烤烟连作条件下土壤微生物群落结构变化 及驱动因素分析

       连作是指在同一块土地上连续种植同一种作物 两茬及以上的栽培措施。连作障碍是指土地连作 后，即便有专业人员对作物进行栽培管理，也会出现 产质量降低、病虫害加剧的现象。连作障碍是农业 生产中面临的一个严重问题。连作障碍是土壤内 部多种因素相互作用的综合表现，最终影响作物的 生长发育及产量、品质，目前认为造成连作障碍的 主要因素有土壤养分失调、理化性质劣变、土壤微 生物群落改变、自毒作用及化感作用。 微生物群落结构对维持土壤结构、有机物质降 解、物质和能量循环等方面起着重要的作用。微 生物群落直接影响土壤功能的发挥，进而影响作物 的生长发育。已有大量的研究表明，连作会对土 壤微生物群落结构产生显著影响，如刘传和等在 研究菠萝连作土壤中发现，随着种植年限的增加，土 壤中细菌丰度显著降低，真菌丰度增加。刘诗蓉 等发现，半夏土壤中微生物多样性随着连茬次数 的增加而降低。王春燕等在研究压砂西瓜连作中 发现，连作时间显著影响土壤中pH、养分含量及微生 物群落结构。Li M 等研究表明，甜菜连作后土壤 组成和细菌群落结构发生显著变化。Li Y等研究 发现，茶树连作改变了土壤真菌中真菌群落结构，减 少了共生真菌。 商洛烟区位于秦岭腹地，烟草是当地重要的经 济作物，已经有 40 a 种植历史。近年来由于受土地 面积影响，烤烟种植出现了十分普遍的连作现象。 连作引发的烟叶产量和品质下降等问题日益加重， 也是目前我国烟草种植区面临的共性问题。研究表明，土壤细菌是土壤养分循环的重要驱动者，真菌 则是引发土传病害的主要原因。微生物群落和功 能是评价土壤健康的关键指标，本研究采用高通量 测序对商洛地区不同连作条件的植烟土壤微生物进 行测定，结合土壤基础养分，分析连作条件下植烟土 壤微生物群落结构变化特征及驱动因素，以期为我 国烟草、中草药等经济作物连作障碍治理提供理论 参考。

讨 论

3.1 不同连作条件下土壤理化特性
       土壤养分含量会随着种植制度、人为调节、土壤 类型等条件的不同而产生较大的差异。研究表 明，随着连作条件的变化，土壤中物质组成、化学成 成分和物理特性会产生较大的差异，进而造成土壤 基础养分和pH的变化。 烤烟对土壤酸碱度的适应能力较强，在 pH 4~9的土壤环境中均能生长。本研究结果表明，土壤pH值随着烤烟土壤连作时间的增加而呈现下降的趋 势。白羽祥等研究发现，植烟土壤pH随着连作时 间的增加而逐渐降低，在本研究中得到了印证。因 此，在当地烟叶种植过程中，应注意调控土壤pH。在 菠萝和甜瓜上的研究表明，土壤中有机质、全 氮、有效磷和速效钾在不同连作年限下其含量不同， 这与杜杏蓉等对植烟土壤的研究结果一致。氮素 是影响烟叶产量和质量的主要因素之一，而土壤有 机质和全氮含量是衡量烟叶吸收氮素能力的指 标。因此，连作年限的增加会导致烟株吸收氮素 减少，最终影响烟叶的产量和质量。本研究中烤烟 土壤中有效磷含量和速效钾含量随着种植时间的增 加逐渐减少，这与郑立伟等的研究结果一致。可 能是由于土壤团粒结构随着烤烟土壤连作时间的增 加而逐渐遭到破坏，造成土壤对养分的吸附能力减 弱，增加了土壤养分的流失，导致土壤养分含量下 降。因此，土壤 pH变化和土壤养分失衡是导致土壤 理化性质恶化的主要原因。

  3.2 不同连作条件下土壤微生物群落组成及多 样性
       本研究结果表明，连作条件对土壤细菌多样性 影响较大，Y1 条件下的细菌多样性最高，Y2 条件下 的细菌丰富度最高，Y3和Y4相比于Y1和Y2连作条 件下，细菌丰富度和多样性均显著降低；不同连作条 件对土壤真菌多样性影响较小，对真菌丰富度影响 较大，其中，Y3和Y4相比于Y1和Y2，真菌丰富度显 著增加。连作会导致土壤中微生物群落结构发生变 化，与前人研究结果相印证。 土壤微环境的健康和功能是微生物群落繁殖生 长的重要因素，不同的栽培模式对土壤微环境的影 响不同，进而改变土壤微生物群落结构。在土壤 细菌中，有机质、全氮、有效磷、速效钾和 pH 均显著 影响细菌群落组成，厚壁菌门和变形菌门与土壤基 础养分呈正相关；酸杆菌门与土壤有机质、pH 和 全氮呈正相关，与有效磷和速效钾呈负相关；绿弯菌 门和放线菌门与土壤基础养分呈负相关。土壤真菌 中，有效磷和速效钾是影响真菌群落组成的主要因 素，子囊菌门与土壤速效磷和速效钾呈正相关；毛霉 菌门与有效磷和速效钾呈负相关；担子菌门与有效 磷和速效钾呈正相关。

   3.3 不同连作条件下土壤微生物群落结构驱动 因素
       烤烟土壤细菌主要在 Y1连作条件下富集，包含 厚壁菌门、甲基孢囊菌门、粘球菌门、海藻菌门和脱 硫菌门等菌门，厚壁菌门主要参与土壤中有机质分 解和碳水化合物代谢，以及可产出多种抗生素，其 相对丰度可表征根系对土壤病原的抵抗能力，脱 硫菌门主要作用于硫循环，对土壤酸化具有一定 的缓解作用。真菌主要在 Y4连作条件下富集，包含 毛霉菌门、Aphelidea、壶菌门和芽枝霉门等菌门，毛 霉菌门是引起毛霉菌病的主要菌门，其相对丰度 可表征毛霉菌侵染烟草的程度，在田间不易发现，在 烘烤阶段容易诱发引起烟叶腐烂发霉，壶菌门主要 以寄生为主，对植物直接的影响较小，但它的孢子是 土壤传播病毒的介体。因此，植烟土壤长期连作会 导致土壤养分含量和 pH值的逐渐降低，微生物群落 结构失调，有益微生物相对丰度减少和致病微生物 相对丰度增加，进而增加烟叶病害风险。 综上，不同连条件下植烟土壤养分和微生物存 在差异，随着种植年限的增加，土壤养分逐渐下降， 微生物结构失调，细菌多样性和丰富度下降，真菌丰 富度增加，土壤中有益菌相对丰度下降，如厚壁菌门 和脱硫菌门，致病菌相对丰度增加，如毛霉菌门和壶 菌门。因此，建立良好的耕作制度或构建微生物群 落是缓解或解决连作烟田微生物群落结构失衡的关 键技术途径。