宋 鈺，李統(tǒng)華，金夢(mèng)軍，楊成德*，張俊蓮

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院/甘肅省農(nóng)作物病蟲(chóng)害生物防治工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730070；

2.甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730070）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）又稱(chēng)洋芋、土豆等，是世界上僅次于水稻（Oryza sativaL.）、小麥（Triticum aestivumL.）和玉米（Zea maysL.）的第四大糧食作物[1,2]，另外，馬鈴薯也是重要的飼料之一，如馬鈴薯秧及塊莖均可加工為飼料或飼料添加劑。目前有156個(gè)國(guó)家和地區(qū)種植馬鈴薯，中國(guó)是世界上主要種植基地[3]。甘肅省是中國(guó)的馬鈴薯種植大省，2016年種植面積68.42萬(wàn)hm2，產(chǎn)量達(dá)1 130.35萬(wàn)t，產(chǎn)量和面積均居全國(guó)第3位，已成為全國(guó)馬鈴薯種薯、商品薯生產(chǎn)及加工基地，全省農(nóng)民每年人均從馬鈴薯產(chǎn)業(yè)中獲得純收入228元，占農(nóng)民人均純收入的19.3%[4]，是甘肅省許多縣（區(qū)）脫貧致富的“金蛋蛋”。由于馬鈴薯所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)利益，致使馬鈴薯生產(chǎn)中普遍存在連茬或不合理輪作現(xiàn)象，引起土壤有害微生物增多、鹽漬化加重、養(yǎng)分比例失調(diào)等問(wèn)題[5-7]，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量下降、品質(zhì)變劣等連作障礙，并且該現(xiàn)象逐年加重，嚴(yán)重威脅糧食安全[8]。近年來(lái)，利用生物間相互協(xié)同，相互抑制的原理，合理安排作物輪、套、間作制度，已成為有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)之一。研究表明，紫花苜蓿（Medicago sativaL.）、小麥和玉米輪作能顯著影響土壤微生物組成、降低自毒物質(zhì)含量有效改善土壤環(huán)境[9]；小麥與油菜（Brassica napusL.）、馬鈴薯、蠶豆（Vicia fabaL.）輪作2年或以上能有效降低小麥禾谷孢囊線蟲(chóng)（Heterodera avenae）種群密度[10]；小麥-豌豆（Pisum sativumL.）-馬鈴薯輪作后，微生物總量有不同程度的升高，真菌數(shù)量顯著降低，土壤中的放線菌、細(xì)菌數(shù)量最高[11]。甘肅省白銀市景泰縣條山農(nóng)場(chǎng)處于半漠區(qū)，以灌溉農(nóng)業(yè)為主，在這種特殊的地理環(huán)境條件下不同種植模式對(duì)土壤微生物有怎么樣的影響？目前未有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。因此，該試驗(yàn)在條山農(nóng)場(chǎng)選擇試驗(yàn)地，研究馬鈴薯與不同作物輪作、馬鈴薯連作及輪休方式下土壤微生物數(shù)量的變化，旨在揭示馬鈴薯種植方式對(duì)土壤微生物的影響，以期為制定合理的栽培模式及恢復(fù)地力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于甘肅省中部引黃灌區(qū)的條山農(nóng)場(chǎng)，位于N 103°33'～104°43'，E 36°43'～37°38'，海拔1 274～3 321 m，是典型的溫帶大陸干旱氣候，年平均氣溫9.1℃，無(wú)霜期在141 d左右[12]。年平均降水量193.72 mm，年平均蒸發(fā)量1 722.8 mm。年平均日照時(shí)數(shù)2 713 h，全縣光熱資源豐富，日照百分率62%，太陽(yáng)年平均輻射量147.8 Kcal/m2，≥0℃活動(dòng)積溫3 614.8℃，≥10℃有效積溫3 038℃[13]，是中國(guó)光熱資源最豐富的地區(qū)之一。試驗(yàn)地土壤為灰鈣土，質(zhì)地為砂壤。

1.2 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種為‘大西洋’（原種），玉米品種為‘正德305’，藜麥（Chenopodium quinoaW.）品種為‘條藜2號(hào)’。

1.3 試驗(yàn)方法

于2017年在條山農(nóng)場(chǎng)前茬為馬鈴薯的田塊分別種植玉米、藜麥和馬鈴薯，2018年在種植玉米、藜麥和馬鈴薯的田塊上繼續(xù)種植馬鈴薯，形成馬鈴薯-玉米-馬鈴薯輪作、馬鈴薯-藜麥-馬鈴薯輪作、馬鈴薯-馬鈴薯-馬鈴薯和休耕（3年不種植任何農(nóng)作物，處于自然狀態(tài)）4個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。馬鈴薯播種株距35 cm，壟寬20 cm，壟行距40 cm，播種密度約為56 250株/hm2；玉米定苗后的密度約為60 000株/hm2；藜麥播種密度為6 kg/hm2[14]。采用相同的施肥措施和大田管理方法，將土壤含水量控制在適宜范圍內(nèi)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 土樣采集

試驗(yàn)設(shè)馬鈴薯-玉米-馬鈴薯輪作、馬鈴薯-藜麥-馬鈴薯輪作、馬鈴薯-馬鈴薯-馬鈴薯和休耕4個(gè)處理，分別在9月25日馬鈴薯成熟期采用5點(diǎn)取樣法采集0～15，15～30和30～45 cm三個(gè)不同土層的土壤樣品，將各點(diǎn)土樣混合，按四分法除去多余土樣，過(guò)1 mm篩，留1 kg左右裝入無(wú)菌聚乙烯袋，帶回實(shí)驗(yàn)室后立即用于微生物數(shù)量的測(cè)定。

1.4.2 微生物數(shù)量分離與測(cè)定

采用平板稀釋法分離不同土壤樣品中的真菌、放線菌和細(xì)菌。稱(chēng)取土壤鮮樣1 g，于無(wú)菌條件下用無(wú)菌水配成不同濃度梯度懸浮液，取100μL稀釋液進(jìn)行平板涂布；培養(yǎng)基分別為馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基、改良‘高氏1號(hào)’培養(yǎng)基及牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；稀釋濃度分別為：真菌1×10-1和1×10-2，放線菌1×10-2和1×10-3，細(xì)菌1×10-3和1×10-4；培養(yǎng)時(shí)間及溫度：真菌25℃恒溫培養(yǎng)5～7 d，放線菌28℃恒溫培養(yǎng)7～10 d，細(xì)菌28℃恒溫培養(yǎng)3 d；統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)，并按公式計(jì)算菌落數(shù)[15]，公式如下：

活菌數(shù)（CFU/g）＝（菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)）/干土%

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)真菌數(shù)量的影響

土壤真菌主要分布于0～15 cm土層中，休耕一年土壤中真菌數(shù)量最多，馬鈴薯連作土壤中真菌數(shù)量最少；隨著土壤深度增加，真菌數(shù)量降低（圖1）。

馬鈴薯-玉米-馬鈴薯輪作時(shí)，0～15 cm土層中真菌數(shù)量最多，菌落數(shù)為7.43×102CFU/g，隨著土層加深，真菌數(shù)量逐漸減少；與0～15 cm土層中真菌數(shù)相比，15～30 cm的土層中真菌數(shù)量減少了50.20%，30～45 cm土層中真菌數(shù)量減少了91.92%。馬鈴薯-藜麥-馬鈴薯輪作時(shí)，0～15 cm的土層中真菌數(shù)量高于其他土層真菌數(shù)量，菌落數(shù)為7.40×102CFU/g，隨著土層加深，真菌數(shù)量逐漸減少，但15～30和30～45 cm土層的菌量相差較小，分別為1.63×102和1.05×102CFU/g；與0～15 cm的土層中真菌數(shù)相比，15～30和30～45 cm的土層中真菌數(shù)分別減少了77.97%和85.81%。馬鈴薯-馬鈴薯-馬鈴薯連作時(shí)，0～15 cm土層中真菌數(shù)量高于其他土層真菌數(shù)量，菌落數(shù)為4.15×102CFU/g，隨土層深度的增加真菌數(shù)量減少。與0～15 cm土層中真菌數(shù)相比，15～30和30～45 cm土層中真菌數(shù)分別減少了10.84%和60.72%。休耕一年時(shí)，0～15 cm土層中真菌數(shù)量高于其他土層真菌數(shù)量，菌落數(shù)為11.00×102CFU/g，隨土層深度的增加真菌數(shù)量減少。與0～15 cm土層中真菌數(shù)相比，15～30和30～45 cm土層中真菌數(shù)分別減少了50.90%和66.09%。

由此結(jié)果知不同耕作方式間相同土層真菌數(shù)量不同，但0～15，15～30和30～45 cm土層中休耕真菌數(shù)量高于其他耕作方式，菌落數(shù)分別為11.00×102，5.40×102和3.73×102CFU/g。連作土壤表層真菌數(shù)量最低可能是土壤中有益真菌減少造成了差異。

2.2 不同耕作方式對(duì)放線菌數(shù)量的影響

不同耕作方式下放線菌數(shù)量均表現(xiàn)為0～15 cm土層最多，且隨土層加深數(shù)量降低，其中馬鈴薯-玉米-馬鈴薯輪作、馬鈴薯-藜麥-馬鈴薯輪作和馬鈴薯-馬鈴薯-馬鈴薯連作時(shí)0～15 cm土層放線菌菌落數(shù)分別為1.77×104，2.35×104和3.87×104CFU/g，30～45 cm土層較0～15 cm土層分別下降了28.25%，57.45%和42.89%（圖2）。

休耕處理下，15～30 cm土層中放線菌數(shù)量最多，達(dá)2.39×104CFU/g，與15～30 cm土層中放線菌數(shù)量相比較，0～15 cm土層中放線菌數(shù)降低了6.69%，30～45 cm土層中放線菌數(shù)降低了57.32%。

馬鈴薯-馬鈴薯-馬鈴薯耕作方式中放線菌數(shù)量高于其他耕作方式，0～15、15～30和30～45 cm土層中菌落數(shù)分別為3.87×104，2.42×104和2.21×104CFU/g，且在0～15和15～30 cm土層中馬鈴薯-玉米-馬鈴薯輪作時(shí)放線菌數(shù)量最低。

2.3 不同耕作方式對(duì)細(xì)菌數(shù)量的影響

土壤細(xì)菌主要分布于0～15 cm土層中，馬鈴薯-馬鈴薯-馬鈴薯連作模式中土壤細(xì)菌數(shù)量最多，馬鈴薯-藜麥-馬鈴薯輪作和馬鈴薯-玉米-馬鈴薯輪作模式中土壤細(xì)菌數(shù)最少；隨著土壤深度加深細(xì)菌數(shù)量逐漸減少（圖3）。

馬鈴薯-玉米-馬鈴薯輪作時(shí)，0～15 cm土層中細(xì)菌數(shù)量最多，菌落數(shù)為4.63×104CFU/g，隨著土層加深，細(xì)菌數(shù)量逐漸減少；與0～15 cm土層中細(xì)菌數(shù)相比，15～30和30～45 cm土層中細(xì)菌數(shù)分別下降了57.45%和85.96%。馬鈴薯-藜麥-馬鈴薯輪作時(shí)，0～15 cm土層中細(xì)菌數(shù)量最多，達(dá)4.63×104CFU/g，15～30和30～45 cm土層較0～15 cm土層分別減少了34.77%和56.80%。馬鈴薯-馬鈴薯-馬鈴薯連作時(shí)，0～15 cm土層中細(xì)菌數(shù)量最多，達(dá)77.68×104CFU/g；與0～15 cm土層中細(xì)菌數(shù)量相比，15～30 cm土層中細(xì)菌數(shù)減少了57.35%，30～45 cm土層中細(xì)菌數(shù)減少了75.64%。休耕一年時(shí)，0～15 cm土層中細(xì)菌數(shù)量高于其他土層，達(dá)11.92×104CFU/g，15～30和30～45 cm土 層 中 細(xì) 菌 數(shù) 分 別 減 少 了27.43%和59.48%。

相同土層中細(xì)菌數(shù)量在不同耕作方式下不同，其中0～15，15～30和30～45 cm土層中均為馬鈴薯-馬鈴薯-馬鈴薯連作細(xì)菌數(shù)量高于其他耕作方式，菌落數(shù)分別達(dá)77.68×104，33.13×104和18.92×104CFU/g，其次為休耕方式。

3 討論

土壤微生物參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、循環(huán)以及土壤有機(jī)質(zhì)的分解和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的釋放等[16,17]，是促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)的原動(dòng)力，是土壤質(zhì)量的生物學(xué)指標(biāo)之一。因此，研究土壤微生物數(shù)量是明確耕作方式優(yōu)劣的途徑之一。不同耕作方式下不同土層中微生物群落對(duì)研究作物種植模式意義重大，李桂喜等[18]報(bào)道土壤微生物數(shù)量在不同耕作方式下隨著土層深度的增加而明顯降低；唐超等[19]報(bào)道連作番茄保護(hù)地土壤0～20 cm土層微生物含量最高，隨著土層加深呈下降趨勢(shì)；王桂紅等[20]報(bào)道玉米和牧草典型種植模式下隨著土層加深土壤微生物量呈下降趨勢(shì)。本研究發(fā)現(xiàn)，在不同耕作方式中，除輪休中放線菌在15～30 cm中較大外，在其他種植輪作方式下，真菌、放線菌及細(xì)菌均隨著土層深度增加菌落數(shù)呈下降趨勢(shì)，與文獻(xiàn)報(bào)道一致。譚雪蓮等[21]報(bào)道土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量隨馬鈴薯連作年限的增加呈下降趨勢(shì)，真菌呈上升趨勢(shì)；倪苗等[22]報(bào)道以豇豆為主茬，分別輪作莧菜、蕹菜、菜薹、芥菜或大白菜，提高了土壤細(xì)菌群落的豐度和真菌群落的多樣性；姚小東等[23]報(bào)道連作種植模式有利于病原真菌在根表定殖，抑制了有益細(xì)菌的生長(zhǎng)；王悅等[24]報(bào)道輪作和套作可以提高根際細(xì)菌群落多樣性，改變微生物群落組成。本文研究表明，4種耕作方式中，休耕各個(gè)土層的真菌數(shù)量大于其他耕作方式下各土層的真菌數(shù)量，馬鈴薯連作下各土層中的細(xì)菌和放線菌均大于其他種植方式，這與譚雪蓮等[21]和倪苗等[22]的研究結(jié)果有差異，可能與種植的作物、輪作方式及土壤等有一定關(guān)系，但具體原因有待進(jìn)一步研究。