核桃林間作西紅花對(duì)其土壤微生物數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化

徐 靜,石書兵,秦小鋼,朱 軍

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆維吾爾自治區(qū)中藥民族藥研究所,烏魯木齊 830002)

0 引 言

【研究意義】土壤微生物能夠促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,從而增加土壤肥力,改善土壤環(huán)境,影響植物生長(zhǎng)[1-3]。核桃為胡桃科核桃屬喬木,是新疆南疆和田地區(qū)皮山縣重要的木本糧油作物,但隨著核桃樹逐年長(zhǎng)大,傳統(tǒng)林下種植模式其作物生長(zhǎng)受到顯著的抑制[4]。西紅花(CrocussativusL.)又稱藏紅花、番紅花,系鳶尾科番紅花屬多年生藥用草本植物,喜溫和、涼爽,忌炎熱, 較耐寒,其生長(zhǎng)期與核桃錯(cuò)季[5-7]。開展核桃西紅花間作模式系統(tǒng)研究,對(duì)提高核桃林下土地資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】核桃林下種植模式主要有林藥、林菌、林菜和林茶等[8-11],核桃間作會(huì)對(duì)土壤中微生物的數(shù)量造成影響。楊文龍等[12]研究發(fā)現(xiàn),核桃間作農(nóng)作物模式下的微生物數(shù)量較農(nóng)作物單作模式下的微生物數(shù)量差異顯著;韋持章等[13]對(duì)茶樹和大豆間作,研究發(fā)現(xiàn)與單作模式相比,間作模式下的微生物數(shù)量顯著增多;張向前等[14]對(duì)玉米和花生、大豆間作進(jìn)行研究,研究發(fā)現(xiàn)不同施肥條件下,間作處理可較單作處理顯著提高土壤微生物數(shù)量。冉隆俊等[15]對(duì)蔬菜與平菇進(jìn)行間作,研究發(fā)現(xiàn),間作可提高土壤中細(xì)菌和真菌的數(shù)量;吳娜等[16]對(duì)馬鈴薯和燕麥間作進(jìn)行研究,研究發(fā)現(xiàn)間作下的細(xì)菌數(shù)量較單作模式下的細(xì)菌數(shù)量顯著提高,得出合理間作可增加土壤微生物數(shù)量的結(jié)論。【本研究切入點(diǎn)】目前,關(guān)于核桃林間作種植模式和品種等方面的研究較多,對(duì)西紅花林下栽培模式土壤微生物的研究鮮見報(bào)道。需分析核桃西紅花間作模式下土壤微生物數(shù)量的動(dòng)態(tài)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選取不同生長(zhǎng)年限的核桃林下間作西紅花為處理組,以15年樹齡核桃單作和西紅花單作為對(duì)照,采用稀釋分離法,動(dòng)態(tài)測(cè)定西紅花生長(zhǎng)期不同處理土壤微生物種群和數(shù)量,分析其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,為核桃間作西紅花種植模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2020年11月～2021年5月,在和田地區(qū)皮山縣中藥材種植基地(N 37°62′、E 78°28′)進(jìn)行。該地屬暖溫帶極端干旱荒漠氣候,平均年降水量為36.4 mm,氣候干燥,年平均氣溫12.5℃。選取15年的核桃樹作為間作研究對(duì)象,核桃樹行間距為5 m,核桃林下間作西紅花。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)處理。處理Ⅰ:15年樹齡核桃林單作(以下簡(jiǎn)稱核桃單作);處理Ⅱ:西紅花單作;處理Ⅲ:15年樹齡核桃林間作西紅花,依次記為HCK、 CK和H15。以上每處理均設(shè)3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)地面積為24 m2,地兩邊種植核桃樹,核桃樹行間距5 m。以15年樹齡核桃林間作西紅花為研究對(duì)象,西紅花單作和核桃單作為對(duì)照,分別于2021年2月17日、3月20日、4月16日及5月4日,采取五點(diǎn)取樣法對(duì)各處理0～20 cm的土壤取樣,充分混勻,并帶回實(shí)驗(yàn)室4℃保存,動(dòng)態(tài)觀察土壤中微生物的數(shù)量變化。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 土壤懸濁液的制備

每個(gè)處理取10 g無(wú)明顯雜質(zhì)和根須的土樣于90 mL無(wú)菌水(內(nèi)含數(shù)顆玻璃珠)三角瓶中,放入搖床以180 r/min,震蕩20 min,靜置20 min后,在無(wú)菌操作臺(tái)中,依次稀釋制成10-1～10-6g/mL的土壤懸濁液備用[14]。

1.2.2.2 微生物的分離

采用稀釋平板法分離、培養(yǎng)微生物[17,18]。分離培養(yǎng)基分別為:孟加拉紅培養(yǎng)基(真菌)、牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基(細(xì)菌)、高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基 (放線菌);每皿接種0.1 mL的土壤懸濁液,接種的梯度分別為:真菌10-1、10-2、10-3;細(xì)菌2月10-3、10-4、10-5,3月、4月、5月用濃度梯度為10-4、10-5、10-6的土壤懸濁液;放線菌2、3月用10-1、10-2、10-3,4、5月用濃度梯度為10-2、10-3、10-4的土壤懸液,各重復(fù)4次。

1.2.2.3 微生物的培養(yǎng)與計(jì)數(shù)

將接種完的培養(yǎng)皿倒置在培養(yǎng)箱內(nèi),真菌22℃培養(yǎng)4 d;細(xì)菌37℃培養(yǎng)3 d;放線菌28℃培養(yǎng)14 d。對(duì)平板上的單菌落進(jìn)行計(jì)數(shù),各稀釋梯度取平均值,根據(jù)公式計(jì)算菌落數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)采用Excel 2019 進(jìn)行匯總,計(jì)算平均值,差異顯著性采用SPSS19.0軟件的新復(fù)極差法,作圖使用GraphPadPrism 9.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 核桃林下間作西紅花對(duì)土壤中微生物總量的影響

研究表明,核桃林間作西紅花能夠顯著提高其土壤中微生物總量,在西紅花生長(zhǎng)期,微生物總量呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì),在3月達(dá)到峰值,不同處理?xiàng)l件下微生物總菌落數(shù)依次為H15>CK>HCK,H15處理模式下的土壤微生物數(shù)量為33.21×105cfu/g,是CK的1.55倍,HCK的7.27倍,較兩個(gè)對(duì)照組皆達(dá)到差異性顯著;4月微生物數(shù)量下降,以CK模式下的微生物數(shù)量最多,為14.25×105cfu/g,較H15和HCK下的微生物數(shù)量分別提高30.17%和51.82%;5月3個(gè)不同處理下的微生物數(shù)量與3月趨勢(shì)一致,H15處理下微生物數(shù)量最多。種植西紅花可增加土壤中微生物的數(shù)量,且核桃西紅花間作模式可以較西紅花單作顯著提高土壤中微生物數(shù)量。圖1

注:圖中不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著(P<0.05)。HCK:15年核桃林單作(以下簡(jiǎn)稱核桃單作); CK:西紅花單作;H15:15年核桃林間作西紅花,下同

2.2 核桃林下間作西紅花對(duì)土壤真菌數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化

研究表明,在西紅花的生長(zhǎng)期2～5月,不同處理?xiàng)l件下真菌數(shù)量均呈現(xiàn)先增多后降低的變化趨勢(shì),3月達(dá)到峰值。H15處理模式下的真菌數(shù)量最多,CK次之,HCK最少,真菌菌落數(shù)分別為8.58×102、3.33×102和2.37×102cfu/g,H15真菌數(shù)量較CK對(duì)照組提高61.20%,較HCK對(duì)照組提高72.43%,差異性顯著(P<0.05);4月H15模式下真菌數(shù)量驟然下降,兩組對(duì)照模式下的真菌數(shù)量上升,以CK處理下真菌數(shù)量最多,為5.66×102cfu/g。5月各處理下土壤真菌數(shù)量以H15模式下微生物數(shù)量最多,為1.79×102cfu/g,較核桃單作模式提高9.18%,達(dá)到顯著性差異。種植西紅花可提高土壤中真菌數(shù)量,核桃西紅花間作模式可顯著提高土壤中真菌數(shù)量。圖2

圖2 西紅花土壤的真菌數(shù)量的比較

2.3 核桃林下間作西紅花對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化

研究表明,核桃林間作西紅花,能夠影響土壤中的細(xì)菌數(shù)量。在西紅花的生長(zhǎng)期2～5月,不同處理?xiàng)l件下細(xì)菌數(shù)量總體變化趨勢(shì)與微生物總量和真菌菌落數(shù)量變化一致。在3月細(xì)菌數(shù)量達(dá)到峰值,間作模式下細(xì)菌數(shù)量為33.05%,較兩對(duì)照組細(xì)菌數(shù)量差異性顯著(P<0.05),分別較CK和HCK提高36.66%和86.39%;其中西紅花單作下的細(xì)菌數(shù)量較核桃單作(HCK)的細(xì)菌數(shù)量差異顯著,較HCK提高78.84%。種植西紅花會(huì)提高土壤中細(xì)菌數(shù)量,核桃西紅花間作模式對(duì)土壤中細(xì)菌數(shù)量的提高更顯著。圖3

圖3 西紅花土壤的細(xì)菌數(shù)量的比較

2.4 核桃林下間作西紅花對(duì)土壤放線菌數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化

研究表明,核桃林間作西紅花,可對(duì)土壤中的放線菌數(shù)量造成影響與真菌和細(xì)菌菌落數(shù)量變化趨勢(shì)一致,在2～5月西紅花生長(zhǎng)期,放線菌呈現(xiàn)單峰變化趨勢(shì),在3月菌落數(shù)量達(dá)到峰值。不同處理?xiàng)l件下的放線菌菌落數(shù)量為H15>CK>HCK。H15較HCK對(duì)照處理下的菌落數(shù)量較HCK提高53.58%,差異性顯著(P<0.05),較CK對(duì)照組提高9.59%。3月CK對(duì)照組下的放線菌數(shù)量較HCK提高48.65%,差異顯著。種植西紅花可提高土壤中放線菌的數(shù)量,核桃西紅花間作模式較西紅花單作對(duì)土壤中放線菌數(shù)量提升效果更顯著。圖4

圖4 西紅花土壤的放線菌數(shù)量比較

3 討 論

3.1土壤是植物賴以生存的條件,土壤中的微生物能夠改善土壤微環(huán)境和提高土壤肥力,對(duì)作物的生長(zhǎng)具有很大影響[19-22]。周楷玲等[23]研究表明,林下間作模式會(huì)大大增加土壤中微生物的數(shù)量,進(jìn)而改善植物的生長(zhǎng)環(huán)境;鄭灝[24]研究表明,林下間作模式下的微生物數(shù)量大于單作模式下的微生物數(shù)量。試驗(yàn)結(jié)果與其一致,核桃林下間作西紅花的處理模式下的土壤微生物數(shù)量較西紅花單作和核桃單作模式顯著提高。研究結(jié)果顯示,核桃林間作西紅花土壤微生物數(shù)量總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),不同處理間比較,2月土壤微生物變化不大,在3月以后逐漸達(dá)到峰值,后期漸漸降低,原因一方面微生物的變化可能與西紅花生長(zhǎng)有關(guān),3月正值西紅花生長(zhǎng)旺盛期,根系代謝旺盛,為土壤中提供了較多的根系代謝物,有利于土壤微生物的繁殖,而4月以后西紅花逐漸進(jìn)入休眠期,根系活力下降,代謝物減少,所以土壤里的微生物也變少;另一方面微生物的變化可能與核桃樹的生長(zhǎng)有關(guān),3月底核桃樹開始萌芽,4～5月逐漸進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛期,其根系分泌的化學(xué)物質(zhì)會(huì)影響微生物的繁殖[25]。

3.2核桃樹能夠分泌一種胡桃醌的次生物質(zhì),其化感作用不僅能夠抑制對(duì)林下植物生長(zhǎng),而且影響其土壤中微生物的繁殖[26]。馬葉紅等[25]研究表明,細(xì)菌和真菌數(shù)量隨核桃年限的增加而升高,放線菌數(shù)量隨著核桃生長(zhǎng)年限的增加而降低。崔翠等研究表明[4],核桃樹次生代謝物胡桃醌在其生長(zhǎng)旺盛期分泌較多,且對(duì)土壤中細(xì)菌和真菌的抑制性較強(qiáng)。此次試驗(yàn)結(jié)果與其一致,15年樹齡的核桃林間作西紅花下土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量最多;在西紅花生長(zhǎng)期,3月其土壤中微生物數(shù)量達(dá)到最大,隨著核桃樹的萌發(fā)并逐漸進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)期,其根系微生物的數(shù)量漸漸減少。其數(shù)量變化可能受到西紅花和核桃樹相互作用的影響,具體產(chǎn)生原因,有待于進(jìn)一步的研究。

4 結(jié) 論

西紅花生長(zhǎng)期,土壤微生物數(shù)量變化規(guī)律總體呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì),西紅花生長(zhǎng)旺盛期3月H15微生物總量為33.21×105cfu/g,不同生長(zhǎng)年限核桃林間作西紅花處理模式下土壤中微生物總量與細(xì)菌、真菌和放線菌菌落數(shù)量變化趨勢(shì)一致,依次為H15>CK>HCK。核桃林間作西紅花種植模式下的微生物數(shù)量較對(duì)照模式顯著提高,在西紅花生長(zhǎng)期內(nèi),土壤中的微生物的數(shù)量在其生長(zhǎng)旺盛期達(dá)到最多;間作模式下土壤微生物的種群數(shù)量變化與西紅花的生長(zhǎng)和核桃樹生長(zhǎng)周期具有一定相關(guān)性。