辣椒连作土壤微生物群落及土壤离子对微生物菌剂的响应

高晶霞，高 昱，吴雪梅，牛勇琴，裴红霞，谢 华 *

(1. 宁夏农林科学院 种质资源研究所，宁夏 银川 750002；2. 宁夏回族自治区彭阳县蔬菜产业发展服务中心，宁夏 彭阳 756500)

【研究意义】辣椒(CapsicumannuumL.)又名番椒，原产于拉丁美洲热带地区，茄科辣椒属，为一年生草本植物，在我国普遍栽培[1]。辣椒营养丰富，维生素C含量在蔬菜中居第一位[2]。辣椒是宁夏南部山区栽培面积较大的蔬菜之一，但受耕地的限制，蔬菜连作现象十分普遍，长期连作导致土壤微生物菌群失衡，有害病原微生物大量繁殖，病虫害发生频繁，土传病害逐年加重[1-4]，同时辣椒生产中由于长期大量使用化肥、农药和频繁的耕作等造成辣椒土壤生产力降低、病害频发、农药残留超标等一系列难题，并由此引发了一系列具有区域特点的生态与环境问题，致使辣椒区生态环境恶化，资源紧缺，辣椒质量和生产效益下降，已成为制约辣椒丰产栽培可持续发展的瓶颈[5-9]。微生物菌肥是由一种或数种有益微生物细菌经发酵而成的无毒害无污染的生物性肥料。已在多种作物上广泛应用[4,7]。并且证明有提高作物产量品质及增强抗病性的作用。但多为单一菌剂。【前人研究进展】陈雪丽[10]、王茹[11]等研究表明，植物对土传病害的抗性与根际土壤微生物关系密切。而土壤中微生物类群与土壤酶的活性密切相关[12-15]，其活性的大小可以较敏感地反映土壤中生化反应的方向和强度；耿丽平[16]等研究发现玉米秸秆还田配施微生物菌剂在一定程度上提高了土壤速效钾、土壤微生物量碳氮的含量和土壤纤维素酶活性，且土壤微生物量碳、氮含量表层明显高于下层；张丽荣[17]等研究表明微生物菌剂施入土壤后在作物根系周围形成了有益微生物优势菌群，提高了土壤微生物的活性,增加了土壤微生物数量；钱海燕[18]等研究发现秸秆还田配施微生物菌剂对转化酶活性以及真菌、氨化细菌、好气自生固氮菌、磷细菌、纤维素分解菌数量的增长效果最为显著，而对过氧化氢酶、尿酶活性以及土壤微生物细菌、放线菌、硝化细菌数量增长的效果不及秸秆还田配施 N、P、K；雷先德[19]等研究发现微生物菌剂能够保持和提高土壤微生物丰富度指数和香农?威尔 (Shannon-Wierner)多样性指数，稳定农田土壤环境中微生物种群多样性。【本研究切入点】通过单一菌剂在拱棚辣椒上试验研究结果：筛选出的枯草芽孢杆菌对辣椒连作土壤有明显减缓作用，但未开展复配菌剂在连作辣椒土壤的相关试验，能否减缓土壤连作障碍尚待研究。【拟解决的关键技术问题】本试验以辣椒连作8年塑料大棚为研究对象，通过不同微生物菌剂的配比施用，研究连作辣椒土壤对不同微生物菌剂用量的影响特征，测定了辣椒连作土壤中细菌、真菌和放线菌数量、土壤酶活性、土壤离子变化特点，以为筛选出1～2种不同微生物菌剂配比比例，能够有效缓解拱棚辣椒土壤连作障碍。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于宁夏南部山区彭阳县新集乡拱棚辣椒示范基地(连作辣椒8年)，实施地点土壤状况(全氮1.05 g·kg-1，全磷0.97 g·kg-1，全钾23.0 g·kg-1，有机质23.0 g·kg-1，碱解氮63.8 g·kg-1，速效磷30.4 g·kg-1，速效钾195 g·kg-1，pH 7.63，全盐1.17 g·kg-1)。

1.2 供试材料

微生物菌剂(胶质芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌)均为宁夏尚博农科技有限公司提供。

1.3 试验方法

处理1：胶质芽孢杆菌∶巨大芽孢杆菌∶枯草芽孢杆菌=1∶1∶1；处理2：胶质芽孢杆菌∶巨大芽孢杆菌∶枯草芽孢杆菌=2∶1∶2；处理3：胶质芽孢杆菌∶巨大芽孢杆菌∶枯草芽孢杆菌=1∶2∶2；处理4：胶质芽孢杆菌∶巨大芽孢杆菌∶枯草芽孢杆菌=2∶3∶3；处理5：胶质芽孢杆菌∶巨大芽孢杆菌∶枯草芽孢杆菌=3∶2∶3；对照(CK)：不施菌肥。

微生物菌剂按照不同比例混合后，均以500倍稀释灌根，3次重复，每个小区保证辣椒株数100株以上，分别在幼苗生长期，营养生长期，开花坐果期、结果盛期灌根，每株灌100 mL。

1.4 调查项目

1.4.1 土壤取样 结果盛期取根际土壤，采样深度为30 cm，每个处理分散5点取样1000 g，取100 g保持鲜样，4 ℃冷藏，其余风干待测。

1.4.2 土壤微生物数量测定 采用稀释平板法测定新鲜土壤中细菌、真菌、放线菌数量，细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基；真菌采用马丁氏琼脂培养基；放线菌采用改良高氏1号培养基。 实验步骤：称取10 g土样分别加入备好盛有 90 mL无菌水的三角瓶中，置于振荡器上振荡10 min，从所制悬浮液中吸取1 mL移入9 mL无菌水的试管中，依次类推稀释至所需浓度。 真菌稀释103倍、放线菌稀释104倍、细菌稀释105倍，3类微生物测定分别在培养 3、7、9 d 后统计菌落数。

1.4.3 土壤八离子测定 钾离子和钠离子：火焰光度法，钙离子和镁离子：EDTA容量法或者ICP、原子吸收光谱法，氯离子：硝酸银滴定法，硫酸根离子：EDTA容量法或者硫酸钡比浊法，碳酸根和重碳酸根离子：双指示剂滴定法。

1.4.4 土壤酶活性测定 土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，土壤蔗糖酶、纤维素酶采用3,5-硝基水杨酸比色法，过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法。

1.4.5 叶绿素含量 第3次灌根后测量辣椒叶绿素 (每小区5株)。

2 结果与分析

2.1 连作辣椒土壤酶活性对微生物菌剂的响应

酶是土壤或基质中生物活性最强的部分，反映了土壤或基质中各种生化过程的强度，可以作为评价土壤或基质肥力状况的生物活性指标，酶活性越高，土壤或基质性状越好[23]。 从图1～4可知，不同处理连作辣椒土壤酶活性有差异，土壤蔗糖酶是影响土壤碳代谢的关键酶。处理2蔗糖酶活性最强，为777.07 mg/g·24h，处理3、5蔗糖酶活性次之，分别为575.95、593.51、mg/g·24h，处理1与对照(CK)蔗糖酶活性最小，分别为520.61、518.29 mg/g·24h；土壤脲酶是表征土壤氮素转化的关键酶。处理2脲酶活性最强，为201.53 mg/g·24h，处理3、5及对照(CK)脲酶活性次之，处理1、4脲酶活性最弱，分别为141.61、137.29 mg/g·24h；处理2～4纤维素酶活性最强，分别为0.18、0.17、0.18 mg/g·min，处理1、5纤维素酶活性次之，对照(CK)纤维素酶活性最弱，为0.08 mg/g·min；过氧化氢酶是一种分解土壤中过氧化氢进而减小其对植物毒害作用的氧化还原酶，可以用来表征土壤的生化活性。处理2、4、对照(CK)过氧化氢酶活性差异不显著，均为7.38 mg/g·72h，处理1、3过氧化氢酶活性次之，处理5过氧化氢酶活性最弱，为7.22 mg/g·72h。

2.2 连作辣椒土壤微生物数量对微生物菌剂的响应

从表1可以看出，不同处理连作辣椒微生物数量差异显著，处理2土壤中细菌数量最高，为8.1×105，处理5、对照(CK)土壤中细菌数量次之，处理1、3、4土壤中细菌数量最低，分别为5.6×106、5.3×106、5.4×106；处理3、处理4土壤中真菌数量最高，分别为6.4×106、8.2×106，处理1、5及对照(CK)土壤真菌数量次之，处理2土壤中真菌数量最低，为1.2×106；处理2、3土壤中放线菌数量最低，分别为1.9×106、1.6×106；处理4、对照(CK)土壤中放线菌数量最高，分别为6.6×106、7.2×106，处理1、5土壤中放线菌数量次之。

图1 连作辣椒土壤蔗糖酶对微生物菌剂的响应Fig.1 Response of sucrase in continuous cropping pepper soil to microbial agents

图2 连作辣椒土壤脲酶对微生物菌剂的响应Fig.2 Response of soil urease of continuous cropping pepper to microbial agents

2.3 连作辣椒土壤离子对微生物菌剂的响应

从表2可以看出，不同处理土壤中碳酸氢根离子含量均低于对照(CK)，且差异显著(P<0.05)分别比对照减少33.3 %、20.5 %、30.8 %、28.2 %、43.6 %；处理3、4土壤中氯离子含量高于对照(CK)均比对照增加14.3 %，说明氯离子在土壤中富集；处理1、2、5土壤中氯离子含量与对照(CK)无明显差异，说明氯离子在土壤中并未富集；处理1、3土壤中硫酸根离子含量均低于(CK)，处理2、4、5土壤中硫酸根离子含量均高于对照(CK),分别比对照增加22.4 %、6.35 %、9.23 %，说明硫酸根离子在土壤中大量富集；处理1、3、5土壤中钙离子含量均高于对照(CK)，分别比对照增加11.1 %、36 %、50 %，说明土壤中钙离子在土壤中大量富集，处理2、4钙离子含量均低于对照(CK)；处理2、4土壤中镁离子含量均高于对照(CK)，分别对照增加50 %、18.1 %，说明镁离子在土壤中大量富集，处理1、3、5土壤中镁离子含量均低于对照(CK)；处理2、4土壤中钾离子均低于对照(CK)，处理1、3、5土壤中钾离子含量均高于对照(CK)，分别比对照增加18.3 %、12.5 %、43.7 %，说明钾离子在土壤中大量富集；处理2、3、4、5土壤中钠离子含量均低于对照(CK)，说明钠离子在土壤中并未富集，处理1土壤中钠离子含量高于对照(CK),比对照增加1.5 %，说明钠离子在土壤中稍有富集，但并不明显。

图3 连作辣椒土壤纤维素酶对微生物菌剂的响应Fig.3 Response of soil cellulase in continuous cropping pepper to microbial agents

图4 连作辣椒土壤过氧化氢酶对微生物菌剂的响应Fig.4 Response of catalase in soil of continuous cropping pepper to microbial agents

表1 连作辣椒土壤微生物数量对微生物菌剂的响应

表2 连作辣椒土壤离子对微生物菌剂的响应

2.4 连作辣椒叶绿素含量对微生物菌剂的响应

从图5可以看出，不同处理对连作辣椒叶绿素含量有影响，处理2、5叶绿素含量最高，分别为66.277、64.87SPAD，处理1、对照(CK)次之，分别为60.33、60.0SPAD，处理3、4叶绿素含量最低，分别为53.94、57.44SPAD。

图5 连作辣椒叶绿素含量对微生物菌剂的响应Fig.5 Response of chlorophyll content of continuous cropping capsicum to microbial agents

2.5 连作辣椒抗病性对微生物菌剂的响应

从图6～7可以看出，不同处理连作辣椒白粉病发病率及病情指数有差异，对照(CK)辣椒白粉病发病率、病情指数最高，分别为68.2 %、54.51，处理5辣椒白粉病发病率、病情指数次之，分别为45.33 %、36.23，处理1～4辣椒白粉病发病率、病情指数较低，分别在32.4 %～39.33 %， 23.8～28.11。

3 讨 论

微生物是维持土壤质量的重要组成部分，能够帮助植物适应养分胁迫的环境，改善土壤养分的吸收和利用[20-21]。以微生物为核心研发的新型复合菌剂、生物肥料、新型生物农药的使用，不仅可以减少化肥、农药的施用，有效提高土壤生产力，而且还可以起到对作物健株、控害的作用[22-24]。土壤酶是土壤有机质分解与养分转化和循环的驱动力，是土壤质量和生态稳定性的重要指标[5-7]，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反应强度，土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶等关键酶的共同作用促进了作物的生长发育和根系活力的提高[8-9]。研究发现，接种微生物菌剂能够改善土壤结构和营养状况，调节土壤酶的活性，提高土壤肥力和养分利用率[20]。芽孢杆菌菌剂能够显著改善根际土壤微生态，提高土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、过氧化物酶和脱氢酶活性[21]。本试验结果基本与前人研究结果一致。

图6 连作辣椒病情指数对微生物菌剂的响应Fig.6 Response of condition index of continuous cropping pepper to microbial agents

图7 连作辣椒白粉病发病率对微生物菌剂的响应Fig.7 Response of powdery mildew incidence of continuous cropping pepper to microbial agents

4 结 论

本研究中，处理2、5叶绿素含量最高，分别为66.27、64.87 SPAD；对照(CK)辣椒白粉病发病率、病情指数最高，分别为68.2 %、54.51；处理2蔗糖酶活性、脲酶活性最强， 处理2、3、4纤维素酶活性最强；处理2土壤中细菌数量最高，为8.1×105，处理2、3土壤中放线菌数量最小，分别为1.9×106、1.6×106；不同处理土壤中离子含量与对照(CK)相比，均有不同程度富集，处理3、4土壤中氯离子含量高于对照(CK)均比对照增加14.3 %，处理2、4、5土壤中硫酸根离子含量均高于对照(CK),分别比对照增加22.4 %、6.35 %、9.23 %，说明硫酸根离子在土壤中大量富集；处理2、3、4、5土壤中钠离子含量均低于对照(CK)，说明钠离子在土壤中并未富集，处理1土壤中钠离子含量高于对照(CK)，比对照增加1.5 %，说明钠离子在土壤中稍有富集，但并不明显。

综上所述，处理2(胶质芽孢杆菌∶巨大芽孢杆菌∶枯草芽孢杆菌=2∶1∶2可以显著降低土壤中有害真菌和放线菌数量，防止土壤由细菌型向真菌型转变；可以为辣椒生长提供足够的养分，提髙土壤酶活性，减轻病害发生程度，减少土壤中离子的富集，并能有效缓解辣椒土壤连作障碍。