核桃林間作西紅花對其土壤微生物數量的動態變化

徐 靜,石書兵,秦小鋼,朱 軍

(1.新疆農業大學農學院,烏魯木齊 830052;2.新疆維吾爾自治區中藥民族藥研究所,烏魯木齊 830002)

0 引 言

【研究意義】土壤微生物能夠促進土壤中有機質的分解和養分的轉化,從而增加土壤肥力,改善土壤環境,影響植物生長[1-3]。核桃為胡桃科核桃屬喬木,是新疆南疆和田地區皮山縣重要的木本糧油作物,但隨著核桃樹逐年長大,傳統林下種植模式其作物生長受到顯著的抑制[4]。西紅花(CrocussativusL.)又稱藏紅花、番紅花,系鳶尾科番紅花屬多年生藥用草本植物,喜溫和、涼爽,忌炎熱, 較耐寒,其生長期與核桃錯季[5-7]。開展核桃西紅花間作模式系統研究,對提高核桃林下土地資源利用率和經濟效益有重要意義。【前人研究進展】核桃林下種植模式主要有林藥、林菌、林菜和林茶等[8-11],核桃間作會對土壤中微生物的數量造成影響。楊文龍等[12]研究發現,核桃間作農作物模式下的微生物數量較農作物單作模式下的微生物數量差異顯著;韋持章等[13]對茶樹和大豆間作,研究發現與單作模式相比,間作模式下的微生物數量顯著增多;張向前等[14]對玉米和花生、大豆間作進行研究,研究發現不同施肥條件下,間作處理可較單作處理顯著提高土壤微生物數量。冉隆俊等[15]對蔬菜與平菇進行間作,研究發現,間作可提高土壤中細菌和真菌的數量;吳娜等[16]對馬鈴薯和燕麥間作進行研究,研究發現間作下的細菌數量較單作模式下的細菌數量顯著提高,得出合理間作可增加土壤微生物數量的結論。【本研究切入點】目前,關于核桃林間作種植模式和品種等方面的研究較多,對西紅花林下栽培模式土壤微生物的研究鮮見報道。需分析核桃西紅花間作模式下土壤微生物數量的動態。【擬解決的關鍵問題】選取不同生長年限的核桃林下間作西紅花為處理組,以15年樹齡核桃單作和西紅花單作為對照,采用稀釋分離法,動態測定西紅花生長期不同處理土壤微生物種群和數量,分析其動態變化規律,為核桃間作西紅花種植模式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020年11月～2021年5月,在和田地區皮山縣中藥材種植基地(N 37°62′、E 78°28′)進行。該地屬暖溫帶極端干旱荒漠氣候,平均年降水量為36.4 mm,氣候干燥,年平均氣溫12.5℃。選取15年的核桃樹作為間作研究對象,核桃樹行間距為5 m,核桃林下間作西紅花。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

田間試驗共設計3個處理。處理Ⅰ:15年樹齡核桃林單作(以下簡稱核桃單作);處理Ⅱ:西紅花單作;處理Ⅲ:15年樹齡核桃林間作西紅花,依次記為HCK、 CK和H15。以上每處理均設3個重復,每個重復地面積為24 m2,地兩邊種植核桃樹,核桃樹行間距5 m。以15年樹齡核桃林間作西紅花為研究對象,西紅花單作和核桃單作為對照,分別于2021年2月17日、3月20日、4月16日及5月4日,采取五點取樣法對各處理0～20 cm的土壤取樣,充分混勻,并帶回實驗室4℃保存,動態觀察土壤中微生物的數量變化。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 土壤懸濁液的制備

每個處理取10 g無明顯雜質和根須的土樣于90 mL無菌水(內含數顆玻璃珠)三角瓶中,放入搖床以180 r/min,震蕩20 min,靜置20 min后,在無菌操作臺中,依次稀釋制成10-1～10-6g/mL的土壤懸濁液備用[14]。

1.2.2.2 微生物的分離

采用稀釋平板法分離、培養微生物[17,18]。分離培養基分別為:孟加拉紅培養基(真菌)、牛肉膏蛋白胨培養基(細菌)、高氏Ⅰ號培養基 (放線菌);每皿接種0.1 mL的土壤懸濁液,接種的梯度分別為:真菌10-1、10-2、10-3;細菌2月10-3、10-4、10-5,3月、4月、5月用濃度梯度為10-4、10-5、10-6的土壤懸濁液;放線菌2、3月用10-1、10-2、10-3,4、5月用濃度梯度為10-2、10-3、10-4的土壤懸液,各重復4次。

1.2.2.3 微生物的培養與計數

將接種完的培養皿倒置在培養箱內,真菌22℃培養4 d;細菌37℃培養3 d;放線菌28℃培養14 d。對平板上的單菌落進行計數,各稀釋梯度取平均值,根據公式計算菌落數量。

1.3 數據處理

所得數據采用Excel 2019 進行匯總,計算平均值,差異顯著性采用SPSS19.0軟件的新復極差法,作圖使用GraphPadPrism 9.0。

2 結果與分析

2.1 核桃林下間作西紅花對土壤中微生物總量的影響

研究表明,核桃林間作西紅花能夠顯著提高其土壤中微生物總量,在西紅花生長期,微生物總量呈現先增高后降低的趨勢,在3月達到峰值,不同處理條件下微生物總菌落數依次為H15>CK>HCK,H15處理模式下的土壤微生物數量為33.21×105cfu/g,是CK的1.55倍,HCK的7.27倍,較兩個對照組皆達到差異性顯著;4月微生物數量下降,以CK模式下的微生物數量最多,為14.25×105cfu/g,較H15和HCK下的微生物數量分別提高30.17%和51.82%;5月3個不同處理下的微生物數量與3月趨勢一致,H15處理下微生物數量最多。種植西紅花可增加土壤中微生物的數量,且核桃西紅花間作模式可以較西紅花單作顯著提高土壤中微生物數量。圖1

注:圖中不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著(P<0.05)。HCK:15年核桃林單作(以下簡稱核桃單作); CK:西紅花單作;H15:15年核桃林間作西紅花,下同

2.2 核桃林下間作西紅花對土壤真菌數量的動態變化

研究表明,在西紅花的生長期2～5月,不同處理條件下真菌數量均呈現先增多后降低的變化趨勢,3月達到峰值。H15處理模式下的真菌數量最多,CK次之,HCK最少,真菌菌落數分別為8.58×102、3.33×102和2.37×102cfu/g,H15真菌數量較CK對照組提高61.20%,較HCK對照組提高72.43%,差異性顯著(P<0.05);4月H15模式下真菌數量驟然下降,兩組對照模式下的真菌數量上升,以CK處理下真菌數量最多,為5.66×102cfu/g。5月各處理下土壤真菌數量以H15模式下微生物數量最多,為1.79×102cfu/g,較核桃單作模式提高9.18%,達到顯著性差異。種植西紅花可提高土壤中真菌數量,核桃西紅花間作模式可顯著提高土壤中真菌數量。圖2

圖2 西紅花土壤的真菌數量的比較

2.3 核桃林下間作西紅花對土壤細菌數量的動態變化

研究表明,核桃林間作西紅花,能夠影響土壤中的細菌數量。在西紅花的生長期2～5月,不同處理條件下細菌數量總體變化趨勢與微生物總量和真菌菌落數量變化一致。在3月細菌數量達到峰值,間作模式下細菌數量為33.05%,較兩對照組細菌數量差異性顯著(P<0.05),分別較CK和HCK提高36.66%和86.39%;其中西紅花單作下的細菌數量較核桃單作(HCK)的細菌數量差異顯著,較HCK提高78.84%。種植西紅花會提高土壤中細菌數量,核桃西紅花間作模式對土壤中細菌數量的提高更顯著。圖3

圖3 西紅花土壤的細菌數量的比較

2.4 核桃林下間作西紅花對土壤放線菌數量的動態變化

研究表明,核桃林間作西紅花,可對土壤中的放線菌數量造成影響與真菌和細菌菌落數量變化趨勢一致,在2～5月西紅花生長期,放線菌呈現單峰變化趨勢,在3月菌落數量達到峰值。不同處理條件下的放線菌菌落數量為H15>CK>HCK。H15較HCK對照處理下的菌落數量較HCK提高53.58%,差異性顯著(P<0.05),較CK對照組提高9.59%。3月CK對照組下的放線菌數量較HCK提高48.65%,差異顯著。種植西紅花可提高土壤中放線菌的數量,核桃西紅花間作模式較西紅花單作對土壤中放線菌數量提升效果更顯著。圖4

圖4 西紅花土壤的放線菌數量比較

3 討 論

3.1土壤是植物賴以生存的條件,土壤中的微生物能夠改善土壤微環境和提高土壤肥力,對作物的生長具有很大影響[19-22]。周楷玲等[23]研究表明,林下間作模式會大大增加土壤中微生物的數量,進而改善植物的生長環境;鄭灝[24]研究表明,林下間作模式下的微生物數量大于單作模式下的微生物數量。試驗結果與其一致,核桃林下間作西紅花的處理模式下的土壤微生物數量較西紅花單作和核桃單作模式顯著提高。研究結果顯示,核桃林間作西紅花土壤微生物數量總體呈現先升高后降低的趨勢,不同處理間比較,2月土壤微生物變化不大,在3月以后逐漸達到峰值,后期漸漸降低,原因一方面微生物的變化可能與西紅花生長有關,3月正值西紅花生長旺盛期,根系代謝旺盛,為土壤中提供了較多的根系代謝物,有利于土壤微生物的繁殖,而4月以后西紅花逐漸進入休眠期,根系活力下降,代謝物減少,所以土壤里的微生物也變少;另一方面微生物的變化可能與核桃樹的生長有關,3月底核桃樹開始萌芽,4～5月逐漸進入生長旺盛期,其根系分泌的化學物質會影響微生物的繁殖[25]。

3.2核桃樹能夠分泌一種胡桃醌的次生物質,其化感作用不僅能夠抑制對林下植物生長,而且影響其土壤中微生物的繁殖[26]。馬葉紅等[25]研究表明,細菌和真菌數量隨核桃年限的增加而升高,放線菌數量隨著核桃生長年限的增加而降低。崔翠等研究表明[4],核桃樹次生代謝物胡桃醌在其生長旺盛期分泌較多,且對土壤中細菌和真菌的抑制性較強。此次試驗結果與其一致,15年樹齡的核桃林間作西紅花下土壤中細菌和真菌數量最多;在西紅花生長期,3月其土壤中微生物數量達到最大,隨著核桃樹的萌發并逐漸進入旺盛生長期,其根系微生物的數量漸漸減少。其數量變化可能受到西紅花和核桃樹相互作用的影響,具體產生原因,有待于進一步的研究。

4 結 論

西紅花生長期,土壤微生物數量變化規律總體呈現先升高后下降的趨勢,西紅花生長旺盛期3月H15微生物總量為33.21×105cfu/g,不同生長年限核桃林間作西紅花處理模式下土壤中微生物總量與細菌、真菌和放線菌菌落數量變化趨勢一致,依次為H15>CK>HCK。核桃林間作西紅花種植模式下的微生物數量較對照模式顯著提高,在西紅花生長期內,土壤中的微生物的數量在其生長旺盛期達到最多;間作模式下土壤微生物的種群數量變化與西紅花的生長和核桃樹生長周期具有一定相關性。