝化螺旋菌（Nitrospirae）等50個(gè)門，約有1%的細(xì)菌尚待確定所歸屬的門類（圖1）。其中，酸桿菌門的豐富度最高，占總量的18.90%～36.67%，平均為28.00%。此外，在各種植方式的土壤中，前10種門類的細(xì)菌豐富度隨種植方式不同而異。其中：在EEEE連作土壤中，前10種門類的細(xì)菌分別為酸桿菌門、變形菌門、TM7、綠彎菌門、放線菌門、WPS-2、芽單胞菌門、厚壁菌門、擬桿菌門和硝化螺旋菌門，其豐富度分別為29.53%、24.76%、9.42%、9.12%、6.60%、4.64%、3.84%、3.11%、2.86%和1.05%；在ERRE水旱輪作土壤中，分別為酸桿菌門、變形菌門、綠彎菌門、硝化螺旋菌門、擬桿菌門、芽單胞菌門、TM7、厚壁菌門、放線菌門和WPS-2，其豐富度分別為36.67%、22.26%、9.61%、5.35%、3.56%、2.75%、2.56%、2.48%、1.97%和0.21%；在EGBE旱地輪作土壤中，分別為變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門、放線菌門、TM7、芽單胞菌門、厚壁菌門、硝化螺旋菌門、WPS-2和擬桿菌門，其豐富度分別為29.55%、18.88%、11.61%、9.76%、9.01%、3.97%、3.33%、3.11%、2.62%和2.36%。

2.3.2 真菌群落結(jié)構(gòu)特征

在EEEE連作、ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作土壤中，真菌ITS rDNA個(gè)數(shù)（reads）依次為270 590、301 895和208 613，分別代表588、528和529種真菌OTUs，歸屬于子囊菌（Ascomycota）、擔(dān)子菌（Basidiomycota）、接合菌（Zygomycota）、球囊菌（Glomeromycota）及壺菌（Chytridiomycota）等5個(gè)門，約有20%～30%的真菌尚待確定所歸屬的門類（圖2）。其中，子囊菌門的豐富度最高，占總量的53.54%～67.80%，平均為60.59%。在各種植方式的土壤中，該5種門類的真菌豐富度隨種植方式不同而異。其中：在EEEE連作土壤中，豐富度從高到低依次為子囊菌門（67.80%）、擔(dān)子菌門（2.70%）、接合菌門（0.40%）、球囊菌門（0.30%）和壺菌門（0.00%）；在ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作土壤中，豐富度從高到低均依次為子囊菌門（53.54%，60.44%）、擔(dān)子菌門（5.99%，7.40%）、球囊菌門（0.25%，0.71%）、接合菌門（0.01%，0.51%）和壺菌門（0.01%，0.38%）。

圖1 不同種植方式土壤中前10個(gè)細(xì)菌門類的豐富度Fig.1 Abundance of the top ten bacterial phyla in soil under different cropping patterns

2.3.3 微生物群落多樣性特征

在不同的種植方式中，土壤微生物OTUs總數(shù)、細(xì)菌OTUs數(shù)量和真菌OTUs數(shù)量存在差異（表3）。在ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作土壤中微生物OTUs總數(shù)高于EEEE連作，且前兩者的細(xì)菌OTUs所占比例分別高達(dá)82.6%和77.7%，均高于連作的73.0%，而真菌OTUs所占比例分別為17.4%和22.3%，均低于連作的27.0%。

ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作土壤的細(xì)菌多樣性指數(shù)均高于EEEE連作，而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均低于EEEE連作（表4）。其中：ERRE水旱輪作土壤的細(xì)菌多樣性指數(shù)最高，達(dá)9.433，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最低，為0.984；EEEE連作土壤的細(xì)菌多樣性指數(shù)最低，為8.210，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最高，為0.994；EGBE旱地輪作土壤的細(xì)菌多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分別為8.701和0.989，均介于ERRE水旱輪作和EEEE連作之間。在不同種植方式下，土壤的真菌多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的變化趨勢(shì)均與細(xì)菌一致。其中：ERRE水旱輪作土壤的真菌多樣性指數(shù)最高，達(dá)6.292，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最低，為0.908；EEEE連作土壤的真菌多樣性指數(shù)最低，為5.060，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最高，為0.970；EGBE旱地輪作土壤的真菌多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分別為6.173和0.956，均介于ERRE水旱輪作和EEEE連作之間。

圖2 不同種植方式土壤中5個(gè)真菌門類的豐富度Fig.2 Abundance of five fungal phyla in soil under different cropping patterns

3 討論

本研究結(jié)果表明，茄子與水稻輪作種植或與四季豆（上半年）+長瓜（下半年）輪作種植，其土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分（除有效B外）均得到提高或無顯著變化。說明在這2種輪作方式下，輔以當(dāng)年11月至次年4月的冬季田閑置，可保持或提高土壤肥力和土地生產(chǎn)力。其中，茄子與水稻輪作田塊的土壤pH從4.73顯著提高為6.50，鹽度從259.17 mg/kg顯著降低為164.87 mg/kg，說明茄子與水稻輪作可明顯改善茄子連作田中土壤酸化和鹽漬化嚴(yán)重的狀況，進(jìn)而提供適宜茄子生長而抑制病蟲害的環(huán)境條件。此外，在旱地輪作和水旱輪作土壤中，有效P分別高達(dá)84.96和112.02 mg/kg，是茄子連作田塊的1.32倍和1.75倍，因此可以適量減施磷肥；Mg含量分別高達(dá)906.04和1 022.35 mg/kg，是茄子連作田塊的1.21倍和1.37倍，因此也可以適量減施鎂肥。這一結(jié)論與陳丹梅等[22]的研究結(jié)果相類似，即輪作土壤的有效P是原始土壤的2.13～4.67倍，因而可適當(dāng)減施磷肥，且在高強(qiáng)度輪作種植條件下，輔以秸稈還田或冬季休閑可保持或提高土壤肥力和生產(chǎn)力。

表3 不同種植方式對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響Table 3 Influence of different cropping patterns on microbial community structure in soil

表4 不同種植方式土壤細(xì)菌和真菌群落特征值Table 4 Characteristic values of bacterial and fungal communities in soil under different cropping patterns

土壤酶作為土壤的重要組成部分，參與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝，在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用，其活性大小是評(píng)價(jià)土壤肥力高低、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣的重要生物指標(biāo)[7]。過氧化物酶由各種氧化酶組成，其在氧化各種底物的同時(shí)，將氧還原為過氧化氫，從而對(duì)生物體產(chǎn)生毒害作用，即土壤中過氧化物酶活性愈高，土壤健康狀況愈差。在本研究中土壤過氧化物酶活性在ERRE水旱輪作土壤中最低，為38.08 mg/（g·d），顯著低于EEEE連作的56.72 mg/（g·d）和EGBE旱地輪作的72.36 mg/（g·d）。這一結(jié)果與周寶利等[23]的研究結(jié)果不一致，他認(rèn)為隨著連作年限的增加，茄子根際土壤的過氧化物酶活性呈降低趨勢(shì)。過氧化氫酶和多酚氧化酶廣泛存在于土壤中和生物體內(nèi)，主要通過酶促氧化還原反應(yīng)抑制過氧化氫、酚類物質(zhì)對(duì)生物體的毒害作用；脲酶廣泛存在于土壤中，其酶促產(chǎn)物氨是植物氮源之一，還與尿素氮肥水解密切相關(guān)；蛋白酶參與土壤中蛋白質(zhì)以及其他含氮有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，其水解產(chǎn)物也是植物氮源之一。以上說明土壤中這幾類酶的活性與土壤健康狀況呈正相關(guān)。在本研究中土壤過氧化氫酶和多酚氧化酶活性在ERRE水旱輪作土壤中最高，分別為0.47 μmol/（g·d）和16.51 mg/（g·d），分別是EEEE連作和EGBE旱地輪作的1.12～1.24倍和1.02～1.07倍；脲酶活性在ERRE水旱輪作土壤中最高，為276.51 μg/（g·d），顯著高于EGBE旱地輪作的87.14 μg/（g·d）和EEEE連作的74.03 μg/（g·d）；堿性蛋白酶活性在ERRE水旱土壤中最高，為92.63 mg/（g·d），顯著高于EEEE連作和EGBE旱地輪作土壤；酸性蛋白酶和中性蛋白酶活性在ERRE水旱輪作中最低，在EEEE連作中次之，在EGBE旱地輪作中最高。這與周寶利等[23]的研究結(jié)果相一致，即隨著連作年限的增加，茄子根際土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶、蛋白酶的活性呈降低趨勢(shì)。

目前普遍認(rèn)為土壤微生物是引起蔬菜連作障礙的因子之一。而土壤微生物中細(xì)菌和真菌的種類和數(shù)量最多，它們的群落結(jié)構(gòu)變化通常能在一定程度上反映土壤質(zhì)量，在土壤營養(yǎng)元素循環(huán)、有機(jī)物的形成和分解、土壤肥力的保持和提高、生態(tài)環(huán)境的改善、植物的生長發(fā)育和作物病蟲害防治等方面均起著極其重要的作用，因此是克服連作障礙及其他土壤障礙因子的關(guān)鍵所在[24-25]。一般認(rèn)為：多樣性指數(shù)越高，則樣本的物種多樣性越高；優(yōu)勢(shì)度指數(shù)越大，則樣本的奇異度越高，優(yōu)勢(shì)種群突出[26]；生物多樣性指數(shù)越高，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)越低，則生態(tài)環(huán)境越健康穩(wěn)定[22]。本文采用MiSeq高通量測(cè)序方法，揭示了連作和輪作土壤中真菌和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成。結(jié)果表明：在ERRE水旱輪作土壤中，細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)雖與EEEE連作、EGBE旱地輪作無顯著變化，但其多樣性指數(shù)顯著提高；真菌的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)顯著降低，多樣性指數(shù)顯著升高。這表明在ERRE水旱輪作方式下土壤生態(tài)環(huán)境較其余2種更健康穩(wěn)定。在ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作土壤中，細(xì)菌與真菌數(shù)量比均較EEEE連作有顯著提高，表明在ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作土壤中細(xì)菌生長繁殖增多，種群密度增大，而真菌數(shù)量顯著降低。而在EEEE連作土壤中細(xì)菌和真菌比顯著降低，說明茄子連作使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，使土壤由細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)變。這與許多前人的研究結(jié)果一致，如：周寶利等[23]研究了不同連作年限的土壤對(duì)茄子根際土壤微生物數(shù)量的影響，結(jié)果顯示，隨著連作年限的增加，茄子根際土壤細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量呈下降趨勢(shì)，真菌數(shù)量呈增加趨勢(shì)；楊尚東等[3]研究認(rèn)為，番茄連作導(dǎo)致土壤可培養(yǎng)細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著降低，而真菌數(shù)量顯著增加，微生物群落由細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)變；李振方等[27]對(duì)連作條件下地黃土壤微生態(tài)特性進(jìn)行了分析，認(rèn)為與正茬土壤相比，連作造成根際土壤細(xì)菌數(shù)量減少，真菌和放線菌數(shù)量增多，土壤微生物類型由細(xì)菌型向真菌型過渡。此外，本研究通過MiSeq高通量測(cè)序方法獲得了1 552～2 401個(gè)細(xì)菌OTUs和528～588個(gè)真菌OTUs，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目前常規(guī)培養(yǎng)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）、磷脂脂肪酸（PLFA）分析等所能達(dá)到的水平[3,28]，因此能更深入地研究土壤細(xì)菌和真菌的組成及群落結(jié)構(gòu)。

綜上所述，ERRE水旱輪作和EGBE旱地輪作均較連作更有益于保持或提高土壤肥力和土地生產(chǎn)力。從土壤pH、鹽度、養(yǎng)分、酶活性、微生物群落結(jié)構(gòu)等方面綜合看，ERRE水旱輪作較佳，是一種值得推廣的種植方式。

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Difference analysis of soil nutrients,enzymatic activities and microbial community structure between eggplant continuous cropping and rotation.Journal of Zhejiang University(Agric.&Life Sci.),2017,43(5):561-569

LI Xuqing1*,ZHANG Ya1*,TIAN Zhongling2,WU Genliang1
(1.Hangzhou Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310024,China;2.College of Agriculture and Biotechnology,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

eggplant;continuous cropping;rotation cropping;soil nutrient;enzymatic activity;microbial community structure

S 436.41;S 314

A

10.3785/j.issn.1008-9209.2017.02.221

Summary Eggplant(Solanum melongena L.)is one of nutritious vegetables welcomed by consumers.However,the diseases occurred on eggplants,particularly soil-borne diseases became increasingly severe,which hampered sustainable development of eggplant production.Based on our investigation,eggplant rotation is able to reduce the occurrence of diseases significantly,but its mechanism has not been explained clearly.

In this study,we collected soil samples from different fields cultivated by eggplant continuous cropping and rotation to analyze their nutrients,enzymatic activities and microbial community structure using high throughput sequencing technique.

The results showed that the contents of available P,Ca,Mg and Mn decreased significantly,and the activities of polyphenol oxidase(PPO),urease(UE),alkaline protease(ALPT)decreased;the number of bacterial operational taxonomic units(OTUs)reduced but fungal OTUs increased,and the bacterial and fungal diversity indexes decreased and the dominance index increased in fields with four-year continuous cropping(eggplant-eggplant-eggplant-eggplant,EEEE),as compared with different eggplant rotation fields.However,there were significant differences in the nutrients,enzymaticactivities and microbial community structure from different soil samples between the four-year eggplant rotation fields[eggplant-rice-rice-eggplant,ERRE or eggplant-green bean(the early half of the year)+bottle gourd(the latter half of the year)-green bean(the early half of the year)+bottle gourd(the latter half of the year)-eggplant,EGBE]as well.Compared with the EGBE,the pH and the contents of total P,available P,exchangeable Ca,Mg and Mn increased significantly,but the salinity and available boron(B)reduced significantly;the activities of peroxidase,acid protease,neutral protease decreased significantly but the catalase,UE and ALPT increased significantly;the number of bacterial OTUs increased significantly but fungal OTUs decreased;the bacterial and fungal diversity indexes increased and the dominance indexes decreased in ERRE.

浙江省科技廳重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2015C02023）；浙江省育種團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2016C02051-2-2）；杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院重點(diǎn)推廣項(xiàng)目（2016HNKT-08）。

*通信作者（Corresponding authors）:李戌清（http://orcid.org/0000-0001-7420-4709）,E-mail:xq_li@126.com；張雅（http://orcid.org/0000-0002-5121-4987），E-mail:zhangya2636@163.com

（

）:2017-02-22；接受日期（Accepted）:2017-06-20

In sum,ERRE is a good and worthy way for rotation by comprehensively considering soil pH,salinity,nutrients,enzymatic activities and microbial community structure in this study.The above results lay a theoretical foundation for choosing suitable cultivation system of eggplants in mountain regions.