環(huán)境友好型跨年度輪作及香蕉—花生間作對(duì)土壤微生物多樣性提升效果

李虹++黃文++武春媛++王國(guó)芬++林培群

摘要 依據(jù)不同科屬作物生態(tài)生理功能差異，檢驗(yàn)了環(huán)境友好型跨年度瓜菜（辣椒、南瓜和芥菜）—香蕉輪作+花生間作提升土壤微生物多樣性的影響。結(jié)果表明，跨年度輪作間作顯著地提升了土壤可培養(yǎng)微生物細(xì)菌和放線菌群落，降低了真菌數(shù)量。土壤微生物高通量測(cè)序顯示所有香蕉+花生間作系統(tǒng)Shannon生物多樣性指數(shù)顯著提升。花生覆蓋地表保持水分和抑制雜草是間作提高土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量的影響因素。還田秸稈助長(zhǎng)微生物。辣椒還田生物量高于南瓜和芥菜。因而，辣椒—香蕉+花生不同科屬作物的協(xié)同作用可以更有效地提升土壤微生物多樣性。

關(guān)鍵詞 花生；輪作間作；生物多樣性Shannon指數(shù)；香蕉；土壤微生物高通量測(cè)序

中圖分類號(hào) S154.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）20-0064-02

改良香蕉長(zhǎng)期單作及其高復(fù)種導(dǎo)致的土壤退化是近年熱帶土壤的研究熱點(diǎn)[1]。香蕉是世界上最大的草本開(kāi)花植物、全球最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，然而高復(fù)種導(dǎo)致香蕉枯萎病頻發(fā)，香蕉失收。香蕉枯萎病是由古巴尖鐮孢（Fusarium oxysporum f. sp. cubense）侵染的毀滅性最強(qiáng)的作物真菌病害，其孢子土居，在土壤中長(zhǎng)期存活。近百年來(lái)，全球尚未找到香蕉枯萎病的有效防治方法[1-2]。

輪作和間作栽培有益于防控雜草[3]和提高系統(tǒng)生物化學(xué)特征[1，4-6]。本研究的目的是依據(jù)不同科屬作物生理功能差異，假設(shè)環(huán)境友好型輪作間作栽培是應(yīng)對(duì)土壤退化的策略，研究跨年度冬季辣椒、南瓜、芥菜—香蕉輪作+花生間作方法對(duì)提升土壤微生物多樣性的作用效益。現(xiàn)將結(jié)果總結(jié)如下。

1 材料與方法

1.1 跨年度瓜菜輪作試驗(yàn)

利用辣椒（Capsicum annuum）、南瓜（Cucurbita pepo）、芥菜（Brassica juncea）、香蕉（Musa acuminata）和花生（Arachis hypogaea）不同科屬作物生態(tài)生理功能差異，進(jìn)行了3年（2014—2016年）輪作間作試驗(yàn)。香蕉—花生間作互利的科學(xué)依據(jù)是香蕉屬高棵作物、需肥，生長(zhǎng)期長(zhǎng)達(dá)13個(gè)月，花生屬矮棵草本、固氮，生長(zhǎng)期短至4個(gè)月。

1.1.1 試驗(yàn)地概況。試驗(yàn)地點(diǎn)處于海南省西北部澄邁縣豐西村，選取鄰近3塊紅壤地，每塊地面積近2 533.35 m2。試驗(yàn)地?cái)?shù)年前因香蕉枯萎病危害改種甘蔗及瓜菜，經(jīng)濟(jì)效益低于香蕉。試驗(yàn)地2014年底分別種植冬季辣椒、南瓜和芥菜，翌年4月下旬瓜菜全部收獲完畢后，每塊地進(jìn)行測(cè)土配方施肥。

1.1.2 試驗(yàn)材料。試驗(yàn)用香蕉抗病品種寶島蕉，購(gòu)自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院種苗組培中心。花生品種山花10號(hào)，購(gòu)自山東花生育種中心。

1.2 香蕉—花生間作模式

間作前測(cè)定，顯示土壤化學(xué)肥力和微生物性質(zhì)均為辣椒地>芥菜地>南瓜地，但差異不顯著。土壤強(qiáng)酸性（pH值5.1±0.2），有機(jī)質(zhì)含量低（2.1%±0.4%），可培養(yǎng)細(xì)菌5.87×106 cfu/g、放線菌5.06×105 cfu/g、真菌2.73×104 cfu/g。首先依據(jù)測(cè)土結(jié)果校正土壤酸度和肥力。按目標(biāo)值pH值6.5和SMP緩沖溶液值，施加鈣鎂調(diào)理劑3 750 kg/hm2；添加有機(jī)肥（含C 45%）15 t/hm2，微生物菌肥（活性菌3×108 cfu/g）3 t/hm2 [1]。

2015年6月中旬移栽香蕉，栽植2 490株/hm2，株行距2 m×2 m，隔行安裝灌溉噴帶。花生播種前根瘤菌拌種（含活性根瘤菌2×109個(gè)/g），拌種率16 g/kg[1]。花生與香蕉行距80 cm，株行距25 cm×50 cm。每塊地留666.67 m2單種香蕉（不間作花生）作為對(duì)照。

1.3 土壤微生物區(qū)系分析及高通量測(cè)序微生物多樣性

試驗(yàn)地以網(wǎng)絡(luò)15 m×15 m GPS定點(diǎn)采樣，分別于栽培前、花生收獲時(shí)、香蕉抽蕾期、香蕉收獲期采樣，平板法分析可培養(yǎng)土壤微生物。土壤細(xì)菌和真菌多樣性高通量測(cè)序由北京Biomarker生物科技公司完成。所有數(shù)據(jù)應(yīng)用Turkey′s HSD檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤可培養(yǎng)微生物群落數(shù)量變化

間作花生直接受惠香蕉生長(zhǎng)。香蕉初期生長(zhǎng)緩慢，低層次花生植株光照良好，生長(zhǎng)迅速，2周內(nèi)覆蓋行間裸地20%，4周內(nèi)開(kāi)花初期覆蓋率60%，6周內(nèi)覆蓋85%，對(duì)香蕉生長(zhǎng)環(huán)境發(fā)揮了保持水土和控制雜草的作用（圖1）。間作土壤水分平均含量達(dá)24%，非間作土壤水分含量19%，差異顯著。

土壤微生物培養(yǎng)分析結(jié)果顯示，相對(duì)于起始值，間作顯著地提升了土壤可培養(yǎng)細(xì)菌群落數(shù)量。香蕉收獲時(shí)，間作地土壤可培養(yǎng)細(xì)菌群落平均數(shù)量增加到7.17×106 cfu/g，增加23.6%（直線型回歸系數(shù)R2=92.3%），其中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量在辣椒—香蕉+花生系統(tǒng)增加最顯著（圖2），非間作土壤細(xì)菌群落數(shù)量比起始值減少11.2%。

土壤可培養(yǎng)放線菌在所有的輪作間作栽培系統(tǒng)顯著增加。間作栽培實(shí)施15個(gè)月內(nèi)，放線菌群落量由5.06×105 cfu/g增加到5.64×105 cfu/g，平均增加11.5%（直線型回歸系數(shù)R2=96.7%），其中放線菌數(shù)量在辣椒—香蕉+花生模式下增加最顯著，達(dá)5.82×105 cfu/g。非間作土壤放線菌群落比起始值顯著減少了9.4%。

土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量（植物病原菌）在非間作系統(tǒng)較栽培前起始值稍有增加，但在間作系統(tǒng)中相對(duì)于起始值趨于減少，真菌群落量由2.73×104 cfu/g減少到2.34×105 cfu/g，平均減少了14.3%（直線型回歸系數(shù)R2=94.9%）。土壤真菌減少幅度在芥菜—香蕉+花生和南瓜—香蕉+花生系統(tǒng)中相近，在辣椒—香蕉+花生系統(tǒng)真菌數(shù)量減少幅度最大（圖3）。

2.2 土壤微生物區(qū)系細(xì)菌和真菌多樣性指數(shù)差異endprint

香蕉—花生間作模式提升了土壤微生物區(qū)系多樣性。土壤細(xì)菌多樣性高通量V3+V4區(qū)測(cè)序分析結(jié)果顯示，所有間作栽培模式相對(duì)于非間作對(duì)照（南瓜、芥菜、辣椒—香蕉）系統(tǒng)，顯著地提升土壤微生物區(qū)系多樣性。Alpha多樣性指數(shù)Shannon、Chao1和Ace指數(shù)最高值及其Simpson指數(shù)最低值顯示了辣椒（芥菜）—香蕉+花生模式具有提升香蕉土壤細(xì)菌物種多樣性的作用（表1）。

土壤真菌多樣性高通量ITS1區(qū)測(cè)序分析結(jié)果顯示其所有Alpha指數(shù)值（表2）都遠(yuǎn)低于土壤細(xì)菌Alpha指數(shù)值（表1）。南瓜—香蕉+花生系統(tǒng)Shannon、Chao1和Ace指數(shù)值稍高于對(duì)照但無(wú)顯著差異。芥菜—香蕉+花生以及辣椒—香蕉+花生系統(tǒng)的土壤含真菌多樣性量最低（表2）。土壤真菌數(shù)量趨于減少，意味著土居植物病原菌相對(duì)減少。

3 結(jié)論與討論

在相同的土壤酸度改良劑、生物菌肥、有機(jī)肥和復(fù)合肥添加優(yōu)化耕作管理?xiàng)l件下，環(huán)境友好型跨年度冬季瓜菜輪作香蕉+花生間作模式比單作（非間作）顯著提升土壤細(xì)菌和放線菌群落多樣性。花生快速生長(zhǎng)，2周內(nèi)開(kāi)始覆蓋地表保持水分和抑制雜草，是提高土壤細(xì)菌和放線菌群落數(shù)量的影響因素之—。土壤微生物對(duì)土壤肥力演變、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、物質(zhì)分解發(fā)揮重要作用，但許多土壤真菌是重要的植物病原菌。土壤細(xì)菌和放線菌群落數(shù)量趨于增加，而真菌群落數(shù)量趨于減少，這意味著細(xì)菌和放線菌數(shù)量增加相互作用降低了植物病原菌。

辣椒—香蕉+花生模式具有高通量測(cè)序細(xì)胞群落Shannon最高指數(shù)值，真菌群落Shannon最低指數(shù)值，源于辣椒秸稈還田量高于南瓜和芥菜。還田秸稈助長(zhǎng)微生物，因此促使辣椒—香蕉+花生系統(tǒng)較南瓜和芥菜模式更顯著增加了細(xì)菌和放線菌群落，更降低了真菌數(shù)量，具有更高效的土壤細(xì)菌微生物多樣性。

環(huán)境友好型跨年度瓜菜輪作香蕉+花生間作模式效益體現(xiàn)在細(xì)菌高通量測(cè)序Shannon指數(shù)差異，顯著地提高了土壤微生物多樣性。花生覆蓋地表保持水分和抑制雜草是間作提高土壤細(xì)菌和放線菌群落數(shù)量的影響因素。細(xì)菌和放線菌群落多樣性增加，交替抑制降低了真菌數(shù)量。辣椒還田秸稈量高于南瓜和芥菜，因此辣椒—香蕉+花生模式協(xié)同作用更體現(xiàn)出微生物多樣性的促進(jìn)作用。

4 參考文獻(xiàn)

[1] LI H，WANG X T，ZHAO F L，et al.Banana-peanut intercropping reduces banana Fusarium wilt disease from promoting soil bacterial microorganisms and organic carbon[J].BMC Plant Biology，2016，16（Suppl 2）：226.

[2] 樊小林，李進(jìn).堿性肥料調(diào)節(jié)香蕉園土壤酸度及防控香蕉枯萎病的效果[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2014，20（4）：938-946.

[3] ANDERSON R L.A rotation design to reduce weed density in organic farming[J].Renewable Agriculture and Food Systems，2010，25（3）：189.

[4] 王世強(qiáng)，胡長(zhǎng)玉，程?hào)|華，等.調(diào)節(jié)茶園土壤pH對(duì)其土著微生物區(qū)系及生理群的影響[J].土壤，2011，43（1）：76-80.

[5] MURUGAN R，Kumar S.Influence of long-term fertilisation and crop rotation on changes in fungal and bacterial residues in a tropical rice-field soil[J].Biology and Fertility of Soils，2013，49（7）：847-856.

[6] LI H，LI T，F(xiàn)U G，et al.How strawberry plants cope with limited phospho-rus supply：Nursery-crop formation and phosphorus and nitrogen uptake dynamics[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2014，177（2）：260-270.endprint