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紫花苜蓿(Medicago sativa L.)具有产量高、饲用价值高、生态价值突出等优点,自毒作用是紫花苜蓿种植主要限制因素之一,严重降低次代种子萌发、成苗、生长、牧草产量和品质,导致土壤环境恶化,提高病害的发生率等问题。轮作能够有效降低自毒效应,并提高土壤养分、微生物多样性和防治土传病害。目前,关于紫花苜蓿与小麦\玉米轮作自毒作用缓解机理尚不清楚。本研究测定紫花苜蓿不同种植年限(1、4、5、6和7a)土壤酚酸类自毒物质(阿魏酸、对羟基甲苯、咖啡酸、绿原酸和香豆素)含量,并分析土壤浸提液和外源酚酸类物质对种子萌发的影响,分析验证紫花苜蓿自毒作用并筛选最适宜翻耕年限。之后,设置轮作试验:5a紫花苜蓿-小麦(alfalfa-wheat,简称AW),5a紫花苜蓿-玉米(alfalfa-corn,简称AC),5a紫花苜蓿-小麦-小麦,(alfalfa-wheat-wheat,简称AWW),5a紫花苜蓿-玉米-玉米(alfalfa-corn-corn,简称ACC),以5a紫花苜蓿草地为对照(control,CK),探索轮作作物对紫花苜蓿土壤自毒物质含量及土壤养分、微生物数量及群落结构等生态因子的改良作用,并分析轮作条件下酚酸类自毒物质的缓解动态与土壤微生态因子之间的关系,获得如下主要研究结果。1.紫花苜蓿自毒作用强度与种植年限相关,1a紫花苜蓿土壤浸提液促进其种子发芽率和幼苗生长;5a紫花苜蓿土壤浸提液抑制其种子发芽和幼苗生长,表现明显自毒效应;5a土壤的对羟基苯甲酸、香豆素、绿原酸、咖啡酸和阿魏酸分别是1a土壤的1.2、3.4、2.3、2.5和2.0倍(P<0.05)。自毒作用随紫花苜蓿种植年限和浓度的升高而增加,7a土壤自毒效应最强,紫花苜蓿最适宜的翻耕年限为5a;绿原酸、阿魏酸和对羟基苯甲酸的自毒作用呈现“低浓度促进,高浓度抑制”的现象,对根的自毒效应强于种子发芽。2.紫花苜蓿与小麦\玉米轮作减缓自毒作用,促进种子萌发和幼苗生长。轮作模式解毒效应的表现形式不同,一是轮作作物和轮作年限的叠加效应——相同土壤浸提液浓度处理下,轮作处理的种子发芽率高于CK(P<0.05),缓解自毒作用排列顺序为AWW>ACC>AW>AC,AWW缓解5a紫花苜蓿自毒效应最好;二是浓度效应——轮作处理土壤浸提液对紫花苜蓿胚芽、胚根的促进作用随浸提液浓度的升高而增强,且胚芽长和胚根长均高于CK(P<0.05)。各轮作模式处理的紫花苜蓿幼苗可溶性糖含量显著提高、可溶性蛋白质含量显著降低(P<0.05)。3.紫花苜蓿轮作小麦\玉米,均能显著降低自毒物质含量,改善土壤微生物种群结构,提高但后茬土壤养分利用率。轮作小麦\玉米土壤自毒物质总含量低于连作土壤(P<0.05),AC和AW较苜蓿连作土壤自毒物质总量分别降低了17.90%和27.50%,ACC比AC降低16.24%,AWW比AW降低24.18%,表现轮作年限对苜蓿自毒效应的缓解作用;土壤细菌数量排列顺序为AWW>AW>ACC>AC,与连作土壤相比,分别增加了138.04%、69.00%、42.62%和34.75%,土壤真菌数量排列顺序为AC>ACC>AW>AWW,AC、ACC、AW和AWW真菌数量分别下降74.91%、66.72%、65.19%和48.96%。4.采用Illumina MiSeq高通量法,对不同轮作模式下土壤微生物多样性的研究表明:紫花苜蓿-小麦\玉米轮作提高土壤细菌多样性,降低土壤真菌多样性。在紫花苜蓿-作物轮作条件下,细菌优势菌为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)。真菌优势菌为担子菌亚门(Basidiomycota)和子囊菌门(Ascomycota);紫花苜蓿-小麦\玉米轮作提高变形菌门、酸杆菌门、卵裂菌门、Rozellomycota、球囊菌门和Ciliophora的相对含量,能够降低放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、芽单孢菌门、担子菌门和子囊菌门的相对含量。土壤细菌多样性排列顺序为ACC>AWW>AW>AC>CK,真菌多样性的排列顺序为CK>AWW>AC>ACC>AW。5.通过典型性相关分析,土壤细菌、真菌数量与5种自毒物质含量显著相关。放线菌数量与绿原酸、对羟基苯甲酸、香豆素含量和自毒物质总量具有极显著相关。表明土壤微生物能调控苜蓿自毒物质含量,可以通过微生物代谢来降低自毒物质浓度或释放速度,进而调控自毒作用的持续时间和效果。土壤养分对土壤自毒物质含量无显著影响。