環境友好型跨年度輪作及香蕉—花生間作對土壤微生物多樣性提升效果

李虹++黃文++武春媛++王國芬++林培群

摘要 依據不同科屬作物生態生理功能差異，檢驗了環境友好型跨年度瓜菜（辣椒、南瓜和芥菜）—香蕉輪作+花生間作提升土壤微生物多樣性的影響。結果表明，跨年度輪作間作顯著地提升了土壤可培養微生物細菌和放線菌群落，降低了真菌數量。土壤微生物高通量測序顯示所有香蕉+花生間作系統Shannon生物多樣性指數顯著提升。花生覆蓋地表保持水分和抑制雜草是間作提高土壤細菌和放線菌數量的影響因素。還田秸稈助長微生物。辣椒還田生物量高于南瓜和芥菜。因而，辣椒—香蕉+花生不同科屬作物的協同作用可以更有效地提升土壤微生物多樣性。

關鍵詞 花生；輪作間作；生物多樣性Shannon指數；香蕉；土壤微生物高通量測序

中圖分類號 S154.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）20-0064-02

改良香蕉長期單作及其高復種導致的土壤退化是近年熱帶土壤的研究熱點[1]。香蕉是世界上最大的草本開花植物、全球最重要的經濟作物之一，然而高復種導致香蕉枯萎病頻發，香蕉失收。香蕉枯萎病是由古巴尖鐮孢（Fusarium oxysporum f. sp. cubense）侵染的毀滅性最強的作物真菌病害，其孢子土居，在土壤中長期存活。近百年來，全球尚未找到香蕉枯萎病的有效防治方法[1-2]。

輪作和間作栽培有益于防控雜草[3]和提高系統生物化學特征[1，4-6]。本研究的目的是依據不同科屬作物生理功能差異，假設環境友好型輪作間作栽培是應對土壤退化的策略，研究跨年度冬季辣椒、南瓜、芥菜—香蕉輪作+花生間作方法對提升土壤微生物多樣性的作用效益。現將結果總結如下。

1 材料與方法

1.1 跨年度瓜菜輪作試驗

利用辣椒（Capsicum annuum）、南瓜（Cucurbita pepo）、芥菜（Brassica juncea）、香蕉（Musa acuminata）和花生（Arachis hypogaea）不同科屬作物生態生理功能差異，進行了3年（2014—2016年）輪作間作試驗。香蕉—花生間作互利的科學依據是香蕉屬高棵作物、需肥，生長期長達13個月，花生屬矮棵草本、固氮，生長期短至4個月。

1.1.1 試驗地概況。試驗地點處于海南省西北部澄邁縣豐西村，選取鄰近3塊紅壤地，每塊地面積近2 533.35 m2。試驗地數年前因香蕉枯萎病危害改種甘蔗及瓜菜，經濟效益低于香蕉。試驗地2014年底分別種植冬季辣椒、南瓜和芥菜，翌年4月下旬瓜菜全部收獲完畢后，每塊地進行測土配方施肥。

1.1.2 試驗材料。試驗用香蕉抗病品種寶島蕉，購自中國熱帶農業科學院種苗組培中心。花生品種山花10號，購自山東花生育種中心。

1.2 香蕉—花生間作模式

間作前測定，顯示土壤化學肥力和微生物性質均為辣椒地>芥菜地>南瓜地，但差異不顯著。土壤強酸性（pH值5.1±0.2），有機質含量低（2.1%±0.4%），可培養細菌5.87×106 cfu/g、放線菌5.06×105 cfu/g、真菌2.73×104 cfu/g。首先依據測土結果校正土壤酸度和肥力。按目標值pH值6.5和SMP緩沖溶液值，施加鈣鎂調理劑3 750 kg/hm2；添加有機肥（含C 45%）15 t/hm2，微生物菌肥（活性菌3×108 cfu/g）3 t/hm2 [1]。

2015年6月中旬移栽香蕉，栽植2 490株/hm2，株行距2 m×2 m，隔行安裝灌溉噴帶。花生播種前根瘤菌拌種（含活性根瘤菌2×109個/g），拌種率16 g/kg[1]。花生與香蕉行距80 cm，株行距25 cm×50 cm。每塊地留666.67 m2單種香蕉（不間作花生）作為對照。

1.3 土壤微生物區系分析及高通量測序微生物多樣性

試驗地以網絡15 m×15 m GPS定點采樣，分別于栽培前、花生收獲時、香蕉抽蕾期、香蕉收獲期采樣，平板法分析可培養土壤微生物。土壤細菌和真菌多樣性高通量測序由北京Biomarker生物科技公司完成。所有數據應用Turkey′s HSD檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤可培養微生物群落數量變化

間作花生直接受惠香蕉生長。香蕉初期生長緩慢，低層次花生植株光照良好，生長迅速，2周內覆蓋行間裸地20%，4周內開花初期覆蓋率60%，6周內覆蓋85%，對香蕉生長環境發揮了保持水土和控制雜草的作用（圖1）。間作土壤水分平均含量達24%，非間作土壤水分含量19%，差異顯著。

土壤微生物培養分析結果顯示，相對于起始值，間作顯著地提升了土壤可培養細菌群落數量。香蕉收獲時，間作地土壤可培養細菌群落平均數量增加到7.17×106 cfu/g，增加23.6%（直線型回歸系數R2=92.3%），其中可培養細菌數量在辣椒—香蕉+花生系統增加最顯著（圖2），非間作土壤細菌群落數量比起始值減少11.2%。

土壤可培養放線菌在所有的輪作間作栽培系統顯著增加。間作栽培實施15個月內，放線菌群落量由5.06×105 cfu/g增加到5.64×105 cfu/g，平均增加11.5%（直線型回歸系數R2=96.7%），其中放線菌數量在辣椒—香蕉+花生模式下增加最顯著，達5.82×105 cfu/g。非間作土壤放線菌群落比起始值顯著減少了9.4%。

土壤可培養真菌數量（植物病原菌）在非間作系統較栽培前起始值稍有增加，但在間作系統中相對于起始值趨于減少，真菌群落量由2.73×104 cfu/g減少到2.34×105 cfu/g，平均減少了14.3%（直線型回歸系數R2=94.9%）。土壤真菌減少幅度在芥菜—香蕉+花生和南瓜—香蕉+花生系統中相近，在辣椒—香蕉+花生系統真菌數量減少幅度最大（圖3）。

2.2 土壤微生物區系細菌和真菌多樣性指數差異endprint

香蕉—花生間作模式提升了土壤微生物區系多樣性。土壤細菌多樣性高通量V3+V4區測序分析結果顯示，所有間作栽培模式相對于非間作對照（南瓜、芥菜、辣椒—香蕉）系統，顯著地提升土壤微生物區系多樣性。Alpha多樣性指數Shannon、Chao1和Ace指數最高值及其Simpson指數最低值顯示了辣椒（芥菜）—香蕉+花生模式具有提升香蕉土壤細菌物種多樣性的作用（表1）。

土壤真菌多樣性高通量ITS1區測序分析結果顯示其所有Alpha指數值（表2）都遠低于土壤細菌Alpha指數值（表1）。南瓜—香蕉+花生系統Shannon、Chao1和Ace指數值稍高于對照但無顯著差異。芥菜—香蕉+花生以及辣椒—香蕉+花生系統的土壤含真菌多樣性量最低（表2）。土壤真菌數量趨于減少，意味著土居植物病原菌相對減少。

3 結論與討論

在相同的土壤酸度改良劑、生物菌肥、有機肥和復合肥添加優化耕作管理條件下，環境友好型跨年度冬季瓜菜輪作香蕉+花生間作模式比單作（非間作）顯著提升土壤細菌和放線菌群落多樣性。花生快速生長，2周內開始覆蓋地表保持水分和抑制雜草，是提高土壤細菌和放線菌群落數量的影響因素之—。土壤微生物對土壤肥力演變、養分轉化、物質分解發揮重要作用，但許多土壤真菌是重要的植物病原菌。土壤細菌和放線菌群落數量趨于增加，而真菌群落數量趨于減少，這意味著細菌和放線菌數量增加相互作用降低了植物病原菌。

辣椒—香蕉+花生模式具有高通量測序細胞群落Shannon最高指數值，真菌群落Shannon最低指數值，源于辣椒秸稈還田量高于南瓜和芥菜。還田秸稈助長微生物，因此促使辣椒—香蕉+花生系統較南瓜和芥菜模式更顯著增加了細菌和放線菌群落，更降低了真菌數量，具有更高效的土壤細菌微生物多樣性。

環境友好型跨年度瓜菜輪作香蕉+花生間作模式效益體現在細菌高通量測序Shannon指數差異，顯著地提高了土壤微生物多樣性。花生覆蓋地表保持水分和抑制雜草是間作提高土壤細菌和放線菌群落數量的影響因素。細菌和放線菌群落多樣性增加，交替抑制降低了真菌數量。辣椒還田秸稈量高于南瓜和芥菜，因此辣椒—香蕉+花生模式協同作用更體現出微生物多樣性的促進作用。

4 參考文獻

[1] LI H，WANG X T，ZHAO F L，et al.Banana-peanut intercropping reduces banana Fusarium wilt disease from promoting soil bacterial microorganisms and organic carbon[J].BMC Plant Biology，2016，16（Suppl 2）：226.

[2] 樊小林，李進.堿性肥料調節香蕉園土壤酸度及防控香蕉枯萎病的效果[J].植物營養與肥料學報，2014，20（4）：938-946.

[3] ANDERSON R L.A rotation design to reduce weed density in organic farming[J].Renewable Agriculture and Food Systems，2010，25（3）：189.

[4] 王世強，胡長玉，程東華，等.調節茶園土壤pH對其土著微生物區系及生理群的影響[J].土壤，2011，43（1）：76-80.

[5] MURUGAN R，Kumar S.Influence of long-term fertilisation and crop rotation on changes in fungal and bacterial residues in a tropical rice-field soil[J].Biology and Fertility of Soils，2013，49（7）：847-856.

[6] LI H，LI T，FU G，et al.How strawberry plants cope with limited phospho-rus supply：Nursery-crop formation and phosphorus and nitrogen uptake dynamics[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2014，177（2）：260-270.endprint