間作玉米對馬鈴薯連作土壤微生物群落多樣性的調(diào)節(jié)作用

林梓燁+盧雯瑩+張金榮

摘 要：為了研究間作對馬鈴薯連作障礙是否有土壤生物群落多樣性減輕調(diào)節(jié)作用，利用間作調(diào)節(jié)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，消減病蟲害已在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但其調(diào)控機制尚未明確。通過玉米與馬鈴薯盆栽正茬、重茬和田間正茬、重茬以及間作栽培實驗，利用biolog微生物分析，闡明間作玉米對馬鈴薯連作土壤微生物群落多樣性的調(diào)節(jié)原理。結(jié)果表明：土壤微生物對維持土壤系統(tǒng)穩(wěn)定性、健康和質(zhì)量非常關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；間作玉米；微生物群落；biolog微生物分析；連作障礙

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）別名土豆、洋芋、山藥蛋等，是茄科（solanaceac）茄屬（Solanum）多年生塊莖草本植物，原產(chǎn)于南美洲，16世紀初傳入歐洲，17世紀傳入我國。全世界主要種植馬鈴薯的國家多達148個，總種植面積超過1800萬hm2，總產(chǎn)量超過3億t。

隨著人們對微生物在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中重要功能認識的不斷深入，已經(jīng)有愈來愈多的注意力集中到用土壤微生物參數(shù)來評價土壤肥力和土壤質(zhì)量。這些參數(shù)主要包括土壤微生物生物量、種群多樣性以及土壤各種酶活性。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，參與有機質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、植物養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)的各個生化過程。大量研究表明，連作障礙主要表現(xiàn)在土壤的微生物區(qū)系由“細菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)變。大多數(shù)學(xué)者認為，細菌型土壤是提高土壤肥力的重要指標，真菌型土壤是養(yǎng)分衰竭的標志，細菌對作物根際微生態(tài)中的能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)換具有重要作用。連作土壤添加馬鈴薯殘茬后，細菌數(shù)量降低、真菌數(shù)量升高，推測馬鈴薯殘茬含有的物質(zhì)可以加劇馬鈴薯連作障礙的發(fā)生。隨著連作年限的增加， 馬鈴薯根際土壤鐮刀菌數(shù)量呈上升趨勢。連作種植導(dǎo)致土壤微生物豐富度和均勻度進一步降低，這可能是馬鈴薯連作障礙發(fā)生的原因之一。

馬鈴薯品種紫花851生長期98天左右（出苗后到成熟），株型直立，豐產(chǎn)性好，單株結(jié)薯6個，薯塊扁圓型，大、中薯率70%以上，薯皮黃色、光滑，薯肉淡黃色，芽眼較淺，商品性好。適合全省馬鈴薯產(chǎn)區(qū)種植，栽培上應(yīng)注意防治晚疫病。本項目通過盆栽種植試驗，研究間作種植對土壤微生物群落多樣性的調(diào)節(jié)作用。

一、材料與方法

1.試驗地點。試驗于2013年在福建農(nóng)林大學(xué)試驗基地試驗田進行，利用盆栽種植。

2.試驗品種。馬鈴薯品種為紫花851，玉米品種為金菲。

3.試驗方法。將40個空盆放入統(tǒng)一處理過的土壤，以減少試驗誤差。再將40盆帶土的盆均分成4個處理，各個處理按照常規(guī)的栽培種植方法進行。具體各個小區(qū)處理的種植方式如下：

T1；10盆種植玉米

T2：10盆種植馬鈴薯

T3：10盆間作馬鈴薯與玉米

T4：10盆不種植任何作物做空白處理

各小區(qū)面積約0.0942平方米。除試驗處理不同外，其余田間管理同目前生產(chǎn)上優(yōu)質(zhì)馬鈴薯和玉米的生產(chǎn)方法。

4.測定項目

（1）土壤樣品采集及Biolog-ECO分析

1）土壤樣品采集。試驗處理一周后進行取樣， 每周取樣一次，連續(xù)7次，取樣的位置應(yīng)盡量靠近植物根系，深度為土表面往下15～30為宜，但是要注意不能弄傷根系影響成長。并將取好的土放入-80e的超低溫冰箱中保存。

2） Biolog- ECO。Biolog技術(shù)通過分布于96孔中的碳源底物來分析評價土壤微生物生理代謝特征。本研究采用有31種碳源（表1） 的生態(tài)板（Biolog-ECO）分析微生物群落的代謝特征， 即功能多樣性。ECO板的接種液的制備采用Classen的方法。首先土壤樣品在25e條件下活化24h，取3g土放入27mL的0185mol/ LNaCl 溶液， 振蕩30min后， 吸取3mL上清， 加入27mLNaCl 溶液， 混勻后再吸取3mL上清， 加入27mL NaCl 溶液。最終的稀釋比例為：1B1000。向ECO板的各孔中加入150LL的稀釋液，每個土樣3次重復(fù)， 將接種好的微孔板放在保濕的容器中， 并放入25e的恒溫培養(yǎng)箱中。分別于24h、36h、48h、72h、96h、120h、144h、168h和192h在ELx808-Biolog微孔板讀數(shù)儀（ BIO-TEKInstrumentsINC，USA） 上進行測定， 測定波長分別為590nm（ 顏色+ 濁度） 和750nm（ 濁度）。

Simpson index：

Shannon index：

McIntosh index：

Where ni is the N is total

二、結(jié)果與分析

1.根際微生物利用全部碳源的動力學(xué)特征

平均顏色變化率（AWCD） 是反映土壤微生物代謝活性， 即利用單一碳源的能力重要指標。計算31種碳源的AWCD可見（ 圖1） ， 隨著培養(yǎng)時間的延長， 微生物利用碳源量呈逐漸增加的趨勢。馬鈴薯單作根際利用碳源總量在整個培養(yǎng)過程都顯著高于其他三種方式，其中對照最低，馬鈴薯玉米間作高于玉米單作。說明四種土壤中根際微生物的生理活性趨勢表現(xiàn)出：馬鈴薯單作>間作>玉米單作>對照。比較4個處理， 在72h前根際AWCD差異并不明顯， 144小時以后趨于穩(wěn)定。

圖1

2.根際微生物利用不同種類碳源的動力學(xué)特征

按化學(xué)基團的性質(zhì)對ECO板上的31種碳源分成6類，即胺/ 氨基化合物類、氨基酸類、醣類、羧酸類、雙親化合物類和聚合物， 并將每類碳源的OD值平均。同時計算多樣性，豐富度，及均勻度指數(shù)。6類碳源均呈現(xiàn)出隨著培養(yǎng)時間的延長，微生物利用碳源的量逐漸增加的趨勢， 四種處理土壤利用碳源種類上也存在較大差異， 四個處理的香濃多樣性指數(shù)表現(xiàn)出，馬鈴薯單作大于馬鈴薯與玉米間作大于玉米單作大于對照，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；四個處理的辛普森指數(shù)表現(xiàn)出，馬鈴薯單作大于馬鈴薯與玉米間作大于玉米單作大于對照，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；McIntosh指數(shù)表現(xiàn)出，馬鈴薯單作大于馬鈴薯與玉米間作大于玉米單作大于對照，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；Mean OD表現(xiàn)出，馬鈴薯單作大于馬鈴薯與玉米間作大于玉米單作大于對照，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；Polymers表現(xiàn)出，馬鈴薯單作小于對照小于玉米單作小于馬鈴薯玉米間作，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；Carbohydrates表現(xiàn)出，馬鈴薯單作大于馬鈴薯與玉米間作大于玉米單作大于對照，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；Carboxylic acids表現(xiàn)出，馬鈴薯單作大于對照大于馬鈴薯與玉米間作大于玉米單作，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；Amino acids馬鈴薯單作大于馬鈴薯與玉米間作大于玉米單作大于對照，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；Amines表現(xiàn)出，馬鈴薯單作大于馬鈴薯與玉米間作大于玉米單作大于對照，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）；Phenollc Acids表現(xiàn)出玉米單作大于對照大于馬鈴薯單作大于玉米馬鈴間作，4個處理間差異顯著（LSD，p<0.05）。

三、 結(jié)論與討論

本研究中， 在相同土壤條件下，不同處理玉米及馬鈴薯的根際與非根際微生物利用碳源的差異也充分說明了Biolog是研究微生物群落功能多樣性的較理想方法之一。植物根系之所以對土壤微生物群落有著顯著的影響是因為根際環(huán)境非常有利于微生物的生存， 使得微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的改變。經(jīng)AWCD及主成分分析， 不同種植方式土壤根際微生物利用碳源的類型明顯差別， 馬鈴薯間作既其利用碳水化合物、羧酸類和多聚物相對較多； 而玉米單作及玉米馬鈴薯間作土壤利用碳水化合物，酚酸類較多。導(dǎo)致這種微生物群落功能變化的原因很可能馬鈴薯和玉米所分泌的根系分泌物種類及根系脫落物成分差異有關(guān)。有研究證明， 根系分泌物不僅為根際微生物提供所需的能源， 而且不同根系分泌物直接影響著根際微生物的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)， 根分泌物的多樣性是根際微生物區(qū)系建立的先決條件， 在一定程度上主宰著根際微生物生態(tài)演替和種群格局的變化。所以， 不同基因型根系分泌物的差異， 及其對根際微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的特異影響還有待于深入研究。

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