桑樹(shù)-苜蓿間作生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)與土壤微生物種群多樣性研究.pdf

1、復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)是一種綜合的土地利用方式，具有充分利用資源和增加產(chǎn)量的特點(diǎn)。本研究在盆栽條件下探討桑樹(shù)/苜蓿間作體系中地上部分和地下部分之間的相互作用，研究其生長(zhǎng)特性、根際土壤養(yǎng)分含量、土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及功能多樣性特性。結(jié)果表明:隨著生育期的推進(jìn)，桑樹(shù)和苜蓿株高、莖粗、葉面積指數(shù)(LAI)、分枝數(shù)和產(chǎn)量性狀均有所增加。其中，間作桑樹(shù)株高、莖粗、葉面積指數(shù)和分枝數(shù)等產(chǎn)量性狀較單作增加，從而導(dǎo)致單株產(chǎn)量有所增加

2、;相反，間作苜蓿株高、分枝數(shù)和產(chǎn)量低于單作苜蓿。
　　桑樹(shù)與苜蓿間作系統(tǒng)中，桑樹(shù)和苜蓿根長(zhǎng)、根系干重及根長(zhǎng)密度均明顯增加。植株根長(zhǎng)和根系密度與株高、莖粗、葉面積指數(shù)和產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，根系干重與分枝數(shù)呈顯著正相關(guān)。在桑樹(shù)和苜蓿的共生期，桑樹(shù)和苜蓿植株氮素、磷素和鉀素的積累量均隨著生育期的推進(jìn)顯著增加，至成熟期達(dá)最大值。間作桑樹(shù)對(duì)氮、磷和鉀素的吸收與積累顯著高于單作桑樹(shù)，而間作苜蓿對(duì)磷和鉀素的吸收和積累低于單作苜蓿。植株株高、莖粗、

3、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量、根長(zhǎng)和根系密度與植株氮素、磷素和鉀素積累量顯著相關(guān)，其中株高與氮、磷和鉀素積累量的相關(guān)系數(shù)最高，可以作為植株生長(zhǎng)的重要指標(biāo)。
　　桑樹(shù)/苜蓿間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分、土壤酶及土壤微生物數(shù)量檢測(cè)表明，間作能夠提高土壤中有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效磷含量;間作根際土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶和磷酸酶高于單作處理，但對(duì)蔗糖酶活性無(wú)顯著影響。桑樹(shù)/苜蓿間作對(duì)土壤微生物的影響主要表現(xiàn)為，間作明顯增加了土壤中細(xì)菌、放線菌和總微生物數(shù)量，但降低了土壤

4、中真菌數(shù)量。通過(guò)相關(guān)分析得出，土壤脲酶與土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量和微生物總數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系;過(guò)氧化氫酶和磷酸酶與細(xì)菌、放線菌數(shù)量和微生物總數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與真菌呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。
　　磷元素在影響植物生長(zhǎng)方面具有重要意義，在研究不同磷素形態(tài)對(duì)桑樹(shù)/苜蓿間作體系的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，供磷處理（有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷）桑樹(shù)和苜蓿生物量高于不供磷處理。不同形態(tài)磷源對(duì)桑樹(shù)和苜蓿生物量的影響表現(xiàn)為:以無(wú)機(jī)磷為磷源時(shí)桑樹(shù)生物量最高，供有機(jī)磷處理次之，不供磷

5、處理最低。供磷時(shí)作物土壤酸性磷酸酶活性高于不供磷處理，另外桑樹(shù)/苜蓿間作種植方式也顯著增強(qiáng)了土壤中酸性磷酸酶活性。在磷素供應(yīng)不足時(shí)（缺磷和有機(jī)磷），豆科作物（苜蓿）根際土壤的酸性磷酸酶活性平均比桑樹(shù)高21.67％。
　　基于Biolog-Eco平板法的微生物碳代謝研究表明，在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，與單作處理相比，間作桑樹(shù)平均顏色變化率(AWCD)顯著增加，而間作苜蓿的AWCD有所降低;土壤微生物利用的單一碳源的主成分分析結(jié)果表明，與碳源

6、利用相關(guān)的主成分1和主成分2分別解釋變量方差的50.8％和12.9％。主成分分析表明主要貢獻(xiàn)的碳源是羧酸、聚合物和糖類(lèi)。其中，其他化合物和羧酸為單作桑樹(shù)根際土壤微生物利用的主要碳源;間作桑樹(shù)為氨/胺類(lèi)、氨基酸和聚合物;而氨/胺類(lèi)、其他化合物和聚合物為單作苜蓿根際土壤微生物利用的主要碳源，間作苜蓿為氨基酸和其他化合物。此外，間作和單作處理土壤微生物群落形成了各自特有的代謝功能特性。
　　利用高通量測(cè)序技術(shù)分析4個(gè)土壤樣品的細(xì)菌群落結(jié)

7、構(gòu)多樣性差異，所有樣品共檢測(cè)出23，047條序列，分屬于細(xì)菌的28個(gè)門(mén)，其中，變形菌門(mén)（Proteobacteria）、后壁菌門(mén)（Firmicutes）、酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）、綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）、浮霉菌門(mén)（Planctomycetes）、放線菌門(mén)(Actinobacteria)、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌門(mén)（Nitrospirae）為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，約占整個(gè)細(xì)菌群落相對(duì)豐度80％左右。

8、變形菌門(mén)（Proteobacteria）相對(duì)豐度最高，后壁菌門(mén)（Firmicutes）為第二位優(yōu)勢(shì)類(lèi)群。通過(guò)比較細(xì)菌群落多樣性(Ace、Chao1、Shannon和Simpson指數(shù))可知，在桑樹(shù)/苜蓿共生期間，桑樹(shù)根際土壤Shannon指數(shù)較單作桑樹(shù)高，而間作種植模式對(duì)苜蓿Shannon指數(shù)影響不顯著。另外，間作桑樹(shù)豐富度指數(shù)Ace和Chao1均低于單作桑樹(shù)。聚類(lèi)分析和主成分分析顯示單作苜蓿和間作苜蓿土壤細(xì)菌多樣性相似度較高;而間作桑

9、樹(shù)和單作桑樹(shù)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)顯著不同。利用典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)分析土壤細(xì)菌門(mén)分類(lèi)與環(huán)境因子關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效磷是影響根際土壤細(xì)菌門(mén)的主要土壤養(yǎng)分因子。其中，土壤養(yǎng)分因子影響細(xì)菌門(mén)分類(lèi)主要表現(xiàn)為:速效氮含量與Protebacteria、Bacteroidetes和Nitrospirae呈顯著正相關(guān);而速效磷與Acidobacteria、Actinobacteria和Gemmatimonadetes呈顯著正相關(guān)。另外，在分析土