不同种植方式对绿洲农田土壤酶活性与微生物多样性的影响

　　摘要：研究了玉米连作10年、小麦连作8年-棉花连作10年、棉花连作15年和棉花6年-6年小麦/油葵轮作4种种植方式对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶和蛋白酶活性的影响，并分析了土壤细菌、真菌、氨氧化古菌与氨氧化细菌对北疆绿洲农田不同种植方式的响应．结果表明:不同种植方式对土壤过氧化氢酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶和蛋白酶活性影响明显，但对蔗糖酶无显著影响;对氨氧化古菌多样性指数有显著影响，对土壤细菌、真菌和氨氧化细菌多样性指数无明显影响．土壤真菌和氨氧化细菌群落结构对不同种植方式的响应较细菌和氨氧化古菌敏感．长期棉花连作使绿洲农田土壤酶活性下降，微生物群落多样性降低，而轮作可提高土壤酶活性和微生物群落结构多样性．

　　关键词：连作;土壤酶活性;微生物多样性;轮作;PCＲ-DGGE

　　维持土壤微生物群落结构多样性对提高农田生产力、抑制土传病害及增强土壤缓冲能力具有重要意义．微生物广泛参与土壤C、N、P、S等养分循环，是土壤有机物降解转化的驱动力．土壤氮的生物小循环是地球大循环中最重要的物质循环，而氨氧化过程是整个氮循环过程的限速步骤．土壤微生物分泌的各类酶与土壤各种生物转化过程紧密相关，土壤酶活性可表征土壤生物活性．土壤微生物群落结构多样性与生物活性对农业活动中各种人为扰动有敏感的响应．贾志红等［1］利用PCＲ-DGGE技术研究发现，烤烟轮作土壤微生物多样性较连作高;棉花连作致使土壤细菌群落结构多样性发生较大变化［2］．在新疆绿洲地区，棉花连作5～10年土壤酶活性明显降低［3］．李坤等［4］得出葡萄连作使土壤细菌、真菌种群发 生 变 化．长期连作影响土壤中氨氧化古菌(ammoniaoxidizingarchaea，AOA)的群落组成，使土壤氨氧化 细 菌(ammoniaoxidizingbacteria，AOB)的组成趋于单一，同时也使 得AOB优 势 种 群 富 集［5］．宋亚娜等［6］报道，AOA对红壤硝化作用的影响程度较大．而轮作能有效克服连作障碍，提高土壤微生物多样性［7］．综上，不同种植方式可导致土壤生物活性与微生物群落结构多样性发生变化．

　　如果您已经写好种植论文要发表，可以看看有机食品种植方面论文发表期刊文章，对您论文发表有一定的帮助。

　　1.材料与方法

　　1.1试验设计

　　选取北疆绿洲长期种植作物的大田，分 别 为T1:玉米连作10年，样地面积0．7hm2;T2:小麦连作8年-棉花连作10年，样地面积0．5hm2;T3:棉花连作15年，样地面积1hm2;T4:棉花6年-6年小麦/油葵轮作，样地面积3hm2．土壤类型为典型灌耕灰漠土(calcaricfluvisal)．

　　1.2样品采集

　　采用多点混合法以“S”型路线在样地上采集土壤，在样点附近取12钻为1个混合样，共采集3个混合样．土样采集后一部分存放在4°C冰箱，用于测定酶活 性．另一部分存放在－80°C冰 箱，用 于 土 壤DNA提取和后续PCＲ-DGGE分子生物学指标测定．

　　2.结果与分析

　　2.1不同种植方式对土壤酶活性的影响

　　过氧化氢酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶及蛋白酶主要参与土壤有机碳、氮、硫的生物转化与循环．由表2可知，不同种植方式对过氧化氢酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶和蛋白酶活性均有明显影响．棉花6年-小麦6年连作/油葵轮作(T4)处理的过氧化氢酶(CAT)活性最高，分别比玉米连作10年(T1)、小麦连作8年-棉花连作10年(T2)和棉花连作15年(T3)的CAT活 性 高8．2%、2．0%和6．7%．T4处 理 的脱 氢酶(DHO)活性也最高，分别比T1、T2和T3处理的DHO活性高15．4%、14．3%和29．6%．芳基硫酸酯酶活性表现为:T4＞T2＞T1＞T3．蛋白酶活性则以T2处理下最高，其次为T4处理，T1处理最低．不同种植方式对土壤蔗糖酶的影响差异不显著．T4处理的各种酶活性处在一个比较高的水平，说明轮作有利于北疆绿洲农田保持较高的土壤酶活性，而长期连作使土壤酶活性明显下降．

　　2.2不同种植方式对细菌、真菌群落结构的影响

　　对不同种植方式下土壤细菌、真菌的DGGE指纹图谱进行主成分分析(principalcomponentanaly-sis，PCA) ，其因子载荷可反映土壤中微生物群落结构的变化．由图1A可以看出，土壤细菌群落结构遗传多样性的2个主成分PC1和PC2分别代表总变量的21．3%和19．0%．在相似度为80%情况下，棉花连作15年(T3)处理的土壤细菌群落在第1主成分轴上(PC1)明显不同于棉花6年-6年小麦/油葵轮作(T4)处理，由第2主成分轴同样发现，T4处理 细菌的群落结构明显不同于T3处理，玉米连作10年(T1)、小麦连作8年-棉花连作10年(T2)两处理细菌群落结构与T3处理比较接近．表明绿洲农田不同种植方式对土壤细菌群落结构有明显影响．土壤真菌群落的2个主成分PC1和PC2分别代表总变量的28．2%和24．9%，累 计 方 差 贡 献 率 为53．1%(图1B)．在相似度为73%水平下，土壤真菌群落结构在第1主成分轴把T3和T4聚为一类，且明显有别于T1和T2;在第2主成分轴上T1处理的真菌群落结构则显著不同于T2处理．说明不同种植方式改变了土壤真菌群落结构，且绿洲农田土壤真菌群落结构对不同作物长期种植的响应比细菌敏感．

　　3讨论

　　存在于农田土壤中的过氧化氢酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶、蛋白酶，对土壤中C、N、P、S等主要营养物质的循环转化起着重要的作用［18］．棉花6年-6年小麦/油葵 轮 作(T4)处理中过氧化氢酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶活性均高于其他3个处理，而蛋白酶活性则在小麦连作8年-棉 花 连 作10年(T2)处理出现最高值，其次为T4，T1最低．原因可能是T2长期秸秆还田提供了充足的氮源和适宜的根际微生态环境，所以有较高的蛋白酶活性．

　　土壤微生物群落功能与遗传结构多样性间存在着复杂的关系，农田土壤功能的发挥依赖于稳定的土壤生物群落结构和丰富的群落多样性．研究普遍认为，长期连作会使土壤由“细菌型”向“真菌型”转化．如董艳等［19］研究发现，土壤真菌数量随设施大棚年限增加而逐渐升高，种植10年和20年的细菌/真菌比(B/F)显著低于露地土壤．作物轮作则可明显增加土壤细菌和放线菌数量，显著降低真菌数量，且轮作方式下土壤微生物的多样性较高，尤其是土壤细菌群落多样性明显提高．

　　本文主成分 分 析 表 明，棉 花6年-6年 小 麦/油葵轮作(T4)处理细菌的群落结构明显区别于棉花连作15年(T3)处理，玉米连作10年(T1)、小麦连作8年-棉花连作10年(T2)两处理细菌群落结构与T3处理比较接近，但通过对DGGE指纹图谱的多样性指数进一步分析发现，无论细菌还是真菌的多样性指数(Shannon指数与Simpson指数)在各处理间并无显著差异．轮作处理细菌多样性并没有明显优于连作处理，反而是T1和T3的细菌多样性指数略高于T4，这与前人研究结果［1，4］不一致．可能是由于长期连作条件下，土壤异养微生物对土壤化感物质的分解能力增强而引起其多样性指数增加［20－21］，当连作年限达到一定限度，土壤与作物根系环境筛选出适宜的菌群，细菌多样性趋于新的相对稳定状态．此外，新疆绿洲农田长期秸秆还田对土壤有机质含量和组成有一定影响，加之根系分泌物参与腐殖质形成，给土壤菌群繁殖生长提供了丰富的碳源与氮源，这些因素均可改变土壤微生态环境，并影响微生物群落与多样性．如李鑫等［22］报道，盐碱土pH和盐度是制约微生物群落多样性的主要因素;Marschner等［23］研究表明，施用有机肥可使细菌/真菌 的 比 例提高，且细菌群落多样性会受到土壤有机碳与C/N的影响．

　　参考文献:

　　［1］JiaZ-H(贾志红) ，YiJ-H(易建华) ，SuY-Ｒ(苏以荣) ，etal．Diversitycomparisonofsoilbacteriacommu-nitiesinrotationandcontinuousflue-curedtobaccocrop-ping．EcologyandEnvironmentalSciences(生态环境学报) ，2010，19(7) :1578－1585(inChinese)

　　［2］ZhangW(张伟) ，ChenY-F(陈一峰)．AnalysisofthebacterialcommunitiesincontinuouscottonfieldsofXinjiangProvince．ActaEcologicaSinica(生态学报) ，2014，34(16) :4682－4689(inChinese)

　　［3］LiuJ-G(刘建国) ，ZhangW(张伟) ，LiY-B(李彦斌) ，etal．Effectsoflong-termcontinuouscroppingsystemofcottononsoilphysical-chemicalpropertiesandactivitiesofsoilenzymeinoasisinXinjiang．ScientiaAgriculturaSinica(中 国 农 业 科 学) ，2009，42(2) :725－733(inChinese)

　　李锐 刘瑜褚 贵新

《不同种植方式对绿洲农田土壤酶活性与微生物多样性的影响》

上一篇：农药施用技术培训减少农药过量施用了吗？

下一篇：间套作种植提升农田生态系统服务功能