甘蔗間作花生對(duì)根際土壤微生物種群及酶活性的影響

陳海生　秦昌鮮　彭崇　郭強(qiáng)　唐利球　陳遠(yuǎn)權(quán)　韋持章　覃瀟敏

摘要：通過田間試驗(yàn)，設(shè)置甘蔗單作、花生單作和甘蔗/花生間作3種種植處理，探討甘蔗/花生間作種植下根際土壤微生物群落、土壤酶活性的變化及其內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)果表明，與單作相比，甘蔗/花生間作增加了根際土壤細(xì)菌、真菌及放線菌數(shù)量，改變了土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)組成;提高了根際土壤脲酶、酸性磷酸酶與過氧化氫酶活性。相關(guān)分析結(jié)果顯示，土壤微生物數(shù)量與酶活性之間存在顯著或極顯著的正相關(guān)性。說明甘蔗/花生間作具有明顯的促進(jìn)效應(yīng)，能有效調(diào)節(jié)根際微生物群落結(jié)構(gòu)組成以及土壤酶活性。

關(guān)鍵詞：甘蔗/花生間作;根際土壤微生物;土壤酶活性;微生物群落

中圖分類號(hào)： S344.2? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）03-0223-04

間套作作為我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精髓，具有增產(chǎn)[1-2]、提高養(yǎng)分資源利用效率[3-4]、增加農(nóng)田生物多樣性和穩(wěn)定性[5]以及持續(xù)控制病、蟲、草害的優(yōu)勢(shì)[6-7]，可提高根際微生物多樣性[8-9]，并且改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)平衡。唐秀梅等研究發(fā)現(xiàn)，木薯與花生間作可以增加根際土壤細(xì)菌、真菌、放線菌、總微生物數(shù)量、微生物多樣性以及根際土壤過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性[10];李伶俐等研究也發(fā)現(xiàn)，棉花與不同作物間作后土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著增加，真菌數(shù)量顯著降低，脫氫酶、中性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性顯著提高[11]。

甘蔗（Saccharum officinarum）是我國乃至世界最重要的糖料及能源作物，也是廣西壯族自治區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一[12]。蔗糖業(yè)為廣西重要經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，是廣西區(qū)黨委、人民政府確定重點(diǎn)發(fā)展的“千億元產(chǎn)業(yè)”[13]。土壤微生物是土壤中重要而又活躍的部分，推動(dòng)著土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)，可以反映土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，是土壤養(yǎng)分的一個(gè)重要指標(biāo)[14]。因此，研究土壤微生物和土壤酶活性能反映2種作物在生長期的相互作用。本研究以桂西南地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物——甘蔗為研究對(duì)象，采用田間試驗(yàn)的方法，研究甘蔗/花生間作對(duì)土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響，為進(jìn)一步探究桂西南地區(qū)甘蔗/花生間作栽培下作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年10月在廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所甘蔗示范基地進(jìn)行，該區(qū)屬典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候，海拔約125 m，年平均溫度在22 ℃左右，年降水量在1 273.6 mm左右。土壤為酸性紅壤，土層深厚，地勢(shì)平坦，排灌良好，是甘蔗較適宜生長的地區(qū)，其土壤理化性狀為pH值6.73，有機(jī)質(zhì)含量為12.44 g/kg，堿解氮含量為100.5 mg/kg，速效磷含量為15.6 mg/kg，速效鉀含量為125.5 mg/kg。

供試作物品種：甘蔗為桂糖46號(hào);花生為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民主栽品種，是廣西壯族自治區(qū)的主栽品種。

供試肥料為尿素、普通過磷酸鈣、復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量均為15%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)甘蔗單作、花生單作和甘蔗/花生間作3種種植模式，每個(gè)處理重復(fù)3次，共9個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為6 m×5 m。甘蔗/花生間作規(guī)格采用2行甘蔗間作2行花生：甘蔗行距為1 m，株距為0.3 m;花生行距為 0.30 m，株距為0.25 m，帶狀種植。

試驗(yàn)于2016年1月10日開始整地，1月14日種植甘蔗，2月20日播種花生。播前施基肥復(fù)合肥750 kg/hm2，磷肥450 kg/hm2;5月15日培土施肥施復(fù)合肥750 kg/hm2、尿素450 kg/hm2。田間采用常規(guī)管理?；ㄉ?月10日收獲，甘蔗于11月20日收獲。

1.3 土壤樣品的采集

分別于甘蔗苗期、拔節(jié)期和成熟期進(jìn)行采樣，先將植株根系從土壤中整體挖出，采用抖土法抖掉與根系松散結(jié)合的土，然后將與根系緊密結(jié)合的土壤刷下來作為根際土樣品。單作處理每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取作物4株，間作處理每個(gè)小區(qū)2種作物分別隨機(jī)取4株，然后將4株作物的根際土壤混合為1個(gè)樣品，將每種作物的根際土壤各自混合為1個(gè)樣品。將土樣均分為2份，1份自然風(fēng)干過1 mm篩備用，用于土壤酶分析，另一份于4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物數(shù)量測(cè)定。

1.4 測(cè)定方法

采用稀釋平板計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)微生物數(shù)量：細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，真菌用馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基，放線菌用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基[15]。

土壤酶活性測(cè)定[16]：過氧化氫酶活性測(cè)定采用KMnO4滴定法;脲酶活性測(cè)定采用苯酚鈉次氯酸鈉比色法;酸性磷酸酶活性測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、作圖及主成分分析;用SPSS 19.0軟件分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（LSD法）及相關(guān)性分析，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗/花生間作對(duì)根際土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.1 細(xì)菌 土壤細(xì)菌是土壤微生物的主要組成成分，能分解各種有機(jī)物質(zhì)。從圖1可以看出，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同種植方式下根際土壤細(xì)菌數(shù)量呈先增加后降低的趨勢(shì)。此外，與單作相比，間作甘蔗根際土壤細(xì)菌數(shù)量在拔節(jié)期顯著增加18.08%，成熟期增加16.15%，而苗期顯著降低9.83%;間作花生根際土壤細(xì)菌數(shù)量在苗期、拔節(jié)期及成熟期分別增加11.43%、19.21%、14.41%，且在拔節(jié)期和成熟期差異顯著。

2.1.2 真菌 隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，單作作物根際真菌數(shù)量均呈遞增的趨勢(shì);間作作物根際真菌數(shù)量則是先增加后降低（圖2）。此外，間作甘蔗的根際真菌數(shù)量在苗期、拔節(jié)期分別顯著高于單作處理53.18%、88.87%，在成熟期高21.30%，但沒有達(dá)到差異顯著水平;花生的根際真菌數(shù)量在苗期、拔節(jié)期也分別顯著高于單作處理68.87%、84.20%，而在成熟期顯著低于單作處理。

2.1.3 放線菌 放線菌能分解多數(shù)真菌和細(xì)菌不能分解的化合物，因此土壤中放線菌數(shù)量的多少，關(guān)系著土壤代謝強(qiáng)度的高低。從圖3可以看出，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，單作、間作作物根際土壤放線菌數(shù)量均呈先增加后降低的趨勢(shì)。此外，甘蔗/花生間作可以增加作物根際土壤放線菌數(shù)量。與單作相比，間作使甘蔗拔節(jié)期根際放線菌數(shù)量增加22.28%，成熟期增加24.49%;間作花生根際放線菌數(shù)量在苗期、拔節(jié)期及成熟期分別增加39.93%、37.96%、8.35%，且單作、間作處理間差異顯著性不一致。

2.2 甘蔗/花生間作對(duì)根際土壤酶活性的影響

2.2.1 對(duì)脲酶活性的影響 脲酶是一種專性酶，能夠水解有機(jī)物，促其水解生成氨和CO2，其中氨是氮素營養(yǎng)的直接來源。由圖4可以看出，不同種植方式下根際土壤脲酶活性隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)先增加后降低，在拔節(jié)期活性最高。甘蔗/花生間作的根際土壤脲酶活性均顯著高于甘蔗單作和花生單作處理（P≤0.05）。與單作相比，間作使甘蔗、花生根際土壤脲酶活性在苗期分別顯著提高92.17%、87.18%，在拔節(jié)期分別顯著提高87.31%、85.29%;在成熟期分別顯著提高 86.07%、91.53%。

2.2.2 對(duì)酸性磷酸酶活性的影響 土壤磷酸酶來源于土壤微生物和植物根系，能夠水解催化有機(jī)磷化合物為無機(jī)磷，為植物提供可靠的磷素營養(yǎng)。由圖5可知，除苗期外，甘蔗/花生間作根際土壤酸性磷酸酶活性均高于甘蔗單作和花生單作處理，其中在拔節(jié)期的差異最為顯著。與單作相比，甘蔗與花生間作之后使拔節(jié)期作物根際土壤酸性磷酸酶活性分別顯著提高 26.17%、20.87%，成熟期分別提高12.50%、10.88%。此外，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，根際土壤酸性磷酸酶活性均呈遞增的趨勢(shì)。

2.2.3 對(duì)過氧化氫酶活性的影響 過氧化氫酶是直接參與土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的一種重要的氧化還原酶，其活性在一定程度上可以表征土壤生物氧化過程的強(qiáng)弱。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，單作條件下甘蔗、花生根際土壤過氧化氫酶活性均呈遞增的趨勢(shì);間作條件下，甘蔗根際土壤過氧化氫酶活性先增加后降低，而花生則是呈遞增的趨勢(shì)（圖6）。此外，甘蔗/花生間作顯著提高了甘蔗苗期和拔節(jié)期根際土壤過氧化氫酶活性以及花生苗期和成熟期根際土壤過氧化氫酶活性。與單作相比，間作甘蔗根際土壤過氧化氫酶活性在苗期、拔節(jié)期分別顯著提高37.50%、30.39%;間作花生根際土壤過氧化氫酶活性在苗期、拔節(jié)期及成熟期分別提高15.25%、11.06%、6.55%，并且在苗期和成熟期時(shí)單作、間作處理間差異顯著。

2.3 主成分分析

進(jìn)一步對(duì)不同種植模式下不同生育期甘蔗花生根際土壤微生物、酶活性進(jìn)行主成分分析，結(jié)果（圖7）表明，甘蔗/花生間作種植后均明顯改變了作物根際土壤微生物群落組成及酶活性的大小。在3個(gè)生育期，單作、間作在PC1上出現(xiàn)明顯的分離，間作甘蔗、間作花生均分布在PC1的負(fù)方向，而單作甘蔗、單作花生則分布在PC1的正方向;而在PC2上沒有明顯的影響（除了苗期單、間作甘蔗在PC2上有明顯分離外）。

2.4 土壤根際微生物數(shù)量與土壤酶活性的相關(guān)性

土壤根際微生物與土壤酶活性關(guān)系密切，一切使土壤根際微生物數(shù)量變化的因素都間接影響土壤酶活性的變化。由表1可知，土壤細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量與土壤脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性之間多呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中以真菌數(shù)量與土壤脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性之間的相關(guān)性最顯著。

3 討論與結(jié)論

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，土壤微生物數(shù)量與作物地下部及地上部生長有密切聯(lián)系，如在作物間作體系中，地上部的生物多樣性與地下部的土壤生物多樣性之間密切相關(guān)[17]。張向前等研究發(fā)現(xiàn)，間作處理土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌和固氮菌的數(shù)量以及土壤脲酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶和蛋白酶的活性均高于單作處理[18]。胡舉偉等研究亦表明，與單作處理相比，桑樹和大豆間作提高了根際微生物數(shù)量、微生物多樣性和土壤酶活性[19]。相似地，在甘蔗的3個(gè)生育期，甘蔗/花生間作可以增加根際土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量，且部分達(dá)到顯著水平，說明甘蔗/花生間作可以促進(jìn)根際土壤微生物的生長，這可能是由于間作作物根系間存在交錯(cuò)疊加作用，根系分泌物十分豐富，為根際微生物生長繁殖提供了所需的能源，增加了根際微生物的數(shù)量，改善了根際微生物多樣性。

土壤酶是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)等生態(tài)過程中最活躍的生物活性物質(zhì)，是土壤新陳代謝的重要促進(jìn)因子，其與微生物一起共同推動(dòng)土壤的代謝過程，二者的活性密切相關(guān)[20]。本試驗(yàn)亦發(fā)現(xiàn)，土壤微生物與土壤酶活性之間存在顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系。此外，間作作物根際土壤脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性均高于單作處理，且部分達(dá)到顯著水平，其中以脲酶的間作效應(yīng)最為明顯，說明甘蔗/花生間作可以提高根際土壤酶活性，這與玉米/姜[21]、玉米/大豆[22]間作能顯著提高土壤酶活性的研究結(jié)果一致。這可能是由于在間作系統(tǒng)中，由于2種作物根系的互作不僅使有機(jī)物轉(zhuǎn)化速度加快、生物氧化代謝活動(dòng)加強(qiáng)，而且改變了根際土壤的生境，增加了微生物數(shù)量，使作物根系和微生物向土壤中釋放酶的數(shù)量增加。

本試驗(yàn)中，與單作相比，甘蔗/花生間作增加了根際土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量，改善了土壤微生物群體的多樣性;提高了根際土壤脲酶、酸性磷酸酶與過氧化氫酶的活性。相關(guān)分析結(jié)果顯示，土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性之間存在著密切的關(guān)系。

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