連作對植棉區土壤微生物數量的影響

李靜怡，楊友才

(湖南農業大學生物科學技術學院，長沙410128)

湖南省是中國的重要商品棉生產基地之一。2008年以來，湖南省棉花種植面積超過16.7×104hm2，棉花產業已成為湖南省農業和農村經濟發展的一大支柱產業［1］。土壤微生物群落不僅參與土壤有機質的分解過程和礦化作用，促進土壤養分的循環，而且其代謝物也是植物的營養成分，可以直接反映土壤中物質代謝的旺盛程度和土壤質量的好壞［2］。有研究［3］表明，土壤質量的好壞與棉花的產量和質量有一定的相關性，而土壤中最為活躍的部分為土壤微生物。筆者以采自湖南常德地區不同連作年限的棉田土壤為研究對象，探討連作年限對土壤微生物數量的影響，以期為湖南植棉區采用土壤生態調控技術解決棉花連作障礙提供依據。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

試驗土壤樣品采自湖南常德澧縣小渡口鎮同一種植區域的種植1年，連作5、10、15年的棉田土壤，以荒地土壤為對照(CK)。采樣時間(2011年4～9月)以棉花生育期(苗期、現蕾期、花鈴期、吐絮期)劃分。采用5點取樣法，每個供試區域分別采集棉株根際周圍20 cm土層范圍內的土壤，然后將同一區域同一處理的樣品充分混合，且每個處理分別在3個不同田塊進行取樣，裝入無菌自封袋中，低溫冷藏，并迅速帶回實驗室進行分析。

1.2 土壤微生物數量的測定

土壤微生物采用稀釋平板涂抹培養計數法分析［4］。細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基;放線菌采用高氏1號培養基(每300 mL培養基中加3%重鉻酸鉀1 mL);真菌采用PDA培養基(每100 mL培養基加1%鏈霉素溶液0.3 mL)。結果以每克干土所含數量表示，最終數據均為每種處理3個不同供試區域土樣的平均值。

1.3 數據分析

數據采用EXCEL處理，方差分析用DPS6.05完成。

2 結果與分析

2.1 不同連作年限對棉株根際細菌數量的影響

比較4種不同連作年限的棉田土壤中細菌數量(表1)可以看出，細菌菌群數量隨著種植年限的增加表現出先升高再降低的變化趨勢，而且不同連作年限間細菌菌群數量存在差異，連作5年棉田的土壤菌群數量最高，平均為6.86×105cfu/g，比種植1年、連作10和15年的棉田分別高出97.1%、73.2%和79.1%。連作5年后細菌菌群數量呈明顯的下降趨勢。不同連作年限的細菌菌群數量在棉花的不同生育期也存在顯著差異或極顯著差異，具體表現為1年棉田的菌群數量大小的生育期依次為苗期、吐絮期、花鈴期、現蕾期，而15年棉田中細菌數量大小的生育期依次為苗期、花鈴期、現蕾期、吐絮期。

表1 不同種植年限和生育時期棉田細菌數量(×105cfu/g)Table 1 Bacteria population changes in different cotton continuous cropping

2.2 不同連作年限對棉株根際放線菌數量的影響

從表2可知，不同連作年限棉田土壤的放線菌菌群數量同細菌菌群數量變化表現類似，同樣為隨種植年限的增加先升高再下降，其中連作5年和10年棉田之間差異極顯著，而種植1年和連作15年棉田的根際放線菌數量在花鈴期和吐絮期差異不顯著。種植1年、連作5和10年棉田土壤中放線菌的菌群數比連作15年棉田的分別高出49.2%、165.4%和157.7%。1、5、10和15年連作棉田的根際放線菌在苗期均與其他3個生育期呈顯著性差異，5年棉田的苗期菌群數量達到最大值(6.57×104cfu/g)，比1、10和15年棉田的分別高出52.1%、76.1%和379.6%。

表2 不同種植年限和生育時期棉田放線菌數量(×104cfu/g)Table 2 Actinomyces population changes in different cotton continuous cropping

2.3 不同連作年限對棉株根際真菌數量的影響

真菌在土壤微生物中所占比重非常少，僅占微生物總數的0.4% ～3.61%，但它是引起許多作物病害的病原菌，與作物土傳病害的發生有直接的關系［5］。從表3可以得知，棉田土壤中真菌的菌群數表現出隨著連作年限的增加不斷上升的變化趨勢，而且各連作年限間呈顯著性差異。真菌的菌群數量在1年期棉田苗期最高只有4.53×103cfu/g，而在連作10年后數量急劇上升，連作15年棉田中真菌數在吐絮期達到最高值(19.12×103cfu/g)，比連作10年同期時高出130.02%。

表3 不同種植年限和生育時期棉田真菌數量(×103cfu/g)Table 3 Fungi population changes in different cotton continuous cropping

3 小結與討論

土壤微生物是土壤中活的有機體，同時也是土壤肥力因子中最活躍的部分［6］，在土壤肥力的形成過程中起著非常重要的作用。本研究結果表明，隨著連作年限的增加，棉田土壤中的細菌、放線菌菌群數量不斷下降，而真菌菌群數量在連作10年后大量增加。這與張新慧［7］、李瓊芳［8］、徐瑞富［9］等的研究結果相近。劉軍等［10］的研究結果表明，真菌數量在連作5年后就開始大量積聚，本研究結果與其稍有差別，可能是由于實驗地區土壤性質和耕作方式的不同導致結果有所差異。

在棉花的整個生育期，不同連作年限的棉田土壤微生物因生育期不同而有較明顯的差異變化，細菌和放線菌數量的總體變化趨勢大致相同，其中苗期數量最大，可能是因為5、6月高溫、高濕的氣候條件有利于微生物的生長繁殖。1年期棉田中的細菌和放線菌在不同生育期的數量變化幅度較大，真菌數量差異較小，而在連作15年棉田中真菌的數量大幅增加，同時在不同生育期也表現出非常大的差異變化。真菌數量的不斷增加可能是因為真菌對外界環境脅迫的忍耐力比細菌和放線菌稍強，而細菌和放線菌比較適合在土壤微生態環境質量較好的狀況下生長。

從本研究結果可以看出，連作5年時，由于土壤在施肥、灌溉等農田耕作措施處理后有機質含量增加，而且農作物根系分泌的自毒物質積累得比較少，土壤的微環境有利于細菌和放線菌的生長繁殖，所以在連作5年時菌群數量較多。但隨著連作年限的延長，由于作物根系分泌的自毒物質不斷地積聚增加，從而對微生物數量產生的抑制作用日漸增強，土壤中細菌和放線菌的數量在連作10年后開始顯著降低，而真菌在連作10年后數量開始明顯增加。已有研究表明，引發植物土傳病害的病原菌中絕大多數為真菌，棉花黃萎病就是很典型的土傳真菌病害。徐瑞福等［9］對連作花生土壤微生物的研究表明，土壤的真菌化可能是導致作物出現生長障礙的一個很重要的因子，真菌菌群數量的大量增加，說明連作對于土壤微生態環境的影響也在不斷地增加。連作對土壤最直接的負面影響是導致細菌和放線菌生長受到抑制而真菌不斷地積聚，使土壤中微生物多樣性趨向單一，土傳病害不斷加重，最終導致作物的產量和品質降低［10，11］。

由于農業生產結構較單一，輪作倒茬比較困難，因此棉花連作現象還會一直持續下去。連作對于棉田土壤微生態環境的影響也會持續增加，如何通過采取有效措施來減少土傳真菌病害和增加土壤中細菌和放線菌菌群數量，使土壤從低肥的“真菌型”向高肥的“細菌型”轉變有待進一步的研究。

［1］ 梅正鼎，張志剛，曾昭云.淺談湖南省棉花產業的現狀及發展對策［J］.江西棉花，2006，28(5):11 －12.

［2］ 孫瑞蓮，朱魯生，趙秉強，等.長期施肥對土壤微生物的影響及其在養分調控中的作用［J］.應用生態學報，2004，15(10):1907 －1910.

［3］ 阿繼軍，孫小鳳.湟水流域農田不同類型土壤細菌數量研究［J］.青海農林科技，2003，(4):14－17.

［4］ 姚槐應，黃昌勇.土壤微生物生態學及其實驗技術［M］.北京:科學出版杜，2006.

［5］ 劉建國，卞新民，李彥斌，等.長期連作和秸稈還田對棉田土壤生物活性的影響［J］.應用生態學報，2008，19(5):1027－1032.

［6］ 徐文修，羅 明，李銀平.作物茬口對連作棉田土壤環境及棉花產量的影響［J］.農業工程學報，2011，37(3):271－275.

［7］ 張新慧，張恩和.不同植齡啤酒花根際微生物區系的變化及與產量和品質的關系［J］.草業學報，2007，16(5):56－60.

［8］ 李瓊芳.不同連作年限麥冬根際微生物區系動態研究［J］.土壤通報，2006，37(3):563－565.

［9］ 徐瑞富，任永信.連作花生田土壤中微生物群落動態與減產因素分析［J］.農業系統科學與綜合研究，2003，19(1):33 －35.

［10］ 朱四元，劉頭明，湯清明，等.連作苧麻的部分生理生態特征及細胞學觀察［J］.湖南農業大學學報(自然科學版)，2012，38(4):360 －365.

［11］ 劉 軍，唐志敏，劉建國，等.長期連作及秸稈還田對棉田土壤微生物量及種群結構的影響［J］.生態環境學報，2012，21(8):1418 －1422.