摘要：研究了玉米連作10年、小麥連作8年-棉花連作10年、棉花連作15年和棉花6年-6年小麥/油葵輪作4種種植方式對土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶和蛋白酶活性的影響，并分析了土壤細菌、真菌、氨氧化古菌與氨氧化細菌對北疆綠洲農田不同種植方式的響應．結果表明:不同種植方式對土壤過氧化氫酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶和蛋白酶活性影響明顯，但對蔗糖酶無顯著影響;對氨氧化古菌多樣性指數有顯著影響，對土壤細菌、真菌和氨氧化細菌多樣性指數無明顯影響．土壤真菌和氨氧化細菌群落結構對不同種植方式的響應較細菌和氨氧化古菌敏感．長期棉花連作使綠洲農田土壤酶活性下降，微生物群落多樣性降低，而輪作可提高土壤酶活性和微生物群落結構多樣性．

　　關鍵詞：連作;土壤酶活性;微生物多樣性;輪作;PCＲ-DGGE

　　維持土壤微生物群落結構多樣性對提高農田生產力、抑制土傳病害及增強土壤緩沖能力具有重要意義．微生物廣泛參與土壤C、N、P、S等養分循環，是土壤有機物降解轉化的驅動力．土壤氮的生物小循環是地球大循環中最重要的物質循環，而氨氧化過程是整個氮循環過程的限速步驟．土壤微生物分泌的各類酶與土壤各種生物轉化過程緊密相關，土壤酶活性可表征土壤生物活性．土壤微生物群落結構多樣性與生物活性對農業活動中各種人為擾動有敏感的響應．賈志紅等［1］利用PCＲ-DGGE技術研究發現，烤煙輪作土壤微生物多樣性較連作高;棉花連作致使土壤細菌群落結構多樣性發生較大變化［2］．在新疆綠洲地區，棉花連作5～10年土壤酶活性明顯降低［3］．李坤等［4］得出葡萄連作使土壤細菌、真菌種群發 生 變 化．長期連作影響土壤中氨氧化古菌(ammoniaoxidizingarchaea，AOA)的群落組成，使土壤氨氧化 細 菌(ammoniaoxidizingbacteria，AOB)的組成趨于單一，同時也使 得AOB優 勢 種 群 富 集［5］．宋亞娜等［6］報道，AOA對紅壤硝化作用的影響程度較大．而輪作能有效克服連作障礙，提高土壤微生物多樣性［7］．綜上，不同種植方式可導致土壤生物活性與微生物群落結構多樣性發生變化．

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　　1.材料與方法

　　1.1試驗設計

　　選取北疆綠洲長期種植作物的大田，分 別 為T1:玉米連作10年，樣地面積0．7hm2;T2:小麥連作8年-棉花連作10年，樣地面積0．5hm2;T3:棉花連作15年，樣地面積1hm2;T4:棉花6年-6年小麥/油葵輪作，樣地面積3hm2．土壤類型為典型灌耕灰漠土(calcaricfluvisal)．

　　1.2樣品采集

　　采用多點混合法以“S”型路線在樣地上采集土壤，在樣點附近取12鉆為1個混合樣，共采集3個混合樣．土樣采集后一部分存放在4°C冰箱，用于測定酶活 性．另一部分存放在－80°C冰 箱，用 于 土 壤DNA提取和后續PCＲ-DGGE分子生物學指標測定．

　　2.結果與分析

　　2.1不同種植方式對土壤酶活性的影響

　　過氧化氫酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶及蛋白酶主要參與土壤有機碳、氮、硫的生物轉化與循環．由表2可知，不同種植方式對過氧化氫酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶和蛋白酶活性均有明顯影響．棉花6年-小麥6年連作/油葵輪作(T4)處理的過氧化氫酶(CAT)活性最高，分別比玉米連作10年(T1)、小麥連作8年-棉花連作10年(T2)和棉花連作15年(T3)的CAT活 性 高8．2%、2．0%和6．7%．T4處 理 的脫 氫酶(DHO)活性也最高，分別比T1、T2和T3處理的DHO活性高15．4%、14．3%和29．6%．芳基硫酸酯酶活性表現為:T4＞T2＞T1＞T3．蛋白酶活性則以T2處理下最高，其次為T4處理，T1處理最低．不同種植方式對土壤蔗糖酶的影響差異不顯著．T4處理的各種酶活性處在一個比較高的水平，說明輪作有利于北疆綠洲農田保持較高的土壤酶活性，而長期連作使土壤酶活性明顯下降．

　　2.2不同種植方式對細菌、真菌群落結構的影響

　　對不同種植方式下土壤細菌、真菌的DGGE指紋圖譜進行主成分分析(principalcomponentanaly-sis，PCA) ，其因子載荷可反映土壤中微生物群落結構的變化．由圖1A可以看出，土壤細菌群落結構遺傳多樣性的2個主成分PC1和PC2分別代表總變量的21．3%和19．0%．在相似度為80%情況下，棉花連作15年(T3)處理的土壤細菌群落在第1主成分軸上(PC1)明顯不同于棉花6年-6年小麥/油葵輪作(T4)處理，由第2主成分軸同樣發現，T4處理 細菌的群落結構明顯不同于T3處理，玉米連作10年(T1)、小麥連作8年-棉花連作10年(T2)兩處理細菌群落結構與T3處理比較接近．表明綠洲農田不同種植方式對土壤細菌群落結構有明顯影響．土壤真菌群落的2個主成分PC1和PC2分別代表總變量的28．2%和24．9%，累 計 方 差 貢 獻 率 為53．1%(圖1B)．在相似度為73%水平下，土壤真菌群落結構在第1主成分軸把T3和T4聚為一類，且明顯有別于T1和T2;在第2主成分軸上T1處理的真菌群落結構則顯著不同于T2處理．說明不同種植方式改變了土壤真菌群落結構，且綠洲農田土壤真菌群落結構對不同作物長期種植的響應比細菌敏感．

　　3討論

　　存在于農田土壤中的過氧化氫酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶、蛋白酶，對土壤中C、N、P、S等主要營養物質的循環轉化起著重要的作用［18］．棉花6年-6年小麥/油葵 輪 作(T4)處理中過氧化氫酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶活性均高于其他3個處理，而蛋白酶活性則在小麥連作8年-棉 花 連 作10年(T2)處理出現最高值，其次為T4，T1最低．原因可能是T2長期秸稈還田提供了充足的氮源和適宜的根際微生態環境，所以有較高的蛋白酶活性．

　　土壤微生物群落功能與遺傳結構多樣性間存在著復雜的關系，農田土壤功能的發揮依賴于穩定的土壤生物群落結構和豐富的群落多樣性．研究普遍認為，長期連作會使土壤由“細菌型”向“真菌型”轉化．如董艷等［19］研究發現，土壤真菌數量隨設施大棚年限增加而逐漸升高，種植10年和20年的細菌/真菌比(B/F)顯著低于露地土壤．作物輪作則可明顯增加土壤細菌和放線菌數量，顯著降低真菌數量，且輪作方式下土壤微生物的多樣性較高，尤其是土壤細菌群落多樣性明顯提高．

　　本文主成分 分 析 表 明，棉 花6年-6年 小 麥/油葵輪作(T4)處理細菌的群落結構明顯區別于棉花連作15年(T3)處理，玉米連作10年(T1)、小麥連作8年-棉花連作10年(T2)兩處理細菌群落結構與T3處理比較接近，但通過對DGGE指紋圖譜的多樣性指數進一步分析發現，無論細菌還是真菌的多樣性指數(Shannon指數與Simpson指數)在各處理間并無顯著差異．輪作處理細菌多樣性并沒有明顯優于連作處理，反而是T1和T3的細菌多樣性指數略高于T4，這與前人研究結果［1，4］不一致．可能是由于長期連作條件下，土壤異養微生物對土壤化感物質的分解能力增強而引起其多樣性指數增加［20－21］，當連作年限達到一定限度，土壤與作物根系環境篩選出適宜的菌群，細菌多樣性趨于新的相對穩定狀態．此外，新疆綠洲農田長期秸稈還田對土壤有機質含量和組成有一定影響，加之根系分泌物參與腐殖質形成，給土壤菌群繁殖生長提供了豐富的碳源與氮源，這些因素均可改變土壤微生態環境，并影響微生物群落與多樣性．如李鑫等［22］報道，鹽堿土pH和鹽度是制約微生物群落多樣性的主要因素;Marschner等［23］研究表明，施用有機肥可使細菌/真菌 的 比 例提高，且細菌群落多樣性會受到土壤有機碳與C/N的影響．

　　參考文獻:

　?。?］JiaZ-H(賈志紅) ，YiJ-H(易建華) ，SuY-Ｒ(蘇以榮) ，etal．Diversitycomparisonofsoilbacteriacommu-nitiesinrotationandcontinuousflue-curedtobaccocrop-ping．EcologyandEnvironmentalSciences(生態環境學報) ，2010，19(7) :1578－1585(inChinese)

　?。?］ZhangW(張偉) ，ChenY-F(陳一峰)．AnalysisofthebacterialcommunitiesincontinuouscottonfieldsofXinjiangProvince．ActaEcologicaSinica(生態學報) ，2014，34(16) :4682－4689(inChinese)

　?。?］LiuJ-G(劉建國) ，ZhangW(張偉) ，LiY-B(李彥斌) ，etal．Effectsoflong-termcontinuouscroppingsystemofcottononsoilphysical-chemicalpropertiesandactivitiesofsoilenzymeinoasisinXinjiang．ScientiaAgriculturaSinica(中 國 農 業 科 學) ，2009，42(2) :725－733(inChinese)

　　李銳 劉瑜褚 貴新