辣椒連作土壤微生物群落及土壤離子對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)

高晶霞，高 昱，吳雪梅，牛勇琴，裴紅霞，謝 華 *

(1. 寧夏農(nóng)林科學(xué)院 種質(zhì)資源研究所，寧夏 銀川 750002；2. 寧夏回族自治區(qū)彭陽(yáng)縣蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，寧夏 彭陽(yáng) 756500)

【研究意義】辣椒(CapsicumannuumL.)又名番椒，原產(chǎn)于拉丁美洲熱帶地區(qū)，茄科辣椒屬，為一年生草本植物，在我國(guó)普遍栽培[1]。辣椒營(yíng)養(yǎng)豐富，維生素C含量在蔬菜中居第一位[2]。辣椒是寧夏南部山區(qū)栽培面積較大的蔬菜之一，但受耕地的限制，蔬菜連作現(xiàn)象十分普遍，長(zhǎng)期連作導(dǎo)致土壤微生物菌群失衡，有害病原微生物大量繁殖，病蟲(chóng)害發(fā)生頻繁，土傳病害逐年加重[1-4]，同時(shí)辣椒生產(chǎn)中由于長(zhǎng)期大量使用化肥、農(nóng)藥和頻繁的耕作等造成辣椒土壤生產(chǎn)力降低、病害頻發(fā)、農(nóng)藥殘留超標(biāo)等一系列難題，并由此引發(fā)了一系列具有區(qū)域特點(diǎn)的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題，致使辣椒區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，資源緊缺，辣椒質(zhì)量和生產(chǎn)效益下降，已成為制約辣椒豐產(chǎn)栽培可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[5-9]。微生物菌肥是由一種或數(shù)種有益微生物細(xì)菌經(jīng)發(fā)酵而成的無(wú)毒害無(wú)污染的生物性肥料。已在多種作物上廣泛應(yīng)用[4,7]。并且證明有提高作物產(chǎn)量品質(zhì)及增強(qiáng)抗病性的作用。但多為單一菌劑?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】陳雪麗[10]、王茹[11]等研究表明，植物對(duì)土傳病害的抗性與根際土壤微生物關(guān)系密切。而土壤中微生物類群與土壤酶的活性密切相關(guān)[12-15]，其活性的大小可以較敏感地反映土壤中生化反應(yīng)的方向和強(qiáng)度；耿麗平[16]等研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈還田配施微生物菌劑在一定程度上提高了土壤速效鉀、土壤微生物量碳氮的含量和土壤纖維素酶活性，且土壤微生物量碳、氮含量表層明顯高于下層；張麗榮[17]等研究表明微生物菌劑施入土壤后在作物根系周?chē)纬闪擞幸嫖⑸飪?yōu)勢(shì)菌群，提高了土壤微生物的活性,增加了土壤微生物數(shù)量；錢(qián)海燕[18]等研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田配施微生物菌劑對(duì)轉(zhuǎn)化酶活性以及真菌、氨化細(xì)菌、好氣自生固氮菌、磷細(xì)菌、纖維素分解菌數(shù)量的增長(zhǎng)效果最為顯著，而對(duì)過(guò)氧化氫酶、尿酶活性以及土壤微生物細(xì)菌、放線菌、硝化細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng)的效果不及秸稈還田配施 N、P、K；雷先德[19]等研究發(fā)現(xiàn)微生物菌劑能夠保持和提高土壤微生物豐富度指數(shù)和香農(nóng)?威爾 (Shannon-Wierner)多樣性指數(shù)，穩(wěn)定農(nóng)田土壤環(huán)境中微生物種群多樣性。【本研究切入點(diǎn)】通過(guò)單一菌劑在拱棚辣椒上試驗(yàn)研究結(jié)果：篩選出的枯草芽孢桿菌對(duì)辣椒連作土壤有明顯減緩作用，但未開(kāi)展復(fù)配菌劑在連作辣椒土壤的相關(guān)試驗(yàn)，能否減緩?fù)寥肋B作障礙尚待研究。【擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題】本試驗(yàn)以辣椒連作8年塑料大棚為研究對(duì)象，通過(guò)不同微生物菌劑的配比施用，研究連作辣椒土壤對(duì)不同微生物菌劑用量的影響特征，測(cè)定了辣椒連作土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量、土壤酶活性、土壤離子變化特點(diǎn)，以為篩選出1～2種不同微生物菌劑配比比例，能夠有效緩解拱棚辣椒土壤連作障礙。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于寧夏南部山區(qū)彭陽(yáng)縣新集鄉(xiāng)拱棚辣椒示范基地(連作辣椒8年)，實(shí)施地點(diǎn)土壤狀況(全氮1.05 g·kg-1，全磷0.97 g·kg-1，全鉀23.0 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)23.0 g·kg-1，堿解氮63.8 g·kg-1，速效磷30.4 g·kg-1，速效鉀195 g·kg-1，pH 7.63，全鹽1.17 g·kg-1)。

1.2 供試材料

微生物菌劑(膠質(zhì)芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌)均為寧夏尚博農(nóng)科技有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)方法

處理1：膠質(zhì)芽孢桿菌∶巨大芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=1∶1∶1；處理2：膠質(zhì)芽孢桿菌∶巨大芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=2∶1∶2；處理3：膠質(zhì)芽孢桿菌∶巨大芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=1∶2∶2；處理4：膠質(zhì)芽孢桿菌∶巨大芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=2∶3∶3；處理5：膠質(zhì)芽孢桿菌∶巨大芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=3∶2∶3；對(duì)照(CK)：不施菌肥。

微生物菌劑按照不同比例混合后，均以500倍稀釋灌根，3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)保證辣椒株數(shù)100株以上，分別在幼苗生長(zhǎng)期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，開(kāi)花坐果期、結(jié)果盛期灌根，每株灌100 mL。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目

1.4.1 土壤取樣 結(jié)果盛期取根際土壤，采樣深度為30 cm，每個(gè)處理分散5點(diǎn)取樣1000 g，取100 g保持鮮樣，4 ℃冷藏，其余風(fēng)干待測(cè)。

1.4.2 土壤微生物數(shù)量測(cè)定 采用稀釋平板法測(cè)定新鮮土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基；真菌采用馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基；放線菌采用改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基。 實(shí)驗(yàn)步驟：稱取10 g土樣分別加入備好盛有 90 mL無(wú)菌水的三角瓶中，置于振蕩器上振蕩10 min，從所制懸浮液中吸取1 mL移入9 mL無(wú)菌水的試管中，依次類推稀釋至所需濃度。 真菌稀釋103倍、放線菌稀釋104倍、細(xì)菌稀釋105倍，3類微生物測(cè)定分別在培養(yǎng) 3、7、9 d 后統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。

1.4.3 土壤八離子測(cè)定 鉀離子和鈉離子：火焰光度法，鈣離子和鎂離子：EDTA容量法或者ICP、原子吸收光譜法，氯離子：硝酸銀滴定法，硫酸根離子：EDTA容量法或者硫酸鋇比濁法，碳酸根和重碳酸根離子：雙指示劑滴定法。

1.4.4 土壤酶活性測(cè)定 土壤脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，土壤蔗糖酶、纖維素酶采用3,5-硝基水楊酸比色法，過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法。

1.4.5 葉綠素含量 第3次灌根后測(cè)量辣椒葉綠素 (每小區(qū)5株)。

2 結(jié)果與分析

2.1 連作辣椒土壤酶活性對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)

酶是土壤或基質(zhì)中生物活性最強(qiáng)的部分，反映了土壤或基質(zhì)中各種生化過(guò)程的強(qiáng)度，可以作為評(píng)價(jià)土壤或基質(zhì)肥力狀況的生物活性指標(biāo)，酶活性越高，土壤或基質(zhì)性狀越好[23]。 從圖1～4可知，不同處理連作辣椒土壤酶活性有差異，土壤蔗糖酶是影響土壤碳代謝的關(guān)鍵酶。處理2蔗糖酶活性最強(qiáng)，為777.07 mg/g·24h，處理3、5蔗糖酶活性次之，分別為575.95、593.51、mg/g·24h，處理1與對(duì)照(CK)蔗糖酶活性最小，分別為520.61、518.29 mg/g·24h；土壤脲酶是表征土壤氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶。處理2脲酶活性最強(qiáng)，為201.53 mg/g·24h，處理3、5及對(duì)照(CK)脲酶活性次之，處理1、4脲酶活性最弱，分別為141.61、137.29 mg/g·24h；處理2～4纖維素酶活性最強(qiáng)，分別為0.18、0.17、0.18 mg/g·min，處理1、5纖維素酶活性次之，對(duì)照(CK)纖維素酶活性最弱，為0.08 mg/g·min；過(guò)氧化氫酶是一種分解土壤中過(guò)氧化氫進(jìn)而減小其對(duì)植物毒害作用的氧化還原酶，可以用來(lái)表征土壤的生化活性。處理2、4、對(duì)照(CK)過(guò)氧化氫酶活性差異不顯著，均為7.38 mg/g·72h，處理1、3過(guò)氧化氫酶活性次之，處理5過(guò)氧化氫酶活性最弱，為7.22 mg/g·72h。

2.2 連作辣椒土壤微生物數(shù)量對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)

從表1可以看出，不同處理連作辣椒微生物數(shù)量差異顯著，處理2土壤中細(xì)菌數(shù)量最高，為8.1×105，處理5、對(duì)照(CK)土壤中細(xì)菌數(shù)量次之，處理1、3、4土壤中細(xì)菌數(shù)量最低，分別為5.6×106、5.3×106、5.4×106；處理3、處理4土壤中真菌數(shù)量最高，分別為6.4×106、8.2×106，處理1、5及對(duì)照(CK)土壤真菌數(shù)量次之，處理2土壤中真菌數(shù)量最低，為1.2×106；處理2、3土壤中放線菌數(shù)量最低，分別為1.9×106、1.6×106；處理4、對(duì)照(CK)土壤中放線菌數(shù)量最高，分別為6.6×106、7.2×106，處理1、5土壤中放線菌數(shù)量次之。

圖1 連作辣椒土壤蔗糖酶對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)Fig.1 Response of sucrase in continuous cropping pepper soil to microbial agents

圖2 連作辣椒土壤脲酶對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)Fig.2 Response of soil urease of continuous cropping pepper to microbial agents

2.3 連作辣椒土壤離子對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)

從表2可以看出，不同處理土壤中碳酸氫根離子含量均低于對(duì)照(CK)，且差異顯著(P<0.05)分別比對(duì)照減少33.3 %、20.5 %、30.8 %、28.2 %、43.6 %；處理3、4土壤中氯離子含量高于對(duì)照(CK)均比對(duì)照增加14.3 %，說(shuō)明氯離子在土壤中富集；處理1、2、5土壤中氯離子含量與對(duì)照(CK)無(wú)明顯差異，說(shuō)明氯離子在土壤中并未富集；處理1、3土壤中硫酸根離子含量均低于(CK)，處理2、4、5土壤中硫酸根離子含量均高于對(duì)照(CK),分別比對(duì)照增加22.4 %、6.35 %、9.23 %，說(shuō)明硫酸根離子在土壤中大量富集；處理1、3、5土壤中鈣離子含量均高于對(duì)照(CK)，分別比對(duì)照增加11.1 %、36 %、50 %，說(shuō)明土壤中鈣離子在土壤中大量富集，處理2、4鈣離子含量均低于對(duì)照(CK)；處理2、4土壤中鎂離子含量均高于對(duì)照(CK)，分別對(duì)照增加50 %、18.1 %，說(shuō)明鎂離子在土壤中大量富集，處理1、3、5土壤中鎂離子含量均低于對(duì)照(CK)；處理2、4土壤中鉀離子均低于對(duì)照(CK)，處理1、3、5土壤中鉀離子含量均高于對(duì)照(CK)，分別比對(duì)照增加18.3 %、12.5 %、43.7 %，說(shuō)明鉀離子在土壤中大量富集；處理2、3、4、5土壤中鈉離子含量均低于對(duì)照(CK)，說(shuō)明鈉離子在土壤中并未富集，處理1土壤中鈉離子含量高于對(duì)照(CK),比對(duì)照增加1.5 %，說(shuō)明鈉離子在土壤中稍有富集，但并不明顯。

圖3 連作辣椒土壤纖維素酶對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)Fig.3 Response of soil cellulase in continuous cropping pepper to microbial agents

圖4 連作辣椒土壤過(guò)氧化氫酶對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)Fig.4 Response of catalase in soil of continuous cropping pepper to microbial agents

表1 連作辣椒土壤微生物數(shù)量對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)

表2 連作辣椒土壤離子對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)

2.4 連作辣椒葉綠素含量對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)

從圖5可以看出，不同處理對(duì)連作辣椒葉綠素含量有影響，處理2、5葉綠素含量最高，分別為66.277、64.87SPAD，處理1、對(duì)照(CK)次之，分別為60.33、60.0SPAD，處理3、4葉綠素含量最低，分別為53.94、57.44SPAD。

圖5 連作辣椒葉綠素含量對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)Fig.5 Response of chlorophyll content of continuous cropping capsicum to microbial agents

2.5 連作辣椒抗病性對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)

從圖6～7可以看出，不同處理連作辣椒白粉病發(fā)病率及病情指數(shù)有差異，對(duì)照(CK)辣椒白粉病發(fā)病率、病情指數(shù)最高，分別為68.2 %、54.51，處理5辣椒白粉病發(fā)病率、病情指數(shù)次之，分別為45.33 %、36.23，處理1～4辣椒白粉病發(fā)病率、病情指數(shù)較低，分別在32.4 %～39.33 %， 23.8～28.11。

3 討 論

微生物是維持土壤質(zhì)量的重要組成部分，能夠幫助植物適應(yīng)養(yǎng)分脅迫的環(huán)境，改善土壤養(yǎng)分的吸收和利用[20-21]。以微生物為核心研發(fā)的新型復(fù)合菌劑、生物肥料、新型生物農(nóng)藥的使用，不僅可以減少化肥、農(nóng)藥的施用，有效提高土壤生產(chǎn)力，而且還可以起到對(duì)作物健株、控害的作用[22-24]。土壤酶是土壤有機(jī)質(zhì)分解與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力，是土壤質(zhì)量和生態(tài)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[5-7]，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反應(yīng)強(qiáng)度，土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶等關(guān)鍵酶的共同作用促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)發(fā)育和根系活力的提高[8-9]。研究發(fā)現(xiàn)，接種微生物菌劑能夠改善土壤結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)狀況，調(diào)節(jié)土壤酶的活性，提高土壤肥力和養(yǎng)分利用率[20]。芽孢桿菌菌劑能夠顯著改善根際土壤微生態(tài)，提高土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、過(guò)氧化物酶和脫氫酶活性[21]。本試驗(yàn)結(jié)果基本與前人研究結(jié)果一致。

圖6 連作辣椒病情指數(shù)對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)Fig.6 Response of condition index of continuous cropping pepper to microbial agents

圖7 連作辣椒白粉病發(fā)病率對(duì)微生物菌劑的響應(yīng)Fig.7 Response of powdery mildew incidence of continuous cropping pepper to microbial agents

4 結(jié) 論

本研究中，處理2、5葉綠素含量最高，分別為66.27、64.87 SPAD；對(duì)照(CK)辣椒白粉病發(fā)病率、病情指數(shù)最高，分別為68.2 %、54.51；處理2蔗糖酶活性、脲酶活性最強(qiáng)， 處理2、3、4纖維素酶活性最強(qiáng)；處理2土壤中細(xì)菌數(shù)量最高，為8.1×105，處理2、3土壤中放線菌數(shù)量最小，分別為1.9×106、1.6×106；不同處理土壤中離子含量與對(duì)照(CK)相比，均有不同程度富集，處理3、4土壤中氯離子含量高于對(duì)照(CK)均比對(duì)照增加14.3 %，處理2、4、5土壤中硫酸根離子含量均高于對(duì)照(CK),分別比對(duì)照增加22.4 %、6.35 %、9.23 %，說(shuō)明硫酸根離子在土壤中大量富集；處理2、3、4、5土壤中鈉離子含量均低于對(duì)照(CK)，說(shuō)明鈉離子在土壤中并未富集，處理1土壤中鈉離子含量高于對(duì)照(CK)，比對(duì)照增加1.5 %，說(shuō)明鈉離子在土壤中稍有富集，但并不明顯。

綜上所述，處理2(膠質(zhì)芽孢桿菌∶巨大芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=2∶1∶2可以顯著降低土壤中有害真菌和放線菌數(shù)量，防止土壤由細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)變；可以為辣椒生長(zhǎng)提供足夠的養(yǎng)分，提髙土壤酶活性，減輕病害發(fā)生程度，減少土壤中離子的富集，并能有效緩解辣椒土壤連作障礙。