周靈芝,黃渝嵐,周 佳,申章佑,李艷英,王 鋒,李素平,張 憲,勞承英,韋本輝

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,南寧 530007;2.廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,南寧 530007)

【研究意義】土壤中的微生物可以敏感地反映土壤質(zhì)量變化,被認(rèn)為是土壤肥力變化最敏感的指標(biāo)[1],也是土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[2]。微生物參與了約90%的土壤反應(yīng)[3],是土壤中不可或缺的一個(gè)重要角色[4-5]。甘蔗是一種重要的糖料作物,蔗糖是國(guó)家重要戰(zhàn)略物資。近30年來(lái),廣西一直是中國(guó)糖料蔗種植面積最大的省份,甘蔗種植業(yè)是廣西重要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一。但廣西蔗區(qū)因長(zhǎng)期不合理的耕作和施肥方式等,存在土壤板結(jié)、透氣性變差,土壤中水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)失衡,土壤微生物含量及多樣性降低等問(wèn)題[6]。因此,探索耕作栽培方式對(duì)甘蔗土壤微生物的影響,對(duì)甘蔗種植業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】粉壟耕作是廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院研發(fā)的一種深耕深松技術(shù)[7],已應(yīng)用在甘蔗[8]、水稻[9]、木薯[10]等作物上,能改良土壤物理化學(xué)性狀,增加土壤細(xì)菌真菌數(shù)量、多樣性與活性,提高土地生產(chǎn)力。不同耕作方式會(huì)導(dǎo)致土壤含水量、透氣性和養(yǎng)分含量等存在差異,進(jìn)而影響土壤的主要微生物類(lèi)群數(shù)量和結(jié)構(gòu)[11];適當(dāng)?shù)母餍问侥芨纳仆寥赖奈锢?、化學(xué)和生物性質(zhì),從而保證耕地能高質(zhì)量綠色發(fā)展[12]。綠肥作物在改善土壤微生物環(huán)境[13-14]和培肥土壤[15-16]等方面發(fā)揮著重要作用,已成為優(yōu)良的間混作、覆蓋還田目標(biāo)作物。種植綠肥還田可增加土壤微生物數(shù)量,提高其活性,并提高玉米產(chǎn)量[17];深耕結(jié)合綠肥翻壓處理可以提高植煙土壤微生物功能多樣性和酶活性[18];深翻秸稈還田增加了玉米吐絲期細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌的數(shù)量及玉米根際土壤酶活性[19];深耕配合秸稈還田可有效增加土壤微生物數(shù)量并提高其碳源代謝能力[20]。Biolog微平板分析法操作簡(jiǎn)單、快速,可以準(zhǔn)確獲得土壤微生物對(duì)碳源代謝情況的相關(guān)信息,可應(yīng)用于評(píng)價(jià)土壤微生物群落的功能多樣性[21],已被廣泛應(yīng)用于甘蔗[22]、香蕉[23]、小麥[24]、植被[25]和森林[26-27]等領(lǐng)域的研究,明確了不同處理中土壤微生物代謝活性和根際土壤微生物群落功能多樣性,為生產(chǎn)實(shí)踐提供了豐富的參考依據(jù)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】當(dāng)前,粉壟耕作對(duì)土壤微生物的研究多集中在土壤微生物數(shù)量及結(jié)構(gòu)等方面,針對(duì)粉壟耕作結(jié)合綠肥還田對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用Biolog微平板法研究粉壟耕作和間作綠肥還田對(duì)甘蔗不同生長(zhǎng)時(shí)期土壤微生物功能多樣性的影響,旨在揭示粉壟結(jié)合綠肥還田對(duì)甘蔗土壤微生物碳代謝的影響,為廣西甘蔗種植業(yè)和蔗糖業(yè)的健康發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2022年3月至2023年1月在廣西隆安縣那桐鎮(zhèn)新安村(107°52′E, 22°58′N(xiāo))進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)所在地為南亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,年平均氣溫21.8℃,該地區(qū)年平均降水量1301 mm,2022年總降雨量1106 mm(其中9月1日至12月31日總降雨量為161 mm)。試驗(yàn)地前作為木薯,其土壤基本理化性質(zhì):pH 5.00,堿解氮92.60 mg/kg,速效鉀394.70 mg/kg,速效磷101.10 mg/kg,有機(jī)質(zhì)31.43 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理,常規(guī)單作(CT):用傳統(tǒng)拖拉機(jī)旋耕(深度20 cm);粉壟單作(FL):采用廣西五豐粉壟深耕深松機(jī)械(型號(hào):1FSGL-230),耕作深度40 cm;常規(guī)間作綠肥還田(CTJ):耕作方法如CT,在甘蔗行間間作綠豆;粉壟間作綠肥還田(FLJ):耕作方法如FL,在甘蔗行間間作綠豆。各處理采用120 cm等行距開(kāi)溝種植雙芽段甘蔗,密度為90 000芽/hm2;間作處理在2行甘蔗之間播種2行綠豆,綠豆行距30 cm、株距15 cm,雙粒種植。

供試甘蔗品種為桂糖55,綠豆品種為當(dāng)?shù)剞r(nóng)家品種。2022年3月25日種植甘蔗和綠豆,綠豆整個(gè)生育期不施肥。還田方法:在綠豆結(jié)莢初期(2022年6月2日)將每個(gè)小區(qū)綠豆整株拔起,均勻覆蓋在甘蔗根部,綠豆秸稈還田量為9000 kg/hm2,結(jié)合追肥進(jìn)行甘蔗大培土,蓋土10 cm。甘蔗施放基肥復(fù)合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶15]375 kg/hm2,綠豆還田時(shí)結(jié)合大培土施放尿素300 kg/hm2(總N≥46.4%)、氯化鉀300 kg/hm2(K2O≥60%)、復(fù)合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶15]750 kg/hm2。小區(qū)長(zhǎng)10.0 m、寬6.0 m,面積60.0 m2;進(jìn)行3次重復(fù),隨機(jī)排列,田間各項(xiàng)管理措施一致。

1.3 樣品采集

分別在甘蔗分蘗期(2022年6月2日,綠肥還田前)、甘蔗伸長(zhǎng)期(2022年9月24日)、甘蔗成熟期(2023年1月8日)3個(gè)階段,利用有刻度土鉆5點(diǎn)取樣法,每個(gè)小區(qū)分0～20和20～40 cm兩層采集土壤樣品,去除各種雜物后用四分法取適量土樣,過(guò)2 mm土篩。取部分土樣裝入水分盒以測(cè)定水分含量,其余土樣裝入密封袋,放入取樣箱帶回實(shí)驗(yàn)室放置于4 ℃冰箱,次日進(jìn)行Biolog分析。

1.4 土壤微生物功能多樣性分析

稱(chēng)取折算后為10 g烘干土的新鮮土樣,加入到裝有90 mL滅菌生理鹽水(0.85%)的250 mL三角瓶中,搖床振蕩30 min(轉(zhuǎn)速210 r/min)后靜置20 min。然后吸取土壤懸浮上清液1 mL加入到9 mL滅菌生理鹽水(0.85%)中稀釋,重復(fù)1次,最終稀釋至1000倍;之后用8通道加樣器吸取150 μL稀釋液至ECO板中,最后在27 ℃恒溫生化培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng),每隔24 h用酶標(biāo)儀BioTek Epoch 2 (BioTek,美國(guó)) 測(cè)量590和750 nm 波長(zhǎng)下的數(shù)值,持續(xù)測(cè)定7 d 。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

用平均顏色變化率(AWCD)表示土壤微生物代謝各類(lèi)碳源的能力,用培養(yǎng)96 h的數(shù)據(jù)進(jìn)行微生物多樣性指數(shù)計(jì)算和主成分分析;土壤微生物功能多樣性各項(xiàng)指數(shù)參照Classen等[28]的方法計(jì)算:用Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)和Mclntosh豐富度指數(shù)(U)表示土壤微生物群落碳源代謝多樣性。

AWCD=∑(Ci-R)/n

H=-∑PilnPi

D=1-∑(Pi)2

U=SQRT(∑Ni2)

式中,Ci為每個(gè)有培養(yǎng)基孔的吸光度值,其數(shù)值為各培養(yǎng)基孔在590與750 nm的吸光值之差值;R為空白對(duì)照孔的吸光度值;Ci-R為負(fù)數(shù)的記為0;n為ECO平板上培養(yǎng)基孔數(shù),試驗(yàn)中取值為31;Pi為第i孔吸光值與空白對(duì)照孔吸光值之差與所有反應(yīng)孔吸光值之差總和的比值,即Pi=(Ci-R)/Σ(Ci-R);Ni為第i孔的相對(duì)吸光值。

數(shù)據(jù)采用 Excel 2010進(jìn)行整理,使用SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和主成分分析,多重比較采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉壟耕作和間作綠肥還田對(duì)土壤微生物群落AWCD值的影響

AWCD表示土壤各種微生物對(duì)碳源代謝利用的總體情況,AWCD值越大表明微生物活性越高。對(duì)甘蔗分蘗期、伸長(zhǎng)期和成熟期土壤微生物培養(yǎng)168 h的AWCD值進(jìn)行分析,如圖1所示。24 h后隨著培養(yǎng)時(shí)間的增長(zhǎng),3個(gè)時(shí)期的土壤微生物對(duì)各種碳源的代謝總和也隨著增加。培養(yǎng)到168 h時(shí),0～20 cm土層中3個(gè)時(shí)期各處理的AWCD值總體上為分蘗期>伸長(zhǎng)期>成熟期;3個(gè)時(shí)期中所有處理在0～20 cm土層的AWCD值均高于20～40 cm土層。分蘗期和伸長(zhǎng)期各處理AWCD值變化規(guī)律相似,在0～20和20～40 cm土層中,總體上均表現(xiàn)為FLJ>CTJ>FL>CT。成熟期稍有變動(dòng),在2個(gè)土層中各處理的AWCD值排序均為FLJ>FL>CTJ>CT。在分蘗期0～20 cm土層中,FLJ處理的AWCD值分別比FL、CTJ和CT處理增加34.4%、24.6%和55.2%;在伸長(zhǎng)期0～20 cm土層中,FLJ處理的AWCD值分別比FL、CTJ和CT處理增加163.6%、114.8%和205.3%;在成熟期0～20 cm土層中,FLJ處理的AWCD值分別比FL、CTJ和CT處理增加25.9%、47.8%和47.8%。對(duì)各時(shí)期各處理在相同培養(yǎng)時(shí)間的AWCD值差異性進(jìn)行分析(圖1),分蘗期與伸長(zhǎng)期各處理間AWCD值在24 h時(shí)差異不顯著(P>0.05下同),其余培養(yǎng)時(shí)間各處理間AWCD值差異顯著(P<0.05,下同);成熟期土壤微生物培養(yǎng)24、48和120 h時(shí)各處理間AWCD值差異不顯著,其余培養(yǎng)時(shí)間各處理間AWCD值差異顯著?？梢?jiàn),隨著甘蔗不同的生育進(jìn)程,各處理的土壤微生物AWCD值也在不斷發(fā)生變化,與常規(guī)單作相比,粉壟單作和間作綠肥還田可顯著提高土壤微生物代謝活性。

ns 表示同一時(shí)間點(diǎn)不同處理間差異不顯著(P>0.05),*表示同一時(shí)間點(diǎn)不同處理間差異顯著(P<0.05)。ns means no significant difference among different treatments at the same time(P>0.05),and * means significant difference among different treatments at the same time(P<0.05).

2.2 粉壟耕作和間作綠肥還田對(duì)土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)的影響

多樣性指數(shù)可以反映土壤微生物群落功能多樣性及整個(gè)土壤微生物群落的變化情況。從表1可以看出,在3個(gè)時(shí)期0～20 cm土層中,FLJ處理的H、D和U指數(shù)最大(成熟期U除外);在20～40 cm土層中分蘗期和伸長(zhǎng)期亦是同樣的趨勢(shì)(伸長(zhǎng)期20～40 cm土層中U除外)。在分蘗期,0～20 cm土層中各處理間H和D指數(shù)無(wú)顯著差異,CT處理U指數(shù)顯著低于其他處理;20～40 cm土層中FLJ處理的3個(gè)指數(shù)與CTJ處理間無(wú)顯著差異,但與CT處理間差異顯著。在伸長(zhǎng)期,0～20 cm土層中FLJ處理的3個(gè)指數(shù)顯著高于其他處理;20～40 cm土層中各處理間U指數(shù)無(wú)顯著差異;20～40 cm土層中FLJ與CTJ處理間的3個(gè)指數(shù)無(wú)顯著差異。在成熟期,0～20 cm土層中各處理間3個(gè)指數(shù)無(wú)顯著差異;20～40 cm土層中除CTJ處理的D指數(shù)與FL、CT處理差異顯著外,其他差異均不顯著。整個(gè)生育期的FLJ與CTJ處理相比較,除在伸長(zhǎng)期0～20 cm土層中3個(gè)指數(shù)差異顯著外,其他差異不顯著;整個(gè)生育期的FL與CT處理相比較,除在分蘗期0～20 cm土層中U指數(shù)和20～40 cm土層中的D和U指數(shù)差異顯著外,其他的差異不顯著?？梢?jiàn),粉壟單作和間作綠肥還田可在一定程度上提高土壤微生物群落的功能多樣性,但與常規(guī)單作和常規(guī)間作綠肥還田之間的差異總體不顯著。

表1 土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)

2.3 粉壟耕作和間作綠肥還田對(duì)土壤微生物利用六類(lèi)碳源化合物的影響

Biolog微孔板中包含31種碳源,根據(jù)特異性官能團(tuán)分為碳水類(lèi)、氨基酸類(lèi)、羧酸類(lèi)、多聚物類(lèi)、胺類(lèi)、酚酸類(lèi)六大類(lèi)。本研究利用培養(yǎng)96 h的吸光值大小表示各處理土壤微生物對(duì)六大碳源利用程度的強(qiáng)弱。

由圖2可知,在甘蔗不同生長(zhǎng)時(shí)期,所有處理中土壤微生物對(duì)碳水類(lèi)、氨基酸類(lèi)、羧酸類(lèi)和聚合物類(lèi)碳源的利用強(qiáng)度均高于胺類(lèi)和酚酸類(lèi);總體上各處理在0～20 cm土層中對(duì)碳源利用強(qiáng)度大于20～40 cm土層。在分蘗期,除20～40 cm土層中CTJ處理對(duì)胺類(lèi)的利用強(qiáng)度低于FL外,0～20和20～40 cm土層中FLJ和CTJ處理對(duì)6類(lèi)碳源的利用強(qiáng)度均比FL和CT處理高。其中,在0～20 cm土層中FLJ處理的碳水類(lèi)利用強(qiáng)度顯著高于其他處理。在伸長(zhǎng)期,0～20 cm土層中FLJ處理對(duì)碳水類(lèi)和氨基酸類(lèi)的利用強(qiáng)度顯著高于其他處理;0～20 cm土層中FLJ處理對(duì)其余4種碳源的利用強(qiáng)度也高于其他處理。在成熟期,0～20 cm土層中FLJ處理對(duì)碳水類(lèi)、羧酸類(lèi)和聚合物類(lèi)的利用強(qiáng)度最高。

2.4 粉壟耕作和間作綠肥還田對(duì)土壤微生物群落碳源代謝多樣性影響的主成分分析

2.4.1 對(duì)6類(lèi)碳源的主成分分析 利用培養(yǎng)96 h的吸光值數(shù)據(jù),對(duì)甘蔗不同生長(zhǎng)階段6類(lèi)碳源的利用情況進(jìn)行主成分分析(表2)。分蘗期、伸長(zhǎng)期和成熟期主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的方差貢獻(xiàn)率分別為89.93%和5.55%、62.39%和20.96%、42.36%和22.97%,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率分別為95.48%、83.35%和65.33%(圖3),表明PC1和PC2是引起土壤微生物對(duì)碳源利用差異的重要來(lái)源,能闡明差異的大部分信息。在分蘗期,土壤微生物對(duì)多聚物類(lèi)和氨基酸類(lèi)的利用程度最高;伸長(zhǎng)期和成熟期均為對(duì)碳水類(lèi)和氨基酸類(lèi)的利用程度最高。

相同磷源類(lèi)型圖柱上不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters on the column of the same phosphorus source type mean significant difference between different treatments (P<0.05).

主成分分析結(jié)果說(shuō)明,不同處理的土壤微生物群落碳源利用方式在PC軸上存在明顯的分布差異,其中,在0～20 cm 土層中,各個(gè)時(shí)期FLJ處理PC1和PC2的平均值始終位于第一象限(圖3、表3)。進(jìn)一步對(duì)主成分得分系數(shù)進(jìn)行方差分析(表3),分蘗期0～20 cm土層中FL與CT處理之間PC1差異顯著,2種耕作方式的間作與單作處理之間PC1差異顯著;FLJ與CTJ處理之間PC1差異不顯著,但與其他處理差異顯著;在20～40 cm土層中4個(gè)處理之間PC1差異顯著。伸長(zhǎng)期0～20 cm土層中FLJ處理與其他處理之間PC1差異顯著;20～40 cm土層中FL與CT處理之間、2種耕作方式的間作與單作處理之間差異不顯著。成熟期0～20、20～40 cm土層2種耕作方式的間作與單作處理之間PC1差異顯著;20～40 cm土層中FL和CT處理之間PC1差異顯著。分蘗期20～40 cm土層中FLJ處理、伸長(zhǎng)期0～20 cm土層中FL處理與成熟期0～20 cm土層中FLJ處理的PC2得分系數(shù)顯著高于其他處理。

2.4.2 對(duì)31種碳源的主成分分析 進(jìn)一步分析31種碳源在 PC1、PC2 上的初始載荷因子,研究土壤微生物對(duì)31種單一碳源的利用情況。結(jié)果(表4)表明,在分蘗期對(duì)PC1貢獻(xiàn)大(載荷值>0.700)的碳源有20種,分別為羧酸類(lèi)7種、氨基酸類(lèi)6種、碳水類(lèi)3種、聚合物類(lèi)2種、胺類(lèi)和酚酸類(lèi)各1種,其中對(duì)PC1貢獻(xiàn)率最大的是聚合物類(lèi)的吐溫40(0.966)和吐溫80(0.954)。在伸長(zhǎng)期對(duì)PC1貢獻(xiàn)大(載荷值>0.700)的碳源有16種,分別為碳水類(lèi)7種、氨基酸類(lèi)和羧酸類(lèi)各3種、聚合物類(lèi)、胺類(lèi)和酚酸類(lèi)各1種,其中對(duì)PC1貢獻(xiàn)率最大的是胺類(lèi)的苯乙胺(0.995)和碳水類(lèi)的D-纖維二糖(0.994)。在成熟期對(duì)PC1貢獻(xiàn)大(載荷值>0.700)的碳源有8種,分別為碳水類(lèi)3種、羧酸類(lèi)和胺類(lèi)各2種、酚酸類(lèi)1種,其中對(duì)PC1貢獻(xiàn)率最大的是胺類(lèi)的腐胺(0.925)和酚酸類(lèi)的2-羥基苯甲酸(0.889)。由此可見(jiàn),各處理中土壤微生物對(duì)碳水類(lèi)、羧酸類(lèi)和氨基酸類(lèi)利用情況的不同導(dǎo)致了土壤微生物群落代謝的差異性。

表2 土壤微生物對(duì)六類(lèi)碳源利用的主成分矩陣

圖3 土壤微生物群落在3個(gè)時(shí)期對(duì)碳源利用情況的主成分分析Fig.3 Principal component analysis of carbon source utilization by soil microbial communities at three developmental stages

表3 不同處理在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的主成分得分系數(shù)

表4 31種碳源在PC1和PC2上的初始載荷因子

續(xù)表4 Continued table 4

3 討 論

3.1 不同耕作和間作綠肥還田方式對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響

不同的耕作和秸稈還田方式對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和代謝的影響有差異[29]。李純燕等[30]研究發(fā)現(xiàn),深耕配合秸稈還田能增加土壤微生物數(shù)量,提高土壤中微生物的代謝活性和多樣性,有利于提高土壤肥力。本研究運(yùn)用Biolog生態(tài)板技術(shù)分析粉壟耕作和間作綠肥還田后對(duì)土壤微生物代謝活性影響的差異,發(fā)現(xiàn)在0～20 cm土層中分蘗期和伸長(zhǎng)期各處理AWCD值總體表現(xiàn)為FLJ>CTJ>FL>CT,表明粉壟單作和間作綠肥還田均可提高土壤微生物活性,與孟超然等[31]、鄭亞強(qiáng)等[2]和李燕培等[3]的研究結(jié)果一致,原因是粉壟耕作后土壤孔隙增大、氧氣含量增多、微生物數(shù)量增加[34],加上綠肥還田后土壤中有了大量微生物可分解利用的碳源,更促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)繁殖,從而進(jìn)一步提高了土壤中微生物活性。整個(gè)甘蔗生育期粉壟單作處理的AWCD值也高于相應(yīng)的常規(guī)單作,這是因?yàn)殚L(zhǎng)期不合理的耕作方式如傳統(tǒng)旋耕等,導(dǎo)致犁底層逐年上升,厚實(shí)的犁底層阻礙了氣熱的上下傳輸和微生物活動(dòng);粉壟深耕深松的耕作方式打破了部分犁底層,改善了土壤理化性狀,土壤微生物數(shù)量和活性增加,陳彥云等[35]的研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。本研究中成熟期所有處理的土壤微生物活性下降,與趙冬雪等[36]和王文鵬等[37]的研究結(jié)果一致,這可能是由于土壤微生物的旺盛活動(dòng)有賴(lài)于合適的土壤含水量和溫度[38],而本研究中成熟期是在冬季,氣溫低、土壤含水量低,不利于微生物活動(dòng)。另外,在成熟期,粉壟單作處理的AWCD值高于常規(guī)間作綠肥還田處理,究其原因可能是由于試驗(yàn)期間的2022年9月至甘蔗收獲時(shí),試驗(yàn)所在地降雨量比往年大幅下降,整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有進(jìn)行人工灌溉,處于干旱狀態(tài)。前期研究表明,粉壟耕作可以聚集更多天然降水,土壤的含水量高于常規(guī)耕作[39-40],因此,粉壟土壤微生物代謝活性得以保持在較高水平上,與張斌等[41]研究認(rèn)為干旱脅迫會(huì)抑制燕麥根際土壤微生物群落代謝活動(dòng)的結(jié)果一致。

不同耕作方式和間作模式中土壤微生物對(duì)碳源的利用存在相似性和差異性[16,42]。本研究發(fā)現(xiàn),各處理土壤微生物的碳源利用強(qiáng)度以碳水類(lèi)、氨基酸類(lèi)和羧酸類(lèi)較高,粉壟單作和間作綠肥還田顯著提高了甘蔗土壤微生物對(duì)碳水類(lèi)和氨基酸類(lèi)等的利用強(qiáng)度,與深翻秸稈還田[29]、甘蔗間作玉米[43]對(duì)碳水類(lèi)、氨基酸類(lèi)和羧酸類(lèi)的利用率較高結(jié)果一致。對(duì)各處理的主成分進(jìn)行方差分析,表明粉壟單作和間作綠肥還田均可提高對(duì)碳源的利用,土壤微生物代謝功能在不同耕作方式和綠肥還田與否處理之間存在差異,這與植煙深耕結(jié)合綠肥翻壓可提高碳源利用[19]的研究結(jié)果一致。

3.2 不同土層深度對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響

本研究中至微生物培養(yǎng)結(jié)束時(shí),在3個(gè)時(shí)期0～20 cm土層中所有處理的AWCD值及對(duì)碳源利用強(qiáng)度總體上均高于20～40 cm土層,表明耕作和間作綠肥還田等措施對(duì)淺層土壤的影響更大,其對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響主要表現(xiàn)在0～20 cm土層中;與前人研究認(rèn)為免耕秸稈還田僅能增加0～5 cm土層土壤微生物數(shù)量、常規(guī)耕作和常規(guī)耕作秸稈還田時(shí)0～15 cm土層中土壤微生物碳源代謝利用能力明顯高于15～35 cm土層的結(jié)果相似[16,43]。

3.3 不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)土壤微生物功能多樣性指數(shù)的影響

對(duì)不同耕作方式下土壤微生物碳源代謝的多樣性指數(shù)進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn)土壤微生物群落功能多樣性的變化趨勢(shì)[44]。高晶晶等[29]認(rèn)為,連續(xù)5年不同耕作處理對(duì)土壤微生物功能多樣性指數(shù)影響不大;邱琛等[45]研究表明,連續(xù)9年玉米秸稈還田后土壤中微生物的Shannon指數(shù)與Simpson指數(shù)無(wú)明顯變化、McIntosh指數(shù)顯著提高。與此類(lèi)似,本研究中FL與CT處理之間、FLJ與CTJ處理之間的多樣性指數(shù)總體上差異不顯著;FLJ處理的3個(gè)指數(shù)在分蘗期和伸長(zhǎng)期高于成熟期,與趙冬雪等[36]套種綠肥后植煙團(tuán)棵期各處理的多樣性指數(shù)均高于成熟期的結(jié)論一致。表明土壤微生物是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),會(huì)受到不同耕作方式、土壤、氣候、作物生長(zhǎng)階段、間作作物等各種因素的影響,其結(jié)構(gòu)與數(shù)量一直處于動(dòng)態(tài)變化中。

4 結(jié) 論

與常規(guī)單作相比,粉壟間作綠肥還田能有效提高廣西蔗區(qū)土壤微生物的功能多樣性、代謝活性及對(duì)碳源的利用能力。碳水類(lèi)、氨基酸類(lèi)和羧酸類(lèi)碳源是土壤微生物利用率最高的碳源,也是引起粉壟耕作和間作綠肥還田后甘蔗土壤微生物群落代謝差異的來(lái)源。粉壟耕作結(jié)合間作綠肥還田可作為一種耕作與栽培模式在廣西蔗區(qū)推廣應(yīng)用。