人参（Panax ginseng C.A.Meyer）因具抗氧化、抗炎和抗疲劳等生物学活性，拥有较高经济效益，但连作障碍制约人参产业发展。轮作可强化土壤微生物功能，改善土壤养分状况，从而缓解或消除作物的连作障碍因子。研究表明，利用玉米等农作物进行轮作已在缓解人参连作障碍生产实践上取得了显著成效，但与玉米相比，采用药用植物轮作不仅能带来更高的经济收益，还因其根际分泌物的特性，可能对改善土壤环境有更显著的效果。然而，不同药用植物根系分泌物及微生物群落结构如何影响人参连作土壤，是否起到修复老参地土壤微生态环境的作用，是亟待研究的问题。因此，本研究分析了人参与白藓、黄精和黄花乌头等药用植物的轮作模式，测定人参连作土壤（Pg）、没有种植人参的土壤（Bs）、轮作种植不同年限（3年和4年）的白藓(Dd)、黄精(Ps)、黄花乌头(Ac)和玉米(Ma)四个生长时期的土壤理化性质、土壤酶活性、土壤微生物群落结构和土壤非靶向代谢物，比较各种轮作植物对老参地的修复效果，轮作后人参生长状况及轮作植物自身生长和品质。实验取得以下主要结果： 1、轮作对人参连作土壤化学性质和土壤酶活性的影响： 与人参连作土壤相比，轮作白藓、黄精、黄花乌头和玉米均能有效提升土壤的pH值至6~7范围，增加土壤养分SOM、AN、AP和AK的含量，同时增强土壤酶活性，包括SC、ACP、CL、AL、CAT、PPO和UE含量。此外，这些轮作植物还能降低土壤中微量元素Fe、Mn、Cu、Zn、Mg和Ca的含量，与没有种植人参的土壤无显著差异。相关性分析发现，土壤酶活性与土壤养分呈正相关，而与微量元素含量呈负相关。这些改善趋势随着轮作年限的增加而更为明显，从改善土壤养分状况比较，轮作黄花乌头效果最好、白藓次之、其次是黄精和玉米。轮作4年的黄花乌头显著缓解人参连作土壤的酸化，提高土壤肥力的程度最佳。 2、轮作对人参连作土壤微生物群落结构的影响： 随着轮作年限的增加，轮作白藓、黄精、黄花乌头和玉米相较于人参连作土壤，显著提高了土壤细菌和真菌的多样性和丰富度，改善人参连作土壤微生物群落结构，提高土壤质量，其中轮作4年的白藓效果最为显著。在细菌群落方面，轮作种植对有益菌群丰度的影响显著，其中轮作黄花乌头增加有益菌功能菌丰度比例最高、白藓次之，其次是玉米和黄精。Pseudarthrobacter和Bacillus菌属在改善人参连作土壤的细菌群落结构方面起到了关键作用。Pseudarthrobacter和Bacillus这两种有益菌的相对丰度分别在白藓和黄花乌头的根际土壤中达到了最高水平。此外，轮作种植还能显著增强氨基酸代谢、碳水化合物代谢和能量代谢等相关基因的表达，黄花乌头展现出了最为显著的效果。在真菌群落方面，轮作种植显著降低了致病菌的丰度，各样本中致病菌的丰度占比大小排序为：Ma＞Pg＞Ps＞Ac＞Dd＞Bs, 其中黄花乌头根际土壤显著抑制了 Fusarium的丰度；并增加有益菌丰度，各样本中有益菌的丰度占比大小排序为：Bs＞Dd＞Ac＞Ps＞Ma＞Pg，其中黄花乌头增加了Pseudaleuria等有益菌。Pseudaleuria、Mortierella和Fusarium在菌属在改善人参连作土壤的细菌群落结构方面起到了关键作用。功能预测分析发现，轮作降低病理型真菌丰度，同时轮作增加共生型及腐生型真菌丰度，黄精效果最明显。相关性分析，环境因子与人参连作土壤呈负相关，与轮作植物呈正相关，土壤pH、SOM和SC是影响微生物结构的主要因素，且与Bacillus和Pseudarthrobacter等呈正相关，与Fusarium、Mortierella等呈负相关。 3、轮作对人参连作土壤非靶向代谢物的影响： 人参连作土壤与轮作白藓、黄精和黄花乌头根际土壤代谢物存在显著差异，代谢物并与微生物群落结构密切相关。人参连作土壤降低蔗糖和乳糖等碳水化合物含量，影响核苷酸代谢和ABC转运蛋白途径。轮作3年和4年后，不同植物根际土壤的糖类、脂类和生物碱代谢物含量均有所增长。具体而言，白藓根际土壤中白藓碱和糖苷等含量增加，黄花乌头根际土壤中N-茉莉酸单酯和L-木酮糖等含量上升，而黄精根际土壤中D-半乳糖等物质含量也有所提升。这些变化表明轮作能有效促进能量和碳氮资源的重新分配。此外，这些代谢物质的增加与具有潜在修复人参连作土壤作用的菌属如 Bacillus、Mortierella、Pseudaleuria、Mycobacterium和Bradyrhizobium等呈现正相关关系。 4、轮作修复效果的评价： 轮作种植白藓、黄精和黄花乌头均能有效修复人参连作导致的土壤障碍，其中白藓的修复效果最为显著。在轮作后复种人参，其出苗率和存活率均得到了显著提高，且人参生长状况良好，具体表现在总皂苷含量和根系活力上，均接近对照组人参的生长指标水平。 5、轮作植物表型分析： 轮作种植模式显著提升了白藓、黄精以及黄花乌头的产量、根系活力和总生物碱含量；其中，白藓的产量、根系活力及总生物碱含量均处于最高水平，其有效成分黄柏酮、梣酮，以及黄精的有效成分多糖含量均达到了药典规定的标准。 本研究利用微生物组学和代谢组学联合分析，初步揭示了轮作白藓、黄精和黄花乌头影响人参连作土壤微生物区系及土壤肥力的内在机制，为利用不同药用植物修复人参连作障碍土壤提供重要的理论基础，为后续老参地轮作选择的植物提供参考。
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