新疆绿洲加工番茄连作的化感效应及对土壤微生物群落的影响

The different continuous cropping soil of processing tomato was extracted and isolated by various means. The components and content of allelopathic substance were analysed and quantified by HPLC and GC-MS, aimed to elucidated the ingredient、accumulation and distribution regulation of main Allelochemicals in the processing tomato field. To study allelopathic effects of cotton plant、 root exudates on seeds germination, seedlings growth and physiological-biochemical characters by pot experiments and solution cultivating, illustrated the relation between auto-toxic effect and continuous cropping obstacle. The dynamics of soil microbial community diversity was studied to illustrate the relation between soil microbial diversity and Allelochemicals by PLFA and PCR-DGGE methods under continuous cropping of processing tomato, and evaluate soil quality of processing tomato for providing a theoretical basis to alleviate continuous cropping obstacles and realize agricultural standing development.

新疆加工番茄由于区域化、专业化生产程度高，连作现象普遍、连作障碍问题突出。项目依托石河子大学加工番茄长期连作定位试验田结合室内试验主要研究：1.应用GC-MS和HPLC技术定性鉴定加工番茄植株、根系分泌物中酚酸类化感物质组分和定量分析不同连作年限土壤中主要酚酸类化感物质含量，明确产生连作障碍的加工番茄主要化感物质的成分及在土壤中积累、分布规律；2. 通过连作定位试验，研究不同连作年限对加工番茄种子萌发、养分吸收及植株生长影响的生理生化机制，揭示化感自毒作用与连作障碍的关系；3. 采用PLFA、PCR-DGGE法分析不同连作年限土壤微生物群落结构多样性变化，揭示棉花自毒作用与土壤微生物多样性关系，从反应农田质量变化的土壤微生物量和群落变化入手，评价加工番茄长期连作对土壤质量的影响，为进一步寻求减轻加工番茄连作障碍的技术措施提供理论依据，并对新疆加工番茄产业的可持续发展具有重要意义。

本试验基于长期连作定位试验，研究了加工番茄连作下物质生产、产量的变化，土壤养分、微生物群落及多样性的变化，根系分泌物、植株残体和土壤中酚酸类化感物质含量的变化，阐明了加工番茄连作障碍形成机理，主要结论如下：. 1.加工番茄植株水浸提液对白菜、萝卜、棉花和小麦种子萌发和幼苗生长有一定的化感作用，同时加工番茄也有较强的自毒作用，随着浸提液浓度的增加，加工番茄幼苗的根长、苗高、鲜重、干重和侧根数逐渐下降，SOD活性和CAT活性及根系活力降低，POD活性呈下降趋势，MDA含量增加，且浸提液的自毒效应果实>叶片>根。. 2.随着连作年限增加，加工番茄植株的株高、茎粗、根冠比和生物量均显著降低，叶面积指数、叶片叶绿素含量和光合速率呈下降趋势，植株根系和叶片中POD活性先增大后减小，CAT和SOD活性及根系活力不断降低，MDA含量显著升高,加工番茄的物质生产力、果数、果重和产量均呈显著降低趋势，且产量与连作年限之间呈极显著负相关降低。. 3.随着连作年限的延长，土壤pH值升高，全磷、速效磷及全钾含量表现先升后降，土壤容重无明显变化，土壤微生物量碳、微生物量氮和微生物熵显著降低，土壤微生物量磷呈先升后降趋势，土壤过氧化氢酶活性显著升高，脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶及磷酸酶活性显著下降。. 4.随着连作年限增加，真菌PLFAs含量显著升高，细菌PLFAs含量、土壤PLFAs总量及细菌和真菌PLFAs比值显著降低，放细菌PLFAs含量变化无规律。一些土著细菌优势种群数量减少或消失，某些真菌类群大量富集，连作后土壤细菌和真菌群落结构失衡可能是产生连作障碍问题的重要因素。可见，土壤微生物量和土壤酶活性的降低及土壤真菌的大量繁殖不利于加工番茄产量的增加。. 5.在加工番茄植株、根系分泌物和不同连作年限加工番茄土壤中检测出对羟基苯甲酸、阿魏酸、肉桂酸3种酚类化感物质，其中加工番茄植株中的化感物质含量高于根系分泌物的，植株地上部含量高于地下部。连作1、3年土壤中酚类化感物质总量逐年积累，连作5年时达到最高。