不同栽培模式下甘蔗根际土壤微生物学特性分析

摘要

宿根蔗多年单一化宿根连作栽培导致甘蔗产量下降，但宿根蔗套种豆科作物能否有效改善土壤环境从而提高宿根蔗产量值得深入研究。据此，本研究以2011～2012和2012～2013连续两年的“赣南18”的新植蔗土壤、宿根蔗土壤、宿根蔗/大豆土壤及空白土壤为研究对象，主要从供试土壤微生物区系变化、土壤酶活性变化，并结合田间基本农艺性状及产质量指标来揭示宿根蔗套种大豆对宿根蔗根际土壤的良性恢复作用。主要研究结果如下。
　　甘蔗宿根连作下，其产量明显下降，而宿根蔗套种大豆则由于甘蔗茎径粗大而较宿根连作表现出明显的产量优势。进一步分析发现不同栽培模式下甘蔗根际土壤酶活性、总微生物量均表现出显著性差异，宿根蔗根际土壤中总微生物量、细菌/真菌比例及参与碳，氮，磷循环的蔗糖酶，脲酶，酸性磷酸单酯酶活性均显著下降，而在宿根蔗/大豆土壤中则明显上升。据此，本研究认为，单一的宿根连作导致其根际土壤总微生物量及酶活性下降，引起土壤微生物介导的营养循环受阻，从而导致甘蔗产量下降，而宿根蔗套种大豆对其根际土壤微生物区系具有明显的改善作用，从而使宿根蔗具有明显的产量优势。
　　鉴于此，进一步对供试土壤中微生物代谢活性及细菌群落组成进行分析。分析结果表明，甘蔗宿根连作下，其根系分泌物中羧酸、酚酸等物质增加，不利于甘蔗生长，而糖类、氨基酸类、胺类、多聚物类则明显下降，不易于满足宿根蔗根际微生物的代谢需求，而宿根蔗/大豆的根系分泌物对土壤微生物的代谢活性产生了一定程度的选择性作用，使其较偏重于对胺类及多聚物类的利用。采用T-RFLP进一步分析发现，宿根蔗土壤中参与碳、氮、铁、硫循环的细菌群均明显下降，病原菌群增加，有益菌群无明显变化趋势，而在宿根蔗/大豆土壤中，参与土壤有机质降解的重要菌群，Clostridium bifermentans和 Clostridium polysaccharolyticum；与植物形成固氮共生体系的弗兰克菌属，尤其是与 Fe2+和硫酸盐再生相关的铁-还原菌（Deferribacter thermophilus）及硫-还原菌（Desulfotomaculum geothermicum）都明显增加，还发现在宿根蔗土壤中明显最高的植物病原菌，Rathayibacter toxicus和Phytoplasma，与甘蔗产量呈显著负相关，在宿根蔗/大豆土壤中有着明显下降趋势，且一些拮抗菌群，Paenibacillus alvei和Pseudomonas，在宿根蔗/大豆的土壤中大幅度上升，与甘蔗产量显著正相关。
　　综上所述，本研究认为甘蔗宿根连做导致甘蔗产量下降与其根际微生态系统失衡有着密切关系，宿根蔗土壤中羧酸、酚酸类自毒物质积累，土壤中重要细菌介导的碳、氮、铁、硫循环能力下降，有机质降解能力差，植物病原菌增加等因素共同作用，导致宿根蔗产量下降。宿根蔗/大豆对宿根蔗根际微生态系统的恢复作用明显，尤其是对宿根蔗根际土壤中的有机质降解菌群，铁、硫再生菌群的恢复，建立拮抗菌群，抑制病原菌滋生等方面贡献颇多，这些重要菌群也为解决甘蔗宿根连作问题提供了新方向、新思路。

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第一章 文献综述

1 作物连作障碍

2 连作植物根际土壤的微生态特性

3 甘蔗概述及其宿根连作障碍

4本研究的内容及目的意义

第二章 不同栽培模式对甘蔗产量的影响

1 材料与方法

2 结果分析

3 小结

第三章 不同栽培模式对甘蔗根际土壤酶活及微生物量的影响

1 材料与方法

2 结果分析

3 小结

第四章 不同栽培模式对甘蔗根际土壤细菌群落及功能多样性的影响

1 材料与方法

2 结果分析

3小结

第五章 结论与展望

1 结论与讨论

2 展望

参考文献

致谢