甘蔗套種馬鈴薯機(jī)械化栽培對土壤微生物多樣性及甘蔗養(yǎng)分吸收的影響

劉曉燕 梁強(qiáng) 龐天 李毅杰 徐林 吳凱朝 鄧智年 宋修鵬 李楊瑞 王維贊

摘要：【目的】研究甘蔗套種馬鈴薯機(jī)械化栽培對土壤微生物多樣性和甘蔗養(yǎng)分吸收的影響，為該套種模式的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。【方法】采用大田隨機(jī)區(qū)組試驗，設(shè)甘蔗單作（對照）和甘蔗套種馬鈴薯2種栽培模式，每種種植模式分為根際區(qū)和非根際區(qū)進(jìn)行土壤采集，即甘蔗單作區(qū)的根際土、非根際土及甘蔗套種區(qū)的根際土、非根際土。利用傳統(tǒng)測定方法和Illumina高通量測序技術(shù)分析2種栽培模式下的土壤理化性質(zhì)、甘蔗養(yǎng)分吸收和微生物多樣性的差異?！窘Y(jié)果】與甘蔗單作相比，套種區(qū)甘蔗根際土的有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀含量分別顯著提高4.93%、12.32%、6.40%和8.92%（P<0.05，下同）;非根際土的有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀含量分別顯著提高10.50%、56.01%、48.31%和51.52%;套種區(qū)顯著降低了土壤容重，提高了土壤含水量。套種區(qū)土壤的真菌Shannon、ACE和Chao1指數(shù)顯著高于單作區(qū)，Simpson指數(shù)顯著低于單作區(qū);土壤細(xì)菌Shannon、Simpson、ACE和Chao1指數(shù)則與單作區(qū)無顯著差異（P>0.05，下同）。套種提高了土壤細(xì)菌酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）和浮霉菌門（Planctomycetes）及真菌擔(dān)子菌門（Basidiomycota）、毛霉菌門（Mucoromycota）和其他未知真菌類群的比例，降低了細(xì)菌變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）和桿菌屬門（Patescibacteria）及真菌子囊菌門（Ascomycota）的比例。相關(guān)分析結(jié)果顯示，土壤pH、速效鉀、土壤容重和土壤含水量對土壤細(xì)菌及真菌群落的影響較大，其中土壤細(xì)菌群落中的擬桿菌門和厚壁菌門分別與土壤容重和土壤有效磷呈顯著正相關(guān)，綠彎菌門和芽單胞菌門分別與土壤容重和土壤速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān);土壤真菌群落中的子囊菌門與土壤容重呈顯著正相關(guān)，擔(dān)子菌門與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)。套種顯著降低了苗期甘蔗對磷和鉀的吸收量，對生長后期甘蔗的養(yǎng)分吸收無顯著影響。【結(jié)論】甘蔗套種馬鈴薯機(jī)械化栽培可有效改善土壤理化性質(zhì)，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高甘蔗產(chǎn)量和含糖量，增加經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)土地的用養(yǎng)結(jié)合，是較合理的套種模式。

關(guān)鍵詞： 甘蔗;馬鈴薯;套種;機(jī)械化;微生物多樣性

中圖分類號： S566.1;S532? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）02-0297-10

Abstract：【Objective】To investigate the influence on soil microbial diversity and sugarcane nutrient accumulation by mechanized cultivation of sugarcane/potato intercropping. Furthermore， to provide scientific evidence for the application and promotion of this cultivated mode. 【Method】A field randomized block experiment which including two treatments：sugarcane monoculture（control） and sugarcane/potato intercropping was set up. The rhizosphere and non-rhizosphere soil of each treatment were collected for further analysis， which were rhizosphere soil of sugarcane monoculture， non-rhizosphere soil of sugarcane monoculture， rhizosphere soil of sugarcane intercropping and non-rhizosphere soil of sugarcane intercropping. The physical and chemical properties difference，nutrient accumulation in sugarcane plant and microbial community structure diversity in soil in different treatments were analyzed using traditional measurement and Illumina high throughput sequencing technology. 【Result】As compared to the monoculture， the organic matter content， hydrolysable nitrogen， available phosphorus and available potassium contents in rhizosphere soil of sugarcane cropping were significantly increased by 4.93%，12.32%，6.40% and 8.92%（P<0.05， the same below）， while those in non-rhizosphere soil? were increased by 10.50%，56.01%，48.31% and 51.52%， respectively. The soil bulk density was significantly reduced while soil water content was increased in intercropping area. The Shannon， ACE and Chao1 indexes of fungus in intercropping soil were significantly higher than monoculture. But the Simpson index was significantly lower than monoculture. The Shannon， Simpson， ACE and Chao1 indexes of bacteria in intercropping soil had no significant difference with monoculture（P>0.05， the same below）. Intercropping increased the proportion of Acidobacteria， Chloroflexi and Planctomycetes in bacteria and Basidiomycota， Mucoromycota and other unknown fungi， and decreased the proportion of Proteobacteria， Actinobacteria， Firmicutes and Patescibacteria in bacteria and Ascomycota in fungus. The relative abundance of Acidobacteria，Chlorobacteria and Lycophyta in bacteria， and unknown fungi were increased in intercropping than monoculture， but those of Acidobacteria and Firmicutes in bacteria， Saccharomyces in fungi were decreased. Correlation analysis indicated that the soil pH， soil organic matter content， soil available potassium content， soil bulk density and soil water content had a great influence on soil microbial diversity. Among them，Bacteroidetes and Firmicutes diversity of soil bacterial had significant positive correlation with soil bulk density and available phosphorus content， while the diversity of Chloroflexi and Gemmatimonadetes were significantly negatively correlated with soil bulk density and available potas-sium content. As for the soil fungi diversity， Ascomycota was significantly positively correlated with soil bulk density? while Basidiomycota was significantly negatively correlated with it. The nitrogen accumulation was significantly increa-sed， but the phosphorus and potassium accumulation were decreased in sugarcane plant at seedling stage of intercropping treatment， while that was no significant difference of nutrient accumulation at the mature stage. 【Conclusion】The mechanized cultivation of sugarcane/potato intercropping has a positively impact on soil chemical properties， changes soil microbial diversity， sugarcane production and sugar content， increase economic benefit and realize the combination of land use and maintenance. It is a reasonable interplanting mode.

Key words： sugarcane; potato; intercropping; mechanization; microbial diversity

Foundation item： Guangxi Science and Technology Major Project（Guike AA17202005）; Science and Technology Development Project of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke 2021YT011， Guinongke 2021ZX01， Guinongke 2020ZX13）

0 引言

【研究意義】甘蔗是我國重要的糖料作物，也是廣西主要的經(jīng)濟(jì)作物之一。廣西的糖料蔗種植面積較大，據(jù)廣西糖業(yè)年報數(shù)據(jù)顯示，2018/2019年榨季全區(qū)甘蔗種植面積為74.38萬ha。蔗田間套種是提高土地光、熱、水資源利用率及增加單位面積經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。廣西許多蔗區(qū)特別是重點實施的甘蔗雙高基地均配備有良好的灌溉基礎(chǔ)設(shè)施，具備間套種的條件。當(dāng)前甘蔗套種馬鈴薯是廣西重點推廣的間套種模式，然而，目前甘蔗套種馬鈴薯的種植面積較少，其中原因之一是傳統(tǒng)的人工套種模式費時費工，導(dǎo)致種植效益低，農(nóng)戶積極性不高。近年來，隨著甘蔗種植行距的加大及配套農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合，甘蔗套種馬鈴薯已可實現(xiàn)從種植、管理到收獲的全程機(jī)械化，生產(chǎn)效率得到較大提高。合理的間套作不僅能提高單位面積土地的復(fù)種指數(shù)和利用率，增加農(nóng)民收益，還能改善田間的微生態(tài)環(huán)境（唐秀梅等，2020）。因此，研究甘蔗套種馬鈴薯機(jī)械化栽培模式下的土壤微生態(tài)及養(yǎng)分變化特征，對該模式的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國內(nèi)外相關(guān)研究表明，甘蔗套種馬鈴薯不僅具有明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢（Imam et al.，1990），可顯著提高經(jīng)濟(jì)效益（余顯榮等，2012;施立科等，2015），還可增加復(fù)種指數(shù)和地面覆蓋（陳政等，2013），起到控制雜草（McDonagh et al.，1993），抗旱保水，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的作用（Nankar，1990）。在土壤微生物方面，前人的研究結(jié)果因間套作模式、作物類型、生育時期、施肥水平不同而存在差異。多數(shù)研究證明間套作可增加土壤微生物數(shù)量及微生物多樣性。董艷等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，間作顯著增加了小麥和蠶豆根際的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量和微生物總量，顯著降低了開花期和成熟期蠶豆根際的微生物多樣性。覃瀟敏等（2015）研究表明，玉米/馬鈴薯間作改變了根際微生物群落結(jié)構(gòu)組成，提高了根際微生物群落功能多樣性。彭東海等（2014）、陳海生等（2019）的研究結(jié)果顯示，間作能顯著提高甘蔗/花生、甘蔗/大豆根際土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量，改變土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性。在養(yǎng)分吸收利用方面，李隆等（2000）在小麥/大豆的研究中發(fā)現(xiàn)，間作作物氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收總量分別高出相應(yīng)單作24%～39%、6%～27%和24%～64%，認(rèn)為間作優(yōu)勢主要表現(xiàn)在養(yǎng)分吸收量的增加。而楊友瓊等（2016）對玉米/馬鈴薯養(yǎng)分利用特征的研究結(jié)果顯示，間作玉米植株氮、鉀濃度顯著低于單作，認(rèn)為間作玉米的養(yǎng)分吸收量無優(yōu)勢?！颈狙芯壳腥朦c】前人對甘蔗套種馬鈴薯的研究主要集中在栽培模式優(yōu)化及產(chǎn)量效益分析等方面（江澤普等，2013;徐文果等，2015;梁和等，2017），而針對間套作條件下土壤微生物群落多樣性和甘蔗養(yǎng)分含量變化的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過研究甘蔗套種馬鈴薯和甘蔗單作機(jī)械化栽培模式下土壤理化性質(zhì)、土壤微生物多樣性及甘蔗養(yǎng)分吸收量的變化特征，明確甘蔗套種馬鈴薯對土壤微生態(tài)及甘蔗生長的影響，以期為甘蔗套種馬鈴薯模式的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試甘蔗品種為早熟高糖、分蘗性強(qiáng)的桂糖49號，采用標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化生產(chǎn)的包衣脫毒健康種莖。馬鈴薯品種為生育期短、早熟高產(chǎn)的費烏瑞它。

1. 2 試驗方法

試驗在廣西武鳴縣啟德村進(jìn)行。供試土壤為酸性黃壤，耕層土壤pH 5.5、有機(jī)質(zhì)含量16.2 g/kg、水解性氮含量86.5 mg/kg、有效磷含量17.6 mg/kg、速效鉀含量90.0 mg/kg。

試驗設(shè)甘蔗單作（對照）和甘蔗套種馬鈴薯2種種植模式，每種種植模式分為根際區(qū)和非根際區(qū)進(jìn)行土壤采集，即甘蔗單作區(qū)的根際土（A）、非根際土（B）及甘蔗套種區(qū)的根際土（C）、非根際土（D）。甘蔗于2019年10月7日種植，播種前用旋耕機(jī)預(yù)開行粉溝，行距為2.6 m，行溝寬0.4 m，用甘蔗預(yù)切式精量種植機(jī)將蔗種播種于行溝內(nèi)，下種量52500～60000芽/ha，蔗種呈雙行平行排列，同時施用43%硝基磷鉀復(fù)合肥（N∶P∶K=20∶8∶15）450 kg/ha作基肥。馬鈴薯于2019年11月27日種植，用拖拉機(jī)和配套的雙行播種機(jī)在甘蔗行間一次性進(jìn)行開溝、施肥、播種、覆土、起壟、鋪放滴管和覆蓋黑膜等作業(yè)。壟寬0.80 m，每壟種植2行馬鈴薯，行距0.40 m，株距0.25 m，種植密度30000株/ha。每公頃施35%三元復(fù)合肥（N∶P∶K=18∶18∶18）450～750 kg、硫酸鉀肥（K2O≥50%）75～120 kg。試驗小區(qū)按隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，行長10 m，5行區(qū)，小區(qū)面積為150 m2。馬鈴薯于2020年3月20日用小型馬鈴薯收獲機(jī)進(jìn)行收獲，收獲后用拖拉機(jī)懸掛寬行施肥培土機(jī)對甘蔗進(jìn)行中耕施肥培土，每公頃施43%復(fù)合肥（N∶P∶K=20∶8∶15）1500 kg。甘蔗于2020年12月15日收獲，分別在套種區(qū)和單作區(qū)人工砍收3個小區(qū)測產(chǎn)，每小區(qū)測產(chǎn)面積120 m2，其他小區(qū)采用機(jī)械收獲。同時調(diào)查株高、莖徑和有效莖數(shù)，每小區(qū)采集6根甘蔗檢測蔗糖分含量，并換算成含糖量。含糖量（kg/ha）=蔗莖產(chǎn)量（kg/ha）×蔗糖分含量（%）。

1. 3 測定項目及方法

1. 3. 1 樣品采集 馬鈴薯成熟待收獲時，每小區(qū)按五點采樣法采集各處理的根際土和非根際土。其中根際土采用抖土法采集，將甘蔗植株連根挖起后抖落大塊的土壤，用毛刷刮下附著在根系的土壤至無菌袋中;套種區(qū)非根際土取自馬鈴薯種植區(qū)域，單作區(qū)非根際土取自2行甘蔗種植行間，挖取30 cm深土層，按四分法混合樣品后放至無菌自封袋，一部分液氮速凍并帶回實驗室置于-80 ℃冰箱保存，用于分析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性;一部分風(fēng)干用于測定土壤養(yǎng)分含量。每小區(qū)采集3株甘蔗植株，烘干后稱重，并測定全氮、全磷和全鉀含量。

1. 3. 2 土壤和植株理化性質(zhì)測定 土壤理化性質(zhì)測定參照《土壤分析技術(shù)規(guī)范》的方法（杜森和高祥照，2006）。土壤pH采用電位測定法，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定，土壤水解性氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定，土壤速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，土壤有效鉀含量采用火焰光度計法測定，土壤含水量采用烘干法測定，土壤容重采用環(huán)刀法測定。甘蔗植株全氮含量采用H2SO4-H2O2蒸餾法測定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測定，全鉀含量采用火焰光度計法測定。

1. 3. 3 土壤微生物測序 根際土壤樣品總DNA提取、PCR擴(kuò)增及序列測定均委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。利用FastDNA SPIN Kit for Soil試劑盒提取土壤DNA，1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA完整性，用NanoDrop 2000分光光度計檢測DNA的濃度和純度。細(xì)菌16S rDNA采用V3～V4通用引物338F和806R，真菌18S rDNA采用V4通用引物SSU0817F和1196R進(jìn)行PCR擴(kuò)增，并進(jìn)行鑒定、純化及定量分析。采用Illumina MiSeq測序平臺對PCR產(chǎn)物進(jìn)行雙端測序，以2%瓊脂糖凝膠電泳回收PCR擴(kuò)增產(chǎn)物，經(jīng)純化、洗脫及電泳檢測后，用QuantusTM Fluorometer（Promega）進(jìn)行檢測定量，并構(gòu)建文庫。

1. 4 統(tǒng)計分析

采用DPS v18.10進(jìn)行方差分析，用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)通過美吉生物i-sanger云平臺進(jìn)行個性化分析，應(yīng)用Mothur計算微生物Alpha多樣性指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2. 1 甘蔗套種馬鈴薯對土壤理化性狀的影響

由表1可知，各處理的土壤pH均呈偏酸性且無顯著差異（P>0.05，下同）。與甘蔗單作區(qū)的根際土（A）和非根際土（B）相比，甘蔗套種區(qū)的根際土（C）和非根際土（D）的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高4.93%和10.50%，水解性氮含量分別提高12.32%和56.01%，有效磷含量分別提高6.40%和48.31%，速效鉀含量分別提高8.92%和51.52%，且均顯著高于單作區(qū)（P<0.05，下同）。甘蔗套種區(qū)非根際土（D）的土壤容重最低，其次是根際土區(qū)（A和C），單作區(qū)非根際土（B）的土壤容重最高，其中套種區(qū)非根際土（D）的土壤容重顯著低于其他處理。甘蔗套種區(qū)非根際土（D）的含水量顯著高于單作區(qū)非根際土（B）的含水量，而甘蔗根際土（A和C）的含水量無顯著差異。由此可知，甘蔗套種馬鈴薯可在一定程度上提高套種區(qū)土壤的速效養(yǎng)分含量和土壤含水量，降低土壤容重。

2. 2 土壤樣品測序信息統(tǒng)計

對4個處理區(qū)的12個土壤樣品進(jìn)行Illumina Miseq高通量測序，數(shù)據(jù)經(jīng)過濾優(yōu)化后共獲得細(xì)菌基因有效序列572209條，有效堿基數(shù)目237767103條，序列平均長度415 bp;真菌基因有效序列1223184條，有效堿基數(shù)目466559653條，序列平均長度381 bp。細(xì)菌文庫覆蓋率均達(dá)97%以上，真菌文庫覆蓋率均達(dá)99%以上，說明樣品中大部分的細(xì)菌和真菌種群均能被檢測出，測序結(jié)果能夠反映樣品中微生物群落的真實情況（表2）。

2. 3 甘蔗套種馬鈴薯對土壤微生物群落多樣性的影響

Alpha多樣性指數(shù)包括Shannon、Simpson、ACE和Chao1等指標(biāo)，這些指標(biāo)反映了樣品內(nèi)部的物種豐富度和多樣性，Shannon、ACE和Chao1指數(shù)越大，Simpson指數(shù)越小，表明樣品的物種豐富度和多樣性越高。由表3可知，各處理土壤細(xì)菌群落的Shannon、Simpson、ACE和Chao1指數(shù)均無顯著差異，說明該套種模式對土壤細(xì)菌群落的相對豐度和多樣性無顯著影響。套種區(qū)非根際土（D）真菌群落的Shannon、ACE和Chao1指數(shù)均高于單作非根際土（B），Simpson指數(shù)則顯著低于單作非根際土（B），而根際土（A和C）的各項指標(biāo)均無顯著差異，說明甘蔗套種馬鈴薯對真菌群落的影響較大，可顯著提高套種區(qū)土壤真菌群落的相對豐度，但對甘蔗根際土的真菌群落豐度和多樣性無顯著影響。

2. 4 甘蔗套種馬鈴薯對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

由圖1和圖2可看出，在門水平上，土壤細(xì)菌群落中的主要類群有變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、浮霉菌門（Planctomycetes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、桿菌屬門（Patescibacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和己科河菌門（Rokubacteria）。套種降低了土壤變形菌門、放線菌門、厚壁菌門和桿菌屬門在類群中所占的比例，提高了酸桿菌門、綠彎菌門和浮霉菌門等細(xì)菌類群所占比例。土壤真菌群落中的優(yōu)勢類群主要是子囊菌門（Ascomycota）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota）和毛霉菌門（Mucoromycota）。套種降低了土壤子囊菌門所占比例，提高了擔(dān)子菌門、毛霉菌門和其他未知真菌類群的比例。其中甘蔗根際土（A和C）的真菌群落結(jié)構(gòu)差異較小，非根際土（B和D）的真菌群落結(jié)構(gòu)差異較大，單作區(qū)非根際土中子囊菌門占絕大部分比例（92.7%），其他真菌類群只占極少部分比例（7.3%），而套種區(qū)非根際土中子囊菌門所占比例下降（78.9%），其他真菌類群所占比例上升（21.1%）。

2. 5 土壤微生物群落與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)分析

為明確土壤微生物群落和土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性，在門分類水平上對土壤微生物群落與土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤堿解氮、土壤有效磷、土壤速效鉀、土壤容重和土壤含水量等環(huán)境因子進(jìn)行冗余分析（RDA）。由圖3可知，對于土壤細(xì)菌群落，RDA前2個軸共解釋了63.51%的群落變化，其中對土壤細(xì)菌群落影響較大的有土壤pH、土壤有效磷、土壤速效鉀、土壤容重和土壤含水量，土壤有機(jī)質(zhì)對土壤細(xì)菌群落影響較小;對于土壤真菌群落，RDA前2個軸共解釋了74.96%的群落變化，其中對土壤真菌群落影響較大的有土壤pH、土壤速效鉀、土壤容重和土壤含水量，土壤有效磷對土壤真菌群落的影響較小。

為進(jìn)一步明確微生物群落分類與環(huán)境變量之間的相關(guān)性，對土壤微生物群落中的優(yōu)勢菌群（門水平）和環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)性heatmap圖通過相關(guān)性數(shù)值可視化展示樣本中不同的物種與環(huán)境變量之間的關(guān)系，圖中X軸和Y軸分別為環(huán)境因子和物種，相關(guān)性R值在圖中以不同顏色展示（圖4）。由圖4可看出，土壤細(xì)菌群落中的擬桿菌門和厚壁菌門分別與土壤容重和土壤有效磷呈顯著正相關(guān)，綠彎菌門和芽單胞菌門分別與土壤容重和土壤速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān);土壤真菌群落中的子囊菌門與土壤容重呈顯著正相關(guān)，擔(dān)子菌門與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)。此外，未分類和未知真菌與土壤有機(jī)質(zhì)、土壤堿解氮、土壤速效鉀、土壤容重、土壤含水量等環(huán)境因子也存在顯著相關(guān)性。

2. 6 甘蔗套種馬鈴薯對甘蔗養(yǎng)分吸收的影響

由表4可知，苗期套種區(qū)甘蔗植株的全氮含量與單作區(qū)無顯著差異，全磷和全鉀含量分別比單作區(qū)顯著降低16.23%和13.18%;成熟期套種區(qū)甘蔗植株的養(yǎng)分含量與單作區(qū)無顯著差異。說明甘蔗寬行距套種馬鈴薯機(jī)械化栽培對苗期甘蔗養(yǎng)分吸收積累的影響較大，可在一定程度上降低甘蔗對磷和鉀的吸收（表4）。

2. 7 甘蔗套種馬鈴薯的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益

由表5可知，套種區(qū)甘蔗的出苗數(shù)、分蘗數(shù)、有效莖數(shù)與單作區(qū)無顯著差異，株高、莖徑、蔗莖產(chǎn)量和含糖量均顯著高于單作區(qū)，其中蔗莖產(chǎn)量和含糖量分別比單作區(qū)提高12.66%和10.02%;套作區(qū)的馬鈴薯產(chǎn)量為10582.0 kg/ha，按市場價2元/kg、生產(chǎn)成本（種子1500元/ha、肥料3000元/ha、滴灌3000元/ha、地膜330元/ha、機(jī)械1500元/ha、人工3000/ha元）共12330元/ha計，可增收8834元/ha。

3 討論

3. 1 甘蔗套種馬鈴薯機(jī)械化栽培對土壤理化性質(zhì)的影響

甘蔗傳統(tǒng)的種植行距是0.8～1.2 m，近年來為了適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)，甘蔗行距加寬到了1.2 m以上。采用寬行距種植甘蔗能提高機(jī)械作業(yè)流暢性，減少對土壤的壓實，改善土壤貫入阻力和抗剪強(qiáng)度（羅俊等，2020）。此外，寬行種植模式下的田間除草、施肥培土等機(jī)械作業(yè)不易受甘蔗長勢和天氣的影響，解決了傳統(tǒng)機(jī)械管理因天氣和甘蔗生長影響的作業(yè)難題（覃建才，2019）。但隨著種植行距的增大，也造成了甘蔗生長前期的土地和光能利用率低等問題（梁和等，2017）。前人研究發(fā)現(xiàn)，合理的間套種不僅能提高復(fù)種指數(shù)和土地利用率，還可提高土壤養(yǎng)分含量（余常兵等，2009）。本研究結(jié)果表明，甘蔗套種馬鈴薯增加了土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，與章家恩等（2009）、唐秀梅等（2015）研究的玉米/花生、木薯/花生間作模式能提高土壤養(yǎng)分含量的結(jié)果一致。其中甘蔗非根際土養(yǎng)分含量的增加幅度較大，甘蔗根際土的增加幅度較小，甘蔗非根際土養(yǎng)分含量的顯著增加可能與套種作物的肥料施用有關(guān)，而根際土壤養(yǎng)分含量的增加可能是套種作物根際土壤中的速效養(yǎng)分通過質(zhì)流和擴(kuò)散運移至甘蔗根際土壤的結(jié)果。本研究還發(fā)現(xiàn)甘蔗套種馬鈴薯降低了套種區(qū)的土壤容重，提高了土壤含水量。機(jī)械作業(yè)對土壤的壓實是影響土壤理化性質(zhì)和甘蔗根系生長的一個重要因素（李毅杰等，2017;劉曉燕等，2018），而行間套種馬鈴薯，其根系的生長及莖葉還田對土壤的改良，可有效改善機(jī)械化栽培管理可能伴生的土壤過度壓實等不良影響。此外，由于套種馬鈴薯通常需配套良好的灌溉條件（滴灌或噴灌），以及套種作物對行間土壤的遮蔽作用，也可有效緩解蔗田的干旱和缺水等問題。

3. 2 甘蔗套種馬鈴薯機(jī)械化栽培對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

土壤微生物參與土壤有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)等過程，是評價土壤肥力和質(zhì)量的重要指標(biāo)（Kennedy and Smith，1995）。土壤微生物多樣性反映了土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，是土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與微生物功能的綜合表現(xiàn)（Li et al.，2016）。關(guān)于間套種條件下土壤微生物多樣性變化的研究結(jié)果存在差異。Wang等（2007）研究表明，小麥間作蕓薹屬植物改變了小麥根際微生物群落結(jié)構(gòu)和群落多樣性，土壤細(xì)菌豐富度減少，真菌豐富度增加;覃瀟敏等（2015）、趙雅姣等（2020a）研究發(fā)現(xiàn)，玉米/馬鈴薯、紫花苜蓿/玉米間作體系中，間作可顯著提高2種作物根際微生物的多樣性指數(shù)與豐富度指數(shù)。而李艷春等（2019）研究顯示，茶園間作對土壤細(xì)菌群落多樣性的影響不顯著。本研究結(jié)果表明，套種區(qū)甘蔗非根際土壤的真菌多樣性指數(shù)顯著高于單作區(qū)，土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)則無顯著差異;甘蔗根際土壤的細(xì)菌和真菌多樣性指數(shù)差異均不顯著。研究結(jié)果與前人研究存在差異，原因可能是由于間套種體系中作物種類、種植模式和土壤環(huán)境不同，導(dǎo)致作物的根系分泌物、腐殖質(zhì)和作物莖葉殘留等差異而引起。本研究中，為更好地實現(xiàn)全程機(jī)械化種植，甘蔗種植行距設(shè)為2.6 m的寬行距，馬鈴薯種植區(qū)與甘蔗種植行間有足夠?qū)挼拈g距，減少了地下部根系的交互作用，因此甘蔗根際的土壤微生物多樣性不易受套種作物的影響。

羅俊等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗根際土壤中細(xì)菌門水平的優(yōu)勢群落包括變形菌門、放線菌門、酸桿菌門和綠彎菌門，真菌門水平的優(yōu)勢群落包括子囊菌門和擔(dān)子菌門。葛應(yīng)蘭和孫廷（2020）研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯根際土壤中細(xì)菌門水平的優(yōu)勢群落包括變形菌門、酸桿菌門、芽單胞菌門和放線菌門，真菌的優(yōu)勢類群包括子囊菌門、擔(dān)子菌門和結(jié)合菌門。本研究中，無論是單作還是套種，土壤細(xì)菌群落中的優(yōu)勢類群（門水平）均是變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、酸桿菌門和綠彎菌門，土壤真菌群落中的優(yōu)勢類群均是子囊菌門、擔(dān)子菌門和毛霉菌門，與羅俊等（2020）、葛應(yīng)蘭和孫廷（2020）的研究結(jié)果基本一致，說明間套種并未改變土壤細(xì)菌和真菌的優(yōu)勢類群種類。王娜等（2016）研究馬鈴薯/玉米、馬鈴薯/蠶豆間作模式時發(fā)現(xiàn)，間作能有效改善根際土壤細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu)，使有益菌的比例上升，潛在致病菌的比例下降。李艷春等（2019）、農(nóng)澤梅等（2020）研究顯示，土壤pH、全氮、全磷、速效鉀和堿解氮等與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)。本研究中，甘蔗套種馬鈴薯降低了細(xì)菌變形菌門、放線菌門、厚壁菌門和真菌子囊菌門的相對豐度，提高了土壤細(xì)菌酸桿菌門、綠彎菌門、芽單胞菌門及真菌未知菌群的相對豐度。酸桿菌可產(chǎn)生微生物黏液和多糖，有利于土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和碳儲存（Trivedi et al.，2013）;綠彎菌可攝取二氧化碳，降解有毒物質(zhì)（Bauld and Brock，1973;趙雅姣，2020b）;芽單胞菌參與土壤中的磷代謝（Gul and Whalen，2016），這幾個類群相對豐度的增加，說明套種提高了參與土壤碳氮循環(huán)和養(yǎng)分代謝相關(guān)菌群的比例。冗余分析結(jié)果顯示，土壤pH、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、容重和土壤含水量是對土壤細(xì)菌和真菌群落影響較大的環(huán)境因子，與前人的研究結(jié)果略有差異，說明除了土壤酸堿度和養(yǎng)分含量，土壤物理性狀的改變同樣是影響土壤微生物群落的重要因素。

3. 3 甘蔗套種馬鈴薯機(jī)械化栽培對甘蔗養(yǎng)分吸收的影響

間套作的優(yōu)勢主要在于資源的有效利用，在作物營養(yǎng)方面主要體現(xiàn)在養(yǎng)分吸收量的增加和養(yǎng)分利用效率的提高（楊友瓊等，2016）。李隆等（2000）、唐明明等（2015）研究發(fā)現(xiàn)小麥/大豆、玉米/馬鈴薯、大豆/馬鈴薯、玉米/油菜和大豆/油菜間作均能提高作物對氮、磷和鉀養(yǎng)分吸收總量。本研究結(jié)果表明，甘蔗套種馬鈴薯可顯著提高苗期甘蔗對氮的積累量，但降低對磷和鉀的吸收量。間套種體系中的作物對土壤養(yǎng)分存在競爭關(guān)系，由于間套種作物生長期內(nèi)對養(yǎng)分的需求不同，不同間作物種能通過競爭互補或互利，在時間上增加作物對吸收養(yǎng)分的有效性，降低作物種間的競爭。甘蔗套種馬鈴薯模式中2種作物的共生期是11月至次年3月，甘蔗的生長期較長，共生期內(nèi)是甘蔗的出苗及分蘗期，對氮肥的需求量較大，顯然其具有更強(qiáng)的競爭能力;馬鈴薯的生長期較短，共生后期是馬鈴薯結(jié)薯期，對磷和鉀需求量較大，因此對磷和鉀肥的吸收具有競爭優(yōu)勢。此外，由于套種的行距較寬，2種作物的莖葉在空間上交互效應(yīng)和競爭關(guān)系較小，可充分利用地上部的光熱資源。目前，甘蔗套種馬鈴薯的種植、管理和收獲均可實現(xiàn)全程機(jī)械化，極大提高了生產(chǎn)效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益，因此該種植模式是南方蔗區(qū)較理想的間套種模式。

4 結(jié)論

甘蔗套種馬鈴薯機(jī)械化栽培可有效改善土壤理化性質(zhì)，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性，提高甘蔗產(chǎn)量和含糖量，增加經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)了土地的用養(yǎng)結(jié)合，是較合理的套種模式。

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（責(zé)任編輯 王 暉）