木薯/花生间作条件下土壤微生物多样性的变化研究

Cassava/peanut intercropping is a popular cultivation method in the South China, with the advantage of apparent yield increase, but its theoretical basis is relatively weak. The soil microorganism is closely related to biodiversity in the intercropping field, and is the biological index used to evaluate the soil fertility and soil quality. So it is very significant to research the microbial diversity of intercropping system for sustainable use of soil. Based on previous research results, in this study we determine the soil microbe quantity and microbial biomass of rhizosphere, non-rhizosphere soil and profile soil in cassava-peanut intercropping field, and elucidate the soil microbial species and metabolic diversity under intercropping conditions, and associated soil nutrient and enzyme activities. In the pool-culture experiment, we research microbial functional and genetic diversity with the BOILOG system and gradient gel electrophoresis of 16SrRNA(DGGE), and the effect of the cassava and peanut rhizosphere interaction on the soil microbial diversity. This project will enrich the fundamental theory of cassava-peanut intercropping system, and provide theoretical basis for the sustainable development of the intercropping agriculture.

木薯/花生间作是我国华南地区较为普遍的种植模式，其理论基础研究薄弱。本项目拟从“用地养地”的角度出发，研究木薯/花生间作对土壤微生物多样性的影响，以期明确木薯/花生间作增产的同时对土壤微生态环境的改善与否。在田间小区试验中，研究木薯/花生间作体系根际、非根际、剖面不同深度土壤微生物活性、微生物数量、微生物量、土壤养分和相关酶活性的动态变化规律，弄清木薯/花生间作土壤微生物种类及代谢功能多样性的变化特征；在池栽隔根试验中，分别采用BIOLOG微孔系统和和PCR-DGGE生物技术，研究木薯/花生间作土壤微生物的碳素利用功能多样性和细菌结构多样性，分析间作条件下木薯、花生根际间的相互作用对土壤微生物多样性的影响。项目的完成可以丰富木薯/花生间作体系的理论基础，为间作后茬土地的可持续利用及间套作栽培模式的可持续发展提供理论依据。

木薯/花生间作具有明显的产量优势，是我国华南地区特有的间作种植模式，其理论基础研究薄弱。本项目从“用地养地”的土壤微生物角度出发，研究了木薯/花生间作条件下土壤微生物种类、代谢功能、遗传基因多样性的变化，结果表明：（1）木薯/花生间作可增加根际土壤微生物数量，且窄行距间作使土壤细菌数量增加幅度更大，间作土壤细菌、放线菌数量随着耕层深度的增加而减少，真菌数量随着耕层深度增加而增加；（2）自然间作根际、非根际的土壤养分、微生物量碳含量以及蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性增加，蛋白酶活性及pH值降低；随着耕作层深度的增加，间作土壤速效氮、有机质含量呈下降的趋势，而速效磷呈增加的趋势，速效钾含量呈现出先增加后减少的趋势。相比自然间作而言，隔根间作根际土壤微生物量碳磷含量增加，微生物量氮含量降低，且隔根间作花生、木薯根际土壤有效氮磷、有机质含量相比自然间作的变化趋势相反，这可能跟木薯、花生对土壤养分的吸收竞争以及花生根瘤固氮作用有关；（3）BIOLOG微孔板鉴定结果表明，间作土壤微生物碳素代谢功能增加，表现为间作根际、非根际土壤的菌落微生物菌落吸光值均大于单作处理，自然间作木薯根际、非根际土壤微生物碳源多样性指数大于隔根间作，而自然间作花生根际、非根际土壤的碳源利用微生物多样性低于隔根间作；（4）DGGE测定结果显示，间作土壤细菌群落条带数比单作处理新增2～6条，其中自然间作的条带数大于隔根间作，间作根际土壤细菌DNA条带数大于非根际土壤，表明间作体系作物根系间的相互作用可以增加土壤细菌群落结构的多样性；（5）16S rRNA 高通量测序结果表明，间作土壤细菌群落中以Proteobacteria的相对丰度最大，间作根际土壤中的Nitrospirae、Verrucomicrobia 和Gemmatimonadetes 相对丰度明显高于单作处理，间作处理根际土壤的优势细菌属明显区别于单作处理，其中以优势细菌属DA101、Pilimeli、Ramlibac对土壤微生态因子影响较大，其与间作土壤有效氮、 pH值呈显著正相关。总体而言，木薯/花生间作可以增加土壤微生物多样性及改善微生态环境，是一种促进农业生态、经济效益双向发展的可持续种植模式。