太子参连作障碍效应研究

以贵州施秉中药材种植基地连作1～12年的太子参和土壤为试验对象,研究了不同连作年限的太子参生长发育状况、产量、土壤肥力、酶活性、以及土壤微生物等的变化规律,以探讨太子参连作障碍的原因.结果表明:(1)连作严重危害太子参生长发育,随着连作年限的延长,根长、根系数量、株高、茎分支数、结实种子数、总生物量呈下降趋势,产量和单个根重明显降低.连作对太子参地上部的危害最大,连作1～12年地上部生物量极显著下降.(2)连作土壤中总磷、总氮含量增加,速效氮、速效钾、速效磷含量降低,土壤pH值变化微小,有机质变化差异较大;连作土壤微量元素(Cu、Mn、B、Zn、Fe)累积,而钼(Mo)降低甚至缺失.(3)连作地土壤细菌数量减少,放线菌数量呈倒"U"型趋势变化;连作使土壤淀粉酶活性降低,磷酸酶活性呈下降后回升趋势变化,但土壤脲酶活性变化微小.连作使土壤中养分、微生物、酶活性等发生变化,不利于太子参生长,根系微生态失衡可能是太子参连作障碍的主要原因之一.     

连作对附子根际土壤微生物群落结构的影响

目的对不同连作年限附子根际土壤微生物群落及其与土壤化学性质的变化规律进行探讨,以期为附子连作障碍的克服提供理论指导。方法对未种植附子(Y0)和种植1年(Y1)、2年附子(Y2)的土壤采样,应用Illumina MiSeq高通量测序技术和常规分析方法,分析土壤微生物群落和土壤化学性质变化规律。结果获得细菌和真菌总有效序列分别为110 218和32 819条,在属分类水平上,相较于Y0,Y2部分菌的相对丰度明显增加,如产酸细菌酸杆菌属(Acidobacteriaceae)增加396%,黄单胞菌属(Xanthomonas)增加250%,镰刀菌属(Fusarium)增加17.63%,木霉菌属(Trichoderma)增加7940%,而有益细菌假诺卡菌属(Pseudonocardia)仅为Y0的3.02%,硫杆菌属(Thiobacillus)消失。随着连作年限的增加,土壤中硝态氮、氨态氮、磷酸盐、S和K含量呈现为Y2Y1Y0,土壤pH值为Y0Y1Y2,Y2的附子产量仅为Y0的64.44%,部分土壤化学性质与附子根际土壤微生物种类显著相关。结论连作会使附子根际土壤微生物群落和土壤化学性质发生改变,根际土壤有益菌减少,致病菌增加可能是导致附子发病率增加,产量减少的原因。     

连作马铃薯根际土壤真菌种群结构及其生物效应

连作障碍已成为马铃薯产业发展的主要限制因素,为了探明马铃薯连作障碍的机理,减轻连作障碍对产量的影响,采用大田试验与PCR-DGGE分子指纹图谱技术相结合的方法,研究马铃薯连作对根际土壤真菌种群结构的影响及其生物效应.结果表明： 随着连作年限的增加,根际土壤中真菌DGGE图谱的条带数量增加,连作1～5年处理的操作分类单元(OTU)分别比对照(轮作)增加了38.5%、38.5%、30.8%、46.2%和76.9%,说明马铃薯连作使根际土壤中真菌优势种群的个体数明显增多.随着连作年限的增加,各处理间真菌种群结构的相似性越来越低.通过真菌DGGE条带的克隆测序比对发现,随着连作年限的增加,马铃薯根际土壤土传病害病原菌尖孢镰刀菌和茄病镰刀菌的数量明显增加,而球毛壳菌作为一种生防菌,连作5年时数量明显减少.连作使根际土壤中病原真菌种群过渡成为优势种群,根际微生态环境恶化,从而作用于根系,使根系活力和吸收面积下降,最终导致块茎产量大幅度-下降.     

土壤灭菌对辣椒抗连作障碍效果

采用土壤灭菌的方法研究了生物因素对连作3年的辣椒植株生长发育和抗氧化酶活性的影响。探讨了土壤灭菌对辣椒抗连作障碍的效果。结果表明,灭菌的连作土壤,辣椒的株高、茎粗、叶面积、叶绿素含量、地上部鲜重、根鲜重、根系活力等值均高于未灭菌土壤,并伴随着抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）的活性降低。说明土壤灭菌提高了地上部和根的健壮程度．降低了连作辣椒中抗氧化酶的活性。与正茬土壤相比,辣椒植株的健壮程度仍存在明显差异,抗氧化酶SOD和POD的活性偏高,这可能是短期连作中,土壤灭菌有效的克服了有害微生物的连作障碍效应,但是不能消除由化感物质引起的连作障碍效应。     

杨树人工林品种更替连作与非更替连作根际效应的比较

采用空间位移法对杨树人工林更替连作和非更替连作两种经营模式下土壤养分、土壤酶活性和土壤微生物的根际效应进行了比较研究,以期探明不同连作经营模式对杨树人工林土壤生态环境的影响,探讨品种更替对杨树人工林地力维持的生态效果。研究结果表明,更替连作和非更替连作均导致杨树人工林土壤发生不同程度的衰退,非更替连作导致的林地土壤衰退现象更为严重。杨树根际和非根际土壤养分在非更替连作中下降最为显著,土壤有机质的根际效应显著大于更替连作,而土壤速效N、P、K的根际效应在更替连作中显著增大。非更替连作导致根际和非根际土壤中过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性发生较大幅度的下降,而多酚氧化酶和过氧化物酶活性较大幅度的上升;更替连作也导致土壤酶活性有类似的变化趋势,但下降(上升)幅度远小于非更替连作,土壤酶活性的根际效应总体呈现非更替连作变化幅度强于品种更替连作的趋势。两种连作模式下土壤中可培养土壤微生物的数量变化大致呈现一致趋势,连作将导致根际和非根际土壤微生物数量整体下降,其中土壤细菌比例有所降低,真菌比例上升,土壤呈现从细菌型向真菌型转化的特点,非更替连作对土壤微生物的根际效应明显大于更替连作。更替连作和非更替连作根际效应的差异可能由不同杨树品种根系分泌物的差异所导致。     

甘肃省中部沿黄灌区轮作和连作马铃薯根际土壤真菌群落的结构性差异评估

甘肃省中部沿黄灌区是西北地区乃至全国重要的加工型马铃薯生产基地,然而因集约化种植带来的连作障碍问题已经严重影响到当地马铃薯种植业的可持续发展。采用大田试验与PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)技术相结合的方法,并通过真菌的18S r DNA序列分析,评估轮作(未连作)和连作条件下马铃薯根际土壤真菌群落在组成结构上的差异,以期为甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作的土壤障碍机理研究提供新证据。结果表明,同轮作相比,连作显著降低了马铃薯块茎产量和植株生物量,并且随着连作年限的延长,连作障碍也愈加严重。长期连作(6a)也导致马铃薯根冠比显著增加和植株收获指数的显著下降。在根际土壤真菌的种群数量和多样性上,连作和轮作间无显著差异,但在群落组成结构上差异明显。真菌18S r DNA测序分析进一步表明,马铃薯连作较轮作相比增加了Fusarium sp.和Fusarium solani以及Verticillium dahliae的种群或个体数量,而这些真菌是导致马铃薯土传病害的主要致病菌类型。根际土壤真菌群落组成结构的改变特别是与土传病害有关的致病菌滋生可能是导致当地马铃薯连作障碍的重要原因。     

营养基质对连作栽培下温室黄瓜生长及土壤微环境的影响

分别利用营养基质(稻草+田园土壤+膨化鸡粪)及土壤在同一温室内进行黄瓜的槽式连作栽培,研究其对黄瓜生长及土壤微环境的影响.结果表明:随着连作茬次的增加,两种栽培方式均出现了不同程度的连作效应.同一连作茬次间比较,营养基质的养分含量、蔗糖酶和脲酶活性、细菌/真菌均明显高于土壤,而真菌数量低于土壤,营养基质栽培改变了细菌种群结构,促进了黄瓜植株生长及产量提高.相关分析表明,连作栽培条件下土壤细菌数量与黄瓜株高、根干质量呈显著正相关,与地上部干质量及产量呈极显著正相关;土壤脲酶活性与产量呈极显著正相关.综上,与土壤栽培相比,营养基质栽培能够明显改善根区微环境,有效延缓连作障碍的发生.     

连作条件下毛鸡骨草根际土壤微生物群落功能多样性变化特征

毛鸡骨草是治疗肝病的重要中草药之一,而连作障碍致其产量和品质下降。从主产区广西玉林分别采集正茬、重茬和连作三年的毛鸡骨草根际土壤样品,以种植前水稻土壤为对照,采用Biolog GN2 平板碳源分析技术,研究连作条件下根际土壤微生物群落功能多样性变化特征,以揭示其连作障碍的原因。结果表明,连作导致根际土壤微生物功能多样性显著降低,微生物利用各类碳源的能力下降。主成分分析(PCA)表明,不同种植年限的毛鸡骨草根际土壤微生物群落结构之间存在显著差异,且均与种植前对照明显不同,而同一种植年限不同生长期土壤微生物碳代谢群落结构虽有差异,但并不显著。相关分析表明,其产量与微生物功能多样性指数(如Shannon,Simpson,Mclntosh)以及平均吸光值(AWCD)值正相关,而与第一主成分(PC1)呈显著负相关,说明连作条件下其产量的降低在一定程度上与土壤微生物功能多样性的降低和群落结构的改变有关。     

日光温室不同连作年限对黄瓜生理特性的影响

在日光温室条件下,研究了不同连作年限土壤对黄瓜生理特性的影响。结果表明,不同连作年限土壤对黄瓜光合速率、植株生长特性和产量均有极为显著的影响。在开始种植黄瓜的几年内,黄瓜的光合速率、株高、叶片数和生产力均维持在较高水平;随着连作年限延长,黄瓜的光合速率、株高、叶片数和产量明显降低;连作4a以后,黄瓜的生理障碍开始有明显表现。     

不同改良措施对太子参根际土壤酚酸含量及特异菌群的影响

太子参为石竹科多年生草本植物,以根部入药,药用价值高,市场需求大,但其栽培过程中存在严重的连作障碍问题,连作导致产量品质严重下降,病虫害猖獗,探索太子参连作障碍形成的机制及其消减措施意义重大.本研究以广泛栽培的“柘参2号”为试验材料,采用土壤农化分析、高效液相色谱(HPLC)分析、荧光定量PCR(qPCR)等技术对不同连作年限或不同消减措施下太子参根际土壤的主要养分、酚酸含量动态及特异菌群变化进行分析.结果显示: 太子参连作导致产量显著下降,与正茬相比产量下降达43.5%,而水旱轮作和微生物菌肥处理可不同程度缓解其障碍效应.太子参连作土壤主要养分(如速效氮、速效磷、速效钾、全钾)未降反升,但导致土壤酸化.HPLC分析表明,太子参连作下或者随生长时期的推进,土壤酚酸类物质并未表现出明显的积累效应,膨大中期和收获期重茬土壤中大部分酚酸含量甚至低于正茬土壤.进一步荧光定量PCR分析发现,太子参连作导致前期分离筛选到的几类病原菌(如尖孢镰刀菌、踝节霉菌、Kosakonia sacchari)的绝对含量显著上升,而水旱轮作和微生物菌肥处理可有效降低3类病原菌的含量,改善微生态结构.综上认为,太子参连作障碍的发生并非由土壤养分匮乏或者酚酸持续积累直接造成,可能主要与连作下土传病原微生物的大量繁殖爆发有关,本研究结果为深入揭示太子参连作障碍的形成机制及消减修复机制提供了理论依据.     

长期连作和秸秆还田对棉田土壤生物活性的影响

研究了新疆棉区棉花长期连作与秸秆还田对棉田土壤微生物量和土壤酶活性的影响.结果表明：棉田土壤生物活性受到作物连作障碍的负面效应和秸秆长期还田培肥地力的正面效应的双重影响.在短期内（5～10年）,连作障碍明显,连作与秸秆还田5和10年的土壤微生物总量比种植1年降低36.54%和25.66%,细菌、放线菌数量下降较快,分别为种植1年的61.12%、70.16%和67.91%、145.79%,而真菌所占比例提高;土壤中脲酶、蔗糖酶活性分别比种植1年降低0.76%、2.52%和28.12%、11.44%,连作与秸秆还田5年的过氧化氢酶活性比种植1年降低9.21%.长期连作与秸秆还田条件下,土壤生物性状趋于好转,生物多样性指数增加,与短期（5年）相比,连作与秸秆还田15和20年的细菌、放线菌数量分别增加71.52%、61.03%和141.74%、240.83%,而真菌所占比例下降,土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶活性增加.淀粉酶活性在短期内上升,连作与秸秆还田5和10年分别比种植1年增加11.38%和10.41%,连作与秸秆还田20年则降低31.34%.     

微生物有机肥及杀菌剂对切花菊连作障碍的影响

由切花菊‘优香’长期连作导致的枯萎病不仅严重降低了切花菊的品质及产量,而且致使土壤酶活性降低,土壤微生物种群失调.本文采用大田试验,比较研究了切花菊‘优香’连作土壤中分别施用杀菌剂多菌灵(MBC)、添加有拮抗微生物的有机肥(BOF)及二者的联合施用(MBC+BOF)对切花菊‘优香’品质及土壤酶活性的影响.结果表明： 单独施用微生物有机肥(BOF)或多菌灵(MBC)均能有效防控切花菊连作枯萎病的发生;微生物有机肥(BOF)在增强切花菊‘优香’的根系活力、提高切花菊的主要品质(株高、茎粗、叶绿素含量、舌状花数、植株鲜质量)及切花菊土壤酶活性方面效果显著高于多菌灵(MBC);多菌灵对土壤酶活性有一定抑制作用;二者联合处理(MBC+BOF) 对提高切花菊主要品质及土壤酶活性的综合效果最佳.     

不同连作年限甜瓜种植土壤性质和微生物多样性

[背景]连作种植和化肥、农药过量施用导致设施甜瓜土壤质地恶化、病害严重,甜瓜产量和质量下降.[目的]明确甜瓜连作种植年限对土壤化学性质、土壤酶活性和微生物多样性的影响.[方法]以甜瓜种植1年、5年和10年的温室耕层土壤为研究对象,采用常规分析方法、土壤酶活测定试剂盒、稀释涂布平板法和Illumina MiSeq高通量测...     

大豆连作障碍研究 Ⅱ. 大豆连作减产机理及对土壤紫青霉菌毒素的调控对策

研究分析了土壤紫青霉菌分泌毒素对连作大豆全生育过程的危害。结果表明,在大豆种子萌动期毒素致毒作用已经开始; 在大豆幼苗期及分枝期,较高浓度毒素(×10³倍稀释)使大豆完全不结瘤,极低浓度(×10⁵倍稀释)仍然抑制40%结瘤,致使重茬大豆光合固氮能力显着降低。而大豆残根、凋落物等通过刺激紫青霉菌的增长,造成对大豆进一步的危害。对连作大豆土壤紫青霉毒素的调控研究表明,使用土壤放线菌MB生物防治,可使重茬大豆增产8.4～18.9%; 使用海洋放线菌MB-97生物防治可使重茬大豆增产30.5%. 应用MB97制剂对连作大豆全生育过程的防病、减毒控制的综合调控,可使重茬5年大豆田间微区试验折合大豆产量达到4575kg·hm^-2.     

连作障碍与根际微生态研究Ⅰ.根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低．许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用．本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素（土壤空气、湿度、养分与微生物）、活性物质（自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素）、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示．     

连作障碍与根际微生态研究 Ⅰ. 根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低。许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用。本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素(土壤空气、湿度、养分与微生物)、活性物质(自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素)、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示。     

生物炭对温室黄瓜不同连作年限土壤养分和微生物群落多样性的影响

以温室黄瓜连作6年和10年土壤添加质量比为5%生物炭为处理,以不添加生物炭为对照,采用桶栽的方法,研究了生物炭对不同年限连作土壤养分和微生物群落多样性的影响.结果表明: 与连作土壤相比,生物炭处理的连作6年土壤的黄瓜单株产量提高11.4%,连作10年土壤产量提高62.8%.施入生物炭显著降低了2种连作土壤容重,显著提高了有机质、速效磷含量、阳离子交换量(CEC)和pH;显著提高了土壤细菌数量和细菌/真菌,降低了真菌和尖孢镰刀菌数量,使土壤类型由真菌型向细菌型转变,尤其对连作10年土壤作用最为明显,土壤细菌和细菌/真菌分别是未处理的2.00和3.64倍,真菌和尖孢镰刀菌数量分别是未处理的54.8%和55.9%.土壤微生物群落碳源利用分析表明,10年连作土壤施入生物炭可显著提高土壤微生物活性、Shannon指数和均匀度指数,分别是未处理的1.50、2.14和1.31倍,同时显著提高了土壤微生物对糖类、氨基酸类、酚酸类和胺类碳源的利用强度,分别是未处理的1.62、1.81、1.74和1.93倍.相关性分析表明,土壤容重、速效磷含量、CEC和pH 4个指标对微生物群落变化的影响较显著.综上,生物炭通过对连作土壤理化性质及土壤微生物生态系统的改善,优化了黄瓜根区环境,促进了黄瓜产量的提高,缓解了温室黄瓜连作障碍.     

消毒、伴生和微生物菌对连作基质性质及黄瓜生长发育的影响

以连续种植2茬的连作基质为对象,采用室内盆栽试验,设置连作基质太阳能消毒、热水消毒、多菌灵消毒、大蒜伴生栽培和施入微生物菌处理以及新基质对照,在种植黄瓜后观测基质理化性质、养分含量、酚类物质含量、相关酶活性的变化以及黄瓜结果期生长发育、光合作用和果实产量的变化,探究不同处理对连作基质栽培黄瓜生长发育影响的机制,以期在生产上为废旧基质重复利用提供新的思路和方法。结果表明:在连作基质栽培黄瓜后,太阳能消毒和热水消毒处理均能显著提高连作基质的pH,同时降低电导率;施入微生物菌处理的基质EC值、速效氮、速效磷、速效钾和总酚含量均显著低于连作基质,而其基质磷酸酶活性和过氧化氢酶活性显著高于连作基质。热水消毒还显著降低连作基质的总酚含量和复合态酚含量。黄瓜生长至结果期,太阳能消毒、热水消毒、多菌灵消毒、大蒜伴生栽培和施入微生物菌均显著增强黄瓜的根系活力和株高;其中热水消毒和施入微生物菌处理的产量增加最为显著,分别比连作基质栽培提高了16.56%和18.40%。可见,连作基质进行热水消毒处理和施入微生物菌处理均能降低基质盐分积累,减少总酚含量,进而显著提高黄瓜的根系活力和光合作用,从而增加产量。     

杨柴对高CO2浓度和土壤干旱胁迫的响应

毛乌素优势植物杨柴 (HedysarummongolicumTurcz.)对高CO2 浓度和土壤干旱胁迫响应的研究结果表明 :干旱胁迫可使杨柴根系伸长 ,根生物量、地径、主茎高和茎生物量下降 ;高CO2 浓度使杨柴根和茎生物量明显增加 ,CO2 的“施肥效应”显著 ,干旱使CO2 的“施肥效应”减弱。同时 ,土壤干旱胁迫使杨柴的根 /冠比增加 ,说明在土壤干旱胁迫情况下根的生长比地上部分 (茎 )的生长更活跃 ,有利于提高杨柴在干旱沙漠地区的固沙作用 ;CO2 浓度升高和土壤干旱胁迫均使杨柴叶片的水势下降 ,叶片水势的下降使叶片细胞对水分的束缚力增强 ,从而减少植物蒸腾耗水 ,有利于提高水资源的利用效率