设施农业中连续种植障碍的协同治理：来自Stropharia rugosoannulata与观赏向日葵轮作系统的启示

《Frontiers in Microbiology》：Synergistic remediation of continuous cropping obstacles in facility agriculture: insights from the Stropharia rugosoannulata-Ornamental Sunflower Rotation System

连续种植障碍可通过结合蘑菇废料（SMS）和向日葵轮作系统（SR-OS2）实现有效修复。该系统通过调控土壤理化性质（pH+0.57，EC↓37.56%）、酶活性（BG↓17.2%，LAP↑42.1%）及微生物群落结构（细菌多样性+37.4%，真菌多样性↓39.1%），协同构建了碳-氮-磷循环优化机制，显著提升土壤肥力并抑制病原菌积累。

　　在现代农业中，连续种植问题已成为制约设施农业可持续发展的关键障碍之一。这些问题通常表现为土壤理化性质的退化，包括土壤酸化、养分失衡以及土壤病原体的累积，最终导致作物产量的持续下降。针对这一挑战，研究人员开发了一种创新的“Stropharia rugosoannulata-观赏向日葵轮作系统”（SR-OS2），该系统结合了废弃蘑菇培养基（Spent Mushroom Substrate, SMS）的现场应用与协调的作物种植管理，旨在实现农业废弃物的高效利用与土壤健康的同步恢复。

SR-OS2系统的应用效果显著，不仅改善了土壤的理化性质，还重塑了土壤微生物群落结构，增强了微生物的生态功能。在实验过程中，研究人员通过一系列综合手段对土壤进行分析，包括土壤理化性质检测、胞外酶活性测定、高通量测序（16S/ITS）以及共现网络分析和偏最小二乘路径建模（PLS-PM）。这些方法共同揭示了SR-OS2系统在土壤修复中的多重作用机制，为设施农业的可持续发展提供了科学依据和技术支持。

在土壤理化性质方面，SR-OS2系统对连续种植土壤产生了积极影响。首先，SMS的添加显著提高了土壤pH值，降低了电导率（EC），这表明土壤酸化和盐碱化得到了有效缓解。其次，土壤中的有机质（SOC）和总氮（TN）含量显著增加，同时可利用磷（AP）的含量也大幅提升。这些变化不仅改善了土壤的肥力状况，还为后续作物的生长提供了更加适宜的环境条件。此外，土壤中中微量元素的含量也发生了显著变化，如钙（Ca）和锌（Zn）的增加，而铜（Cu）的减少，这些变化进一步说明了土壤修复过程中的元素调控机制。

在微生物群落结构方面，SR-OS2系统通过SMS的添加和观赏向日葵的轮作显著改变了土壤中细菌和真菌的多样性与组成。细菌的Chao1多样性指数在B3和B4阶段分别增加了37.4%，而真菌的Chao1多样性则显著下降，减少了39.1%。这种变化表明，轮作系统促进了细菌的多样化，同时抑制了真菌的丰度，从而优化了微生物群落的结构。进一步的共现网络分析显示，细菌网络的连通性显著增强，而真菌网络的模块性则有所降低。这些结果说明，轮作系统不仅改善了土壤的理化性质，还通过调控微生物群落的相互作用，增强了土壤生态系统的稳定性。

在胞外酶活性方面，SR-OS2系统对土壤中不同类型的酶活动产生了显著影响。例如，SMS的添加显著提高了氮循环酶（如LAP）和磷循环酶（如ALP）的活性，而碳循环酶（如BG）的活性则有所下降。这种变化表明，微生物在土壤养分供应变化的背景下，优先利用氮和磷资源，从而优化了其代谢策略。此外，观赏向日葵的种植进一步增强了氮循环酶的活性，特别是在第二茬种植（B4）中，LAP活性增加了103.1%，而NAG活性则保持不变。这些结果揭示了轮作系统对土壤微生物代谢功能的深远影响，为理解微生物如何适应土壤环境变化提供了重要线索。

在微生物群落的功能性转变方面，SR-OS2系统促进了土壤微生物从纯腐生型向腐生-共生型的转变。通过FUNGuild分析，研究人员发现真菌的腐生型和寄生-腐生型-共生型群落显著增加，而寄生型群落则减少。这种转变表明，轮作系统有效降低了土壤中的病原菌比例，从而减轻了病害压力。同时，真菌群落的多样性下降和功能的转变，进一步说明了土壤健康状况的改善。

通过偏最小二乘路径建模（PLS-PM）分析，研究人员发现SR-OS2系统对土壤微生物生态功能的恢复具有双重路径：一是生物路径，二是理化路径。生物路径主要通过轮作和土壤理化性质的改变，影响微生物群落的结构和功能，进而调节酶活性比值。理化路径则通过中微量元素的调控，激活了金属酶依赖的酶活性，如聚酚氧化酶（PPO），从而促进了土壤有机质的转化。这些路径的协同作用为农业废弃物的资源化利用和设施农业的可持续管理提供了理论基础和技术支持。

综上所述，SR-OS2系统通过综合调控土壤理化性质和微生物群落结构，显著改善了连续种植土壤的健康状况。这一系统不仅提高了土壤的肥力，还通过促进有益微生物的生长和抑制病原菌的繁殖，为农业生产的可持续发展提供了新的思路。未来的研究应进一步探讨功能性微生物在SMS中的作用机制，优化轮作周期和添加量，并推动该系统的精准化管理，以实现更高效的农业废弃物资源化和土壤健康恢复。