硫酸亞鐵影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能進而抑制土傳病害的具體作用途徑

硫酸亞鐵作為一種常見的化學物質(zhì)，在土壤環(huán)境中對微生物群落結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響，進而抑制土傳病害，其具體作用途徑如下：

1. 改變土壤化學性質(zhì)
   • 調(diào)節(jié)土壤酸堿度：硫酸亞鐵在土壤中會發(fā)生水解反應(yīng)，使土壤 pH 值降低，營造酸性環(huán)境。如在牛糞秸稈堆肥研究中，添加硫酸亞鐵降低了堆肥的 pH 值 。這種酸性環(huán)境不適宜一些土傳病原菌生存，例如許多喜中性或堿性環(huán)境的病原菌生長繁殖受到抑制。同時，酸性環(huán)境可能影響土壤中養(yǎng)分的有效性和形態(tài)，間接影響微生物群落結(jié)構(gòu)。
   • 增加鐵離子濃度：硫酸亞鐵為土壤提供了大量鐵離子。在含鉻土壤處理中，鐵離子參與了微生物還原六價鉻的過程，促進了鉻還原菌的生長。鐵離子可作為微生物代謝過程中的電子供體或受體，影響微生物的呼吸作用和能量代謝，改變微生物的生長速率和代謝途徑，從而影響微生物群落結(jié)構(gòu)和功能。
2. 影響微生物的代謝過程
   • 作為電子供體或受體：鐵離子在微生物的氧化還原反應(yīng)中扮演重要角色。在六價鉻污染土壤修復(fù)中，鐵離子參與微生物對六價鉻的還原過程，使六價鉻轉(zhuǎn)化為毒性較低的三價鉻 。微生物利用鐵離子進行電子傳遞，完成自身的代謝活動，同時改變了土壤中污染物的形態(tài)和毒性，影響微生物群落的生存環(huán)境和組成結(jié)構(gòu)。
   • 影響酶活性：鐵是許多微生物酶的重要組成成分或激活劑。適量的鐵離子可促進某些與微生物生長、代謝相關(guān)酶的活性，如參與木質(zhì)纖維素降解的酶。在雞糞堆肥中，硫酸亞鐵的添加富集了與木質(zhì)纖維素降解相關(guān)的優(yōu)勢真菌，提高了堆肥中難分解有機物的降解效率，這可能與鐵離子對相關(guān)酶活性的影響有關(guān) 。不同微生物對鐵離子濃度及酶活性改變的響應(yīng)不同，從而影響微生物群落結(jié)構(gòu)。
3. 直接抑制病原菌生長
   • 對病原菌生理結(jié)構(gòu)的破壞：硫酸亞鐵對一些土傳病原菌具有直接抑制作用。在辣椒疫病研究中，發(fā)現(xiàn)鐵元素對辣椒疫霉菌絲生長和孢子囊發(fā)育的抑制作用隨濃度增大而增強，其中硫酸亞鐵抑制效果顯著。可能是硫酸亞鐵進入病原菌細胞內(nèi)，干擾其正常生理代謝，破壞細胞結(jié)構(gòu)和功能，抑制病原菌生長繁殖，降低土傳病害發(fā)生幾率。
   • 競爭營養(yǎng)物質(zhì)：硫酸亞鐵的添加改變了土壤中養(yǎng)分的有效性和分布，使有益微生物在與病原菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)時更具優(yōu)勢。例如在堆肥過程中，硫酸亞鐵影響微生物群落結(jié)構(gòu)，使有益微生物數(shù)量增加，它們與病原菌競爭有限的碳源、氮源等營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致病原菌因營養(yǎng)缺乏而生長受抑制。
4. 促進有益微生物生長繁殖
   • 提供適宜生長環(huán)境：硫酸亞鐵引起的土壤酸堿度和養(yǎng)分變化，為一些有益微生物創(chuàng)造了適宜生長環(huán)境。在含鉻土壤共處置中，沼渣和硫酸亞鐵共處置提高了土壤中鉻還原菌、鐵還原菌和硫酸鹽還原菌的相對豐度，這些有益微生物通過自身代謝活動降低土壤中污染物毒性，抑制土傳病原菌生長。
   • 誘導(dǎo)有益微生物產(chǎn)生拮抗物質(zhì)：硫酸亞鐵可能誘導(dǎo)有益微生物產(chǎn)生拮抗物質(zhì)，抑制病原菌生長。在辣椒疫病防控實驗中，硫酸亞鐵聯(lián)合枯草芽孢桿菌對辣椒疫病防控具有增效作用，可能是硫酸亞鐵促進了枯草芽孢桿菌產(chǎn)生更多拮抗物質(zhì)，如抗生素、酶等，抑制辣椒疫霉菌生長。
5. 改變微生物群落的多樣性和結(jié)構(gòu)
   • 影響微生物種群豐富度和多樣性：在畜禽糞便堆肥研究中，添加硫酸亞鐵降低了細菌物種的豐富度和種群多樣性 。在雞糞堆肥中，硫酸亞鐵提高了真菌群落多樣性 。不同的微生物對硫酸亞鐵的耐受性和響應(yīng)不同，導(dǎo)致敏感微生物種群數(shù)量減少，耐受微生物種群相對增加，改變微生物群落結(jié)構(gòu)，影響微生物之間的相互關(guān)系和生態(tài)功能。
   • 改變微生物群落組成：在水稻土研究中，硫酸亞鐵處理增加了 Firmicutes 和 Proteobacteria 相對豐度，降低了 Acidobacteria 和 Chloroflexi 豐度 。不同微生物類群在土壤生態(tài)系統(tǒng)中具有不同功能，硫酸亞鐵通過改變微生物群落組成，影響土壤物質(zhì)循環(huán)、能量流動等生態(tài)過程，進而影響土傳病害發(fā)生發(fā)展。