冷季型绿肥对锥栗园土壤生化性质及微生物群落的影响

doi:10.11686/cyxb2021177

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (11): 62-75.DOI: 10.11686/cyxb2021177

冷季型绿肥对锥栗园土壤生化性质及微生物群落的影响

程分生¹^,³(), 尤龙辉²^,³(), 余锦林¹^,³, 徐惠昌¹^,³, 游惠明³, 聂森³, 李建民³, 叶功富³

^1.福建农林大学林学院，福建福州 350002
^2.福州市林业局自然保护地规划发展中心，福建福州 350007
^3.福建省林业科学研究院，福建福州 350012

收稿日期:2021-05-07 修回日期:2021-06-16 出版日期:2021-10-19 发布日期:2021-10-19
通讯作者: 尤龙辉
作者简介:Corresponding author. E-mail： m378384996@126.com
程分生（1996-），男，江西上饶人，在读硕士。E-mail： 15770843331@163.com
基金资助:
福建省林业科研项目(闽林科便函〔2019〕16号);中央财政林业科技推广示范项目（闽〔2018〕TG11号）和福建省科技特派员专项经费资助

Effects of cold-season green manure on soil biochemical properties and the microbial community in a Castanea henryi orchard， China

Fen-sheng CHENG¹^,³(), Long-hui YOU²^,³(), Jin-lin YU¹^,³, Hui-chang XU¹^,³, Hui-ming YOU³, Sen NIE³, Jian-min LI³, Gong-fu YE³

^1.Forestry College，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China
^2.Planning and Development Center of Nature Reserves，Fuzhou 350007，China
^3.Fujian Academy of Forestry Sciences，Fuzhou 350012，China

Received:2021-05-07 Revised:2021-06-16 Online:2021-10-19 Published:2021-10-19
Contact: Long-hui YOU

摘要/Abstract

摘要：

为评价锥栗园生草法相比传统清耕法和施用化学除草剂法，果园土壤质量的绿肥恢复效益，本研究以福建典型的红壤丘陵山区锥栗园为研究对象，采用随机区组设计，将供试样地均分为面积0.3~0.5 hm²的若干试验小区，全园清除自然杂草后，设置撒播鼠茅草（Mode₁）、黑麦草（Mode₂）、光叶紫花苕（Mode₃）3种生草处理，并以施用草甘膦（CK₁）和清耕（CK₂）处理为对照，每种处理3个重复，2年后，分析3种冷季型绿肥、清耕及施用草甘膦对锥栗园土壤理化性质、酶活性、微生物群落等指标的影响。结果表明：1）相较于清耕处理和喷施草甘膦处理，3种生草处理土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量有明显提升，其中鼠茅草处理最高，分别为74.14、156.87和234.76 mg·kg^-1；黑麦草处理土壤孔隙度最高，为56.03%；鼠茅草和黑麦草处理土壤蔗糖酶活性提升明显，分别为32.29和26.87 U·g^-1。2）5种处理土壤共有优势细菌类群主要为放线菌门、变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门，相对丰度分别为24.9%~28.9%、20.9%~28.8%、13.7%~18.6%和10.8%~12.9%，共有优势真菌类群主要为子囊菌门和担子菌门，相对丰度分别为37.4%~73.7%和15.3%~54.4%。3）相较于清耕处理，3种生草处理细菌群落Chao1指数和Shannon指数均有所提升，真菌群落有所下降。4）相较于清耕处理和喷施草甘膦处理，3种生草处理土壤变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门细菌相对丰度均有所下降，绿弯菌门和浮酶菌门细菌则有所增加，生草促使锥栗园土壤细菌群落由快速生长型向缓慢生长型转变。5）5种处理细菌群落和真菌群落非计量多维尺度转换排序（NMDS）表明，土壤真菌群落分异程度高于细菌群落。6）相关分析（CA）和冗余分析（RDA）表明，生草处理通过改变土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性和碱解氮含量，喷施草甘膦处理通过改变土壤碳氮比，清耕处理通过限制土壤自然含水率改变真菌相关优势类群。综上，锥栗园短期人工生草对土壤理化性质和酶活性有一定程度的改善作用，生草处理与清耕处理和喷施草甘膦处理均会形成特异土壤真菌群落。

关键词: 锥栗园, 生草法, 清耕法, 草甘膦, 微生物群落, 土壤理化性质, 土壤酶活性

Abstract:

This research evaluated the benefits of green manure for soil quality recovery， compared with traditional clear tillage and chemical herbicide application methods， in a Castanea henryi orchard in the typical red soil hill region of Fujian. A randomized block design was adopted， with each block having an area of 0.3-0.5 ha. The experiment site was cleared of natural weeds， then two grass species （Vulpia myuros， Mode₁； Lolium perenne， Mode₂） and a legume species （Vicia villosa， Mode₃） were trialed as green manure crops， and compared with glyphosate （CK₁） and clear tillage treatments （CK₂）， with three replicates of each. After 2 years， the physical and chemical properties of soils in the three green mature and the two CK treatments in the C. henryi orchard were analyzed. It was found that： 1） Compared with the clear tillage and glyphosate spraying treatments， the contents of alkali-hydrolyzable nitrogen， available phosphorus and available potassium in soils of Mode₁， Mode₂ and Mode₃ green manure crops were significantly increased， and the Mode₁ observe values was the highest， which ware 74.14， 156.87 and 234.76 mg·kg^-1， respectively. The soil porosity of the Mode₂ treatment was the highest， at 56.03%. The sucrase activities in soil of the Mode₁ and Mode₂ were significantly increased， with values of 32.29 and 26.87 U·g^-1， respectively. 2） The dominant bacterial groups shared by soils of all five treatments were Actinobacteria， Proteobacteria， Chloroflexi and Acidobacteria， with relative abundances of 24.9%-28.9%， 20.9%-28.8%， 13.7%-18.6% and 10.8%-12.9%， respectively. The dominant fungal groups shared by the five treated soils were mainly Ascomycetes and Basidiomycetes. 3） Compared with the clear tillage treatment， the Chao1 index and Shannon index of the bacterial community in the three green mature treatments were increased， while the fungal presence was decreased. 4） Compared with clear tillage and glyphosate spraying， the relative abundance of Proteobacteria， Bacteroides and Presence of Firmicutes in the soil of the three green manure treatments was decreased， while presence of bacteria of the phyla Chloroflexi and Planctomycetes was increased. The green manure crops promoted the transformation of the soil bacterial community from fast growth to slow growth. 5） Non-metric multidimensional scaling analysis of bacterial and fungal communities in the five treatments showed that the degree of differentiation of the soil fungal community was higher than that of the bacterial community. 6） Correlation analysis and redundancy analysis showed that the green manure crops increased soil invertase and catalase activities and alkali-hydrolyzable nitrogen content； the glyphosate treatment increased soil carbon：nitrogen ratio， and the clear tillage treatment changed fungi-related dominant groups by reducing soil water content. In summary， short-term green manure plantings in C. henryi orchards improved soil physical and chemical properties and enzyme activities to various degrees. Green manure， clear tillage and glyphosate treatments each resulted in a unique soil fungal community.

Key words: Castanea henryi orchard, artificial sod culture, clean tillage, glyphosate, microbial community, soil physicochemical properties, soil enzyme activity

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图/表 10

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处理 Treatment	砧木树龄Age of rootstock （a）	接穗时间Scion time （a）	林分密度 Stand density （plant·hm^-2）	平均树高 Average tree height （m）	平均胸径 Mean diameter at breast height （cm）	整地方式 Method of land preparation	措施 Measures	草被盖度 Coverage of grass cover （%）
Mode₁	42	35	198.5	7.4	28.4	带状Stripline	覆膜撒播鼠茅草Mulching with plastic film and sowing of V. myuros seed	85
Mode₂	42	35	233.7	7.7	22.9	带状Stripline	覆膜撒播黑麦草Mulching with plastic film and sowing of L. perenne seed	85
Mode₃	42	35	240.8	7.1	30.4	带状Stripline	覆膜撒播光叶紫花苕Mulching with plastic film and sowing of V. villosa seed	80
CK₁	42	35	215.0	7.3	26.8	带状Stripline	喷施草甘膦Spraying glyphosate	10
CK₂	42	35	225.2	6.7	25.3	带状Stripline	清耕Clean tillage	10

处理 Treatment	砧木树龄Age of rootstock （a）	接穗时间Scion time （a）	林分密度 Stand density （plant·hm^-2）	平均树高 Average tree height （m）	平均胸径 Mean diameter at breast height （cm）	整地方式 Method of land preparation	措施 Measures	草被盖度 Coverage of grass cover （%）
Mode₁	42	35	198.5	7.4	28.4	带状Stripline	覆膜撒播鼠茅草Mulching with plastic film and sowing of V. myuros seed	85
Mode₂	42	35	233.7	7.7	22.9	带状Stripline	覆膜撒播黑麦草Mulching with plastic film and sowing of L. perenne seed	85
Mode₃	42	35	240.8	7.1	30.4	带状Stripline	覆膜撒播光叶紫花苕Mulching with plastic film and sowing of V. villosa seed	80
CK₁	42	35	215.0	7.3	26.8	带状Stripline	喷施草甘膦Spraying glyphosate	10
CK₂	42	35	225.2	6.7	25.3	带状Stripline	清耕Clean tillage	10

处理Treatment	pH	容重 Bulk density （g·cm^-3）	土壤自然含水率 Natural water content （%）	孔隙度 Porosity （%）	全碳/氮 Total carbon/ nitrogen	碱解氮 Hydrolyzed nitrogen （mg·kg^-1）	有效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）
Mode₁	5.98±0.12bc	1.29±0.08a	26.40±2.12ab	49.07±1.18bc	18.85±1.28b	74.14±2.16a	156.87±28.22a	234.76±6.95a
Mode₂	6.07±0.04b	1.10±0.07b	27.31±1.24a	56.03±1.66a	16.12±1.71b	61.36±5.66b	151.31±28.02a	209.82±18.19ab
Mode₃	6.02±0.20bc	1.24±0.06a	24.49±2.21ab	40.17±1.54d	17.49±2.83b	62.96±1.92b	152.26±6.77a	221.12±8.04a
CK₁	6.35±0.01a	1.25±0.02a	22.12±2.75b	46.87±1.36c	31.60±4.56a	47.10±2.73d	108.34±7.26b	176.37±11.24c
CK₂	5.75±0.25c	1.21±0.01a	19.60±2.03c	51.30±2.84b	16.45±0.53b	54.39±3.38c	121.44±12.46b	190.88±11.85b

处理Treatment	pH	容重 Bulk density （g·cm^-3）	土壤自然含水率 Natural water content （%）	孔隙度 Porosity （%）	全碳/氮 Total carbon/ nitrogen	碱解氮 Hydrolyzed nitrogen （mg·kg^-1）	有效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）
Mode₁	5.98±0.12bc	1.29±0.08a	26.40±2.12ab	49.07±1.18bc	18.85±1.28b	74.14±2.16a	156.87±28.22a	234.76±6.95a
Mode₂	6.07±0.04b	1.10±0.07b	27.31±1.24a	56.03±1.66a	16.12±1.71b	61.36±5.66b	151.31±28.02a	209.82±18.19ab
Mode₃	6.02±0.20bc	1.24±0.06a	24.49±2.21ab	40.17±1.54d	17.49±2.83b	62.96±1.92b	152.26±6.77a	221.12±8.04a
CK₁	6.35±0.01a	1.25±0.02a	22.12±2.75b	46.87±1.36c	31.60±4.56a	47.10±2.73d	108.34±7.26b	176.37±11.24c
CK₂	5.75±0.25c	1.21±0.01a	19.60±2.03c	51.30±2.84b	16.45±0.53b	54.39±3.38c	121.44±12.46b	190.88±11.85b

处理 Treatment	过氧化氢酶 Catalase	蔗糖酶 Sucrase	脲酶 Urease	酸性磷酸酶 Acid phosphatase	多酚氧化酶 Polyphenol oxidase	纤维素酶 Cellulase	α-葡萄糖苷酶 α-glucosidase	β-葡萄糖苷酶 β-glucosidase
Mode₁	42.64±1.52a	32.29±8.06a	2.23±0.66a	1.49±0.05a	5.52±2.20a	0.32±0.06a	6.44±0.67a	5.26±2.32ab
Mode₂	26.80±2.84bc	26.87±5.31a	0.86±0.22b	1.51±0.06a	6.21±1.69a	0.36±0.25a	6.48±1.84a	7.67±2.42a
Mode₃	15.40±6.66d	14.37±0.72c	1.26±0.22b	1.47±0.04a	6.22±0.40a	0.19±0.09a	7.54±0.98a	4.80±0.53b
CK₁	33.42±6.57ab	15.49±3.95bc	0.62±0.18b	1.47±0.04a	3.87±0.72a	0.53±0.13a	4.22±0.16b	5.04±2.11ab
CK₂	21.37±7.82cd	24.55±5.80ab	2.35±0.74a	1.45±0.12a	5.91±0.63a	0.17±0.03b	5.76±0.48ab	7.71±0.87a

冷季型绿肥对锥栗园土壤生化性质及微生物群落的影响

Effects of cold-season green manure on soil biochemical properties and the microbial community in a Castanea henryi orchard， China

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Metrics

类别 Type	处理 Treatment	操作分类单元 Operational taxonomic units （OTUs）	Chao1指数 Chao1 index	Shannon指数 Shannon index	Goods_coverage指数 Goods_coverage index
细菌 Bacteria	Mode₁	7887±201a	8627±158a	9.19±0.98a	0.996±0.0002a
	Mode₂	7400±957a	8314±834a	9.27±1.05a	0.996±0.0004a
	Mode₃	7845±385a	8747±365a	9.19±0.62a	0.996±0.0001a
	CK₁	7679±39a	8478±95a	9.03±0.22a	0.996±0.0003a
	CK₂	7465±122a	8337±70a	8.83±0.69a	0.996±0.0001a
真菌 Fungus	Mode₁	1653±463a	1765±439a	6.39±1.27a	0.997±0.0003a
	Mode₂	1436±82a	1572±112a	6.73±0.94a	0.998±0.0004a
	Mode₃	1453±157a	1532±181a	6.46±1.40a	0.997±0.0002a
	CK₁	1516±510a	1661±492a	7.12±1.99a	0.998±0.0003a
	CK₂	1876±517a	1982±557a	7.31±1.55a	0.997±0.0005a

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