三七连作障碍机制研究与微生物菌肥修复效果评价

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:simon_186
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三七(Panax notoginseng)系五加科人参属名贵中药材,连续种植会诱发重大的连作障碍问题,即连作后表现出产量低、品质劣、病虫害爆发等,给土壤生态系统和农业生产带来了巨大的破坏作用,从而制约三七产业的可持续发展和中草药的经济效益,因此探索三七连作障碍机制和寻求改善三七连作障碍的消减措施具有重大实际意义。本研究以“云南三七”为供试品种,利用石灰氮—有益微生物(Effective Microorganism,EM)和木霉菌(Trichoderma,TRI)两种混合菌剂自制成微生物菌肥进行消减处理。先后采集未种植三七地(CK)、未施肥正茬地(NP)、正茬发病植株地(NP-DP)、未施肥重茬地(SP)、菌肥处理地(EM)和菌肥处理地(TRI)这6份根际土壤作为供试土样。运用分子生物学、生态学的基本原理和技术,寻求三七连作障碍的起因和评价微生物菌肥修复效果,以期为中药材连作障碍提供科学的理论指导和应用途径。主要研究结果如下:一、三七连作障碍机制研究结果表明,三七连作显著降低根际土壤pH值、有效态大量元素、有效态微量元素和部分酶活性,而全量大量元素和全量微量元素仅有略微下降,某些全量元素甚至显著富集。所以,本研究认为三七连作后土壤酸化加重,致使营养封存,加之土壤酶活性紊乱,植株根系无法吸收营养元素,从而可能诱发三七连作障碍。其次,三七根系分泌的化感物质并没有随着连作年限增加而累积,也没有到达产生“自毒作用”的阈值,故排除化感物质的直接自毒效应是导致三七连作障碍的主要原因。最后,根际土壤微生物的分离和定量及与根系分泌物共培养研究发现,三七连作后病原菌含量显著上升,有益菌含量显著下降,根际微生物的比率失衡。另外,大多数根系分泌物选择性地进行刺激病原菌繁殖却遏制有益菌生长,不仅加剧了微生物比例失衡状况,还致使病原菌繁殖形成为优势群体,从而导致三七植株的抵抗力下降、汲取营养受阻、病害加剧等连作发应。此外,三七根围及土壤的酸性环境有利于真菌的生长,根际微生态环境的变化也直接影响土壤营养元素构成。所以,本研究认为三七连作障碍的产生最主要是由根系分泌物介导下的根际微生物群落结构失衡导致。二、三七连作障碍问题极为突出,连作1年后几乎绝收。利用EM和TRI菌肥显著提高出苗率、保苗率和产量,而且三七田间长势甚至优于正茬三七地,其中TRI菌肥增幅大于EM。所以,两种菌肥均可达到缓解三七连作障碍的效果,TRI比EM菌肥处理效果更佳。三、利用菌肥EM和TRI不但提高了土壤pH值和土壤肥力,而且改善了土壤微环境中病原性微生物与促生性微生物比例的失衡状况。通过DGGE和HTS分析发现,SP 土壤中的真菌和细菌群落结构和NP差异较大,说明连作三七后根际微生物群落结构发生显著改变。但是,利用TRI菌肥后根际土壤中的细菌群落结构与NP相似性最高,其次是EM。而真菌群落结构比较发现,EM与NP相似性最高,其次是TRI。这说明了利用微生物菌肥可以促进三七重茬土壤的微生物群落结构和功能多样性朝着正茬的根际微生态方向演变,逐步修复灾变的土壤微生物群落结构和种群多样性。四、本研究分离和鉴定了大量可培养的微生物菌株,并以防治土著病原菌为靶标蹄选到几株拮抗生防菌株。后期也将针对性治理土壤酸化和元素封存问题进一步挑选适宜的调酸微生物和营养相关功能微生物,为继续探究菌肥修复三七连作障碍问题的研究储备了相关的高活性微生物菌株资源。本论文系统地总结了导致三七连作障碍的可能原因,并较为全面的综合评价两种微生物菌肥修复效果。同时,本论文中利用传统纯培养和现代化免培养微生物相结合的方法,较为全面的研讨了连作三七前后和菌肥处理前后根际土壤中的微生物群落结构和组成变化规律。不仅筛选到一批宝贵的可用于防治三七土传病害的有益菌种资源,而且为破解三七连作障碍这一难题提供了有效途径和理论依据。
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