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塑料大棚蔬菜连作及大量肥料的投入导致土壤理化性状恶化，土壤微生物种群结构及丰度发生改变，肥料利用效率降低，土传病害发生严重，从而造成塑料大棚蔬菜连作障碍。尽管对塑料大棚蔬菜连作障碍进行了广泛的研究和实践，到目前为止连作障碍的机理仍不明确，土壤养分利用效率降低以及土传病害严重的局面尚未根本扭转。国内外科学家认为土壤微生物多样性及其生态功能的变化是连作障碍产生的主要原因，但依据的方法手段基本上是传统的分离培养方法，具有明显的局限性。此外，国内也很少开展定位试验来研究塑料大棚蔬菜连作障碍的产生原因。
本论文通过野外调查、野外定位试验和温室盆栽试验系统地研究了塑料大棚蔬菜连作障碍的土壤微生物学机理，取得的主要结果如下：
首先对江苏省宜兴市有代表性蔬菜塑料大棚中的不同蔬菜品种、不同栽培年限、不同栽培方式及不同深度土壤的氮磷生物转化特征及尖孢镰刀菌数量的变化进行了调查。结果表明，栽种黄瓜的土壤脲酶活性有降低的趋势；随着连作年限的增加，蔬菜塑料大棚土壤脲酶活性和氨氧化细菌数量明显增加，可能增加地下水硝酸盐含量超标的生态风险。同时，栽培不同蔬菜品种会影响土壤中尖孢镰刀菌数量，栽种黄瓜的土壤中尖孢镰刀菌数量显著大于栽种芹菜和茄子的土壤。随着土层深度的增加，土壤中尖孢镰刀菌数量逐渐降低，尖孢镰刀菌很少从表层土向下迁移。
其次通过肥料定位试验研究不同施肥处理对土壤微生物活性及功能多样性的影响，利用土壤酶学方法、微生物培养方法及Biolog微生物自动分析系统，分析了不同施肥处理下塑料大棚种植黄瓜与番茄的土壤中微生物活性及功能多样性。结果表明，配方施肥相对于习惯施肥提高了以土壤脱氢酶活性表征的土壤中生活微生物的活性，也提高了以AWCD(Average Well Color Development)表征的土壤中微生物群落代谢活性，增加了土壤中微生物群落功能多样性，改善了土壤微生物区系，有利于有益微生物的存活。配方施肥下塑料大棚蔬菜土壤微生物群落可能朝有利方面演替。
再次系统研究了不同氮肥用量对土壤微生物的氮素转化潜力、土壤关键酶活性和土壤微生物功能多样性的影响，特别是参与土壤氮转化微生物的种群结构和丰度，为通过合理施氮来改善土壤微生物多样性并为实现提高氮肥利用效率提供理论基础。以当地农户习惯氮肥用量为基础，设置依次减氮20％的5个处理：1)N4：习惯施氮，根据试验所在地农户的平均施氮水平确定；2)N3：根据农民习惯施氮量减少20％；3)N2：根据农民习惯施氮量减少40％;4)N1：根据农民习惯施氮量减少60％；5)NO：对照处理，不施化肥氮。通过连续4季的氮肥定位试验发现，较高的氮肥用量加剧了我国太湖地区蔬菜塑料大棚土壤次生盐渍化和酸化趋势，进而抑制了土壤微生物对氮素的转化潜力、土壤关键酶活性(脱氢酶活性、脲酶活性和中性磷酸酶活性)及土壤微生物功能多样性。适宜氮肥用量(减氮40％处理)可以减缓温室土壤次生盐渍化和酸化趋势，而且有利于保持土壤微生物对氮素的转化潜力，恢复土壤关键酶活性和土壤微生物功能多样性。
同时结合实时荧光定量PCR技术发现，较高的氮肥用量加剧了我国太湖地区蔬菜塑料大棚土壤次生盐渍化和酸化趋势，还降低了土壤氨氧化细菌种群丰度，进而抑制了土壤微生物对氮素的转化潜力。适宜氮肥用量(减氮40％处理)可以减缓温室土壤次生盐渍化和酸化趋势，而且有利于增加土壤氨氧化细菌种群丰度和保持土壤微生物对氮素的转化潜力。
最后通过田间调查和温室盆栽试验研究土地利用集约化对土壤微生物种群数量与功能多样性，以及与之相关的黄瓜枯萎病抑制水平的影响，明确稻麦(或油菜)轮作或露地蔬菜改为蔬菜塑料大棚后，土壤根际促生茵、土传病害真菌群落结构的改变与土传病害抑制水平的关系。结果表明，稻麦(或油菜)轮作或露地蔬菜改为塑料大棚蔬菜后，土壤养分高度累积，出现了次生盐渍化和酸化的现象。此外，土地利用集约化降低了根际促生菌Bacillus spp.及Pseudomonas spp.的数量，也降低了土壤微生物活性和功能多样性，同时增加了土传病害真菌Fusarium oxysporum的数量。土地利用方式和接种黄瓜枯萎菌(Fusariumoxysporum f.sp.cucumerinum)均对黄瓜生长产生了显著效应。蔬菜塑料大棚土壤上苗期黄瓜生物学指标最小。至收获后期，无论接种还是不接种黄瓜枯萎菌，蔬菜塑料大棚土壤上黄瓜生长缓慢，经济产量下降，黄瓜枯萎病死亡率增加。在太湖地区土地利用集约化降低了土壤微生物多样性，以及与此相关的黄瓜枯萎病抑制水平。
同时，通过温室盆栽试验分析三种不同利用方式土壤上黄瓜根际微生物种群数量及菌根侵染率，研究根际微生物群落对不同土壤利用历史的响应。结果表明，土壤利用历史和接种黄瓜枯萎菌明显影响黄瓜根际微生物区系、根际促生菌及土传病害真菌Fusarium oxysporum数量。蔬菜塑料大棚土壤上黄瓜根际可培养细菌与真菌数量的比值相对于稻麦(或油菜)轮作和露地蔬菜有下降趋势，Pseudomonas spp.数量极显著下降，而Fusarium oxysporum数量显著增加，黄瓜菌根侵染率显著降低。
综上所述，土壤微生物多样性及其生态功能的变化是塑料大棚蔬菜连作障碍产生的重要原因。塑料大棚蔬菜连作及大量肥料的投入造成土壤中有毒有害物质的积累加剧，导致土壤次生盐渍化和酸化，土壤微生物种群丰度及结构发生改变，养分利用效率降低，土传病害发生严重，造成了蔬菜连作障碍。养分转化弱化反过来要求增施肥料，进一步加剧了盐分胁迫，表现出恶性循环。蔬菜为适应土壤逆境胁迫必然要付出生态代价，养分吸收能力进一步降低，同时植物系统抗性减弱，加之土壤有益微生物减少，病原微生物增加，土传病害发生愈加严重，从而陷入恶性循环。