貴州武陵片區(qū)不同種植年限設(shè)施菜地土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能多樣性

趙 輝，王喜英 ，徐仕強(qiáng)，譚智勇

(銅仁學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，貴州 銅仁 554300)

武陵山區(qū)包括湖南、湖北、重慶、貴州四省的71個(gè)縣(市、區(qū))，其中，貴州片區(qū)人均GDP水平低于重慶、湖南和湖北三省，是國(guó)家扶貧工作的重點(diǎn)區(qū)域之一[1]。隨著國(guó)家投資力度加大，該區(qū)域設(shè)施蔬菜種植面積和規(guī)模不斷擴(kuò)大，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收方面起到了重要作用。然而，在設(shè)施蔬菜種植過(guò)程中，由于種植者缺乏有效的經(jīng)營(yíng)管理措施，普遍施肥過(guò)量，導(dǎo)致土壤質(zhì)量逐漸退化，蔬菜品質(zhì)下降嚴(yán)重，不利于設(shè)施蔬菜高效持續(xù)發(fā)展[2-3]，在一定程度上對(duì)該區(qū)域農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、生態(tài)環(huán)境安全產(chǎn)生不利影響。

土壤微生物在推動(dòng)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與維持、物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)中發(fā)揮著重要作用[4-6]。隨著設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，過(guò)量施肥會(huì)造成土壤養(yǎng)分富集，導(dǎo)致土壤次生鹽漬化及酸化現(xiàn)象嚴(yán)重。相關(guān)研究認(rèn)為，土壤理化性質(zhì)如土壤顆粒大小、通氣性、pH值、有效氮含量對(duì)土壤微生物活性及群落結(jié)構(gòu)有重要影響[7-10]。由此可知，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性在不同種植年限設(shè)施菜地土壤中差異較大。在設(shè)施蔬菜種植過(guò)程中，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)隨土壤質(zhì)量發(fā)生同步變化，進(jìn)而可以反映土壤質(zhì)量受損程度[11]。鑒于土壤微生物群落對(duì)設(shè)施土壤環(huán)境變化的敏感性，可以作為設(shè)施菜地土壤質(zhì)量變化的重要預(yù)警指標(biāo)之一[12]。因此，及時(shí)有效地監(jiān)測(cè)土壤微生物及功能群變化，可為實(shí)現(xiàn)退化土壤恢復(fù)及提高設(shè)施蔬菜高效持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)揭示不同種植年限設(shè)施蔬菜引起土壤質(zhì)量退化的微生物學(xué)機(jī)制具有重要意義。

鑒于設(shè)施蔬菜種植對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人們生活水平方面的重要性，如何維持設(shè)施蔬菜高效經(jīng)營(yíng)已經(jīng)成為學(xué)者及種植戶(hù)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，關(guān)于不同年限設(shè)施蔬菜土壤的研究主要集中在土壤機(jī)械組成[13]、土壤養(yǎng)分[14]、酶活性[15]、次生鹽漬化[16]、微生物功能多樣性[17]等方面，研究區(qū)域主要集中在山東[18]、江蘇[19]、北京[20]等省市。然而，關(guān)于武陵片區(qū)不同種植年限設(shè)施菜地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及功能多樣性的研究未見(jiàn)報(bào)道。為此，利用磷脂脂肪酸(PLFAs)、Biolog技術(shù)，對(duì)貴州武陵片區(qū)不同種植年限設(shè)施菜地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及功能多樣性進(jìn)行研究，旨在探討不同年限設(shè)施菜地土壤微生物群落變化規(guī)律、土壤環(huán)境因子與微生物群落之間的關(guān)系，從微生物角度來(lái)分析設(shè)施土壤質(zhì)量退化原因，同時(shí)為緩和設(shè)施菜地土壤質(zhì)量衰退和促進(jìn)武陵山區(qū)設(shè)施蔬菜高效健康持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)樣地

研究區(qū)位于貴州省銅仁市和平鄉(xiāng)(109°07′44″E，27°46′46″N)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫18 ℃，年降水量1 313 mm，土壤類(lèi)型為黃壤。于2017年7月選擇3個(gè)不同種植年限(3、5、7 a)設(shè)施蔬菜大棚為處理，以周?chē)N植的露天蔬菜為對(duì)照(CK)，主要種植茄子、黃瓜、西葫蘆、豇豆等。設(shè)施蔬菜基肥施用氮磷鉀復(fù)合肥1 200～1 500 kg/hm2，追施氮肥600～750 kg/hm2。露天菜地施用氮磷鉀復(fù)合肥600～750 kg/hm2，追肥300～450 kg/hm2。大棚規(guī)格為長(zhǎng)×寬(8 m×40 m)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，樣地內(nèi)按S形(5點(diǎn)法)采集0～10 cm土壤樣品，混合成1個(gè)土樣，用低溫冰盒保存并迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。土樣在室內(nèi)去除石塊、植物根系并過(guò)2 mm孔徑篩后，分為3份，1份4 ℃冰箱保存，用于微生物生物量碳、氮含量Biolog-Eco測(cè)定；1份-80 ℃冰箱保存，用于PLFAs含量測(cè)定；1份室內(nèi)風(fēng)干，用于土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定。

1.2 土壤理化性質(zhì)，微生物量碳、氮含量測(cè)定

1.3 PLFAs類(lèi)群和含量測(cè)定

PLFAs含量測(cè)定采用修正的BLIGH等[23]的方法。稱(chēng)取相當(dāng)于8 g烘干土的新鮮土樣，加入磷酸緩沖液30 mL，甲醇∶氯仿(體積比2∶1)105 mL混合液振蕩2 h后，分別加入氯仿36 mL、無(wú)菌水36 mL，避光浸提18～24 h。有機(jī)相過(guò)濾、濃縮，利用固相萃取技術(shù)，通過(guò)SPE固相萃取小柱(Bond elute，167 mg/mL)進(jìn)行脂肪酸分離，氮吹儀濃縮后，加1 mL 0.2 mol/mL的氫氧化鉀甲醇溶液，37 ℃加熱15 min進(jìn)行甲基化。加內(nèi)標(biāo)液(十九碳酸甲酯)0.5 mL，用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析。用MIDI系統(tǒng)操作氣相色譜火焰離子化檢測(cè)器(GC-FID)，后續(xù)PLFAs含量及類(lèi)群分析均由MIDI Sherlock微生物鑒定系統(tǒng)完成。根據(jù)文獻(xiàn)對(duì)不同微生物的PLFA進(jìn)行標(biāo)記[24-25](表1)。

表1 表征微生物的PLFAsTab.1 PLFAs characterizing microbes

1.4 土壤微生物群落功能多樣性測(cè)定

采用含有31種碳源底物的Biolog-Eco微平板分析微生物群落的碳代謝特征，即功能多樣性。Biolog-Eco微平板有96個(gè)孔，31種碳源。微平板上的31種碳源可劃分為六大類(lèi)，包括碳水化合物類(lèi)(10種)、氨基酸類(lèi)(6種)、聚合物類(lèi)(4種)、羧酸類(lèi)(7種)、酚類(lèi)(2種)、胺類(lèi)(2種)。其中，每類(lèi)碳源包含的所有單一種碳源的平均顏色變化率(AWCD)之和即為土壤微生物群落對(duì)該類(lèi)碳源的利用能力。

稱(chēng)取相當(dāng)于10 g烘干土的新鮮土樣，加入無(wú)菌生理鹽水，振蕩30 min后于4 ℃下靜止10 min，然后吸取1 mL原液于9 mL無(wú)菌生理鹽水中，搖勻后用多通道移液器取150 μL提取液，加入到生態(tài)板的每個(gè)孔中，每樣1板，每板3次重復(fù)。然后在20 ℃下培養(yǎng)，每24 h在Biolog-Eco讀數(shù)儀讀取590 nm下的吸光值，連續(xù)培養(yǎng)192 h。土壤微生物代謝活性用每孔AWCD值描述，計(jì)算公式如下：

AWCD=∑(Ci-R)/n

式中，Ci為各反應(yīng)孔在590 nm下的吸光值；R為對(duì)照孔的吸光值，n為碳源底物種類(lèi)，n=31；(Ci-R)<0的孔在計(jì)算中記為0。本試驗(yàn)利用各樣品培養(yǎng)96 h后的數(shù)據(jù)，計(jì)算土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)：香農(nóng)(Shannon)指數(shù)、辛普森(Simpson)指數(shù)、均勻度(McIntosh)指數(shù)，計(jì)算公式如下:

Shannon指數(shù)H=-∑(Pi×lnPi)；

Simpson指數(shù)D=1-∑(Pi)2

式中，Pi=(Ci-R)/∑(Ci-R)表示第i孔的相對(duì)吸光值與整板平均相對(duì)吸光值總和之比。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件，通過(guò)單因素方差分析( One-way ANOVA，n=3，P<0.05)和多重比較檢驗(yàn)土壤化學(xué)性質(zhì)、微生物量碳、氮含量，PLFAs含量、微生物群落結(jié)構(gòu)代謝功能多樣性指數(shù)差異顯著性(P<0.05)；微生物群落結(jié)構(gòu)功能多樣性指數(shù)、6大類(lèi)碳源與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的相關(guān)性分析采用SPSS 21.0和R軟件完成；微生物群落結(jié)構(gòu)層次聚類(lèi)分析、主成分分析(Principal component analysis，PCA)、冗余分析(Redundancy analysis，RDA)用R軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤特征

由表2可知，土壤pH值為4.53～6.22，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)呈逐漸降低趨勢(shì)，均顯著低于CK，土壤酸性逐漸增強(qiáng)。不同設(shè)施蔬菜種植年限土壤全氮、速效磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均高于CK。全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量隨種植年限延長(zhǎng)而增加，其中,各種植年限的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均與CK差異顯著。種植年限3、5、7 a的土壤速效磷含量分別是CK的2.09倍、1.62倍、2.27倍。速效鉀含量隨種植年限延長(zhǎng)而遞減，各種植年限均與CK差異顯著。土壤有機(jī)碳含量、C/N隨種植年限延長(zhǎng)逐漸降低，均顯著小于CK。各處理土壤微生物量碳含量均高于微生物量氮含量。種植年限3 a土壤微生物量碳、氮含量均最高，分別為360.64、108.72 mg/kg，分別比CK高出74.51%、4.17%。種植年限5、7 a的土壤微生物量碳、氮含量均顯著小于CK，且5、7 a之間差異不顯著。

表2 不同處理土壤特征Tab.2 Soil characteristics with different treatments

2.2 PLFAs類(lèi)群和含量

由表3可知，4個(gè)處理土壤中共有17種PLFAs被標(biāo)記到不同微生物類(lèi)群。土壤微生物PLFAs總量、細(xì)菌總量、放線(xiàn)菌總量隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)而逐漸遞減，種植年限3 a顯著高于CK，種植年限5、7 a低于CK。種植年限3 a的微生物PLFAs總量、細(xì)菌、放線(xiàn)菌總量分別是5 a的1.40倍、1.51倍、1.57倍，且3 a分別與5 a之間差異顯著。真菌總量隨設(shè)施種植年限延長(zhǎng)而增加，且3 a低于CK，種植年限5、7 a顯著高于CK。種植年限3 a中cy19:0含量最高，為2.37 nmol/g，且顯著高于其他處理。種植年限7 a中18:1ω9c含量最高，為1.23 nmol/g，且顯著高于其他處理。不同種植年限設(shè)施菜地土壤革蘭氏陰性細(xì)菌/革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌比值均小于1，表明設(shè)施土壤細(xì)菌以革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌為主，且隨種植年限延長(zhǎng)逐漸降低。革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌總量、革蘭氏陰性細(xì)菌總量大小順序均為3 a>CK>5 a>7 a，其中，種植年限7 a與其他處理之間差異顯著。土壤細(xì)菌/真菌各種植年限表現(xiàn)為3 a>CK>5 a>7 a，與CK相比，種植5、7 a分別顯著降低了24.36%、44.43%。

表3 不同處理PLFAs類(lèi)群和含量Tab.3 Types and concentrations of microbial PLFAs with different treatments nmol/g

續(xù)表3 不同處理PLFAs類(lèi)群和含量Tab.3(Continued) Types and concentrations of microbial PLFAs with different treatments nmol/g

2.3 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其與土壤化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系

基于PLFAs層次聚類(lèi)分析結(jié)果可知，不同種植年限設(shè)施菜地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)差異明顯，各處理3個(gè)重復(fù)都聚類(lèi)在一起(圖1A)，其中3 a與5、7 a距離較遠(yuǎn)，5、7 a距離較近。主成分分析進(jìn)一步證實(shí)了不同種植年限設(shè)施菜地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)差異明顯(圖1B)，主成分1(PC1)和主成分2(PC2)共解釋了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)總變異的91.17%，其中PC1解釋了總變異的84.67%，PC2解釋了總變異的6.50%。種植年限3 a投射點(diǎn)分布在第三象限，種植年限5 a投射點(diǎn)分布在第四象限，種植年限7 a投射點(diǎn)分布在第一、四象限，這表明3 a分別與5、7 a的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)具有明顯差異；5、7 a相聚較近，說(shuō)明微生物群落結(jié)構(gòu)相似度較大。CK投射點(diǎn)分布在第二象限，與3、5、7 a均不在同一象限，表明露天與設(shè)施菜地的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)明顯不同。

為分析土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行冗余分析(圖2)。第1軸(RDA1)和第1軸(RDA2)共同解釋了93.96 %的變異，其中，RDA1的貢獻(xiàn)值為89.27 %。土壤全氮含量、速效鉀含量、微生物量碳含量、C/N與微生物群落結(jié)構(gòu)有極顯著關(guān)系。土壤pH值、有機(jī)碳、微生物量氮對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。

2.4 土壤微生物群落功能多樣性

由圖3可知，各處理AWCD值在培養(yǎng)24 h內(nèi)無(wú)顯著變化，24 h后AWCD值均有明顯增加。培養(yǎng)24～96 h，種植年限3 a、CK的AWCD值增速較快，土壤微生物活性明顯增強(qiáng)。種植年限5、7 a的AWCD值在120～168 h增速較快。168 h后，各處理的AWCD值增加速率逐漸趨于平緩。不同處理AWCD值大小順序?yàn)? a>CK>5 a>7 a，種植年限3 a的土壤微生物代謝活性較強(qiáng)?？梢?jiàn)，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤微生物代謝活性逐漸減弱。

通過(guò)對(duì)土壤微生物功能多樣性指數(shù)分析可知(表4)，不同處理Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)變化趨勢(shì)一致，大小順序均為3 a>CK>5 a>7 a。種植年限3 a的Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)均高于其他處理，分別與5、7 a之間差異顯著。種植年限5、7 a的Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)均顯著低于CK。可見(jiàn)，種植年限3 a后土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)逐漸下降。進(jìn)一步對(duì)土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)與土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析(圖4)，土壤pH值與Shannon指數(shù)有極顯著正相關(guān)關(guān)系，與Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)有顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤有機(jī)碳含量與Shannon指數(shù)有顯著正相關(guān)關(guān)系。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量與Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤微生物量碳、氮含量與C/N分別與Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)有極顯著正相關(guān)關(guān)系。

表4 不同處理土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)Tab.4 Functional diversity indexes of the soil microbial community under different treatments

由表5可知，不同處理土壤微生物對(duì)6類(lèi)碳源利用存在差異，其中，氨基酸類(lèi)、碳水化合物類(lèi)利用較高，酚類(lèi)、胺類(lèi)利用較低。種植年限3 a的土壤微生物對(duì)酚類(lèi)、羧酸類(lèi)、氨基酸類(lèi)、碳水化合物類(lèi)、胺類(lèi)的利用能力均顯著高于其他處理。種植年限5 a的土壤微生物對(duì)氨基酸類(lèi)利用最低，對(duì)酚類(lèi)、羧酸類(lèi)、聚合物類(lèi)、碳水化合物類(lèi)、胺類(lèi)的利用高于7 a，低于3 a、CK。

進(jìn)一步對(duì)6類(lèi)碳源和土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析(圖4)，土壤pH值、有機(jī)碳含量、速效鉀含量與聚合物類(lèi)有極顯著正相關(guān)關(guān)系，與胺類(lèi)有顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤全氮含量與酚類(lèi)、羧酸類(lèi)、氨基酸類(lèi)、碳水化合物類(lèi)有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與聚合物類(lèi)、胺類(lèi)有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量與聚合物類(lèi)有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。C/N、微生物量碳、微生物量氮含量分別與酚類(lèi)、聚合物類(lèi)、胺類(lèi)有極顯著正相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同設(shè)施蔬菜種植年限對(duì)土壤特征的影響

土壤酸化是影響設(shè)施蔬菜高效持續(xù)經(jīng)營(yíng)的重要障礙因子，是眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)[26-27]。史桂芳等[28]研究表明，當(dāng)設(shè)施菜地土壤pH值小于5.5時(shí)，不利于蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育。本研究結(jié)果表明，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤pH值逐漸降低。當(dāng)設(shè)施蔬菜種植5 a，pH值小于5.5，土壤酸化明顯將影響蔬菜的產(chǎn)質(zhì)量。然而，曹艦艇等[29]研究表明，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤pH值呈V形變化趨勢(shì)。同時(shí)，劉兆輝等[30]研究也表明，設(shè)施蔬菜種植10 a后土壤才出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，與本研究結(jié)果不一致，可能與研究區(qū)域立地條件、施肥種類(lèi)、施肥量等因素有關(guān)。

宋蒙亞等[31]研究表明，種植年限3 a時(shí)土壤有機(jī)碳、速效氮含量富集，3～6 a土壤全氮、速效磷含量逐漸降低。然而，朱余清等[32]研究表明，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、速效磷含量逐漸增加。本研究結(jié)果也表明，設(shè)施菜地土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均高于CK，隨種植年限延長(zhǎng)逐漸增加，可能由于設(shè)施大棚處于相對(duì)封閉的高溫、高肥、少雨環(huán)境，養(yǎng)分淋溶較少，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分富集。土壤有機(jī)碳含量隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)逐漸降低，可能與該區(qū)域較少施用有機(jī)肥有關(guān)，不能彌補(bǔ)設(shè)施蔬菜多茬種植中有機(jī)碳的消耗。設(shè)施菜地土壤速效鉀含量均小于CK，隨種植年限延長(zhǎng)逐漸遞減，可能由于該區(qū)域設(shè)施菜地土壤鉀補(bǔ)充過(guò)少，同時(shí)設(shè)施蔬菜也吸收帶走大量的鉀，導(dǎo)致土壤速效鉀含量逐漸減少。唐冬等[33]研究表明，設(shè)施菜地土壤鹽漬化的主要特點(diǎn)是硝態(tài)氮積累，硝態(tài)氮含量隨種植年限延長(zhǎng)而增加，與本研究結(jié)果一致。設(shè)施菜地土壤由于不合理的施用氮肥，且硝態(tài)氮不能通過(guò)雨水進(jìn)行淋洗，同時(shí)設(shè)施蔬菜大棚內(nèi)高溫引起硝態(tài)氮向地表富集，最終導(dǎo)致土壤次生鹽漬化越來(lái)越嚴(yán)重?？梢?jiàn)，設(shè)施菜地土壤酸化與鹽漬化具有同步性。QIU等[34]研究表明，土壤C/N與環(huán)境惡化有顯著相關(guān)關(guān)系?？梢?jiàn)，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤C/N逐漸降低，導(dǎo)致土壤環(huán)境逐漸惡化，可能與大量施用氮肥且較少施用有機(jī)肥等因素有關(guān)。

張國(guó)紅等[35]研究表明，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤微生物數(shù)量逐漸增加。然而，杜連鳳等[36]研究表明，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤微生物數(shù)量呈現(xiàn)先增加后減少趨勢(shì)。本研究中，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤微生物量碳呈V形變化趨勢(shì)，微生物量氮逐漸降低。可見(jiàn)，在設(shè)施蔬菜種植過(guò)程中，短期施肥可調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分含量，有利于促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)。然而，當(dāng)長(zhǎng)期大量施肥時(shí)，導(dǎo)致土壤pH值顯著下降，土壤酸化嚴(yán)重，對(duì)土壤微生物生長(zhǎng)有抑制作用。

3.2 不同設(shè)施蔬菜種植年限對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的影響

土壤微生物PLFAs總量為14.81～22.26 nmol/g，高于江蘇省常熟市的設(shè)施菜地土壤[31]，造成土壤微生物PLFAs總量差異可能與取樣深度、種植年限等因素有關(guān)。本試驗(yàn)土壤取樣深度為0～10 cm，該土層養(yǎng)分含量相對(duì)較高，能夠?yàn)橥寥牢⑸锾峁┹^好的生存環(huán)境。周德平等[37]研究表明，土壤pH值是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的重要因素。因此，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤pH值下降可能是導(dǎo)致土壤微生物PLFAs總量、細(xì)菌、放線(xiàn)菌總量減少的主要因素。然而，土壤真菌總量隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)而增加，真菌數(shù)量增多將導(dǎo)致土傳病害加重[35]。土壤細(xì)菌偏好質(zhì)量較好的環(huán)境，土壤有機(jī)碳可為細(xì)菌生長(zhǎng)提供能量來(lái)源，但較低pH值會(huì)抑制其生長(zhǎng)[38]?？梢?jiàn)，隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤酸化嚴(yán)重及有機(jī)碳含量下降，將不利于土壤細(xì)菌生長(zhǎng)。JANVIER等[39]研究表明，細(xì)菌/真菌可以用來(lái)指示土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，細(xì)菌/真菌值降低，不利于植物生長(zhǎng)。本研究中，種植年限3 a的細(xì)菌/真菌值高于CK，土壤微生態(tài)較穩(wěn)定，有利于蔬菜生長(zhǎng)；隨設(shè)施蔬菜種植年限延長(zhǎng)，土壤真菌數(shù)量逐漸增加，細(xì)菌數(shù)量逐漸減少，導(dǎo)致土壤細(xì)菌/真菌值降低，土壤質(zhì)量逐步惡化?？梢?jiàn)，設(shè)施蔬菜種植年限3 a后，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，土壤微生態(tài)嚴(yán)重失衡，加劇了土傳病害發(fā)生，不利于設(shè)施蔬菜持續(xù)高效生產(chǎn)。

STADDON等[40]研究表明，土壤酸化及氮素積累都將降低微生物多樣性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，種植年限3 a、CK的土壤微生物功能多樣性指數(shù)及AWCD值高于其他處理，可能與土壤酸化不明顯有關(guān)。設(shè)施蔬菜種植年限3 a后，土壤酸性增強(qiáng)，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量明顯增加，導(dǎo)致土壤微生物代謝活性降低，微生物群落功能多樣性指數(shù)下降。土壤微生物偏好利用的碳源類(lèi)型為碳水化合物，可能與設(shè)施蔬菜連年種植產(chǎn)生的根系分泌物對(duì)微生物群落具有選擇性有關(guān)[41-47]。可見(jiàn)，設(shè)施菜地土壤環(huán)境對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)及功能多樣性的影響具有復(fù)雜性。下一步需借助高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)設(shè)施菜地土壤中參與養(yǎng)分循環(huán)及蔬菜病害有關(guān)的微生物類(lèi)群進(jìn)行研究，以便更好地解釋設(shè)施蔬菜長(zhǎng)期種植引起土壤質(zhì)量變化的微生物機(jī)制，為設(shè)施蔬菜可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

綜上所述，隨設(shè)施蔬菜種植年限的延長(zhǎng)，土壤pH值降低，全氮、硝態(tài)氮含量積累，導(dǎo)致土壤酸化、鹽漬化嚴(yán)重，并最終引起土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和代謝活性發(fā)生顯著變化。因此，貴州武陵山片區(qū)設(shè)施蔬菜種植3 a后，應(yīng)采取輪作，休閑，合理配施有機(jī)肥、無(wú)機(jī)肥等措施，改善土壤質(zhì)量，維持土壤微生態(tài)平衡，通過(guò)對(duì)土壤微生物群落進(jìn)行定向調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)施菜地土壤的高效可持續(xù)利用。