温室土壤生态化学计量学特征及与番茄青枯病的关系

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生态化学计量学是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学。目前生态化学计量学的研究主要集中在水生生态系统和湿地生态系统,对陆地生态系统的研究相对较少。在我国,有关生态化学计量学的研究刚刚起步,且主要集中在自然生态系统,对农田生态系统的研究尚不多见。  前人从土壤理化、生物学等性质的变化对温室土壤的质量演变进行了很多研究,但从生态化学计量学的角度研究温室土壤养分平衡状况及其与土壤质量关系的报道并不多见。因此,本研究从生态化学计量学的角度,研究了山东海阳地区温室土壤的质量状况以及土壤主要养分元素生态化学计量学特征及其与土壤酶活性的关系,为今后该地区设施土壤的管理提供了科学依据。  此外,在退化的温室土壤中,土壤生态环境的破坏势必会导致某些病原菌产生并大量繁殖,造成严重的土传病害,影响植物的生长发育。青枯病就是其中一种土传病害。但是迄今为止,尚无有效防止青枯病的方法。因此,本研究运用生态化学计量学理论及微生物学方法,通过测定在不同的碳氮营养条件下青枯菌和有益菌-荧光假单胞菌的生长情况,得出两者的碳氮营养生态位,为有效防治青枯病提供一种新的思路和理论依据。  主要研究结果如下:  (1)番茄温室土壤的容重在种植年限为1-11年间有逐渐降低的趋势,而在11-17年间略微增加,可能与土壤非活性有机碳的增减变化有关。土壤pH值随着种植年限的增加呈逐渐降低的趋势,酸化过程较为明显。土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾和碱解氮的含量均呈先增后减的趋势。山东海阳地区番茄温室土壤中速效磷含量的平均值高达428.6mg/kg,明显高于已报道的其他地区的温室土壤速效磷的平均含量。该地区过量施用磷肥及含磷量高的动物粪便可能导致了土壤磷的富集。  (2)温室土壤C∶N、C∶P以及N∶P的摩尔比平均值分别为11.0,23.9,2.3。C∶N∶P摩尔比的平均值为25∶2∶1。但是相关性分析表明,温室土壤的C、N、P之间没有形成固定的平衡关系。磷的大量投入及温室使用年限是影响温室土壤C、N、P摩尔比的主要影响因素。在种植年限1-10年间C∶N、C∶P及N∶P摩尔比呈逐年增加的趋势,但是在种植年限超过10年后,这三个比值开始有下降的趋势,其中N∶P的摩尔比变化较大。  (3)海阳地区番茄温室土壤Fe、Zn、Cu、Mn含量平均值为18874mg/kg、80.1mg/kg、27.7mg/kg、467.5mg/kg,均高于当地土壤背景值。其中,Mn含量比当地背景值高了2.16倍;Fe的平均含量比当地背景值高了26.7%;Cu的平均含量比当地背景值提高了15.4%;而Zn的平均含量比当地背景值仅提高了1%。该地区番茄温室土壤Cu和Zn元素含量在种植年限为1-10年间逐年增加,而在种植年限11-17年间呈降低的趋势。随着蔬菜温室使用年限的增加,土壤Mn含量有逐年降低的趋势,Fe元素含量变化趋势不明显。  (4)随着种植年限的增加,土壤过氧化氢酶活性增加,且与N∶AP比值间相关性最好;脲酶活性在温室使用前8a呈增加趋势,之后开始降低,但与各养分摩尔比间相关不显著;酸性磷酸酶活性随种植年限的增加而呈逐渐增加并趋于稳定的变化趋势,与N∶AP比值间相关性最好。  (5)温室土壤有机碳与微量元素Fe、Cu、Mn、Zn之间摩尔比的平均值依次分别为324.2、249629.8、13059.9、83749.4。温室土壤全氮与微量元素Fe、Cu、Mn、Zn之间摩尔比的平均值分别为29.1、22708.2、1188.7、7797.1。温室土壤全磷与微量元素Fe、Cu、Mn、Zn之间摩尔比的平均值分别为18.34、14243.6、718.2、4791.2。温室土壤微量元素Fe、Cu、Mn、Zn之间摩尔比的平均值分别为865.3、45.5、310.4、22.7、3.1、7.5。温室土壤有机碳与微量元素Fe、Cu、Mn、Zn之间的摩尔比、N∶Fe、N∶Mn、P∶Fe及P∶Mn随种植年限增长的变化趋势均是先增大后减小。N∶Cu、N∶Zn、P∶Cu、P∶Zn、Fe∶Mn、Zn∶Cu摩尔比随年变化的趋势基本稳定不变。Fe∶Cu、Fe∶Zn、Mn∶Zn摩尔比随年限增长的变化趋势是先降低后增高。Mn∶Cu摩尔比随年变化趋势是先降低后趋于稳定。可见,Fe和Mn、Zn和Cu具有同源性。  (6)在不同土壤类型中,壤土和沙壤土、沙土和黄沙土之间微生物种群相似度最高,分别达到了49%和54%,其次是黏土与壤土、沙壤土。在不同的种植年限中,1和3、16和17以及4和5年的土壤种群相似度较高,10年的土壤微生物种群跟其他年限的土壤微生物种群相似度都不高。这个结果与温室土壤有机碳和全氮随种植年限增长的变化趋势一致。  (7)C∶N比在0.5∶1到9∶1的环境下青枯菌的生长数量呈增长的趋势,C∶N比为9∶1时青枯菌的生长数量达到最大值。而从C∶N比在9∶1到27∶1的环境条件下,青枯菌的生长数量呈降低趋势。碳氮比为9∶1时,同比例增大2倍的环境下青枯菌生长的菌落数最多。此外,改变氮素的形态对青枯菌的生长量没有显著影响。  (8)荧光假单胞菌在0.5∶1到4∶1的环境下的生长数量呈增长的趋势,C∶N比为4∶1时荧光假单胞菌的生长数量达到最大值。而从C∶N比在4∶1到27∶1的环境条件下,荧光假单胞菌的生长数量呈降低趋势。碳氮比为4∶1时,同比例增大4倍的环境下的荧光假单胞菌生长的菌落数最多。此外,改变氮素的形态对荧光假单胞菌的生长量没有显著影响。  (9)经实地调查,易发病的海阳地区温室土样C∶N摩尔比集中分布在9∶1-15∶1之间,而在此环境条件下,相对适宜于青枯菌的生长。因此可以推断,这可能是导致土传病害青枯病易爆发的原因之一。
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