不同牧草間作模式對油茶林土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

關(guān)鍵詞：油茶；間作模式；土壤養(yǎng)分；真菌群落

中圖分類號：S714.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-923X（2023）12-0145-08

油茶Camellia oleifera 為山茶科Theaceae 常綠小喬木或灌木，廣泛分布于我國長江流域以南的紅壤地區(qū)，其中在湖南、廣西和江西三省區(qū)分布面積最廣，是我國重要的木本油料物種，在農(nóng)林復合生態(tài)系統(tǒng)中具有重要的經(jīng)濟價值[1-2]。油茶一般需要種植2 ～ 3 a 才開始開花結(jié)果，5 a 后才有一定的產(chǎn)量，8 a 后才能盛產(chǎn)[3]，在此期間，需投入大量的人力物力財力對林地進行撫育管理，導致投入大于產(chǎn)出的問題，所以油茶林普遍存在前期土地利用效率低[4]。通常情況下，油茶種植生態(tài)系統(tǒng)土壤行間距空隙較大，且油茶幼林樹冠擴展緩慢，種植后林地空缺嚴重、板結(jié)程度深，導致油茶種植前期行間土地資源未能得到充分利用，養(yǎng)分吸收利用效率低下，油茶從土壤中吸收的養(yǎng)分愈加減少[4]，使得油茶農(nóng)林經(jīng)濟模式效益不佳。因此，在實際的生產(chǎn)中，油茶幼林中間作作物是一種優(yōu)質(zhì)的選擇[5-6]。其將油茶與不同生態(tài)位作物復合種植，立體利用空間，可以達到提高土地資源利用效率、生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性和功能穩(wěn)定性的目的。間作其他作物可以改善土壤環(huán)境，降低地表蒸發(fā)，提高土壤肥力，利于提高油茶林幼苗成活率和提升油茶幼林期生長速率，增加單位面積的林地生產(chǎn)，進而提高油茶產(chǎn)量和品質(zhì)。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)重要成分，是調(diào)控殘體分解、營養(yǎng)礦化、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)等土壤生態(tài)過程中必不可少的生物因素。尤其是土壤真菌在農(nóng)業(yè)土壤中廣泛存在，其作為土壤動植物殘體的分解者、互惠者或病原體調(diào)節(jié)著土壤養(yǎng)分循環(huán)、有機質(zhì)形成與分解、土壤肥力保持、動植物殘體分解和抑制病蟲害等重要的土壤生物學過程[7-8]。油茶是菌根植物[9]，真菌群落結(jié)構(gòu)通常會因農(nóng)業(yè)管理模式改變而發(fā)生變化[10]，長期傳統(tǒng)管理方式在很大程度上導致土壤真菌多樣性降低[11]。間作通過對土壤理化性質(zhì)的逐步改善為土壤真菌提供了適宜的營養(yǎng)環(huán)境，進而提高土壤真菌數(shù)量、活性及多樣性[12-13]，并且可以抑制土壤致病菌的生長[14]。然而，真菌群落組成以及多樣性的變化也會影響土壤養(yǎng)分的變化，尤其是在間作環(huán)境下不同的植物也會影響著真菌的結(jié)構(gòu)組成與多樣性。因地理氣候、管理方式、種植模式的差異對土壤真菌的影響并非是正效應(yīng)，研究不同種植方式的土壤真菌群落結(jié)構(gòu)對管理方式的響應(yīng)具有重要意義。

本研究選取貴州省銅仁市玉屏縣第一輪預(yù)植帶狀更新后，將油茶幼林分別與鴨茅草、白三葉和紫花苜蓿間作以及鴨茅草× 白三葉、鴨茅草×紫花苜?；旆N間作等5 種種植模式進行研究，通過測定不同種模式下土壤養(yǎng)分含量和真菌群落特征，探討土壤性質(zhì)與真菌群落的相互關(guān)系，揭示不同油茶- 牧草間作模式在改善土壤生態(tài)環(huán)境、提高土壤肥力等方面的作用，探究不同農(nóng)林間作系統(tǒng)對油茶栽培過程中養(yǎng)分動態(tài)和微生物結(jié)構(gòu)多樣性的影響，為油茶生產(chǎn)中培肥和改良土壤提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

研究地位于貴州省東部，銅仁市東南部玉屏縣朱家場鎮(zhèn)（27°28′ ～ 27°31′N，108°34′ ～109°09′E），地處云貴高原至湘西低山丘陵過渡帶，海拔600 ～ 800 m，年平均氣溫17.1℃，平均降水量1 174 mm，屬于亞熱帶季風濕潤氣候。母巖以石灰?guī)r坡積物，土壤以第四紀黃壤為主。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)6 個處理：1）D.glo 為間作鴨茅草（播種量64 kg/hm²）；2）T.rep 為間作白三葉草（播種量160 kg/hm²）；3）M.sat 為間作紫花苜蓿（播種量160 kg/hm²）；4）D.glo+T.rep 為按上述每畝播種量40% 鴨茅草×60% 白三葉；5）D.glo+M.sat為按上述每hm² 播種量40% 鴨茅草×60% 紫花苜蓿；6）CK 為無間作對照。于2021 年11 月在第一次油茶林預(yù)植更新帶間供試綠肥小區(qū)，每種處理各0.063 hm²。田間管理按照當?shù)爻Ｒ?guī)措施進行，小區(qū)保持一致。于雨季前2022 年4 月采集各個小區(qū)土壤樣品，采樣運用典型的“S”形布設(shè)土壤采樣點，采集0 ～ 20 cm 耕作層土壤樣品，充分混勻，挑出碎石與植物殘體，采用四分法分至1 kg 左右，共計取樣30 個。將采集到的土壤樣品分成2 份，其中1 份置于-80 ℃超低溫冰箱中保存，用于提取土壤真菌DNA；另1 份土壤置于常溫下陰干后，用于土壤理化性質(zhì)的測定。

1.3 土壤理化性質(zhì)

土壤pH 值采用點位測定法；有機碳（SOC）含量采用重鉻酸鉀氧化法；全氮（TN）含量采用半微量凱式法；全磷（TP）采用消煮液+ 鉬銻抗比色法；全鉀（TK）含量采用消煮液+ 火焰光度法；銨態(tài)氮（NH_4^-N）、硝態(tài)氮（NO₃-N）、速效磷（PO₄）采用1mol KCl 浸提后通過連續(xù)流動分析儀（Skalar-analytic B.V，SAN++） 測定； 速效鉀（AK）含量乙酸銨浸提+ 火焰光度法；鈣（Ca）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）、砷（As）含量采用硝酸- 鹽酸- 氫氟酸消解后，使用電感耦合原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES， Thermo.， USA）進行測定[15]。

1.4 真菌群落分析

采用Illumina 高通量測序平臺對土壤真菌進行測序。每個超低溫保存樣品稱取0.25 g 土壤，利用Mobio PowerSoil 試劑盒（MoBio Laboratories Inc.，CA， USA）進行總DNA 提取。利用真菌通用引物ITS1F（5′-CTTGGTCATTAGAGAGAGTAA-3′）和ITS2（5′-GCTGCGTTCTTCTCTCGATGGC-3′） 對DNA 樣品進行序列擴增。PCR 產(chǎn)物經(jīng)上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司 Illumina Miseq PE300 平臺進行高通量測序，而后于I-Sanger 生物信息分析云平臺（http：//www.i?sanger.com/）進行數(shù)據(jù)處理和土壤真菌多樣性指數(shù)分析。通過平臺中 QIIME 軟件（http：// qiime.org/scripts/assign_taxonomy.html）將識別閾值在97% 以上的序列聚類為操作分類單元（Operational taxonomic units，OTU）。利用RDPclassifier 平臺（http：//rdp.cme.msu.edu/）對每條序列進行物種分類注釋，比對UNITE V8.0 數(shù)據(jù)庫，設(shè)置比對閾值為80%。

1.5 統(tǒng)計分析

采用One-way ANOVA 進行單因素方差分析（土壤理化指標、真菌豐度差異等）；用非度量多維尺度法（Nonmetric multi-dimensional scaling，NMDS） 對Bray-Curtis 距離進行降維分析以解析群落結(jié)構(gòu)；進一步通過冗余分析（Redundancyanalysis，RDA）解析不同環(huán)境因子對于真菌群落結(jié)構(gòu)的影響，并通過999 次蒙特卡洛置換來檢驗因子的顯著性。用韋恩圖（Venn diagram）分析各處理共享及差異菌種。所有計算均采用R 軟件v4.1.3 中的“phyloseq”“vegan”“UpSetR”

包完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

如表1 所示，總體而言所有處理的土壤pH 值為5.0 ～ 5.2，均為偏酸性土壤。與單種間作相比，混種間作增加了有機碳SOC、總氮TN、總磷TP 含量，但并無顯著差異。土壤總鉀K含量以鴨茅草D.glo間作林中含量最高，其余依次為CK ＞ T.rep ＞M.sat ＞ D.glo+T.rep ＞ D.glo+M.sat。土壤鎂Mg含量以單作鴨茅最高，CK 其次，而在2 種混作的土壤中含量最低。對于速效養(yǎng)分而言，牧草混種間作普遍降低了其含量。硝態(tài)氮NO₃ 在CK 中含量最高，其次為D.glo+M.sat ＞ D.glo ＞ D.glo+T.rep ＞ M.sat ＞T.rep。銨態(tài)氮NH4 以紫花苜蓿M.sat中含量最高，其次為D.glo ＞ CK=T.rep ＞ D.glo+T.rep ＞ D.glo+M.sat。土壤速效磷PO₄ 的含量依次為T.rep ＞ D.glo ＞ CK ＞ M.sat ＞ D.glo+M.sat ＞D.glo+T.rep。土壤速效鉀AK 含量以白三葉T.rep中含量最高，CK 中含量最低。對于微量元素而言，Zn、Fe、Mn 的含量普遍呈現(xiàn)CK ＞單作＞混作的現(xiàn)象。而通過種植牧草，普遍降低了土壤中As 的含量。

2.2 真菌群落結(jié)構(gòu)

如表2 所示，間作后增加了土壤真菌豐富度（sobs 指數(shù)），呈現(xiàn)混作＞ M.sat ＞ T.rep ＞ D.glo ＞CK 的情況，而土壤真菌多樣性（Shannon-Wiener和Simpson 指數(shù)）沒有顯著差異。測序數(shù)據(jù)顯示，真菌中的優(yōu)勢門是Ascomycota、Basidiomycota 和Mortierellomycota（圖1）。與單間作相比，混間作中Ascomycota 和Mortierellomycota 豐度較高，分別為38.9%、39.6%，Basidiomycota 在M.sat 中豐度最高，Basidiobolomycota 僅存在于CK 中。

經(jīng)測序總共獲得真菌原始OTU 數(shù)量為4 133個（圖2）。5 種不同的種植模式共同擁有的真菌物種OTU 有586 個，其中間作和混間作中共有120 個OTU。2 種豆- 禾混間作有94 個共有OTU，而3 種單作牧草中共有74 個OTU。M.sat和D.glo+M. 處理有60 個共有OTU，T.rep 和D.glo+T.rep 有56 個共有OTU。在單間作D.glo 中有252 個特有OTU，單間作豆科牧草M.sat 和T.rep中分別有200 和96 個特有的OTU，混間作D.glo+M.sat 中有190 個特有OTU，而D.glo+T.rep 中有166 個特有OTU。

通過RDA 分析， 發(fā)現(xiàn)真菌群落中決定優(yōu)勢屬（ 相對豐度＞ 1%） 的最重要的土壤性質(zhì)是pH、TN、NH₄、PO₄（圖3）。其中鐮刀菌屬Fusarium 受土壤性質(zhì)影響最??；木霉屬相對豐度Trichoderma 顯著受PO₄ 影響，Saitozyma 主要受微量元素Fe、Zn、As 的影響較大，而被孢霉Mortierella 主要受到TP 的影響。

3 討論

土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，也是土壤養(yǎng)分的一個重要來源，其數(shù)量的變化是環(huán)境質(zhì)量狀況和土壤肥力的重要特征，也是制約土壤通透性、土壤水分和土壤養(yǎng)分有效性等關(guān)鍵因素[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，通過種植牧草后，土壤SOC、TN、TP 均呈現(xiàn)提高，這與Wang 等[17]、丁怡飛等[5] 的研究結(jié)果一致。這是由于間作牧草可增加林地內(nèi)凋落物累積量，從而增加土壤有機質(zhì)，提高土壤的孔隙度；間作牧草作物可以覆蓋裸露的地表，有利于調(diào)節(jié)土壤溫度、減輕降水對地表的直接侵蝕，減少水土流失，為林下動物和微生物生長繁殖提供適宜環(huán)境，提高微生物數(shù)量[18]。此外，通過土壤中微生物的數(shù)量增加，土壤中不易被植物吸收和利用的有機物質(zhì)能通過微生物將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機物質(zhì)，從而加速土壤中N、P 分解，增加土壤的有機質(zhì)含量，提高土壤養(yǎng)分的有用性[16]。

間作豆科植物能提高固N 的有效性，增加土壤含N量。例如，白三葉草為豆科多年生草本植物，節(jié)間發(fā)達，每個節(jié)都能生出不定根和長出新的匍匐莖，長達30 ～ 60 cm，可大量固定空氣中的N素，是常見的間作綠肥材料[19]。而與之前的研究結(jié)果不同，本研究發(fā)現(xiàn)混種白三葉普遍呈現(xiàn)土壤N 素水平下降，P、K 水平上升的趨勢，這可能由于是采樣時間為非生長季，白三葉根系并未形成足夠的共生根瘤菌，植物群落仍處于N 素消耗的狀態(tài)。此外，趙雅姣[20] 發(fā)現(xiàn)，豆科植物與禾本科牧草間作可以促進禾本科牧草的氮代謝酶活性， 進而增加了氮素的轉(zhuǎn)化，促進牧草根際土壤的養(yǎng)分及增進其微生物多樣性，不同作物對氮素的競爭以及對豆科作物氮素的固定具有促進作用。本研究表明，與單作豆科或禾本科植物相比，豆- 禾混種有效提高了土壤NO₃ 的含量，這可能是由于間作的豆科作物可產(chǎn)生直接或間接的氮素轉(zhuǎn)移供給禾本科作物，而禾本科作物可以減緩氮素對豆科作物的“氮阻遏”現(xiàn)象， 從而增加豆科作物的固氮量[21]。同時，不同作物對氮素的吸收能力具有明顯的差異性，因此，豆- 禾間作可以顯著地提高間作群體對氮素的吸收和利用。間作對磷的吸收均具有明顯的促進作用。研究發(fā)現(xiàn)，通過豆- 禾間作減少了速效磷PO₄ 的含量，由此可斷定其可能促進了作物的吸收利用，這與Li 等[22] 的研究結(jié)果相一致。這可能是由于豆科作物相對于禾本科作物具有更強的質(zhì)子釋放能力，能夠顯著地酸化根際，而有利于難溶性土壤磷的活化和吸收，進而提高作物的磷含量[23]。根據(jù)植物群落多樣性與根系微生物多樣性呈現(xiàn)正相關(guān)特征[24]，單一油茶林間作不同植物，可有效增加根系微生物群落生態(tài)位，實現(xiàn)“互補效應(yīng)（Complimentary effect）”。本研究發(fā)現(xiàn)，所有間作處理的真菌多樣性都有所提高，尤其以豆禾混種間作處理最為明顯，這與胡國彬等[25] 和Zhang 等[26] 的研究結(jié)果相一致。

真菌多樣性與群落組成具有差異，這與植物種類、土壤環(huán)境以及土地利用歷史等多種因素相關(guān)[27]。子囊菌門Ascomycota 和擔子菌門Basidiomycota在油茶根際土壤中的相對豐度較高，較大原因是該2 個門的物種大部分為腐生真菌，可分解土壤中腐爛的動植物遺骸，釋放有機物供植物吸收利用[20]。通過r 和K 策略來劃分真菌物種生存策略來看，r 策略子囊菌門物種在CK 和單作處理中占比較多，而K 策略的擔子菌門物種在豆禾混作的處理中占比較多，也反映了多草種間作提高了土壤環(huán)境的穩(wěn)定性[28]。

本研究顯示， 油茶土壤的pH 值和TN、NH₄、PO₄ 含量是影響根際真菌群落組成的主要因子，說明這些土壤因子對于幾種間作處理土壤真菌的群落組成和豐度起著重要作用。木霉屬Trichoderma 具有降解木質(zhì)素的功能，從而調(diào)節(jié)土壤肥力，同時可以也可寄生并危害多孔菌和傘菌等大型真菌，達到侵占生態(tài)位保護植物根系的作用，間接影響植物生長[16]。通過RDA 分析發(fā)現(xiàn)木霉屬真菌豐度與PO₄ 呈顯著相關(guān)關(guān)系，由此表明可通過施用相關(guān)的微生物磷肥提高該屬土壤適應(yīng)性，以促進油茶生長。而另一方面，常見致病菌鐮刀菌Fussarium 受土壤養(yǎng)分狀態(tài)影響較小，而更偏向于生長于D.glo+M.sat 的處理中，也說明了多草種混種下增加了其真菌群落的復雜性，為更多的功能真菌提供了生態(tài)位。因此，在往后的研究中應(yīng)進一步從微生物群落與土壤性質(zhì)的相關(guān)性入手，從而探索更為適宜的油茶林地間作模式。

4 結(jié)論

油茶林間作對提高油茶幼林成活率、改善林地土壤理化性質(zhì)、促進油茶生長、提高不同的間作模式下對土壤的理化性質(zhì)和真菌多樣性及增加林地經(jīng)濟效益等方面具有一定積極作用。本研究發(fā)現(xiàn)油茶幼林在間作多草種后土壤SOC、TN、TP 均呈現(xiàn)提高；與間作禾本科植物相比，間作豆科植物更能提高固N 的有效性；與單作豆科或禾本科植物相比，豆- 禾混種有效提高了土壤NO₃ 的含量；所有間作處理的真菌多樣性都有所提高，尤其以豆禾混種間作處理最為明顯；土壤中pH 值和TN、NH₄、PO₄含量對于幾種間作處理土壤真菌的群落組成和豐度起著重要作用。

[ 本文編校：羅列]