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《西北农林科技大学》 2010年
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大棚蔬菜连作障碍机理研究

闵红  
【摘要】:本文从土壤肥力状况、微生物生态群落和作物自毒作用入手,研究大棚蔬菜连茬障碍机理,阐明蔬菜连作的土壤养分限制性因子,揭示微生物群落中的优势功能菌,通过连茬土壤酚酸类物质的鉴定,研究外源酚酸施入对作物生长的影响。本论文分别对草莓番茄轮作、草莓连作2年、番茄连作4年和10年的根际与非根际土壤进行了研究分析。以期为作物连茬障碍机理研究提供科学依据。 结果表明:连作土壤pH呈现酸化趋势,土壤有机质和硝态氮有所增加,但也会造成速效磷、速效钾的耗竭以及有效态微量元素(Cu~(2+)和Fe~(2+))的缺失。与草莓番茄轮作相比,草莓连作2年、草莓连作3年、番茄连作4年和番茄连作10年的土壤有机质和硝态氮增加2.4%~31.1%和2.8%~8.8%;速效磷和速效钾减少了5.6%~25.5%和1.1%~15.3%。与轮作相比,草莓连作2年处理根际与非根际土壤的速效态锌含量分别减少了36.8%和35.2%;速效态锰变化不大;番茄连作4年土壤处理速效态铜含量分别减少了43.0%和34.8%;番茄连作10年土壤处理速效态微量元素严重缺乏,连作年限越长,土壤质量下降越显著。表明土壤有效态锌和铁的亏缺是土壤肥力的限制性因子。土壤微量元素与pH和有机质含量有很好的相关性,与土壤速效氮、磷和钾的相关性不显著。过氧化氢酶、磷酸酶和脲酶的活性均表现为非根际土壤根际土壤;纤维素酶和蔗糖酶活性表现出相反趋势,非根际土壤根际土壤。 根际土壤微生物三大类群数量和4种细菌生理菌群数量高于非根际,根际效应显著。连作根际与非根际土壤细菌和放线菌数量呈现先增加后减少趋势;真菌数量呈线型增加趋势,CS2、CT4、CT10分别增加11.84%和85.71%、9.09%和2.11%、75.48%和57.72%。草莓、番茄连作根际土壤硝化细菌和固氮菌数量的减少,氨化细菌与好气性纤维素分解菌在短期连作表现为增加长期减少的变化趋势。 CS2、CT4和CT10根际土壤T-RFs的Shannon-Weaver指数(H′)和Simpson指数(1/D)均低于轮作系统,细菌种群多样性降低;在非根际表现出相反的趋势。在CT4根际土中克隆序列主要为:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),其总体占文库操作单元的73%。其中变形菌门(Proteobacteria)为占绝对优势真细菌类群,占总数的51.47%,除此以外,基因文库中含存在浮霉菌门(Planctomycetes)、厚壁菌门(Firmlute)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和FM7等劣势菌株。α-变形菌门的优势菌属Devosia,根瘤菌属(Bradyrhizobium)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomona)与连作障碍有密切联系。 从RST、CS2、CT4和CT10根际土壤中均检测到对羟基苯甲酸、香草酸、香草醛和阿魏酸等酚酸物质,其中对羟基苯甲酸含量占酚酸总量的70%以上。与RST相比,对羟基苯甲酸、香草酸、香草醛随连作年限的增加而呈累积趋势,其中对羟基苯甲酸含量增加了48.31%、93. 93%和134.95%;香草酸增加了26.94%、3.11%和57.52%;香草醛增加了17.92%、67.73和87.38%%;而阿魏酸有降低趋势,减少了9.55%、6.55%和2.52%。有机质含量与对羟基苯甲酸显著相关,有效态Zn2+含量与香草醛达到极显著性相关;有效态Mn2+含量与香草酸极显著、与香草醛显著性负相关;有效态Fe~(2+)与对羟基苯甲酸和酚酸总量达到显著性负相关,与阿魏酸显著性正相关。真菌数量与香草酸达到极显著性正相关,硝化细菌与对羟基苯甲酸含量显著性负相关。 酚酸低浓度促进,高浓度抑制草莓和番茄生长,随着时间的增加,香草酸、香草醛和阿魏酸处理下的SOD、POD活性呈增加趋势,CAT、MAD呈先降低后增加趋势。不同浓度香草酸和香草醛处理下SOD、POD和CAT活性呈现抛物线状相关,MAD含量呈增加趋势,不同浓度阿魏酸和对羟基苯甲酸处理变化波动幅度大;草莓在高浓度对羟基苯甲酸处理后30天就出现干枯、死亡,存活率仅为16.7%。在外源酚酸未达到致死浓度时,随着番茄生长时间增长(30天后),由于自身的抗逆作用,使外源酚酸的毒害作用减缓。 不同浓度外源酚酸处理后番茄土壤在微生物区系中细菌数量占85.50%~98.27%,放线菌只占总菌数的1.72%~14.49%左右,真菌含量最少占0.002%~0.067%左右。低浓度香草酸处理对番茄根系土壤细菌与真菌数量有一定的促进作用,而高浓度香草酸处理产生了抑制现象;香草醛对放线菌产生了明显的抑制作用。对羟基苯甲酸和阿魏酸处理后对真菌与放线菌,也表现为低浓度促进高浓度抑制。
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