馬鈴薯連作栽培技術(shù)對(duì)土壤微生物多樣性的影響

陳冬輝

近年來(lái)，馬鈴薯種植已成為農(nóng)民增收的關(guān)鍵措施，其種植規(guī)模不斷增加，但馬鈴薯病蟲(chóng)害的發(fā)生幾率也顯著增加，植株出現(xiàn)長(zhǎng)勢(shì)弱、矮化以及葉片皺縮等，甚至出現(xiàn)全株枯死。因此，滎陽(yáng)市相關(guān)部門(mén)進(jìn)行了深入調(diào)查研究，分析了馬鈴薯種性退化的具體原因，采用了科學(xué)的連作栽培方法，提高了土壤微生物的多樣性及肥力，為以后馬鈴薯的種植工作提供了更多的借鑒依據(jù)，促進(jìn)了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)種植的健康穩(wěn)定發(fā)展。

一、試驗(yàn)材料與方法

（一）試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)在固定的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁貫? ℃，年降水量在600 mm左右，黃土屬于當(dāng)?shù)赝寥赖闹饕獦?gòu)成部分。試驗(yàn)分析馬鈴薯連作栽培后，土壤微生物多樣性的變化情況。

（二）試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)從2008年開(kāi)始，在不同連作時(shí)間地塊中種植隴薯3號(hào)，其中連作0年為對(duì)照組，連作2年、5年及10年為觀察組。馬鈴薯的種植行間距為35 cm×40 cm。試驗(yàn)開(kāi)始至結(jié)束，每塊地的連作年限不同，其他條件均相同。2018年馬鈴薯盛花時(shí)期，取其根部底層5 cm以下的土壤，分為兩份進(jìn)行鑒定檢驗(yàn)。其中，一份分析土壤微生物，另一份分析鑒定土壤AM真菌。利用平板計(jì)數(shù)法分析土壤中微生物，并采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基與PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌、真菌以及細(xì)菌等。利用Biolog Eco板測(cè)定土壤微生物的多樣性，利用某種屬孢子數(shù)與土壤AM真菌孢子數(shù)的比值計(jì)算土壤中的AM真菌，之后收集數(shù)據(jù)制作表格，進(jìn)行方差與多元化分析。

二、結(jié)果

（一）馬鈴薯連作栽培對(duì)土壤微生物群落的影響

由表1可知，連作0年的馬鈴薯，土壤中的菌落群數(shù)較多，在連作10年后，土壤中微生物群落與細(xì)菌種類均明顯減少，總量也出現(xiàn)下降趨勢(shì)。與連作0年相比，連作5年與連作10年土壤中的細(xì)菌與微生物數(shù)量明顯下降，但兩者之間的差異并不明顯。由此可知，隨著馬鈴薯連作時(shí)間的延長(zhǎng)，根際土壤環(huán)境較為單一，真菌與放線菌易被積累，數(shù)量逐漸增多。而放線菌與真菌的增加會(huì)產(chǎn)生大量抑制細(xì)菌與微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)，從而降低細(xì)菌與微生物的數(shù)量。

（二）馬鈴薯連作栽培AM真菌多樣性變化情況

由表2可知，隨著連作年限的增加，AM真菌出現(xiàn)頻率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在連作5年后達(dá)到最大值。球囊霉多樣性方面，連作5年效果最好，其次為連作2年、連作10年，且其他菌屬的規(guī)律也類似于球囊霉。由此可以看出，隨著連作年限的增加，真菌的多樣性會(huì)逐漸減弱，真菌優(yōu)勢(shì)種群的變化會(huì)直接影響土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)。

三、討論

（一）馬鈴薯連作對(duì)土壤微生物菌群的影響

在不同的連作年限下，馬鈴薯種植土壤中的微生物多樣性存在較大差異，且連作會(huì)降低土壤細(xì)菌的多樣性，提高真菌的多樣性。在相同的連作年限中，相較馬鈴薯播種前，成熟期馬鈴薯根部土壤中的細(xì)菌與真菌多樣性會(huì)出現(xiàn)一定程度的降低，這主要因?yàn)轳R鈴薯生長(zhǎng)期間，根系會(huì)分泌不利于微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)，降低了其菌落的多樣性。

連作后，馬鈴薯土壤中的細(xì)菌比例也會(huì)發(fā)生較大改變，其中芽孢桿菌等有益菌群會(huì)不斷減少，降低了土壤的肥力。如枯草芽孢桿菌的減少，會(huì)導(dǎo)致土壤中存在大量的酚酸類化合物;球形芽孢桿菌的減少會(huì)降低土壤的固氮效應(yīng)。這些細(xì)菌的減少也會(huì)導(dǎo)致羅爾斯等馬鈴薯致病細(xì)菌的增多，增大了馬鈴薯患病的幾率。分析發(fā)現(xiàn)，連作10年馬鈴薯的地塊中，放線菌中梭菌比例上升，土壤中有益菌群的數(shù)量不斷減少，潛在病原菌不斷增加，破壞了馬鈴薯根系細(xì)菌群的基本功能。在本次試驗(yàn)中，并未檢測(cè)出馬鈴薯的致病真菌，可能因?yàn)闄z測(cè)庫(kù)中的數(shù)據(jù)并不完善，不能全面反饋檢測(cè)結(jié)果。因此，在此后的研究中還應(yīng)進(jìn)一步分析真菌遺傳多樣性的方法，加大研究力度。

（二）馬鈴薯連作的障礙原因

土壤肥力、自毒作用以及微生物生長(zhǎng)環(huán)境的惡化均會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯出現(xiàn)連作障礙問(wèn)題，本次試驗(yàn)地的土壤肥力較高，雖然連作多年馬鈴薯，但肥力基本未受影響。因此，馬鈴薯生長(zhǎng)于肥力較強(qiáng)的土壤環(huán)境中，其存在較高的全氮與有機(jī)質(zhì)，在連作栽培模式下，土壤肥力的減弱屬于漸進(jìn)過(guò)程，整個(gè)研究期間可以滿足馬鈴薯的基本生長(zhǎng)需求。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯的連作栽培會(huì)改變土壤中的微生物群落，降低了有益菌的比例，增加了致病細(xì)菌的比例，導(dǎo)致微生物的生長(zhǎng)環(huán)境不斷惡化。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，雖然正茬種植馬鈴薯與連作栽培并未表現(xiàn)出明顯差異，但隨著土壤環(huán)境的不斷惡化，微生物多樣性會(huì)逐漸減少，此后馬鈴薯的生長(zhǎng)狀況會(huì)越來(lái)越差。除此之外，雖然長(zhǎng)期連作栽培馬鈴薯可以導(dǎo)致土壤中出現(xiàn)潛在的致病細(xì)菌群，但馬鈴薯病蟲(chóng)害發(fā)生并不嚴(yán)重，主要因?yàn)槠涫苤参?、微生物、氣候以及土壤等多方面因素的影響，單一的因素改變無(wú)法針對(duì)此試驗(yàn)現(xiàn)象作出合理解釋，還有待此后進(jìn)一步加大研究力度。

馬鈴薯的持續(xù)連作會(huì)影響土壤中放線菌與真菌的數(shù)量，會(huì)導(dǎo)致碳源微生物種群的減少，影響真菌群落中AM菌落的多樣性，從而改變了優(yōu)勢(shì)種群的結(jié)構(gòu)。由此得出，長(zhǎng)期連作栽培會(huì)改變馬鈴薯根部土壤微生物的生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)的改變，甚至發(fā)生功能失調(diào)的問(wèn)題。