摘要土壤線蟲群落特征是評價和指示土壤生態系統健康狀況的重要依據。本研究選取不同連作年限(5、10、15、20和25年棉田作為樣地，采用高通量測序技術探究土壤性狀和線蟲群落對棉田長期連作的響應。結果表明：連作10~15年后土壤pH、電導率(EC)顯著升高，有機碳(SOC)、全氮(TN、有效磷(AP)、有效鉀(AK)、硝態氮(NON)含量和土壤微生物碳(MBC)顯著降低;連作棉田共鑒定出土壤線蟲綱目18科25屬，其中螺旋屬在不同連作年限棉田土壤中均為優勢屬，土壤植物寄生類線蟲在不同連作年限中均為優勢營養類群，呈現先降低后增加的趨勢，連作25年較其他連作年限植物寄生類線蟲增加了9.1%~208.6%，其中螺旋屬線蟲增加了392.0%。隨著連作年限增加，矮化屬、莖屬、Discopersicus、中環屬和中輪屬等植物寄生類線蟲被檢出;連作15年土壤線蟲豐富度指數(ACE)和自由生活線蟲成熟度指數(MI)顯著降低，植物寄生線蟲成熟度指數自由生活線蟲成熟度指數(PPI/MI)顯著升高，多樣性指數(Shannon)和瓦斯樂斯卡指數(WI)最低;AP和MBC是影響土壤線蟲群落變化的主要環境因子。研究表明，棉花連作10~15年會發生土壤養分失衡，土壤線蟲多樣性降低，土壤食物網穩定性變差，棉花致病類植物寄生線蟲增加，產生連作障礙。

　　關鍵詞棉花;連作;土壤線蟲;營養類群

　　棉花是我國除糧食之外最大宗的農產品，在國民經濟以及國計民生中扮演著重要角色。新疆是我國唯一的長絨棉種植基地，其種植面積和總產量分別占全國的和7%，單產穩居全國第一[1]。然而，受地貌特點、氣候條件、耕作習慣和經濟效益等因素影響，新疆棉花種植結構單一，連作現象嚴重。棉田長期連作帶來較高經濟效益的同時也給土壤質量和微環境帶來了嚴重危害。

　　已有研究表明，棉花連作年限增加會導致土壤容重下降，總鹽含量增加，土壤速效養分釋放受限，養分失調，酶活性和根際土壤微生物多樣性顯著降低，對土壤生物性狀產生明顯的負面影響，使得棉花品質和產量降低。土壤線蟲群落由不同的營養級組成，可以通過改變土壤食物網營養結構和分解細菌真菌途徑影響土壤生態功能。在土壤物質循環和肥力保持等生態功能方面具有關鍵作用。Wilson等[1研究表明，線蟲群落結構能夠有效反映土壤養分狀況和環境質量，比土壤理化性狀對土壤生態系統變化更敏感[1。

　　許多學者已經就不同連作年限對大豆Glycinemax[1、西甜瓜CitrulluslanatusCucumismelo和黃瓜Cucumissativus土壤線蟲群落結構的影響進行了研究。目前對棉花的研究主要集中在黃枯萎病方面，還進等[1和Knox等17研究表明，植物寄生線蟲會加重棉花枯黃萎病的發生，危害程度較大的主要是螺旋屬Helicotylenchus和根結線蟲屬Meloidogyne。然而，針對長期連作棉田土壤線蟲群落變化尚缺乏系統性研究。本研究利用高通量測序技術對新疆長期連作棉田土壤線蟲群落進行研究，闡明長期連作對土壤理化特性和線蟲群落組成、結構的影響，探究二者之間的關系，以揭示棉花連作障礙的主要限制因子，從土壤生物學角度分析長期連作對土壤生態過程的影響，為植棉區土壤可持續利用提供科學依據。

　　1研究區域與研究方法

　　1.1研究區概況研究區位于新疆瑪納斯河流域十戶灘鎮44°37′N，86°8′E，屬溫帶大陸性氣候，年均氣溫為6.6℃，無霜期148187d，活動積溫≥0℃：40234118℃;≥10℃：35703729℃。年降水少110200mm、蒸發大5002000mm。土壤類型和土壤質地分別為灰漠土和砂質土。

　　1.2試驗設計本研究選擇對棄耕30年的鹽堿地進行定期逐漸復墾種植棉花的棉田作為樣地，共設置個處理：連作年;10hm;連作10年10;10hm;連作15年15;30hm;連作20年20;20hm;連作25年25;30hm。通過統一管理消除各處理因管理措施不同所引起的差異，各樣地實際情況見表。棉花采收后將棉稈進行全量還田，每個連作棉田的1/3面積設為一個重復，每處理設置個重復，各重復之間的距離為25m。

　　1.3土壤樣品采集在棉花盛花期進行土壤樣品采集2020年月15日。從每個連作處理的棉田中各收集個重復土壤樣品，每個土壤樣品之間的距離為25m。采用“”形在每個重復地塊收集20個完整土樣并進行混合后作為個土壤樣品，取樣點距棉花根部3cm，取樣深度為20cm。總共收集15個土壤樣品(5連作年限×重復。將土壤樣品裝入無菌塑料袋中，放入冰盒并迅速轉移到實驗室。過2mm篩，去除大型土壤動物、石子以及植物殘體并混合均勻，將每個土壤樣品分為兩份，一份儲存在80℃冰箱中以進行線蟲分析，另一份風干后進行土壤理化性質分析。

　　1.4土壤理化性質測定土壤電導率EC，水：土：采用MP522電導率儀測定;pH值水：土2.5：采用MP522精密pH計測定;土壤含水量采用烘干法測定;土壤有機碳SOC采用重鉻酸鉀外熱法測定;土壤全氮TN采用半微量凱氏法測定;土壤有效磷采用鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀采用火焰光度計法測定;硝態氮NO和銨態氮NH采用流動分析儀測定;微生物生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸萃取法進行測定[1。

　　1.5DNA提取、PCR擴增和IlluminaMiSe測序采用土壤DNA提取試劑盒MOBIOUltraClean™對0.5g的土壤進行總DNA提取，置于20℃保存。用1%瓊脂糖凝膠檢測DNA提取液、NanoDrop2000ThermoScientific,Wilmington,美國測定DNA濃度和純度。采用引物NF1和18Sr2b擴增目的片段19。對目的片段進行CR擴增，對PCR產物進行可視化和純化，并用QuantiFluor™STPromega,美國定量，將樣品混合，采用MiseqPE300平臺進行測序Illumina公司，上海美吉，每處理重復次。

　　2結果與分析

　　2.1不同種植年限棉田土壤理化性質

　　與連作年相比，土壤pH隨連作年限增加顯著升高，土壤EC顯著降低，連作15年土壤EC較連作10年顯著升高。隨著連作年限增加，土壤SOC、TN、AP、AK、NH和NO含量呈先上升后下降的趨勢，其中SOC和NH在連作10年最高，而TN、AP、AK和NO在連作15年最高。連作至年時土壤MBC含量顯著下降。

　　2.2不同種植年限棉田土壤線蟲群落組成

　　對各樣地土壤線蟲進行高通量測序，有效序列范圍在5001952，所有樣地共包括48個OTU，不同連作年限土壤有效序列和OTU數量差異較大。所有樣品中檢測到的線蟲科有：紐帶科Hoplolaimidae、頭葉科Cephalobida、細齒科Leptonchidae、奎希婭科Qudsianematidae、滑刃科Aphelenchoididae和雙胃科Neodiplogasteridae。檢測到的線蟲屬有：螺旋屬、盤咽屬Discolaimus、細齒屬Leptonchus、麗突屬Acrobeles和擬麗突屬Acrobeloides。其中，螺旋屬在不同連作年限中均為優勢屬豐度>10%，隨著連作年限的延長呈現先升高后降低，連作10年相對豐度最高，連作20年最低。盤咽屬只在連作10年和連作25年的土壤樣品中被檢測到，連作15年后土壤樣品中沒有檢測到細齒屬，連作年后土壤中盆咽屬Panagrolaimus豐度降低，樣品中沒有檢測到該線蟲。連作過程中麗突屬變化趨勢與螺旋屬一致，麗突屬和擬麗突屬連作25年時均成為優勢線蟲屬豐度>10%。

　　3討論

　　3.1不同連作年限對棉田土壤理化性質的影響

　　土壤質量可以用來評價土地使用的可持續性。本研究表明，棉花長期連作后土壤性狀變化較大。連作10年和15年土壤pH和EC分別較連作年和年顯著上升，這與Yang等[25]的研究結果相似，原因是新疆干旱區蒸發量大，導致鹽分在棉花耕層聚集，棉田受到次生鹽漬化威脅。連作10年后導致土壤SOC和NH隨種植年限增加顯著下降;連作15年后土壤、AP、AK和NO含量顯著下降，之后隨著連作年限增加TN含量處于平穩狀態，連作時間越長土壤NO虧缺越嚴重，隨連作年限增加作物對養分進行選擇性吸收導致土壤養分失衡26。

　　3.2土壤線蟲群落對連作年限的響應

　　植物寄生線蟲會誘導發生連作障礙。本研究表明，植物寄生類線蟲在不同連作年限均為優勢營養類群，在連作年土壤中相對豐度較低，與土壤 變化趨勢相似，究其原因可能是土壤養分含量對棉花根系生長產生促進抑制作用，從而引起植物寄生類線蟲相對豐度的變化。連作年土壤線蟲群落與其他連作年限存在較大差異，這與該時期養分狀況以及較高的BC含量有密切聯系。

　　植物寄生線蟲作為植物病原之一破壞性極強29，研究表明，連作25年較其他連作年限土壤植物寄生類線蟲增加了.108，主要歸因于螺旋屬線蟲相對豐度增加了392.0，以及莖屬、根結線蟲屬等植物寄生類線蟲被檢出，可能會抑制棉花生長發育、誘導棉花病害的發生，引發連作障礙。連作25年麗突屬和擬麗突屬也成為了土壤優勢線蟲屬，主要是因為連續種植棉花導致土壤微生物菌群失衡，影響土壤線蟲優勢類群結構。

　　線蟲生態指數可以多角度對土壤線蟲群落以及食物網結構進行評價。研究發現，連作15年土壤線蟲Chao1和ACE值最低，棉花連作15年和20年土壤線蟲的Shannon指數相對較低，Simpson指數變化與之相反，表明連作15年土壤線蟲群落多樣性有所降低。連作15年MI顯著降低，表現為值為的線蟲數量減少，值為的線蟲占優勢，說明連作15年土壤富營養化，土壤環境處于受脅迫狀態[31]。PPI/MI比和PI更能反映土壤生態系統對外界干擾進行恢復的程度。

　　與連作年相比，連作年土壤線蟲PPIMI顯著降低，說明連作15年對土壤環境的擾動程度較大。連作15年棉田土壤WI最小，參與棉田土壤食物網礦化的線蟲從食細菌和食真菌類轉變成了植物寄生類線蟲，土壤健康狀況相對較差，這種變化可能與土壤理化性狀的惡化有關。從分解途徑上看，NCR>0.5時，食物網有機質降解以細菌為主導，轉化效率較高，連作、15和25年棉田土壤食物網分解代謝過程較快NCR均大于0.5，有機質分解以細菌分解為主。

　　3.3土壤理化性質對線蟲群落的影響

　　土壤理化性質對線蟲的多樣性和功能類群有不同程度影響。RDA分析結果表明，土壤MBC和AP是驅動土壤線蟲群落結構變化的主要理化因子，這與華萃等的研究結果相似，土壤AP通過影響微生物活性從而影響線蟲群落結構[3。雜食捕食類線蟲與土壤NH呈顯著正相關，表明土壤養分的變化引起了更高營養級線蟲群落的響應。Dan等39研究指出，功能多樣性與物種多樣性對環境變化的響應存在差異，MI、PPI/MI、WI和NCR分別與不同的土壤環境因子存在相關性，說明土壤線蟲的變化是多種環境因子綜合作用的結果。

　　農作物土壤論文： 化肥減施間種綠肥對茶園土壤肥力及產量的影響

　　4結論

　　棉田連作1015年后土壤養分失衡，有發生次生鹽漬化的風險。棉花連作改變了土壤線蟲營養類群，連作15年土壤線蟲的多樣性和豐富度降低，土壤植物寄生線蟲減少，食細菌和食真菌類線蟲增加。隨著連作年限的延長，螺旋屬線蟲相對豐度增加，莖屬、根結線蟲屬等棉花致病類線蟲在土壤中被檢出。

　　參考文獻

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　　作者：陳虹楊磊張鳳華