间作不同作物对栀子根际土壤微生态的影响研究

　　摘要：【背景】栀子为多年生常绿灌木，经过连续多年种植会导致土壤微生态环境恶化，病虫害加剧，品质降低等问题。研究发现间作可以改善土壤微生物区系、土壤养分及酶活性，是生产中常用的有效栽培措施。【目的】通过对不同间作模式下栀子根际土壤微生物区系、酶活性及养分的动态变化进行研究，以期为揭示栽培措施改良土壤生态环境及提升栀子产量的土壤微生态学机理提供理论依据。【方法】为了解不同间作模式对栀子根际微生态的影响，本试验选择3年生栀子进行了大田试验，采用随机区组设计，设置栀子单作及栀子/白及、栀子/金钱草、栀子/射干3种间作处理，以栀子根际土壤为研究对象，进行全生育期取样。采用Illumina高通量测序技术测定细菌16SrRNA基因V3?V4区序列及真菌rDNAITSITS1?ITS2区序列，并测定各时期土壤的理化性质，以明确栀子间作不同作物对其根际微生物群落及土壤理化性质随栀子生育期的动态变化。【结果】在栀子整个生育过程中，根际细菌群落中，变形菌门和酸杆菌门的相对丰度分别为39%和18%，为细菌优势菌门。真菌群落中，子囊菌门、担子菌门和被孢霉门相对丰度所占比例依次为51%、22%和19%，为主要真菌类群。在果实膨大期，与单作栀子相比，栀子/射干和栀子/白及可以显著增加土壤细菌群落Shannon指数，增幅分别为6.55%和3.45%(P<0.05)，其他时期差异不显著。盛花期，栀子/射干间作不会显著降低根际真菌的多样性，而与金钱草或白及间作则显著降低；果实膨大期，栀子/射干和栀子/白及间作均可以显著提高根际土壤真菌群落的Shannon指数，增幅分别为29.19%和9.12%。土壤养分方面，不同间作模式下根际土壤理化性质存在一定差异。单作栀子根际土壤仅有机质、全N、速效P的含量较高，而碱解N、速效K含量均低于3种间作处理。土壤酶方面，单作栀子除酸性蛋白酶外，其余几项土壤酶活性均处偏下水平。土壤理化性质与根际微生物多样性的相关性分析显示，细菌多样性指数Shannon与根际土壤有机质、速效磷含量呈显著正相关，与pH呈极显著正相关(P<0.01)；真菌多样性指数Shannon与根际土壤全钾、脲酶、过氧化氢酶呈极显著负相关，与速效钾、蔗糖酶、酸性磷酸酶、酸性蛋白酶活性呈极显著正相关。盛花期和果实膨大期的土壤肥力综合评分显示，栀子/射干的土壤肥力得分最高，栀子/金钱草最低。【结论】合理间作可以改善根际微生物群落结构，同时提高土壤综合肥力，栀子/射干间作处理的土壤肥力综合评分最高，可能成为栀子栽培的理想间作组合。

　　关键词：栀子，间作模式，根际微生物，土壤酶活性，土壤养分

　　栀子(GardeniajasminoidesEllis)为茜草科栀子属多年生灌木，以干燥果实入药，具有泻火除烦、清热利湿、凉血解毒、散瘀之功效，常用于热病心烦、湿热黄疸、淋证涩痛等病症[1]。成熟果实也可用于提取黄色素，常作为天然着色剂或食品色素，广泛应用于化妆品及食品等行业[2-3]。重庆是栀子药材的主产区之一，大田生产中经过连续多年种植常会导致栀子病虫害增加、产量降低、畸形果增多等种质退化现象[4-5]。究其原因，栀子自身种质退化是一方面的因素，此外，土壤环境恶化也占了重要的比例[6-8]。如何采用绿色无公害的手段改善栀子土壤环境，同时提高其产量和品质是栀子产业可持续发展面临的关键问题。

　　1材料与方法

　　1.1材料

　　栀子选用重庆本地主要栽培品种药用栀子，原植物经刘正宇教授鉴定为茜草科植物栀子GardeniajasminoidesEllis；白及、射干及金钱草均由重庆市药物种植研究所药用植物园主任任明波提供。

　　1.2田间试验设计

　　试验区位于重庆市南川区三泉镇沙子堡3年生栀子试验地(N29°07′41.10″，E107°11′32.44″)。本试验设置栀子单作为空白对照(Z)，栀子分别与白及(Z/B)、金钱草(Z/J)和射干(Z/S)间作，各间作物种按照各自生长习性进行栽种；每个处理重复3次，随机区组排列，小区长7m，宽3m，面积21m2；栀子的行距为1.4m，株距0.8m；薄荷、射干和白及种植为行距30cm、株距25cm；金钱草行距20cm、窝距10cm。小区间以宽50cm、高30cm的土埂进行区域分割，同时用以阻止小区间土壤养分和微生物等的交流。试验在大田条件下进行，南北种植，各间作系统的立地条件、土壤状况、管理措施与单作系统基本一致。分别于栀子蕾期(A1)(5月7日)、盛花期(A2)(5月23日)、果实膨大期(A3)(8月9日)和盛果期(A4)(11月4日)按照五点随机取样法，选择5株生长较一致的栀子，将其连根拔起，抖落大块泥土、石砾或植被残根等杂物，取其须根上的土混匀后装入自封袋中带回实验室。

　　2结果与分析

　　2.1不同间作处理对栀子根际土壤pH及养分的影响

　　栀子间作对土壤理化性质的影响见表1。栀子生长的根际土壤偏酸性，pH为4.58～5.30，Z/J在盛果期达到最小值，但Z/S和Z/B对土壤pH无显著影响。在栀子整个生育期中土壤有机质变化不显著，Z花蕾期含量最高，而3种间作处理显著降低了土壤中的有机质。全N方面大多随时间呈先降低后升高的趋势，Z和Z/B在果实膨大期含量最低，显著低于所有间作组合；全P方面在栀子整个生育期变化不明显，Z/B显著高于除单作栀子外的其余间作组合；全K方面，无论单作栀子还是各种间作组合均在盛花期迅速下降，后期维持平衡，Z/S在花蕾期的含量最高，显著高于其他处理；碱解N方面，无论单作栀子还是各种间作组合均先降低后升高，在果实膨大期含量最低，Z/S盛花期含量最高，显著高于其他处理；速效P方面呈逐渐降低的变化趋势，单作栀子在花蕾期含量最高，显著高于各间作组合；速效K方面，Z/S在花蕾期含量最高，显著高于其他处理，比单作提高7.96%。综合来看，单作栀子有机质、全N、速效P的含量较高，全P含量在花蕾期差异不显著，盛花期和果实膨大期显著高于各间作处理，果实膨大期，栀子与金钱草、射干的间作处理超越单作栀子，但是碱解N、速效K含量较低，全K含量变化不明显，所以合理间作可以显著提高栀子各时期根际土壤中部分有效养分的含量。

　　2.2不同间作处理对栀子根际土壤酶活性的影响

　　从不同间作处理对栀子根际土壤酶活性的影响(表2)可以看出，土壤蔗糖酶方面，Z/B在花蕾期和盛花期都显著高于栀子单作，在花蕾期的活性最高。而无论单作还是间作处理，栀子根际土壤蔗糖酶活性在盛果期都达到最小值，且各处理均无显著差异(P<0.05)；土壤脲酶直接反应土壤中氮素的情况[16]，Z/B处理的土壤脲酶在盛果期活性最高，显著高于其余各间作组合及单作栀子，比单作栀子提高31.33%，Z/S和Z/J在花蕾期活性最低，显著低于各间作组合，其变化总体呈先降低后升高的趋势，在盛果期达最高值；土壤酸性磷酸酶方面，Z/J在花蕾期活性最高，显著高于其他处理，比单作栀子提高了30.65%。除盛果期以外，单作栀子活性最低，且显著低于Z/S及Z/B。土壤酸性磷酸酶以花蕾期活性最高，后期变化规律不明显；土壤过氧化氢酶方面，Z/B在盛果期活性最高，比单作栀子提高38.73%，Z/B在花蕾期活性最低。土壤过氧化氢酶方面，酶活性随着栀子生育期而逐渐升高，于盛果期达最大值；土壤酸性蛋白酶方面，单作栀子在花蕾期活性最高，Z/J在盛花期活性最低，酶活性变化规律不明显。总体而言，栀子与不同作物间作土壤各种酶活性变化不同，单作栀子除酸性蛋白酶外其余几项土壤酶活性均处偏下水平，可见合理的间作可以有效提高栀子根际土壤中的脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性。

　　3讨论

　　合理的间作已成为改善土壤环境、提高土地利用率及作物产量的有效手段之一，广泛应用于农业及中药材种植行业[20]。其中间作物种与土壤的反馈调节已成为目前研究的热点，通过种植不同种类的植物调节土壤微生物群落从而达到改善土壤环境、提高土地利用率同时增加农业生态系统的经济效益的目的。栀子为多年生常绿灌木，常年单一种植不仅会造成药材质量及产量的下降，还会造成土地资源的浪费。在栀子行间布置不同的间作物种，既可以有效利用土地资源，还可以有效防控田间杂草、改善土壤环境，从而达到减肥增效的目的。

　　土壤理化性质和酶活性的变化可引起植物根际微生态的变化，对植物的生长发育也有重要影响[21]。栀子不同间作模式下根际土壤理化性质及酶活性的研究发现，栀子不同间作模式对土壤理化性质及土壤酶活性有显著差异。与单作栀子相比，3种间作处理均可显著提高栀子各时期根际土壤中碱解氮和速效钾含量及部分土壤酶活性，这一结果与李娟等[22]对橡胶树和姜科作物间作的研究结果类似。土壤有机质的含量与土壤肥力水平息息相关，全N量通常用来衡量土壤氮素的基础肥力，间作的栀子根际土壤这2项指标显著降低，说明间作可以显著降低栀子根际土壤有机质及土壤氮素的基础肥力，这可能是由于试验过程中没有及时施肥对土壤营养进行补充，主、间作物的生长需要不断从土壤中吸收各种养分，期间间作物消耗了土壤中的大量养分，该结果与王鹏等[23]研究结果一致。与单作栀子相比，间作普遍降低了栀子根际土壤中的全磷及有效磷的含量。磷元素在土壤中的可移动性差，作物间作后消耗掉的磷得不到及时补充，导致土壤中的全磷和有效磷都降低[24]。土壤酸性磷酸酶是一种诱导酶，当土壤中的有效磷缺乏时其活性增强促进土壤有机磷转化为植物可以利用的有效磷。间作后该酶活性普遍升高，尤其栀子与金钱草间作后，在花蕾期活性提高了30.65%，因土壤中有效磷的缺乏，而酸性磷酸酶活性增强促进了土壤有机磷转化为植物可以利用的有效磷供作物利用，与土壤中有效磷的降低结果一致。但果实膨大期，栀子与金钱草或射干间作后的全磷含量高于单作栀子，可能是由于栀子处于快速物质积累时期，需要从土壤中吸收大量的营养物质，从而造成根际有效磷含量降低。而栀子根际土壤碱解N、速效K在间作后含量普遍升高，说明间作可以有效改善栀子根际土壤养分，但不同间作物改善程度不同。土壤脲酶能促进土壤中含氮有机化合物的分解，是植物氮素的来源之一。蔗糖酶主要参与土壤中碳水化合物的转化，其活性强弱反映了土壤的熟化程度。相关研究发现，这2种酶活性的高低与土壤中可吸收利用的有效营养物质含量正相关。间作栀子根际土样中的速效养分较单作土样显著升高，尤其在盛花期，栀子与射干间作碱解氮含量增加了12.38%，说明间作土壤肥力水平显著高于栀子单作，和间作后栀子根际土壤脲酶、蔗糖酶活性的显著升高结果一致。单作栀子根际土壤酸性蛋白酶活性普遍高于间作处理(果实膨大期除外)，造成该结果的原因可能是2种作物在竞争土壤养分的过程中，栀子处于优势一方，需要消耗更多的碱解氮，从而造成栀子根际土壤酸性蛋白酶活性高，而果实膨大期，栀子又处于劣势，从而导致酶活性的降低[25]。

　　REFERENCES

　　[1]ChinesePharmacopoeiaCommission.PharmacopoeiaofthePeople’sRepublicofChina[S].Beijing:TheMedicineScienceandTechnologyPressofChina,2015:248(inChinese)药典委员会.药典[S].北京:医药科技出版社,2015:248

　　[2]CenB.hecharacteristicsandapplicationofnaturalgardeniayellowpigment[J].ChinaFoodAdditives,1994(2):46-47(inChinese)岑彬.天然栀子黄色素的特性及应用概况[J].食品添加剂,1994(2):46-47

　　[3]LuW,QianH,ZhangWM,ZhaoBT.StudyonextractionandpurificationofGardeniayellow[J].ChinaFoodAdditives,2010(1):77-80(inChinese)陆伟,钱骅,张卫明,赵伯涛.栀子黄色素的提取及精制研究[J].食品添加剂,2010(1):77-80

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