生草对关中地区有机猕猴桃园土壤养分及细菌群落的影响

doi:10.11686/cyxb2021414

摘要/Abstract

摘要：

为探究不同生草模式对关中地区有机猕猴桃园土壤养分及细菌群落的影响，试验设置多年生黑麦草+毛苕子（Mode 1）、多年生黑麦草+草木樨（Mode 2）、多年生黑麦草+白三叶（Mode 3）及鼠茅草（Mode 4），以自然生草处理为对照（CK），观察草种生长特性、研究生草对果园耕层（0~20 cm）土壤养分影响，采用高通量测序法分析细菌群落结构。结果表明：鼠茅草越冬率最高，样地杂草株数最少。人工生草较自然生草有机质提高了6.46%~38.63%，以多年生黑麦草+毛苕子效果更为明显，且该处理提高土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性最为显著，分别为3.37、44.17和3.46 mg·d^-1·g^-1。同时，与自然生草相比，多年生黑麦草+毛苕子、多年生黑麦草+草木樨和多年生黑麦草+白三叶提高了土壤细菌群落的丰富度和多样性，多年生黑麦草+毛苕子存在最多差异显著的细菌分支。综上，关中地区有机猕猴桃园种植多年生黑麦草+毛苕子在一定程度上有助于提高土壤有机质及养分含量，改善土壤微生态环境。

关键词: 果园生草, 土壤养分, 土壤细菌多样性, 16S rDNA高通量测序

Abstract:

This study investigated the effects of different cover crop combinations on soil nutrients and bacterial communities in organic kiwifruit orchards in the Guanzhong area. Four cover crop combinations were tested： 1） Lolium perenne+Vicia villosa；2） L. perenne+Melilotus officinalis； 3） L. perenne+Trifolium repens；and 4） Vulpia myuros. Natural grass was used as the control. The growth characteristics of grass species and the effects of cover crops on soil nutrients in the orchard topsoil （0-20 cm） were observed. The bacterial community structure was analyzed by high-throughput sequencing. It was found that V. myuros had the highest overwintering survival rate and the lowest number of weed plants in the plot. The soil organic matter of artificial grass was 6.46%-38.63% higher than that of natural grass. The combination L. perenne+V. villosa gave an obvious difference， and this treatment resulted in the most significant improvement in soil urease， sucrase and alkaline phosphatase activities， which were 3.37， 44.17 and 3.46 mg·g^-1·d^-1， respectively. Meanwhile， compared with natural grass， L. perenne+V. villosa， L. perenne+M. officinalis and L. perenne+T. repens increased the richness and diversity of soil bacterial communities. L. perenne+V. villosa had the most distinct bacterial community structure. In summary， planting L. perenne+V. villosa in organic kiwifruit orchards in Guanzhong area can be recommended to help improve soil organic matter and nutrient content to a certain extent， and to improve the soil micro-ecological environment.

Key words: orchard grasses cultivation, soil nutrients, soil bacterial diversity, 16S rDNA high-throughput sequencing

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图/表 10

图 1 不同生草草种的越冬率A：多年生黑麦草L. perenne；B：毛苕子V. villosa；C：草木樨M. officinalis；D：白三叶T. repens；E：鼠茅草V. myuros.不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P<0.05）。Different letters indicate significant differences among different treatments （P<0.05）.

Fig.1 Overwintering rate of different grass species

表1 不同生草处理杂草发生情况和地上部鲜草产量

Table 1 Weed occurrence and aboveground fresh yield of different cover crops treatments

处理 Treatment	杂草株数 Number of weeds （plant·m^-2）	地上部鲜草产量 Aboveground fresh yield （g·m^-2）
CK	197a	742.01bc
Mode 1	108d	1107.41a
Mode 2	129b	705.57c
Mode 3	124c	690.74c
Mode 4	49e	885.18b

表2 不同生草处理对0~20 cm土层土壤含水量的影响

Table 2 Effect of different cover crops treatments on soil water content at a depth of 0-20 cm （%）

处理 Treatment	土层 Soil layer
处理 Treatment	0~5 cm	5~10 cm	10~15 cm	15~20 cm
CK	15.02±4.00a	15.71±1.63a	15.61±1.16a	14.69±1.05a
Mode 1	18.39±3.74a	16.90±1.94a	16.64±1.22a	16.58±1.33a
Mode 2	15.91±0.60a	16.02±0.42a	15.85±0.71a	15.34±1.53a
Mode 3	16.35±0.58a	16.18±1.33a	15.64±0.75a	15.73±0.87a
Mode 4	17.47±3.24a	17.21±1.66a	16.06±1.25a	21.15±8.79a

表3 不同生草处理对土壤养分与酶活性的影响

Table 3 Effects of different cover crops treatments on soil chemical and biological characteristics

处理 Treatment	酸碱度 pH	有机质 Organic matter content （g·kg^-1）	微生物碳 Microbial biomass carbon（mg·kg^-1）	微生物氮 Microbial biomass nitrogen （mg·kg^-1）	脲酶活性 Urease activity （mg·d^-1·g^-1）	蔗糖酶活性 Sucrase activity （mg·d^-1·g^-1）	碱性磷酸酶活性 Alkaline phosphatase activity （mg·d^-1·g^-1）	过氧化氢酶活性 Catalase activity （mL·g^-1）
CK	8.08±0.03ab	18.43±0.50d	251.70±33.38a	20.03±3.08b	2.41±0.18c	27.47±1.78d	2.87±0.07b	5.03±0.04b
Mode 1	8.09±0.02ab	25.55±1.12a	316.46±40.51a	27.29±2.24a	3.37±0.26a	44.17±2.17a	3.46±0.12a	5.56±0.33ab
Mode 2	8.10±0.02a	19.62±0.51cd	263.40±48.33a	23.04±2.29ab	2.91±0.11b	32.43±1.54c	2.89±0.04b	5.87±0.30a
Mode 3	8.09±0.06ab	20.50±1.61c	236.37±69.03a	21.17±1.67b	2.93±0.14b	33.24±3.34bc	2.97±0.01b	5.48±0.41ab
Mode 4	8.01±0.05b	22.72±0.90b	237.53±44.16a	21.60±2.53b	3.20±0.07ab	37.21±1.31b	3.29±0.19a	5.84±0.10a

表4 不同生草处理对土壤细菌Alpha多样性的影响

Table 4 Effect of different cover crops treatments on Alpha diversity of soil bacteria

处理 Treatment	Chao1指数 Chao1 index	特征序列数 Observed_otus	Goods_coverage指数 Goods_coverage index	Shannon指数 Shannon index
CK	2588.44±632.27a	2420.33±535.99a	0.98±0.01a	10.38±0.29a
Mode 1	2870.95±282.03a	2672.67±662.29a	0.99±0.00a	10.57±0.35a
Mode 2	2858.65±382.02a	2688.33±258.54a	0.98±0.01a	10.54±0.18a
Mode 3	3040.59±771.79a	2787.67±333.01a	0.98±0.01a	10.54±0.20a
Mode 4	2748.83±236.40a	2557.67±202.23a	0.99±0.01a	10.38±0.21a

图2 不同生草处理下土壤细菌Feature分布Venn图

Fig.2 Venn diagram of soil bacterial Feature distribution under different cover crops treatments

图3 土壤细菌群落结构的非度量多维尺度分析

Fig.3 Non quantitative multidimensional scaling （NMDS） ordination analysis of soil bacterial community structure

图4 不同生草处理下土壤细菌群落门水平组成

Fig.4 Composition of soil bacterial communities under different cover crops treatments at phylum levels

图5 土壤细菌群落LEfSe分析

Fig.5 LEfSe analysis of soil bacteria communities

图6 土壤细菌群落结构与环境因子的关联性分析pH、SOM、MBC、MBN、Ure、Suc、Alp和Cat分别代表土壤pH、有机质、微生物碳、微生物氮、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性，“*”代表显著相关（P<0.05）。pH，SOM，MBC，MBN，Ure，Suc，Alp and Cat represent soil pH， organic matter， microbial biomass carbon， microbial biomass nitrogen， urease， sucrase， alkaline phosphatase and catalase activity. “*” represents significant correlation （P<0.05）.

Fig.6 Correlation analysis between soil bacterial community structure and environmental factors

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