不同种植模式对栝楼根际土壤微生物群落多样性的影响

摘要：【目的】分析不同种植模式对栝楼根际土壤理化性质和土壤微生物群落多样性的影响，为探索合理有效的 栝楼连作障碍消减策略提供理论依据。【方法】设连作（对照）、连作一翻耕一种植新苗和栝楼一水稻轮作3种种植模 式，测定不同种植模式下栝楼根际土壤理化性质及土壤微生物群落结构和多样性并对比其差异，采用典型相关分析 探明土壤理化性质与微生物群落结构的相关性。【结果】栝楼—水稻轮作和连作—翻耕—种植新苗2种模式下，栝楼根 际土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量显著高于对照（Plt;0.05，下同）。高通量测序结果表明，连作一翻耕一种植新苗模式能显著增加栝楼根际土壤细菌群落多样性和丰度，但真菌群落丰度和多样性与对照无显著差异（Pgt; 0.05），栝楼主要致病相关真菌属[壳多孢菌属（Stagonosporopsis）和炭疽菌属（Colletotrichum）]的相对丰度仍保持在 较高水平；栝楼一水稻轮作模式可显著降低土壤真菌群落丰度和多样性，降低壳多孢菌属和炭疽菌属等有害真菌属 相对丰度。典型相关分析结果表明，不同种植模式下土壤微生物群落存在明显差异，土壤有机碳含量、全氮、全磷、全 钾、碱解氮、速效钾和速效磷含量能显著影响栝楼根际土壤细菌和真菌物种分布。【结论】栝楼一水稻轮作能提高土壤 质量，降低土壤真菌群落丰度和多样性，降低有害真菌属相对丰度，该种植模式对栝楼连作障碍的缓解效果优于 连作—翻耕—种植新苗模式。

关键词：栝楼；轮作；微生物群落多样性；连作障碍

中图分类号：S567.239

文献标志码：A

文章编号：2095-1191（2024）04-0920-12

Effects of different planting patterns on microbial community diversity in rhizosphere soil of Trichosanthes kirilowiü Maxim

XU Jin-yan1， HE Xiao-lan1， SHAO Ming-can1， WAN Yun-long2， GUO Wan-jun3， SHI Su-pei3， YANG Zhong-hai4， PAN Ming-ru5， GUO Shu-qiao1*

（1Institute of Industrial Crops， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing， Jiangsu 210014，China; 2Institute of Vegetable Crops， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing， Jiangsu 210014， China; 3People's Government of Daxing Town， Suyu District， Suqian City， Suqian， Jiangsu 223841， China; 4Lianshui Yuguo Agricultural Develop-

ment Co.， Ltd.， Huai'an， Jiangsu 223411， China; 5Funing County Yongfa Gualou Cooperative， Yancheng，Jiangsu 224435，China）

Abstract：[Objective]The effects of different planting patterns on soil physicochemical properties and the diversity of microbial communities in the rhizosphere soil of Trichosanthes kirilowii Maxim were analyzed to provide a theoretical basis for exploring reasonable and effective strategies to reduce the continuous cropping obstacles of T. kirilowii. 【Method】 Continuous cropping （control） ， continuous cropping-tillage-planting new seedlings and T. kirilowii-rice rotation were set

to determine and compare the soil physicochemical properties and microbial community structure and diversity. The correlation between soil physicochemical properties and microbial community structure was also explored by canonical correlation analysis. 【Result]Under T. kirilowii-rice rotation and continuous cropping-tillage-planting new seedlings， contents of organic carbon， total nitrogen， total phosphorus， alkaline nitrogen， available phosphorus in the rhizosphere of T. kirilowii were significantly higher than control （Plt;0.05， the same below）. The results of high-throughput sequencing showed that continuous cropping-tillage-planting new seedlings pattern could significantly increase the diversity and abundance of bac- terial community in the rhizosphere soil， but abundance and diversity of fungal community was not significantly different from control （Pgt;0.05）， and the relative abundance of important pathogenic fungi （Stagonosporopsis and Colletotrichum） remained at a high level. T. kirilowii-rice rotation could significantly reduce the abundance and diversity of soil fungal communities and the relative abundance of harmful fungi （Stagonosporopsis and Colletotrichum）. The results of canoni- cal correlation analysis showed that there were obvious differences in soil microbial communities under different planting patterns. The contents of soil organic carbon， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， alkaline nitrogen， available potassium and available phosphorus could significantly affect the distribution of bacterial and fungal species in the rhizo- sphere soil of T. kirilowii. 【Conclusion 】T. kirilowii-rice rotation can increase soil quality， reduce the abundance and diver- sity of soil fungal communities， and reduce the relative abundance of harmful fungi. The planting patterns is superior to continuous cropping-tillage-planting new seedlings in reducing the continuous cropping obstacles of T. kirilowii.

Key words： Trichosanthes kirilowii Maxim; rotation; microbial community diversity; continuous cropping obstacle

Foundation items： Jiangsu Subei Science and Technology Special Project （SZ-HA2021034） ; Jiangsu Agricultural Science and Technology Independent Innovation Project [CX（21）3167]

0 引言

【研究意义】栝楼（栝楼）又称瓜蒌、吊瓜，属葫芦科栝楼属，为我国传统中药 材，具有抗肿瘤、扩张冠状动脉、降血糖、化痰止咳等 多重功效（宋宁等，2020;司红梅等，2021;毕境新等， 2022），也是集经济效益、环境效益、生态效益、社会 效益和美学功能为一体的特色经济作物，在农业产 业结构调整和脱贫攻坚项目中发挥巨大作用（郭书 巧等，2019）。栝楼为多年生宿根类作物，种植后可 连续收获4～6年，但随着连作时间延长，栝楼会表现 出生长势变弱、产量降低甚至暴发严重病虫害等连 作障碍现象。连作障碍一旦爆发会导致严重减产，甚至绝产，对栝楼产业发展影响巨大。栝楼属于攀 援型作物，种植过程中需搭建支架保证其正常生长，生产投入成本较高，因此，栝楼的种植模式主要以连 续种植为主。种植中发生连作障碍后，大多数农民 会采用翻耕地块后重新种植新苗的方式以节约生产 成本，仅少数农民会选择栝楼与水稻进行轮作。而 不同种植模式会对作物根际土壤微生物的结构和功 能产生巨大影响，土壤微生物群落多样性也会影响 作物的生长发育和产量（李等，2022）.因此，研究不同种植模式对栝楼根际土壤微生物群落多样性的影响，对于选择合适的栝楼种植模式具有重要意义。[前人研究进展]轮作被认为是目前缓解连作障碍的有效种植模式之一，能在短时间内增加作物多样性，刺激作物生殖生长，提高作物产量;也可显著降低作物根际的有害真菌群体数量，提高土壤质量，稳定土壤生态系统（Zhou et al.，2017a;Rao et al.，2021）。Li等（2022）研究发现，不同种植模式会影响土壤微生物群落结构，导致土壤生产力发生显著变化，其中轮作一休耕系统对作物产量和细菌群落结构有积极影响；Song等（2022）对4种大豆种植模式进行研究，发现大豆连作和休耕—大豆种植模式能增加土壤真菌和病原菌群落丰度，而玉米一大豆轮作种植模式会抑制这种情况的发生；Williams等（2022）研究发现，轮作土壤的微生物群落丰度和土壤肥力高于休耕土壤。此外，有研究表明，水旱轮作对于减少水田作物与旱地作物之间的病虫害共享性具有较好效果（Zheng et al.，2016）。苏燕等（2020）研究表明，与旱地轮作模式相比，水旱轮作模式可提高马铃薯根际土壤的微生物群落多样性；Ma等（2022）对休耕、百合一水稻轮作、新种植百合、连作2年百合等4种种植模式进行分析，发现百合一水稻轮作能促进细菌多样性增加并调节特定微生物组成，且水旱轮作效果优于旱地轮作。【本研究切入点】目前，栝楼种植模式主要以连作为主，其次为更换新苗，轮作种植模式使用较少。不同种植模式对栝楼根际微生物群落结构多样性及栝楼产量影响的研究几乎空白。【拟解决的关键问题】以栝楼品种皖蒌7号和皖蒌9号为试验材料，设连作、连作一翻耕一种植新苗、栝楼一水稻 轮作3种种植模式，比较不同种植模式对栝楼根际 土壤理化性质和微生物群落多样性的影响，为探索 合理有效的栝楼连作障碍消减策略提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料及试验地概况

供试栝楼品种为皖蒌7号和皖蒌9号，轮作水稻 品种为华粳5号。皖蒌7号为前茬栝楼品种，皖蒌9号为轮作和更换新苗后栽培品种，连作试验地块 供试品种均为皖蒌9号。

试验地位于江苏省盐城市阜宁县，属北亚热带 季风气候，年降水量980mm，年均气温14℃，无霜 期213d；土壤质地为沙壤土。

1.2试验方法

试验设3个相邻地块，每个地块面积约1300m2， 各种植500株栝楼植株。试验地块1为连作模式： 2018年3月开始种植栝楼品种皖蒌9号，连作种植，于2021年10月采集栝楼根际土壤样品，标记为CCK （对照）。试验地块2为连作一翻耕一种植新苗模式：2016年3月开始种植栝楼品种皖蒌7号，连作种 植，于2019年12月将块根全部挖取并进行翻耕越 冬；2020年3月重新种植皖蒌9号栝楼新苗，2021年 10月采集栝楼根际土壤样品，标记为CKK。试验地 块3为栝楼—水稻轮作模式：2015年3月开始种植栝 楼品种皖蒌7号，连作种植，2019年轮作1年水稻，于 2020年3月重新种植栝楼品种皖蒌9号，2021年10 月采集栝楼根际土壤样品，标记为RK。除种植模式 不同外，其他各项田间生产管理措施统一进行。

1.3测定项目及方法

1.3.1根际土壤样品采集

栝楼根际土壤样品于2021年10月采集，采用五点取样法。每个采样点选 取3株植株，收集位于块根四周10～20cm处的根系 土壤及附着在植株根系附近的土壤，随后将5个采 样点的样本充分混合。每个田块设3次生物学重复， 共采集9份土壤样品。将每份土壤样品分成2份，过 筛去除杂物后放入冰盒带回实验室，1份用于土壤微 生物高通量测序；另1份自然风干，粉碎过60目筛后 用于土壤养分指标测定。

1.3.2土壤养分指标测定

土壤养分指标测定参 照鲍士旦（2000）的方法。利用凯氏定氮法测定土壤 全氮含量，利用水解法测定土壤碱解氮含量，利用 钼锑抗比色法测定土壤全磷和速效磷含量，利用 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定 土壤全钾和速效钾含量，利用重铬酸钾容量法测 定土壤有机碳含量，利用电位法测定土壤pH（土水 比1：2.5）。

1.3.3土壤细菌16S和真菌ITS高通量测序及数据分析

土壤细菌16S和真菌ITS高通量测序由上海 翰宇生物科技有限公司完成。利用Dual-barcode技 术和Illumina PE250测序平台对样本进行文库构建 和高通量测序。获得数据后，过滤读段（Read）尾部质量20以下的碱基，根据双末端测序（Paired-end）读段之间的叠连（Overlap）关系，将成对的读段拼成序列。根据97%相似性进行分类操作单元（OTU）划分，采用RDP classifier贝叶斯算法对97%相似水平的OTU代表序列进行分类学分析。16S细菌比对数据库为Silva（Release138.1 http：//www.arb-silva.de），ITS真菌比对数据库为Unite（Release8.2 http：//uni te.ut. ee/index.php）。利用Mothur计算微生物Alpha多样 性指数；利用R语言进行主成分分析；用R语言Vegan 软件包进行典型相关分析。

1.4统计分析

采用Excel 2016进行数据整理，采用IBM SPSS Statistics 19进行统计分析，采用SigmaPlot 10.0和R 语言ggplot2软件包制图。

2结果与分析

2.1不同种植模式对栝楼根际土壤理化性质的影响

由表1可知，CKK和RK的根际土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量均显著高于CCK（Plt;0.05，下同）。土壤全钾含量和pH在3 种模式间无显著差异（Pgt;0.05，下同），而CKK和RK的速效钾含量均显著低于CCK。由此可知，栝楼一水稻轮作和连作一翻耕一种植新苗模式下栝楼根际土壤肥力状况与连作模式间存在显著差异。

2.2不同种植模式对栝楼根际土壤微生物群落多样性的影响

2.2.1不同种植模式的栝楼根际土壤微生物群落Alpha多样性

图1为不同种植模式的栝楼根际土壤细菌和真菌多样性指数，Chao1 指数指示菌群丰度，Shannon 指数和 Simpson 指数指示菌群多样性。CKK 的土壤细菌群落Chao1指数极显著高于CCK和 RK（Plt;0.01，下同），CCK和RK间无显著差异（图1-A），说明 CKK 的土壤细菌群落丰度最高。CKK的土 壤细菌群落 Shannon 指数和 Simpson 指数与CCK相比呈显著差异（图1-B和图1-C），说明CKK的细菌群落多样性与 CCK存在显著差异。RK 的土壤真菌群落Chao1指数极显著低于CCK和CKK，CKK与 CCK的Chao1指数无显著差异（图1-D），说明 RK的土壤真菌群落丰度最低。RK的 Shannon指数极显著低于CCK和CKK（图1-E），而Simpson指数显著或极显著高于CCK和CKK（图1-F），说明RK 的真菌群落多样性相对较低。以上结果表明，栝 楼一水稻轮作和连作一翻耕一种植新苗2种模式均 会影响栝楼根际土壤微生物群落丰度和多样性，其 中连作一翻耕一种植新苗模式对细菌群落丰度和多样性影响较大，而栝楼一水稻轮作模式对真菌群落丰度和多样性影响较大。

2.2.2不同种植模式的栝楼根际土壤样本OTUs数量韦恩图分析

利用韦恩图对不同样本OTUs进行分析。从图2-A～图2-C可看出，所有样品核心细菌OTUs数目为938个；CCK特有细菌OTUs数目为868个，CKK为1667个，RK为884个；CKK细菌OTUs数目最高（6267个），其次分别为CCK（5316个）和RK（5148个）。图2-D～图2-F显示，所有样品核心真菌OTUs数目为87个；CCK特有真菌OTUs数目为620个，CKK为436个，RK为384个；CCK中真菌OTUs数目最高（1201个），其次分别为CKK（978个）和RK（947个）。以上结果说明连作—翻耕—种植新苗模式能增加栝楼根际土壤细菌OTUs总数和特有OTUs数目，栝楼一水稻轮作和连作一翻耕一种植新苗2种模式均能降低栝楼根际土壤真菌OTUs数目和特有OTUs数目。

2.2.3不同种植模式的栝楼根际土壤微生物群落Beta多样性

图3-A显示，细菌群落主成分分析中，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的贡献率分别为36.12%和26.31%。RK位于横轴PC1正端，CKK和CCK位于横轴PC1负端，PC1是3种样品的最大差异特征；RK和CKK位于纵轴PC2负端，CCK位于纵轴PC2正端，PC2是3种样品的第二大差异特征。表明不同种植模式是影响栝楼根际土壤细菌群落变化的主要因素。图3-B显示，真菌群落主成分分析中，PC1和PC2的贡献率分别为34.44%和24.33%。CKK位于横轴PC1正端，CCK位于横轴PC1负端，PC1是CKK和CCK的最大差异特征；RK位于纵轴PC2正端，CKK位于纵轴PC2负端，PC2是CKK与RK的最大差异特征。说明不同种植模式同样会对栝楼根际土壤真菌群落产生较大影响。

2.3不同种植模式对栝楼根际土壤微生物群落结构的影响

2.3.1不同种植模式栝楼根际土壤细菌群落结构分析

3种种植模式土壤样品的细菌共被归类为40门108纲268目445科908属1494种。图4-A显示，3种土壤样品中，相对丰度达5.00%以上的优势菌门为变形菌门（Proteobacteria，27.52%～33.85%）、放线菌门（Actinobacteriota，18.72%～36.82%）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota，14.39%～19.42%）、粘菌门（Myxo-coccota，6.27%～6.85%）和拟杆菌门（Bacteroidota，5.60%～6.05%）。酸杆菌门（Acidobacteriota）在CCK和CKK中的相对丰度分别为5.06%和6.72%，但在RK中仅为2.89%。通过比较优势菌门相对丰度可知，变形菌门在CCK中的相对丰度为32.37%，在CKK中的相对丰度增加至33.85%，在RK中的相对丰度下降至27.52%；放线菌门在CCK中的相对丰度为23.40%，在CKK中的相对丰度下降至18.72%，在RK中增加至36.82%；芽单胞菌门在CCK中的相对丰度为19.42%，在CKK中的相对丰度下降至15.92%，在RK中的相对丰度下降至14.39%；粘菌门在CCK中的相对丰度为6.85%，在CKK中的相对丰度下降至6.66%，在 RK中的相对丰度下降至6.27%;拟杆菌门在CCK中的相对丰度为 6.05%，在CKK中的相对丰度下降至5.71%，在RK中的相对丰度下降至5.60%。

对所有样品908个细菌属相对丰度大于1.50%的优势菌属进行分析。图4-B结果显示，CCK中相对丰度大于1.50%的优势菌属有 11个，依次为非可培养芽单胞菌科（Gemmatimonadaceae_uncultured）（14.15%）、MND1（5.41%）、MB-A2-108_norank（3.35%）、Gaiellales_norank（2.74%）、Haliangium（2.62%）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）（2.43%）、S0134 terrestrialgroup_norank（2.16%）、67-l4_norank（1.90%）、Gaiella（1.84%）、 Steroidobacteraceae_uncultured（1.77%）和芽单胞菌属（Gemmatimonas）（1.65%）。与 CCK 的优势菌属相比，CKK 的优势菌属增加了TRA3-20norank（1.69%）、NB1-j_norank（2.96%）和 Subgroup22_norank（1.61%），而芽单胞菌属相对丰度降至0.30%;RK中优势菌属增加了Microtrichales norank（1.89%）、Ellin6067（1.52%）、Luedemannella（2.10%）、Pseudarthrobacter（2.61%）、类诺卡氏菌属（Nocardioi-des，1.60%）和未分类间孢囊菌科（Intrasporangia-ceae unclassified，1.81%），而芽单胞菌属的相对丰度降至0.63%。

除优势菌属外，一些潜在的有益细菌属在不同土壤样品中也存在较大差异。如RK中潜在有益细菌属Pseudarthrobacter、类诺卡氏菌属和壤霉菌属（Agromyces）的相对丰度较CCK分别增加2.48、1.52和5.42倍，较CKK分别增加5.28、2.41和3.38倍。相对丰度介于1.00%～1.50%的细菌属在不同种植模式的土壤样品间也存在较大差异。CKK中的Dongia（1.12%） 、Microscillaceae uncultured（1.12%） 、Lates-cibacteraceae norank（1.29%）和MBNT15 norank（1.02%）及RK中的NB1-j_norank（1.06%）、Dongia（1.26%）、Microscillaceae uncultured（1.19%）、未分类间孢囊菌科（1.81%）、壤霉菌属（1.48%）、间孢囊菌属（Intrasporangium，1.16%）和Hamadaea（1.23%）细菌属相对丰度在CCK中均下降至1.00%以下。 以上分析结果表明，栝楼一水稻轮作和连作一翻耕一 种植新苗模式均会对栝楼根际土壤微生物细菌群落 结构产生明显影响。

2.3.2不同种植模式的栝楼根际土壤真菌群落结构分析

3种种植模式土壤样品中真菌共被归类为

7门32纲73目159科302属554种。图5-A显示，所 有样品的7个门中，相对丰度最高的均为子囊菌门 （Ascomycota，81.19%～88.17%）；其次为担子菌门（Basidiomycota，3.63%～10.47%）和毛霉门（Mucoromy- cota，1.06%～3.13%）。除此之外，未被鉴定的真菌 （Unclassified）相对丰度占比以CCK最高（11.96%），其次为CKK（6.33%），RK最低（3.52%）。在优势真菌门中，子囊菌门相对丰度以CKK最高（88.16%），CCK最低（81.87%）；担子菌门相对丰度以RK最高（10.47%），CCK最低（3.63%）；毛霉门相对丰度以CCK最高（3.13％），RK最低（1.06％）。

对所有样本的302个属中相对丰度大于1.50%的优势真菌属进行分析，图5-B显示，CCK中相对丰度大于1.50%的优势真菌属有9个，CKK中有15个，RK中有10个，且3种土壤样品中真菌丰度存在明显差异。CCK中优势真菌属依次是壳多孢菌属（Stagonosporopsis，21.26%）、小不整球壳菌属（Plec-tosphaerella，14.31%）、镰刀菌属（Fusarium，9.66%）、炭疽菌属（Colletotrichum，7.61%）、Humicola（4.38%）、Eleutherascus（3.67%）、Lectera（3.27%）、被孢霉属（Mortierella，3.12%）和Gibellulopsis（1.48%）。与CCK相比，CKK与其相同的优势菌属有8个。CKK与CCK不同的优势菌属分别是Paramyrothecium（5.21%）、Arxiella（2.01%）、裂壳属（Schizothecium，3.51%）、角担菌属（Ceratobasidium，1.59%）、Neonectria（2.49%）、Clonostachys（1.75%）和丝壳属（Kernia，2.97%）。RK与CCK相同的优势菌属有7个，而炭疽菌属和Eleutherascus相对丰度分别降低至0.59%和0.01%。RK与 CCK不同的优势菌属有3个，分别是裂壳属（2.94%）、Botryotrichum（14.04%）和Preussia（3.28%）。

进一步分析发现，RK中有益真菌属Humicola、被孢霉属和毛壳菌属（Chaetomium）的相对丰度分别为 CCK的 2.37、1.66 和2.99倍，而 CKK中这3种有益菌属相对丰度分别为CCK的47%、50%和4%。RK 中有害真菌属壳多孢菌属、炭疽菌属、Gibellulop-sis、Paramyrothecium 和角担菌属的相对丰度分别为CCK的8%、8%、44%、33%和65%;CKK中壳多孢菌属、炭疽菌属和 Gibellulopsis 的相对丰度分别为 CCK的 56%、36%和 8%，但 Paramyrothecium 和角担菌属的相对丰度分别为 CCK的 12.61 和 6.91倍。以上结果说明栝楼一水稻轮作和连作一翻耕一种植新苗模式会对栝楼根际土壤真菌群落结构产生较大影响，而栝楼一水稻轮作模式能大幅降低壳多孢菌属和炭疽菌属等有害真菌属的相对丰度。

2.4土壤理化性质与微生物群落的相关分析

利用典型相关分析探讨不同样本细菌属和真菌属与土壤理化性质的关系。图6-A显示，细菌第一轴（CCA1）和第二轴（CCA2）的累计解释变异量为54.2%。3种种植模式在图中可明显区分，说明不同种植模式土壤细菌群落存在明显差异。土壤全氮（R=0.95，Plt;0.01）、全磷（R=0.87，Plt;0.01）、有机碳（R=0.78，Plt;0.05）、全钾（R=0.77，Plt;0.05）、碱解氮（R=0.71，Plt;0.05）和速效钾（R=0.64，Plt;0.05）含量显著或极显著影响土壤细菌物种分布。对优势菌属和土壤环境因子进行Pearson相关分析，结果（图6-B）显示，土壤有机碳含量与Bryobacter和Germmatimonas的相对丰度呈显著负相关，与Micro-scillacea uncultured的相对丰度呈显著正相关；土壤全氮含量与 Bryobacter、Gaiellales_norank、Germma-timonas和沙壤土杆菌属（Ramlibacter）的相对丰度呈显著负相关，与 Microscillaceae_uncultured和NBl-j_norank的相对丰度呈显著正相关;土壤全磷含量与Microscillaceae_uncultured、TRA3-20_norank、NB1-j_norank.Latescibacteraceae_norank和 MBT15_norank的相对丰度呈显著正相关，与 Germmatimonas和沙壤土杆菌属的相对丰度呈显著负相关;土壤全钾含量与沙壤土杆菌属和非可培养丙酸杆菌科（Propionibacteriaceae_uncultured）的相对丰度呈显著正相关，与 NBl-j_norank和 Latescibacteraceae_norank的相对丰度呈显著负相关；土壤碱解氮含量与沙壤土杆菌属和非可培养丙酸杆菌科的相对丰度呈显著负相关，与TRA3-20_ norank、NB1-j_norank、Latesci-bacteraceae norank和MBT15 norank的相对丰度呈显著正相关；土壤速效钾含量与非可培养丙酸杆菌科的相对丰度呈显著正相关；土壤速效磷含量与Microscillaceae uncultured的相对丰度呈显著正相关。

图6-C显示，真菌CCA1和CCA2的累计解释变异量为45.2%，3种种植模式在图中可较明显区分，说明不同种植模式间土壤真菌群落也存在明显差异。土壤有机碳（R2=0.84，Plt;0.01）、全氮（R2=0.69，Plt;0.05）、全磷（R2=0.70，Plt;0.01）、全钾（R2=0.78，Plt;0.01）和碱解氮（R2=0.74，Plt;0.05）含量显著或极显著影响土壤真菌物种分布。Pearson相关分析结果（图6-D）显示，土壤有机碳与小球腔霉属（Leptosphae-ria）、节丛孢属（Arthrobotrys）、毛壳菌属（Chaeto-mium）和炭疽菌属的相对丰度呈显著负相关；土壤全氮含量与小球腔霉属、节丛孢属和毛壳菌属的相对丰度呈显著负相关；土壤全磷含量与裂壳属（Schizothecium）、角担菌属（Ceratobasidium）和Lophotrichus的相对丰度呈显著正相关，与小球腔霉属的相对丰度呈显著负相关;土壤全钾含量与裂壳属的相对丰度呈显著负相关，与小球腔霉属、Gibelulopsis和Lectera 的相对丰度呈显著正相关;土壤碱解氮含量与裂壳属、角担菌属、Lophotrichus、帚霉属（Scopulariopsis）、Neonectria、Kenria 和球腔菌属（Mycosphaerella）的相对丰度呈显著正相关，与小球腔霉属的相对丰度呈显著负相关;土壤速效钾含量与小不整球壳菌属（Plectosphaerella）的相对丰度呈显著正相关;土壤速效磷含量与帚霉属、Kenria和球腔菌属的相对丰度呈显著正相关。以上结果说明土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾和速效磷含量是影响不同种植模式下栝楼根际土壤微生物群落组成的重要土壤理化性质。

3讨论

连作会引起土壤微生物群落结构失衡，导致病原体激增和植物病害加剧（Song et al.，2022）。本课题组前期对连作2年和4年的栝楼根际土壤进行研究，发现连作导致栝楼根际微生物群落多样性和结构发生巨大变化，真菌/细菌比例失衡，有害真菌大量积累（徐筋燕等，2023）。农民通常选择在连作4年的地块上重新种植新的栝楼苗，以期缓解栝楼连作障碍并节约生产成本，但收效甚微。轮作可在较短时间内增加植物多样性并重组根际土壤微生物群落，有益于根际健康并增加作物产量（Zhou et al.，2017a）。为探索缓解栝楼连作障碍的方法，本研究对3种不同种植模式下栝楼根际土壤理化性质和微生物群落多样性进行分析，结果表明栝楼一水稻轮作能提高土壤质量，降低土壤真菌群落丰度和多样性，降低有害真菌属相对丰度，该种植模式对缓解栝楼连作障碍的效果优于连作一翻耕—种植新苗模式。

本研究结果显示，连作栝楼根际土壤经翻耕并更换栝楼新苗后，栝楼根际土壤养分含量显著高于连作对照土壤，土壤细菌群落丰度和多样性增加，但真菌群落相对丰度和多样性与对照无显著差异。合理的肥料使用和翻耕措施可改善土壤环境并提高土壤微生物群落多样性和稳定性（Chen et al.，2020）。但本研究中连作一翻耕一种植新苗模式只在连作时间和苗龄上与对照存在差异，其本质仍是连作。在同一地块持续种植同一种或同一类作物会存在各种长期隐患，包括根系有毒物质和病原物的累积等（Zhao et al.，2018;Banerjee et al.，2019），这些隐患最终会影响作物产量和土壤环境的可持续性。刘鹏等（2021）利用栝楼根系分泌物浸出液处理栝楼幼苗后发现，栝楼根系活力受到显著抑制，细胞脂膜透性显著增大，土壤细菌数量呈上升趋势，说明栝楼根系分泌物的长期积累会对栝楼的生长发育产生不良影响。连作一翻耕一种植新苗模式并未增加该地块的作物多样性，栝楼根系分泌物仍长期在土壤中积累，最终导致其对栝楼产生毒害作用，影响栝楼生长发育和产量。此外，该种植模式中一些有害真菌相对丰度仍维持在较高水平的现象也进一步说明连作后再翻耕种植新苗的模式存在较大缺陷。由于种植作物较单一，翻耕措施也不能有效降低土壤有害真菌属相对丰度，这些真菌持续在土壤中积累，同样成为危害栝楼生长发育的隐患。

已有较多研究表明，轮作可提高土壤质量，如水稻一紫云英和水稻一黑麦草轮作可显著提高土壤总氮含量和有机质含量（Chen et al.，2012），黄瓜一水芹轮作可显著提高黄瓜产量（Gong et al.，2021），水旱轮作制度下土壤有机质、碱解氮和有效磷含量显著高于露地轮作（甘豪等，2022）。本研究结果显示，栝楼一水稻轮作的栝楼根际土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量显著高于连作对照土壤，与上述前人研究结果相符。但本研究中，不同种植模式下土壤全钾含量无显著差异，其原因可能是农民为保证栝楼产量，会在栝楼幼苗期、孕蕾开花期和结果期增施大量钾肥，导致不同种植模式下全钾含量无明显差异。

本研究结果表明，水旱轮作可显著降低栝楼根际土壤真菌群落相对丰度和多样性，大幅度降低一些可能对栝楼生长发育具有严重危害的有害真菌属的相对丰度。前人研究发现，壳多孢菌属与葫芦科植物的蔓枯病紧密相关（Mahapatra et al.，2020），该真菌属在CCK中的相对丰度高达21.26%，是CCK中相对丰度最高的真菌属，也是威胁栝楼生长发育的重要隐患之一。经过栝楼一水稻轮作后，在RK中壳多孢菌属相对丰度为CCK的8%。炭疽菌属与植物炭疽病和枯萎病紧密相关（Dean et al.，2012），是目前为止栝楼种植中最严重的病害之一（郭书巧等，2019），经过栝楼一水稻轮作后，在RK中炭疽菌属相对丰度也只有CCK的8%。此外，经栝楼—水稻轮作后一些其他有害真菌丰度也得到控制，与甜菜黄萎病相关的真菌属Gibellulopsis（Zhou et al.，2017b），在RK中的相对丰度是CCK的44%；与草莓根腐病相关的真菌属角担菌属（Wilhelm et al.，1972），在RK中的相对丰度是CCK的65%。这些结果均表明栝楼一水稻轮作可显著降低土壤真菌群体数量和有害真菌相对丰度。此外，本研究结果显示，栝楼一水稻轮作后镰刀菌属相对丰度呈上升趋势。镰刀菌属真菌可侵染多种农作物及经济作物，在土壤和植物体内普遍存在，能引起多种植物病害。本研究中栝楼一水稻轮作并不能降低镰刀菌属相对丰度，因此，在今后的栽培过程中应对镰刀菌属引起的病害进行重点关注和及时防治。栝楼一水稻轮作后栝楼根际土壤细菌群落多样性与对照无显著差异，但并不代表水旱轮作无效（Shade，2017）。细菌群落结构分析结果显示，经水旱轮作后，栝楼根际土壤放线菌门相对丰度较对照增加1.6倍；一些潜在有益细菌属如Pseudarthrobacter等在轮作栝楼根际土壤中的相对丰度也大幅增加。放线菌是一类重要的生防菌，能产生抗生素、酶和酶抑制剂等天然产物，进而抑制病原生物生长（Nazari et al.，2022），Pseudar-throbacter在缓解药用植物连作障碍上起重要作用（Liuet al.，2020）。这些结果均表明，栝楼一水稻轮 作会对栝楼根际土壤微生物群落结构产生明显影 响，同时也说明细菌群落多样性低并不代表其为不 健康微生物群落，还需结合细菌群落结构等进行综 合分析。

轮作能在短时间内增加植物多样性，通过将多 样性植物与土壤微生物互作，间接调节微生物群落 的相对丰度，从而改变微生物群落结构（Navarro- Noya et al.，2013;Rao et al.，2021）。水旱轮作还能 减少水生作物与旱地作物之间的病虫害共享性 （Zheng et al.，2016），对于缓解连作障碍能发挥重要 作用。本研究中，栝楼一水稻轮作能提高土壤质量， 显著降低栝楼根际土壤真菌群落丰度和多样性，并 降低有害真菌属相对丰度，对于缓解栝楼连作障碍 具有重要作用，可应用于今后的推广工作。

土壤理化性质同样会影响土壤微生物的结构和组成。Yao等（2019）研究表明，土壤总磷含量能影响土壤真菌群落结构和特殊真菌的相对丰度;Saxena等（2015）研究表明，增加土壤有机质含量可抑制土壤真菌病害。本研究结果显示，土壤有机碳含量与→些有害真菌属如壳多孢菌属、炭疽菌属的相对丰度呈负相关;土壤全磷含量与壳多孢菌属、炭疽菌属和镰刀菌属的相对丰度呈负相关;土壤全钾含量与炭疽菌属的相对丰度呈正相关。该结果可为研究如何通过调节土壤理化性质来降低土壤有害真菌丰度，从而缓解栝楼连作障碍提供参考。

4结论

与连作及连作—翻耕—种植新苗的种植模式相 比，栝楼一水稻水旱轮作种植模式的栝楼根际土壤 真菌群落相对丰度和多样性显著降低、有害真菌属 相对丰度大幅下降，有益菌属相对丰度较高。通过 水旱轮作的种植模式可显著改善栝楼根际土壤养分 含量和微生物群落结构，有助于缓解栝楼连作障碍。

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（责任编辑王晖）