三江源区燕麦与箭筈豌豆混播对根际土壤微生物多样性的影响

doi:10.11686/cyxb2025235

摘要/Abstract

摘要：

三江源区作为我国重要生态屏障，其土壤微生物多样性对维系生态系统稳定意义重大。为探究混播对根际土壤微生物群落的影响，本研究以燕麦与箭筈豌豆分别按7∶3（Y₇J₃）、5∶5（Y₅J₅）、3∶7（Y₃J₇）建植人工混播草地，以两种饲草单播作为对照，研究土壤养分、根际微生物群落结构及多样性的变化，并通过Mantel test解析二者关联。结果表明：混播显著提高土壤pH、有机质、全氮及有效磷含量（P<0.05），其中Y₇J₃处理的提升效果最为显著（P<0.05）。混播降低了土壤微生物群落的丰富度及多样性，细菌群落中酸杆菌门、RB41和假单胞菌属及真菌群落中子囊菌门、被孢霉门、寡囊盘菌属、外瓶霉属的相对丰度显著增加（P<0.05）。Mantel test分析表明，土壤pH、有机质、碱解氮及有效磷是调控土壤微生物群落的关键驱动因子（P<0.05）。综上所述，燕麦与箭筈豌豆混播通过改变三江源区根际土壤养分，显著影响土壤微生物群落结构与多样性，其中燕麦与箭筈豌豆以7∶3比例混播效果最优，土壤pH、有机质等关键因子在调控微生物群落过程中发挥核心作用。本研究结果为三江源区人工草地优化种植及改善土壤生态功能提供了重要的理论依据和实践指导。

关键词: 燕麦, 箭筈豌豆, 混播比例, 高通量测序, 土壤养分, 根际微生物

Abstract:

The Sanjiangyuan region is an important ecological barrier in China， and the diversity of soil microorganisms in this region is critical for sustaining ecosystem stability. This study created artificial mixed sowings of oat （Avena sativa） and common vetch （Vicia sativa） at ratios of 7∶3 （Y₇J₃）， 5∶5 （Y₅J₅）， and 3∶7 （Y₃J₇）， with oat monoculture and common vetch monoculture as controls， in order to examine the effects of mixed sowing on soil nutrients and rhizosphere microbial communities. The Mantel test was used to assess the connections between changes in soil nutrients， rhizosphere microbial community structure， and diversity. It was found that mixed sowing considerably raised the soil pH， organic matter， total nitrogen， and available phosphorus content （P<0.05）. The Y₇J₃ treatment showed the greatest improvement （P<0.05）. This sowing mix considerably enhanced the relative abundance of Acidobacteriota， RB41 and Pseudomonas in the bacterial community and Ascomycota， Mortierellomycota， Thelebolus and Exophiala in the fungal community （P<0.05）. Mantel test analysis revealed that the main elements influencing the control of soil microbial communities were soil pH， organic matter， available nitrogen， and available phosphorus （P<0.05）. In conclusion， by altering the inter-root soil nutrients， the mixed sowing of oat and common vetch had a significant impact on the structure and diversity of the soil microbial community. The best results were obtained when the oat and common vetch were sown in 7∶3， and soil pH and organic matter were highly important in the regulation of the microbial community. These results provide a scientific basis for useful recommendations for enhancing soil ecological function and optimizing artificial grassland planting in the Sanjiangyuan region.

Key words: oat, common vetch, mixed planting ratio, high-throughput sequencing, soil nutrients, rhizosphere microbiology

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图/表 9

表1 燕麦与箭筈豌豆混播比例及播种量

Table 1 Mixing ratio and sowing rate of oat and common vetch

播种草种 Growing forage	处理代码 Treatment codes	播种量Sowing amount （kg·hm^-2）
播种草种 Growing forage	处理代码 Treatment codes	燕麦 Oat	箭筈豌豆 Common vetch
燕麦Oat	DY	225.010	0
燕麦+箭筈豌豆 Oat+common vetch	Y₇J₃	157.507	23.001
	Y₅J₅	112.505	38.335
	Y₃J₇	67.501	53.669
箭筈豌豆Common vetch	DJ	0	76.670

图1 不同混播比例对土壤养分含量的影响不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05），下同。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at 0.05 level. The same below.

Fig.1 Effect of different mixed-planting ratios on soil nutrient content

图2 不同混播比例下土壤细菌（a）和真菌（b）ASV水平的Venn图

Fig.2 Venn diagram of soil bacteria （a） and fungi （b） ASV levels under different mixed-planting ratios

表2 不同混播比例对土壤微生物Alpha多样性的影响

Table 2 Effects of different mixed-planting ratios on the Alpha diversity of soil microorganisms

微生物 Microorganism	处理 Treatment	Chao1指数 Chao1 index	Ace指数 Ace index	Shannon指数 Shannon index	Simpson指数 Simpson index
细菌 Bacteria	DY	4402.69±184.73a	4478.26±163.64a	10.02±0.63a	0.99±0.00a
	Y₇J₃	3630.30±42.62abc	3652.88±62.06abc	10.64±0.02a	1.00±0.00a
	Y₅J₅	2843.75±459.88bc	2842.03±471.52bc	10.28±0.16a	1.00±0.00a
	Y₃J₇	2247.50±864.51c	2239.86±860.26c	9.78±0.69a	1.00±0.00a
	DJ	4076.34±311.59ab	4108.09±323.47ab	10.09±0.44a	0.99±0.00a
真菌 Fungi	DY	595.05±10.11a	596.15±10.09a	6.73±0.06a	0.97±0.00a
	Y₇J₃	485.11±11.92b	485.58±11.95b	5.77±0.13b	0.92±0.01bc
	Y₅J₅	453.02±12.22c	453.60±12.48c	5.68±0.18b	0.92±0.02bc
	Y₃J₇	584.23±5.95a	584.75±6.00a	5.54±0.20b	0.90±0.02c
	DJ	451.26±6.79c	452.15±6.97c	5.82±0.04b	0.94±0.00b

图3 不同混播比例下土壤微生物群落的PCoA分析a：细菌Bacteria； b：真菌Fungi. 下同The same below.

Fig.3 PCoA analysis of soil microbial communities under different mixed-planting ratios

图4 不同混播比例下土壤微生物群落的ANOSIM分析Between表示不同处理的组间差异，其余表示对应分组组内差异。R表示组内和组间的差异程度，R>0表示组间差异大于组内差异。The Between group indicates the differences between different groups， the remaining represent the within-group variance for the corresponding groups. The R indicates the degree of variation within and between groups， R>0 indicates that the differences between groups are greater than the differences within groups.

Fig.4 ANOSIM analysis of soil microbial communities under different mixed-planting ratios

图5 混播比例对土壤细菌群落组成的影响a：门水平Phylum level； b：属水平Genus level. 下同The same below.

Fig.5 Effects of mixed-planting ratios on soil bacterial community composition

图6 混播比例对土壤真菌群落组成的影响

Fig.6 Effects of mixed-planting ratios on soil fungi community composition

图7 土壤养分和微生物多样性之间的Mantel检验OM：土壤有机质Soil organic matter； TN：土壤全氮Soil total nitrogen； AN：土壤碱解氮Soil available nitrogen； TP：土壤全磷Soil total phosphorus； AP：土壤有效磷Soil available phosphorus.

Fig.7 Mantel test for the relationship between soil nutrient and microbial diversity

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