土壤添加大蒜秸秆和AMF及越冬种植叶菜对大棚连作茄子的影响

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茄子(Solanum melongena L.)是最受欢迎的蔬菜之一,中国是世界上最大的茄子生产国。然而,茄子连作极大地威胁着区域农业生态可持续性。长期连作导致植物生长抑制和土壤生产力的破坏,从而严重阻碍了中国茄子产业的发展。大蒜秸秆(RGS)是一种重要的生物资源,可作为土壤改良剂用于茄子的保护性栽培,以提高植物生长和土壤的可持续性。  丛枝菌根真菌(AMF)是重要的菌群,它可以与大多数陆生植物共生。由于农业生态系统功能和可持续性高效益,几十年,AMF作为化学品的生物替代品而受到越来越多的关注。本研究中,我们首次探索了AMF与RGS协调作用对茄子生长和土壤微生物多样性的影响,以及在单作栽培模式中填闲不同越冬叶菜对茄子生长和土壤微生物多样性的影响。  1.用大蒜秸秆改良土壤:一种改善单作茄子生长,抗氧化防御系统和土壤微生物群落的新策略  大蒜(Allium sativum L.)是一种具有药用价值的蔬菜,它不仅含有丰富的营养成分,还具有抵抗不同微生物感染的能力。将植物残留物掺入土壤中可被认为是改善土壤结构功能的关键可持续性因素。然而,植物残留物添加对涉及生化循环和非生物胁迫现象的土壤微生物群落的影响知之甚少。为了探讨RGS掺入土壤对大棚连作茄子生长和抗氧化防御系统的影响,本试验设添加不同比例RGS:1%(100g土壤中加1g RGS);3%(100g土壤中加3g RGS);5%(100g土壤中加5g RGS)以不添加为CK,采用盆栽试验,并连续重复2年(2016年和2017年)。添加RGS显著增加了土壤电导率(EC),以及N、P、K有效养分和酶活性。随着RGS施用,土壤pH值显著降低。高通量测序结果表明RGS显著改变了土壤细菌群落结构。在检测到的23个主要分类群中,厌氧绳菌、酸杆菌和蓝藻细菌的丰度增加。添加3%RGS增加了已经报道的有益细菌,包括酸杆菌、芽孢杆菌和浮霉菌(分别为42%,64%和1%)。此外,内部转录间隔区(ITS)真菌区域在不同处理中显示出显著的多样性,其中毛壳菌(56.2%)、枝顶孢属(4.3%)、镰孢菌属(4%)、曲霉属(3.4%)、子囊菌纲(3%)和Plectosphaerellaceae(2%)种类丰富。有趣的是,鬼伞属(14%)仅在RGS处理土壤中观察到。RGS处理也有效地改变了土壤真菌群落结构,并减少了某些已知的病原真菌属,如镰刀菌属和枝顶孢霉属。本研究揭示了RGS处理可修复土壤微生物群落结构,调节塑料大棚连作栽培系统(PGVC)茄子的生长和生理。  结果表明,添加不同比例RGS对茄子生长和生理有不同影响。与对照相比,1%和3%显着提高了株高、根/茎重、茎粗、叶面积、根长、根系活力、色素含量(叶绿素a,叶绿素b和总叶绿素)和光合参数,但降低了胞间二氧化碳浓度(Ci),提高了果实产量。添加RGS还增强了茄子抗氧化酶的活性。然而,较高比例(5%)的RGS导致所有生长和生理参数降低,以及过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)等的增加。总体而言,添加3%RGS对于茄子防御系统的调节是最有效的,可减少H2O2和MDA的含量,增强超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD)和苯丙氨酸氨裂解酶(PAL)活性。因此,添加适当比例的RGS(3%)可有效促进植物生长并调节植物防御系统。  2.大蒜秸秆和丛枝菌根真菌协同处理对茄子生长和微生物多样性的影响  连作栽培造成的土壤连作障碍限制了中国茄子产业的可持续发展。有机改良剂与AMF的应用是开发可持续农业的经济可行的方法。这项研究的目的是探讨RGS及其与AMF复合添加是否可改善茄子连作土壤微生物多样性和茄子生长。试验处理设:添加3%RGS、添加AMF、添加AMF和3%RGS、CK(无添加),分别用RGS、AMF、ARGS和CK表示。结果表明,RGS和AMF单独施用或组合施用均可提高茄子株高、茎粗和根系活力,但ARGS处理的茄子株高、茎粗和光合作用最大。高通量测序表明,RGS和AMF显著改变了土壤菌群落结构。在检出的12个微生物门中,细菌占28%,绿弯菌门占13%,酸杆菌门占11%,放线菌门占10%。ARGS处理增加了一些有益菌门,如Protobacteria、杆菌、厚壁菌门。此外,ITS真菌区域在不同处理中显示出显著的多样性,其中属水平上最主要有毛壳菌属(42%)、鬼伞属(8%)、镰刀菌(5%)、曲霉菌(5%)。RGS和AMF的应用减少了某些致病菌如镰刀菌,ARGS处理的镰刀菌最少,减少了32%。这一研究表明,RGS和AMF的综合利用是改善茄子生长和环境中微生物多样性的有效方法。  3.越冬种植叶菜对连作茄子土壤养分和微生物多样性的影响  塑料大棚茄子连续单作导致土壤退化,土传病害加剧,作物品质和产量下降,土壤理化性质下降,土壤微生物减少。越冬填闲叶菜增加了生物多样性,可能是一种保持农业系统可持续生产生物技术。试验在塑料大棚内进行,按单因素随机区组设计,处理分别设越冬填闲大葱、芹菜、小白菜、生菜,以冬闲为对照,11月中旬至3月中旬种植填闲叶菜生长,3月中旬至11月中旬种植茄子,分析填闲不同叶菜对土壤养分和土壤微生物群落结构的短期影响。试验结果表明,填闲叶菜显著改善了土壤有机碳和土壤有机质的含量,但减少了土壤养分。此外,高通量测序在细菌水平上共鉴定出56,229个读数,稀疏分析显示土壤处理的样本相同,结果表明,休耕期填闲叶菜的生长增加了细菌和真菌多样性。填闲叶菜增加了几种有益细菌,这些细菌参与促进植物生长和抑制土壤病害,如芽孢杆菌和溶杆菌。此外,ITS真菌区域显示出不同处理之间的显著差异,如被孢霉属(20%)、枝顶孢属(10%)、镰刀菌属(4%)显示更高的丰度。填闲叶菜可增加有益真菌如被孢霉属、赤霉菌属、酵母属,并且显著抑制了不同致病菌的丰度,如镰刀菌、黄萎病菌和灰霉菌等。因此,越冬休耕期种植小白菜和芹菜,可以改善塑料大棚连作栽培茄子土壤质量,增加茄子的产量。
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