核桃林间作西红花对其土壤微生物数量的动态变化

徐 静,石书兵,秦小钢,朱 军

(1.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052;2.新疆维吾尔自治区中药民族药研究所,乌鲁木齐 830002)

0 引 言

【研究意义】土壤微生物能够促进土壤中有机质的分解和养分的转化,从而增加土壤肥力,改善土壤环境,影响植物生长[1-3]。核桃为胡桃科核桃属乔木,是新疆南疆和田地区皮山县重要的木本粮油作物,但随着核桃树逐年长大,传统林下种植模式其作物生长受到显著的抑制[4]。西红花(CrocussativusL.)又称藏红花、番红花,系鸢尾科番红花属多年生药用草本植物,喜温和、凉爽,忌炎热, 较耐寒,其生长期与核桃错季[5-7]。开展核桃西红花间作模式系统研究,对提高核桃林下土地资源利用率和经济效益有重要意义。【前人研究进展】核桃林下种植模式主要有林药、林菌、林菜和林茶等[8-11],核桃间作会对土壤中微生物的数量造成影响。杨文龙等[12]研究发现,核桃间作农作物模式下的微生物数量较农作物单作模式下的微生物数量差异显著;韦持章等[13]对茶树和大豆间作,研究发现与单作模式相比,间作模式下的微生物数量显著增多;张向前等[14]对玉米和花生、大豆间作进行研究,研究发现不同施肥条件下,间作处理可较单作处理显著提高土壤微生物数量。冉隆俊等[15]对蔬菜与平菇进行间作,研究发现,间作可提高土壤中细菌和真菌的数量;吴娜等[16]对马铃薯和燕麦间作进行研究,研究发现间作下的细菌数量较单作模式下的细菌数量显著提高,得出合理间作可增加土壤微生物数量的结论。【本研究切入点】目前,关于核桃林间作种植模式和品种等方面的研究较多,对西红花林下栽培模式土壤微生物的研究鲜见报道。需分析核桃西红花间作模式下土壤微生物数量的动态。【拟解决的关键问题】选取不同生长年限的核桃林下间作西红花为处理组,以15年树龄核桃单作和西红花单作为对照,采用稀释分离法,动态测定西红花生长期不同处理土壤微生物种群和数量,分析其动态变化规律,为核桃间作西红花种植模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020年11月～2021年5月,在和田地区皮山县中药材种植基地(N 37°62′、E 78°28′)进行。该地属暖温带极端干旱荒漠气候,平均年降水量为36.4 mm,气候干燥,年平均气温12.5℃。选取15年的核桃树作为间作研究对象,核桃树行间距为5 m,核桃林下间作西红花。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

田间试验共设计3个处理。处理Ⅰ:15年树龄核桃林单作(以下简称核桃单作);处理Ⅱ:西红花单作;处理Ⅲ:15年树龄核桃林间作西红花,依次记为HCK、 CK和H15。以上每处理均设3个重复,每个重复地面积为24 m2,地两边种植核桃树,核桃树行间距5 m。以15年树龄核桃林间作西红花为研究对象,西红花单作和核桃单作为对照,分别于2021年2月17日、3月20日、4月16日及5月4日,采取五点取样法对各处理0～20 cm的土壤取样,充分混匀,并带回实验室4℃保存,动态观察土壤中微生物的数量变化。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 土壤悬浊液的制备

每个处理取10 g无明显杂质和根须的土样于90 mL无菌水(内含数颗玻璃珠)三角瓶中,放入摇床以180 r/min,震荡20 min,静置20 min后,在无菌操作台中,依次稀释制成10-1～10-6g/mL的土壤悬浊液备用[14]。

1.2.2.2 微生物的分离

采用稀释平板法分离、培养微生物[17,18]。分离培养基分别为:孟加拉红培养基(真菌)、牛肉膏蛋白胨培养基(细菌)、高氏Ⅰ号培养基 (放线菌);每皿接种0.1 mL的土壤悬浊液,接种的梯度分别为:真菌10-1、10-2、10-3;细菌2月10-3、10-4、10-5,3月、4月、5月用浓度梯度为10-4、10-5、10-6的土壤悬浊液;放线菌2、3月用10-1、10-2、10-3,4、5月用浓度梯度为10-2、10-3、10-4的土壤悬液,各重复4次。

1.2.2.3 微生物的培养与计数

将接种完的培养皿倒置在培养箱内,真菌22℃培养4 d;细菌37℃培养3 d;放线菌28℃培养14 d。对平板上的单菌落进行计数,各稀释梯度取平均值,根据公式计算菌落数量。

1.3 数据处理

所得数据采用Excel 2019 进行汇总,计算平均值,差异显著性采用SPSS19.0软件的新复极差法,作图使用GraphPadPrism 9.0。

2 结果与分析

2.1 核桃林下间作西红花对土壤中微生物总量的影响

研究表明,核桃林间作西红花能够显著提高其土壤中微生物总量,在西红花生长期,微生物总量呈现先增高后降低的趋势,在3月达到峰值,不同处理条件下微生物总菌落数依次为H15>CK>HCK,H15处理模式下的土壤微生物数量为33.21×105cfu/g,是CK的1.55倍,HCK的7.27倍,较两个对照组皆达到差异性显著;4月微生物数量下降,以CK模式下的微生物数量最多,为14.25×105cfu/g,较H15和HCK下的微生物数量分别提高30.17%和51.82%;5月3个不同处理下的微生物数量与3月趋势一致,H15处理下微生物数量最多。种植西红花可增加土壤中微生物的数量,且核桃西红花间作模式可以较西红花单作显著提高土壤中微生物数量。图1

注:图中不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著(P<0.05)。HCK:15年核桃林单作(以下简称核桃单作); CK:西红花单作;H15:15年核桃林间作西红花,下同

2.2 核桃林下间作西红花对土壤真菌数量的动态变化

研究表明,在西红花的生长期2～5月,不同处理条件下真菌数量均呈现先增多后降低的变化趋势,3月达到峰值。H15处理模式下的真菌数量最多,CK次之,HCK最少,真菌菌落数分别为8.58×102、3.33×102和2.37×102cfu/g,H15真菌数量较CK对照组提高61.20%,较HCK对照组提高72.43%,差异性显著(P<0.05);4月H15模式下真菌数量骤然下降,两组对照模式下的真菌数量上升,以CK处理下真菌数量最多,为5.66×102cfu/g。5月各处理下土壤真菌数量以H15模式下微生物数量最多,为1.79×102cfu/g,较核桃单作模式提高9.18%,达到显著性差异。种植西红花可提高土壤中真菌数量,核桃西红花间作模式可显著提高土壤中真菌数量。图2

图2 西红花土壤的真菌数量的比较

2.3 核桃林下间作西红花对土壤细菌数量的动态变化

研究表明,核桃林间作西红花,能够影响土壤中的细菌数量。在西红花的生长期2～5月,不同处理条件下细菌数量总体变化趋势与微生物总量和真菌菌落数量变化一致。在3月细菌数量达到峰值,间作模式下细菌数量为33.05%,较两对照组细菌数量差异性显著(P<0.05),分别较CK和HCK提高36.66%和86.39%;其中西红花单作下的细菌数量较核桃单作(HCK)的细菌数量差异显著,较HCK提高78.84%。种植西红花会提高土壤中细菌数量,核桃西红花间作模式对土壤中细菌数量的提高更显著。图3

图3 西红花土壤的细菌数量的比较

2.4 核桃林下间作西红花对土壤放线菌数量的动态变化

研究表明,核桃林间作西红花,可对土壤中的放线菌数量造成影响与真菌和细菌菌落数量变化趋势一致,在2～5月西红花生长期,放线菌呈现单峰变化趋势,在3月菌落数量达到峰值。不同处理条件下的放线菌菌落数量为H15>CK>HCK。H15较HCK对照处理下的菌落数量较HCK提高53.58%,差异性显著(P<0.05),较CK对照组提高9.59%。3月CK对照组下的放线菌数量较HCK提高48.65%,差异显著。种植西红花可提高土壤中放线菌的数量,核桃西红花间作模式较西红花单作对土壤中放线菌数量提升效果更显著。图4

图4 西红花土壤的放线菌数量比较

3 讨 论

3.1土壤是植物赖以生存的条件,土壤中的微生物能够改善土壤微环境和提高土壤肥力,对作物的生长具有很大影响[19-22]。周楷玲等[23]研究表明,林下间作模式会大大增加土壤中微生物的数量,进而改善植物的生长环境;郑灏[24]研究表明,林下间作模式下的微生物数量大于单作模式下的微生物数量。试验结果与其一致,核桃林下间作西红花的处理模式下的土壤微生物数量较西红花单作和核桃单作模式显著提高。研究结果显示,核桃林间作西红花土壤微生物数量总体呈现先升高后降低的趋势,不同处理间比较,2月土壤微生物变化不大,在3月以后逐渐达到峰值,后期渐渐降低,原因一方面微生物的变化可能与西红花生长有关,3月正值西红花生长旺盛期,根系代谢旺盛,为土壤中提供了较多的根系代谢物,有利于土壤微生物的繁殖,而4月以后西红花逐渐进入休眠期,根系活力下降,代谢物减少,所以土壤里的微生物也变少;另一方面微生物的变化可能与核桃树的生长有关,3月底核桃树开始萌芽,4～5月逐渐进入生长旺盛期,其根系分泌的化学物质会影响微生物的繁殖[25]。

3.2核桃树能够分泌一种胡桃醌的次生物质,其化感作用不仅能够抑制对林下植物生长,而且影响其土壤中微生物的繁殖[26]。马叶红等[25]研究表明,细菌和真菌数量随核桃年限的增加而升高,放线菌数量随着核桃生长年限的增加而降低。崔翠等研究表明[4],核桃树次生代谢物胡桃醌在其生长旺盛期分泌较多,且对土壤中细菌和真菌的抑制性较强。此次试验结果与其一致,15年树龄的核桃林间作西红花下土壤中细菌和真菌数量最多;在西红花生长期,3月其土壤中微生物数量达到最大,随着核桃树的萌发并逐渐进入旺盛生长期,其根系微生物的数量渐渐减少。其数量变化可能受到西红花和核桃树相互作用的影响,具体产生原因,有待于进一步的研究。

4 结 论

西红花生长期,土壤微生物数量变化规律总体呈现先升高后下降的趋势,西红花生长旺盛期3月H15微生物总量为33.21×105cfu/g,不同生长年限核桃林间作西红花处理模式下土壤中微生物总量与细菌、真菌和放线菌菌落数量变化趋势一致,依次为H15>CK>HCK。核桃林间作西红花种植模式下的微生物数量较对照模式显著提高,在西红花生长期内,土壤中的微生物的数量在其生长旺盛期达到最多;间作模式下土壤微生物的种群数量变化与西红花的生长和核桃树生长周期具有一定相关性。