旱坡地間作群體對作物根際微生物數(shù)量的影響

安曈昕，湛方棟，李 旺，周 鋒，龔愛民，李 元，吳伯志，張連根

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明650201；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電與建筑學(xué)院，云南昆明650201）

旱坡地間作群體對作物根際微生物數(shù)量的影響

安曈昕1，湛方棟2，李 旺1，周 鋒1，龔愛民3，李 元2，吳伯志1，張連根1

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明650201；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電與建筑學(xué)院，云南昆明650201）

研究了由玉米、草帶、辣椒構(gòu)成的不同間作群體對云南山區(qū)旱坡地土壤微生物數(shù)量的影響，結(jié)果表明：間作玉米和間作辣椒的草帶根際微生物數(shù)量均高于其它間作和單作處理，其草帶的根際細(xì)菌、真菌、放線菌和自生固氮菌數(shù)量平均值分別是玉米順坡單作和辣椒單作的4.49倍和22.00倍，3.91倍和6.10倍，6.15倍和26.29倍，4.75倍和5.72倍；間作草帶的玉米和辣椒其各類根際微生物數(shù)量均高于玉米和辣椒單作；玉米間作辣椒行比為4∶4和6∶6模式的根際土壤微生物數(shù)量多于2∶2模式?？偟膩碚f，玉米間作辣椒、玉米間作草帶和辣椒間作草帶的根際土壤微生物數(shù)量均多于各作物單作，為進(jìn)一步改善旱坡地土壤根際微生物環(huán)境和明確間作群體根際土壤微生物效應(yīng)提供了依據(jù)。

玉米；草帶；辣椒；間作；根際微生物

1904年德國生物學(xué)家Lorenz Hiltner首次提出根際概念，他將根際定義為根系周圍、受根系生長影響的土體。根際作為根系、土壤界面的一個(gè)微環(huán)境，是土壤－根系－微生物三者緊密結(jié)合、相互影響的場所［1－2］。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，植物是第一生產(chǎn)者，土壤微生物是有機(jī)質(zhì)的分解者。植物將光合產(chǎn)物以根系分泌物和植物殘?bào)w形式釋放到土壤，供給土壤微生物碳源和能源；而微生物則將有機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化成無機(jī)養(yǎng)分，以利于植物吸收作用［3－5］。大部分土壤微生物對作物生長發(fā)育是有益的，它們對土壤的形成發(fā)育、物質(zhì)循環(huán)和肥力演變等均有重大影響，其主要作用有：形成土壤結(jié)構(gòu)，分解有機(jī)質(zhì)，固氮作用，調(diào)節(jié)植物生長等。受根際環(huán)境復(fù)雜性和研究方法的制約，前人對作物間作群體根際微生態(tài)系統(tǒng)的研究還十分的薄弱，主要側(cè)重于作物間作群體土壤微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分及根系分泌物的關(guān)系的研究［6－9］，目前在山區(qū)旱坡地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，尚未見多樣性間作群體土壤微生物的比較研究。本研究選擇不同作物、品種進(jìn)行搭配間作，研究坡耕地不同作物間作群體對土壤微生物的影響，為合理開發(fā)利用山地土壤環(huán)境資源，提高旱坡地作物系統(tǒng)生產(chǎn)力提供理論依據(jù)及技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2009年5月至10月在云南省昆明市北郊云南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行，試驗(yàn)地地理位置為：N25°18′，E102°45′，海拔 1 930 m。土壤質(zhì)地為山地砂質(zhì)紅壤，試驗(yàn)地坡度為10°。

1.2 供試作物及品種

玉米（Zeɑmɑys L.）：云瑞 8號；辣椒（Cɑpsicum ɑnnuum L.）：云南省通海縣曲陀關(guān)長辣椒；非洲狗尾草（Stapf Setɑriɑviridis L.）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè) 8個(gè)處理（A、B、C、D、E、F、G、H），三次重復(fù)，按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共24個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)面積為3×10 m2。處理：A，玉米‖辣椒等高種植（2∶2）；B，玉米‖辣椒等高種植（4∶4）；C，玉米‖辣椒等高種植（6∶6）；D，玉米‖草帶等高種植；E，辣椒‖草帶等高種植；F，玉米等高等行距單作；G，辣椒等高等行距單作；H，玉米順坡等行距單作。

1.4 作物種植與管理

1.4.1 種植規(guī)格 各作物種植規(guī)格見表1。試驗(yàn)地經(jīng)20～30 cm深翻碎土后，等高處理均沿等高線開溝種植，順坡處理采取打塘種植。5月30日同時(shí)移栽玉米和辣椒，每穴移栽2～3株苗，玉米雙株留苗，辣椒單株留苗。草帶種植：在玉米和辣椒緩苗后，于6月5日在玉米和辣椒寬行種植草帶，草種為非洲狗尾草，播種量為50 g·m－2，每小區(qū)間作7帶，每帶寬40 cm。

表1 作物種植規(guī)格Table 1 The crop planting specification

1.4.2 田間管理 不同處理各作物田間管理措施均保持一致。

玉米：第一次在苗期（拔節(jié)期）追施苗肥（尿素：150 kg·hm－2），第二次在大喇叭口期追施穗肥（尿素：300 kg·hm－2）。追肥時(shí)在距根部 5 cm左右處破膜施入尿素。

辣椒：第一次在辣椒現(xiàn)蕾期施用復(fù)合肥150 kg·hm－2，壅施；第二次在門椒長到3 cm左右時(shí)施復(fù)合肥（氮磷鉀含量分別為 25%、10%和 5%）450 kg·hm－2。

草帶：于7月20日和8月20日刈割兩次，每次刈割后追施尿素 150 kg·hm－2。

1.5 根際土壤微生物測定

在作物生長中期（玉米開花授粉時(shí)），分處理采取間作和單作玉米、辣椒、草帶根系鮮樣，輕輕抖動(dòng)，除去粘附在根表面的土壤后，將根置于盛有100 mL無菌水的三角瓶中，振蕩15min，獲得作物根際土壤懸濁液，用于根際微生物的測定。

分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、改良高氏一號、馬丁氏培養(yǎng)基和阿須貝無氮培養(yǎng)基，分離土壤中的細(xì)菌、放線菌、真菌和自生固氮菌，采用稀釋平板法，細(xì)菌、放線菌、真菌和自生固氮菌分別培養(yǎng)2、7、3和5天后計(jì)數(shù)［10］。

將濾紙放在105℃的烘箱中，烘6～8 h至恒重，用以濾根際土懸濁液。根際土采取與濾紙相同的處理方式，烘干至恒重，得到根際土的干重，從而獲得微生物計(jì)數(shù)的基本單位 cfu·g－1干土（cfu，colony forming unit）。

計(jì)算公式為：根際微生物數(shù)量＝Cfu（colonyforming units）指菌落形成單位。

1.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

對所得的數(shù)據(jù)用Excel 2007和SPSS 18.0等應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、整理、統(tǒng)計(jì)分析，利用Duncan法對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作群體對作物根際土壤細(xì)菌數(shù)量的影響

由表2可知：間作處理A、B、C、D的玉米根際土壤細(xì)菌數(shù)量均顯著高于處理H，分別為H處理的1.55倍、2.59倍、2.47倍和 4.56倍，平均為 H處理的2.79倍；等高單作 F處理也顯著（P＜0.05）高于 H處理，為其1.53倍；在所有間作群體中，間作草帶處理D的玉米根際土壤細(xì)菌數(shù)量最多，三個(gè)不同行比間作的玉米根際土壤細(xì)菌數(shù)量處理B、C多于A。間作群體辣椒根際土壤細(xì)菌數(shù)量與G處理差異均達(dá)到極顯著（P＜0.01）水平，處理 A、B、C、E分別為處理 G的 4.88倍、7.55倍、7.63倍和 11.60倍，平均是G處理的7.80倍，間作草帶處理E的辣椒根際土壤細(xì)菌數(shù)量最多，在不同行比的玉米辣椒間作群體中，行比為4∶4處理B和6∶6處理C的玉米根際土壤細(xì)菌數(shù)量多于2∶2處理A。在所有間作群體中，間作辣椒處理E的草帶根際土壤細(xì)菌數(shù)量最多，分別為玉米順坡單作和辣椒單作的6.11倍和29.95倍，E、D兩個(gè)處理的草帶細(xì)菌數(shù)量平均為玉米順坡單作和辣椒單作的4.49倍和22.00倍。說明與單作相比，間作群體有利于改善作物根際土壤細(xì)菌環(huán)境。玉米間作草帶和辣椒間作草帶的效果更明顯。

表2 各處理下作物根際土壤細(xì)菌數(shù)量／（×108 cfu·g－1）Table 2 Soil bacteria quantity of different treatments

2.2 間作群體對作物根際土壤真菌數(shù)量的影響

由表3可知：間作處理B、D玉米根際土壤真菌數(shù)量與H處理差異均達(dá)到極顯著（P＜0.01）水平，處理 A、C、F與 H處理差異均未達(dá)到顯著（P＜0.05）水平；間作群體、玉米等高種植F的根際土壤真菌數(shù)量均高于處理H，分別為H處理的1.64倍、2.53倍、1.58倍、3.84倍和 1.09倍，間作處理平均是H處理的2.40倍；在所有間作群體中，間作草帶處理D的玉米根際土壤真菌數(shù)量最多；在不同行比的玉米辣椒間作群體中，行比為4∶4的玉米根際土壤真菌數(shù)量最多。間作群體辣椒根際土壤真菌數(shù)量與辣椒單作G處理差異均達(dá)到顯著（P＜0.05）水平，處理 A、B、C、E分別為處理 G的 3.77倍、5.27倍、4.94倍和 5.67倍，平均是 G處理的 4.91倍，間作草帶處理E的辣椒根際土壤真菌數(shù)量最多；在不同行比的玉米辣椒間作群體中，行比為4∶4、6∶6處理的玉米根際土壤真菌數(shù)量多于2∶2處理。間作辣椒E處理、間作玉米D處理的草帶根際土壤真菌數(shù)量平均為玉米順坡單作H和辣椒單作G的3.91倍和6.10倍。說明與單作相比，間作群體有利于改善作物根際土壤真菌環(huán)境。玉米間作草帶和辣椒間作草帶的效果更好。

表3 各處理下作物根際土壤真菌數(shù)量／（×108 cfu·g－1）Table 3 Soil fungus quantity of different treatments

2.3 間作群體對作物根際土壤放線菌數(shù)量的影響

由表4可知：間作處理D玉米根際土壤放線菌數(shù)量與H處理差異達(dá)到顯著（P＜0.05）水平，處理A、B、C、F與 H處理差異均未達(dá)到顯著（P＞0.05）水平；除處理A外，間作群體、玉米等高種植F處理根際土壤放線菌數(shù)量均高于玉米順坡種植處理H，處理 B、C、D、F分別為 H處理的 1.11倍、1.06倍、1.94倍和1.35倍，間作處理平均是H處理的1.37倍；在所有間作群體中，間作草帶D處理的玉米根際土壤放線菌數(shù)量最多；在不同行比的玉米辣椒間作群體中，行比為4∶4處理B和6∶6處理C的玉米放線菌數(shù)量多于2∶2處理A。間作群體辣椒根際土壤放線菌數(shù)量處理C和E與處理G差異均達(dá)到極顯著（P＜0.01）水平；處理 A、B、C、E根際土壤放線菌數(shù)量均高于處理 G，分別為處理G的4.41倍、4.01倍、6.05倍和20.34倍，平均是 G處理的8.70倍，間作草帶的辣椒放線菌數(shù)量極顯著高于其它處理；在不同行比的玉米辣椒間作群體中，行比為6∶6處理C的玉米根際土壤放線菌數(shù)量最多。間作玉米D處理草帶根際土壤放線菌數(shù)量高于間作辣椒E處理，D處理和E處理草帶根際土壤放線菌數(shù)量平均為玉米順坡單作和辣椒單作的6.15倍和26.29倍。說明與單作相比，間作群體有利于改善作物根際土壤放線菌環(huán)境。玉米間作草帶和辣椒間作草帶的效果更好，草帶間作群體環(huán)境更有利于根際土壤放線菌的形成。

表4 各處理下作物根際土壤放線菌數(shù)量／（×107 cfu·g－1）Table 4 Soil actinomyces quantity of different treatments

2.4 間作群體對作物根際土壤自生固氮菌數(shù)量的影響

由表5可知：所有間作處理、玉米等高種植處理F玉米根際土壤自生固氮菌數(shù)量與H處理差異均達(dá)到極顯著（P＜0.01）水平，處理 D與處理 A、C、F差異均達(dá)到顯著（P＜0.05）水平；各間作處理、玉米等高種植F根際土壤自生固氮菌數(shù)量均高于玉米順坡種植 H，處理 A、B、C、D、F分別為 H處理的 1.66倍、1.94倍、1.85倍、2.19倍和 1.51倍，間作處理平均是H處理的1.87倍；在所有間作群體中，間作草帶D的玉米根際土壤自生固氮菌數(shù)量最多；在不同行比的玉米辣椒間作群體中，行比為4∶4的B處理和6∶6的C處理玉米根際土壤自生固氮菌數(shù)量多于2∶2處理A。除A處理外，間作群體辣椒根際土壤自生固氮菌數(shù)量與G處理差異均達(dá)到極顯著（P＜0.01）水平，處理E與其它處理差異也均達(dá)到極顯著（P＜0.01）水平；間作處理 A、B、C、E根際土壤自生固氮菌數(shù)量均高于處理G，分別為處理G的1.66倍、2.64倍、2.94倍和 5.33倍，平均是 G處理的3.14倍；在不同行比的玉米辣椒間作群體中，行比為4∶4處理B、6∶6處理C的玉米根際土壤自生固氮菌數(shù)量高于2∶2處理A。玉米間作D處理草帶根際土壤自生固氮菌數(shù)量高于辣椒間作E處理，二者自生固氮菌數(shù)量平均為玉米順坡單作H和辣椒單作G的4.75倍和5.72倍。說明與單作相比，間作群體有利于改善作物根際土壤自生固氮菌環(huán)境，玉米間作草帶和辣椒間作草帶的效果更好。

表5 各處理下作物根際土壤自生固氮菌數(shù)量／（×108 cfu·g－1）Table 5 Soil free-living nitrogen-fixer quantity of different treatments

3 討 論

有研究表明，小麥與蠶豆間作對小麥根際微生物數(shù)量表現(xiàn)為增加作用，但對蠶豆根際微生物的影響相反［11－13］，而本研究中，玉米間作辣椒各作物的土壤根際微生物數(shù)量均有所增加，與草帶間作的玉米其各種根際微生物數(shù)量均較多。也有研究表明間作體系中的玉米、大豆根際土壤微生物數(shù)量、根際土壤酶活性均顯著高于相應(yīng)單作［14］。間作體系中玉米獲得間作優(yōu)勢，養(yǎng)分利用率提高主要是因?yàn)楦H土壤養(yǎng)分有效性的提高，而根際土壤養(yǎng)分有效性的提高受根際土壤中微生物數(shù)量和酶活性的影響，這與本研究間作群體作物根際微生物數(shù)量多于作物單作結(jié)果一致。不過以上研究均是在盆栽條件下進(jìn)行的，而本試驗(yàn)研究結(jié)果是在大田環(huán)境中獲得的，對其進(jìn)行了補(bǔ)充和驗(yàn)證。有人研究［15］小麥間作蠶豆、玉米間作蠶豆和小麥間作玉米對作物根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響表明：間作能夠提高作物根際細(xì)菌群落多樣性、改變根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成，其中，小麥與蠶豆間作對根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響最為突出，作物花期時(shí)小麥與蠶豆間作顯著提高和改變兩種作物根際細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)組成；玉米蠶豆間作主要表現(xiàn)出對苗期玉米根際細(xì)菌多樣性的顯著提高和群落結(jié)構(gòu)組成的改變；小麥玉米間作對作物根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響程度較弱［15］。而本研究也發(fā)現(xiàn)，玉米間作辣椒、玉米間作草帶、辣椒間作草帶不同間作群體各作物土壤根際微生物數(shù)量比單作的增加量各不相同，其中與草帶間作的玉米、辣椒以及草帶本身的微生物數(shù)量更多，這可能是因?yàn)椴輲У乇砀采w度最大，為根際土壤微生物創(chuàng)造了更為適宜的土壤水氣熱等環(huán)境條件。有大田試驗(yàn)研究表明：與單作相比，間作能顯著增加玉米和花生根際的土壤細(xì)菌數(shù)量；間作花生根際土壤的真菌和放線菌數(shù)量與單作無顯著差異；間作玉米根際土壤真菌和放線菌數(shù)量比單作明顯提高［16－18］。本研究玉米間作草帶、辣椒間作草帶和玉米間作辣椒不同行比模式中，間作草帶的玉米和辣椒土壤根際微生物數(shù)量高于其它模式，4∶4和6∶6玉米辣椒間作群體作物根際微生物數(shù)量總體高于2∶2間作，這可能是因?yàn)椴煌魑锖筒煌斜乳g作形成不同的作物田間結(jié)構(gòu)、植被覆蓋度、坡地降水徑流量［19］、土層蒸發(fā)量和土壤濕度不同，土層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，微生物活動(dòng)環(huán)境有所差異。

本研究采用不同作物搭配成間作群體，初步研究了作物在間作和單作條件下各類土壤微生物數(shù)量變化情況，對旱坡地土壤根際微生物環(huán)境改善進(jìn)行了有益的探索，同時(shí)，對坡耕地土壤微生物種類、數(shù)量與外在環(huán)境的變化以及與土壤養(yǎng)分的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

總體研究表明，在旱坡地上，玉米間作辣椒（不同行比）、玉米間作草帶和辣椒間作草帶的作物根際細(xì)菌、真菌、放線菌和自身固氮菌數(shù)量比玉米、辣椒單作均有所增加，而且玉米間作草帶和辣椒間作草帶的微生物數(shù)量增加效果更明顯，玉米間作辣椒行比為4∶4和6∶6模式的根際土壤微生物數(shù)量多于2∶2模式，幾種間作模式均有利于土壤根際微生物環(huán)境的改善。

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Effects of intercropping system on rhizospherem icroorganisms in dry slopping land

AN Tong-xin1，ZHAN Fang-dong2，LIWang1，ZHOU Feng1，GONG Ai-min3，LIYuan2，WU Bo-zhi1，ZHANG Lian-gen1
（1.Fɑculty of Agronomyɑnd Biolechnology，Yunnɑn Agriculturɑl University，Kunming，Yunnɑn 650201，Chinɑ；2.College of Resourceɑnd Environment，Yunnɑn Agriculturɑl University，Kunming，Yunnɑn 650201，Chinɑ；3.College ofWɑter Conservɑncyɑnd Hydropowerɑnd Architecture，Yunnɑn Agriculturɑl University，Kunming，Yunnɑn 650201，Chinɑ）

The effects of different intercropping groups composed ofmaize，grass strips and pepper on the number of soilmicrobes in dry slopes land of Yunnanmountain area were studied.The results showed that：The number of rhizospheremicrobes of intercropping grass stripswith pepper andmaizewas higher than thatof other intercropping andmonoculture treatments.The average number of rhizosphere bacteria，fungi，actinomycetes and azotobacter in the two kinds of intercropping grass strip patternswas 4.49 and 22.00 times，3.91 and 6.1 times，6.15 and 26.29 times，4.75 and 5.72 times of that of downslopemaizemonoculture and peppermonoculture respectively.The number of rhizospheremicrobes ofmaize and pepper intercropped with grass strips was higher than maizemonoculture and peppermonoculture.The number of rhizospheremicrobes of intercroppingmaizewith pepper 4∶4 and 6∶6 was higher than that of 2∶2.In a word，the amount of rhizospheremicrobes of intercroppingmaizewith pepper，maize with grass strips，and pepper with grass strips is higher thanmonoculture and it can provide the basis for further defining the effects of rhizospheremicrobes on intercropping systems to improve soilmicrobial growth environment.

maize；grass strip；pepper；intercropping；rhizosphericmicroorganism

S182

A

1000-7601（2017）05-0102-05

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.15

2016-07-06

2016-09-19

農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計(jì)劃課題（2012BAD20B06－03）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31660378）；云南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2014FB144）；國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2012ZX07102）；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專項(xiàng)（201503119－03－03）

安曈昕（1974—），男，陜西西安人，博士，副教授，主要從事山地農(nóng)業(yè)水土保持與可持續(xù)發(fā)展研究。E-mail：tongxinan2012＠163.com。

張連根（1971—），男，云南普洱人，講師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象及農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究。E-mail：842304905＠qq.com。