間作菠蘿模式下不同品種椰子根際土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)特征

劉瑩瑩,盧麗蘭,謝淑云,陳思婷,王玉萍,楊偉波

[1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院,武漢,430074;2 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所/海南省熱帶油料作物生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南文昌,571339]

椰子為海南省重要的經(jīng)濟(jì)作物,樹形較高,土地利用率低,容易滋生雜草,雜草既會(huì)增加椰園管理成本,又影響椰樹生長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)效益,椰子短期經(jīng)濟(jì)效益不佳,嚴(yán)重制約椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1-2]。椰子長(zhǎng)時(shí)間定植同一位置,土壤地力易發(fā)生退化,歸因于根系分泌物以及根系微生物變化。根系分泌的化感物質(zhì)會(huì)累積在土壤,影響根系生長(zhǎng),降低椰子吸收營(yíng)養(yǎng)的效率,最終導(dǎo)致椰子長(zhǎng)勢(shì)下降,抗性降低。間作可增強(qiáng)根系效應(yīng),改善微生物群落結(jié)構(gòu),改良土壤環(huán)境,增加作物產(chǎn)量[3-6]。椰子幼樹與豆科牧草間種發(fā)現(xiàn),椰子生長(zhǎng)速度較單作提高20%～30%[7];與單作椰子相比,椰子間作牧草提升土壤養(yǎng)分有效成分含量[8];椰子常間作短期作物來增加種植收入[9-11]。不同椰子品種根系生長(zhǎng)和發(fā)育具有不同特性,根際分泌物、根際營(yíng)養(yǎng)、與間作作物相作也可能存在差異。目前,間作菠蘿對(duì)不同品種椰子種植根際區(qū)域土壤養(yǎng)分及微生物的影響鮮見報(bào)道,因此開展此項(xiàng)研究可為椰子間作栽培模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

在海南省文昌市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所的1隊(duì)椰子種植基地開展試驗(yàn),北緯19°45′,東經(jīng)109°21′,地勢(shì)平坦,屬于熱帶季風(fēng)島嶼氣候,年平均溫度23.9 ℃,年平均日照時(shí)數(shù)1 953.8 h,常年降雨量1 721.6 mm,砂質(zhì)或磚紅壤黏粉砂質(zhì)土壤,種植有椰子、菠蘿、番木瓜等熱帶經(jīng)濟(jì)作物。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置紅矮椰子文椰3號(hào)單作(對(duì)照)、紅矮椰子文椰3號(hào)間作菠蘿、香水椰子文椰4號(hào)間作菠蘿、黃矮椰子文椰2號(hào)間作菠蘿1、黃矮椰子文椰2號(hào)間作菠蘿2 等5個(gè)處理,椰子株行距6 m×6 m,兩行椰子間種植菠蘿兩行,株行距50 cm×50 cm;文椰2號(hào)間作2處理分布一個(gè)片區(qū),其他處理分布在另一個(gè)片區(qū),兩個(gè)片區(qū)直線距離1 km,所有處理管理方式一致。椰子定植3年,間作菠蘿連續(xù)3年,每年菠蘿定植5個(gè)月時(shí)采集土壤樣品。

土樣采集:每處理隨機(jī)挑選區(qū)域3個(gè),每個(gè)區(qū)域面積約40 m2,每個(gè)區(qū)域選擇椰子3株,將根系挑出,抖根收集根際土壤進(jìn)行混樣,土樣帶回實(shí)驗(yàn)室,連續(xù)3年采集根際土壤樣品風(fēng)干保存?zhèn)溆?第3年取部分新鮮土樣用于提取微生物總DNA進(jìn)行高通量測(cè)序。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 風(fēng)干及過篩后的土樣進(jìn)行理化性質(zhì)分析:土壤pH值(土壤∶水=2.5∶1)采用便攜式土壤pH值計(jì),電導(dǎo)率采用便攜電導(dǎo)率儀,有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量-外加熱法,全氮采用半微量凱氏法,堿解氮采用堿解擴(kuò)散法,全磷采用HClO4-H2SO4法,速效磷采用鉬銻抗比色法,全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法,速效鉀采用NH4Ac浸提-火焰光度法[12],有效鈣、鎂含量采用DTPA提取-原子吸收分光光度法(AAS,型號(hào)SHIMADZU AA6300F)測(cè)定。

1.3.2 土壤微生物基因組DNA的提取、PCR擴(kuò)增和測(cè)序 土壤微生物總DNA采用土壤基因組DNA快速抽提試劑盒(上海生工生物工程股份有限公司產(chǎn))提取,提取的DNA樣品送至百邁客生物技術(shù)有限公司進(jìn)行測(cè)序。整個(gè)上機(jī)流程包括PCR的擴(kuò)增,PCR產(chǎn)物混樣,純化,文庫(kù)構(gòu)建。

采用兩輪法對(duì)細(xì)菌16S rDNA V3—V4區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增,上游引物338F:5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′;下游引物806R:5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′;真菌ITS1擴(kuò)增,上游引物序列ITS1F:5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′;下游引物序列ITS2:5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′。

反應(yīng)體系10 μL,基因組DNA 5～50 ng,*Vn F(10 μM)0.3 μL,*Vn R(10 μM)0.3 μL,KOD FX Neo Buffer 5 μL,dNTP(2mM each)2 μL,KOD FX Ne 0 0.2 μL。

擴(kuò)增條件:95 ℃ 5 min,95 ℃ 30 s,50 ℃ 30 s,72 ℃ 40 s,擴(kuò)增25個(gè)循環(huán),72 ℃延伸7 min。然后以第一次的PCR產(chǎn)物為模板,采用Illumina橋式PCR兼容引物,反應(yīng)體系20 μL,PCR純化引物5 μL,*MPPI-a(2 μM)2.5 μL,*MPPI-b(2 μM)2.5 μL,2×Q5HF MM 10 μL。擴(kuò)增條件:98 ℃ 30 s,98 ℃ 10 s,65 ℃ 30 s,72 ℃ 30 s,擴(kuò)增10個(gè)循環(huán),72 ℃延伸5 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)磁珠法回收并定量。每處理樣品的重復(fù)個(gè)體PCR產(chǎn)物進(jìn)行等量混合,保證樣品檢測(cè)濃度,將15份混合樣品送至百邁客生物技術(shù)有限公司,利用Illumina-MiSeq平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析 對(duì)97%相似度的OTU代表序列進(jìn)行分類學(xué)分析(USEARCH,version 10.0),在界、門、綱、目、科、屬水平上統(tǒng)計(jì)各個(gè)樣品的細(xì)菌和真菌群落組成,繪制物種分類條形圖以及物種豐度熱圖。采用16S和18S序列,重取樣統(tǒng)一測(cè)序深度后,計(jì)算alpha的多樣性指數(shù),即Chao1、Shannon、Simpson指數(shù)和覆蓋度。繪基于OTUs豐富度,繪制稀釋曲線圖,進(jìn)行稀釋分析。

Beta多樣性分析:基于binary jaccard呈現(xiàn)物種的多樣性矩陣。根據(jù)R語(yǔ)言繪出樣本的主成分分析(PCA、NMDS)、環(huán)境因子以及樣本組成的相關(guān)性分析(CCA)。通過Mothur軟件完成OTU劃分、alpha多樣性指數(shù)計(jì)算以及稀釋分析;利用Graphpad 6軟件完成配對(duì)t檢驗(yàn)及作圖;采用R的vegan軟件包分析PCoA和CCA。以O(shè)UT數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化(取對(duì)數(shù))之后,選取數(shù)目最多的物種,基于R heatmap作圖,熱圖每1個(gè)色塊表示1個(gè)樣品的1個(gè)屬豐度,樣品橫向排列,物種縱向排列,聚類分析樣品間相似性和各分類群落組成的相似性。

2 結(jié)果與分析

2.1 椰子根際土壤理化性質(zhì)

從表1可以看出,與單作處理相比,間作處理顯著增加土壤含水量、電導(dǎo)率,有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷、速效磷、有效鈣和有效鎂含量,說明間作處理可以增加椰子根際土壤的養(yǎng)分含量。其中,文椰2號(hào)間作1處理土壤養(yǎng)分含量最高,其次是文椰2號(hào)間作2,主要可能由于椰子與菠蘿根際分泌物的交叉影響。5種處理的pH值變化不大,間作處理比單作處理有所降低。間作處理中,菠蘿種植和椰子互作影響土壤養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)換等作用,可能是引起土壤養(yǎng)分含量差異的原因。

表1 不同品種椰子間作菠蘿椰子根際土壤理化性質(zhì)比較

2.2 椰子根際土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)

2.2.1 土樣測(cè)序情況 從圖1和表2可以看出,15個(gè)樣品稀釋曲線最終平緩,測(cè)序已接近飽和,說明取樣基本合理,可以正確反映15個(gè)土樣中微生物群落,再結(jié)合各樣品的覆蓋率為0.969 1～0.998 5,測(cè)序基本包括土樣全部微生物類群,可以看出微生物的群落結(jié)構(gòu)組成。比較真菌和細(xì)菌稀釋曲線發(fā)現(xiàn),真菌稀釋曲線更加平緩,并且覆蓋率也更高,說明幾乎全部的真菌物種被發(fā)現(xiàn),而仍有少量細(xì)菌種類未被發(fā)現(xiàn)。

圖1 不同品種椰子間作菠蘿椰子根際土樣稀釋曲線

表2 不同品種椰子間作菠蘿椰子根際土壤測(cè)序及alpha多樣性

2.2.2 根際土壤微生物群落多樣性 從表2可以看出,不同間作處理椰子根際土壤細(xì)菌的Chao1和Ace具有相同變化趨勢(shì),即從高到低依次為文椰4號(hào)間作>文椰2號(hào)間作2>文椰2號(hào)間作1>文椰3號(hào)單作>文椰3號(hào)間作。其中,文椰4號(hào)間作的土壤細(xì)菌豐度最大,文椰3號(hào)間作的土壤細(xì)菌豐度最小;文椰4號(hào)間作、文椰2號(hào)間作2和文椰2號(hào)間作1處理的Ace比文椰3號(hào)單作處理分別高30.06%、27.09%和15.28%,而文椰3號(hào)間作處理的Ace比文椰3號(hào)單作處理低18.78%,文椰4號(hào)間作、文椰2號(hào)間作2和文椰2號(hào)間作1處理的Chao1比文椰3號(hào)單作處理分別高24.85%、21.27%和9.20%,而文椰3號(hào)間作處理的Chao1比文椰3號(hào)單作處理低21.36%。文椰3號(hào)單作處理細(xì)菌的Shannon指數(shù)最小,Simpson指數(shù)最大,細(xì)菌多樣性最低;而文椰4號(hào)間作處理細(xì)菌的Shannon指數(shù)最大,Simpson指數(shù)最小,土壤細(xì)菌的多樣性最高;文椰4號(hào)間作、文椰2號(hào)間作2、文椰2號(hào)間作1和文椰3號(hào)間作的細(xì)菌Simpson指數(shù)比文椰3號(hào)單作處理低82.13%、65.46%、71.02%和53.33%,文椰4號(hào)間作、文椰2號(hào)間作2、文椰2號(hào)間作1和文椰3號(hào)間作的細(xì)菌Shannon指數(shù)比文椰3號(hào)單作處理高20.37%、17.64%、13.65%和5.81%。間作處理的細(xì)菌豐度除文椰3號(hào)間作外均大于單作處理,而間作處理的細(xì)菌多樣性均大于單作處理,說明間作可以明顯提高細(xì)菌豐度和多樣性。

不同品種不同間作處理的根際土壤真菌的Chao1和Ace具有相同的變化趨勢(shì),即從高到低依次為文椰2號(hào)間作2>文椰3號(hào)單作>文椰2號(hào)間作1>文椰4號(hào)間作>文椰3號(hào)間作。其中,文椰2號(hào)間作2的土壤真菌豐度最大,文椰3號(hào)間作的土壤真菌豐度最小;除文椰2號(hào)間作2處理外,間作處理的真菌豐度均低于文椰3號(hào)單作處理,文椰2號(hào)間作2處理的Ace和Chao1比文椰3號(hào)單作處理高30.00%和30.72%,文椰2號(hào)間作1、文椰4號(hào)間作和文椰3號(hào)間作處理的Ace比文椰3號(hào)單作處理低7.31%、9.45%和20.25%,文椰2號(hào)間作1、文椰4號(hào)間作和文椰3號(hào)間作處理的Chao1比文椰3號(hào)單作處理低6.16%、9.17%和22.04%。 文椰2號(hào)間作2處理的真菌Shannon比文椰3號(hào)單作處理高22.55%,文椰2號(hào)間作1、文椰4號(hào)間作和文椰3號(hào)間作處理的真菌Shannon比文椰3號(hào)單作處理低1.83%、12.04%和10.03%;文椰4號(hào)間作處理的真菌Simpson比文椰3號(hào)單作處理低3.56%,文椰2號(hào)間作2、文椰2號(hào)間作1和文椰3號(hào)間作處理的真菌Simpson比文椰3號(hào)單作處理高8.42%、3.12%和1.99%。

15個(gè)土樣中細(xì)菌OTU約是真菌的2.8～6.1倍,顯著高于真菌,說明不同品種椰子間作菠蘿其根際土壤微生物以細(xì)菌為主。其中,細(xì)菌OTU由大到小依次為文椰4號(hào)間作>文椰2號(hào)間作2>文椰2號(hào)間作1>文椰3號(hào)單作>文椰3號(hào)間作,真菌OTU由大到小依次為文椰2號(hào)間作2>文椰3號(hào)單作>文椰2號(hào)間作1>文椰4號(hào)間作>文椰3號(hào)間作。這表明文椰4號(hào)間作處理細(xì)菌類群最豐富,文椰2號(hào)間作2處理真菌類群最豐富,而文椰3號(hào)間作處理細(xì)菌和真菌的OTU均最低,微生物類群最貧乏。說明間作在一定程度上可以增加細(xì)菌數(shù)量以及降低真菌數(shù)量。

從圖2可以看出,文椰3號(hào)單作、文椰2號(hào)間作2、文椰2號(hào)間作1、文椰3號(hào)間作和文椰4號(hào)間作獨(dú)有的細(xì)菌OTU分別為71、48、19、58和32,共有的細(xì)菌OTU為352,5種處理之間相互重疊,共有細(xì)菌OTU占比大,5個(gè)處理的根際土壤細(xì)菌類群一致性較高。文椰3號(hào)單作、文椰2號(hào)間作2、文椰2號(hào)間作1、文椰3號(hào)間作和文椰4號(hào)間作獨(dú)有的真菌OTU分別為108、70、57、41和47,共有的真菌OTU為51,5個(gè)處理的根際土壤真菌類群一致性較低。

圖2 不同品種椰子間作菠蘿椰子根際土壤細(xì)菌和真菌的OTU分布

2.2.3 根際土壤微生物群落組成 從圖3和圖4可以看出,15個(gè)樣品高通量測(cè)序后,除未分類和其他門細(xì)菌外,數(shù)量排名前10的細(xì)菌占比64%以上。5個(gè)處理中細(xì)菌相對(duì)含量有差異,但數(shù)量排名前10的細(xì)菌門相同,包括變形菌門,相對(duì)含量26.02%～34.08%;酸桿菌門,相對(duì)含量10.02%～20.45%;擬桿菌門,相對(duì)含量4.45%～14.02%;疣微菌門,相對(duì)含量5.25%～8.25%;放線菌門,相對(duì)含量1.75%～6.58%;浮霉菌門,相對(duì)含量2.54%～6.25%;厚壁菌門,相對(duì)含量4.12%～5.24%;芽單胞菌門,相對(duì)含量0.89%～6.25%;Myxococota,相對(duì)含量2.01%～4.05%;硝化螺旋菌門,相對(duì)含量1.25%～4.02%。文椰3號(hào)單作的根際土壤擬桿菌門(4.45%)、芽單胞菌門(0.89%)相對(duì)數(shù)量顯著低于其他處理(p<0.05),5個(gè)處理其他細(xì)菌門相對(duì)數(shù)量無(wú)顯著性差異(p>0.05),5個(gè)處理的變形菌占比均最大?；陂T水平的細(xì)菌聚類熱圖分析表明,文椰2號(hào)間作1、文椰2號(hào)間作2、文椰4號(hào)間作與文椰3號(hào)間作的細(xì)菌群落聚為一類,處于同一水平。文椰3號(hào)單作的細(xì)菌群落組成與其他處理相差較大,單獨(dú)聚為一類。

圖3 不同品種椰子間作菠蘿椰子根際土壤細(xì)菌和真菌門水平相對(duì)含量

圖4 不同品種椰子間作菠蘿椰子根際土壤細(xì)菌和真菌門類水平聚類

15個(gè)樣品高通量測(cè)序后,共發(fā)現(xiàn)9個(gè)真菌門。在5個(gè)處理中,未確定分類門的真菌相對(duì)豐度變化范圍較大,相對(duì)含量4.56%～48.25%。除此之外,已確定的真菌門的相對(duì)含量51.75%～95.44%,說明根際土壤中已確定的真菌類群為中高水平,且5個(gè)處理中變化較大。根際土壤真菌前8個(gè)門分別為子囊菌門,相對(duì)含量34.58%～84.50%;擔(dān)子菌門,相對(duì)含量0.73%～40.92%;Rozellomycota,相對(duì)含量0.71%～14.91%;球囊菌門,相對(duì)含量0.14%～7.23%;Mucoromycota,相對(duì)含量0.02%～2.82%;Mortierellomycota,相對(duì)含量0.09%～1.02%;壺菌門,相對(duì)含量0.08%～0.78%;Basidiobolomycota,相對(duì)含量0%～0.02%。不同處理的真菌組成差異性較大,各處理中子囊菌占比均最大;在文椰3號(hào)單作土壤中,優(yōu)勢(shì)真菌為子囊菌、擔(dān)子菌和球囊菌,其余的門占比較小;文椰4號(hào)間作、文椰2號(hào)間作1、文椰2號(hào)間作2中優(yōu)勢(shì)真菌為子囊菌、擔(dān)子菌和Rozellomycota;文椰3號(hào)間作土壤中優(yōu)勢(shì)真菌為子囊菌和Rozellomycota。文椰4號(hào)間作、文椰3號(hào)間作處理與文椰2號(hào)間作1、文椰2號(hào)間作2和文椰3號(hào)單作相比,Ascomycota占比顯著下降(p<0.05);文椰4號(hào)間作處理與其他處理相比,擔(dān)子菌占比顯著增加(p<0.05);文椰3號(hào)間作處理與其他處理相比,Rozellomycota相對(duì)豐度顯著增加,Basidiomycota占比顯著下降(p<0.05);文椰4號(hào)間作的根際土壤中Basidiomycota的相對(duì)豐度顯著高于文椰2號(hào)間作1、2和文椰3號(hào)單作、間作。

基于門水平的真菌聚類熱圖分析表明,文椰2號(hào)間作1、文椰2號(hào)間作2、文椰4號(hào)間作與文椰3號(hào)間作的真菌群落聚為一類,處于同一水平。文椰3號(hào)單作的真菌群落組成與其他處理相差較大,單獨(dú)聚為一類。

2.3 土壤微生物群落差異性分析

從圖5可以看出,對(duì)于細(xì)菌群落,文椰4號(hào)間作、文椰2號(hào)間作1和文椰2號(hào)間作2處理之間的距離較近,說明這3個(gè)處理的細(xì)菌群落相似度較高;文椰3號(hào)單作和文椰3號(hào)間作處理分別單獨(dú)位于1個(gè)區(qū)域,說明文椰3號(hào)單作、文椰3號(hào)間作與其他3個(gè)處理的細(xì)菌群落組成差異較大。不同處理椰子根際土壤細(xì)菌群落差異分析中主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率分別為67.07%和11.29%。

圖5 不同品種椰子間作菠蘿椰子根際土壤細(xì)菌和真菌主成分分析

對(duì)于真菌群落,文椰2號(hào)間作1和文椰2號(hào)間作2位于同一區(qū)域,說明同品種不同區(qū)域處理的真菌群落具有很高的相似性;其他處理各自位于1個(gè)區(qū)域,說明不同品種之間、間作和單作之間真菌群落組成差異性較大。不同處理椰子根際土壤真菌群落差異分析中主成分1(PC1)、主成分2( PC2)的貢獻(xiàn)率分別為33.84%和23.12%。

2.4 微生物群落與土壤理化因子的關(guān)系

從表3和圖6可以看出,椰子根際微生物細(xì)菌多樣性與椰子根際土壤含水量、電導(dǎo)率,有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷、速效磷、有效鈣、有效鎂含量間呈顯著正相關(guān)(p<0.05),與根際土壤pH值間呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)。椰子根際土壤微生物真菌多樣性與土壤pH值、含水量、電導(dǎo)率,有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷、速效磷含量間呈正相關(guān)(p>0.05),與有效鈣、有效鎂含量間呈負(fù)相關(guān)(p>0.05)。pH值與土壤含水量、電導(dǎo)率,有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷、速效磷、有效鈣、有效鎂含量間呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05);除pH值之外,土壤養(yǎng)分含量間呈顯著正相關(guān)(p<0.05)。

注:EC.電導(dǎo)率,OM.有機(jī)質(zhì),AN.堿解氮,AP.速效磷,AK.速效鉀,ACa.有效鈣,AMg.有效鎂。

表3 不同品種椰子間作菠蘿椰子根際土壤理化性質(zhì)與細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性分析

冗余分析看出,pH值、有效鈣、速效鉀、速效磷是椰子根際土壤細(xì)菌的關(guān)鍵環(huán)境因子,其中pH值是文椰3號(hào)單作處理土壤細(xì)菌的最大影響因子。除有效鈣、速效鉀、速效磷外,文椰2號(hào)間作1處理土壤細(xì)菌還受有效鎂、有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率、堿解氮的影響。文椰3號(hào)間作、文椰2號(hào)間作2、文椰4號(hào)間作處理土壤細(xì)菌受土壤理化性質(zhì)的影響較小。椰子根際土壤真菌群落受pH值的影響程度最大,是文椰3號(hào)單作處理土壤真菌的最大影響因子,文椰2號(hào)間作2、1處理土壤真菌則受到有效鈣、速效鉀、速效磷、有效鎂、有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率、堿解氮的影響。文椰4號(hào)間作、文椰3號(hào)間作處理土壤真菌受到土壤理化性質(zhì)的影響較小。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明,椰子間作菠蘿顯著提高椰子根際土壤含水量、電導(dǎo)率,氮、磷、鉀、有效鈣和有效鎂含量,提高椰子土壤根際細(xì)菌豐度和多樣性,降低真菌豐度和多樣性。不同品種椰子間作菠蘿處理的根際土壤根際微生物組成及多樣性存在差異。間作模式中不同品種椰子的根際土壤微生物多樣性與土壤理化性質(zhì)之間存在不同程度的相關(guān)性。

已有研究表明,對(duì)于土壤養(yǎng)分,間作的有效性比單作高,間作增加土壤供肥,改善根系對(duì)養(yǎng)分的吸收環(huán)境[13-15],改變土壤理化性質(zhì),使根際土壤微生物群落發(fā)生變化[16-19]。本研究中,間作處理顯著增加土壤含水量、電導(dǎo)率,有機(jī)質(zhì)、氮、鉀、磷、有效鈣、有效鎂含量。相關(guān)性分析也表明細(xì)菌、真菌多樣性和組成與這些土壤養(yǎng)分呈正相關(guān)(p<0.05)。說明間作菠蘿可提高椰子根際土壤養(yǎng)分,間作對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)具有重要影響。

有機(jī)碳含量較高的作物系統(tǒng)促進(jìn)土壤微生物多樣性[20],在陸地生態(tài)系統(tǒng)中,土壤微生物作為重要組成單元,在眾多生態(tài)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[21]。本研究中,相比于文椰3號(hào)單作處理,間作處理有機(jī)質(zhì)含量均增加,細(xì)菌多樣性增加。文椰4號(hào)間作處理的細(xì)菌豐度和多樣性最高,文椰3號(hào)單作處理的土壤細(xì)菌多樣性最低,這說明文椰4號(hào)間作最有利于細(xì)菌群落的生長(zhǎng),間作提高了土壤細(xì)菌多樣性。文椰3號(hào)間作處理的土壤細(xì)菌豐度最低,且低于文椰3號(hào)單作,說明文椰3號(hào)間作降低土壤細(xì)菌豐度,不利于細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng);除此之外,其他間作模式相比于單作均可以增加根際土壤細(xì)菌豐度?？梢酝茰y(cè)椰子品種對(duì)于土壤根際細(xì)菌豐度有一定影響。

除文椰2號(hào)間作2處理外,文椰2號(hào)間作1、文椰4號(hào)間作、文椰3號(hào)間作處理真菌豐度均低于單作,即不同品種椰子對(duì)椰子根際土壤真菌生長(zhǎng)影響不大,但是間作降低真菌豐度,這與陳慧等[22]發(fā)現(xiàn)植物品種對(duì)土壤根際真菌影響較大的情況相反。文椰2號(hào)間作2處理中土壤真菌豐度最大,表明只有該處理有利于真菌豐度增加,其他處理相比單作均降低真菌豐度。文椰3號(hào)間作處理的土壤細(xì)菌和真菌豐度都最小,該處理不利于根際土壤微生物生長(zhǎng),反而抑制其生長(zhǎng)。微生物數(shù)量能指示土壤肥力,一般肥力越高,對(duì)應(yīng)的細(xì)菌數(shù)也更高[23-24];而土壤真菌及放線菌數(shù)量越多,則表示土壤地力降低[25],作物生長(zhǎng)受限。本研究中文椰4號(hào)間作處理可能提供最有利于椰子生長(zhǎng)的微生態(tài)環(huán)境,而單作處理可能提供不利于椰子生長(zhǎng)的環(huán)境。

不同處理的椰子根際土壤微生物主要以細(xì)菌為主,文椰4號(hào)間作處理的細(xì)菌類群最豐富,文椰2號(hào)間作2處理的真菌類群最豐富;文椰3號(hào)間作處理細(xì)菌和真菌的OTU均最低,微生物類群最貧乏,并且與其他處理的微生物組成存在較大差異。與單作相比,間作可以顯著增加土壤細(xì)菌豐度和多樣性,而降低真菌豐度和多樣性,這與喬月靜等[19]的研究一致。生境不一致,根系周圍分布的微生物群落自然也不同[26-27]。單作的土壤微生物群落主要受pH值的影響,間作則主要受到土壤有效鈣、速效磷、速效鉀、有效鎂、有機(jī)質(zhì)、堿解氮等土壤養(yǎng)分的影響。

間作模式相比單作種植,根際土壤變形菌和擬桿菌占比均增加,酸桿菌占比下降,即間作模式有利于變形菌和擬桿菌生長(zhǎng),但不利于酸桿菌生長(zhǎng)。相比于文椰2號(hào)間作1、2處理,文椰4號(hào)間作和文椰3號(hào)間作處理有利于擬桿菌生長(zhǎng),這可能主要取決于椰子品種,即文椰4號(hào)根系更有利于擬桿菌生長(zhǎng)。文椰4號(hào)間作處理與其他處理相比,擔(dān)子菌占比顯著增加;文椰3號(hào)間作處理與其他處理相比,Rozellomycota豐度顯著增加,Basidiomycota占比顯著下降,未分類群占比大,不確定的真菌類種類高,均可能由于椰子品種是主因。

文椰4號(hào)間作、文椰2號(hào)間作1和文椰2號(hào)間作2的細(xì)菌群落相似度較高,表明文椰4號(hào)和文椰2號(hào)根際土壤微生物群落組成一致性較高,可能由于椰子品種以及間作模式共同作用引起。文椰2號(hào)間作1和文椰2號(hào)間作2處理,椰子品種相同,真菌群落相似性較高,而文椰4號(hào)間作、文椰3號(hào)間作和文椰3號(hào)單作真菌群落組成差異性較大。主成分分析也證實(shí),主成分1和主成分2是不同品種椰子間作微生物群落的兩個(gè)最大差異特征,對(duì)細(xì)菌多樣性貢獻(xiàn)率分別為67.07%和11.29%,對(duì)真菌多樣性貢獻(xiàn)率分別為33.84%和23.12%。說明不是1個(gè)因素對(duì)同品種椰子間作土壤微生物產(chǎn)生影響,而是多因素共同作用的效應(yīng)[28]。合理間作可以優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu),使土壤向著良性健康的方向發(fā)展,較單作具有更顯著的根系效應(yīng)。間作可能是促進(jìn)土壤微生物多樣性和功能的好方法,土壤微生物群落在間作系統(tǒng)中具有潛在有益作用,同時(shí)也反映作物多樣性對(duì)于微生物群落的相對(duì)重要性[29-31]。