豫北地区温室黄瓜连作对土壤细菌和真菌群落的影响

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随着设施农业发展,长期集约化温室生产带来了严重的连作障碍问题,大大降低了温室生产系统的生产力,这已经成为限制设施农业可持续发展的重要瓶颈。连作障碍通常被认为与土壤微生物因子变化息息相关,而对于长期集约化种植条件下温室土壤微生物变化机制研究报道还较少。探讨温室黄瓜连作过程中土壤细菌和真菌群落的变化规律,能够为阐明连作障碍机理提供帮助,也能够为寻求连作障碍的克服技术提供理论参考。本研究以豫北地区温室黄瓜连作栽培系统为研究对象,通过采集不同黄瓜连作年限下的土壤样品(1,5,10,15和20a),结合Real-time PCR和高通量测序等手段,研究了温室黄瓜连作对土壤细菌和真菌数量和群落结构的影响,主要结论如下:(1)温室黄瓜连作显著改变土壤理化性质。土壤有机质、速效磷和速效钾含量随连作年限延长显著增加,总氮、硝态氮也增加明显;土壤脱氢酶活性、FDA水解酶活性和基础呼吸量随连作年限延长表现出先增加后降低的趋势。(2)随温室黄瓜连作年限的延长,土壤细菌数量变化不显著,但细菌的群落结构明显改变。一些土壤有益微生物菌群和功能细菌属的平均相对丰度显著变化。在细菌门水平上,长期黄瓜连作导致Chloroflexi和Gemmatimonadetes的平均相对丰度显著增加,Nitrospirae的平均相对丰度降低;在属水平上,长期温室黄瓜连作降低了一些有益微生物(例如Bacllus、Solirubrobacter和Rubrobacter)和N循环相关微生物(例如Nitrospirae和Azoarcus)的平均相对丰度,同时增加了一些功能微生物(例如Agromyces、Thermomicrobium、Desulfotomaculum、Sphaerobacter和Mycobacterium)的平均相对丰度。冗余分析表明土壤速效磷和有机碳含量是驱动细菌群落结构变化的最主要因子。(3)温室黄瓜连作导致土壤真菌数量和群落结构均发生显著改变。土壤真菌数量随着连作年限延长先增加后降低,在连作第10年土壤中达到峰值(达到约4.49×10818S rRNA gene copies g-1),土壤真菌与细菌比值也表现出与之相似的变化趋势。高通量测序表明,黄瓜连作显著影响真菌群落的β多样性,对α多样性影响不显著。随着连作年限延长,真菌群落中独有的OTU数量逐渐减少。在门水平上,Ascomycota是连作土壤中真菌群落的优势成员,但其平均相对丰度对黄瓜连作响应不敏感。在目水平上,Microascales、Pezizales、Norankp<sub>Ascomycota和Sordariales是真菌群落优势成员。在属水平上,Pseudallescheria、Lasiobolidium、Ochroconis和Chaetomium是真菌群落优势成员。这些优势真菌目和属的平均相对丰度受温室黄瓜连作影响显著,且多数与土壤理化因子存在显著的线性相关关系。冗余分析表明,驱动真菌群落结构变化的土壤因子主要是有机质、硝态氮和速效钾含量。总的来看,温室黄瓜长期连作显著影响了土壤理化和生化性质,扰乱了土壤细菌和真菌的群落结构,连作障碍的发生很大程度上受到土壤微生物的调控。本研究结果能够为进一步厘清豫北地区设施蔬菜连作障碍机理提供帮助。
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