丛枝菌根真菌对连作黄瓜根际土壤的影响

唐艳领，李 杰，蔡毓新，赵秀山，赵肖斌，史宣杰

（1.河南省农业科学院园艺研究所 郑州 450002； 2.内蒙古自治区赤峰市农牧科学研究院内蒙古赤峰 024000； 3.河南省庆发种业有限公司 郑州 450002）

丛枝菌根真菌(Arbuscula mycorrhizal fungi,AMF）是土壤微生物群落的重要组成部分，是自然界分布最重要、最广泛的一类真菌，它能与90%的植株建立良好的共生关系[1]。在与植物形成共生关系后，其根外菌丝能形成根外菌丝网，向土壤中广泛伸缩，吸收水分和营养物质，提高作物的抗逆性和抗病性，改良土壤结构，在改善土壤微生物群落结构等方面有重要作用[2]。

连作障碍是指常年在同一土壤中栽培同种作物或近缘作物时，植株生长势变弱，产量和品质下降的现象[3]。作物长期连作会使土壤的容重和非毛细管孔隙层增大，导致土壤板结，同时长期连作容易破坏土壤团粒结构，降低土壤通透性，而且使土壤含盐量增加，导致土壤养分失衡[4]。研究表明，连年种植西瓜会造成土壤理化性状改变，有机质含量偏低，土壤板结加重；同时西瓜连作也造成土壤生物学环境被破坏，有益微生物类群减少，不利于微生物种类增加，如尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）数量远高于常规田块土壤[5]。目前克服连作障碍的措施有不同属种的作物轮作制度、采用抗病性砧木进行嫁接换根、合理施用有机肥、选用抗病品种等，在综合控制系统中，加入拮抗菌的效果是非常有效的，它能改变植物根际菌群数量，并抑制病原菌生长[6]。AMF为有效克服连作障碍开辟了一条新的途径，它能综合改善土壤中微生物、菌根真菌、植物及其相互作用的根际环境，进而有效减轻连作给作物带来的危害。

AMF可对土壤微生物区系产生影响，它能够激活某些对植物生长发育有益的微生物，这些微生物可以促进作物抵抗病原物的侵害[7]。李敏等[8]的试验表明，AMF摩西球囊霉菌(Glomus mosseae)和地表球囊菌(Glomus versiforme)可以降低西瓜和棉花镰刀枯萎病的病情指数。AMF可以通过影响作物根系酶活性进而激活植株的防御反应，间接抑制病原菌的侵染。陈可等[9]试验表明，西瓜接种地表球囊菌能提高西瓜根系内的苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等防御酶活性，使根系对逆境产生快速反应，进而提高西瓜抵抗连作障碍的能力。目前，AMF在克服黄瓜连作障碍上面报道的不多。笔者分析了设施黄瓜地施用AMF摩西球囊霉菌后，连作1 a、3 a、5 a的土壤养分、土壤酶活性以及土壤结构菌群的数量变化，总结了AMF摩西球囊霉菌对土壤的影响，以期为解决黄瓜连作障碍问题提供技术支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试黄瓜品种‘博杰201’由天津德瑞特种业有限公司生产。供试AMF为摩西球囊霉菌，由华中农业大学国家微生物重点实验室提供。连作土壤分别选取郑州绿园实业有限公司试验基地连作1 a、3 a和5 a的黄瓜设施土壤，多点随机取样，混匀、过筛，备用。试验地为河南省农业科学院原阳基地蔬菜种植大棚。2016年3月15日催芽育苗，移栽育苗基质为V草炭∶V珍珠岩∶V蛭石=2∶1∶1，均用甲醛熏蒸灭菌，备用。

1.2 试验设计

试验分为6个处理：CK1（连作1 a对照）、L1（连作 1 a）、CK3（连作 3 a对照）、L3（连作 3 a）、CK5（连作5 a对照）、L5（连作5 a）。每个处理30盆，3次重复。分别将不同连作年限的土壤和菌种基质混匀，使用比例为每株黄瓜苗0.2 g AMF菌种，生防菌使用的浓度为106个孢子·株-1。装盆，每盆10 kg土壤。对照为不添加AMF基质的连作土壤。2016年4月16日移栽2叶1心的黄瓜苗，随机区组设计，常规管理。30 d以后，采集根际0～20 cm土样，风干后捣碎过筛，检测土壤理化指标和根系微生物数量。土壤容重采用环刀法测定，土壤有机质采用重铬酸钾-外加热法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用钼锑抗比色法测定，速效钾采用火焰光度法测定，pH值采用电极电位法测定[10]。土壤微生物数量采用平板稀释计数法测定，其中放线菌用改良高式1号培养基，细菌用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌用马丁式培养基[11]。土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，酶活性以37℃恒温培养24 h后1 g土壤中生成NH3-N的mg数表示；土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，酶活性以37℃恒温培养24 h后1 g土壤中释放酚的mg数表示；土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定，酶活性以37℃恒温培养24 h后1 g土壤中生成葡萄糖的mg数表示[12]。数据采用Microsoft Excel 2007软件进行统计分析处理。

2 结果与分析

2.1 土壤物理指标检测结果

表1 AMF处理后不同连作年限土壤主要物理指标

由表1可知，AMF对连作3 a和5 a的土壤改良效果明显，相对于CK，0.25～10 mm土壤团粒比例明显增加，对连作3 a和5 a的土壤接种AMF后，0.25～10 mm土壤团粒比例分别为28.1%、25.9%，相比CK分别增加了8.1%、8.7%。由于菌丝的作用，连作3 a的土壤容重减少了0.27 g·cm-3，比对照减少了17.65%，连作5 a的土壤容重减少了0.45 g·cm-3，土壤容重比对照减少了25.3%。增加了土壤的孔隙度和通气度，从而更有利于黄瓜的生长。而对连作1 a的土壤没有明显改变。

2.2 土壤化学指标检测结果

由表2可知，接种AMF的土壤在碱解氮、速效钾及有机质方面，相比对照差异不明显。然而在速效磷方面，相比对照差异明显。连作5 a的土壤在施用AMF后，速效磷含量由原来的317.9 mg·kg-1降为 211.6 mg·kg-1，比对照减少了 33.5%，说明AMF在对磷的吸收转运方面有重要作用。在pH值方面，对连作5 a土壤的改变较明显，pH值从4.5上升到6.5，说明AMF可以明显改良土壤酸化。

表2 AMF处理后不同连作年限土壤主要化学指标

2.3 土壤微生物数量指标检测结果

由表3可知，接种AMF的土壤在微生物数量方面，相对于对照差异较大，特别是细菌和真菌的数量明显增多，在连作5 a的土壤中检测发现，施用AMF后细菌和真菌的数量由原来的0.7×107、0.25×107cfu·g-1增加为 2.2×107、1.8×107cfu·g-1，相对于对照分别增加了2.1倍和6.2倍，有较大的变化。进一步检测发现，细菌主要有芽孢杆菌属和乳酸杆菌属，而在真菌方面主要有酵母菌属、拟青霉属、木霉属等。

表3 AMF处理后不同连作年限土壤微生物数量指标

2.4 AMF对黄瓜根际土壤酶活性的影响

土壤酶活性的改变将影响土壤养分释放，它受多种因素的影响，是土壤新陈代谢过程的催化剂。由表4可以看出，施用AMF能明显提高土壤酶活性，改善土壤的物理性状，尤其是对连作5 a的土壤，AMF对土壤酶活性的指标影响更加明显，3种土壤酶活性随着连作年限的增加而增强。施用AMF菌肥后，连作5 a的土壤与CK相比，土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性分别增加了42.0%、57.36%、72.5%。连作1 a、3 a、5 a的土壤酶活性与其对照均差异显著。同时可以看出，连作3 a、5 a的处理与连作1 a相比，土壤酶活性改变更为明显，说明AMF对连作时间越长的土壤各种理化性质改变越大，能够改善和平衡土壤菌群结构，缓解连作障碍。

表4 AMF处理后不同连作年限土壤酶活性的变化 （mg·g-1）

3讨论

笔者通过6个不同处理研究了接种AMF摩西球囊霉菌(Glomus mosseae)后黄瓜连作 1 a、3 a、5 a 的土壤在土壤结构、土壤养分含量、土壤菌群数量、土壤酶含量的变化。试验结果表明，对连作3 a的土壤的接种AMF后，土壤团粒比例相对于对照增加了8.1%。对连作5 a的土壤接种AMF后，土壤结构改变最为明显，土壤容重变小，相比CK减少了25.3%，土壤团粒数量增加，说明施用AMF后土壤的通透性更佳；在土壤养分方面，接种AMF后，速效磷含量比对照减少了33.5%，能够增加速效磷的转化。

AMF改变土壤菌群结构体现在随着连作年限的延长，总菌数量明显下降，但是AMF处理后，连作5 a的土壤细菌和真菌的数量分别增加了2.1倍和6.2倍，改变最明显；AMF还可以增加土壤酶活性，连作5 a的土壤处理后，土壤脲酶和磷酸酶活性都有一定的增加，蔗糖酶活性增加了72.5%，说明AMF能够缓解连作障碍。

前人研究结果表明，AMF有一类重要的分泌物GRSP，它是AMF特殊的菌丝结构和生理活动分泌产生的一类糖蛋白——球囊霉素相关土壤蛋白（Glomalin related soil protein，GRSP），能促进土壤团聚体的形成和稳定[13-15]，对改良土壤连作板结有重要作用。在已有研究中，菌丝密度、GRSP和有机质在土壤团聚体的形成和稳定中扮演重要角色。这和本次的研究结果相吻合。但是不同的AMF由于其菌丝量不同，对土壤的影响差异也较大[16]，需要通过做不同的丛枝菌根试验来进一步的验证。

任旭琴等[17]的研究表明，丛枝菌根能够显著缓解淮安红椒连作障碍，使土壤中有机质、碱解氮、速效磷和速效氮的含量降低，显著提高土壤脲酶、蔗糖酶等土壤酶活性，改善土壤根际微生态。在根际土壤微生物方面，龚娜等[18]的研究表明，接种菌根真菌YA、YD后土壤中的细菌数量减少，真菌数量增多，放线菌变化很小，土壤中的微生物多样性指数有显著提高，说明有益微生物有利于作物种群数量的扩大。这与本试验的结果也相符，连作5 a的黄瓜土壤施用AMF后，总菌数量明显上升。但是关于菌根真菌与根际微生物之间相互作用的机制还不够清楚，下一步可以从分子生物学水平进行研究和探讨，进一步了解AMF与土壤微生物之间的相互作用关系。

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