黃濤, 馮遠(yuǎn)嬌, 王建武, *

禾本科‖豆科間作對(duì)土壤微生物影響的研究進(jìn)展

黃濤1, 2, 3, 馮遠(yuǎn)嬌1, 2, 3, 王建武1, 2, 3, *

1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510642 2. 廣東省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510642 3. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院生態(tài)學(xué)系, 廣州 510642

間作是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種重要種植模式, 對(duì)土壤微生物結(jié)構(gòu)組成產(chǎn)生重要影響, 在改善土壤質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。本文綜述了禾本科‖豆科間作對(duì)土壤細(xì)菌、真菌和有益微生物產(chǎn)生的影響, 從數(shù)量、多樣性和菌屬豐度變化等方面進(jìn)行總結(jié), 提出了加強(qiáng)多種禾本科‖豆科間作系統(tǒng)對(duì)微生物的影響研究, 并結(jié)合現(xiàn)代分子生物技術(shù)(高通量測序、穩(wěn)定同位素探針和組學(xué)技術(shù)等)研究微生物種群在間作系統(tǒng)中的作用, 為進(jìn)一步探究禾本科‖豆科間作產(chǎn)生優(yōu)勢的微生物學(xué)機(jī)理提供一定的參考依據(jù)。

禾本科‖豆科間作; 分子生物技術(shù); 土壤微生物; 土壤健康

0 前言

間作是指在同一塊田地上于同一生長期內(nèi), 分行或分帶相同種植兩種或兩種以上作物的種植方式[1]。常見作物間作模式有禾本科間作豆科作物[2-4]、禾本科間作薯類作物[5-6]和禾本科間作禾本科作物[7-8]等, 其中以禾本科‖豆科作物間作最為普遍, 廣泛分布于我國東北、華北、西北和南方等地區(qū)。它主要是利用禾本科與豆科作物共生固氮作用進(jìn)行生物固氮, 通過氮素轉(zhuǎn)移過程補(bǔ)給和促進(jìn)禾本科作物對(duì)氮素的吸收, 同時(shí)禾本科‖豆科作物間作能夠減緩豆科作物的“氮阻遏”(圖1), 提高氮素的利用效率[9]。有研究表明, 豆科作物通過根瘤菌共生固氮作用可固氮50—465 kg·ha–1·a–1[10], 根瘤菌所固定的氮能給豆科作物提供1/3—1/2的氮素, 因而能夠減少化學(xué)氮肥的施用[11]。

土壤微生物是地上和地下生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系的重要紐帶, 在土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、抗干擾以及資源可持續(xù)利用中占據(jù)主導(dǎo)地位, 是維持土壤健康和土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因素[12]。間作能夠改變土壤理化性質(zhì), 進(jìn)一步引起土壤微生物群落的變化, 影響土壤健康和質(zhì)量[13]。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)研究中, 禾本科‖豆科作物間作對(duì)土壤微生物數(shù)量、多樣性和群落結(jié)構(gòu)的研究, 對(duì)提高土壤養(yǎng)分利用、保證作物產(chǎn)量穩(wěn)定, 以及發(fā)揮有益微生物作用等方面具有十分重要的意義[14-18]。本文綜述了國內(nèi)外禾本科‖豆科間作對(duì)土壤細(xì)菌、真菌和有益微生物產(chǎn)生的影響, 從數(shù)量、多樣性和菌屬豐度變化等方面進(jìn)行分析, 以期為進(jìn)一步探究禾本科‖豆科間作產(chǎn)生優(yōu)勢的微生物機(jī)理提供一定的參考依據(jù)。

1 禾本科‖豆科作物間作對(duì)土壤細(xì)菌的影響

禾本科‖豆科作物間作能夠改變土壤氮素, 同時(shí)根系分泌物豐富, 對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量變化產(chǎn)生重要影響。張向前等研究玉米‖大豆間作發(fā)現(xiàn), 間作玉米的土壤細(xì)菌數(shù)量顯著高于單作, 同時(shí)放線菌也有相同的規(guī)律, 這有利于增加土壤微生物群落多樣性[19]。有研究表明, 在玉米‖豌豆間作大田試驗(yàn)中, 與單作相比, 間作豌豆和玉米的根際土壤細(xì)菌數(shù)量分別提高了33.22%和56.93%, 同時(shí)間作使豌豆和玉米根際放線菌數(shù)量分別平均提高了60.91%和128.26%, 這主要是因?yàn)殚g作能提高氮素和水分利用效率, 明顯促進(jìn)根區(qū)土壤微生物繁衍[20]。對(duì)田間種植玉米‖花生間作研究發(fā)現(xiàn), 在整個(gè)生育期, 間作玉米根區(qū)土壤的細(xì)菌數(shù)量除苗期外均顯著高于單作玉米處理; 間作花生根區(qū)土壤的細(xì)菌數(shù)量在喇叭口期和收獲期顯著高于單作, 這可能是由于豆科作物固氮作用增加了氮素, 也可能由于間作作物根系豐富的分泌物, 為微生物生長提供了較好的土壤環(huán)境[21]。對(duì)甘蔗‖花生間作研究發(fā)現(xiàn), 與單作相比, 間作甘蔗的根際土壤細(xì)菌數(shù)量在拔節(jié)期和成熟期分別增加了18.08%和16.15%, 但在苗期降低了9.83%; 間作花生的根際土細(xì)菌數(shù)量在拔節(jié)期及成熟期較單作顯著增加19.21%、14.41%[22-23]。在田間試驗(yàn)研究小麥‖蠶豆間作時(shí)發(fā)現(xiàn), 間作處理的蠶豆根際土壤細(xì)菌數(shù)量比單作處理顯著提高35.85%, 同時(shí)也提高了小麥根際土壤放線菌的數(shù)量[24-25]。但也有研究表明, 在馬鈴薯‖玉米‖蠶豆間作中, 與馬鈴薯單作相比, 馬鈴薯分別與玉米和蠶豆間作, 導(dǎo)致間作馬鈴薯土壤細(xì)菌數(shù)量下降, 而馬鈴薯‖玉米‖蠶豆間作, 間作馬鈴薯土壤細(xì)菌數(shù)量無顯著影響, 可能間作作物能和宿主植物形成共生體的AMF群落, AMF群落可能存在正反饋調(diào)節(jié)作用[26]。

圖1 禾本科‖豆科作物間作示意圖

Figure 1 Schematic diagram of cereal‖legume intercropping

禾本科‖豆科作物間作對(duì)土壤細(xì)菌的影響, 進(jìn)而對(duì)土壤細(xì)菌多樣性變化產(chǎn)生一定影響。有研究表明, 玉米‖花生間作可顯著提高玉米和花生土壤細(xì)菌多樣性[27-28]。代真林等研究發(fā)現(xiàn), 玉米‖大豆間作能顯著提高玉米根際土壤細(xì)菌α-多樣性, 這可能是由于豆科植物擁有生物固氮作用, 增加了土壤中的養(yǎng)分含量, 從而提高了根際微生物的多樣性[29]。羅莎莎等利用高通量測序技術(shù)對(duì)甘蔗‖大豆間作研究發(fā)現(xiàn), 在減量施氮(300 kg·ha-1)條件下, 甘蔗大豆1:2間作后甘蔗根際土壤微生物Shannon指數(shù)顯著高于單作[30-31]。毛蓮英等研究甘蔗‖貓豆間作發(fā)現(xiàn), 間作甘蔗的根際土壤細(xì)菌多樣性顯著高于甘蔗單作[32]。肖健等研究甘蔗與不同豆科作物間作時(shí)發(fā)現(xiàn), 甘蔗‖黃豆間作時(shí), 間作甘蔗根際內(nèi)生細(xì)菌中Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)顯著高于單作處理, 而Simpson指數(shù)顯著低于單作處理; 甘蔗‖花生間作時(shí), 間作甘蔗根際內(nèi)生細(xì)菌Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)顯著低于單作處理, 這可能是由于甘蔗和黃豆和綠豆間作通過促進(jìn)根際細(xì)菌的富集與遷移來使根系內(nèi)生細(xì)菌的數(shù)量升高, 但甘蔗與花生間作可能缺乏同樣的效果, 從而不利于提升甘蔗根系的內(nèi)生細(xì)菌多樣性與豐富度[33]。Li等通過高通量測序?qū)π←湣匣ㄜ俎ｉg作研究發(fā)現(xiàn), 小麥‖紫花苜蓿間作后根際土壤的豐富度和多樣性高于相應(yīng)的單作根際土壤[34]。Yang等通過DGGE圖譜技術(shù)研究發(fā)現(xiàn), 小麥‖花生間作下小麥和花生根區(qū)的土壤細(xì)菌群落多樣性高于單作[35]。王宇蘊(yùn)等研究發(fā)現(xiàn), 小麥‖蠶豆間作能夠提高蠶豆根際土壤微生物Shannon和McIntosh指數(shù)[24]。在對(duì)小黑麥‖紫花苜蓿間作試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn), 間作紫花苜蓿Chao1指數(shù)顯著大于單作紫花苜蓿[36]。但也有研究表明, 甘蔗‖綠豆間作時(shí), 間作甘蔗根際內(nèi)生細(xì)菌Simpson指數(shù)顯著低于單作處理[33]。

禾本科‖豆科作物間作還會(huì)引起土壤細(xì)菌菌屬的豐度的變化。代真林等對(duì)玉米‖大豆間作大田實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 細(xì)菌中鞘氨醇單胞菌屬、芽單孢菌屬、黃桿菌屬、溶桿菌屬、硝化螺菌屬、芽孢桿菌屬和假單胞桿菌屬在玉米大豆間作中的豐度顯著高于玉米單作, 而伯殼氏菌屬、Bryobacter、鞘脂菌屬和酸桿菌屬的豐度顯著低于玉米單作[29]。趙雅姣等研究玉米‖紫花苜蓿間作發(fā)現(xiàn), 變形菌門和擬桿菌門菌群豐度在間作根際土壤中均大于單作, 說明變形菌門和擬桿菌門是影響間作優(yōu)勢的主要菌群, 對(duì)維持土壤生態(tài)系統(tǒng)功能有重要的作用[12]。有研究表明, 與甘蔗單作相比, 甘蔗間作黃豆和綠豆中變形桿菌門細(xì)菌豐度下降, 但提高了綠彎菌門、芽單胞菌門、擬桿菌門和Tectomicrobia門細(xì)菌的豐度[33]。Tang等研究甘蔗‖花生間作發(fā)現(xiàn), 在間作甘蔗中酸桿菌門、綠灣菌門、浮霉菌門、疣微菌門等細(xì)菌的豐度高于單作花生, 但間作甘蔗中變形桿菌門、厚壁菌門、硝化螺旋菌門、芽單胞菌門和擬桿菌門的豐度低于單作花生[37]。Li等對(duì)小麥‖紫花苜蓿間作試驗(yàn)表明, 小麥間作中厚壁菌門的相對(duì)豐度顯著高于單作小麥, 而單作小麥中嗜酸菌和硝化螺旋菌顯著高于小麥間作[34]。但也有研究表明甘蔗‖貓豆間作下甘蔗根際土壤中水恒桿菌屬、游動(dòng)四孢屬和乳桿菌屬的相對(duì)豐度較甘蔗單作有所下降[32]。

綜上所述, 在大多數(shù)禾本科‖豆科作物間作研究中, 間作系統(tǒng)能夠提高作物根際土壤細(xì)菌數(shù)量、多樣性以及引起土壤細(xì)菌菌屬的豐度變化(表1)。其中, 對(duì)土壤細(xì)菌影響在作物生長后期更為顯著, 這可能是由于在間作系統(tǒng)中, 特別是間作共生期, 通過根瘤的衰老解體以及根系分泌物的增加, 增加了根際細(xì)菌、根瘤菌等的遷移, 從而使得禾本科(如甘蔗)根系內(nèi)生細(xì)菌、根瘤菌的數(shù)量增大[38]; 在土壤細(xì)菌多樣性方面, 間作顯著提高土壤細(xì)菌多樣性, 主要表現(xiàn)在Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)兩方面, 說明間作能夠提高土壤細(xì)菌的豐富度和多樣性, 對(duì)維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要作用; 在土壤細(xì)菌物種變化方面, 間作對(duì)芽單胞菌門、綠彎菌門等細(xì)菌菌屬起促進(jìn)作用, 而對(duì)變形桿菌門、硝化螺旋菌門等起抑制作用。

表1 禾本科‖豆科間作土壤細(xì)菌群落變化

2 禾本科‖豆科作物間作對(duì)土壤真菌的影響

禾本科‖豆科作物間作系統(tǒng)依托著豆科作物固氮作用, 對(duì)土壤真菌產(chǎn)生不同程度的影響。有研究表明, 玉米‖大豆間作增加了玉米根際土壤真菌的數(shù)量[39-41]。張虎天等通過大田種植玉米-豌豆間作研究發(fā)現(xiàn), 與單作玉米相比, 間作使豌豆和玉米的根際真菌數(shù)量分別提高了15.82%和21.09%, 這主要是由于間作系統(tǒng)中作物根系分泌物較多, 為微生物提供了適宜的生存環(huán)境和豐富養(yǎng)料[20]。董曉鋼等對(duì)玉米‖大豆間作盆栽試驗(yàn)研究中, 在玉米抽穗期和大豆結(jié)莢期, 間作玉米土壤真菌數(shù)量顯著高于單作處理[42]。對(duì)甘蔗‖花生間作大田試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 間作甘蔗根際土根際真菌數(shù)量總體上高于單作處理, 這可能是因?yàn)殚g作作物根系間存在交錯(cuò)疊加作用, 根系分泌物十分豐富, 為根際微生物生長繁殖提供了所需的能源, 增加了根際土壤真菌的數(shù)量[23, 37]。但間作模式也可能對(duì)土壤真菌產(chǎn)生不利影響, 例如, 與花生連作相比, 玉米-花生間作顯著降低了間作花生根際土壤中真菌的數(shù)量[43]。

土壤真菌具有強(qiáng)大的分解能力, 真菌的多樣性對(duì)禾本科‖豆科作物間作系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著重要的作用。代真林等研究發(fā)現(xiàn), 玉米‖大豆間作能顯著提高玉米根際土壤真菌α-多樣性[29]。毛蓮英對(duì)甘蔗‖貓豆間作研究發(fā)現(xiàn), 間作處理的甘蔗土壤真菌豐富度和多樣性顯著高于單作處理, 這可能是由于禾本科‖豆科作物間作改善真菌菌群結(jié)構(gòu), 有害致病真菌菌屬消失或比例下降, 隨之出現(xiàn)一些有益于作物生長的功能真菌[32, 44]。Yu等通過高通量測序和微陣列GeoChip5.0研究甘蔗‖大豆間作發(fā)現(xiàn), 與甘蔗單作相比, 間作甘蔗根際土壤真菌群落的α-多樣性顯著提高[45]。胡國彬等對(duì)小麥‖蠶豆間作研究表明, 間作顯著提高了小麥和蠶豆根際真菌的Shannon多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù), 這可能是由于間作系統(tǒng)中作物根系間交錯(cuò)疊加作用, 為根際微生物生存和繁殖提供了所需營養(yǎng)和能源物質(zhì), 從而提高土壤微生物整體的代謝活性, 促進(jìn)土壤真菌群落結(jié)構(gòu)多樣化的形成[46]。Bargaz等研究小麥‖大豆間作時(shí)發(fā)現(xiàn), 在間作處理下小麥根際土壤真菌多樣性高于單作處理[47]。但也有研究表明, 小麥‖蠶豆間作處理的小麥土壤真菌Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與單作處理無顯著差異, 導(dǎo)致這種結(jié)果的原因可能是土壤中碳氮比較低[48-49]。另外, Lian等研究發(fā)現(xiàn), 與單作處理相比, 甘蔗‖大豆間作降低了甘蔗根際土壤真菌α-多樣性, 這可能是由于土壤中SOC、土壤pH值和TN等環(huán)境因素變化造成的結(jié)果[50]。

禾本科‖豆科作物間作也會(huì)引起土壤真菌菌屬的豐度的變化。甕巧云等對(duì)玉米‖大豆間作研究發(fā)現(xiàn), 與玉米單作相比, 間作增加了子囊菌門真菌表達(dá)的相對(duì)豐度, 但減少了擔(dān)子菌門真菌表達(dá)的相對(duì)豐度[40]。代真林等對(duì)玉米‖大豆間作大田實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 真菌中被孢霉屬、壺菌屬、絲孢菌屬、柄孢殼菌屬和木霉菌屬在玉米大豆間作中的豐度顯著高于玉米單作, 而鐮刀菌屬、梭桿菌屬和Solicoccozyma的豐度顯著低于玉米單作[29]。有研究表明, 甘蔗‖貓豆間作下, 間作甘蔗根際土壤中優(yōu)勢真菌門子囊菌門比單作增加12.00%, 擔(dān)子菌門下降2.33%[32]。

綜上所述, 在大部分研究中, 禾本科‖豆科作物間作能夠提高土壤真菌數(shù)量、多樣性以及對(duì)土壤真菌菌屬的豐度變化產(chǎn)生影響(表2)。禾本科‖豆科作物間作增加了禾本科作物根際土壤真菌數(shù)量, 而豆科作物真菌數(shù)量可能會(huì)降低, 這也說明了間作豆科作物有利于禾本科作物生長, 主要得益于豆科作物的固氮作用, 為間作系統(tǒng)中提供氮素, 提高土壤肥力, 為真菌數(shù)量增長提供物質(zhì)基礎(chǔ)。其中, 甘蔗‖大豆間作研究結(jié)果出現(xiàn)不一致, 可能是由于前者[45]在田間試驗(yàn)下采用了減量施氮(300 kg·ha-1)的處理, 能夠緩解豆科作物“氮阻遏”, 提高氮素利用, 為土壤真菌生長提供更適宜的微生態(tài)環(huán)境; 而小麥‖蠶豆間作研究結(jié)果不一致, 可能是由于間作模式與試驗(yàn)土壤存在差異照成的。禾本科‖豆科作物間作根系交錯(cuò)疊加, 根系分泌物豐富, 有利于提高真菌多樣性, 為作物生長提供更加穩(wěn)定的土壤環(huán)境, 實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。真菌數(shù)量和多樣性的變化, 引起真菌菌屬的豐度的變化, 子囊菌門、被孢霉屬和絲孢菌屬等有益真菌增加, 而擔(dān)子菌門下降, 能夠減少作物病蟲害的發(fā)生。

3 禾本科‖豆科作物間作對(duì)有益微生物的影響

土壤微生物數(shù)量龐大, 目前已知對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有益的微生物數(shù)量有限, 而固氮微生物(固氮菌和根瘤菌)、叢枝菌根真菌(AMF)和植物根際促生菌(PGPR)是間作系統(tǒng)中重要的有益微生物, 其群落結(jié)構(gòu)變化影響土壤氮循環(huán)平衡與固定, 對(duì)于建立合理的間作種植模式、維持土壤質(zhì)量具有重要意義。周賢玉等對(duì)玉米‖大豆間作研究發(fā)現(xiàn), 減量施氮(300 kg·hm-2)條件下, 間作甜玉米AMF侵染率顯著高于單作常規(guī)施氮處理, 間作促進(jìn)AMF對(duì)甜玉米根系侵染, 增強(qiáng)其對(duì)氮和磷的吸收, 促進(jìn)作物生長, 提高生物量[51]。Yu等采用高通量測序技術(shù)研究玉米‖大豆發(fā)現(xiàn), 在減量施氮(300 kg·ha-1)條件下, 間作玉米根際土壤中基因相對(duì)豐度顯著高于單作, 這可能是由于間作減少施氮產(chǎn)生“氮阻遏”, 增加了豆科生物固氮作用[18]。有研究表明, 玉米‖花生間作中間作花生根際土壤中根瘤菌的數(shù)量顯著高于單作[52]。Vora等通過對(duì)玉米‖豌豆研究發(fā)現(xiàn), 間作植物的根系分泌物可以誘導(dǎo)交叉定殖, 并可能促進(jìn)PGPR對(duì)植物根系的適應(yīng)[53]。茍永剛利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)對(duì)甘蔗‖大豆間作研究發(fā)現(xiàn), 間作處理中和基因的相對(duì)豐度高于單作[54]。彭東海等對(duì)甘蔗-大豆間作研究發(fā)現(xiàn), 間作處理甘蔗根際土壤固氮細(xì)菌Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均高于同時(shí)期同品種的單作處理, 這可能是由于隨著間作處理時(shí)間增加, 個(gè)別細(xì)菌類群生長加快, 抑制了其他種群的生長, 降低了土壤微生物群落的豐富度[55]。馮曉敏等利用PCR-DGGE技術(shù)對(duì)燕麥分別與大豆和花生間作研究發(fā)現(xiàn), 燕麥-豆科作物間作對(duì)燕麥、大豆和花生根際固氮微生物基因群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用[56]。楊亞東等利用熒光定量PCR和高通量測序技術(shù)對(duì)燕麥分別大豆和綠豆間作發(fā)現(xiàn), 與單作燕麥相比, 間作顯著提高了燕麥土壤基因拷貝數(shù)。此外, 在拔節(jié)期和成熟期, 燕麥分別與大豆和綠豆間作燕麥根際土壤固氮微生物的Shannon指數(shù)均顯著高于燕麥單作, 但在成熟期燕麥-綠豆間作中燕麥根際土壤固氮微生物的Ace指數(shù)和Chao指數(shù)均顯著低于燕麥單作[57]。Esmaeil等通過對(duì)茴香‖菜豆研究發(fā)現(xiàn), 在2:2(茴香‖菜豆)間作模式下, 接種PGPR菌劑菜豆的根瘤數(shù)和根瘤重顯著高于未接種PGPR菌劑單作菜豆, 這可能是由于豆科植物與非豆科植物間作時(shí), 由于刺激固氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)的溶解, 使根際酸化, 豆科植物結(jié)瘤量增加[58-59]。但也有研究表明, 玉米║花生間作在減量施氮(34—51 kg·hm2)的條件下, 間作花生土壤固氮微生物多樣性和豐度低于單作花生。這可能是由于間作栽培體系比單作需要更多的氮肥來保證作物正常生長, 而氮肥減施會(huì)減少土壤固氮微生物生長所需的營養(yǎng), 不利于微生物繁殖[60]。

表2 禾本科‖豆科間作土壤真菌群落變化

綜上所述, 從大多數(shù)研究中發(fā)現(xiàn), 禾本科-豆科間作可以提高有益微生物的數(shù)量和多樣性(表3), 能夠提高豆科作物的氮固定效率, 同時(shí), 對(duì)禾本科作物功能基因群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。在應(yīng)用層面, 在間作模式下接種PGPR菌劑, 能夠改善土壤微生態(tài)環(huán)境, 促使豆科作物結(jié)瘤量增加。

表3 禾本科║豆科間作土壤有益微生物群落變化

4 展望

間作系統(tǒng)利用了作物之間的互補(bǔ)性, 使得作物在時(shí)間、空間和化學(xué)等方面實(shí)現(xiàn)互利共生。禾本科‖豆科作物間作錯(cuò)開彼此生育期, 以條帶式種植方式提高土地利用效率, 并對(duì)土壤微生物產(chǎn)生影響。禾本科‖豆科作物間作系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性與土壤可持續(xù)利用密切相關(guān), 土壤微生物數(shù)量、多樣性和菌屬豐度的變化將直接影響土壤質(zhì)量。合理的禾本科‖豆科作物間作能夠充分利用地上部-地下部耦聯(lián)作用, 提高作物根際土壤微生物群落, 并在保持土壤肥力和土壤健康方面發(fā)揮著重要的作用。因此, 今后需加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究: (1)在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上, 嘗試多種不同禾本科-豆科物種間作, 從而探究地上部生物多樣性增加對(duì)土壤微生物的影響, 進(jìn)一步探究其對(duì)地球化學(xué)元素循環(huán)的影響, 尤其是對(duì)碳循環(huán)、氮循環(huán)和磷循環(huán)的影響, 為提高土壤肥力, 保持土壤健康提供科學(xué)的理論依據(jù)。(2)綜合應(yīng)用現(xiàn)代分子生物技術(shù)(高通量測序、穩(wěn)定同位素探針和組學(xué)技術(shù)等), 從分子水平上進(jìn)一步探究土壤微生物在農(nóng)田間作系統(tǒng)的作用, 為進(jìn)一步探究禾本科‖豆科間作產(chǎn)生優(yōu)勢的微生物機(jī)理提供一定的參考依據(jù)。(3)有益微生物在實(shí)際生產(chǎn)中, 能夠發(fā)揮重要的作用, 應(yīng)加強(qiáng)對(duì)有益微生物的開發(fā)和利用, 助力“綠色農(nóng)業(yè)”和可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

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A review on the effects of cereal‖legume intercropping on soil microorganisms

HUANG Tao1, 2, 3, FENG Yuanjiao1, 2, 3, WANG Jianwu1, 2, 3, *

1. Key Laboratory of Agro-Environment in the Tropics, Ministry of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China 2. Key Agricultural Laboratory of Ecological Circulation in Guangdong, Guangzhou 510642, China 3. Department of Ecology, College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China

Intercropping is an important cultivation model for sustainable agricultural development, which has an important effect on soil microbial composition and plays an important role in improving soil quality.This article reviews the effects of cereal‖legume intercropping system on soil bacteria, fungi and some beneficial microorganisms in agroecosystems, we further summarize the changes of biomass,diversity and abundance of soil mocrobial community under intercropping management. This review has provided an insight into the impact of various cereal‖legume intercropping systems on microbial population by means of the modern molecular biotechnology (high-throughput sequencing, stable isotope probes and omics technology, etc.),which is important to explore the mechanisms of microbiological involved in cereal‖legume intercropping systems.

cereal-legume intercropping; molecular biotechnology; soil microbe; soil health

黃濤, 馮遠(yuǎn)嬌, 王建武. 禾本科‖豆科間作對(duì)土壤微生物影響的研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(3): 229–236.

HUANG Tao, FENG Yuanjiao, WANG Jianwu. A review on the effects of cereal‖legume intercropping on soil microorganisms[J]. Ecological Science, 2022, 41(3): 229–236.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.03.027

S157.2

A

1008-8873(2022)03-229-08

2021-08-24;

2021-09-19

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31971550, 31770556)

黃濤(1995—), 男, 江西宜春人, 碩士研究生, 主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)研究, E-mail: taoh0901@qq.com

王建武, 男, 博士, 教授, 主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)研究, E-mail: wangjw@scau.edu.cn