连作对植棉区土壤微生物数量的影响

李静怡，杨友才

(湖南农业大学生物科学技术学院，长沙410128)

湖南省是中国的重要商品棉生产基地之一。2008年以来，湖南省棉花种植面积超过16.7×104hm2，棉花产业已成为湖南省农业和农村经济发展的一大支柱产业［1］。土壤微生物群落不仅参与土壤有机质的分解过程和矿化作用，促进土壤养分的循环，而且其代谢物也是植物的营养成分，可以直接反映土壤中物质代谢的旺盛程度和土壤质量的好坏［2］。有研究［3］表明，土壤质量的好坏与棉花的产量和质量有一定的相关性，而土壤中最为活跃的部分为土壤微生物。笔者以采自湖南常德地区不同连作年限的棉田土壤为研究对象，探讨连作年限对土壤微生物数量的影响，以期为湖南植棉区采用土壤生态调控技术解决棉花连作障碍提供依据。

1 材料和方法

1.1 样品采集

试验土壤样品采自湖南常德澧县小渡口镇同一种植区域的种植1年，连作5、10、15年的棉田土壤，以荒地土壤为对照(CK)。采样时间(2011年4～9月)以棉花生育期(苗期、现蕾期、花铃期、吐絮期)划分。采用5点取样法，每个供试区域分别采集棉株根际周围20 cm土层范围内的土壤，然后将同一区域同一处理的样品充分混合，且每个处理分别在3个不同田块进行取样，装入无菌自封袋中，低温冷藏，并迅速带回实验室进行分析。

1.2 土壤微生物数量的测定

土壤微生物采用稀释平板涂抹培养计数法分析［4］。细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基;放线菌采用高氏1号培养基(每300 mL培养基中加3%重铬酸钾1 mL);真菌采用PDA培养基(每100 mL培养基加1%链霉素溶液0.3 mL)。结果以每克干土所含数量表示，最终数据均为每种处理3个不同供试区域土样的平均值。

1.3 数据分析

数据采用EXCEL处理，方差分析用DPS6.05完成。

2 结果与分析

2.1 不同连作年限对棉株根际细菌数量的影响

比较4种不同连作年限的棉田土壤中细菌数量(表1)可以看出，细菌菌群数量随着种植年限的增加表现出先升高再降低的变化趋势，而且不同连作年限间细菌菌群数量存在差异，连作5年棉田的土壤菌群数量最高，平均为6.86×105cfu/g，比种植1年、连作10和15年的棉田分别高出97.1%、73.2%和79.1%。连作5年后细菌菌群数量呈明显的下降趋势。不同连作年限的细菌菌群数量在棉花的不同生育期也存在显著差异或极显著差异，具体表现为1年棉田的菌群数量大小的生育期依次为苗期、吐絮期、花铃期、现蕾期，而15年棉田中细菌数量大小的生育期依次为苗期、花铃期、现蕾期、吐絮期。

表1 不同种植年限和生育时期棉田细菌数量(×105cfu/g)Table 1 Bacteria population changes in different cotton continuous cropping

2.2 不同连作年限对棉株根际放线菌数量的影响

从表2可知，不同连作年限棉田土壤的放线菌菌群数量同细菌菌群数量变化表现类似，同样为随种植年限的增加先升高再下降，其中连作5年和10年棉田之间差异极显著，而种植1年和连作15年棉田的根际放线菌数量在花铃期和吐絮期差异不显著。种植1年、连作5和10年棉田土壤中放线菌的菌群数比连作15年棉田的分别高出49.2%、165.4%和157.7%。1、5、10和15年连作棉田的根际放线菌在苗期均与其他3个生育期呈显著性差异，5年棉田的苗期菌群数量达到最大值(6.57×104cfu/g)，比1、10和15年棉田的分别高出52.1%、76.1%和379.6%。

表2 不同种植年限和生育时期棉田放线菌数量(×104cfu/g)Table 2 Actinomyces population changes in different cotton continuous cropping

2.3 不同连作年限对棉株根际真菌数量的影响

真菌在土壤微生物中所占比重非常少，仅占微生物总数的0.4% ～3.61%，但它是引起许多作物病害的病原菌，与作物土传病害的发生有直接的关系［5］。从表3可以得知，棉田土壤中真菌的菌群数表现出随着连作年限的增加不断上升的变化趋势，而且各连作年限间呈显著性差异。真菌的菌群数量在1年期棉田苗期最高只有4.53×103cfu/g，而在连作10年后数量急剧上升，连作15年棉田中真菌数在吐絮期达到最高值(19.12×103cfu/g)，比连作10年同期时高出130.02%。

表3 不同种植年限和生育时期棉田真菌数量(×103cfu/g)Table 3 Fungi population changes in different cotton continuous cropping

3 小结与讨论

土壤微生物是土壤中活的有机体，同时也是土壤肥力因子中最活跃的部分［6］，在土壤肥力的形成过程中起着非常重要的作用。本研究结果表明，随着连作年限的增加，棉田土壤中的细菌、放线菌菌群数量不断下降，而真菌菌群数量在连作10年后大量增加。这与张新慧［7］、李琼芳［8］、徐瑞富［9］等的研究结果相近。刘军等［10］的研究结果表明，真菌数量在连作5年后就开始大量积聚，本研究结果与其稍有差别，可能是由于实验地区土壤性质和耕作方式的不同导致结果有所差异。

在棉花的整个生育期，不同连作年限的棉田土壤微生物因生育期不同而有较明显的差异变化，细菌和放线菌数量的总体变化趋势大致相同，其中苗期数量最大，可能是因为5、6月高温、高湿的气候条件有利于微生物的生长繁殖。1年期棉田中的细菌和放线菌在不同生育期的数量变化幅度较大，真菌数量差异较小，而在连作15年棉田中真菌的数量大幅增加，同时在不同生育期也表现出非常大的差异变化。真菌数量的不断增加可能是因为真菌对外界环境胁迫的忍耐力比细菌和放线菌稍强，而细菌和放线菌比较适合在土壤微生态环境质量较好的状况下生长。

从本研究结果可以看出，连作5年时，由于土壤在施肥、灌溉等农田耕作措施处理后有机质含量增加，而且农作物根系分泌的自毒物质积累得比较少，土壤的微环境有利于细菌和放线菌的生长繁殖，所以在连作5年时菌群数量较多。但随着连作年限的延长，由于作物根系分泌的自毒物质不断地积聚增加，从而对微生物数量产生的抑制作用日渐增强，土壤中细菌和放线菌的数量在连作10年后开始显著降低，而真菌在连作10年后数量开始明显增加。已有研究表明，引发植物土传病害的病原菌中绝大多数为真菌，棉花黄萎病就是很典型的土传真菌病害。徐瑞福等［9］对连作花生土壤微生物的研究表明，土壤的真菌化可能是导致作物出现生长障碍的一个很重要的因子，真菌菌群数量的大量增加，说明连作对于土壤微生态环境的影响也在不断地增加。连作对土壤最直接的负面影响是导致细菌和放线菌生长受到抑制而真菌不断地积聚，使土壤中微生物多样性趋向单一，土传病害不断加重，最终导致作物的产量和品质降低［10，11］。

由于农业生产结构较单一，轮作倒茬比较困难，因此棉花连作现象还会一直持续下去。连作对于棉田土壤微生态环境的影响也会持续增加，如何通过采取有效措施来减少土传真菌病害和增加土壤中细菌和放线菌菌群数量，使土壤从低肥的“真菌型”向高肥的“细菌型”转变有待进一步的研究。

［1］ 梅正鼎，张志刚，曾昭云.浅谈湖南省棉花产业的现状及发展对策［J］.江西棉花，2006，28(5):11 －12.

［2］ 孙瑞莲，朱鲁生，赵秉强，等.长期施肥对土壤微生物的影响及其在养分调控中的作用［J］.应用生态学报，2004，15(10):1907 －1910.

［3］ 阿继军，孙小凤.湟水流域农田不同类型土壤细菌数量研究［J］.青海农林科技，2003，(4):14－17.

［4］ 姚槐应，黄昌勇.土壤微生物生态学及其实验技术［M］.北京:科学出版杜，2006.

［5］ 刘建国，卞新民，李彦斌，等.长期连作和秸秆还田对棉田土壤生物活性的影响［J］.应用生态学报，2008，19(5):1027－1032.

［6］ 徐文修，罗 明，李银平.作物茬口对连作棉田土壤环境及棉花产量的影响［J］.农业工程学报，2011，37(3):271－275.

［7］ 张新慧，张恩和.不同植龄啤酒花根际微生物区系的变化及与产量和品质的关系［J］.草业学报，2007，16(5):56－60.

［8］ 李琼芳.不同连作年限麦冬根际微生物区系动态研究［J］.土壤通报，2006，37(3):563－565.

［9］ 徐瑞富，任永信.连作花生田土壤中微生物群落动态与减产因素分析［J］.农业系统科学与综合研究，2003，19(1):33 －35.

［10］ 朱四元，刘头明，汤清明，等.连作苎麻的部分生理生态特征及细胞学观察［J］.湖南农业大学学报(自然科学版)，2012，38(4):360 －365.

［11］ 刘 军，唐志敏，刘建国，等.长期连作及秸秆还田对棉田土壤微生物量及种群结构的影响［J］.生态环境学报，2012，21(8):1418 －1422.