连作障碍不仅严重影响作物产量,而且会导致土壤生物多样性下降、有益微生物减少及病原菌增加等一系列微生态失衡问题。土壤微生态失衡反作用于植物,导致植物发生更严重的病害、减产等。

连作导致地上部分植物长期单一化, 使得土壤中化感物质不均衡累积, 造成化感物质多样性下降; 同时由于单一植物对土壤动物的选择, 使得土壤动物类群定向改变, 造成动物区系平衡被打破, 多样性下降, 功能紊乱; 植物的单一化同样会导致土壤微生物群落中组成类群定向改变, 微生物区系平衡被打破。增加的化感物质以及功能紊乱的动物区系, 进一步加剧微生物区系的失衡, 造成微生物多样性及生态系统稳定性下降,系统原本具有的牵制病原菌数量增加的能力丧失或降低, 植物病原菌数量增加, 导致作物病害发生。

蚯蚓作为生态系统的工程师, 能够影响微生物的总量、活性和多样性, 改变微生物的比例。同时, 蚯蚓作为生态系统的分解者, 能够加速化感物质的降解, 而且由于对土壤中不同化感物质降解效果不同, 改变土壤中化感物质的比例。蚯蚓作为土壤生态系统的高级消费者, 能够取食某些中、小型土壤动物, 通过下行效应调控土壤动物区系, 提高动物的多样性。化感物质多样性和动物多样性的恢复, 进一步影响了土壤微生物。综上所述, 蚯蚓对微生物的调控作用主要有3条途径: 一是直接调控微生物群落; 二是通过改变化感物质比例调控微生物群落; 三是通过调控土壤动物区系调控微生物群落。3条途径的综合作用共同纠正了土壤根际微生态, 从而能够缓解作物连作障碍。

蚯蚓调控连作障碍的土壤微生态机制