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西洋参(Panax quinquefolium)属五加科(Araliaceae)人参属(Panax)多年生药用草本植物,其整株(尤其是根)有多方面医药保健作用,是著名的药食同源性植物,颇受市场青睐。但西洋参在种植过程中面临严重的连作障碍,制约了西洋参产业的可持续发展。明确西洋参连作障碍产生的原因和机理,是解决西洋参连作障碍需要深入研究的关键问题,而要解决这一问题,首先需要了解和掌握西洋参生长过程中诸如土壤微生物和土壤环境因子的变化规律和相互作用关系,这也是本研究所要探究的科学问题。本研究在陕西省留坝县西洋参“2+2”模式种植区,分别以同一地块中的一年生(A)、二年生(B)、三年生(C)、四年生(D)和新收获一茬西洋参(G)的土壤为研究对象,以邻近从未种植过西洋参(F)的土壤为对照,分别采用“高通量测序”、“氯仿熏蒸提取容量分析”和“常规土壤理化分析”等技术,测定土壤微生物群落、土壤微生物生物量碳(MBC)以及土壤养分和酶活性等指标,经过数理统计和多元分析,研究西洋参种植生长过程中土壤微生物群落组成结构、主要物种类群、土壤养分(含MBC)和土壤酶活性等的变化,分析土壤微生物群落与土壤环境因子间的变化关系,以探究西洋参种植生长过程中土壤环境的变化过程及规律,以及这种变化与西洋参连作障碍间的关系。主要研究结果如下:1.高通量测序结果六组18个土壤样本共获得细菌有效序列(Effective Tags)1056802条,真菌1439688条;将相似度97%以上的有效序列定义为一个操作分类单元(OTU),则细菌OTU 32224个,真菌9054个;筛除低含量OTU后进行物种类群注释和分类,则注释到细菌25门、75纲、115目、202科、337属和248种;真菌11门、28纲、57目、110科、161属和139种。2.西洋参种植生长对土壤细菌群落的影响①聚类热图和PCoA分析表明:依细菌群落OTU组成,六组样地土壤可明显划分为未种植过西洋参(F)、种植一年(A-C)、种植二年(B-D)和收获一茬(G)四类。②方差分析表明:与未种植过西洋参的土壤相比,收获一茬西洋参的土壤细菌群落Shannon-wiener指数显著降低(P<0.05)。与未种植过西洋参的土壤相比,收获一茬西洋参的土壤细菌门水平的Acidobacteria(酸杆菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Nitrospirae(硝化螺旋菌门)、Verrucomicrobia(疣微菌门)和Saccharibacteria等7个门,以及属水平的Sphingomonas(鞘氨醇单胞菌属)、uncultured bacterium f Gmmatimonadaceae、Luteibacter(藤黄色杆菌属)、Pseudomonas(假单胞菌属)、uncultured bacterium f Nitrosomonadaceae、Rhodanobacter(产黄杆菌属)、Gemmatimonas(芽单胞菌属)、RB41、H16、Bryobacter、uncultured bacterium f Chitinophagaceae、uncultured bacterium f 0319-6A21、Candidatus solibacter、uncultured bacterium c KD-496、uncultured bacterium p Saccharibacteria 和 uncultured Acidobacteria bacterium等16个属的相对丰度均发生了显著变化(P<0.05)。3.西洋参种植生长对土壤真菌群落的影响①聚类热图和PCoA分析表明:依真菌群落OTU组成,六组样地土壤划分结果与细菌群落划分结果完全一致。②方差分析表明:与未种植过西洋参的土壤相比,收获一茬西洋参的土壤真菌群落Shannon-wiener指数有升高变化趋势,但并未达到显著水平(P>0.05)。与未种植过西洋参的土壤相比,收获一茬西洋参的土壤真菌门水平的Ascomycota(子囊菌门)和Basidiomycota(担子菌门)2门,以及属水平的Subulicystidium、Guehomyces、Tetracladium、Hypomyces、Botrytis、Cladosporium、Plectosphaerella、Geomyces、Metarhizium(绿僵菌属)、Penicillium（青霉菌属)、Atractospora、Verticillium、Lecanicillium 和 Cystofilobasidium 等 14个属的相对丰度均发生了显著变化(P<0.05)。4.西洋参种植生长对土壤环境因子的影响方差分析表明:西洋参的种植生长导致土壤MBC、pH、全氮、全磷、速效磷、铵态氮和TOC的含量以及过氧化氢酶、脲酶、转化酶和碱性磷酸酶的活性均发生显著变化(P<0.05);与未种植过西洋参的土壤相比,收获一茬西洋参的土壤中pH、MBC、全氮、TOC的含量以及过氧化氢酶、脲酶和转化酶的活性显著降低(P<0.05),而碱性磷酸酶活性和速效磷含量显著增高(P<0.05);土壤综合肥力显著下降(P<0.05)。5.西洋参土壤微生物群落与土壤环境因子间的关系①蒙特卡罗置换检验表明:所测的11种土壤环境因子中9种对西洋参种植过程中土壤细菌群落组成结构变化有显著影响(P<0.05),影响大小排列为铵态氮>pH>TOC>过氧化氢酶>碱性磷酸酶>转化酶>脲酶>速效磷>MBC;11种土壤环境因子对西洋参种植过程中土壤真菌群落组成结构变化均有显著影响(P<0.05),影响大小排列为铵态氮>TOC>pH>转化酶>过氧化氢酶>碱性磷酸酶>脲酶>速效磷>MBC>全磷>全氮。②真菌和细菌群落与环境因子的RDA排序图表明,土壤TOC和铵态氮对第一排序轴贡献率最大,土壤脲酶对第二排序轴贡献率最大,一年生和三年生土壤微生物群落的分布位置与二年生和四年生土壤微生物群落的分布位置在在第二轴上相似,在第一轴上差异较大;未种植过西洋参与收获一茬西洋参的土壤微生物群落的分布位置在第一轴上相似,在第二轴上差异较大。③相关分析表明:西洋参的种植生长过程中,土壤细菌群落多样性与土壤pH、转化酶、脲酶、MBC和TOC显著正相关(P<0.05),与铵态氮显著负相关(P<0.05);土壤真菌多样性与土壤pH显著负相关(P<0.05),与土壤铵态氮显著正相关(P<0.05)。④多元回归分析表明:土壤pH、铵态氮、全氮、过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶对西洋参土壤细菌群落物种类群的丰度影响较大;土壤全氮、全磷、铵态氮、pH、过氧化氢酶和脲酶对西洋参土壤真菌群落物种类群的丰度影响较大。综上所述,西洋参的种植生长会导致土壤细菌和真菌群落组成结构、多样性、主要物种类群以及土壤环境因子等发生相应的变化,并且土壤微生物群落与土壤环境因子间相互关联。土壤微生物在土壤环境中的种类和数量可能受到微生物本身生长繁殖、迁移扩散和种内种间相互作用等的影响,也可能受到土壤环境因子变化的作用,土壤菌群结构和环境因子的变化可能导致正常的土壤生态关系和性质发生变化,进而可能影响到西洋参正常生长和收获。由于西洋参土壤连作障碍是由西洋参种植引起,并且只针对西洋参或其近缘植物发生,因此西洋参连作障碍是西洋参本身、土壤微生物群落以及土壤环境因子等多方面因素综合作用于土壤的结果。