間作作物種間相互作用對土壤細菌群落的影響

姜琴芳 伏云珍 李倩 馬琨

摘 要 為揭示作物種植模式對土壤細菌群落組成及功能的影響機制，利用田間定位試驗，基于宏基因測序方法，開展連續單作馬鈴薯（P）、單作玉米（M）、間作馬鈴薯（IP）、間作玉米（IM）根際土壤細菌群落組成和功能差異研究，分析土壤細菌群落結構、功能與土壤理化性狀、間作作物產量間的相互關系。結果表明：與對應單作處理相比，玉米、馬鈴薯間作整體上具有產量優勢。土壤變形菌門、放線菌門和浮霉菌門為不同處理下細菌群落的優勢菌群；屬分類水平上鏈霉菌屬、慢生根瘤菌屬、鞘脂單胞菌屬、伍氏束縛菌屬、伯克氏菌屬、藤黃色桿菌屬為優勢菌屬。馬鈴薯單作及間作處理下根際土壤鞘脂單胞菌屬相對豐度均極顯著高于玉米處理? （P<0.01）。通過KEGG數據庫不同功能層的功能預測表明，不同處理得到455個三級功能類別和9 636個四級類別，其中參與C、N循環的通路數最多。相關性分析表明，土壤含水量（SOW）、土壤呼吸強度（RI）和速效磷（AP）對根際土壤細菌群落組成及功能代謝具有積極影響；SOW、RI和AP與功能類別中K01990和K06147均有顯著或極顯著相關性。連續6 a馬鈴薯、玉米間作及單作下作物根際土壤細菌群落組成和功能的變化是由作物種間關系變化驅動土壤養分、土壤微生物功能代謝差異影響的。

關鍵詞 馬鈴薯；玉米；間作；土壤細菌；群落與功能

寧夏南部山區馬鈴薯種植面積占全區總種植面積的95%以上，具有穩定的經濟效益［1］。近年來，重茬種植導致寧夏南部山區馬鈴薯產量下降的同時也對土壤質量產生了不利影響。間（套）作作為傳統農業種植方式一方面能夠利用適宜種間相互作用提高作物產量；另一方面能通過作物根系分泌物來改善根際微生物群落結構，促進土壤微生物代謝，使土壤質量趨于健康［2］。細菌作為土壤中最豐富的微生物類群［3］，能夠參與土壤碳氮循環，促進農田生態系統的可持續性。目前，有關間作系統下土壤細菌群落及功能變化已有研究［4-8］。鄭亞強等［4］發現玉米、馬鈴薯間作下，間作玉米的土壤放線菌數量顯著高于單作，間作種植能夠增加土壤微生物群落多樣性。玉米、豌豆間作能通過提高土壤氮素和水分利用效率，促進根際土壤微生物繁衍來影響土壤中細菌多樣性［5］。Deng等［6］研究托雷亞（Torreya）常綠針葉林間作時，發現土壤pH是影響土壤細菌群落和功能的關鍵因素。姜小鳳等［7］研究當歸種植模式對土壤細菌群落和功能的影響時發現，土壤呼吸強度和pH對細菌門水平上優勢菌群具有積極效應。也有研究報道認為，土壤有機質含量是影響玉米根際土壤微生物代謝功能的重要原因［8］。可見，土壤細菌群落和功能受土壤性質、作物種類以及種植方式等多種因素影響。

根際土壤是植物根部微生物群落的中心，是植物豐富養分的供應源［9］，在調節有機物分解和介導養分循環等方面發揮著核心作用［10］。合理間作能通過根際交互作用使根系的分泌功能增強，優化土壤微生物群落結構［11］。已有研究證實，作物間作不僅能增加土壤地上生物多樣性和群落組成，還能對地下根際土壤微生物多樣性和組成起到調節作用［12］。目前大量研究者主要針對作物間作種植對土壤細菌的群落組成和結構進行研究，缺乏對間作作物對土壤細菌功能的更深入的研究。因此，針對寧夏南部山區馬鈴薯重茬種植引起土壤質量退化，馬鈴薯產量和品質下降的問題，在連續定位研究的基礎上，采用宏基因組學技術，結合土壤微生物群落組成和功能代謝的差異分析，對連續馬鈴薯、玉米間作種植下根際土壤微生物進行研究，能進一步揭示間作作物種間相互作用調節對馬鈴薯重茬種植下土壤質量的影響機制，以期為馬鈴薯、玉米合理種植及作物布局選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與樣品采集

試驗地位于寧夏固原市隆德縣沙塘鎮和平村（106.02°E，35.59°N），海拔1 883 m，屬半干旱黃土丘陵地帶。土壤類型為黑壚土。試驗開始于2014年4月，連續6 a定位試驗。采用單因素隨機區組設計，3個處理，4次重復，小區面積4 m×4 m。試驗設有3個處理：單作玉米（M）、單作馬鈴薯（P）和間作馬鈴薯（IP）及間作玉米（IM），玉米品種為‘長城706，馬鈴薯品種為‘青薯9號，單作玉米采用覆膜種植，幅寬1.0 m，寬行行距? 0.6 m，窄行行距0.4 m，株距0.35 m；單作馬鈴薯平種，幅寬1.0 m，行距0.5 m，株距0.4 m；馬鈴薯玉米間作種植方式同單作一致，寬行行距? 0.6 m，窄行行距0.4 m，行比為3∶2。馬鈴薯、玉米均于當年4月中旬播種，10月上旬收獲。播種前各小區一次性基施磷酸二銨325 kg/hm2，尿素98.44 kg/hm2，全生育期不追肥，在每年作物成熟期，對每個小區進行實收測產，收獲后稱取玉米和馬鈴薯鮮質量，換算為667 m2產量。2019年10月，在玉米和馬鈴薯收獲期采集作物根際土壤樣品。取土時，先用鐵鍬和長柄刀在距根部約? 15 cm處向下挖20 cm，將根部連土拔起后，用力抖動除去松散的土，將附著在根上的土刷下后作為根際土。土壤樣品低溫帶回實驗室后過? 1 mm篩，一份自然風干后用于土壤理化性質的測定［13］，一份保存于-80 ℃冰箱用于根際土壤DNA提取和宏基因測序分析。

1.2 土地當量關系和種間競爭力的計算

利用土地當量比（LER）［14］和作物種間相互競爭力（Amp）［15］分別表征玉米和馬鈴薯間作的優勢、劣勢及相對競爭能力強弱。

LER=（Yim/Ysm）+（Yip/Ysp）

式中：LER為土地當量比，Yim和Yip分別代表間作總面積上玉米和馬鈴薯的產量（kg/hm2），Ysm和Ysp分別表示單作模式下玉米和馬鈴薯的產量。當LER>1時，表現出間作優勢，當? LER<1時，為間作劣勢。

Amp=Yim/（Ysm×Pm）-Yip/（Ysp×Pp）

式中：Amp表示玉米相對于馬鈴薯的種間競爭能力，Pp和別為間作下馬鈴薯和玉米所占面積比例。若Amp>0，表示玉米的種間競爭力強于馬鈴薯；反之，當Amp<0則說明馬鈴薯的競爭能力強于玉米。

1.3 宏基因測序

按照Fast DNA SPINKit for Soil （MP Biomedicals，Santa Ana，CA，USA）試劑盒說明書提取土壤微生物的全部宏基因組DNA。基于Illumina HiSeq高通量測序平臺，采用全基因組鳥槍法（Whole Genome Shotgun，WGS）策略，將宏基因組總DNA隨機打斷為短片段，并構建合適長度的插入片段文庫，對這些文庫進行雙端（Paired-end，PE）測序。首先微生物總DNA采用OMEGA公司的Soil DNA Kit進行抽提，采用Qubit 4熒光分光光度計檢測DNA的濃度，并用? 1 μg/mL的瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的質量。利用Bioruptor機器打斷DNA，使其片段化后將帶有突出末端的DNA利用End Repair Mix中3′-5′核酸外切酶和聚合酶的共同作用進行修復。將修復后的DNA片段和接頭通過“A”“T” 在連接酶的作用下互補配對連接。利用PCR選擇性地富集兩端連有接頭的純化后的DNA片段，同時擴增DNA文庫，并使用2100 Agilent對PCR富集片段進行質量控制。將多樣品DNA文庫（multiplexed DNA libraries）均一化至? 10? nmol/L后等體積混合后稀釋至合適的濃度后進行上機測序。

測序得到樣本原始數據，經過數據拆分、質量剪切、去除宿主基因組污染等優化處理后，將雙端測序數據折疊合并為雙端測序數據，通過序列組裝、基因預測，獲得每個樣本中所含的基因，將所有樣本的基因整合在一起，構建非冗余基因集，優化序列獲得每個基因的豐度信息，將基因與相關數據庫（KEGG）等進行比對，獲得基因的物種注釋信息與功能注釋信息。土壤DNA宏基因測序委托南京派森諾基因科技有限公司完成。

1.4 統計分析

采用Excel 2011對數據整理，微生物群落組成的方差顯著性檢驗采用Wilxocon秩和檢驗（SPSS 22.0）。土壤微生物功能的豐度差異圖使用Origin 8.6進行繪圖。細菌群落與土壤理化性狀間的冗余（RDA）分析采用Canoco 5.0，通過蒙特卡羅檢驗，確定土壤因子的顯著性影響（P

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯和玉米間作作物產量以及土地當量關系

由表1可見，連續6 a馬鈴薯玉米間作種植下，整體上，間作種植下玉米產量均高于單作；間作種植下，馬鈴薯產量均低于單作。馬鈴薯玉米間作種植下，不同年際間的平均土地當量比大于1，說明玉米、馬鈴薯間作種植相對于單作具有產量優勢；通過比較馬鈴薯、玉米在兩種種植模式下年均產量，進一步說明馬鈴薯、玉米間作種植可以提高土地利用效率。

此外，隨著種植年限的延長（2014-2019），玉米相對于馬鈴薯的競爭力逐步降低，連續間作6 a后，玉米與馬鈴薯的競爭關系減弱逐漸轉變為均衡狀態，但總體上，不同年份間玉米的平均相對競爭力相較于馬鈴薯仍略高，玉米仍然具有一定的產量優勢。[FL）]

2.2 馬鈴薯和玉米間作對根際土壤細菌群落組成的影響

不同處理下，土壤宏基因測序共得到86門、240綱、546目、1 069科、2 641屬和10 405種微生物。相對豐度較高的前10門、前10屬細菌群落顯示（圖1），土壤變形菌門（Proteobacteria，? 48.70%～51.53%）、放線菌門（Actinobacteria，23.15%～27.75%）、未分類細菌門（uc-Bacteria，4.88%～5.18%）、酸桿菌門（Acidbacteria，? 2.58%～2.95%）、浮霉菌門（Planctomycetes，? 2.57%～2.76%）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes，1.90%～2.18%）、擬桿菌門（Bacteroides，1.03%～1.15%）、厚壁菌門（Firmicutes，? 0.79%～0.86%）、疣微菌門（Verrucomicrobia，0.67%～0.85%）是各處理中根際土壤細菌的優勢菌門；間作下馬鈴薯根際土壤細菌相對豐度有高于其他處理的趨勢，但不同處理間均無顯著性差異。

屬水平上，根際土壤未分類的變形菌屬（uc_Proteobacteria，5.08%～5.62%）、未分類的放線菌屬（uc_Actinobacteria，4.89%～5.18%）和未分類的擬桿菌屬（uc_Bacteria，4.11%～4.73%）為優勢屬，其余依次是鏈霉菌屬（Streptomyces，2.88%～3.22%）、慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium，2.60%～2.78%）、鞘脂單胞菌屬（Sphingomonas，2.05%～2.56%）、伍氏束縛菌屬（Conexibacter，1.85%～2.29%）、伯克氏菌屬（Burkholderiales，1.79%～2.02%）、藤黃色桿菌屬（Luteitalea，1.71%～1.95%）。其中鞘脂單胞菌屬（Sphingomonas）在不同處理中存在極顯著差異（P<0.01），馬鈴薯根際土壤鞘脂單胞菌屬豐度均高于玉米。可見，馬鈴薯、玉米種植模式的差別，能引起對應作物根際土壤細菌群落結構的變化，作物根際土壤細菌類群相對豐度更容易受到作物類型的影響，對種植方式的差異表現并不敏感。

不同栽培模式下玉米和馬鈴薯根際土壤微生物功能注釋獲得455個KEGG 代謝通路（三級分類）和9 637個功能類別（KO：四級分類）。主要的代謝通路（pathways） 為ABC轉運蛋白、嘌呤代謝、群體感應和雙組分系統，分別占總注釋基因的 3.14%、2.72%、2.53%和2.17%。利用聚類熱圖將相對豐度>1%的代謝通路數進行分析，結果表明（圖2）：馬鈴薯根際土壤微生物三級代謝通路主要聚類在脂肪酸降解（fatty acid degradation）、甲烷代謝（methane metabolism）、DNA復制（DNA replication）等；玉米根際土壤微生物聚類在精氨酸生物合成（arginine biosynthesis）、檸檬酸鹽循環（citrate cycle）、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成（valine，leucine and isoleucine biosynthesis）等。通過對三級代謝通路比較，發現在不同栽培模式下，單作和間作馬鈴薯根際土壤三級代謝通路中嘌呤代謝（purine metabolism）豐度極顯著高于單作和間作玉米（P=? 0.001 6），而間作玉米根際土壤蘇氨酸代謝豐度（glycine，serine and threonine metabolism）顯著低于其他處理（P=0.021）。綜上，馬鈴薯根際土壤微生物更多地參與了N循環相關的代謝過程，且不易受種植模式的影響。

KO水平上各組間相對豐度前50的四級功能層（圖3），以PLS-DA偏最小二乘回歸模型為基礎，根據土壤樣本分布和分組信息，對宏基因組的功能和物種數進行判別分析。間作下馬鈴薯和單作下馬鈴薯空間重疊在一起，單作馬鈴薯和間作下的馬鈴薯根際土壤樣本微生物較聚集，組內差異較小，馬鈴薯間作及單作種植模式KO功能類別無顯著差異。單作玉米、間作玉米下根際土壤微生物組內KO功能差異較大，組間差異明顯（P<0.05）；單作及間作玉米間的土壤微生物群落KO功能存在明顯顯著差別。說明作物類型是影響細菌功能類別的因素之一，但在不同種植模式下，作物類型差異會產生不同的作用效果。

2.3 土壤微生物群落結構、功能與土壤性狀及產量間的相互關系

冗余分析（redundancy analysis，RDA）表明（圖4-a），第一、二排序軸分別能夠在累積變量83.13%、16.87%上揭示不同栽培方式下土壤理化性質對作物根際土壤細菌優勢菌群的影響。大多數基于門水平上細菌相對豐度都與土壤含水量（SOW）和土壤呼吸強度（RI）存在相關性。其中，變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、擬桿菌門（Bacteroides）、浮霉菌門（Planctomycetes）和芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）的相對豐度與土壤水分呈極顯著正相關? （P=0.018），與呼吸強度間也存在顯著正相關（P=0.003）。可見，連續玉米、馬鈴薯間作栽培? 6 a后，間作栽培作物相互作用影響下的土壤水分和呼吸強度是影響細菌群落變化的驅動因素。

第一、二排序軸分別能夠在累積變量? 74.02%、25.98%上揭示不同栽培方式下土壤理化性質、作物產量性狀與根際土壤細菌KO功能類別（四級代謝通路）間的相關性（圖4-b）。馬鈴薯、玉米間作下，作物產量、作物根際土壤理化性質與K12132（真核樣絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶）、K03088（RNA聚合酶 -70因子）、K01990（ABC-2型轉運系統的ATP結合蛋白）、K02004（未分類的ABC轉運系統滲透蛋白）、K02035（肽/鎳轉運系統底物結合蛋白）、K06147（ATP結合酶）、K01992（ABC-2型轉運系統滲透酶蛋白）、K02014（鐵復合物外膜受體蛋白）、K03701（外切酶 ABC 亞基A）和K01953（天冬酰胺合酶）這10個功能類別存在相關性。其中，土壤含水量（SOW）對功能類別影響最為廣泛，其與大多數功能類別間均極顯著相關（P=0.002），說明土壤水分直接參與了微生物的功能代謝過程。其次，土壤呼吸強度與K01992功能類別的具有顯著相關性（P=0.014），與速效磷（AP）呈正相關關系的是K06147（P=0.035）。可見，盡管馬鈴薯、玉米的種間相互作用產生了產量優勢，但其對土壤細菌群落組成與功能類別的影響，是由間作栽培管理下土壤水分、土壤呼吸強度及土壤磷素差異引起得。

3 討 論

3.1 作物種間相互作用對作物產量的影響

作物產量是反映土壤生產力的重要指標，土壤生產力受到土壤養分和作物種間相互作用的影響［16］。研究中馬鈴薯、玉米間作種植下的土地當量關系和種間競爭力表明，兩者具有間作優勢，這與劉英超等［17］研究結果一致。馬鈴薯玉米間作兩者生態位存在差異，對養分吸收和光能利用存在互補效應；此外，間作時作物根系交互作用加強也是出現間作產量優勢的重要原因［18］。本研究中，隨種植年限的增加，玉米相對馬鈴薯存在種間競爭的主導作用，可能是由于玉米植株高大、根系發達對間作馬鈴薯在光、氣、水等資源的捕獲上存在優勢［19］。隨連續種植模式的延長，交互作用影響下根際土壤微生物之間相互協作作用增強，有助于形成互惠機制［20］，馬鈴薯不再處于生態位劣勢。另外，酒娟娟等［21］在研究玉米大豆間作時認為，長期間作種植能夠使土壤團聚體保持穩定狀態，有益于植物根系和菌絲生長，能夠促進作物養分吸收與干物質積累，可能也是間作影響作物產量的重要因素［22］。

3.2 作物種間相互作用對土壤細菌群落結構的影響

土壤細菌作為評價土壤質量的關鍵生物指標［23］，其群落組成變化可直接反映土壤質量，并與作物種類、種植方式、種間關系和土壤性質等條件密切相關［24］。研究中基于門、屬水平細菌分類結果表明，間作及單作處理下土壤變形菌門、酸桿菌門和放線菌門是優勢菌門，不同處理下基于門水平上優勢菌群的相對豐度間無顯著差異。這與枸杞間作禾本科作物根際土壤細菌優勢菌群結果基本一致［25］。盡管土壤變形菌門等優勢細菌門類易受土壤環境或土壤養分（有機質、水分和pH）等因素影響［26］，但長期處于相同生長環境中的土壤微生物類群具有相似性，不易受種植模式差異影響［27-28］，這可能是不同處理間無顯著差異的緣故。

試驗中，在屬分類水平上除未分類的變形菌屬、放線菌屬和擬桿菌屬外，土壤鏈霉菌屬、慢生根瘤菌屬、伍氏束縛菌屬、伯克氏菌屬、藤黃色桿菌屬為優勢屬，但相對豐度間無顯著差異，這與韋持章等［29］利用平板培養計數法對根際土壤微生物多樣性的分析結果一致。馬鈴薯、玉米單作及間作下，馬鈴薯根際土壤鞘脂單胞菌屬的相對豐度均顯著高于玉米處理。與馬鈴薯和玉米根系分泌物差異有關，有研究發現，馬鈴薯莖基部和根系中檢測出的內生菌中鞘脂單胞菌屬和嗜麥芽窄食單胞菌［30］；在馬鈴薯生長過程中由莖和根部不斷分泌并釋放鞘脂單胞菌到土壤，而鞘氨醇單胞菌屬的菌株與固氮和脫氮有關，可以維持土壤的氮平衡［31］，也能夠與植物病原體產生拮抗作用促進植物生長。與馬鈴薯不同的是，玉米根部內生菌主要分泌腸桿菌屬和芽孢桿菌屬，參與植株生長過程中糖代謝和能量代謝［32］。可見，導致兩者根際微生物結構差異的主要原因是作物根部內生菌的不同，而作物內生菌對根際土壤的影響強于作物種間相互關系。

3.3 作物種間相互作用對土壤微生物功能代謝的影響

有研究認為，農田生態系統中地上作物多樣性以及土壤理化性質、作物種間相互作用關系都有可能是驅動地下微生物代謝功能多樣性的重要因素［33］。本研究將細菌的變化情況和生物功能相聯系，在代謝通路和功能類別水平上微生物預測結果表明：在間作作物根際土壤中，與ABC 轉運蛋白、嘌呤代謝和群體感應有關的基因，如 K12132、K03088、K01990 和 K02004占優勢。研究證實，ABC轉運蛋白主要參與根際與含鐵化合物有關的香豆素的分泌，有助于緩解根際土壤中鐵缺乏而引起的土壤病態化。Ma等［34］也發現嘌呤代謝和群體感應與土壤中C/N具有顯著相關性，兩者參與多種代謝過程（蛋白質合成、DNA合成和細胞穩定等），并能夠促進作物根系生化反應和氮、磷等營養物質的吸收。這與馬鈴薯、玉米間作種植下，作物根系有機基質和碳源物質的增加，以及種植前人為輸入碳、氮、磷養分有關［35］。試驗中，馬鈴薯根際土壤功能基因在四級代謝水平上表現出在不同模式下聚類在一起，而單作玉米與間作玉米下根際土壤功能基因在四級代謝水平上產生差異。這與馮曉敏等［36］在研究燕麥與大豆、花生間作時發現，與單作燕麥相比，間作燕麥細菌代謝功能較為豐富的結果相似。張開虹等［37］研究烤煙與甘薯、丹參和大豆間作土壤細菌的多樣性及其功能的變化時發現與間作因素相比，烤煙的生育期是影響根際群落結構及功能的主要因素，在烤煙不同生育期根系分泌物不同，導致行使不同代謝功能的基因存在差異。說明根際土壤微生物代謝功能會受到作物種類的影響，不易受種植模式以及作物種間相互關系的影響。

3.4 微生物群落和功能代謝與土壤性質間的關系

本試驗發現，土壤理化性質對土壤細菌群落組成有顯著影響，其中土壤水分、呼吸強度、有機質和土壤pH等因素是影響土壤細菌群落組成的驅動因素。王悅等［38］研究不同種植模式下丹參根際土壤微生物群落結構證實，土壤性質對土壤細菌群落的影響與作物種間相互作用引起的土壤“根際效應”有關；研究發現土壤水分脅迫會影響土壤微生物的分類和功能特性［39］，與本研究中土壤水分對ATP結合蛋白（K01990）和ATP結合酶（K06147）具有極顯著負相關的結果一致。根據Viruel等［40］的研究可知，農田生態系統通過精耕細作和人為外源水分和養分的輸入對土壤微生物進行的生物化學反應具有催化作用，加速了微生物的代謝過程，進而導致與代謝有關的功能基因發生改變。另外，Liu等［41］通過C13標記法，揭示了土壤有機質通過對土壤呼吸的影響，間接對土壤細菌群落結構產生影響。而土壤磷濃度對土壤微生物結構和功能的影響是通過比較低磷和高磷土壤微生物差異而知，土壤磷濃度過低會直接影響具有磷礦化的特定功能細菌生長，導致與磷有關代謝受阻［42］。目前關于環境因子對微生物代謝通路影響的研究還不足，這將會是未來研究的一個方向。

4 結 論

馬鈴薯、玉米間作種植具有產量優勢，能夠提高土地利用效率；不同種植年限下，作物種間相互作用關系隨種植時間延長其相互競爭作用趨弱，并相對競爭力趨于平衡;間作作物根際土壤有益微生物較對應單作作物根際較為富集;另外，間作種植增加能夠參與C、N循環的通路數，對土壤細菌功能代謝具有正向作用。土壤水分、呼吸強度和土壤磷濃度差異是影響細菌群落結構和功能類別的驅動因素。

參考文獻 Reference：

［1］ 牛秀群，李金花，張俊蓮，等.甘肅省干旱灌區連作馬鈴薯根際土壤中鐮刀菌的變化［J］.草業學報，2011，20（4）：236-243.

NIU X Q，LI J H，ZHANG J L，et al.Changes of? Fusarium in rhizosphere soil under potato continuous cropping systems in arid-irrigation area of Gansu province［J］.Acta Pratacultural Sinica，2011，20（4）：236-243.

［2］ 汪春明，馬 琨，代曉華，等．間作栽培對連作馬鈴薯根際土壤微生物區系的影響［J］．生態與農村環境學報，2013，? 29（6）：711-716.

WANG CH M，MA K，DAI X H，et al.Effect of intercropping on soil microflora in rhizosphere soil of potato under continuous cropping ［J］.Journal of Ecology and Rural Environment，2013，29（6）：711-716.

［3］ GOVAERTS B，MEZZALAMA M，UNNO Y，et al.Influence of tillage，residue management，and crop rotation on soil microbial biomass and catabolic diversity［J］.Applied Soil Ecology，2007，37（1/2）：18-30.

［4］ 鄭亞強，陳 斌，宋培勇，等.馬鈴薯與玉米間作體系根際土壤放線菌多樣性及拮抗菌株的篩選［J］.西北農業學報，2016，25（6）：912-920.

ZHEN Y Q，CHEN B，SONG P Y，et al.Diversity of actinomycetes in rhizosphere? soil of? potato intercropping maize system and antagonistic activity against plant pathogenic fungi ［J］.Acta? Agriculturae? Boreali-occidentalis? Sinica，2016，25（6）：912-920.

［5］ 張虎天，尚虎山．菌肥拌種和種植模式對豌豆/玉米根際微生物群落的影響［J］.水土保持通報，2015，35（6）：168-171.

ZHANG H T，SHANG H SH.Effects of microbial fertilizer seed dressing and cropping patterns on rhizosphericmicroorganisms of pea/maize［J］.Bulletin of Soil and Water Conservation，2015，35（6）：168-171.

［6］ DENG P，FAN W，WANG H，et al.Chinese Torreya agroforestry alters the rhizosphere soil bacterial communities and potential functions［J］.Applied Soil Ecology，2022，177：104504.

［7］ 姜小鳳，郭鳳霞，陳 垣，等．種植模式對當歸根際細菌群落多樣性及代謝通路的影響［J］．應用生態學報，2021，? 32（12）：4254-4262.

JIANG X F，GUO F X，CHENG Y，et al.Effect of cropping patterns onbacterial community diversity and metabolic function in rhizosphere soil of Angelica sinensis［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2021，32（12）：4254-4262.

［8］ 時 鵬，高 強，王淑平，等．玉米連作及其施肥對土壤微生物群落功能多樣性的影響［J］．生態學報，2010，30（22）：6173-6182.

SHI P，GAO Q，WANG SH P，et al.Effects of continuous cropping of corn and fertilization on soil microbial community functional? diversity［J］.Acta Ecologica Sinica，2010，30（22）：6173-6182.

［9］ CALLAWAY R M.The detection of neighbors by plants［J］.Trends in Ecology & Evolution，2002，17（3）：104-105.

［10］ LI Q，CHEN J，WU L，et al.Belowground interactions impact the soil bacterial community，soil fertility，and crop yield in maize/peanut intercropping systems［J］.International Journal of Molecular Sciences，2018，19（2）：622.

［11］ 章家恩，高愛霞，徐華勤，等．玉米‖花生間作對土壤微生物和土壤養分狀況的影響［J］．應用生態學報，2009， 20（7）：1597-1602.

ZHANG J E，GAO A X，XU H Q，et al.Effects of maize/peanut intercropping on rhizospheresoil microbes and nutrient contents［J］.Chinese Journal of Applied Ecology 2009，20（7）：1597-1602.

［12］ HAO W，REN L，RAN W，et al.Allelopathic effects of root exudates from watermelon and rice plants on Fusarium? oxysporum f.sp.niveum［J］.Plant and Soil，2010， 336（1）：485-497.

［13］ 鮑士旦．土壤農化分析［M］.3版.北京：中國農業出版社2000：25-114.

BAO SH D.Soil Agrochemical Analysis［M］.3 edition.Beijing：China Agriculture Press，2000：25-114.

［14］ YANG F，LIAO D，WU X，et al.Effect of aboveground and belowground interactions on the intercrop yields in maize-soybean relay intercropping systems［J］.Field Crops Research，2017，203：16-23.

［15］ LI L，SUN J，ZHANG F，et al.Wheat/maize or wheat/soybean strip intercropping：I.Yield advantage and interspecific interactions on nutrients［J］.Field Crops Research，2001，71（2）：123-137.

［16］ POLY F，RANJARD L，NAZARET S，et al.Comparison of nifH gene pools in soils and soil microenvironments with contrasting properties［J］.Applied and Environmental Microbiology，2001，67（5）：2255-2262.

［17］ 劉英超，湯 利，鄭 毅，等.間作玉米馬鈴薯土壤水氮協同吸收特征研究［J］.中國土壤與肥料，2020（4）：150-156.

LIU Y CH，TANG L，ZHENG Y，et al.Characteristics of interactive absorption of soil water and N in maize and potato intercropping system ［J］.Soil and Fertilizer Sciences in China，2020（4）：150-156.

［18］ WU K，FULLEN M A，AN T，et al.Above-and below-ground interspecific interaction in intercropped maize and potato：A field study using the ‘targettechnique［J］.Field Crops Research，2012，139：63-70.

［19］ 周 鋒，安曈昕，吳開賢，等.間作群體中玉米對馬鈴薯生長及競爭力的影響［J］.干旱地區農業研究，2015，33（6）：105-112.

ZHOU F，AN T X，WU K X，et al.Interspecific competition between maize and potato under intercropping system［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2015， 33（6）：105-112.

［20］ 安曈昕，楊圓滿，周 鋒，等.間作對玉米馬鈴薯根系生長與分布的影響［J］.云南農業大學學報（自然科學），2018， 33（2）：363-370.

AN T X，YANG Y M，ZHOU F，et al.Effect of maize and potato intercropping on their root growth and distribution ［J］.Journal of Yunnan Agricultural University （Natural Science），2018，33（2）：363-370.

［21］ 酒娟娟，李永梅，王夢雪，等.玉米大豆間作對坡耕地紅壤團聚體分布及穩定性的影響［J］.江蘇農業科學，2021， 49（22）：219-228.

JIU JJ，LI Y M，WANG M X，et al.Impacts of maize- soybean intercropping on distribution and stability of red soil aggregates in slope farmland［J］.Jiangsu Agricultural Sciences，2021，49（22）：219-228.

［22］ JASTROW J D，MILLER R M，LUSSENHOP J.Contributions of interacting biological mechanisms to soil aggregate stabilization in restored prairie［J］.Soil Biology and Biochemistry，1998，30（7）：905-916.

［23］ DORAN J W，ZEISS M R.Soil health and sustainability：managing the biotic component of soil quality［J］.Applied Soil Ecology，2000，15（1）：3-11.

［24］ 林偉偉，李 娜，陳麗珊，等．玉米與大豆種間互作對根際細菌群落結構及多樣性的影響［J］.中國生態農業學報（中英文），2022，30（1）：26-37.

LIN W W，LI N，CHEN L SH，et al.Effects of interspecific maize and soybean interactions on the community structure and diversity of rhizospheric bacteria ［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2022，30（1）：26-37.

［25］ ZHU L，HE J，TIAN Y，et al.Intercropping wolfberry with gramineae plants improves productivity and soil quality［J］.Scientia Horticulturae，2022，292：110632.

［26］ CUARTERO J，PASCUAL J A，VIVO J M，et al.A first-year melon/cowpea intercropping system improves soil nutrients and changes the soil microbial community［J］.Agriculture，Ecosystems & Environment，2022，328：107856.

［27］ 萬 盼，胡艷波，張弓喬，等．甘肅小隴山油松與柴胡栽培土壤細菌群落特征［J］.生態學報，2018，38（17）：6016-6024.

WAN P，HU Y B，ZHANG G Q，et al.Soil bacterial communities under Pinus? tabulaeformis Carr.and Bupleurum? chinese? plantations at Xiaolongshan Mountain of Gansu province［J］.Acta? Ecologica? Sinica，2018，38（17）：6016-6024.

［28］ WARD N L，CHALLACOMBE J F，JANSSEN P H，? et al.Three genomes from the phylum acidobacteria provide insight into the lifestyles of these microorganisms in soils［J］.Applied and Environmental Microbiology，2009， 75（7）： 2046-2056.

［29］ 韋持章，農玉琴，陳遠權，等.茶樹/大豆間作對根際土壤微生物群落及酶活性的影響［J］.西北農業學報，2018， 27（4）：537-544.

WEI CH ZH，NONG Y Q，CHEN Y Q，et al.Effects of tea and soybean intercropping on soil microbial community and enzyme activity［J］.Acta Agriculturae Boreali-occidentalis? Sinica，2018，27（4）：537-544.

［30］ GARBEVA P，VAN OVERBEEK L S，VAN VUURDE J W L，et al.Analysis of endophytic bacterial communities of potato by plating and denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） of 16S rDNA-based PCR fragments［J］.Microbial Ecology，2001，41（4）：369-383.

［31］ 胡 杰，何曉紅，李大平，等.鞘氨醇單胞菌的研究進展［J］.應用與環境生物學報，2007（3）：431-437.

HU J，HE X H，LI D P，et al.Progress in research of Sphingomonas［J］.Chinese Journal of Applied and Environmental Biology，2007 （3）：431-437.

［32］ WANG CH L，FANG ZH J，XU Y R，et al.Analysis of the effect of it on endophytic bacterial diversity in maize roots based on high-throughput sequencing technology［J］.Crops，2018，34（1）：160-165.

［33］ ZHOU X，GAO D，LIU J，et al.Changes in rhizosphere soil microbial communities in a continuously monocrop Ped cucumber （Cucumis sativus L.） system［J］.European Journal of Soil Biology，2014，60：1-8.

［34］ MA C，ZENG W，MENG Q，et al.Identification of partial denitrification granulation enhanced by low C/N ratio in the aspect of metabolomics and quorum sensing［J］.Chemosphere，2022，286：131895.

［35］ 彭鈺潔，程 楠，李佳佳，等.氮肥減施對玉米幼苗根系分泌物影響的根際代謝組學分析［J］.中國生態農業學報，2018，26（6）：807-814.

PENG Y J，CHENG N，LI J J，et al.Effects of nitrogen fertilizer reduction on root exudates of maize seedlings?? analysis by rhizosphere metabolomics［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2018，26（6）：807-814.

［36］ 馮曉敏，楊 永，任長忠，等.燕麥/大豆和燕麥/花生間作對根際土壤固氮細菌多樣性與群落結構的影響［J］.中國農業大學學報，2016，21（1）：22-32.

FENG X M，YANG Y，REN CH ZH，et al.Effects of oat-soybean and oat-groundnut intercropping on the diversity and community composition of soil nitrogen-fixing bacterial in rhizosphere soil ［J］.Journal of China Agricultural University，2016，21（1）：22-32.

［37］ 張開虹，桑維鈞，何世芳，等.不同作物間作對烤煙根際土壤細菌群落組成及功能的影響［J］.貴州農業科學，2020，48（4）：80-86

ZHANG K H，SANG W J，HE SH F，et al.Effects of intercropping with different crops on bacterial community composition and function in rhizosphere soil of tobacco ［J］.Guizhou Agricultural Sciences，2020，48（4）：80-86.

［38］ 王 悅，楊貝貝，王 浩，等.不同種植模式下丹參根際土壤微生物群落結構變化［J］.生態學報，2019，39（13）：4832-4843.

WANG Y，YANG B B，WANG H，et al.Variation in microbial community structure in the rhizosphere soil of Salvia miltiorrhiza Bunge under threecropping modes［J］.ActaEcologica Sinica，2019，39（13）：4832-4843.

［39］ ALI A，GHANI M I，ELRYS A S，et al.Different cropping systems regulate the metabolic capabilities and potential ecological functions altered by soil microbiome structure in the plastic shed mono-cropped cucumber rhizosphere［J］.Agriculture，Ecosystems & Environment，2021，318：107486.

［40］ VIRUEL E，FONTANA C A，PUGLISI E，et al.Land-use change affects the diversity and functionality of soil bacterial communities in semi-arid Chaco region，Argentina［J］.Applied Soil Ecology，2022，172：104362.

［41］ LIU L，ESTIARTE M，BENGTSON P，et al.Drought legacies on soil respiration and microbial community in a Mediterranean forest soil under different soil moisture and carbon inputs［J］.Geoderma，2022，405：115425.

［42］ SAMADDAR S，CHATTERJEE P，TRUU J，et al.Long-term phosphorus limitation changes the bacterial community structure and functioning in paddysoils［J］.Applied Soil Ecology，2019，134：111-115.

Effects of Intercropping Crop Interactions on Soil Bacterial Community Structure and Function

Abstract This study aimed to investigate the effects of the differential mechanisms of crop planting patterns on the soil bacterial?? community composition and function.Long-term fixed experiment treatments of monoculture potato （P），monoculture maize （M），and intercropped potato （IP） with maize （IM） were selected，and the rhizosphere soil bacterial communities?? structure and function differences were studied using metagenome sequencing.The study also examined the relationship among soil bacterial community structure，function ，soil physicochemical? properties and the crop yields.The results showed that intercropping maize with potato had a significant advantage in crop yields compared with the monoculture.Proteobacteria，Actinobacteria and Planctomycetes were the dominant phylum under the different treatments，while the Streptomyces，Bradyrhizobium，Sphingomonas，Conexibacter，Burkholderiales? and Koserellawere the dominant genus.The relative abundance of Sphingolipidium in patato rhizosphere was significantly higher than maize under the reatment of monculture and intercropping （P<0.01）.The functional prediction between different category levels using KEGG database showed that 455 third-level functional level and 9? 636 fourth-level functional category were classified，and the metabolic pathways involved in the carbon and nitrogen cycles was the most.Correlation analysis revealed? that soil moisture content （SOW），soil respiration intensity （RI） and available phosphorus （AP） positively influenced bacterial community composition and functional metabolism in rhizosphere soil.Positive or negative correlationship with significant or extremely significant difference were observed between the metabolic patharys of K01990 and K06147 in the functional level category and SOW，RI，and AP.This study concluded that bacterial community composition and function in the rhizosphere of intercropped potatoe and maize，and nonoculture maize and potato were drived by differences in soil nutrient and soil microbial function.

Key words Potato;Maize;Intercropping;Soil? bacteria;Community and function