改良措施對農田土壤微生態及人參存苗率的影響

董林林++徐江++?，|浩

[摘要]該文研究土壤消毒、綠肥回田、施肥過程中土壤微生態環境的變化，初步建立農田土壤改良方法，保證農田栽參的順利進行。研究分析了土壤消毒、消毒+綠肥回田及消毒+綠肥回田+施肥處理后農田土壤理化性狀、細菌群落多樣性及組成，結果表明改良措施降低土壤pH，增加土壤肥力，降低土壤細菌多樣性，改變細菌群落的組成。消毒+綠肥回田+施肥的綜合措施降低移栽參苗死亡率。該研究表明土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥的措施改變農田土壤微生態環境，綜合改良措施提高參苗存苗率，保障農田栽參的開展。

[關鍵詞]農田栽參；微生態；土壤消毒；綠肥回田

Effects of improving measures on soil microecology and

survival rate of ginseng in farmlands

DONG Linlin1， XU Jiang1， NIU Weihao1， GAO Yue1， ZHANG Naiwu2， NAOKI Fujihara3， LI Xiwen1， CHEN Shilin1*

（1Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China；

2 China Medico Corporation， Beijing 100062， China；

3 Botanical Raw Materials Research Laboratories， Ibaraki 3001192， Japan）

[Abstract]This study analysed the changes of the soil microecology in the process of soil sterilization， green manure returning farmlands and fertilization The methods of soil improvement was initially built which ensured the successful proceed of ginseng cultivation in farmlands The soil chemical properties were analysed， the diversity and composition of bacterial community after soil sterilization， sterilization+green manure returning farmlands and sterilization+green manure returning farmlands+fertilization The results exhibited that measures of soil improvement decreased the pH， increased soil fertility， declined the diversity of bacterial community and changed the composition of soil bacterial community The comprehensive measures of sterilization+green manure returning farmlands+fertilization decreased the ginseng death rate compared to the control Our data indicated that soil microecological environment was changed by the treatments of soil sterilization， sterilization+green manure returning farmlands and sterilization+green manure returning farmlands+fertilization， and comprehensive measures improved the survival rate and guaranteed the development of ginseng cultivation in farmlands

[Key words]ginseng cultivation on farmlands； soil microecology； soil sterilization； green manure returning farmlands

doi：10.4268/cjcmm20162307

人參Panax ginseng C A Mey是傳統名貴藥材，有“百草之王”的美譽。中國是人參主產國，其栽培面積和產量均居世界首位[1]。人參是多年生宿根植物，連作障礙問題嚴重，極大制約了人參產業的可持續發展[2]。利用傳統農田種植人參，可實現傳統作物與人參輪作，有效的緩解參地資源緊缺的問題[3]。

農田土栽種人參存在產量低、病害重等問題[4]，其主要原因是農田土的有機質含量低，土壤肥力較差，孔隙度小，容重大，不利于人參生長[56]。因此，土壤改良是保障農田栽參順利開展的前提。土壤消毒能有效殺滅土壤中病原菌，減輕土傳病害[7]，綠肥回田可以改善土壤的理化性狀并對病蟲害有顯著的抑制作用[8]，施肥改土增加土壤肥力，保證人參的順利生長[9]。目前，關于土壤消毒和綠肥回田及施肥改土過程中，土壤微生態環境變化的研究相對較少，而該結果對于指導土壤改良具有重要的意義。

本研究采用土壤消毒和綠肥回田及施肥措施改良農田土壤微生態環境，通過分析土壤理化性質和微生物群落變化及綜合改良后人參死苗率，闡述改良措施對土壤微生態的改善作用，為農田栽參的順利開展提供參考。

1材料與方法

11試驗設計該試驗開展于中國中醫科學院中藥研究所靖宇縣農田栽參基地（1268°，4239°），試驗面積為667 m2。該試驗地是傳統的農田，前茬作物為玉米Zea mays L。玉米收獲后，地塊經旋耕備用。小區試驗（面積為111 m2）隨機排布，試驗設計為：6月20日采用氯化苦進行土壤消毒，即施入土中15 cm處，在03 m×03 m間距中每個穴中施入3 mL，覆膜1周；7月15日，消毒后的地塊種植綠肥紫蘇Perilla frutescens Britt，用種量為15 g·m-2；8月28日綠肥回田，旋耕2次；9月15日對消毒及回田之后的地塊進行施肥改土，采用農家肥30 kg·m-2，農家肥主要成分為牛糞及豬糞，按照2∶1混勻、備用，其中以無任何處理的小區作為對照。按照林地栽參方式，進行做床、播種等農藝措施。人參、紫蘇種子及農家肥由盛實百草有限公司提供。

12土壤樣品采集于土壤消毒前后、綠肥回田后、施肥改土之后，分別采集農田土壤樣品；同時以無任何處理的小區樣品為對照。每個小區隨機選取5個點，采集每個點0～20 cm土層樣品，將5個樣品混勻，過篩（2 mm）。每份樣品分為2部分，一部分用于土壤理化性狀的分析，另一部分于-80 ℃保存備用于土壤微生物群落分析。

13土壤理化性狀的分析土壤pH采用水浸提法測定[10]；土壤有機質及氮分別采用水合熱法[11]及凱氏定氮法測定[12]；微波消解法測定土壤金屬元素。

14土壤微生物群落的分析采用MOBIO PowerSoil Kit（MOBIO，美國）提取土壤總DNA，利用通用引物27F/338R擴增細菌16S rRNA片段[13]。序列擴增、純化、均一化參照Rodrigues 等[14]描述。采用Illumina Misq測序方法獲取土壤細菌宏基因組序列，利用QIIME軟件進行序列分析[15]。通過各樣品標簽對數據進行區分并歸類（表1），去除非靶區域序列及嵌合體[16]。采用RDP classifier將序列進行物種分類，對每個樣本和每個物種單元進行分類，構建樣本和物種分類單元序列豐度矩陣[17]。根據序列之間的距離進行聚類，并根據序列之間的相似性作為域值分成操作分類單元（OTU）。計算各物種多樣性指數，衡量樣本物種多樣性[16]。

15死苗率分析每個小區隨機選取2 m2，統計移栽參第2年的出苗數；7月中旬統計參苗的死苗數，計算死苗率，3次重復。

16數據分析采用SPSS 110軟件，在α=005水平上進行顯著性方差分析。

2結果

21改良措施降低土壤pH，增加土壤肥力與對照相比，土壤消毒，消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥減低了土壤pH，增加了土壤總氮（N）、有機質（OM）、鐵（Fe）、速效鉀（AK）、鎂（Mg）、錳（Mn）、全磷（P）、鋅（Zn）的含量（表 2）；其中pH分別減低了14%，10%，5%；土壤有機質分別增加52%，72%，76%；土壤中總氮分別增加50%，47%，59%；Fe，AK，Mg，Mn，P，Zn的含量分別增加14%～33%，1%～18%，14%～28%，30%～46%，1%～34%，6%～17%。結果表明，土壤消毒，消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥措施降低土壤pH，增加土壤肥力。

22改良措施減低土壤微生物多樣性采用高通量測序技術，21個土壤樣品中共獲得330 464條序列，其中222 296條序列可分類，每個樣品中平均有10 585條序列，序列長度5 025～16 329（表1）。土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥的措施降低了土壤微生物的多樣性（表3）。與對照相比，土壤消毒后香農指數，Chao1和豐富度，分別減低了4%，2%，6%；消毒+綠肥回田后，香農指數，Chao1和豐富度均減低了1%，消毒+綠肥回田+施肥后，香農指數，Chao1和豐富度分別減低了3%，3%，2%。結果表明，土壤改良措施降低土壤微生物多樣性，但差異不顯著。

23改良措施改變土壤微生物群落的組成土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥改變了土壤微生物群落的組成（圖1，2）。PCoA結果表明，與對照相比，土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥處理之后，土壤微生物群落組成發生變化（圖1）。

在門的水平上，與對照相比，消毒后土壤中Firmicutes，Acidobacteria，Nitrospira，Armatimonadetes，Actinobacteria，Chlorobi，Gemmatimonadetes，Planctomycetes，TM7的豐度下降；消毒+綠肥回田措施降低了土壤中Proteobacteria，Bacteroidetes，Actinobacteria，TM7，Verrucomicrobia的豐度；消毒+綠肥回田+施肥后，土壤中Firmicutes，Bacteroidetes，Acidobacteria，Nitrospira，Armatimonadetes，Chlorobi，Gemmatimonadetes，Chloroflexi，Planctomycetes豐度下降（圖2A）。結果表明，改良后土壤微生物的豐度在門水平主要表現為下降趨勢。

在科的水平，與對照相比，消毒后土壤中Succinivibrionaceae，Comamonadaceae，Ruminococcaceae，Porphyromonadaceae，Lachnospiraceae，Xanthomonadaceae，Planococcaceae豐度增加；消毒+綠肥回田后，消毒+綠肥回田+施肥后土壤中Succinivibrionaceae，Ruminococcaceae，Sphingobacteriaceae，Porphyromonadaceae，Lachnospiraceae，Xanthomonadaceae，Planococcaceae豐度增加（圖2B）。結果表明，改良后土壤中微生物的豐度在科水平主要表現為增加趨勢。

在屬水平，與對照相比，消毒后土壤中Faecalibacterium，Pseudomonas，Succinivibrio，Barnesiella，Serratia，Simplicispira，Stenotrophomonas豐度下降；消毒+綠肥回田后土壤中Buttiauxella，Faecalibacterium，Pseudomonas，Succinivibrio，Escherichia，Barnesiella，Acinetobacter，Pedobacter，Serratia，Stenotrophomonas豐度下降；消毒+綠肥回田+施肥后土壤中Buttiauxella，Faecalibacterium，Succinivibrio，Escherichia，Barnesiella，Acinetobacter，Pedobacter豐度下降（圖2C）。結果表明，改良后土壤微生物的豐度在屬的水平主要表現為下降趨勢。

24綜合改良措施降低人參死苗率土壤消毒+綠肥回田+施肥的綜合改良措施降低了移栽參的死苗率（圖3）。未改良小區的人參死苗率達168%，改良后的小區人參死苗率為102%，土壤改良后人參的死苗率下降了393%。

不同字母表示差異顯著，P<005；CK對照；Treatment綜合改良措施。

圖3綜合土壤改良措施降低人參死苗率

Fig3Comprehensive measures of soil improvement decreased the ginseng death rate

3討論

土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥的土壤改良措施降低土壤pH，增加土壤肥力，降低了土壤微生物的多樣性，改變了土壤微生物群落的組成；改良后土壤微生物群落在門及屬水平上其豐度主要表現下降趨勢，在科水平上其豐度主要表現增加趨勢。此外，綜合改良措施降低人參死苗

率，保障農田栽參的開展。

土壤中存在大量的致病微生物、害蟲，消毒可以有效的殺滅土層中病原菌、害蟲及蟲卵，減低作物的死苗率[7]。氯化苦處理土壤減低土壤微生物多樣性、改變群落的組成。氯化苦可以殺滅土壤微生物，對細菌、放線菌、真菌的殺滅率均在85%以上，有效減少土傳病害的病原菌數量[18]。苗床使用不同用量氯化苦熏蒸對莧菜、馬齒莧、莎草均有極顯著防效；大田條件下，不同用量氯化苦處理對黑脛病的防效為75%～88%；對根結線蟲病的防效為54%～66%，并能明顯改善煙株生物學性狀[19]。本研究中氯化苦消毒采用覆膜處理，加快雜草的腐解，有效地增加了土壤的肥力。

土壤微生群落在礦物營養循環及有機質降解等方面起到重要作用，其多樣性及組成影響土壤的生產力、作物產量及品質[2021]。氯化苦消毒之后，土壤微生物多樣性下降，組成發生變化，然而土壤消毒劑對土壤中有益微生物群落亦有殺滅作用，因此在土壤消毒的基礎之上，采用紫蘇進行綠肥回田的措施，改善土壤微生態環境。綠肥回田改善土壤微生物區系，增加土壤中有益微生物種類、有機質的含量，改善土壤結構的作用[8，2223]。紫蘇結合有機肥增加土壤肥力，改善土壤環境，進而提高人參產量和品質，其中有機肥具有培肥土壤、養分全、肥效長等特點，能夠調節參土N，P，K 含量及其比例，降低人參銹腐病的發生 [24]。此外使用有機肥后，土壤中硼、鋅、鎂、鐵、錳、銅等微量元素增加，人參根部的總皂苷、還原糖和淀粉含量顯著提高 [25]。綠肥回田、施肥措施改變土壤多樣性及組成，驅動土壤功能的轉變，進而影響作物的生長[2627]。生物有機肥的施用增加土壤中有益菌Paenibacllus，Trichoaderma， Bacillus，Streptomyces的豐度，降低致病菌Fusarium的豐度[27]。氮肥施用直接或間接誘導主要細菌群落，有助于富養型細菌群落（包括Proteobacteria，Bacteroidetes）豐度的增加[24]。本研究結果表明，土壤消毒、消毒+綠肥回田、消毒+綠肥回田+施肥改土的措施均改變了農田土壤微生態環境，其中土壤消毒+綠肥回田+施肥的綜合改良措施可以建立適宜人參生長的根際微生態環境，進而保障農田栽參的順利開展。

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[責任編輯呂冬梅]