检索
E-mail
RSS
高级检索 图表检索

当期目录 我要投稿 过刊浏览
高级检索 图表检索

作物杂志,2021, 第6期: 122–128 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2021.06.019

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

作物轮作对甘薯田土壤微生物群落的影响

刘亚军(), 王文静, 王红刚, 王祁, 胡启国(), 储凤丽   

  1. 商丘市农林科学院,476000,河南商丘
  • 收稿日期:2020-12-21 修回日期:2021-02-23 出版日期:2021-12-15 发布日期:2021-12-16
  • 通讯作者: 胡启国
  • 作者简介:刘亚军,主要从事甘薯新品种选育及栽培研究,E-mail： liuyajun0812@163.com
  • 基金资助:
    国家现代农业产业技术体系建设项目“国家甘薯产业技术体系商丘综合试验站”(CARS-10-C12-2020)

Effects of Crop Rotation on Soil Microbial Community in Sweet Potato Field

Liu Yajun(), Wang Wenjing, Wang Honggang, Wang Qi, Hu Qiguo(), Chu Fengli   

  1. Shang qiu Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shangqiu 476000, Henan, China
  • Received:2020-12-21 Revised:2021-02-23 Online:2021-12-15 Published:2021-12-16
  • Contact: Hu Qiguo

RichHTML

3

PDF (PC)

316

摘要：

为缓解甘薯连作障碍,探究甘薯不同轮作方式对土壤微生物群落的影响,设置甘薯连作、甘薯―花生轮作、甘薯―小麦轮作3个处理,利用磷脂脂肪酸（PLFA）和Biology生态板方法,研究甘薯不同轮作方式下土壤微生物群落结构、碳源利用能力、多样性指数的变化规律。结果表明,与甘薯连作相比,甘薯―花生轮作显著（P<0.05）提高了土壤微生物细菌、放线菌、革兰氏阳性菌（G+）、革兰氏阴性菌（G-）生物量,降低了真菌生物量及真菌与细菌比值,甘薯―小麦轮作降低了土壤细菌、放线菌、真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌生物量,提高了真菌与细菌比值;甘薯―花生轮作提高了土壤微生物对羧酸类化合物、碳水化合物、氨基酸和胺类化合物的利用能力,甘薯―小麦轮作提高了土壤微生物对碳水化合物、氨基酸和胺类化合物的利用能力,其中甘薯―花生轮作对羧酸类化合物、芳香化合物和碳水化合物的利用能力显著高于甘薯―小麦轮作;甘薯―花生、甘薯―小麦轮作均提高了土壤微生物丰富度指数（Shannon index）、均匀度指数（Mclntoch index）和优势度指数（Simpson index）,其中甘薯―花生轮作的均匀度指数高于甘薯―小麦轮作,而丰富度指数和优势度指数显著降低;冗余分析（RDA）表明土壤微生物群落结构、碳源利用能力和多样性指数与不同土壤养分存在相互促进或相互制约的关系。综上所述,甘薯与花生、小麦轮作能够改变土壤微生物群落结构及功能多样性。

关键词: 甘薯, 轮作, 土壤微生物, 磷脂脂肪酸, 碳源利用能力, 多样性指数

Abstract:

In order to alleviate the obstacle of sweet potato continuous cropping, we explored the effects of different rotation patterns (sweet potato continuous cropping, sweet potato-peanut rotation and sweet potato-wheat rotation) on soil microbial community by PLFA and biology ecological plate method, and the changes of soil microbial community structure, the utilization ability of carbon source and diversity index under the different rotation patterns of sweet potato were determined. The main results were as follows: compared with the continuous cropping of sweet potato, sweet potato-peanut rotation significantly (P<0.05) improved the contents of the biomass of soil microbial bacteria, actinomycetes, Gram-positive bacteria and Gram-negative bacteria, reduced the biomass of fungi and the ratio of fungi to bacteria, sweet potato-wheat rotation reduce the biomass of soil microbial bacteria, actinomycetes, fungi, Gram-positive bacteria and Gram-negative bacteria, and improved the ratio of fungi to bacteria. Sweet potato-peanut rotation improved the utilization ability of carboxylic acid compound, carbohydrate, amino acid and amine compound in soil microorganism, sweet potato-wheat rotation improved the utilization ability of carbohydrate, amino acid and amine compound in soil microorganism, the utilizations of carboxylic acid compounds, aromatic compounds and carbohydrates in sweet potato-peanut treatment was significantly higher than that in sweet potato-wheat treatment; Sweet potato-peanut and sweet potato-wheat rotation improved the Shannon index, Mclntoch index and Simpson index, The Mclntoch index of the sweet potato-peanut treatment was higher than that of sweet potato-wheat treatment, while the Shannon index and Simpson index decreased significantly; The redundancy analysis (RDA) showed that there were promotion or restriction relationships among the soil microbial community structure, the utilization ability of carbon source and diversity index with the soil nutrients. In conclusion, the rotation of sweet potato -peanut or -wheat can change the structure and functional diversity of soil microbial community.

Key words: Sweet potato, Rotation, Soil microorganism, Phospholipid fatty acid, Utilization ability of carbon source, Diversity index

表1

不同轮作方式对土壤微生物群落主要类群的影响

处理
Treatment		 真菌
Fungal		 细菌
Bacterial		 放线菌
Actinomyc-ete		 真菌/细菌
Fungal/bacterial		 革兰氏阳性菌（G+）
Gram positive		 革兰氏阴性菌（G-）
Gram negative		 G+/G-
甘薯―甘薯S-S 4.12±0.36a 10.76±0.73b 2.48±0.25b 0.38±0.08a 3.59±0.33b 7.18±0.31b 0.50±0.05a
甘薯―花生S-P 3.35±0.12b 13.63±0.36a 2.69±0.10a 0.25±0.02b 4.90±0.69a 8.73±0.32a 0.57±0.06a
甘薯―小麦S-W 3.97±0.39ab 9.85±0.22b 2.46±0.12b 0.41±0.07a 3.10±0.11b 6.76±0.39b 0.46±0.04a

表2

不同轮作方式对土壤微生物群落碳源利用的影响

处理
Treatment		 羧酸类化合物
Carboxylic acids		 多聚化合物
Poly compound		 碳水化合物
Carbohydrates		 芳香化合物
Aromatic		 氨基酸
Amino acid		 胺类化合物
Amine
甘薯―甘薯S-S 1.13±0.10b 0.85±0.16a 0.69±0.07c 0.66±0.07a 0.51±0.04b 0.38±0.06b
甘薯―花生S-P 1.25±0.06a 0.79±0.13a 1.68±0.11a 0.62±0.05a 1.26±0.11a 0.89±0.07a
甘薯―小麦S-W 0.76±0.07c 0.66±0.04a 1.42±0.14b 0.26±0.03b 1.11±0.08a 0.87±0.16a

表3

不同轮作方式对土壤微生物多样性指数的影响

处理
Treatment		 丰富度指数
Shannon index		 均匀度指数
Mclntoch index		 优势度指数
Simpson index
甘薯―甘薯S-S 1.79±0.28c 4.39±0.47b 43.64±1.24c
甘薯―花生S-P 2.54±0.12b 8.74±0.43a 48.57±2.12b
甘薯―小麦S-W 2.87±0.15a 7.97±0.73a 63.07±1.47a

图1

土壤微生物群落结构(a)、碳源利用能力(b)、多样性指数(c)与环境因子间的RDA分析 AP、AK、AN、TN、TP、OM和pH分别指土壤速效磷、速效钾、碱解氮、全氮、全磷、有机质和pH值;F/B、bacteria、Actinomycete、fungal、G+、G-、G+/C-分别代表土壤真菌/细菌、细菌、放线菌、真菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌;carboh、pol、carbox、phe、amino、amine分别代表碳水化合物、多聚化合物、羧酸类化合物、芳香类化合物、氨基酸、胺类化合物;shanindx、Mclnindx、Simpindx分别代表丰富度指数、均匀度指数、优势度指数。SS1~SS4、SP1~SP4和SW1~SW4分别表示甘薯―甘薯连作、甘薯―花生轮作和甘薯―小麦轮作的4个重复

[1] 贺纪正, 李晶, 郑袁明. 土壤生态系统微生物多样性-稳定性关系的思考. 生物多样性, 2013, 21(4):412-421.
[2] 王光华, 金剑, 徐美娜, 等. 植物、土壤及土壤管理对土壤微生物群落结构的影响. 生态学杂志, 2006, 25(5):550-556.
[3] Aivey S, Yang C H, Buerkert A, et al. Cereal/legume rotation effects on rhizosphere bacterial community structure in west African soils. Biology and Fertility of Soils, 2003, 37(2):73-82.
doi: 10.1007/s00374-002-0573-2
[4] 谭雪莲. 轮作模式下马铃薯土壤微生物多样性、酶活性及根系分泌物的研究. 兰州:甘肃农业大学, 2016.
[5] Ling N, Deng K Y, Song Y, et al. Variation of rhizosphere bacterial community in watermelon continuous mono-cropping soil by long-term applicationof a novel bioorganic fertilizer. Microbiological Research, 2014, 169(7/8):570-578.
doi: 10.1016/j.micres.2013.10.004
[6] 马代夫, 李强, 曹清河, 等. 中国甘薯产业及产业技术的发展与展望. 江苏农业学报, 2012, 28(5):969-973.
[7] 高志远, 胡亚亚, 刘兰服, 等. 甘薯连作对根际土壤微生物群落结构的影响. 核农学报, 2019, 33(6):1248-1255.
[8] Xiao X M, Cheng Z H, Meng H W, et al. Intercropping with garlic alleviated continuous cropping obstacle of cucumber in plastic tunnel. Acta Agriculturae Scandinavica, 2012, 62(8):696-705.
[9] Zhang Y T, Fan T F, Jia W S, et al. Identification and characterization of a Bacillus subtilis strain TS06 as bio-control agent of strawberry replant disease (Fusarium and Verticilium Wilts). African Journal of Biotechnology, 2012, 11(3):570-580.
[10] 康亚龙, 刘彦荣, 刘建国, 等. 连作对加工番茄植株生理活性和物质生产的影响. 中国生态农业学报, 2015, 23(3):319-328.
[11] 林栋, 张德罡, McCulley Rebecca L. 蔬菜-牧草轮作5年草地土壤微生物量变化及其群落结构分异. 草业学报, 2019, 28(11):22-31.
[12] 刘杭. 黑土区典型作物轮作和连作对土壤微生物群落结构的影响. 长春：中国科学院大学（中国科学院东北地理与农业生态研究所）, 2019.
[13] 王仪明, 雷艳芳, 魏臻武, 等. 不同轮作模式对青贮玉米产量、品质及土壤肥力的影响. 核农学报, 2017, 31(9):1803-1810.
[14] 苏燕, 李婕, 曹雪颖, 等. 水旱轮作模式下马铃薯根际土壤细菌群落多样性分析. 南方农业学报, 2020, 51(10):2374-2382.
[15] 姚小东, 李孝刚, 丁昌峰, 等. 连作和轮作模式下花生土壤微生物群落不同微域分布特征. 土壤学报, 2019, 56(4):975-985.
[16] 付风云, 相立, 徐少卓, 等. 多菌灵与微生物有机肥复合对连作平邑甜茶幼苗及土壤的影响. 园艺学报, 2016, 43(8):1452-1462.
[17] Timothy S, Prather W, Thomas L, et al. Interplanting grasses into alfalfa controls weeds in older stands. California Agriculture, 2000, 54(6):37-41.
doi: 10.3733/ca.v054n06p37
[18] Bardgett R D, Hobbs P J, Frostegard A. Changes in soil fungal: bacterial biomass ratios following reductions in the intensity of management of an upland grassland. Biology and Fertility of Soils, 1996, 22(3):261-264.
doi: 10.1007/BF00382522
[19] 刘亚军, 马琨, 李越, 等. 马铃薯间作栽培对土壤微生物群落结构与功能的影响. 核农学报, 2018, 32(6):1186-1194.
[20] 马琨, 张丽, 杜茜, 等. 马铃薯连作栽培对土壤微生物群落的影响. 水土保持学报, 2010, 24(4):229-233.
[21] 李青梅, 张玲玲, 刘红梅, 等. 覆盖作物多样性对猕猴桃园土壤微生物群落功能的影响. 农业环境科学学报, 2020, 39(2):351-359.
[22] Lin X G, Yin R, Zhang H Y, et al. Changes of soil microbiological properties caused by land use changing from rice-wheat rotation to vegetable cultivation. Environmental Geochemistry and Health, 2004, 26(2/3):119-128.
doi: 10.1023/B:EGAH.0000039574.99651.65
[23] 魏常慧, 刘亚军, 冶秀香, 等. 马铃薯/玉米间作栽培对土壤和作物的影响. 浙江大学学报(农业与生命科学版), 2017, 43(1):54-64.
[24] Lupwayi N Z, Harker K N, O’Donovan J T, et al. Relating soil microbial properties to yields of no-till canola on the Canadian prairies. European Journal of Agronomy, 2015, 62:110-119.
doi: 10.1016/j.eja.2014.10.004
[25] 蒋婧, 宋明华. 植物与土壤微生物在调控生态系统养分循环中的作用. 植物生态学报, 2010, 34(8):979-988.
doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.08.011
[26] 姚晓东, 王娓, 曾辉. 磷脂脂肪酸法在土壤微生物群落分析中的应用. 微生物学通报, 2016, 43(9):2086-2095.
[27] 李雪静, 徐天乐, 陈保冬, 等. 荒漠和草原生态系统丛枝菌根真菌多样性和群落结构. 生态学杂志, 2017, 36(10):2734-2743.
[28] 周文杰, 吕德国, 秦嗣军. 植物与根际微生物相互作用关系研究进展. 吉林农业大学学报, 2016, 38(3):253-260.
[29] 胡彦婷, 王雅娜, 崔丽婷, 等. 轮作和连作对胡萝卜根际和非根际细菌多样性的影响. 基因组学与应用生物学, 2019, 38(5):2078-2085.
[30] 张笑宇, 段宏群, 王闷灵, 等. 轮作与连作对烟田土壤微生物区系及多样性的影响. 中国土壤与肥料, 2018(6):84-90.
[31] Bais H P, Weir T L, Perry L G, et al. The role of root exudates in rhizosphere intercations with plants and other organisms. Annual Review of Plant Biology, 2006, 57:233.
doi: 10.1146/arplant.2006.57.issue-1
[32] 杨尚东, 李荣坦, 吴俊, 等. 番茄连作与轮作土壤生物学特性及细菌群落结构的比较. 生态环境学报, 2016, 25(1):76-83.
[33] 张立成, 邵继海, 林毅青, 等. 稻-稻-油菜轮作对土壤微生物活性和多样性的影响. 生态环境学报, 2017, 26(2):204-210.
[34] 陈慧. 地黄连作对土壤微生物的影响. 福州:福建农林大学, 2008.
[35] Song M H, Xu X L, Hu Q W, et al. Interactions of plant species mediated plant competition for inorganic nitrogen with soil microorganisms in an alpine meadow. Plant and Soil, 2007, 297(1/2):127-137.
doi: 10.1007/s11104-007-9326-1
[36] Venter Z S, Jacobs K, Hawkins H. The impact of crop rotation on soil microbial diversity:A meta-analysis. Pedobiologia, 2016, 59(4):215-223.
doi: 10.1016/j.pedobi.2016.04.001
[37] Zhang X, Zhang R, Gao J, et al. Thirty-one years of rice-rice-green manure rotations shape the rhizosphere microbial community and enrich beneficial bacteria. Soil Biology and Biochemistry. 2017, 104:208-217.
[38] Liu W, Jiang L, Hu S J, et al. Decoupling of soil microbes and plants with increasing anthropogenic nitrogen inputs in a temperate steppe. Soil Biology and Biochemistry, 2014, 72(6):116-122.
doi: 10.1016/j.soilbio.2014.01.022
[1] 龙瑞平, 张朝钟, 戈芹英, 万卫东, 王勤, 李贵勇, 夏琼梅, 朱海平, 杨从党. 水旱轮作下穗肥氮用量对机插粳稻生长特性及经济效益分析[J]. 作物杂志, 2022, (1): 124–129
[2] 胡启国, 刘亚军, 王文静, 王祁, 王红刚, 储凤丽. 甘薯轮作与间作对根际土壤微生物群落的影响[J]. 作物杂志, 2021, (5): 153–159
[3] 王丽芳, 张德健, 张婷婷. 耕作方式对燕麦田土壤微生物群落多样性的影响[J]. 作物杂志, 2021, (3): 57–64
[4] 范业赓, 陈荣发, 闫海锋, 周慧文, 翁梦苓, 黄杏, 罗霆, 周忠凤, 丘立杭, 吴建明. 甘蔗轮作青饲玉米和花生对甘蔗生长和土壤性状的影响[J]. 作物杂志, 2021, (1): 104–111
[5] 刘佳敏, 汪洋, 褚旭, 齐欣, 王慢慢, 赵亚南, 叶优良, 黄玉芳. 种植密度和施氮量对小麦-玉米轮作体系下周年产量及氮肥利用率的影响[J]. 作物杂志, 2021, (1): 143–149
[6] 单飞彪, 杜瑞霞, 王永行, 杨钦方, 刘春晖, 陈阳. 基于DUS测试性状的向日葵品种遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2020, (4): 107–113
[7] 宋秋来, 王麒, 冯延江, 孙羽, 曾宪楠, 来永才. 寒地水旱轮作及秸秆还田对土壤相关酶活性的影响[J]. 作物杂志, 2020, (3): 149–153
[8] 郭琪琳,吴海云,李欢,刘庆. 不同类型甘薯茎和叶中碳、氮、磷化学计量学特征研究[J]. 作物杂志, 2020, (2): 41–47
[9] 黄炳林,王孟雪,金喜军,胡国华,张玉先. 不同耕作处理对土壤微生物、酶活性及养分的影响[J]. 作物杂志, 2019, (6): 104–113
[10] 孟凡来,郭华春. UV-B辐射增强对甘薯光合特性和紫外吸收物质的影响[J]. 作物杂志, 2019, (5): 114–119
[11] 张海斌,蒙美莲,刘坤雨,章凌翔,陈有君. 不同轮作模式对马铃薯干物质积累、病害发生及产量的影响[J]. 作物杂志, 2019, (4): 170–175
[12] 权宝全,吕瑞洲,王贵江,任杰成. 薯块膨大中期不同栽培措施对甘薯生长发育及产量的影响[J]. 作物杂志, 2019, (3): 158–161
[13] 刘亚军,储凤丽,王文静,胡启国,杨爱梅. 不同配套栽培措施对商薯9号产量及杂草防控的影响[J]. 作物杂志, 2019, (2): 179–184
[14] 白雨,韩雪莹,董海洋,乌云苏都,李冰圳,陈贵林. 轮作及农艺措施对减轻向日葵列当危害的影响[J]. 作物杂志, 2019, (2): 192–196
[15] 刘亚军,胡启国,储凤丽,王文静,杨爱梅. 不同栽培方式和种植密度对“商薯9号”产量及结薯习性的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 89–94
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!