竹蓀連作對(duì)土壤微生物區(qū)系及酶活性的影響

陳宇熹，呂楊蘭，常穎萃，雷美玲，吳藝嵐，葉 舟*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012）

竹蓀連作對(duì)土壤微生物區(qū)系及酶活性的影響

陳宇熹1，呂楊蘭1，常穎萃2，雷美玲1，吳藝嵐1，葉 舟1*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012）

以新地、連作地栽培竹蓀，采集土壤樣品，分別測(cè)定土壤微生物區(qū)系變化及土壤酶活性。結(jié)果表明：種植年限增加，細(xì)菌、放線菌和真菌菌量都有增加，細(xì)菌增幅不顯著，放線菌、真菌差異達(dá)極顯著水平。土壤中好氧性纖維素分解菌、厭氧性自生固氮菌、反硝化細(xì)菌、亞硝酸細(xì)菌、氨化細(xì)菌分別增加了2.70、16.53、3.20、0.35、0.11倍，而厭氧性纖維素分解菌、好氧性自生固氮菌分別減少了49.55%、91.05%。連作竹蓀的土壤對(duì)脲酶、過(guò)氧化氫酶具有促進(jìn)作用，分別增加了84.23%、17.14%，而對(duì)多酚氧化酶、蛋白酶則呈抑制作用。結(jié)論為竹蓀連作會(huì)破壞土壤微生物種群平衡。

竹蓀；連作障礙；土壤微生物；土壤酶活性

1 引言

竹蓀(Dictyophora Echinovolvata)屬真菌門、鬼筆目、鬼筆科，是我國(guó)稀有食用菌[1]。近年來(lái)，福建、湖南、貴州等省的竹蓀栽培發(fā)展很快，栽培規(guī)模擴(kuò)大，產(chǎn)量不斷提高，竹蓀栽培已經(jīng)成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民重要的經(jīng)濟(jì)來(lái)源和特色產(chǎn)業(yè)。目前，竹蓀產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到“連作障礙”問(wèn)題的困擾，在種植過(guò)程中，竹蓀種植區(qū)域及其相鄰田塊，第二年再種植竹蓀產(chǎn)量會(huì)大幅下降，產(chǎn)區(qū)農(nóng)戶無(wú)法進(jìn)行二次連作生產(chǎn)?！爸裆p連作障礙”使當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入造成巨大損失，已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。

對(duì)不同作物連作障礙的研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物區(qū)系變化和群落結(jié)構(gòu)的破壞，病原拮抗菌減少，病原微生物數(shù)量增加，是作物連作障礙從而影響質(zhì)量、產(chǎn)量的主要因素之一[2-7]。土壤酶活力是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)。夏品華等研究認(rèn)為，太子參連作使土壤養(yǎng)分、酶活性、微生物等發(fā)生變化，其根系微生態(tài)失衡可能是連作障礙的主要原因之一[8]。黃碧芳等的研究表明，水稻超高產(chǎn)栽培模式通過(guò)改善土壤微生物數(shù)量和活性，從而提高水稻產(chǎn)量[9]。還有研究認(rèn)為，黃瓜連作會(huì)破壞根部微生物種群生態(tài)平衡，使其多樣性水平降低[10-13]。目前，從土壤微生物學(xué)特性變化解析竹蓀連作障礙機(jī)制的研究少有報(bào)道。

2 材料與方法

2.1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)[14]

在福建省南平市順昌縣大歷鄉(xiāng)竹蓀生產(chǎn)地，試驗(yàn)地塊采用已種植竹蓀一年和未種植竹蓀的兩個(gè)相鄰地塊。未種植竹蓀地塊分設(shè)試驗(yàn)對(duì)照區(qū)和試驗(yàn)區(qū)Ⅰ，已種植竹蓀1年地塊設(shè)為試驗(yàn)區(qū)Ⅱ（連作地塊），對(duì)照、試驗(yàn)區(qū)均長(zhǎng)10 m、寬3 m，面積30 m2。1月于試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ地塊下菌塊進(jìn)行竹蓀栽培，對(duì)照地塊不下竹蓀菌塊。

2.2 土壤樣采集

5月下旬，在各地塊5點(diǎn)取樣法采集土壤0.5 kg（深度0～15 cm），分別將5點(diǎn)土壤樣混合均勻，封無(wú)菌袋保存。

2.3 測(cè)定方法

2.3.1 土壤微生物數(shù)量的測(cè)定

微生物培養(yǎng)采用稀釋涂抹平板法[15]。細(xì)菌、放線菌和真菌各取稀釋度懸液200 μL分別于牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基和PDA培養(yǎng)基上培養(yǎng)，3次重復(fù)，分別于2 d、5 d和5 d后開(kāi)始計(jì)數(shù)。

微生物數(shù)量用cfu·g-1（每克樣品的菌落數(shù)）表示。

2.3.2 土壤微生物類群的測(cè)定

厭氧性纖維素分解菌、好氧性纖維素分解菌、好氧性自生固氮菌、厭氧性自生固氮菌、反硝化細(xì)菌、亞硝酸細(xì)菌、氨化細(xì)菌均采用崔戰(zhàn)利等方法計(jì)算活菌數(shù)[16]。

2.3.3 土壤酶活性的測(cè)定

采用比色法對(duì)脲酶、過(guò)氧化物酶、多酚氧化酶、蛋白酶進(jìn)行測(cè)定，高錳酸鉀滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶活性。脲酶用苯酚鈉比色法，過(guò)氧化物酶用磷酸比色法，多酚氧化酶用紫色沒(méi)食子酸比色法，蛋白酶用Folin-Ciocslteu法測(cè)定。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(V7.05)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 竹蓀不同種植年限土壤微生物數(shù)量的變化

由表1可以看出，試驗(yàn)土壤中細(xì)菌所占比重最大，試驗(yàn)區(qū)Ⅰ與對(duì)照區(qū)土壤細(xì)菌總量沒(méi)有明顯差異，但連作地塊細(xì)菌總量比對(duì)照地增加32.7%，達(dá)到差異極顯著水平；連作地塊放線菌數(shù)量比試驗(yàn)區(qū)Ⅰ土壤增加了105%，而試驗(yàn)區(qū)Ⅰ與對(duì)照區(qū)比較數(shù)量有所下降但變化不明顯；真菌數(shù)量變化趨勢(shì)與細(xì)菌相同，連作地塊真菌數(shù)量約為試驗(yàn)區(qū)Ⅰ的2.5倍，均與對(duì)照達(dá)差異極顯著水平。由此可見(jiàn)，真菌、放線菌對(duì)連作反應(yīng)較為敏感，而細(xì)菌反應(yīng)滯后，竹蓀種植會(huì)導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量增加。本試驗(yàn)采樣時(shí)間為5月下旬，已近竹蓀出菇高峰期，檢測(cè)土壤真菌總量包含了竹蓀菌，此時(shí)試驗(yàn)區(qū)Ⅰ竹蓀長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于連作地塊，可見(jiàn)連作地塊土壤真菌總量中竹蓀菌以外的真菌增量較大，而試驗(yàn)區(qū)Ⅰ土壤真菌總量中竹蓀菌以外的真菌增量較小。該現(xiàn)象表明，連作土壤環(huán)境的改變對(duì)竹蓀菌具顯著的不利影響，而對(duì)土壤其他真菌具有促生作用。

表1 竹蓀連作土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量變化

3.2 竹蓀不同種植年限土壤微生物類群的變化

表2結(jié)果表明，連作土壤中好氧性纖維素分解菌、厭氧性自生固氮菌、反硝化細(xì)菌、亞硝酸細(xì)菌、氨化細(xì)菌數(shù)量均有增加。與試驗(yàn)區(qū)Ⅰ相比，連作地塊土壤好氧性纖維素分解菌、厭氧性自生固氮菌、反硝化細(xì)菌菌、亞硝酸細(xì)菌數(shù)量差異達(dá)極顯著，分別是試驗(yàn)區(qū)Ⅰ的3.7、17.5、4.2和1.4倍，氨化細(xì)菌無(wú)顯著差異；而厭氧性纖維素分解菌、好氧性自生固氮菌數(shù)量變化趨勢(shì)與其他類群不同，變化趨勢(shì)為試驗(yàn)區(qū)Ⅰ＞連作地塊＞對(duì)照區(qū)，試驗(yàn)區(qū)Ⅰ分別比對(duì)照增加1.9倍和16倍，達(dá)差異極顯著，是連作地塊的約2倍和11倍。試驗(yàn)結(jié)果表明，連作土壤對(duì)好氧性纖維素分解菌、厭氧性自生固氮菌、反硝化細(xì)菌、亞硝酸細(xì)菌、氨化細(xì)菌等微生物生理類群有促進(jìn)作用，對(duì)厭氧性纖維素分解菌、好氧性自生固氮菌有一定的抑制作用。

3.3 竹蓀不同種植年限土壤酶活性的變化

由表3可以看出，不同土壤樣中，脲酶、過(guò)氧化氫酶的活性隨種植年限的增加而增強(qiáng)。其中連作地塊脲酶、過(guò)氧化氫酶活性分別比試驗(yàn)區(qū)Ⅰ土壤增加了84.2%和17.1%，達(dá)極顯著水平。多酚氧化酶、蛋白酶的活性變化與脲酶、過(guò)氧化氫酶的變化趨勢(shì)相反，隨種植年限增加活性減弱，其中連作地塊多酚氧化酶和蛋白酶的活性分別比試驗(yàn)區(qū)Ⅰ減少14.7%和5.8%，達(dá)顯著水平。試驗(yàn)結(jié)果顯示，試驗(yàn)區(qū)Ⅰ、連作地塊相比對(duì)照地塊中過(guò)氧化物酶活性均變化不大。結(jié)果表明，隨種植年限增加，竹蓀連作對(duì)土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶活性具有促進(jìn)作用，對(duì)多酚氧化酶、蛋白酶活性具有抑制作用。

4 結(jié)論與討論

為掌握竹蓀連作障礙的微生物學(xué)變化規(guī)律，通常需要選擇不同種植年限（如1、3、5年等）不同程度連作障礙的栽培土壤作為研究材料。但由于竹蓀連作障礙的表現(xiàn)特別突出，有別于其他發(fā)生連作障礙的作物，新地一次栽培后，土壤物質(zhì)組成已產(chǎn)生明顯的變化，并顯著影響竹蓀的生產(chǎn)。

通常情況下，土壤中三大微生物類群的數(shù)量關(guān)系是細(xì)菌＞放線菌＞真菌[8,17]，試驗(yàn)結(jié)果表明，竹蓀連作使土壤從細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)化，與李春格等（連作大豆）和李瓊芳（麥冬）的研究結(jié)論一致[18,19]。連作在一定程度上導(dǎo)致了微生物種群失衡，是造成竹蓀種植障礙的重要因素。結(jié)合土壤中相關(guān)酶的活性，間接分析土壤肥力的演變趨勢(shì)[20]。連作土壤中好氧性纖維素分解菌、氨化細(xì)菌、厭氧性自生固氮菌數(shù)量的增加，可能會(huì)使氮素營(yíng)養(yǎng)的轉(zhuǎn)化加快；反硝化細(xì)菌的大量增加可能會(huì)造成氮素?fù)p失，酶活變化機(jī)制尚不明確。通過(guò)研究竹蓀栽培土壤中的微生物數(shù)量、類群以及土壤酶活性變化規(guī)律，對(duì)于闡明竹蓀栽培中連作障礙發(fā)生的微生物學(xué)機(jī)制具有重要的意義。

表2 竹蓀連作土壤微生物類群變化

表3 竹蓀連作土壤酶活性變化

[1]常穎萃,蔣文靜,石妍,等.竹蓀不同生育期土壤微生物動(dòng)態(tài)變化[J].熱帶作物學(xué)報(bào),2013,34(7):1 228-1 231.

[2]陳慧,郝慧榮,熊君,等.地黃連作對(duì)根際微生物區(qū)系及土壤酶活性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,18(12):2 755-2 759.

[3]Mithofer A.Suppression of plant defence in rhizobia-legume symbiosis[J].Trends in Plant Science,2002,7(10):440-444.

[4]Yang CH,Crowley DE,Menge JA.16SrDNA fingerprinting of rhizosphere bacterial communities associated with healthy and phytophora infected avocado toots[J].FEMS Microbiology Ecology,2001,35(2):129-136.

[5]范延輝.根際促生菌及其在防治連作障礙中的應(yīng)用[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào),2008,10(2):33-35.

[6]馬云華,魏珉,王秀峰.日光溫室連作黃瓜根區(qū)微生物區(qū)系及酶活性的變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,15(6):1 005-1 008.

[7]張淑香,高子勤.連作障礙與根際微生態(tài)研究Ⅱ根系分泌物與酚酸物質(zhì)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2000,11(1):152-156.

[8]夏品華,劉燕.太子參連作障礙效應(yīng)研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2010,30(11):2 240-2 246.

[9]黃碧芳,陳鴻飛,林文雄.水稻超高產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式下土壤微生物學(xué)特性的研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2006,22(11):207-210.

[10]賀麗娜,梁銀麗,高靜,等.連作對(duì)設(shè)施黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)及土壤酶活性的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008,10(2):155-159.

[11]朱林,張春蘭,沈其榮.施用稻草等有機(jī)物料對(duì)黃瓜連作土壤pH、Ec值和微生物的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,28(4):350-353.

[12]吳風(fēng)芝,趙鳳艷,谷思玉.保護(hù)地黃瓜連作對(duì)土壤生物化學(xué)性質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究,2002,18(1):20-22.

[13]胡元森,劉亞峰,吳坤,等.黃瓜連作土壤微生物區(qū)系變化研究[J].土壤通報(bào),2006,37(1):126-129.

[14]呂楊蘭.竹蓀連作障礙成因分析[D].福州:福建農(nóng)林大學(xué),2012,1-4.

[15]譚雪蓮,郭曉東,馬明生,等.連作對(duì)馬鈴薯土壤微生物區(qū)系和產(chǎn)量的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2012,26(9):1 322-1 325.

[16]崔戰(zhàn)利,王萍萍,王秋菊.最大或然數(shù)法在光合細(xì)菌計(jì)數(shù)中的應(yīng)用及效果研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16(8):1 577-1 580.

[17]張丹,徐建忠,熊東紅,等.四川紫色土微生物數(shù)量與土壤肥力相關(guān)性初步研究[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,2:173-175.

[18]李春格,李曉鳴,王敬國(guó).大豆連作對(duì)土體和根際微生物群落功能的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(4):1 144-1 150.

[19]李瓊芳.不同連作年限麥冬根際微生物區(qū)系動(dòng)態(tài)研究[J].土壤通報(bào),2006,37(3):563-565.

[20]周禮愷,張志明,曹承綿.土壤酶活性的總體在評(píng)價(jià)土壤肥力水平中的作用[J].土壤學(xué)報(bào),1983,20(4):413-418.

1005-2690（2017）12-0136-03

S154.37

B

福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2011J01077）、福建省高校產(chǎn)學(xué)合作科技重大項(xiàng)目（2013N5001）資助。

陳宇熹(1984-)，女，漢族，山東壽光人，碩士研究生，助教，研究方向：生物農(nóng)藥。

*通信作者：葉舟(1957-)，男，漢族，教授，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)研究。

2017-11-16）