3種西蘭花種植方式對(duì)根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響研究

陳海生 劉守平 梁國(guó)錢 何道根

(1 浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231；2 臺(tái)州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 臨海 317000)

農(nóng)作物連作可能會(huì)導(dǎo)致其根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡，表現(xiàn)出病害加重、產(chǎn)量和品質(zhì)下降等現(xiàn)象[1-2]。農(nóng)作物進(jìn)行合理輪作能夠促進(jìn)耕作層土壤有效肥力的提高和平衡，在控制和防治農(nóng)作物土傳病害方面也發(fā)揮著重要作用[3-6]，其中，水旱輪作是目前最有效、最理想的輪作方式[7]。徐幼平等[8]研究表明，水旱輪作可使耕作層土壤微生物群落數(shù)量增加、種類改變。陳丹梅等[9]選擇云南省具有代表性的幾種輪作模式，通過(guò)16S rDNA序列分析，研究了水旱輪作和旱旱輪作條件下土壤微生物活性和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)果認(rèn)為，在經(jīng)過(guò)連續(xù)16年的種植后，各種植模式的土壤微生物生物量碳氮、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性均以烤煙(Nicotianatabacum)-苕子(Viciaspp)-水稻(Oryzasativa)這一水旱輪作模式為最佳，該輪作模式可改善土壤生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)土壤微生物繁殖，使微生物數(shù)量增加、活性增強(qiáng)。此外，大量研究表明，輪作能提高作物根際土壤微生物多樣性指數(shù)，改善作物根際土壤微生態(tài)環(huán)境[10-12]。

西蘭花(Brassicaoleraceavar.italica)為十字花科蕓薹屬蔬菜，其原產(chǎn)地為歐洲。西蘭花色澤深綠，因其口味獨(dú)特、營(yíng)養(yǎng)全面，深受消費(fèi)者喜愛[13]。臺(tái)州市光照充足，水熱條件豐富，適宜西蘭花的生長(zhǎng)。目前，臺(tái)州市西蘭花種植面積常年穩(wěn)定在10 000 hm2左右, 年產(chǎn)量約230 000 t，占全國(guó)西蘭花總產(chǎn)量的25%，是臺(tái)州市重要的創(chuàng)匯及內(nèi)銷蔬菜之一[14]。但長(zhǎng)期連作產(chǎn)生了連作障礙，導(dǎo)致西蘭花產(chǎn)量低、品質(zhì)差[15]。臺(tái)州市屬于浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之一，西蘭花的高度集約化和大量化肥投入使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞，造成土壤退化現(xiàn)象。有研究表明西蘭花套作糯玉米(ZeamaysL.sinensisKulesh)能提高土壤微生物生物量碳和生物量氮含量，以及土壤脲酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性，有效緩解西蘭花連作障礙[16]。另有研究表明，“西蘭花-早稻”水旱輪作能明顯提高西蘭花種植地土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量以及土壤微生物生物量碳和生物量氮含量，有效改善西蘭花種植地土壤微生物環(huán)境，并顯著提高土壤脲酶和蔗糖酶活性[17]。但采用高通量測(cè)序技術(shù)分析西蘭花不同輪作方式對(duì)西蘭花根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響研究尚鮮見報(bào)道。

在臺(tái)州灣灘涂圍墾地西蘭花種植區(qū)選擇當(dāng)?shù)刈钪饕乃递喿骱秃岛递喿鞣绞健魈m花-早稻輪作和西蘭花-南瓜(Semencucurbitae)輪作，并以西蘭花連作為對(duì)照，采用高通量測(cè)序方法[18-20]，研究3種種植方式對(duì)西蘭花根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響，以期為提出該區(qū)域西蘭花合理耕作措施、實(shí)現(xiàn)臺(tái)州灣西蘭花可持續(xù)發(fā)展提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)所用西蘭花品種為臺(tái)綠3號(hào)，由臺(tái)州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供；南瓜品種為蜜本南瓜-棱王968，由廣東金記種業(yè)科技有限公司提供。

試驗(yàn)點(diǎn)位于浙江省臨海市上盤鎮(zhèn)磊石坑村西蘭花種植基地(28°34′N，121°30′E)，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年日照時(shí)數(shù)1 785.7～3 118.6 h，年太陽(yáng)輻射總量為5 040～5 400 MJ·m-2，年平均氣溫17.0℃，極端最高氣溫37.5℃，極端最低氣溫-6.8℃，≥10℃的年積溫5 332.7℃，無(wú)霜期257 d，年降雨量1 300～1 400 mm，40%集中在春雨和梅雨季節(jié)，臺(tái)風(fēng)暴雨頻率高，強(qiáng)度大，常易遭受洪澇災(zāi)害。研究區(qū)屬臺(tái)州灣淤積性海岸，潮間帶為淤泥充填。灘涂濕地平坦開闊，底質(zhì)為粘泥沙質(zhì)，沉積層較厚，灘涂土壤有機(jī)質(zhì)含量豐富，土壤鹽度約為0.88%～1.55%，成土母質(zhì)為新淺海沉積物。試驗(yàn)田塊土壤的基本理化性狀(平均值)：pH值7.4、速效鉀146.574 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)20.274 g·kg-1、 有效磷64.031 mg·kg-1、全氮1.285 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)田塊種植西蘭花已經(jīng)有30年歷史，2008年以前一直是西蘭花連作田塊，2008年以后開始輪作試驗(yàn)。共設(shè)西蘭花-早稻水旱輪作(簡(jiǎn)稱水旱輪作)、西蘭花-南瓜旱旱輪作(簡(jiǎn)稱旱旱輪作)、西蘭花連作(簡(jiǎn)稱連作)3種不同的種植方式。每種種植方式3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)面積60 m2，株行距為0.5 m×0.5 m，栽植密度為34 500株·hm-2。各小區(qū)田間管理措施與大田生產(chǎn)相同，施肥水平為：45%復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)1 200 kg·hm-2(分別于9月20日、11月5日均施600 kg·hm-2)、尿素750 kg·hm-2(分別于9月20日施150 kg·hm-2、10月30日施300 kg·hm-2、11月25日施150 kg·hm-2、12月20日施150 kg·hm-2)、氯化鉀112.5 kg·hm-2(分別于9月20日施45 kg·hm-2、10月30日施37.5 kg·hm-2、11月25日施30 kg·hm-2)、硼砂30 kg·hm-2(分別于9月20日施15 kg·hm-2、11月25日施15 kg·hm-2)。

于2019年3月18日西蘭花剛采收后土壤微生物較為活躍的時(shí)期進(jìn)行西蘭花根際土壤采樣。采用5點(diǎn)取樣法采集土樣，在每小區(qū)采用對(duì)角線法選取5個(gè)點(diǎn)。取土前先清除地表植物和覆蓋物，然后采取抖落法[21]進(jìn)行西蘭花根際土壤樣品的采集，即將西蘭花根系從土壤中拔出后，輕輕抖落掉與根系松散結(jié)合的土粒，收集大約在2 mm范圍內(nèi)與根系緊密結(jié)合的土壤。將各樣地采集的土壤樣品混合均勻，過(guò)2 mm網(wǎng)篩。稱10 g土樣裝入無(wú)菌聚乙烯封口袋中，放入冰盒中低溫運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室，-20℃低溫保存，用于高通量測(cè)序。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤細(xì)菌基因組DNA提取 準(zhǔn)確稱取0.1 g土樣，采用E.Z.N.A. Soil DNA Kit試劑盒法(D5625, 美國(guó)Omega公司)，提取土樣的總DNA。經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA提取質(zhì)量，同時(shí)采用NanoDrop ND-1000紫外分光光度計(jì)(美國(guó)NanoDrop公司)對(duì)DNA進(jìn)行定量測(cè)定。各樣品的5份DNA樣品隨機(jī)取3份等量混均，分別制成3個(gè)平行樣品，于-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 PCR擴(kuò)增及高通量測(cè)序 參考Caporaso等[22]的方法，通過(guò)細(xì)菌16S rDNA V3-V4區(qū)段引物來(lái)擴(kuò)增各樣品，使用的上下引物分別為338F (A C T C C T A C G G G A G G C A G C AG)和806R(G G A C T A C H V G G G T W T C T A AT)，對(duì)16S rDNA基因的(V3-V4)進(jìn)行PCR擴(kuò)增[23-25]。DNA擴(kuò)增的反應(yīng)條件為：98℃預(yù)試變性30 s，98℃變性10 s，54℃退火30 s，72℃延伸45 s，循環(huán)35次；然后72℃延伸10 min。

使用質(zhì)量體積比為2%的瓊脂糖凝膠對(duì)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)電泳初步定量結(jié)果，使用Qubit熒光定量系統(tǒng)(美國(guó)Lifetechnologies公司)對(duì)純化后PCR產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)定量，再根據(jù)各樣本的測(cè)序量要求按相應(yīng)比例混合，然后構(gòu)建MiSeq文庫(kù)，Illumina上機(jī)測(cè)序[26-27]。上機(jī)進(jìn)行16S rDNA V3-V4區(qū)高通量測(cè)序，由杭州聯(lián)川生物技術(shù)有限公司對(duì)16S rDNA基因的PCR產(chǎn)物完成測(cè)序工作，測(cè)序儀器是Illumina公司的Miseq測(cè)序儀[28]。

使用Prinseq軟件對(duì)測(cè)序結(jié)果中read1、read2的3端進(jìn)行質(zhì)控，將質(zhì)量低的數(shù)據(jù)截掉，以提高后續(xù)序列融合比率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Flash v1.2.8軟件組裝雙端計(jì)數(shù)，根據(jù)雙端序列的overlap關(guān)系，將序列拼接(merge)成長(zhǎng)的tag，并將序列上建庫(kù)引入的barcode和引物序列去除，而后再使用Vsearch(v2.3.4)軟件對(duì)拼接序列進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾。預(yù)處理之后的clean data使用Vsearch將序列相似性大于97%的clean tags定為一個(gè)OTU，挑選最佳的centroids(位于幾何中心)序列作為該OTU的代表序列。使用Blast進(jìn)行序列比對(duì)，將OTU代表序列與RDP(核糖體數(shù)據(jù)庫(kù))以及NCBI-16S數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)每個(gè)代表性序列進(jìn)行物種注釋。其他圖片均是使用R包(V3.2.5)實(shí)現(xiàn)[29]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植方式對(duì)西蘭花產(chǎn)量的影響

由圖1可知，3 種種植方式中，以水旱輪作的西蘭花產(chǎn)量最高，為28 620 kg·hm-2，其次是旱旱輪作，為27 180 kg·hm-2， 而以連作的產(chǎn)量最低，為26 850 kg·hm-2。 水旱輪作的西蘭花產(chǎn)量顯著高于連作(P<0.05)，也顯著高于旱旱輪作(P<0.05)，但旱旱輪作與連作的產(chǎn)量差異并不顯著。

圖1 3種種植方式下西蘭花產(chǎn)量

2.2 不同種植方式根際土壤細(xì)菌alpha多樣性分析

MiSeq測(cè)序所得樣品數(shù)據(jù)經(jīng)質(zhì)檢后，所有樣品獲得的細(xì)菌有效序列總數(shù)為131 470。由表1可知，根際土壤細(xì)菌有效序列以西蘭花連作最高，其次是旱旱輪作，而水旱輪作的西蘭花根際土壤細(xì)菌有效序列最低，各處理的有效序列比例均大于82%。序列長(zhǎng)度在300～400 bp和400～500 bp之間的分別占32.02%和65.72%，總計(jì)大于97%，滿足分析要求。

經(jīng)質(zhì)控且去除嵌合體后，所得有效序列以97%的一致性聚類成OTUs，3種種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌的OTU數(shù)為4 236 ～ 4 958個(gè)，共計(jì)8 190個(gè)，其中以旱旱輪作的OTU數(shù)最多，其次是連作，水旱輪作的OTU數(shù)最少(表1)。3種種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌共有的OTU數(shù)是3 856個(gè)，占總數(shù)的47.1%。這是由于3種種植方式的西蘭花根際土壤均是發(fā)育于相同的灘涂濕地圍墾土壤母質(zhì)上，因此各輪作方式特有的OTU數(shù)占總OTU數(shù)的比率較低。如水旱輪作西蘭花根際土壤細(xì)菌特有的OTU數(shù)為794個(gè)，占總數(shù)的9.7%，旱旱輪作特有的OTU數(shù)為198個(gè)，占總數(shù)的2.4%，連作特有的OTU數(shù)為246個(gè)，占總數(shù)的3.0%，以水旱輪作西蘭花根際土壤細(xì)菌特有的OTU數(shù)最高，可能是水旱輪作西蘭花根際土壤由于發(fā)育條件較好，所以其細(xì)菌OTU數(shù)較多。

稀釋曲線可以反映樣品的取樣深度，能夠評(píng)價(jià)測(cè)序量能否覆蓋所有類群。由圖3可知，3種樣品稀釋曲線均趨于平緩，文庫(kù)的覆蓋率均已超過(guò)91%，說(shuō)明取樣基本合理，樣本的OTU覆蓋度已經(jīng)飽和，本次測(cè)序深度可以反映臺(tái)州灣灘涂圍墾區(qū)3種不同種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌群落的真實(shí)情況。

采用QILME軟件計(jì)算樣品的Chaol指數(shù)和Shannon指數(shù)用以表征其豐富度和多樣性，Chaol指數(shù)和Shannon指數(shù)越大，表示細(xì)菌群落豐富度和多樣性越高。由表2可知，不同種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌群落Chaol和Shannon指數(shù)存在明顯的不同，Shannon指數(shù)和Chaol指數(shù)均以水旱輪作最高，分別為10.60和5 480.77，其次是旱旱輪作，其Shannon指數(shù)和Chaol指數(shù)分別為10.33和5 206.03，以連作土壤的Shannon指數(shù)和Chaol指數(shù)最低，分別為10.20和5 032.95。 水旱輪作土壤細(xì)菌群落的Shannon指數(shù)和Chaol指數(shù)均顯著高于旱旱輪作和連作，但旱旱輪作土壤細(xì)菌群落的Shannon指數(shù)和Chaol指數(shù)均與連作無(wú)顯著差異。

2.3 不同種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成

測(cè)序結(jié)果通過(guò)物種注釋，所得土壤細(xì)菌共有28個(gè)門，92個(gè)綱，167個(gè)目，301個(gè)科，691個(gè)屬。測(cè)序結(jié)果表明，變形菌門(Proteobacteria，37.81%～48.08%)、酸桿菌門(Acidobacteria，14.36%～15.07%)、放線菌門(Actinobacteria，7.33%～16.74%)是臺(tái)州灣灘涂圍墾地3種種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌群。不同種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌群落中，相對(duì)豐度次高的門類有芽單胞菌門(Gemmatimonadetes，4.41%～7.62%)、擬桿菌門(Bacteroidetes，5.51%～6.40%)、綠灣菌門(Chloroflexi，3.21%～5.41%)、藍(lán)細(xì)菌門(Cyarobacteria，2.57%～3.81%)、厚壁菌門(Firmicutes，1.39%～2.08%)、硝化螺旋菌門(Nitrospira，0.99%～1.69%)、疣微菌門(Verrucomicrobia，0.77%～1.02%)。另外，結(jié)果中未分類細(xì)菌的相對(duì)豐度為4.22%～6.46%。

表1 不同種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌有效序列讀數(shù)及OTUs數(shù)

表2 不同種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌Alpha多樣性比較

圖2 OTU venn 分析結(jié)果

圖3 相似度為97%的各土壤樣品細(xì)菌稀釋曲線

圖4 門水平西蘭花根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

在上述的優(yōu)勢(shì)菌群中，變形菌門以水旱輪作的相對(duì)豐度最高，為48.08%，其次是連作，為38.94%，以旱旱輪作的相對(duì)豐度最低，為37.81%，水旱輪作的相對(duì)豐度比連作和旱旱輪作分別增加了9.14個(gè)百分點(diǎn)和10.27個(gè)百分點(diǎn)，差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。酸桿菌門以水旱輪作的相對(duì)豐度最高，為15.07%，其次是旱旱輪作，為14.82%，以連作的相對(duì)豐度最低，為14.36%，但三者之間差異均未達(dá)顯著水平(P>0.05)。放線菌門以旱旱輪作的相對(duì)豐度最高，為16.74%，其次是連作，為16.08%，以水旱輪作的相對(duì)豐度最低，反為7.33%，水旱輪作與連作、旱旱輪作的差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)，但旱旱輪作與連作差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。

在相對(duì)豐度次高的細(xì)菌門中，芽單胞菌門以連作的相對(duì)豐度最高，為7.62%，其次是旱旱輪作，為7.58%，以水旱輪作的相對(duì)豐度最低，只有4.41%，前二者與水旱輪作的差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。擬桿菌門以連作的相對(duì)豐度最高，為6.40%，其次是旱旱輪作，為5.66%，以水旱輪作的相對(duì)豐度最低，只有5.51%，差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。綠彎菌門以水旱輪作的相對(duì)豐度最高，為5.41%，其次是旱旱輪作，為3.67%，以連作的相對(duì)豐度最低，只有3.21%，水旱輪作與旱旱輪作、連作的差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。藍(lán)細(xì)菌門以連作的相對(duì)豐度最高，為3.81%，其次是旱旱輪作，為3.75%，以水旱輪作的相對(duì)豐度最低，只有2.57%，但差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。

微生物結(jié)構(gòu)熱圖可以反映不同樣品間的物種組成和差異[20，30]。由圖5可知，在門水平上3種種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成表現(xiàn)為旱旱輪作與連作相似，而水旱輪作和另外2種種植方式的相差較大。

從綱水平上看，3種種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌中均以α-變形菌綱(Alphaproteobacteria，13.44%～14.84%)占優(yōu)勢(shì)，相對(duì)豐度最高的是連作的根際土壤，為14.84%，其次是水旱輪作，為13.49%，旱旱輪作的相對(duì)豐度最低，為13.44%，但差異均未達(dá)顯著水平(P>0.05)。3種種植方式根際土壤中放線菌綱(Actinobacteria)也是優(yōu)勢(shì)菌綱，其相對(duì)豐度為7.07%～15.76%，以旱旱輪作的相對(duì)豐度最高，為15.76%，其次是連作，為15.15%，以水旱輪作最低，只有7.07%，遠(yuǎn)低于旱旱輪作連作，差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)。γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria，8.58%～11.74%)、β-變形菌綱(Betaproteobacteria，8.27%～13.88%)也是優(yōu)勢(shì)菌綱，但相對(duì)豐度遠(yuǎn)低于α-變形菌綱和放線菌綱。

圖5 門水平上西蘭花根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成熱圖

圖6 綱水平西蘭花根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

其他菌綱根據(jù)其相對(duì)豐度從高到低依次為芽單胞菌綱(Gemmatimonadetes，4.39%～7.51%)、酸桿菌綱(Alidobacteria-C7P6，5.22%～6.88%)、δ-變形菌綱(Deltaproteobacteria，5.44%～8.57%)、鞘脂桿菌綱(Sphingobacteria，2.69%～2.94%)。不同種植方式西蘭花根際土壤細(xì)菌群落中，厭氧繩菌綱的相對(duì)豐度以水旱輪作最高，為2.25%，遠(yuǎn)高于旱旱輪作的1.03%和連作的0.58%，差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。硝化螺旋菌綱(Nitrospira)的相對(duì)豐度同樣以水旱輪作最高，為1.69%，與其他2種種植方式西蘭花根 際土壤的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

3 討論

土壤微生物與植物根系相互作用，共同構(gòu)成植物根際土壤生態(tài)系統(tǒng)，其中，植物根系能夠分泌各種有機(jī)化合物，促進(jìn)或抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖，致使植物根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性產(chǎn)生變化[19,31-32]。作物輪作特別是水旱輪作種植方式能使土壤中聚集多種植物殘?bào)w，以及多種不同的植物根系分泌物，使土壤中微生物生長(zhǎng)和繁殖所需要的營(yíng)養(yǎng)成分豐富且平衡，從而增加土壤微生物的群落多樣性[33]。另外，在水旱輪作條件下，土壤微生物在嫌氣條件下有利于形成腐殖質(zhì)，在好氣條件下有利于產(chǎn)生CO2等氣體，有助于形成具有良好團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤[34]，便于更多種類微生物的棲息繁殖。本研究中，水旱輪作田塊西蘭花根際土壤細(xì)菌群落 Chaol 指數(shù)和 Shannon 指數(shù)比西蘭花連作田塊分別提高了8.90%和3.92%，比旱旱輪作的田塊分別提高了5.28%和2.61%。兩種輪作田塊的細(xì)菌群落 Chaol指數(shù)和 Shannon 指數(shù)均高于連作田，這與前人的研究結(jié)果一致[7, 33]。本研究結(jié)果更進(jìn)一步說(shuō)明了水旱輪作田塊土壤細(xì)菌群落的 Chaol指數(shù)和 Shannon 指數(shù)均高于旱旱輪作田塊。本研究中，產(chǎn)量分析結(jié)果表明，與連作相比，輪作具有增加西蘭花產(chǎn)量的作用，其中水旱輪作和旱旱輪作的西蘭花產(chǎn)量均較連作增加，且水旱輪作的增產(chǎn)效果高于旱旱輪作與連作。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中所種植的作物種類會(huì)對(duì)其根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成產(chǎn)生影響[34]。輪作模式中由于作物種類的增加，造成作物根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生了變化，這有利于形成優(yōu)化的作物根系微生態(tài)環(huán)境，有利于緩解作物連作障礙[35]。梁志婷等[34]研究了隴東旱塬區(qū)不同糧草輪作模式下土壤細(xì)菌群落組成特征，發(fā)現(xiàn)輪作模式下作物根際土壤細(xì)菌變形菌門、酸桿菌門和擬桿菌門的豐度較高，為優(yōu)勢(shì)菌門。孫倩[35]在寧夏中部干旱帶以谷子連作為對(duì)照，研究谷子-大豆、谷子-籽粒莧、谷子-藜麥輪作模式下谷子根際土壤細(xì)菌群落組成的變化情況，發(fā)現(xiàn)輪作模式下谷子根際土壤細(xì)菌變形菌門、綠灣菌門、酸桿菌門的相對(duì)豐度比連作條件下顯著增加。變形菌門包含了多種可以進(jìn)行固氮作用的細(xì)菌。綠灣菌門細(xì)菌能促進(jìn)土壤有毒物質(zhì)的降解[9]。酸桿菌門細(xì)菌能夠降解土壤中纖維素和木聚糖等復(fù)雜的碳水化合物，具有豐富的遺傳和代謝多樣性，對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定起著重要作用。本研究結(jié)果也表明輪作方式下西蘭花根際土壤細(xì)菌變形菌門、綠灣菌門、酸桿菌門菌群的相對(duì)豐度均大于連作西蘭花根際土壤，這與上述學(xué)者的研究結(jié)果相一致。本研究更進(jìn)一步說(shuō)明了旱旱輪作條件下西蘭花根際土壤綠灣菌門、酸桿菌門的相對(duì)豐度均比連作西蘭花根際土壤提高0.46個(gè)百分點(diǎn)，但均未達(dá)顯著水平；而水旱輪作條件下西蘭花根際土壤細(xì)菌除了酸桿菌門與連作西蘭花根際土壤相比略有提高但未達(dá)顯著水平外(提高幅度為4.49%)，變形菌門和綠灣菌門菌群的相對(duì)豐度分別顯著提高9.14和2.20個(gè)百分點(diǎn)。

土壤中放線菌門細(xì)菌能促進(jìn)作物生長(zhǎng)素的合成并分泌抗生素，進(jìn)而促進(jìn)作物生長(zhǎng)并拮抗作物病害，但在不同輪作模式中作物根際土壤放線菌門細(xì)菌的相對(duì)豐度相差較大。本研究結(jié)果表明，在南瓜-西蘭花旱旱輪作條件下，西蘭花根際土壤放線菌門相對(duì)豐度高于西蘭花連作田塊，增加0.68個(gè)百分點(diǎn)，但未達(dá)顯著水平。但在水稻-西蘭花水旱輪作條件下，西蘭花根際土壤放線菌門相對(duì)豐度明顯低于西蘭花連作田塊，降低8.75個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)極顯著水平。這是因?yàn)榉啪€菌是好氣性微生物，而水稻-西蘭花水旱輪作體系中，有一段時(shí)期農(nóng)田處于淹水狀態(tài)而不利于放線菌門細(xì)菌生長(zhǎng)，導(dǎo)致其相對(duì)豐度降低[36]。

厭氧繩菌綱(Anaerolineae)具有降解土壤中碳水化合物和其他細(xì)胞材料(包括氨基酸)的作用[37]。在本研究3種種植方式中以水旱輪作西蘭花根際土壤厭氧繩菌綱的相對(duì)豐度最高，與另2種種植方式西蘭花根際土壤的差異均達(dá)極顯著水平。硝化螺旋菌綱(Nitrospira)可將土壤中亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，參與土壤氮循環(huán)[38]。本研究中水旱輪作西蘭花根際土壤硝化螺旋菌綱的相對(duì)豐度在3種種植方式中最高，與另2種種植方式西蘭花根際土壤的差異均達(dá)顯著水平。上述2個(gè)菌綱的相對(duì)豐度均以水旱輪作為最高，其次是旱旱輪作，而以連作為最低，說(shuō)明輪作方式能夠促進(jìn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物分解和氮素營(yíng)養(yǎng)循環(huán)，在平衡作物營(yíng)養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用，且水旱輪作對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化效應(yīng)要好于旱旱輪作。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，在浙江省臺(tái)州灣濱海灘涂地西蘭花種植區(qū)，變形菌門、酸桿菌門、放線菌門是西蘭花根際土壤細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌群。相對(duì)豐度次高的門有芽單胞菌門、擬桿菌門、綠灣菌門、藍(lán)細(xì)菌門、厚壁菌門、硝化螺旋菌門、疣微菌門。與西蘭花長(zhǎng)期連作相比，水旱輪作能提高西蘭花根際土壤細(xì)菌變形菌門、酸桿菌門和綠灣菌門的相對(duì)豐度，降低西蘭花根際土壤細(xì)菌放線菌門、芽單胞菌門、擬桿菌門和藍(lán)細(xì)菌門的相對(duì)豐度。水旱輪作和旱旱輪作均能改善臺(tái)州灣濱海灘涂地區(qū)西蘭花根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，但水稻-西蘭花水旱輪作更能增加西蘭花根際土壤細(xì)菌有益菌豐度，提高其根際土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)，有利于改善西蘭花根際土壤生態(tài)環(huán)境。本研究為確立濱海灘涂地圍墾區(qū)西蘭花的適宜輪作方式提供了理論依據(jù)。今后應(yīng)著重進(jìn)行水旱輪作條件下作物根際土壤的理化性狀、土壤酶活性的周期性變化規(guī)律及其與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)以及多樣性指數(shù)的相關(guān)性研究，從資源高效利用和農(nóng)業(yè)面源污染控制的角度，優(yōu)化肥水管理技術(shù)，改善作物根際的微生態(tài)環(huán)境，建立水旱輪作方式的管理技術(shù)體系，以實(shí)現(xiàn)濱海灘涂地農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。