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设施蔬菜在我国种植业生产中占有极其重要的地位。由于经济利益的驱动,设施蔬菜生产中连续种植同一种作物的现象非常普遍,由此引起了以土传病害频繁发生为主要特征的连作障碍。目前,研究者将连作障碍归因于土壤微生物群落的变化,即连作导致土壤细菌数量下降,包含大量植物病原菌的真菌数量上升。通过向土壤或者根际添加有益微生物或者该类微生物的能源物质,以此调控植物根际微生态系统是目前解决连作障碍的一个思路。但是由于土壤细菌数量庞大、种类繁多且研究手段有限,目前我们并不能确定连作土壤中哪类有益土壤细菌的减少与连作障碍发生相关。 植物促生菌(Plant Growth Promoting Rizhobacteria, PGPR)是一类重要的有益微生物。研究表明添加PGPR细菌有助于抑制作物病害、提高作物产量或生物量、提高作物抗逆性,而作物病虫害、产量下降及土壤盐渍化等问题正是目前设施蔬菜连作土壤存在的主要问题。因此,本研究假设土壤中PGPR与造成设施蔬菜连作障碍的土壤微生物因子有关。由于PGPR包括多个细菌属的不同细菌,将其逐一进行研究比较困难,因此本研究通过对PGPR细菌进行总结,得出芽孢杆菌和假单胞菌类PGPR细菌是主要的植物促生菌,并且芽孢杆菌和假单胞菌是农田土壤中的优势细菌。因此,本研究将芽孢杆菌和假单胞菌做为研究对象,分析连作年限与土壤中芽孢杆菌、假单胞菌的数量及其与土壤微生物群落结构的关系;分析长期定位试验中不同氮肥用量与秸秆投入对设施番茄土壤芽孢杆菌和假单胞菌的影响;通过原位培养的方法将芽孢杆菌和假单胞菌接种到设施番茄连作障碍的土壤中,分析应用芽孢杆菌及假单胞菌调控土壤微生物群落,控制连作障碍,改善土壤环境的可能。本研究丰要得出以下结论: 1.芽孢杆菌和假单胞菌类PGPR细菌是最主要的PGPR菌。在促进作物生长方面的PGPR细菌中,假单胞菌占38.8%,芽孢杆菌占37.1%;在控制病害方面,芽孢杆菌的数量最多,占已有研究的58.4%,假单胞菌占22.8%。挖掘文献数据并计算响应比得出,在促进作物生长方而,应用假单胞菌和芽孢杆菌可将作物产量或生物量分别提高16%和34%。在控制作物病害方面,接种假单胞菌和芽孢杆菌可将作物病害发生率分别降低67%和66%。 2.长期连作导致土壤细菌总量持续下降,包括大多数PGPR细菌的土壤芽孢杆菌和假单胞菌呈现先增长后降低的趋势(6-10年),且长期连作也导致土壤微生物群落结构改变,土壤微生物中的优势细菌-芽孢杆菌和假单胞菌一种群密度在连作4-5年后开始下降,与一些常见作物连作障碍发生的时间一致。由于农户习惯于大量施用有机肥,长期连作设施番茄(1-21年)对土壤化学性质影响不明显;结合土壤化学性质及微生物群落结构、芽孢杆菌和假单胞菌的变化,本研究认为设施番茄连作以不超过4-5年为好。 3.化学氮肥及秸秆添加增加了土壤细菌,芽孢杆菌及假单胞菌的数量,但这种促进作用与化学氮肥施用量的关系不明显。不同氮肥用量及秸秆添加处理引起土壤微生物群落结构改变,但对土壤微生物多样性的影响不大。由于农户习惯投入大量有机肥(鸡粪、牛粪)作为基肥,因此,试验6年期间,化学氮肥由600kg N/hm2减少到300kg N/hm2并未导致番茄产量下降,也未对土壤微生物群落结构或两种关键微生物产生影响,因此,在该生产管理体系下,减少300 kg N/hm2的氮肥用量是可行且必要的。 4.在不同氮肥用量条件下单独接种、混合接种枯草芽孢杆菌和荧光假单胞菌于存在连作障碍的番茄幼苗根际土壤中,结果显示在施用菌液后到取样时间内荧光假单胞菌和枯草芽孢杆菌均可在根际土壤中定殖,且假单胞菌有助于提高番茄幼苗生物量,而芽孢杆菌则有助于抑制番茄灰霉病发生。施用芽孢杆菌、假单胞菌及ETS复合微生物有机肥引起根际土壤微生物代谢功能群落及结构群落改变,但芽孢杆菌及假单胞菌对土壤微生物多样性的影响不明显。