摘要：【目的】揭示不同種植方式對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)及下茬魔芋生長的影響，為合理利用種植方式改善土壤微生態(tài)環(huán)境及維持魔芋的可持續(xù)種植提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā坷酶咄繙y序技術(shù)分析未種植過魔芋（N）、前茬作物為魔芋（R）、種植魔芋后輪作1茬玉米（L1）和種植魔芋后輪作2茬玉米（L2）4種種植方式下土壤細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的差異；種植下茬魔芋前采集土壤樣品測定土壤理化性質(zhì)，調(diào)查測定魔芋出苗率、株高、葉長、存苗率和單株塊莖鮮重，探究不同種植方式形成的土壤微生態(tài)對下茬魔芋生長的影響。【結(jié)果】R處理的土壤電導(dǎo)率、有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量顯著高于N和L2處理（Plt;0.05，下同），pH則顯著低于N和L2處理。4種種植方式土壤細菌群落的Sobs指數(shù)、ACE指數(shù)和Shannon指數(shù)均為N處理gt;L2處理gt;L1處理gt;R處理。主坐標(biāo)分析結(jié)果顯示R和L1處理的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)較相似，與N和L2處理的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)存在明顯差異。N處理的變形菌門（Proteobacteria）、黏球菌門（Myxo‐coccota）和芽單胞菌門（Gemmatimonadota）相對豐度顯著高于R處理，綠彎菌門（Chloroflexi）相對豐度則顯著低于R處理；但這4個優(yōu)勢細菌門的相對豐度在N和L2處理間差異均不顯著（Pgt;0.05，下同）。相關(guān)分析結(jié)果顯示，土壤pH、電導(dǎo)率及有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量與芽孢桿菌屬（Bacillus）、蓋亞菌屬（Gaiella）、土壤紅桿菌屬（Solirubrobacter）、MND1和斯科曼氏球菌屬（Skermanella）等土壤優(yōu)勢細菌屬的相對豐度呈顯著或極顯著（Plt;0.01，Plt;0.001）相關(guān)。N處理與L2處理的下茬魔芋出苗率、存苗率、株高、葉長和單株塊莖鮮重差異均不顯著，但均顯著高于R處理?！窘Y(jié)論】種植魔芋后輪作2茬玉米的種植方式能通過調(diào)控土壤微生態(tài)來恢復(fù)土壤健康、促進下茬魔芋生長，有效緩解魔芋連作障礙的危害。

關(guān)鍵詞：魔芋；連作障礙；種植方式；細菌群落結(jié)構(gòu)；生長指標(biāo)；相關(guān)分析

中圖分類號：S632.3；S154.36 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2024）11-3255-10

Effects of different cropping systems on bacterial community structure in soil and growth of Amorphophallus konjac

WANG Wen-peng1， YE Chang-huan2， HUANG Zhen-yi2， HE Qiu-feng2，QU Kai-xing1*， WANG Zhu-hua2*

（1Academy of Science and Technology， Chuxiong Normal University， Chuxiong， Yunnan 675000， China； 2School of Resources Environment and Chemistry， Chuxiong Normal University， Chuxiong， Yunnan 675000， China）

Abstract：【Objective】To explore the effects of different cropping systems on soil bacterial community structure and growth of Amorphophallus konjac in the next crop，so as to provide scientific basis for improving soil microecological en‐vironment by rational cropping systems，and maintaining sustainable planting of A. konjac.【 Method】The high-throughput sequencing technology was used to analyze the differences of soil bacterial community structure and diversity under the cropping systems： A. konjac has never been cultivated（ N），A. konjac was planted as the previous crop（ R），maize was planted for 1 year after A. konjac has been harvested （L1），and maize was planted for 2 years after A. konjac has been harvested（ L2）. The effects of soil microecology formed under different planting systems on the growth of A. konjac in the next crop were studied by analyzing the physical and chemical properties of soil before planting A. konjac in the next crop，and the seed germination rate，seedling survival rate，plant height，leaf length，fresh weight of tuber per plant of A. konjac. 【Result】The electrical conductivity， contents of organic matter，alkali hydrolyzed nitrogen，available potassium in the soil sample of R were significantly higher than those in the soil samples of N and L2（ Plt;0.05，the same below）. While pH in the soil sample of R was significantly lower than that in the soil samples of N and L2. The Sobs index，ACE index and Shannon index of soil bacterial communities in the 4 different cropping systems were Ngt;L2gt;L1gt;R. Principal coordinates analysis（PCoA） showed that the bacterial community structures of R and L1 treatments were similar，and were both greatly different from those of N and L2 treatments. The relative abundance of Proteobacteria，Myxococcota and Gemmati‐monadota in the soil sample of N treatment was significantly higher than that in R treatment，but the relative abundance of Chloroflexi in the soil sample of N treatment was significantly lower than that in R treatment. However，the relative abun‐dance of these 4 dominant bacterial phyla did not differ significantly between N and L2 treatments （Pgt;0.05，the same below）. Correlation analysis showed that soil pH，electrical conductivity，organic matter content，alkali hydrolytic nitrogen content，available phosphorus content and available potassium content were significantly or extremely significantly（Plt;0.01，Plt;0.001） correlated with the relative abundance of dominant bacterial genera in soils such as Bacillus，Gaiella，Solirubrobacter，MND1 and Skermanella. There were no significant differences in the seed germination rate，seedling survival rate，plant height，leaf length and fresh weight of tuber per plant of A. konjac in the next crop between N and L2，and they were both significantly greater than those of R treatment. 【Conclusion】The cropping system of maize being planted for 2 years after harvesting A. konjac can restore soil health，promote the growth of A. konjac in the next crop， and effectively alleviate the continuous cropping obstacle of A. konjac by regulating soil microecology.

Key words： Amorphophallus konjac； continuous cropping obstacle； cropping systems； bacterial community struc‐ture； growth indicators； correlation analysis

Foundation items： Yunnan Fundamental Research Plan Projec（t 202201AU070193）；Joint Special Project for Basic Research of Local Undergraduate Universities in Yunnan（202101BA070001-058）；Chuxiong Normal University Doctoral Research Projec（t BSQD2103）

0 引言

【研究意義】魔芋（Amorphophallus konjac）為天南星科魔芋屬多年生草本植物，是已知自然界中能大量提供葡甘聚糖的重要經(jīng)濟作物，具有較高的商業(yè)價值（何斐等，2020）。隨著魔芋產(chǎn)品的不斷開發(fā)，魔芋產(chǎn)業(yè)已成為陜西、四川、貴州、云南等地山區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是近年來鄉(xiāng)村振興重點推廣種植的作物之一（何斐等，2022）。然而，魔芋種植過程中存在嚴(yán)重的連作障礙問題，限制了魔芋產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展（He et al.，2023）。土壤微生物在維持作物健康生長方面發(fā)揮著重要作用，其群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性是土壤生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)（楊敏等，2018）。細菌在土壤微生物中占比最大，是土壤中最活躍的因素，也是土壤健康的重要指標(biāo)，在促進作物生長方面發(fā)揮關(guān)鍵作用（He et al.，2023）。不同種植方式會對土壤細菌的群落結(jié)構(gòu)和多樣性產(chǎn)生影響（蘇燕等，2020），土壤細菌群落結(jié)構(gòu)變化也常被用于揭示不同種植方式對土壤微生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響（洪潔等，2019）。連作對下茬作物生長所造成的消極影響與土壤微生態(tài)環(huán)境的變化有較大關(guān)系，而合理的種植方式能有效調(diào)控土壤微生物群落，改善土壤性質(zhì)，提高作物種植效益（韓芳等，2021），是緩解連作負面影響的有效方法（姚姿婷等，2021）。因此，探明不同種植方式對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)及下茬魔芋生長的影響，能更好地掌握魔芋種植系統(tǒng)中土壤的健康狀況，對選擇合適的種植方式來緩解魔芋連作障礙危害及實現(xiàn)魔芋產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】輪作栽培具有改善土壤微生態(tài)環(huán)境、減輕作物病害及充分利用農(nóng)業(yè)資源等優(yōu)勢，是目前公認的緩解連作障礙最經(jīng)濟有效的措施（王天樂等，2022），但需在考慮種植效益的基礎(chǔ)上合理選擇換茬作物以及具體的種植方式（金鑫等，2022）。有研究表明，魔芋—玉米輪作栽培能有效降低魔芋軟腐病的發(fā)病率和植株死亡率，是生產(chǎn)上應(yīng)用較廣泛的魔芋種植方式（張紅驥等，2012）；魔芋和湖北貝母一年兩熟的周年輪作栽培模式對防控魔芋病害無明顯影響，但能增加魔芋種植的經(jīng)濟效益（劉二喜等，2014）；珠芽魔芋與羊肚菌的周年輪作模式也能促進魔芋植株的生長發(fā)育，降低魔芋病害的發(fā)病率（冉濱竭，2023）。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化是造成作物連作障礙的重要因子之一（Wang et al.，2020；Luo et al.，2021），而不同種植方式會通過影響土壤性質(zhì)進而調(diào)控土壤細菌群落結(jié)構(gòu)。劉株秀等（2019）利用高通量測序技術(shù)對不同種植方式下大豆土壤細菌群落結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)輪作5年和13年長期連作均顯著增加了土壤的pH和養(yǎng)分含量，提高了細菌群落的Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)，認為土壤理化性質(zhì)是細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主要驅(qū)動因子；蘇燕等（2020）研究表明，種植模式是影響土壤細菌群落變化的主要因素，水旱輪作模式可提高土壤細菌群落的多樣性；宋秀麗等（2022）研究發(fā)現(xiàn)，休耕—大豆輪作和小麥—大豆輪作有利于土壤細菌群落豐度和多樣性的形成，不同種植方式下土壤化學(xué)性質(zhì)的差異影響著土壤細菌群落結(jié)構(gòu)；王天樂等（2022）研究了甘藍、菜豆和玉米3種作物組合成的10種輪作模式下土壤細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的變化及其對作物產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)菜豆—菜豆—玉米輪作方式對作物產(chǎn)量和土壤富營養(yǎng)優(yōu)勢細菌的綜合影響最好；陽圣瑩等（2022）研究發(fā)現(xiàn)，草莓—苜蓿輪作增加了土壤細菌的豐富度和多樣性?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關(guān)于不同種植方式改善土壤性質(zhì)、調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、促進作物生長的研究報道已較多（周嵐等，2013；郭豐源等，2018；宋秀麗等，2022；王天樂等，2022），但針對魔芋種植系統(tǒng)中不同種植方式調(diào)控土壤微生態(tài)環(huán)境、緩解魔芋連作障礙的相關(guān)研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用田間試驗，比較不同種植方式下土壤細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的差異，并與土壤理化性質(zhì)指標(biāo)進行關(guān)聯(lián)分析，揭示不同種植方式形成的土壤微生態(tài)對下茬魔芋生長的影響，為合理利用種植方式改善土壤微生態(tài)環(huán)境及維持魔芋的可持續(xù)種植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗地點及試驗材料

試驗地位于云南省楚雄彝族自治州大姚縣鐵鎖鄉(xiāng)鐵鎖社區(qū)（26°7′20″N，100°57′17″E，海拔1832.7 m），年平均氣溫16.0 ℃，無霜期275 d，年平均降水量667.50 mm。試驗區(qū)內(nèi)近3年栽培的玉米品種均為紅單6號，供試魔芋為當(dāng)?shù)刂髟云贩N花魔芋。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 試驗設(shè)計 選取地域相鄰、田間管理措施相似但種植方式不同的4個田塊，分別為從未種植過魔芋（N）、前茬作物為魔芋（R）、種植魔芋后輪作1茬玉米（L1）和種植魔芋后輪作2茬玉米（L2）。分別將各田塊劃分為3個重復(fù)小區(qū)，每小區(qū)面積為1.80 m×5.00 m。于2023年4月選擇頂芽健康露白的種芋（50±5 g），按40 cm×40 cm的株行距統(tǒng)一壟作栽培下茬魔芋，每小區(qū)60株；同常規(guī)大田魔芋生產(chǎn)，統(tǒng)一田間水肥管理。魔芋出苗后，分別調(diào)查各小區(qū)魔芋出苗率；魔芋展葉后，在株高恒定的情況下測定各處理植株的葉長和株高；魔芋收獲期，調(diào)查各小區(qū)魔芋存苗率后，將魔芋塊莖完整挖出，去掉泥土，稱量統(tǒng)計單株塊莖鮮重。

1. 2. 2 土壤樣品采集 于2023年4月，在種植下茬魔芋前采集土壤樣品，采用五點采樣法分別采集4個田塊的耕層（0～20 cm）土壤；將5個點的樣品混勻合為1個樣品后裝入干凈的無菌自封袋中，每個田塊重復(fù)3次形成3個生物學(xué)重復(fù)。采集到的12份土壤樣品運回實驗室后，剔除植物殘體和石塊等雜物。將每個土壤樣品分為2份：第1份放入5 mL離心管中于-80 ℃冰箱保存，用于土壤微生物DNA提取和高通量測序分析；第2份在室溫下自然風(fēng)干后保存于自封袋中，用于土壤理化性質(zhì)測定。

1. 2. 3 土壤理化性質(zhì)測定 參照鮑士旦（2000）的方法，測定分析各土樣的理化性質(zhì)：土壤堿解氮含量采用NaOH堿解擴散法測定，土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提—鉬銻抗顯色法測定，土壤速效鉀含量采用NH4OAc浸提—火焰光度法測定，土壤有機質(zhì)含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化—容量法測定；按水土比2.5∶1進行前處理后用酸度計測定土壤pH，按水土比5∶1進行前處理后用電導(dǎo)儀測定土壤電導(dǎo)率。

1. 2. 4 土壤微生物總DNA提取及16S rRNA基因高通量測序 使用E.Z.N.A.? Soil DNA Kit土壤DNA提取試劑盒（Omega Bio-Tek，USA）提取各土壤樣品的總基因組DNA，利用超微量紫外分光光度計NanoDrop 2000檢測DNA純度和濃度，通過1% 瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA完整性（電壓5 V/cm，時間為20 min）。以提取的各土壤樣品總基因組DNA為模板，選擇特異引物對338F（5'-ACTCCTACGGGA GGCAGCAG-3'）/806R（5'-GGACTACHVGGGTWT CTAAT-3'）擴增細菌16S rRNA基因的V3～V4區(qū)，每個樣本3個PCR重復(fù)。使用上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司的Miseq PE300平臺進行上機測序。根據(jù)Cutadapt質(zhì)量控制流程對原始數(shù)據(jù)進行質(zhì)量過濾，使用UCHIME算法檢測并刪除嵌合序列。使用Uparse v7.0.1001進行序列分析，將相似度≥97%的序列歸屬為相同的操作分類單元（OTU），并注釋篩選出具有代表性的序列。為得到代表性序列的分類學(xué)信息，使用Silva數(shù)據(jù)庫（Version132）基于Mothur算法對16S rRNA基因進行注釋?；跇颖局械淖钚y序數(shù)據(jù)量，對每個樣本的數(shù)據(jù)進行歸一化處理。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的OTUs豐度信息對土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性進行分析。

1. 3 統(tǒng)計分析

采用Excel 2019整理數(shù)據(jù)，使用SPSS 20.0對不同處理間的差異顯著性進行單因素方差分析。利用主坐標(biāo)分析（PCoA）和相似性分析（ANOSIM）展示各土壤樣品中細菌群落結(jié)構(gòu)的差異，構(gòu)建柱狀圖用于分析和展示土壤細菌群落的相對豐度；結(jié)合土壤理化性質(zhì)分析結(jié)果，用Spearman相關(guān)分析和Average聚類分析揭示土壤理化性質(zhì)與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同種植方式土壤理化性質(zhì)分析

對4種不同種植方式土壤樣品的理化性質(zhì)進行分析，結(jié)果（表1）表明，N處理堿解氮含量最低，與L2處理差異不顯著（Pgt;0.05，下同），但二者均顯著低于R和L1處理（Plt;0.05，下同）；R處理的土壤pH最低，與其他處理差異顯著，而電導(dǎo)率和速效鉀含量則顯著高于其他處理，有機質(zhì)和堿解氮含量顯著高于N和L2處理；L1處理的土壤有效磷含量最高，顯著高于其他處理。L2處理的土壤pH顯著高于其他處理，而電導(dǎo)率及有機質(zhì)、有效磷和速效鉀含量均顯著低于其他處理。

2. 2 不同種植方式土壤細菌群落多樣性分析

通過高通量測序，從12個土壤樣品中共生成746747條有效序列；在97%序列相似度水平上，共得到21141個OTUs；每個處理的覆蓋率均在97.00%以上，表明本次測序數(shù)據(jù)量足夠，測序深度可真實反映土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的實際情況，測序結(jié)果可靠。對土壤細菌群落的Alpha多樣性進行分析，結(jié)果（表2）顯示，土壤細菌群落的Sobs指數(shù)、ACE指數(shù)和Shan‐non指數(shù)均表現(xiàn)為N處理gt;L2處理gt;L1處理gt;R處理；表明種植方式會影響土壤細菌群落多樣性，種植魔芋后土壤細菌群落物種組成的豐富度和多樣性均降低，輪作玉米則能在一定程度上恢復(fù)土壤的細菌群落多樣性。

2. 3 不同種植方式土壤細菌群落結(jié)構(gòu)分析

將4個不同處理的16S rRNA基因高通量測序數(shù)據(jù)在OTU水平進行PCoA分析和ANOSIM分析，探究種植方式對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的影響（圖1）。ANOSIM分析結(jié)果顯示，不同種植方式對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)具有顯著影響（R=0.7716，P=0.0010）。PCoA分析結(jié)果顯示，4個處理的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)被顯著分開形成3簇；R和L1處理的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)之間無明顯界限，聚成一簇，且均與N和L2處理的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)距離較遠。表明前茬作物為魔芋的土壤和種植魔芋后輪作1茬玉米的土壤具有相似的細菌群落結(jié)構(gòu)，且與未種植過魔芋及種植魔芋后輪作2茬玉米的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)存在明顯差異。

2. 4 不同種植方式土壤細菌群落組成分析

2. 4. 1 土壤細菌群落在門分類水平上相對豐度的差異分析 如圖2所示，在門分類水平上，從12個土壤樣品中檢測到的細菌均歸類到35個門類。不同土壤優(yōu)勢細菌門的構(gòu)成較相似，在不同處理土壤中相對豐度均gt;1%的優(yōu)勢門有9個，分別為放線菌門（Actinobacteriota）、變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、酸桿菌門（Acidobacteriota）、厚壁菌門（Firmicutes）、黏球菌門（Myxococcota）、芽單胞菌門（Gemmatimonadota）、擬桿菌門（Bacteroidota）和浮霉菌門（Planctomycetota）。此外，N處理土壤中藍藻門（Cyanobacteria）的相對豐度及R處理土壤中藍藻門和疣微菌門（Verrucomicrobiota）的相對豐度也均gt;1%。

如圖3所示，在相對豐度gt;1%的11個優(yōu)勢細菌門中，放線菌門、擬桿菌門、浮霉菌門、藍藻門和疣微菌門的相對豐度在各處理間差異均不顯著。變形菌門、黏球菌門和芽單胞菌門的相對豐度均在N處理中最大，在R處理中最?。磺襈處理中變形菌門和芽單胞菌門的相對豐度均顯著高于R處理，黏球菌門在N處理中的相對豐度顯著高于R和L1處理。綠彎菌門的相對豐度則是N處理最小，且顯著低于R處理。變形菌門、黏球菌門、芽單胞菌門和綠彎菌門的相對豐度在N和L2處理間的差異均不顯著。酸桿菌門相對豐度以L2處理最大，顯著大于N和L1處理。厚壁菌門相對豐度在L2處理中最小，且與其他處理差異顯著。以上結(jié)果表明，種植方式能改變土壤中細菌優(yōu)勢門類的相對豐度，進而影響土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的組成。

2. 4. 2 土壤細菌群落在屬分類水平上相對豐度的差異分析 由表3可知，在屬分類水平上，相對豐度gt;1%的優(yōu)勢細菌屬共有13個。其中，9個屬隸屬于放線菌門，3個屬隸屬于變形菌門，1個屬隸屬于厚壁菌門。N處理中有12個相對豐度gt;1%的優(yōu)勢細菌屬，R和L2處理中均有10個相對豐度gt;1%的優(yōu)勢細菌屬，L1處理中有9個相對豐度gt;1%的優(yōu)勢細菌屬。在13個優(yōu)勢細菌屬中，類諾卡氏菌屬（Nocar-dioides）、芽殖球菌屬（Blastococcus）、小單胞菌屬（Micromonospora）、火山巖海球菌屬（Marmoricola）、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）和MND1的相對豐度在4個處理間差異不顯著；節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）在L1處理中的相對豐度顯著大于在N和R處理中的相對豐度，在N處理中的相對豐度顯著小于在L1和L2處理中的相對豐度；鏈霉菌屬（Streptomyces）在R處理中的相對豐度顯著大于在L2處理中的相對豐度；蓋亞菌屬（Gaiella）在N處理中的相對豐度顯著大于在L2、R和L1處理中的相對豐度，在L1處理中的相對豐度顯著小于在N和L2處理中的相對豐度；土壤紅桿菌屬（Solirubrobacter）在N處理中的相對豐度顯著大于在L1處理中的相對豐度；白蟻菌屬（Isoptericola）在R處理中的相對豐度顯著大于在N、L2和L1處理中的相對豐度；微枝形桿菌屬（Microvirga）在N處理中的相對豐度顯著大于在L2處理中的相對豐度；芽孢桿菌屬（Bacillus）在L1處理中的相對豐度顯著大于在N和L2處理中的相對豐度，在L2處理中的相對豐度顯著小于在N、R和L1處理中的相對豐度。

2. 4. 3 土壤細菌群落組成與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)分析 對不同種植方式土壤的理化性質(zhì)與土壤中優(yōu)勢細菌屬（相對豐度為Top15）進行Spearman相關(guān)分析和Average聚類（圖4），發(fā)現(xiàn)土壤理化性質(zhì)大致分為3類：堿解氮和有效磷為一類，電導(dǎo)率、有機質(zhì)和速效鉀為一類，土壤pH為一類。其中，堿解氮含量與芽孢桿菌屬呈顯著正相關(guān)，與土壤紅桿菌屬和蓋亞菌屬呈顯著或極顯著（Plt;0.001）負相關(guān)；有效磷含量與芽孢桿菌屬呈極顯著（Plt;0.001）正相關(guān)，與蓋亞菌屬和土壤紅桿菌屬呈顯著或極顯著（Plt;0.01）負相關(guān)；電導(dǎo)率、有機質(zhì)含量和速效鉀含量與芽孢桿菌屬呈顯著或極顯著（Plt;0.01）正相關(guān)，速效鉀含量還與蓋亞菌屬和MND1呈顯著負相關(guān)；土壤pH與蓋亞菌屬、MND1和斯科曼氏球菌屬（Skermanella）呈顯著正相關(guān)，與芽孢桿菌屬呈極顯著（Plt;0.01）負相關(guān)；而類諾卡氏菌屬、節(jié)桿菌屬、鏈霉菌屬、白蟻菌屬、小單胞菌屬、火山巖海球菌屬、鞘氨醇單胞菌屬、微枝形桿菌屬、芽殖球菌屬和壤霉菌屬（Agromyces）與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性均不顯著?？梢姡煌毦郝涫芡寥览砘再|(zhì)影響的情況存在較大差異，土壤pH、電導(dǎo)率、有機質(zhì)含量、堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量主要與芽孢桿菌屬、蓋亞菌屬、土壤紅桿菌屬、MND1和斯科曼氏球菌屬等土壤中優(yōu)勢細菌屬的相對豐度呈顯著或極顯著相關(guān)。

2. 5 不同種植方式對魔芋生長的影響

分析不同種植方式對下茬魔芋生長的影響，結(jié)果如圖5所示，下茬魔芋的出苗率、存苗率、株高、葉長和單株塊莖鮮重均為N處理最高，R處理最低；L1處理的魔芋各項生長指標(biāo)與R處理均無顯著差異，L2處理的魔芋各項生長指標(biāo)與N處理差異不顯著；但N和L2處理的魔芋出苗率、存苗率、葉長和單株塊莖鮮重均顯著高于R和L1處理，株高顯著高于R處理。

3 討論

連作障礙問題在魔芋種植地區(qū)較常見，了解土壤理化性質(zhì)及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化有助于更好地掌握魔芋種植系統(tǒng)中土壤的健康狀況。前人研究發(fā)現(xiàn)，隨著魔芋連作年限的延長，土壤養(yǎng)分含量增加，土壤pH、魔芋生物量和根系活性降低，推測土壤養(yǎng)分含量變化與魔芋生長條件變化有關(guān)（He et al.，2023）。在同一地塊長期種植相同作物可能會導(dǎo)致土壤性質(zhì)惡化、養(yǎng)分失調(diào)（劉株秀等，2019；宋秀麗等，2022）。本研究中，前茬種植作物為魔芋的土壤電導(dǎo)率及有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量均顯著高于未種植過魔芋的土壤，pH則顯著低于未種植過魔芋的土壤。種植魔芋后土壤養(yǎng)分增加可能與過量施用化肥有關(guān)（Xiong et al.，2015），而植株化感物質(zhì)的積累和氮肥的施用則可能是導(dǎo)致土壤酸化的關(guān)鍵因素（He et al.，2023）。土壤環(huán)境的變化會影響微生物群落的種類、分布和活性，不同種植方式則會改變土壤環(huán)境（姚姿婷等，2021）。據(jù)報道，番茄—水稻輪作能緩解土壤酸化、降低土壤鹽分含量（王克磊等，2017）；大豆連作顯著增加了土壤有機質(zhì)、有效氮、有效鉀、有效鋅和有效鐵含量，輪作栽培則消耗了土壤中有機質(zhì)、有效氮、有效鐵和有效錳等多種養(yǎng)分（宋秀麗等，2022）。土壤中營養(yǎng)元素的利用和轉(zhuǎn)化效率在不同作物的種植方式下存在較大差異，這可能是種植方式引起土壤性質(zhì)發(fā)生改變的主要因素（宋秀麗等，2022）。種植魔芋后輪作2茬玉米的土壤pH顯著高于前茬種植作物為魔芋的土壤pH，而電導(dǎo)率及有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均顯著低于前茬種植作物為魔芋的土壤，表明輪作玉米能有效

緩解土壤養(yǎng)分失調(diào)和土壤酸化問題。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤環(huán)境密切相關(guān)，種植方式會引起土壤理化性質(zhì)的變化，進而改變微生物群落結(jié)構(gòu)（宋秀麗等，2022）。連作會降低土壤質(zhì)量、影響土壤微生物群落，不利于植株生長（Huang et al.，2013；韓芳等，2021）。細菌群落多樣性通常被認為是土壤維持生態(tài)系統(tǒng)平衡及恢復(fù)生態(tài)功能的重要指標(biāo)（陽圣瑩等，2022）。魔芋連作會破壞土壤細菌群落多樣性，細菌群落多樣性指數(shù)隨著連作時間的增加而下降（He et al.，2023）。本研究結(jié)果也表明種植魔芋后土壤細菌群落多樣性降低，輪作玉米則在一定程度上恢復(fù)了土壤細菌群落多樣性。通過輪作方式可改善土壤性質(zhì)、定向調(diào)節(jié)土壤微生物群落，優(yōu)化土壤微生態(tài)環(huán)境（韓芳等，2021）。本研究中，前茬作物為魔芋的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)與未種植過魔芋的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)之間存在顯著差異，表明種植魔芋會引起土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的變化；前茬作物為魔芋的土壤與輪作1茬玉米后的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)之間無明顯差異，但與輪作2茬玉米后的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異，表明種植1茬魔芋后至少要輪作2茬玉米才會起到調(diào)控土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的作用。此外，本研究中放線菌門、變形菌門、綠彎菌門、酸桿菌門、厚壁菌門、黏球菌門、芽單胞菌門等均為土壤中的優(yōu)勢細菌門，與前人研究結(jié)果相似（He et al.，2023；何斐等，2024）。不同種植方式會改變農(nóng)田土壤優(yōu)勢細菌類群的相對豐度，進而影響細菌群落結(jié)構(gòu)的組成（宋秀麗等，2022）。種植魔芋降低了土壤中變形菌門、黏球菌門和芽單胞菌門3個優(yōu)勢門的相對豐度，增加了綠彎菌門的相對豐度；而輪作2茬玉米后，這4個優(yōu)勢細菌門的相對豐度恢復(fù)到與未種植過魔芋的土壤同一水平。種植不同作物會改變土壤的理化性質(zhì)進而影響微生物的生存環(huán)境，利用不同種植方式能改變土壤中優(yōu)勢細菌的相對豐度，進而影響土壤中細菌群落結(jié)構(gòu)（韓芳等，2021）。土壤微生物群落在土壤養(yǎng)分循環(huán)中起至關(guān)重要的作用，土壤微生物生物量或群落組成的變化會導(dǎo)致土壤質(zhì)量的變化（He et al.，2023）。土壤性質(zhì)對土壤微生物群落同樣有顯著影響，土壤pH被認為是土壤細菌群落組成的主要驅(qū)動因素（Wu et al.，2017）。也有研究表明土壤有機質(zhì)、有效磷、有效銅、有效錳等養(yǎng)分含量與土壤細菌群落相關(guān)性更大（宋秀麗等，2022）。據(jù)報道，土壤有機質(zhì)和有效氮含量增加會促進細菌多樣性的形成（Li et al.，2018），土壤養(yǎng)分的積累會增加變形菌門的相對豐度（Zeng et al.，2017），土壤中有效磷含量與變形菌門和擬桿菌門相對豐度顯著相關(guān)，有機質(zhì)含量與放線菌門和酸桿菌門相對豐度均顯著相關(guān)（宋秀麗等，2022）。本研究通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土壤pH與蓋亞菌屬、MND1、斯科曼氏球菌屬和芽孢桿菌屬顯著或極顯著相關(guān)，堿解氮和有效磷含量與芽孢桿菌屬、蓋亞菌屬和土壤紅桿菌屬顯著或極顯著相關(guān)，速效鉀含量與蓋亞菌屬、MND1和芽孢桿菌屬顯著或極顯著相關(guān)，電導(dǎo)率和有機質(zhì)含量與芽孢桿菌屬極顯著相關(guān)。推測不同種植方式主要是通過引起土壤理化性質(zhì)的變化進而調(diào)控土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性。種植方式、土壤性質(zhì)和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)之間具有相關(guān)性，且不同種植方式對土壤理化性質(zhì)、各類土壤細菌群落的影響均不一致（宋秀麗等，2022）。

土壤微生物直接影響著植物對水分、養(yǎng)分的吸收，與植物的生長發(fā)育密不可分，是反映土壤活性和土壤健康的重要指標(biāo)（He et al.，2023）。有研究證實，魔芋連作會改變土壤肥力狀況和微生物區(qū)系，進而形成連作障礙，影響魔芋的正常生長（楊敏等，2018）。與前人研究相似，本研究發(fā)現(xiàn)連作降低了魔芋的出苗率、存苗率、株高、葉長和單株塊莖鮮重，嚴(yán)重影響魔芋植株的生長。這可能是由長期種植魔芋導(dǎo)致土壤酸度增加、養(yǎng)分失衡、微生物區(qū)系發(fā)生改變所引起。據(jù)報道，連作會降低土壤中潛在有益菌的相對豐度，增加潛在有害細菌的相對豐度，這可能是造成魔芋植株生長不良的重要因素（He et al.，2023）。輪作體系中前茬作物能顯著影響土壤性質(zhì)、改善根際微生物群落結(jié)構(gòu)，進而影響土壤的微生態(tài)環(huán)境；魔芋與玉米輪作是控制魔芋病害的主要措施，可顯著降低魔芋植株的死亡率（張紅驥等，2012）。本研究中，與魔芋連作相比，種植魔芋后輪作1茬玉米的種植方式對下茬魔芋的生長無顯著影響，但種植魔芋后輪作2茬玉米的種植方式提高了下茬魔芋的出苗率、存苗率、株高、葉長和單株塊莖鮮重。基于研究結(jié)果，為維持土壤健康，促進魔芋產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，種植魔芋后需至少輪作2茬玉米才能恢復(fù)土壤的微生態(tài)環(huán)境，緩解連作障礙的危害，保障下茬魔芋的正常生長。

4 結(jié)論

不同種植方式會引起土壤理化性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，進而影響下茬作物的生長。種植魔芋增加了土壤電導(dǎo)率及有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量，降低了土壤pH，引起土壤中優(yōu)勢細菌相對豐度的變化，進而改變土壤細菌群落結(jié)構(gòu)，影響下茬魔芋的生長。通過輪作種植的方式可改善土壤性質(zhì)、定向調(diào)節(jié)土壤微生物群落，優(yōu)化土壤微生態(tài)環(huán)境。種植魔芋后輪作2茬玉米能提高土壤pH、平衡土壤養(yǎng)分、恢復(fù)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性，有效緩解連作障礙的危害。

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（責(zé)任編輯 王暉）