收稿日期 2019 07 11 基金項(xiàng)目 上海市農(nóng)委科技興農(nóng)推廣項(xiàng)目 滬農(nóng)科推字 2018 第4 14號(hào) 上海市農(nóng)口青年成長(zhǎng)計(jì)劃項(xiàng)目 滬農(nóng)青字 2017 第1 21 號(hào) 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院卓越團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃 農(nóng)科創(chuàng) 2017 A 03 作者簡(jiǎn)介 張翰林 1985 男 博士 副研究員 主要從事農(nóng)田土壤生態(tài)研究 E mail zhanghanlinchick 163 com 通信作者 E mail lwei1217 sina com 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2020 36 6 85 90 http www nyxb sh cn Acta Agriculturae Shanghai DOI 10 15955 j issn1000 3924 2020 06 16 張翰林 郭惠寶 白娜玲 等 蚯蚓對(duì)連作與輪作西瓜土壤細(xì)菌群落 微生物量和酶活性的影響 J 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2020 36 6 85 90 蚯蚓對(duì)連作與輪作西瓜土壤細(xì)菌群落 微生物量和 酶活性的影響 張翰林1 2 3 郭惠寶4 白娜玲1 2 張娟琴1 2 鄭憲清1 2 李雙喜1 2 張海韻1 2 呂衛(wèi)光1 2 3 1上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所 上海201403 2農(nóng)業(yè)部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站 上海201403 3上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海201403 4上海光明長(zhǎng)江現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司 上海202178 摘 要 為了研究蚯蚓對(duì)西瓜連作土壤障礙的修復(fù)效果 采用盆缽培養(yǎng)西瓜連作與輪作土壤方式 在接種 不同密度 0 500條 m2和1 000條 m2 的威廉環(huán)毛蚓 Pheretima guillelmi 1個(gè)月后 分析土壤理化性質(zhì) 土壤細(xì) 菌群落多樣性與酶活性 結(jié)果表明 1 接種蚯蚓均顯著提升了障礙土壤EC和降低速效磷 其中1 000條 m2蚯 蚓處理還可以顯著提升障礙土壤速效氮和速效鉀 在輪作土壤中 蚯蚓顯著提升了土壤速效磷 降低了土壤EC 有機(jī)質(zhì) 全氮 2 蚯蚓顯著提高連作與輪作土壤蔗糖酶 脲酶和過(guò)氧化氫酶酶活性 在連作障礙土壤中分別提高 了69 4 108 3 46 0 71 8 和41 0 59 0 且隨蚯蚓接種數(shù)量的增加 三種酶活性也均顯著提升 3 在連作障礙土壤中 蚯蚓處理后微生物量碳氮分別提高了8 2 11 4 和68 9 75 1 在輪作土壤中 蚯蚓處理后則微生物量碳氮分別降低了18 0 19 3 和15 7 16 7 但不同蚯蚓接種數(shù)量之間則沒(méi)有 顯著差異 4 蚯蚓處理提高了連作與輪作土壤細(xì)菌群落多樣性 且1 000條 m2蚯蚓處理高于500條 m2蚯蚓處 理 接種蚯蚓使得連作障礙土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)逐步趨近于輪作對(duì)照處理 綜上 在西瓜連作土壤中接種蚯蚓可 以顯著修復(fù)由于連作造成的土壤養(yǎng)分失調(diào) 微生物數(shù)量降低 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)受到破壞等障礙問(wèn)題 蚯蚓接種密度 為1 000條 m2時(shí)修復(fù)效果優(yōu)于500條 m2 關(guān)鍵詞 威廉環(huán)毛蚓 西瓜連作土壤 微生物群落 酶活性 生物修復(fù) 中圖分類號(hào) S154 1 S156 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1000 3924 2020 06 085 06 Effects of earthworms on bacterial community microbial biomass and enzyme activities in watermelon continuous and rotation cropping soil ZHANG Hanlin1 2 3 GUO Huibao4 BAI Naling1 2 ZHANG Juanqin1 2 ZHENG Xianqing1 2 LI Shuangxi1 2 ZHANG Haiyun1 2 L Weiguang1 2 3 1 Eco environmental Protection Institute of SAAS Shanghai 201403 China 2 Agncultural Environment and Farmland Conservation Experiment Station of Ministry Agriculture Shanghai 201403 China 3 Shanghai Key Laboratory of Horticultural Technology Shanghai 201403 China 4 Shanghai Guangming Changjiang Modern Agriculture Co Ltd Shanghai 202178 China Abstract In order to study the improvement effects of earthworm to watermelon continuous cropping soil based on a soil incubation experiment Pheretima guillelmi was inoculated with different densities 0 500 m2 and 1 000 m2 in continuous cropping soil and rotation soil of watermelon After one month soil incubation soil physic chemical properties and enzyme activities were detected and soil bacterial community diversity was investigated by PCR DGGE method The results showed that 1 treatments with earthworm in continuous cropping soil significantly increased soil EC and decreased available phosphorus and 1 000 m2 density treatment could 張翰林 等 蚯蚓對(duì)連作與輪作西瓜土壤細(xì)菌群落 微生物量和酶活性的影響 also significantly increase available nitrogen and potassium in continuous cropping soil in rotation cropping soil earthworm increased soil available phosphorus and decreased EC organic matter and total nitrogen significantly 2 after earthworm treatment the activities of sucrase urease and catalase in both continuous and rotation cropping soil were significantly increased and the activities of sucrase urease and catalase in continuous cropping soil were increased by 69 4 108 3 46 0 71 8 and 41 0 59 0 respectively With the increase of earthworm density the activities of three enzymes also increased significantly 3 under the effect of earthworm in the continuous cropping soil the microbial biomass C and N content increased by 8 2 11 4 and 68 9 75 1 respectively The microbial biomass C and N content in the rotation cropping soil decreased by 18 0 19 3 and 15 7 16 7 respectively But the soil microbial biomass C and N content was not significantly affected by earthworm density 4 earthworm increased soil bacterial diversity index H and the treatment with the density of 1 000 m2 was higher than which with 500 m2 The bacterial community structure of continuous cropping soil was gradually get similar to which of the rotation soil control treatment under the effect of earthworm Overall earthworms in continuous cropping soil of watermelon can significantly improve the balance of soil nutrient increase the microbial biomass C and N and restore the bacterial community structure and the effect was better with the earthworm density of 1 000 m2 than 500 m2 Key words Pheretima guillelmi Watermelon continuous cropping soil Microbial community Enzymatic activity Bioremediation 我國(guó)西瓜種植面積居世界第一位 每年約在100萬(wàn) 120萬(wàn)hm2 西瓜連作模式特別是大棚溫室連 作栽培 破壞了土壤微生態(tài)環(huán)境 引起有益菌種群結(jié)構(gòu)的改變和數(shù)量降低 導(dǎo)致了嚴(yán)重的連作障礙 1 3 如 何有效緩解連作西瓜土壤障礙已成為西瓜生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急 對(duì)保障食品安全 減少產(chǎn)地環(huán)境污染具有重 大的理論和實(shí)際價(jià)值 目前西瓜土壤連作障礙的防治與緩解措施主要有抗病品種培育 農(nóng)業(yè)管理措施 化學(xué)防治和微生物防治 4 6 以上措施均具有一定的效果 但也均有各自的局限性 如時(shí)耗較長(zhǎng) 投入品 易造成二次污染等 因此 開(kāi)發(fā)生態(tài)高效的西瓜土壤連作障礙調(diào)控新方法 并對(duì)其調(diào)控效果進(jìn)行研究具 有十分重要的意義 蚯蚓在改善土壤物理性狀 促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán) 調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能等方面均已有 所報(bào)道 這為其修復(fù)農(nóng)作物土壤連作障礙從理論上提供了可行性 7 8 目前利用蚯蚓開(kāi)展連作障礙修復(fù) 的研究主要是采用蚯蚓糞便或蚯蚓堆肥 Szczech 9 發(fā)現(xiàn)蚯蚓堆肥可有效抑制番茄病原體 其效果與蚯蚓 堆肥添加量呈正相關(guān) 且蚯蚓堆肥中微生物發(fā)揮了主要的抑制作用 蚯蚓堆肥也可以顯著降低西瓜與番 茄枯萎病的發(fā)病率 改善果實(shí)品質(zhì) 10 此外 添加蚯蚓糞也可以顯著增加設(shè)施番茄 韭菜土壤三大菌的數(shù) 量 提高土壤細(xì)菌多樣性以及土壤酶活性 11 直接采用蚯蚓活體對(duì)連作障礙土壤進(jìn)行修復(fù)目前尚處于試 驗(yàn)性階段 相關(guān)研究還并不多見(jiàn) 本研究在西瓜連作土壤中接種蚯蚓 1個(gè)月后分析土壤理化性質(zhì) 土壤細(xì)菌群落多樣性與酶活性 探 討接種蚯蚓對(duì)西瓜連作土壤障礙的修復(fù)改良作用 為修復(fù)連作西瓜土壤障礙開(kāi)拓新思路 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)材料 土壤來(lái)源 土壤來(lái)自于上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行試驗(yàn)站西瓜種植大棚 在2017年6月西瓜收獲后取樣 種植西瓜品種為早春紅玉 障礙土壤取自3年西瓜連作大棚內(nèi) 大棚內(nèi)西瓜產(chǎn)量已大幅減少30 50 輪作土壤取自旁邊西瓜 蔬菜輪作大棚內(nèi) 取樣深度均為0 20 cm 供試土壤類型為潮土 試驗(yàn)所用障礙土 壤基本理化性狀 全氮3 1 g kg 全磷1 0 g kg 全鉀6 2 g kg pH 7 89 EC 0 11 mS cm 有機(jī)質(zhì)18 7 g kg 試 驗(yàn)所用輪作土壤基本性狀 全氮2 9 g kg 全磷2 1 g kg 全鉀11 8 g kg pH 7 27 EC 0 66 mS cm 有機(jī)質(zhì) 37 4 g kg 蚯蚓來(lái)源 試驗(yàn)品種為威廉環(huán)毛蚓 Pheretima guillelmi 取自于上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院崇明試驗(yàn)基地 選 取個(gè)體大小一致 質(zhì)量在2 g左右的成年蚯蚓進(jìn)行試驗(yàn) 試驗(yàn)容器 選用底部直徑為20 cm 高為25 cm的圓柱形鐵桶作為試驗(yàn)容器 底部打4個(gè)孔 四周打8 68 上 海 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報(bào) 個(gè)孔 底部和四周打孔處內(nèi)附50目 篩孔孔徑270 m 下同 細(xì)紗網(wǎng) 容器上口同樣采用50目細(xì)紗網(wǎng)覆蓋 防止蚯蚓逃逸 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 為了研究蚯蚓接種密度對(duì)修復(fù)效果的影響 試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理 分別為輪作土壤對(duì)照 NCK 輪作 土壤 500條 m2蚯蚓 N1 輪作土壤 1 000條 m2蚯蚓 N2 和障礙土壤對(duì)照 DCK 障礙土壤 500條 m2蚯蚓 D1 障礙土壤 1 000條 m2蚯蚓 D2 每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù) 其中對(duì)照處理不接種 蚯蚓 500條 m2蚯蚓處理每個(gè)試驗(yàn)容器接種15條蚯蚓 1 000條 m2蚯蚓處理每個(gè)試驗(yàn)容器接種30條蚯 蚓 保持試驗(yàn)溫度在25 維持土壤表面濕度在65 70 1 3 樣品采集 在土壤培育1個(gè)月后對(duì)將容器內(nèi)土壤混勻后取樣 土壤一部分進(jìn)行風(fēng)干 測(cè)定土壤理化性質(zhì) 另一 部分土壤保存在 20 進(jìn)行土壤DNA提取及后續(xù)變性梯度凝膠電泳分析 1 4 測(cè)定項(xiàng)目與方法 1 4 1 土壤理化性質(zhì)及酶活性測(cè)定 土壤總氮和速效氮均采用2 mol L氯化鉀溶液浸提 按照凱氏定氮法測(cè)定 總磷采用酸溶 鉬銻抗比色 法 5 mol L硫酸浸提 速效磷采用碳酸氫鈉提取 鉬銻抗比色法測(cè)定 0 5 mol L碳酸氫鈉溶液浸提 全 鉀采用氫氧化鈉熔融法 火焰光度計(jì)法 速效鉀采用乙酸銨提取 火焰光度計(jì)法測(cè)定 1 mol L乙酸銨溶液 浸提 土壤微生物生物量碳氮采用氯仿熏蒸 K2SO4浸提法測(cè)定 12 pH采用電位法測(cè)定 水土體積比 2 5 1 有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定 土壤脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定 蔗糖酶活性采用3 5 二硝基水楊酸比色法測(cè)定 過(guò)氧化氫酶 活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定 8 1 4 2 變性梯度凝膠電泳 PCR DGGE 分析 取0 5 g土壤樣品 使用Soil DNA Kit 50 OMEGA 提取土壤DNA DNA提取及純化后采用0 7 瓊脂糖凝膠檢驗(yàn) 土壤DNA采用細(xì)菌16 S rDNA的V3區(qū)通用引物F341GC 5 CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGGGCACGGGGGG CCTACGGGAGGCAGCAG 3 和R517 5 ATTACCGCGGCTGCTGG 3 進(jìn)行PCR擴(kuò)增 PCR采用25 L體系 10 PCR buffer 5 L with MgCl2 dNTP 0 5 L 引物各0 5 L Tap酶0 25 L 250 U 模板1 L 采用降落PCR策略 13 96 預(yù)變性 5 min 之后94 1 min 55 65 1 min 72 3 min 20個(gè)循環(huán) 每個(gè)循環(huán)后復(fù)性溫度下降0 5 后接 94 1 min 55 1 min 72 3 min 10個(gè)循環(huán) 最后72 延伸7 min DGGE電泳采用8 濃度的聚丙 烯酰胺凝膠 變性梯度為40 60 在60 條件下 60 V電泳12 h 電泳結(jié)束后進(jìn)行SYBR Green I染 色 用BIO RAD凝膠成像系統(tǒng)拍照觀察 1 5 數(shù)據(jù)處理 DGGE圖譜通過(guò)Quantity One軟件進(jìn)行分析 采用其中的UPGAMA程序進(jìn)行微生物群落結(jié)構(gòu)的聚類 分析 微生物群落多樣性通過(guò)Shannon Weaver指數(shù) H 來(lái)表示 計(jì)算公式為 H s i 1 PilnPi Ni N ln Ni N 1 式中 Pi為第i個(gè)條帶出現(xiàn)的概率 Ni為第i個(gè)條帶的序列擴(kuò)增量 N為所有條帶的擴(kuò)增總量 N Ni S為DNA序列豐富度指數(shù) 即單條泳道的條帶數(shù) 2 結(jié)果與分析 2 1 接種蚯蚓對(duì)連作西瓜土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 由表1可知 接種蚯蚓處理均顯著提升了連作土壤EC和降低速效磷 P 0 05 其中1 000條 m2蚯 蚓處理還可以顯著提升連作土壤速效氮和速效鉀 P 0 05 在輪作土壤中 接種蚯蚓均顯著提升了土 壤速效磷 降低了輪作土壤EC 有機(jī)質(zhì) 全氮 P 0 05 1 000條 m2蚯蚓處理則還顯著降低了土壤全磷 提升了土壤速效氮和速效鉀 P 0 05 2 2 接種蚯蚓對(duì)連作西瓜土壤微生物量和酶活性的影響 經(jīng)蚯蚓處理后 土壤微生物量碳氮在不同土壤中變化趨勢(shì)相反 表2 在輪作土壤中 蚯蚓處理后微 78 張翰林 等 蚯蚓對(duì)連作與輪作西瓜土壤細(xì)菌群落 微生物量和酶活性的影響 生物量碳氮與微生物碳氮比均有顯著降低 P 0 05 與NCK相比 微生物量碳氮分別降低了18 0 19 3 和15 7 16 7 而在連作障礙土壤中 蚯蚓處理后微生物量碳氮均有顯著提升 微生物碳氮 比則同樣顯著降低 P 0 05 與DCK相比 微生物量碳氮分別提高了8 2 11 4 和68 9 75 1 不同蚯蚓接種數(shù)量對(duì)土壤微生物量碳氮含量則沒(méi)有顯著影響 表1 蚯蚓處理后土壤化學(xué)性質(zhì) Table 1 Soil chemical properties after earthworm treatments 處理pH EC mS cm 1 有機(jī)質(zhì) g kg 1 全氮 g kg 1 全磷 g kg 1 全鉀 g kg 1 速效氮 mg kg 1 速效磷 mg kg 1 速效鉀 mg kg 1 NCK 7 78 0 05 a 0 62 0 03 a 34 81 1 58 a 2 91 0 11 a 2 63 0 13 a 11 35 0 54 a 103 43 5 12 b 85 21 4 08 b 185 88 8 75 b N1 7 77 0 04 a 0 46 0 02 b 31 84 1 45 b 2 53 0 09 b 2 42 0 12 ab 9 98 0 55 ab 112 57 5 69 ab 102 55 4 59 a 201 41 9 22 ab N2 7 74 0 04 a 0 46 0 02 b 31 22 1 87 b 2 72 0 10 b 2 21 0 12 b 9 52 0 46 ab 120 21 6 03 a 108 26 5 04 a 210 85 10 03 a DCK 7 83 0 02 a 0 16 0 01 d 18 34 1 06 c 1 84 0 05 c 1 26 0 08 c 9 44 0 38 ab 62 41 3 11 c 98 83 4 36 a 104 47 4 88 d D1 7 79 0 05 a 0 22 0 01 c 18 51 0 85 c 1 90 0 07 c 1 37 0 05 c 8 28 0 39 b 75 69 3 54 c 65 12 2 89 c 120 56 5 34 cd D2 7 77 0 03 a 0 25 0 02 c 18 29 0 94 c 2 03 0 12 c 1 52 0 06 c 8 04 0 43 b 101 85 4 75 b 74 84 3 77 bc 131 13 6 11 c 注 表中的數(shù)據(jù)為三個(gè)平均值 誤差 不同小寫(xiě)字母表示差異顯著 P 0 05 下同 表2 蚯蚓處理后土壤微生物量碳氮 Table 2 Soil microbial biomass carbon and nitrogen contents after earthworm treatments 處理微生物量碳 mg kg 1 微生物量氮 mg kg 1 微生物碳氮比 NCK 189 53 9 93 a 13 39 1 12 a 14 15 2 14 b N1 152 92 7 47 b 11 15 0 78 b 13 71 1 31 c N2 155 48 8 29 b 11 29 0 59 b 13 77 1 89 c DCK 128 71 8 14 d 5 78 0 73 d 22 27 3 04 a D1 143 41 6 33 c 10 12 0 81 bc 14 17 1 74 b D2 139 27 5 54 c 9 76 0 68 c 14 27 1 17 b 蚯蚓處理后的土壤酶活性見(jiàn)表3 蚯蚓處理后蔗糖酶 脲酶和過(guò)氧化氫酶酶活性均顯著提高 與連作 障礙土壤和輪作對(duì)照相比 蔗糖酶分別提高了69 4 108 3 和26 0 38 4 脲酶分別提高了 46 0 71 8 和21 5 42 6 過(guò)氧化氫酶則分別提高了41 0 59 0 和22 6 46 1 且隨 蚯蚓接種數(shù)量的增加 三種酶活性也均顯著提升 P 0 05 表3 蚯蚓處理后土壤酶活性 Table 3 Soil enzyme activities after earthworm treatments 處理蔗糖酶 mg g 1 脲酶 mg g 1 過(guò)氧化氫酶 mL g 1 NCK 0 73 0 03 c 1 95 0 11 cd 1 15 0 07 c N1 0 92 0 03 b 2 37 0 15 b 1 41 0 08 b N2 1 01 0 04 a 2 78 0 14 a 1 68 0 07 a DCK 0 36 0 02 e 1 24 0 07 e 0 83 0 04 d D1 0 61 0 02 d 1 81 0 09 d 1 17 0 06 c D2 0 75 0 03 c 2 13 0 12 bc 1 32 0 05 b 1 6 1 2 0 8 0 4 0 多 樣 性 指 數(shù) H NCK DCK D1 D2N1 N2 處 理 圖1 不同處理細(xì)菌群落多樣性分析 Fig 1 Diversity of bacterial community under different treatments 2 3 接種蚯蚓對(duì)連作西瓜土壤細(xì)菌群落多樣性 的影響 基于DGGE圖譜 采用Quantity One對(duì)其進(jìn) 行分析計(jì)算 得到土壤細(xì)菌群落的多樣性指數(shù)H 圖1 與連作土壤和輪作土壤對(duì)照相比 蚯蚓 處理提高了多樣性指數(shù)H 且1 000條 m2蚯蚓 處理均高于500條 m2蚯蚓處理 但連作土壤經(jīng) 蚯蚓修復(fù)后 其細(xì)菌群落多樣性依然低于輪作土 壤對(duì)照處理 對(duì)DGGE圖譜進(jìn)行UPGMA聚類分析的結(jié)果 如圖2所示 接種蚯蚓對(duì)西瓜土壤細(xì)菌群落結(jié) 構(gòu)影響顯著 N1和N2受蚯蚓的影響相似度最高 為78 而在連作障礙土壤中接種蚯蚓使得細(xì)菌群落 結(jié)構(gòu)逐步趨近于輪作對(duì)照處理 D1和D2與NCK的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似度分別為58 和64 DCK則與 其他處理差異最大 群落結(jié)構(gòu)相似度僅為54 88 上 海 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報(bào) N1 N2 NCK D2 D1 DCK 0 78 0 66 0 64 0 58 0 54 0 54 1 00 0 60 0 65 0 70 0 75 0 80 0 85 0 90 圖2 不同處理土壤中細(xì)菌群落聚類分析 Fig 2 Cluster analysis of soil bacterial community in different treatments 土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)H 酶活性與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析見(jiàn)表4 細(xì)菌多樣性指數(shù)H 與土壤 速效氮 P 0 01 有機(jī)質(zhì) 全氮 全磷 P 0 05 呈顯著正相關(guān) 過(guò)氧化氫酶 轉(zhuǎn)化酶和尿酶的相關(guān)性分 析結(jié)果一致 均與pH呈顯著負(fù)相關(guān) P 0 01 與速效氮呈顯著正相關(guān) P 0 01 表4 土壤細(xì)菌多樣性指數(shù) 酶活性與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析 Table 4 The correlation between H soil enzyme activities and soil chemical properties 生物學(xué)指標(biāo)pH EC有機(jī)質(zhì)全N全P全K速效氮速效磷速效鉀微生物量碳微生物量氮 多樣性指數(shù)H 0 612 0 675 0 719 0 720 0 714 0 560 0 816 0 540 0 699 0 669 0 684 過(guò)氧化氫酶 0 767 0 625 0 537 0 570 0 465 0 115 0 835 0 274 0 658 0 422 0 642 轉(zhuǎn)化酶 0 782 0 570 0 490 0 442 0 408 0 066 0 839 0 348 0 637 0 346 0 558 脲酶 0 775 0 473 0 397 0 354 0 409 0 044 0 793 0 315 0 573 0 250 0 490 注 和 分別表示在0 05和0 01水平顯著 3 結(jié)論與討論 蚯蚓對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響顯著 有研究顯示 蚯蚓可顯著降低鹽漬化土壤EC 改良濱海農(nóng)田土 壤 14 促進(jìn)土壤中磷素的分散化分布 增加土壤速效磷含量 15 這與本研究中蚯蚓對(duì)輪作土壤的影響相 符 作物連作易造成土壤養(yǎng)分不均衡 如氮素或磷素的過(guò)量積累 16 導(dǎo)致作物減產(chǎn) 抗逆性降低 本研究 中 與NCK相比 DCK速效磷含量提高了16 0 出現(xiàn)了過(guò)度積累 而在EC 有機(jī)質(zhì) 全量氮磷鉀和速效 氮鉀則均顯著降低 在障礙土壤中接種蚯蚓 顯著提升了EC 速效鉀 并降低了由于連作而導(dǎo)致的過(guò)量 速效磷含量 有效的平衡了土壤養(yǎng)分狀況 D2與D1相比 顯著提升了速效氮含量 但整體土壤養(yǎng)分水平 依然低于NCK 土壤EC代表了土壤水溶性鹽的含量水平 與土壤養(yǎng)分礦化關(guān)系緊密 一般來(lái)說(shuō) EC在 0 4 1時(shí)最適宜作物生長(zhǎng) 接種蚯蚓后 由于其吞食過(guò)程 消耗了部分輪作土壤的水溶性鹽 使其降低 但在連作土壤中 已經(jīng)出現(xiàn)EC過(guò)低的障礙情況 0 16 蚯蚓可能通過(guò)其吞食與挖掘活動(dòng) 促進(jìn)部分不溶 性鹽轉(zhuǎn)化為可溶性鹽 改善了土壤理化環(huán)境 14 土壤微生物量碳氮是反映土壤微生物數(shù)量與活性的重要指標(biāo) 7 有研究顯示蚯蚓由于吞噬作用和 分泌黏液對(duì)部分微生物的抑制作用 導(dǎo)致微生物總量減少 降低了微生物量碳氮 17 18 這與本研究輪作土 壤中結(jié)論一致 也有研究發(fā)現(xiàn) 經(jīng)過(guò)4年田間小區(qū)定位實(shí)驗(yàn)后 蚯蚓會(huì)顯著提升稻麥輪作系統(tǒng)土壤微生 物量碳氮的水平 19 這可能是由于有作物根系參與其中 且實(shí)驗(yàn)的區(qū)域范圍與時(shí)間長(zhǎng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)本研 究 在連作障礙土壤中 則可能是因?yàn)榻臃N蚯蚓改善了土壤理化性質(zhì) 平衡了由于西瓜連作造成的土壤 養(yǎng)分失調(diào) 表1 改善了土壤理化條件 有效促進(jìn)了土壤微生物生長(zhǎng) 進(jìn)而提高了土壤微生物量碳氮 含量 20 土壤酶活性是衡量土壤養(yǎng)分循環(huán)能力的重要指標(biāo) 7 陶軍等 21 發(fā)現(xiàn) 秸稈還田條件下 接種蚯蚓顯 著提高了稻麥輪作土壤中的蛋白酶和蔗糖酶活性 鄭憲清等 22 通過(guò)對(duì)利用蚯蚓進(jìn)行生物耕作的菜田進(jìn)行 研究發(fā)現(xiàn) 土壤過(guò)氧化氫酶 蔗糖酶和脲酶活性均顯著提高 且生物耕作的時(shí)間越長(zhǎng)影響越大 蚯蚓一方 面通過(guò)改變土壤養(yǎng)分水平 如有機(jī)質(zhì) 速效養(yǎng)分等 促進(jìn)微生物活性提高 從而提升土壤酶活性 在本研 究中土壤酶活性與土壤速效氮含量顯著正相關(guān) 表4 蚯蚓在提升土壤速效養(yǎng)分的同時(shí) 也增加了酶活 性 另一方面 大量蚓糞的產(chǎn)生也帶來(lái)了豐富的養(yǎng)分與微生物 這也是促進(jìn)土壤酶活性提高的一個(gè)重要因 素 11 本研究還發(fā)現(xiàn) 接種蚯蚓對(duì)連作障礙土壤酶活性的提升程度均高于輪作土壤 且D2修復(fù)后土壤 酶活性水平已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)NCK 表明接種蚯蚓可以有效緩解連作障礙造成的酶活性低下的情況 98 張翰林 等 蚯蚓對(duì)連作與輪作西瓜土壤細(xì)菌群落 微生物量和酶活性的影響 連作西瓜土壤障礙的一個(gè)主要表現(xiàn)就是微生物群落多樣性下降 細(xì)菌數(shù)量下降而真菌數(shù)量上升 導(dǎo)致微 生物群落結(jié)構(gòu)與功能失調(diào) 23 因此 改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)有助于緩解土壤連作障礙 本研究中 蚯蚓處 理后 輪作土壤和連作障礙土壤中細(xì)菌群落多樣性指數(shù)H 均有所提升 表明無(wú)論是障礙土壤還是健康土壤 蚯蚓均可以顯著改善土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu) 與前人研究結(jié)果相似 于建光等 24 發(fā)現(xiàn) 在紅壤當(dāng)中接種蚯蚓 微 生物基質(zhì)利用豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)顯著增大 Aira等 25 在72 h短期基質(zhì)降解實(shí)驗(yàn)中也得到了相同的結(jié) 論 但連作障礙土壤經(jīng)蚯蚓處理后 其多樣性指數(shù)H 接近但還依然低于NCK 聚類分析也展示了類似結(jié)果 D1和D2處理細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)向NCK趨近 尤其是1 000條 m2蚯蚓數(shù)量修復(fù)連作障礙土壤效果明顯 但與輪 作健康土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)尚有一定差別 本研究中 蚯蚓接種密度越大 其改善土壤理化及微生物狀況的效 果就越好 提升土壤速效養(yǎng)分 并正向的改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu) 但過(guò)高的蚯蚓接種密度可能會(huì)降低土壤 全量養(yǎng)分 礦化速度過(guò)快 造成養(yǎng)分流失 26 在未來(lái)的研究中 一方面還需要應(yīng)用宏基因組等手段 明確具 體微生物群落結(jié)構(gòu)差異種屬及其生態(tài)功能 另一方面還需要在蚯蚓密度方面開(kāi)展細(xì)化研究 探索改善障礙土 壤的最佳接種密度 進(jìn)一步為接種蚯蚓緩解西瓜連作土壤障礙提供理論基礎(chǔ) 綜上所述 在西瓜連作土壤中接種蚯蚓可以顯著改善由于連作造成的土壤養(yǎng)分失調(diào) 微生物數(shù)量降 低 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)受到破壞等障礙問(wèn)題 蚯蚓接種密度為1 000條 m2時(shí)改善效果優(yōu)于500條 m2 參 考 文 獻(xiàn) 1 UKHEDE R S Soil sickness replant problem or replant disease and its integrated control J Allelopathy Journal 2006 18 1 56 62 2 YANG C H CROWLEY D E MENGE J A 16 s rDNA fingerprinting of rhizosphere bacterial communities associated with healthy and Phytophora infected avocado toots J FEMS Microbiology Ecology 2010 35 129 136 3 徐偉慧 周巖 吳鳳芝 西瓜枯萎病的研究進(jìn)展 J 中國(guó)蔬菜 2013 8 4 11 4 LING N DENG K SONG Y et al Variation of rhizosphere bacterial community in watermelon continuous mono cropping soil by long term application of a novel bioorganic fertilizer J Microbiological Research 2014 169 78 570 578 5 劉素慧 劉世琦 張自坤 EM對(duì)連作大蒜根際土壤微生物和酶活性的影響 J 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 2011 17 3 718 723 6 朱同彬 孟天竹 張金波 等 強(qiáng)還原方法對(duì)退化設(shè)施蔬菜地土壤的修復(fù) J 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 2013 24 9 2619 2624 7 AGHABABAEIF RAIESI F HOSSEINPUR A The combined effects of earthworms and arbuscular mycorrhizal fungi on microbial biomass and enzyme activities in a calcareous soil spiked with cadmium J Applied Soil Ecology 2014 75 33 42 8 袁中友 有機(jī)肥及蚯蚓對(duì)高速公路損毀的土壤修復(fù)及類蘆生長(zhǎng)的響應(yīng) D 廣州 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2013 9 SZCZECH M M Suppression of vermicompost against Fusarium wilt of tomato J Journal of Phytopathology 2001 147 155 161 10 柏彥超 周雄飛 趙學(xué)輝 等 蚓糞基質(zhì)克服西瓜連作障礙的應(yīng)用效果研究 J 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào) 2011 27 8 212 216 11 徐仲楠 王沖 朱逴 等 蚯蚓糞與土壤復(fù)配比例對(duì)基質(zhì)微生物性狀及韭菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響 J 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 2019 25 3 519 524 12 王文鋒 李春花 黃紹文 等 不同施肥模式對(duì)設(shè)施菜田土壤微生物量碳 氮的影響 J 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 2016 22 5 1286 1297 13 ERIK J VAN H GABRIEL Z et al Changes in Bacterial and Ewukaryotic community structure after mass lysis of filamentous cyanobacteria associated with virus J Applied and Environmental Microbiology 1999 65 795 801 14 于英釵 王沖 孫夢(mèng)實(shí) 等 蚯蚓 菌根互作對(duì)濱海鹽堿土的改良作用 J 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2019 24 5 123 129 15 LE BAYON R C BINET F Earthworms change the distribution and availability of phosphorous in organic substrates J Soil Biology and Biochemistry 2006 38 2 235 246 16 HORTON T R BRUNS T D The molecular revolution in ectomycorrhizal ecology peeking into the black box J Molecular Ecology 2010 10 8 1855 1871 17 HUANG C Y A simulation model to evaluate the impacts of invasive earthworms on soil carbon dynamics J Ecological Modelling 2010 221 20 2447 2457 18 張寶貴 李貴桐 申天壽 威廉環(huán)毛蚯蚓對(duì)土壤微生物量及活性的影響 J 生態(tài)學(xué)報(bào) 2000 20 1 168 172 19 胡鋒 王霞 李輝信 等 蚯蚓活動(dòng)對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)中土壤微生物量碳的影響 J 土壤學(xué)報(bào) 2005 42 6 965 969 20 LE COUTEULX A WOLF C HALLAIRE V et al Burrowing and casting activities of three endogeic earthworm species affected by organic matter location J Pedobiologia 2015 58 2 3 97 103 21 陶軍 張樹(shù)杰 焦加國(guó) 等 蚯蚓對(duì)秸稈還田土壤細(xì)菌生理菌群數(shù)量和酶活性的影響 J 生態(tài)學(xué)報(bào) 2010 30 5 1306 1311 22 鄭憲清 李雙喜 呂衛(wèi)光 等 生物耕作對(duì)蔬菜田土壤養(yǎng)分及酶活性的影響 J 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 2012 18 5 1177 1184 23 于會(huì)麗 徐國(guó)益 路緒強(qiáng) 等 微生物菌劑對(duì)連作西瓜土壤微環(huán)境及果實(shí)品質(zhì)的影響 J 果樹(shù)學(xué)報(bào) 2020 37 7 1025 1035 24 于建光 胡鋒 李輝信 等 接種蚯蚓對(duì)加入不同植物殘?bào)w土壤微生物特性的影響 J 土壤 2012 44 4 588 595 25 AIRA M SAMPEDRO L MONROY F et al Detritivorous eart