基于土壤-作物同步调控的设施连作黄瓜根际微生态平衡恢复机制研究

Cucumber is one of the vegetable crops with the largest cultivated area in greenhouse production in China. However, monoculture (continuous cropping in particular) and the high input of water and fertilizers often result in soil biological environmental degradation in cucumber rhizosphere. The imbalance of rhizosphere micro-ecology system is the main cause of soil biological obstacles in greenhouse continuously cropped cucumber. We have demonstrated that the imbalances commonly exist between soil beneficial and pathogenic microorganisms, between plant non-parasitic and parasitic nematodes, and between microorganisms and nematodes in greenhouse continuously cropped cucumber, by using the traditional analyses and molecular biology methods in laboratory simulation and long-term field experiments. Based on existing researach findings, this project will study on the regulation mechanism of rhizosphere micro-ecological balance in greenhouse continuously cropped cucumber, through regulating crop rhizosphere by inoculating root with Bacillus subtillis LY-A and simultaneously increasing soil quality by treating soil with high carbon compost. The objectives of this project are to explore the restoration mechanism of soil ecological service function and supply some data support and theory base for the sustainable use of cucumber soil in greenhouse. The prospective research achievement may be used in regulating the soil biological obstacles in greenhouse continuously cropped cucumber.

黄瓜是我国设施生产中种植面积最大的蔬菜作物之一，但常见的单一种植（主要是连作）及伴随的水肥资源高投入现象导致黄瓜根际土壤生物学环境普遍恶化。根际微生态系统失衡是设施连作黄瓜土壤生物学障碍产生的主要原因。课题组前期通过室内模拟和田间长期定位试验，结合传统分析和分子生物学手段证实了设施连作黄瓜普遍存在土壤有益微生物-病原菌失衡、非植物寄生线虫-植物寄生线虫失衡、微生物-线虫失衡等现象。本项目将在现有研究基础上，通过引入生防菌（枯草芽孢杆菌LY-A）进行根际调控的同时，配合使用高碳堆肥（碳/氮比高于传统有机肥）提升土壤质量，对设施连作黄瓜土壤生物学障碍进行土壤-作物同步调控；从土壤-作物系统出发，探究人为调控措施恢复根际微生态平衡和重建土壤生态服务功能的可能机制，旨在为设施黄瓜土壤可持续利用提供一定的数据支持和理论依据。预期的研究成果有望直接应用于我国设施黄瓜土壤生物学障碍调控的具体实践。

黄瓜是我国设施生产中种植面积最大的蔬菜作物之一，但常见的单一种植（主要是连作）及伴随的水肥资源高投入现象导致黄瓜根际土壤生物学环境普遍恶化。根际微生态系统失衡是设施连作黄瓜土壤生物学障碍产生的主要原因。课题组前期通过室内模拟和田间长期定位试验，结合传统分析和分子生物学手段证实了设施连作黄瓜普遍存在土壤有益微生物-病原菌失衡、非植物寄生线虫-植物寄生线虫失衡、微生物-线虫失衡等现象。本项目在现有研究基础上，通过引入生防菌（枯草芽孢杆菌）进行根际调控的同时，配合使用高碳堆肥（碳/氮比高于传统有机肥）提升土壤质量，对设施连作黄瓜土壤生物学障碍进行土壤-作物同步调控；从土壤-作物系统出发，探究了人为调控措施恢复根际微生态平衡和重建土壤生态服务功能的可能机制，旨在为设施黄瓜土壤可持续利用提供一定的数据支持和理论依据。获得如下主要结果：（1）高碳堆肥主要通过其微生物与枯草芽孢杆菌协同抵御黄瓜病原菌，并促进黄瓜侧根生长，其中堆肥微生物主要影响黄瓜幼苗一级侧根(0.3-0.9mm)的绝对长度和二级侧根(0-0.3mm)的相对量，而枯草芽孢杆菌接种主要影响了黄瓜幼苗一级侧根的绝对长度；（2）高碳堆肥显著增加了土壤有机质，而土壤有机质含量与总微生物量（r = 0.710；P < 0.001）、细菌量（r = 0.527；P < 0.001）和真菌量（r = 0.605；P < 0.001）显著正相关；（3）土壤-作物同步调控下细菌和真菌的增加有助于增强土壤持水力，而它们的生物量的形成有助于固持土壤养分从而降低养分淋洗；（4）土壤-作物同步调控通过其微生物显著影响了线虫群落生态，具体表现为提高Shannon多样性指数（H'）、皮尔洛均匀度指数（J'）和自由生活线虫成熟度指数（MI），而降低优势度指数（λ）、植物寄生线虫成熟度指数（PPI）、PPI/MI和基础指数（BaI）。土壤-作物同步调控措施已在多个设施菜田验证有效，普遍增产10%左右。