作物多樣性栽培對(duì)煙草連作障礙的生態(tài)調(diào)控機(jī)制.pdf

1、煙草是忌連作作物,其連作障礙問題制約了煙草生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展,成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟待解決的重要問題。本研究從引起煙草連作障礙的起因入手,以化感自毒物質(zhì)和根際微生物群落為主線,對(duì)煙草連作和化感自毒的生理生化反應(yīng)、根際微生態(tài)特性、化感自毒效應(yīng)的驗(yàn)證進(jìn)行研究,進(jìn)而探討作物多樣性栽培對(duì)煙草連作障礙的生態(tài)調(diào)控機(jī)制,以期全面揭示煙草連作障礙機(jī)理,為進(jìn)一步研究煙草連作障礙的消減技術(shù),盡快實(shí)現(xiàn)對(duì)煙草連作障礙的有效調(diào)控,提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。主要結(jié)果如下：<

2、br>　　 ⑴采集煙區(qū)種植烤煙和白肋煙年限為3年和10年的植煙土及其鄰近未種植煙草的對(duì)照土,進(jìn)行盆栽試驗(yàn),結(jié)果表明,連作導(dǎo)致烤煙和白肋煙出現(xiàn)煙株矮小,葉面積變小的抑制效應(yīng)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),連作使煙株內(nèi)部保護(hù)酶超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性上升,但過氧化氫酶(CAT)活性下降,進(jìn)而導(dǎo)致植株體內(nèi)有害物質(zhì)積累增加,丙二醛(MDA)含量上升,且隨著種植年限的增加連作障礙現(xiàn)象越明顯?？梢娺B作導(dǎo)致煙草生長發(fā)育受阻,內(nèi)部保護(hù)系統(tǒng)

3、的功能受到一定的干擾,有害物質(zhì)不斷積累,連作障礙現(xiàn)象產(chǎn)生。
　　 ⑵對(duì)連作烤煙及白肋煙的土壤進(jìn)行滅菌與無滅菌處理后再植煙,探討自毒物質(zhì)及微生物與煙草連作障礙的關(guān)系,結(jié)果表明,無論是白肋煙還是烤煙土壤滅菌處理后植煙,連作抑制效應(yīng)在一定程度上降低,但仍存在顯著的連作障礙?？梢?滅菌處理后的連作土壤中仍存在影響煙草正常生長的因素,且隨著連作年限的延長有富集效應(yīng)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),植煙土無論滅菌與否,隨著連作年限增加根際土壤中細(xì)菌群落的多

4、樣性水平下降,且同一植煙年限滅菌與無滅菌的土壤細(xì)菌群落相似系數(shù)較高?？梢?煙草連作土壤中的殘留分泌物對(duì)土壤中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的演化具有一定的調(diào)節(jié)作用。與煙草連作障礙煙株生長相關(guān)微生物分析結(jié)果顯示,滅菌土壤再植煙后土壤微生物朝著有害方向發(fā)展,即土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)微生物隨著連作煙草土壤年限的增加不斷下降,而病原菌的數(shù)量不斷提升。無滅菌土壤內(nèi)部微生物多樣性功能分析結(jié)果亦然,但無滅菌土壤微生物在種類上明顯比滅菌土壤豐富。可見,隨著煙草連作年限的延

5、長,病原菌在土壤生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢,大部分益生菌繁殖受抑制,土壤微生物群落的原始平衡被打亂,土壤環(huán)境朝著不斷惡化的方向發(fā)展。
　　 ⑶盆栽煙草外源添加植煙土壤提取物質(zhì)對(duì)煙草生長影響試驗(yàn)結(jié)果表明,植煙土壤提取物質(zhì)處理使煙草生長表現(xiàn)出與連作障礙一致的障礙效應(yīng),且隨添加濃度的增加,抑制率顯著提高。具體表現(xiàn)為煙草株高變矮,葉面積變小,光合作用降低。進(jìn)一步分析外源添加物質(zhì)處理后煙草根際微生物群落功能多樣性變化發(fā)現(xiàn),土壤營養(yǎng)循環(huán)相關(guān)酶活

6、性顯著降低,且隨著添加濃度升高,下降幅度越大。煙草根際土壤細(xì)菌群落T-RFLP分析結(jié)果顯示,外源添加處理后根際土壤中細(xì)菌群落減少,多樣性水平顯著下降,這一變化規(guī)律與隨著連作年限增加根際土壤中細(xì)菌群落的多樣性水平變化規(guī)律一致。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),外源添加物質(zhì)處理后煙草根際土壤中存在與連作障礙煙株生長相關(guān)的T-RFs片段有8個(gè),與不同種植年限煙草根際土壤中與連作障礙煙株生長呈顯著或極顯著相關(guān)?？梢?在外源添加物質(zhì)的選擇壓力下,土壤微生物朝著連作

7、的方向演化,這種演化程度與添加物質(zhì)的濃度相關(guān),從連作的角度分析,即與連作年限相關(guān)。可見,連作障礙產(chǎn)生過程中,煙草是源,自毒物質(zhì)是基礎(chǔ),病原菌是果,煙草連作障礙是最終表現(xiàn)。
　　 ⑷采用引入茬口的煙田作物多樣性栽培模式(烤煙-水稻→烤煙(KR-K),烤煙-玉米→烤煙(KC-K),白肋煙-水稻→烤煙(ER-K),白肋煙-水稻→烤煙(ER-K)),以頭茬植煙為對(duì)照,進(jìn)行大田池栽試驗(yàn)結(jié)果表明,煙草復(fù)種連作對(duì)煙草的株高、莖圍、有效葉片數(shù)、

8、葉面積、產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀及光合作用指標(biāo)均具有一定的障礙效應(yīng),而且煙草復(fù)種連作與頭茬對(duì)照相比煙葉內(nèi)部化學(xué)成分更趨于不協(xié)調(diào)。但煙草-水稻→煙草的種植模式比煙草-玉米→煙草模式更有利于減輕煙草連作障礙,年際間進(jìn)行煙草品種類型更換也可在一定程度上緩解障礙效應(yīng)。此外,結(jié)果表現(xiàn),復(fù)種連作使植煙土壤根際細(xì)菌多樣性水平降低,但年際間更換品種類型的種植模式(ER-K,EC-K)其香農(nóng)-威納指數(shù)下降比無品種類型更換的(KR-K,KC-K)少,引入水稻茬的種植

9、模式(KR-K,ER-K)與對(duì)照土壤根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的相似性較大。進(jìn)一步分析與煙草連作障礙相關(guān)的微生物類群,結(jié)果表明,引入茬口的作物多樣性栽培模式與頭茬植煙土壤相比,土壤中與營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)的微生物種類略有增加,但在數(shù)量上出現(xiàn)的下調(diào),而病原菌數(shù)量及種類則有一定的上升趨勢。與連作3年的煙草土壤相比,土壤微生物種群多樣性明顯增加,與土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)微生物在數(shù)量及種類上也增加。而且與引入水稻茬口相比,玉米茬口的土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)微生物數(shù)

10、量及種類上略微下降,病原菌與益生菌的變化無明顯的差異。年際間更換煙草品種類型的種植模式(白肋煙-水稻→烤煙或白肋煙-玉米→烤煙),與年際間無煙草品種類型更換的種植模式相比,煙草土壤中的微生物種群多樣性明顯提高,與土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)的微生物種類及數(shù)量均略有提升,相應(yīng)的病原菌數(shù)量也有一定程度的下降趨勢。與連作煙草3年的土壤相比,微生物種群多樣性變化更加明顯,土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)的微生物種類及數(shù)量均明顯增加,病原菌數(shù)量則下降。但與頭茬種煙相

11、比,與土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)的微生物種類略有提升,但在數(shù)量上的出現(xiàn)下調(diào)現(xiàn)象,而病原菌數(shù)量及種類則有一定的上升趨勢。同時(shí)與白肋煙-水稻→烤煙后的土壤相比,白肋煙-玉米→烤煙土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)微生物數(shù)量及種類上略微下降,病原菌數(shù)量較多,反之益生菌的數(shù)量較少。
　　 ⑸煙草連作帶來土壤中自毒物質(zhì)的積累,這些物質(zhì)對(duì)土壤生物,特別是病原生物的選擇性促進(jìn)以及由此導(dǎo)致的土壤微生態(tài)系統(tǒng)失衡,是煙草連作障礙產(chǎn)生的主要原因。通過作物多樣性栽培等多維