連作對(duì)設(shè)施辣椒土壤酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

童 芳,李 屹,陳來(lái)生,韓 睿

(青海大學(xué) 農(nóng)林科學(xué)院,青海省蔬菜遺傳與生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧 810016)

土壤微生物群落是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,其組成和結(jié)構(gòu)能夠反映土壤肥力,影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能,在植物的養(yǎng)分循環(huán)、生長(zhǎng)生產(chǎn)及病蟲害防治等方面起著重要的作用[1-2]。有研究表明,微生物多樣性越高,生態(tài)系統(tǒng)和微生物功能的穩(wěn)定性也會(huì)相應(yīng)的提升[3-4]。很多研究者認(rèn)為,在作物種植過(guò)程中,土傳病害加劇、土壤生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞和植物的自毒作用等現(xiàn)象都可以歸結(jié)為作物的連作障礙機(jī)理,且隨著連作年限的增加,對(duì)作物的影響會(huì)更加顯著[5]。土壤酶活性反映了土壤中各種生化反應(yīng)進(jìn)行的動(dòng)向和強(qiáng)度,連作土壤酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與作物生長(zhǎng)存在著相互影響、相互制約的關(guān)系。

辣椒(CapsicumannuumL.)屬一年或多年生草本植物,北方多為一年生。因其獨(dú)特的藥用價(jià)值和食用價(jià)值頗受人們的喜愛,在種植面積和產(chǎn)量上位列前茅。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展,設(shè)施辣椒已成為中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一大重心[6]。研究者認(rèn)為,在連作過(guò)程中,前茬作物產(chǎn)生的次生代謝物在時(shí)間和空間上達(dá)到累積,會(huì)影響下一茬作物的生長(zhǎng)[7];同時(shí)發(fā)現(xiàn),辣椒不適合連作[8],但在規(guī)模生產(chǎn)中,因土地資源的利用有限致使連作障礙成為設(shè)施辣椒發(fā)展的制約因素[9]。因此,連作障礙嚴(yán)重影響和制約著辣椒產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,成為設(shè)施辣椒栽培亟需解決的問(wèn)題。

現(xiàn)階段,研究人員在連作對(duì)設(shè)施辣椒的光合特性、果實(shí)品質(zhì)、土壤理化性質(zhì)和微生物區(qū)系等方面開展了相關(guān)研究[10-14],但是有關(guān)連作對(duì)設(shè)施辣椒土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)報(bào)道較少。本研究以青海省尖扎縣設(shè)施辣椒連作1～5 a的土壤為研究對(duì)象,通過(guò)測(cè)定土壤酶活性并利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)細(xì)菌的16S rRNA基因和真菌的ITS基因進(jìn)行了測(cè)序,研究設(shè)施辣椒連作土壤的酶活性變化、微生物群落結(jié)構(gòu)變化特征及微生物群落與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系,以揭示設(shè)施辣椒連作障礙形成的主要因素,為設(shè)施辣椒連作障礙的有效防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣區(qū)概況

試驗(yàn)取材于尖扎縣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)—青海省省級(jí)農(nóng)業(yè)科技園區(qū)(101°52′41.37″ E,36°6′2.06″ N)種植辣椒的日光溫室。該日光溫室長(zhǎng)68 m,寬 10 m,采用起壟覆膜種植辣椒,一壟雙行。每年 1月下旬播種,8月收獲。連作期間每年基肥施用量為:商品有機(jī)肥10 000 kg/hm2,過(guò)磷酸鈣750 kg/hm2,復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)375 kg/hm2,氯化鉀112.5 kg/hm2。辣椒盛果期追3～4次磷酸二氫鉀水溶肥300 kg/hm2。

1.2 樣品采集

2016-2020年每年8月中旬采集土壤樣品,按照5點(diǎn)取樣法采集辣椒根際0～20 cm的土壤,取3個(gè)重復(fù),連作1～5 a的土壤樣品分別記為L(zhǎng)Z1～LZ5;同時(shí),采集2016年1月下旬辣椒定植前連作第0年的土樣作為對(duì)照,記為CK。樣品置于無(wú)菌袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室,過(guò)2 mm土篩后于-80 ℃保存,用于酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)的 測(cè)定。不同連作年限土壤理化性質(zhì)的變化見 表1。

表1 不同連作年限設(shè)施辣椒土壤理化性質(zhì)的變化

1.3 土壤酶活性測(cè)定

蔗糖酶活性:采用土壤蔗糖酶(S-SC)試劑盒測(cè)定,結(jié)果以每天每克土樣中產(chǎn)生還原糖的微摩爾數(shù)表示;酸性蛋白酶活性:采用土壤酸性蛋白酶(S-ACPT)試劑盒測(cè)定,結(jié)果以每天每克土樣中產(chǎn)生酪氨酸的微摩爾數(shù)表示;脲酶活性:采用土壤脲酶(UE)試劑盒測(cè)定,結(jié)果以每天每克土樣中產(chǎn)生氨態(tài)氮的微克數(shù)表示;酸性轉(zhuǎn)化酶活性:采用土壤酸性轉(zhuǎn)化酶(S-AI)試劑盒測(cè)定,結(jié)果以每天每克土樣中產(chǎn)生還原糖的微摩爾數(shù)表示;堿性磷酸酶活性:采用土壤堿性磷酸酶(S-AKP/ALP)試劑盒測(cè)定,結(jié)果以37 ℃中每克土壤每天釋放酚的微摩爾數(shù)表示;過(guò)氧化物酶活性:采用土壤過(guò)氧化物酶(S-POD)試劑盒測(cè)定,結(jié)果以每天每克風(fēng)干土樣催化降解過(guò)氧化氫的微摩爾數(shù)表示;纖維素酶活性:采用土壤纖維素酶(S-CL)試劑盒測(cè)定,結(jié)果以每天每克土樣中產(chǎn)生葡萄糖的微摩爾數(shù)表示;多酚氧化酶活性:采用土壤多酚氧化酶(S-PPO)試劑盒測(cè)定,結(jié)果以每天每克土樣中產(chǎn)生紫色沒食子素的微摩爾數(shù)表示。

1.4 土壤基因組DNA的提取和檢測(cè)

采用生工生物工程(上海)股份有限公司的土壤基因組快速抽提試劑盒提取土壤樣品基因組DNA,1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。電泳要求:主帶清晰,無(wú)降解。所有DNA樣品送公司測(cè)序前,均經(jīng)過(guò)NanoDrop 2000超微量分光光度計(jì)檢查DNA的含量及純度。要求:樣品質(zhì)量濃度>10 ng/μL;樣品總量>500 ng;樣品純度A260/280為 1.8～2.0。

1.5 高通量測(cè)序及優(yōu)化

高通量測(cè)序工作交由生工生物工程(上海)股份有限公司進(jìn)行。選擇特異的16S rRNA基因引物:細(xì)菌為341F(5′-CCTACGGGNGGCWGC-AG-3′)和-805R(5′-GACTACHVGGGTATC-TAATCC-3′)、真菌為ITS1F(5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′)和ITS2(5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′),根據(jù)設(shè)計(jì)得到的高變區(qū)引物,合并引物接頭,PCR擴(kuò)增并進(jìn)行純化,建好的文庫(kù)經(jīng)過(guò)質(zhì)檢后Illumina Miseq測(cè)序。根據(jù)測(cè)序reads間overlap關(guān)系進(jìn)行拼接(merge);對(duì)reads質(zhì)量和merge效果進(jìn)行質(zhì)控過(guò)濾,利用序列首尾兩端的barcode和引物序列區(qū)分,優(yōu)化有效序列。

1.6 物種分類、多樣性及相關(guān)性分析

使用Usearch軟件處理原始數(shù)據(jù),在97%相似度水平上聚類出OTU;利用Chao1指數(shù)、Ace指數(shù)、Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)評(píng)價(jià)單個(gè)樣品內(nèi)部的微生物多樣性。將得到OTU中的序列與RDP數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),注釋到相應(yīng)的微生物種類,并在細(xì)菌和真菌的門和屬分類水平統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣品的群落組成。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,處理間差異顯著性檢驗(yàn)使用鄧肯法(Duncan’s)(P<0.05);Pearson相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)土壤理化性質(zhì)和微生物群落間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限對(duì)設(shè)施辣椒連作土壤酶活性的影響

由表2可知,隨著連作年限的增加,設(shè)施辣椒連作土壤中蔗糖酶、堿性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性均呈下降趨勢(shì),且不同連作年限樣品間差異顯著(P<0.05),LZ5較CK分別降低71.28%、81.21%和45.01%。但隨著連作年限的增加,多酚氧化酶呈先降低后升高趨勢(shì),在LZ1時(shí)達(dá)到最低值,較CK降低了23.26%;而脲酶、酸性蛋白酶、酸性轉(zhuǎn)化酶、纖維素酶呈先升高后降低趨勢(shì),分別在LZ3、LZ1、LZ1和LZ3時(shí)達(dá)到最高值,較CK分別升高了25.95%、3.98%、46.30%和163.59%,且不同連作年限樣品間差異不顯著(P>0.05)。

表2 連作對(duì)設(shè)施辣椒土壤酶活性影響

2.2 微生物多樣性分析

由表3可知,在細(xì)菌群落中,隨著連作年限的增加,各處理組的香濃指數(shù)、Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì),并在LZ2時(shí)測(cè)得最大值;辛普森指數(shù)呈現(xiàn)先降低后升高趨勢(shì)。說(shuō)明隨著連作年限的增加,細(xì)菌的多樣性先升高后降低。在真菌群落中,香濃指數(shù)、Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)均高于CK,香濃指數(shù)均低于CK,且隨著連作年限的增加,香濃指數(shù)、Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)均呈上升趨勢(shì),而辛普森指數(shù)呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明設(shè)施辣椒連作導(dǎo)致土壤真菌的多樣性升高,土壤微生物發(fā)生了從“細(xì)菌型”向“真菌型”的轉(zhuǎn)變。無(wú)論細(xì)菌還是真菌,不同連作年限樣品間差異不顯著(P>0.05)。

表3 土壤微生物群落多樣性指標(biāo)

2.3 細(xì)菌群落組成和結(jié)構(gòu)

高通量測(cè)序結(jié)果表明,所測(cè)樣品共獲得 360 686條細(xì)菌有效序列,共得到28 489個(gè)細(xì)菌分類OTUs。圖1顯示了不同連作年限設(shè)施辣椒土壤細(xì)菌在門和屬分類水平上的組成和結(jié)構(gòu)特征。以相對(duì)豐度大于1%進(jìn)行優(yōu)勢(shì)類群的劃分,細(xì)菌共有11門24屬。由圖1-a可知,不同連作年限土壤中優(yōu)勢(shì)門類群大致相同。變形菌門(Proteobacteria)為最優(yōu)勢(shì)類群,酸桿菌門(Acidobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)為次優(yōu)勢(shì)類群。隨著連作年限的增加,變形菌門和擬桿菌門相對(duì)豐度逐漸降低,在LZ5時(shí),2者較CK分別降低了19.70%和41.32%;酸桿菌門相對(duì)豐度則逐漸升高,在LZ5時(shí)較CK升高了30.26%。同時(shí),相對(duì)豐度不高的unclassified、浮霉菌門(Planctomycetes)、放線菌門(Actinobacteria)、疣微菌門(Verrucomicrobia)、厚壁菌門(Firmicutes)和綠彎菌門(Chloroflexi)連作時(shí)也呈下降趨勢(shì),在LZ5時(shí)較CK分別降低了19.48%、42.31%、37.39%、7.49%、38.27%和35.58%;而芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)則較CK升高了97.81%。

a.門水平;b.屬水平

由圖1-b可知,在屬分類水平上,優(yōu)勢(shì)菌門中的多數(shù)屬類群連作時(shí)相對(duì)豐度降低。脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)和鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)最為優(yōu)勢(shì),在LZ5時(shí),兩者較CK分別降低了37.40%和50.37%。此外,相對(duì)豐度不高的海洋桿菌屬(Pontibacter)、土地桿菌屬(Pedobacter)、Ohtaekwangia和溶桿菌屬(Lysobacter)也有大幅下降,降幅為54.81%～96.40%;而酸桿菌門和芽單胞菌門中的Gp4、Gp6和芽單胞菌屬(Gemmatimonas)等類群相對(duì)豐度升高(39.10%～107.50%)。

2.4 真菌群落組成和結(jié)構(gòu)

高通量測(cè)序共獲得了319 542條真菌有效序列和3 875個(gè)真菌分類OTUs。同樣以相對(duì)豐度大于1%進(jìn)行優(yōu)勢(shì)類群的劃分,不同連作年限設(shè)施辣椒土壤中真菌共有9門23屬(圖2)。由圖2-a可知,隨著連作年限的增加,最優(yōu)勢(shì)類群子囊菌門(Ascomycota)相對(duì)豐度不斷升高,在LZ5時(shí)較CK升高了27.19%。對(duì)于其他類群,unclassified、絲足蟲門(Cercozoa)、球囊菌門(Glomeromycota)和壺菌門(Chytridiomycota)相對(duì)豐度不斷升高,在LZ5時(shí)較CK分別升高了35.42%、69.22%、71.80%和81.98%;而被孢霉門(Mortierellomycota)和擔(dān)子菌門(Basidiomycota)相對(duì)豐度則不斷降低,LZ5較CK分別降低了 25.63%和47.01%。

a.門水平;b.屬水平

在屬分類水平上,優(yōu)勢(shì)菌門中的多數(shù)屬類群連作時(shí)相對(duì)豐度升高。鐮刀菌屬(Fusarium)為最優(yōu)勢(shì)類群,在LZ5時(shí)較CK升高了82.65%。對(duì)于其他類群,如unclassified_Fungi、unclassified_Ascomycota、枝孢屬(Cladosporium)、unclassified_Cercozoa和青霉屬(Penicillium)等增幅較大,為100.76%～184.47%;而被孢霉門和擔(dān)子菌門中的被孢霉屬(Mortierella)、unclassified_Agaricomycetes和錐蓋傘屬(Conocybe)等則呈降低趨勢(shì)(41.22%～100.05%)。此外,連作使設(shè)施辣椒土壤真菌屬的數(shù)量增加,出現(xiàn)了Plectosphaerella、Paramyrothecium和unclassified_Pyronemataceae等類群(圖2-b)。

2.5 土壤微生物群落與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

表4顯示了連作設(shè)施辣椒土壤中優(yōu)勢(shì)微生物類群與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性。由表4可見,對(duì)于細(xì)菌,電導(dǎo)率、體積質(zhì)量、總磷和pH與部分類群呈極顯著相關(guān)性(P<0.01)。其中,pH與脫硫弧菌屬、海洋桿菌屬和土地桿菌屬呈正相關(guān);電導(dǎo)率、體積質(zhì)量、總磷與Gp6呈正相關(guān);電導(dǎo)率與脫硫弧菌屬、鞘氨醇單胞菌、Gp6和土地桿菌屬呈負(fù)相關(guān);體積質(zhì)量與脫硫弧菌屬、海洋桿菌屬和土地桿菌屬呈負(fù)相關(guān);總磷與脫硫弧菌屬、鞘氨醇單胞菌、海洋桿菌屬呈負(fù)相關(guān);pH與Gp6呈負(fù)相關(guān)。說(shuō)明脫硫弧菌屬、海洋桿菌屬、土地桿菌屬和Gp6可能是造成設(shè)施辣椒連作問(wèn)題的關(guān)鍵細(xì)菌類群。與細(xì)菌相似,電導(dǎo)率、體積質(zhì)量、總磷和pH與部分真菌類群呈極顯著相關(guān)性(P<0.01)。其中,pH與被孢霉屬呈正相關(guān);電導(dǎo)率與unclassified_Ascomycota和枝孢屬呈正相關(guān);體積質(zhì)量與unclassified_Fungi、枝孢屬和青霉屬呈正相關(guān);總磷與枝孢屬和青霉屬呈正相關(guān);體積質(zhì)量與被孢霉屬呈負(fù)相關(guān);pH與unclassified_Fungi、枝孢屬和青霉屬呈負(fù)相關(guān)。說(shuō)明被孢霉屬、unclassified_Ascomycota、枝孢屬、unclassified_Fungi和青霉屬可能是造成設(shè)施辣椒連作問(wèn)題的關(guān)鍵真菌類群。

3 結(jié)論與討論

土壤酶活性是土壤肥力的一大指標(biāo),它反映了土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的動(dòng)向和強(qiáng)度,在影響微生物生長(zhǎng)發(fā)育的同時(shí),對(duì)作物生長(zhǎng)也有一定影響[15-17]。連作會(huì)影響土壤各類酶活性,且不同作物連作會(huì)造成酶活性不同程度的降低或增加,這可能和作物根系分泌物有關(guān)。魔芋連作后,土壤蛋白酶、過(guò)氧化氫酶和脲酶活性均降低,而酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性升高[18];北沙參連作后,土壤脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均升高[19];棉花連作后,脲酶、堿性磷酸酶、纖維素酶和多酚氧化酶活性均降低[20]。本研究中,設(shè)施辣椒連作土壤中蔗糖酶、堿性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性均降低,多酚氧化酶活性呈先降低后升高趨勢(shì),而脲酶、酸性蛋白酶、酸性轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶活性均呈先升高后降低趨勢(shì),與前人研究結(jié)果有相似也有不同之處。在設(shè)施辣椒連作土壤中,關(guān)鍵酶活性降低,導(dǎo)致過(guò)氧化氫等物質(zhì)積累,土壤中碳、氮和磷的循環(huán)受阻,養(yǎng)分供應(yīng)能力降低,生物化學(xué)反應(yīng)減少,可能是設(shè)施辣椒連作障礙形成的機(jī)理之一。

土壤是微生物生長(zhǎng)的最佳天然條件,為微生物的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)元素及適宜的條件,而微生物對(duì)土壤的形成發(fā)育、物質(zhì)循環(huán)、肥力演變和植物生長(zhǎng)等起著至關(guān)重要的作用。在土壤生態(tài)系統(tǒng)中,微生物的組成和結(jié)構(gòu)與其功能密切相關(guān)。細(xì)菌適合在中性或微堿性的土壤中生長(zhǎng),在連作土壤中,隨著連作年限的增加,pH不斷降低,使得土壤出現(xiàn)酸化現(xiàn)象,抑制土壤細(xì)菌的生長(zhǎng)的同時(shí)促進(jìn)真菌的生長(zhǎng)。本研究中,設(shè)施辣椒連作土壤細(xì)菌的多樣性先升高后降低,真菌的多樣性逐漸升高,土壤微生物群落由“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢婢汀?。這與韓海蓉等[11]、郭紅偉等[21]和劉素慧等[22]的研究結(jié)果一致。

高通量測(cè)序結(jié)果表明,在細(xì)菌群落中,變形菌門和擬桿菌門是優(yōu)勢(shì)類群,與姜偉等[23]和鄭立偉等[24]分別在設(shè)施果菜連作和甜瓜連作的研究一致。變形菌門在土壤中能夠起到固定氮源的作用;擬桿菌門具有非常強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝能力,可以將蛋白質(zhì)等高分子化合物轉(zhuǎn)化為小分子化合物[25-26]。本研究中,連作5 a后,這2類菌群較CK均有不同程度的降低,說(shuō)明設(shè)施辣椒連作會(huì)導(dǎo)致重要的有益功能細(xì)菌類群減少,從而會(huì)降低土壤質(zhì)量,導(dǎo)致土壤中蛋白質(zhì)等物質(zhì)不能及時(shí)分解,難以為作物提供所需營(yíng)養(yǎng)元素。在屬分類水平上,優(yōu)勢(shì)類群脫硫弧菌和鞘氨醇單胞菌屬相對(duì)豐度較CK也有一定降低。這2類細(xì)菌是土壤有益細(xì)菌類群,能夠降解土壤中的芳香化合物,在環(huán)境治理中起著重要作用[27-29]。楊莉等[30]在人參連作研究中也發(fā)現(xiàn)了脫硫弧菌屬和鞘氨醇單胞菌屬等細(xì)菌類群豐度顯著降低的現(xiàn)象。同時(shí),與有害物質(zhì)分解和促生長(zhǎng)物質(zhì)分泌相關(guān)的海洋桿菌屬、土地桿菌屬、Ohtaekwangia和溶桿菌屬也有大幅下降,說(shuō)明隨著連作年限的增加,設(shè)施辣椒根系分泌物會(huì)抑制上述有益細(xì)菌的生長(zhǎng)。鄭立偉等[24]研究甜瓜連作時(shí)也得出這些有益細(xì)菌豐度降低的結(jié)果。

對(duì)設(shè)施辣椒土壤真菌群落分析發(fā)現(xiàn),子囊菌門為門分類水平上的最優(yōu)勢(shì)類群,且隨著連作年限的增加其相對(duì)豐度逐漸升高。子囊菌門為土傳枯萎病病原菌,對(duì)土壤的危害較大,且與土壤有機(jī)物的降解有關(guān)[24,31]。鄭立偉等[24]在研究甜瓜連作土壤微生物群落時(shí)也發(fā)現(xiàn)了相似結(jié)果。在屬分類水平上,子囊菌門中的鐮刀菌屬是最優(yōu)勢(shì)類群,且連作5 a后,其相對(duì)豐度較CK升高了 82.65%。鐮刀菌屬為土壤有害真菌類群,不僅可以在土壤中越冬越夏,還可侵染多種作物,引起作物的根腐、莖腐等多種病害,進(jìn)而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì),是生產(chǎn)上防治最艱難的重要病害之一[32]。在甜瓜連作[24]和黃瓜連作[33]的研究中也發(fā)現(xiàn)其相對(duì)豐度隨著連作年限的增加而升高的現(xiàn)象,導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)失衡。同時(shí),連作導(dǎo)致了子囊菌門中的青霉屬(Penicillium)和枝孢屬(Cladosporium)等病原真菌增加,也導(dǎo)致了真菌屬的數(shù)量增加,出現(xiàn)了Plectosphaerella、Paramyrothecium和unclassified_Pyronemataceae等類群,與前人的研究結(jié)果類似[24]。此外,土壤中的有益真菌如被孢霉屬等類群相對(duì)豐度降低,導(dǎo)致溶解磷和其他物質(zhì)以及參與植物糖代謝能力減弱[25]?？傊?設(shè)施辣椒連作改變了其根際土壤微生物的群落組成和結(jié)構(gòu),土壤有益類群減少,有害類群增多,導(dǎo)致微生物不能及時(shí)降解土壤中的有毒有害物質(zhì),從而加重了自毒作用對(duì)設(shè)施辣椒的危害。

相關(guān)性研究結(jié)果表明,土壤理化性質(zhì)與連作設(shè)施辣椒土壤微生物群落結(jié)構(gòu)有密切的相關(guān)性。其中,電導(dǎo)率、體積質(zhì)量、總磷和pH與微生物群落結(jié)構(gòu)呈極顯著相關(guān)性,它們作為關(guān)鍵因素影響著設(shè)施辣椒連作土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性。隨著連作年限的增加,pH不斷減小,電導(dǎo)率、體積質(zhì)量、總磷呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)(表1),與其呈極顯著正相關(guān)的細(xì)菌群落中脫硫弧菌屬、海洋桿菌屬和土地桿菌屬相對(duì)豐度不斷降低,Gp6相對(duì)豐度不斷升高;而真菌群落中unclassified_Ascomycota、枝孢屬、unclassified_Fungi和青霉屬相對(duì)豐度不斷升高,被孢霉屬相對(duì)豐度則不斷降低。說(shuō)明pH、電導(dǎo)率、體積質(zhì)量和總磷是影響設(shè)施辣椒連作土壤中細(xì)菌、真菌群落組成發(fā)生較大變化的主導(dǎo)因素,這與前人研究結(jié)果較一致[24,34]。同時(shí),脫硫弧菌屬、海洋桿菌屬、土地桿菌屬、Gp6、被孢霉屬、unclassified_Ascomycota、枝孢屬、unclassified_Fungi和青霉屬可能是造成設(shè)施辣椒連作問(wèn)題的關(guān)鍵微生物。該結(jié)果為設(shè)施辣椒連作土壤微生物菌群的定向改造提供了參考。

綜上所述,在設(shè)施辣椒連作過(guò)程中,土壤中各類酶活性發(fā)生了不同程度的變化,這可能和根系分泌物有關(guān),使得土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)受到影響,過(guò)氧化氫等有毒物質(zhì)不能及時(shí)被分解,造成辣椒根系的毒害,從而導(dǎo)致辣椒減產(chǎn)。同時(shí),設(shè)施辣椒連作后,土壤微生物群落會(huì)發(fā)生明顯變化,脫硫弧菌屬和鞘氨醇單胞菌屬等有益細(xì)菌會(huì)減少,鐮刀菌屬等有害真菌增多,導(dǎo)致土壤中的有毒有害物質(zhì)不能夠及時(shí)被降解,從而加重了自毒作用對(duì)設(shè)施辣椒的危害。本研究為揭示設(shè)施辣椒連作障礙的成因提供了理論依據(jù)。