甘草不同種植模式與土壤微生態(tài)關(guān)聯(lián)性的研究△

祖勒胡瑪爾·烏斯?jié)M江，朱軍，李曉瑾*，石書兵，張際召，賈曉光

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆維吾爾自治區(qū)中藥民族藥研究所，新疆 烏魯木齊 830002；3.新疆康隆科技股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830002)

·中藥農(nóng)業(yè)·

甘草不同種植模式與土壤微生態(tài)關(guān)聯(lián)性的研究△

祖勒胡瑪爾·烏斯?jié)M江1，2，朱軍2，李曉瑾1，2*，石書兵1*，張際召3，賈曉光2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆維吾爾自治區(qū)中藥民族藥研究所，新疆 烏魯木齊 830002；3.新疆康隆科技股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830002)

目的：了解甘草不同的種植模式對土壤微生物的影響。方法：以甘草規(guī)?；N植基地為研究對象，檢測和分析輪作、連作種植模式下，其土壤中微生物類群及數(shù)量變化。結(jié)果：不同種植模式對土壤微生物的數(shù)量影響差異顯著，隨著種植年限增加甘草土壤微生物明顯降低，甘草與棉花、小麥輪作土壤微生物數(shù)量較連作地顯著提高；各土壤總微生物數(shù)量變化均為細(xì)菌>真菌>放線菌；隨著土層深度增加三大微生物數(shù)量呈逐漸降低趨勢。結(jié)論：輪作能夠提高甘草地土壤微生物數(shù)量，對改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力具有重要意義。

甘草；種植模式；土壤微生物數(shù)量

甘草為豆科甘草屬多年生草本植物，以根和根莖入藥，是我國大宗常用藥用植物，具有補脾益氣、清熱解毒、祛痰止咳、緩急止痛、緩和藥性、調(diào)和諸藥等功效[1-2]。是我國源于野生資源，應(yīng)用極為廣泛的最大宗藥材。目前，逐年增長的巨大市場需求已致其資源接近枯竭，處于瀕危狀態(tài)，被列入《中國珍稀瀕危保護植物名錄》和《國家重點保護野生藥材物種名錄》[3-4]。因此，實現(xiàn)甘草的規(guī)?；?、規(guī)范化人工栽培勢在必行。

土壤微生物是土壤——植被系統(tǒng)中重要的組份，是土壤中有機質(zhì)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等物質(zhì)循環(huán)的主要動力，對植物生長有著至關(guān)重要的作用。土壤微生物對環(huán)境變化非常敏感，也是評價生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)[5-7]，成為現(xiàn)代栽培學(xué)與環(huán)境生態(tài)學(xué)研究的熱點。本文通過測試和分析甘草不同種植模式下，土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌的微生物數(shù)量變化與分布，研究其與土壤微生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)性，為提升和完善甘草人工種植技術(shù)、科學(xué)布局產(chǎn)業(yè)及實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣本采集

2014年8月，在康隆現(xiàn)代農(nóng)業(yè)GAP甘草認(rèn)證基地(新疆布克塞爾蒙古自治縣)(46°47′31.92″，85°43′32.21″)選取不同種植模式的6塊甘草樣地，分別為3塊棉花-甘草輪作地；2塊連作兩年甘草——甘草地(標(biāo)記為G1，G2，G3，G4，G5)；同時，取葵花、玉米、小麥等常規(guī)農(nóng)作物種植地(標(biāo)記N1，N2，N3)土樣為對照。同時，取未種過甘草的常規(guī)農(nóng)作物種植地(棉花-玉米)為對照。每塊樣地條件基本一致，按照《S》型五點取樣法，在采樣點挖垂直深1 m剖面，分別在距地平面0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm處取約1 kg土樣。24 h內(nèi)貯藏于4 ℃的冰箱。甘草不同種植模式采樣點的基本情況件見表1。

表1 研究樣地信息

1.2 試驗方法

1.2.1土壤菌懸液的制備 土壤微生物數(shù)量的測定采用稀釋平板計數(shù)法[8]。稱取10 g土樣，置250 mL錐瓶中，加90mL無菌水，加玻璃珠振蕩20 min，取1 mL混懸液，置已加9 mL無菌水的試管中，混勻；在凈化臺中，按需要，分別稀釋細(xì)菌10-5、10-6、10-7；放線菌10-2、10-3、10-4；真菌10-1、10-2、10-3等不同濃度的土壤溶液。真菌選菌落數(shù)在10～100之間的培養(yǎng)皿進行計數(shù)[9]。土壤微生物的培養(yǎng)條件見表2。

表2 土壤微生物培養(yǎng)條件

1.2.2 微生物數(shù)量計算 微生物數(shù)量以每克土壤樣品所含的菌數(shù)表示。計算公式：每mL土壤樣品所含的菌數(shù)(CFU/g土)=同一個稀釋度幾次重復(fù)的菌落平均數(shù)×5×稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 甘草與農(nóng)作物地土壤三大類微生物數(shù)量特征

2.1.1 甘草連作與輪作對土壤細(xì)菌數(shù)量的影響 各樣地中，甘草地塊輪作處理樣地的土壤細(xì)菌數(shù)量顯著高于連作處理樣地，其中甘草輪作地塊G4的細(xì)菌總數(shù)最高，達(dá)29.8×106CFU；其次是甘草輪作地塊G1和常規(guī)農(nóng)作物地N2，分別為27.9×106CFU、24.9×106CFU；連作2年甘草地塊G5土壤細(xì)菌數(shù)量最低，僅為6.2×106CFU。詳見表3。

表3 甘草地不同深度土壤細(xì)菌數(shù)量特征 CFU·mL-1

注：表中數(shù)據(jù)是各樣地不同土層的微生物平均值

2.1.2 甘草連作與輪作對土壤真菌數(shù)量的影響 真菌在各樣地上的分布差異很大，輪作樣地N3真菌總數(shù)量最高，為2.29×104CFU；連作樣地G5真菌數(shù)量顯著低于輪作，為0.41×104CFU。農(nóng)作物地塊N2(玉米地)真菌數(shù)量最少，為0.35×104CFU。詳見表4。

表4 甘草地不同深度土壤真菌數(shù)量特征 /CFU·mL-1

注：表中數(shù)據(jù)是各樣地不同土層的微生物平均值

2.1.3 甘草連作與輪作對土壤放線菌數(shù)量的影響 各樣地中放線菌在常規(guī)作物輪作地塊N3最多，總數(shù)達(dá)到6.1×105，其次是輪作地G4和常規(guī)農(nóng)作物地N2，分別為4.6×105CFU、4.07×105CFU，甘草連作地G5最少，為2.3×105CFU。放線菌數(shù)量在上兩層土壤中最多，下兩層土壤中最少。詳見表5。

表5 甘草地不同深度土壤放線菌數(shù)量特征 /CFU·mL-1

注：表中數(shù)據(jù)是各樣地不同土層的微生物平均值

2.1.4 甘草連作與輪作對土壤三大類微生物總數(shù)的影響 在0～10 cm土層的微生物數(shù)量關(guān)系占絕對優(yōu)勢，因此總體上決定了三大類微生物數(shù)量的大小關(guān)系，而30～40 cm上層的微生物數(shù)量較小。土壤三大類微生物數(shù)量隨著土層的加深而減小，詳見表6。

表6 土壤三大類微生物總數(shù)

注：表中數(shù)據(jù)是各樣地不同土層的微生物平均值

2.2 甘草與農(nóng)作物地土壤三大類微生物垂直分布

從圖1、圖2、圖3、圖4三大類土壤微生物數(shù)量及總數(shù)量的最近鄰元素分析來看，甘草根系的0～40 cm區(qū)域都是土壤微生物分布較為集中的范圍，但各土層的規(guī)律有所差異，常規(guī)農(nóng)作物與甘草地相比，各土層土壤放線菌總數(shù)量明顯高于甘草地，且常規(guī)農(nóng)作物30～40 cm土層微生物數(shù)量大于比甘草地深層土壤微生物的數(shù)量。

圖1 土壤細(xì)菌的最近鄰元素聚類分析

圖2 土壤真菌的最近鄰元素聚類分析

圖3 土壤放線菌的最近鄰元素聚類分析

圖4 土壤三大類微生物總數(shù)的最近鄰元素分析

2.3 各樣地土壤微生物類群數(shù)量聚類分析

2.3.1 各樣地0～10 cm土層土壤微生物數(shù)量聚類分析 在0～10 cm土層中，各樣地劃分為兩類：第1類包括甘草輪作地塊G1、G2、G4、及連作地塊G3，進一步劃分，其中農(nóng)作物輪作地塊N1、N2為一組、連作樣地G5自為一組；農(nóng)作物輪作地塊N3單獨歸為第2類。詳見圖5。

圖5 各樣地0～10 cm土壤微生物聚類分析

2.3.2 各樣地10～20 cm土層土壤微生物數(shù)量聚類分析 10～20 cm土層處，如圖2分為兩類，輪作地塊N1、N3、G2及連作地塊G5自為一類；其余地塊分為一類，其中輪作地塊G4為一組。此種形式表明，各樣地10～20 cm土層處的微生物數(shù)量與分布沒有差異。詳見圖5。

圖6 各樣地10～0 cm土壤微生物聚類分析

2.3.3 各樣地20～30 cm土層土壤微生物數(shù)量聚類分析 20～30c m土層處，如圖3也是分為兩類，輪作地塊G4與N8自為一類；其他地塊歸為一類，進一步劃分，輪作地G1與N2為一組。此種形式表明，各樣地20～30 cm土層土壤微生物分布有差異。

圖7 各樣地20～30 cm土壤微生物聚類分析

2.3.4 各樣地30～40 cm土層土壤微生物數(shù)量聚類分析 30～40 cm土層中，各樣地微生物劃分為兩類，農(nóng)作物輪作地塊N2、N3自為一類，其他地塊歸為一類，其中甘草輪作地塊G1組、G4為一組，G2、G3、G5及N1為一組；表明，30～40 cm土層分為一類的樣地土壤微生物分布沒有差異。

圖8 各樣地30～40cm土壤微生物聚類分析

研究結(jié)果表明：干旱半干旱地區(qū)的甘草種植地的土壤微生物中，細(xì)菌占絕對優(yōu)勢，占總微生物數(shù)量的99%，放線菌，真菌數(shù)量較小；甘草的種植模式、連作年限、前茬作物都影響土壤微生物數(shù)量與分布，甘草連作地中的土壤微生物數(shù)量低于前茬棉花輪作甘草及常規(guī)農(nóng)作物地；前茬是甘草農(nóng)作物種植地的土壤中細(xì)菌數(shù)量降低，真菌和放線菌數(shù)量升高。

3 討論

甘草種植的各樣地不同土層微生物數(shù)量隨著土層深度增加均呈減少趨勢，土壤表層的微生物數(shù)量明顯多于深層的，與植物的生物量積累正相關(guān)。土壤微生物中數(shù)目最多的類群是細(xì)菌，占微生物總數(shù)的99%以上，細(xì)菌的多樣性受土壤條件、季節(jié)、植物以及年齡的影響[10-12]。由于采樣時間處于7月底，溫度適宜細(xì)菌個體的快速繁殖，因此，并隨著甘草種植年限和連作增加，土層的加深而減小，提示甘草種植能增加土壤的養(yǎng)分，與豆科植物能改良土壤的傳統(tǒng)說法一致[13]。

甘草輪作樣地土壤中的真菌與放線菌數(shù)量高于連作樣地。真菌是土壤有機質(zhì)分解與腐殖質(zhì)的主要成分，其直接影響到土壤肥力[14]。真菌的數(shù)量和組成受土壤有機質(zhì)多少的影響。真菌數(shù)量增加，可以增加土壤N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從一定程度上提高土壤肥力，促進土壤N的良性循環(huán)[15]。放線菌是分解土壤中含氮和不含氮有機化合物的主要成分，放線菌的發(fā)育比大多數(shù)的真菌和細(xì)菌緩慢，其主要作用是分解植物和動物的某些難分解的組分，形成腐殖質(zhì)，將植物殘體和枯落物轉(zhuǎn)化為土壤有機組分，與土壤肥力、植物病害防治有密切的關(guān)系[16-17]因此，雖尚無甘草連作障礙的報道，亦提倡甘草采取輪作種植模式為宜。

綜上所述，甘草種植對新疆干旱半干旱地區(qū)土壤中的微生物數(shù)量及分布都會產(chǎn)生影響。甘草是根系發(fā)達(dá)型植物，在吸收土壤中的養(yǎng)分的同時，也向其釋放有機物質(zhì)[18-19]，而致使土壤的結(jié)構(gòu)、通氣狀況以及生物學(xué)活性發(fā)生改變，抑制或促進土壤中微生物生存，不同甘草種植模式導(dǎo)致土壤中的各種微生物之間、與植物產(chǎn)生怎樣的相互作用，尚有待于進一步深入研究。

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ResearchonRelationBetweenDifferentCroppingSystemsandSoilMicroecologyofLicorice

ZULEHUMAER·Wusimanjiang1，2，ZHUJun2，LIXiaojin1，2*，SHIShubing1*，ZHANGJizhao3，JIAXiaoguang2

(1.Collegeofagricultural，XinjiangAgriculturalUniversity，Urumqi830052，China；2.XinJiangInstituteofChineseTraditionalMedicaandEthicalMateriaMedica，Urumqi830002，China；3.XinJiangKANGLONGPolytronTechnologiesInc，Urumqi830002，China)

Objective：To realize the influences of different Licorice planting patterns on soil microorganism.Methods：To research the large-scale planting base of licorice，we detected and analysed the soil microbial groups and quantity on continuous cropping and crop rotation model.Results：Different planting patterns had significant influence on soil microbial quantity，with increase of planting years，the soil microorganism licorice decreased gradually.The microbial quantity of licorice rotation soil with cotton or wheat were significantly higher than that of continuous cropping.The total numbers of soil microbial quantity changes were as follows bacteria > fungus > actinomycetes.With the increase of soil depth，the number of three microorganisms has been gradually reduced.Conclusion：Crop rotation can improve the licorice soil microbial quantity，which have important significance on improving soil fertility and properties.

Licorice；planting patterns；soil microbial quantity

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.11.018

2016-02-29)

新疆維吾爾自治區(qū)“十二五”重大專項(201130105-1)；2015年度中醫(yī)藥行業(yè)科研專項(201507002-16)

*

李曉瑾，研究員，研究方向：中藥資源與栽培，Tel：(0991)2665614，E-mail：xjlxj@126.com； 石書兵，教授，研究方向：作物栽培，E-mail：ssb@xjau.edu.cn