| 标题 | 甘蔗间作花生对根际土壤微生物种群及酶活性的影响 |
| 范文 | 陈海生 秦昌鲜 彭崇 郭强 唐利球 陈远权 韦持章 覃潇敏 摘要：通过田间试验，设置甘蔗单作、花生单作和甘蔗/花生间作3种种植处理，探讨甘蔗/花生间作种植下根际土壤微生物群落、土壤酶活性的变化及其内在联系。结果表明，与单作相比，甘蔗/花生间作增加了根际土壤细菌、真菌及放线菌数量，改变了土壤微生物群落的结构组成;提高了根际土壤脲酶、酸性磷酸酶与过氧化氢酶活性。相关分析结果显示，土壤微生物数量与酶活性之间存在显著或极显著的正相关性。说明甘蔗/花生间作具有明显的促进效应，能有效调节根际微生物群落结构组成以及土壤酶活性。 关键词：甘蔗/花生间作;根际土壤微生物;土壤酶活性;微生物群落 中图分类号： S344.2? 文献标志码： A? 文章编号：1002-1302（2019）03-0223-04 间套作作为我国传统农业的精髓，具有增产[1-2]、提高养分资源利用效率[3-4]、增加农田生物多样性和稳定性[5]以及持续控制病、虫、草害的优势[6-7]，可提高根际微生物多样性[8-9]，并且改善农田生态环境，促进生态平衡。唐秀梅等研究发现，木薯与花生间作可以增加根际土壤细菌、真菌、放线菌、总微生物数量、微生物多样性以及根际土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性[10];李伶俐等研究也发现，棉花与不同作物间作后土壤中细菌和放线菌数量显著增加，真菌数量显著降低，脱氢酶、中性磷酸酶、转化酶和脲酶活性显著提高[11]。 甘蔗（Saccharum officinarum）是我国乃至世界最重要的糖料及能源作物，也是广西壮族自治区的主要经济作物之一[12]。蔗糖业为广西重要经济支柱产业之一，是广西区党委、人民政府确定重点发展的“千亿元产业”[13]。土壤微生物是土壤中重要而又活跃的部分，推动着土壤的物质转化和能量流动，可以反映土壤中物质代谢的旺盛程度，是土壤养分的一个重要指标[14]。因此，研究土壤微生物和土壤酶活性能反映2种作物在生长期的相互作用。本研究以桂西南地区重要的经济作物——甘蔗为研究对象，采用田间试验的方法，研究甘蔗/花生间作对土壤微生物数量及土壤酶活性的影响，为进一步探究桂西南地区甘蔗/花生间作栽培下作物的优质高产提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 试验地概况 试验于2016年10月在广西南亚热带农业科学研究所甘蔗示范基地进行，该区属典型的南亚热带季风气候，海拔约125 m，年平均温度在22 ℃左右，年降水量在1 273.6 mm左右。土壤为酸性红壤，土层深厚，地势平坦，排灌良好，是甘蔗较适宜生长的地区，其土壤理化性状为pH值6.73，有机质含量为12.44 g/kg，碱解氮含量为100.5 mg/kg，速效磷含量为15.6 mg/kg，速效钾含量为125.5 mg/kg。 供试作物品种：甘蔗为桂糖46号;花生为当地农民主栽品种，是广西壮族自治区的主栽品种。 供试肥料为尿素、普通过磷酸钙、复合肥（N、P2O5、K2O含量均为15%）。 1.2 试验设计 田间试验采用随机区组排列，设甘蔗单作、花生单作和甘蔗/花生间作3种种植模式，每个处理重复3次，共9个小区，小区面积为6 m×5 m。甘蔗/花生间作规格采用2行甘蔗间作2行花生：甘蔗行距为1 m，株距为0.3 m;花生行距为 0.30 m，株距为0.25 m，带状种植。 试验于2016年1月10日开始整地，1月14日种植甘蔗，2月20日播种花生。播前施基肥复合肥750 kg/hm2，磷肥450 kg/hm2;5月15日培土施肥施复合肥750 kg/hm2、尿素450 kg/hm2。田间采用常规管理。花生于7月10日收获，甘蔗于11月20日收获。 1.3 土壤样品的采集 分别于甘蔗苗期、拔节期和成熟期进行采样，先将植株根系从土壤中整体挖出，采用抖土法抖掉与根系松散结合的土，然后将与根系紧密结合的土壤刷下来作为根际土样品。单作处理每个小区随机取作物4株，间作处理每个小区2种作物分别随机取4株，然后将4株作物的根際土壤混合为1个样品，将每种作物的根际土壤各自混合为1个样品。将土样均分为2份，1份自然风干过1 mm筛备用，用于土壤酶分析，另一份于4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物数量测定。 1.4 测定方法 采用稀释平板计数法统计微生物数量：细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，真菌用马丁-孟加拉红培养基，放线菌用改良高氏一号培养基[15]。 土壤酶活性测定[16]：过氧化氢酶活性测定采用KMnO4滴定法;脲酶活性测定采用苯酚钠次氯酸钠比色法;酸性磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法。 1.5 数据分析 采用Excel 2010软件进行数据整理、作图及主成分分析;用SPSS 19.0软件分析对数据进行方差分析（LSD法）及相关性分析，显著性水平设定为α=0.05。 2 结果与分析 2.1 甘蔗/花生间作对根际土壤微生物数量的影响 2.1.1 细菌 土壤细菌是土壤微生物的主要组成成分，能分解各种有机物质。从图1可以看出，随着生育进程的推进，不同种植方式下根际土壤细菌数量呈先增加后降低的趋势。此外，与单作相比，间作甘蔗根际土壤细菌数量在拔节期显著增加18.08%，成熟期增加16.15%，而苗期显著降低9.83%;间作花生根际土壤细菌数量在苗期、拔节期及成熟期分别增加11.43%、19.21%、14.41%，且在拔节期和成熟期差异显著。 2.1.2 真菌 随着生育进程的推进，单作作物根际真菌数量均呈递增的趋势;间作作物根际真菌数量则是先增加后降低（图2）。此外，间作甘蔗的根际真菌数量在苗期、拔节期分别显著高于单作处理53.18%、88.87%，在成熟期高21.30%，但没有达到差异显著水平;花生的根际真菌数量在苗期、拔节期也分别显著高于单作处理68.87%、84.20%，而在成熟期显著低于单作处理。 2.1.3 放线菌 放线菌能分解多数真菌和细菌不能分解的化合物，因此土壤中放线菌数量的多少，关系着土壤代谢强度的高低。从图3可以看出，随着生育进程的推进，单作、间作作物根际土壤放线菌数量均呈先增加后降低的趋势。此外，甘蔗/花生间作可以增加作物根际土壤放线菌数量。与单作相比，间作使甘蔗拔节期根际放线菌数量增加22.28%，成熟期增加24.49%;间作花生根际放线菌数量在苗期、拔节期及成熟期分别增加39.93%、37.96%、8.35%，且单作、间作处理间差异显著性不一致。 2.2 甘蔗/花生间作对根际土壤酶活性的影响 2.2.1 对脲酶活性的影响 脲酶是一种专性酶，能够水解有机物，促其水解生成氨和CO2，其中氨是氮素营养的直接来源。由图4可以看出，不同种植方式下根际土壤脲酶活性随着生育进程的推进先增加后降低，在拔节期活性最高。甘蔗/花生间作的根际土壤脲酶活性均显著高于甘蔗单作和花生单作处理（P≤0.05）。与单作相比，间作使甘蔗、花生根际土壤脲酶活性在苗期分别显著提高92.17%、87.18%，在拔节期分别显著提高87.31%、85.29%;在成熟期分别显著提高 86.07%、91.53%。 2.2.2 对酸性磷酸酶活性的影响 土壤磷酸酶来源于土壤微生物和植物根系，能够水解催化有机磷化合物为无机磷，为植物提供可靠的磷素营养。由图5可知，除苗期外，甘蔗/花生间作根际土壤酸性磷酸酶活性均高于甘蔗单作和花生单作处理，其中在拔节期的差异最为显著。与单作相比，甘蔗与花生间作之后使拔节期作物根际土壤酸性磷酸酶活性分别显著提高 26.17%、20.87%，成熟期分别提高12.50%、10.88%。此外，隨着生育进程的推进，根际土壤酸性磷酸酶活性均呈递增的趋势。 2.2.3 对过氧化氢酶活性的影响 过氧化氢酶是直接参与土壤中物质和能量转化的一种重要的氧化还原酶，其活性在一定程度上可以表征土壤生物氧化过程的强弱。随着生育进程的推进，单作条件下甘蔗、花生根际土壤过氧化氢酶活性均呈递增的趋势;间作条件下，甘蔗根际土壤过氧化氢酶活性先增加后降低，而花生则是呈递增的趋势（图6）。此外，甘蔗/花生间作显著提高了甘蔗苗期和拔节期根际土壤过氧化氢酶活性以及花生苗期和成熟期根际土壤过氧化氢酶活性。与单作相比，间作甘蔗根际土壤过氧化氢酶活性在苗期、拔节期分别显著提高37.50%、30.39%;间作花生根际土壤过氧化氢酶活性在苗期、拔节期及成熟期分别提高15.25%、11.06%、6.55%，并且在苗期和成熟期时单作、间作处理间差异显著。 2.3 主成分分析 进一步对不同种植模式下不同生育期甘蔗花生根际土壤微生物、酶活性进行主成分分析，结果（图7）表明，甘蔗/花生间作种植后均明显改变了作物根际土壤微生物群落组成及酶活性的大小。在3个生育期，单作、间作在PC1上出现明显的分离，间作甘蔗、间作花生均分布在PC1的负方向，而单作甘蔗、单作花生则分布在PC1的正方向;而在PC2上没有明显的影响（除了苗期单、间作甘蔗在PC2上有明显分离外）。 2.4 土壤根际微生物数量与土壤酶活性的相关性 土壤根际微生物与土壤酶活性关系密切，一切使土壤根际微生物数量变化的因素都间接影响土壤酶活性的变化。由表1可知，土壤细菌、放线菌、真菌数量与土壤脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性之间多呈显著或极显著的正相关关系，其中以真菌数量与土壤脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性之间的相关性最显著。 3 讨论与结论 土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分，土壤微生物数量与作物地下部及地上部生长有密切联系，如在作物间作体系中，地上部的生物多样性与地下部的土壤生物多样性之间密切相关[17]。张向前等研究发现，间作处理土壤中的细菌、真菌、放线菌和固氮菌的数量以及土壤脲酶、磷酸酶、转化酶和蛋白酶的活性均高于单作处理[18]。胡举伟等研究亦表明，与单作处理相比，桑树和大豆间作提高了根际微生物数量、微生物多样性和土壤酶活性[19]。相似地，在甘蔗的3个生育期，甘蔗/花生间作可以增加根际土壤细菌、放线菌和真菌数量，且部分达到显著水平，说明甘蔗/花生间作可以促进根际土壤微生物的生长，这可能是由于间作作物根系间存在交错叠加作用，根系分泌物十分丰富，为根际微生物生长繁殖提供了所需的能源，增加了根际微生物的数量，改善了根际微生物多样性。 土壤酶是生态系统物质循环和能量流动等生态过程中最活跃的生物活性物质，是土壤新陈代谢的重要促进因子，其与微生物一起共同推动土壤的代谢过程，二者的活性密切相关[20]。本试验亦发现，土壤微生物与土壤酶活性之间存在显著或极显著的正相关关系。此外，间作作物根际土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性均高于单作处理，且部分达到显著水平，其中以脲酶的间作效应最为明显，说明甘蔗/花生间作可以提高根际土壤酶活性，这与玉米/姜[21]、玉米/大豆[22]间作能显著提高土壤酶活性的研究结果一致。这可能是由于在间作系统中，由于2种作物根系的互作不仅使有机物转化速度加快、生物氧化代谢活动加强，而且改变了根际土壤的生境，增加了微生物数量，使作物根系和微生物向土壤中释放酶的数量增加。 本试验中，与单作相比，甘蔗/花生间作增加了根际土壤细菌、真菌、放线菌数量，改善了土壤微生物群体的多样性;提高了根际土壤脲酶、酸性磷酸酶与过氧化氢酶的活性。相关分析结果显示，土壤微生物数量与土壤酶活性之间存在着密切的关系。 参考文献： [1]Mao L L，Zhang L Z，Zhao X H，et al. 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