玉米与马铃薯多样性种植对作物性状及根际微生物多样性影响的研究

摘要

玉米与马铃薯多样性种植可以提高作物单位面积产量和土地利用率，并减轻玉米和马铃薯病害的发生。云南农业大学农业生物多样性课题组前期对玉米与马铃薯多样性种植的试验研究主要集中在增产、控病、通风、透光、调节田间微气象环境及对矮杆群体马铃薯的负面效应方面。本论文在云南省昭通市昭阳区靖安乡和鲁甸县安阁村等两地进行同田对比试验研究，通过每15天测定作物的农艺性状及收获时对作物的品质及产量构成特征进行监测，同时收集净作与间作模式中作物玉米拔节期/马铃薯现蕾期、玉米抽雄期/马铃薯盛花期、成熟期、收获期四个时期玉米和马铃薯的根际土壤，采用Biolog ECO方法和DGGE方法对玉米与马铃薯间作体系中根际土壤细菌群落功能代谢多样性及物种多样性进行分析，研究主要结果如下：
　　1）研究结果发现：与马铃薯多样性种植的玉米与净作的相比，叶面积增大，不同播种期，研究发现无论是常规种植还是推后种植玉米鲜重为净作＞间作＞套作，间作的玉米的种子含水量显著低于净作，马铃薯间套作后单株重量显著下降，商品率显著下降，多样性种植显著影响玉米的品质及产量特征。对马铃薯而言相对间作马铃薯品质、产量降低，不同的播种期对地上部分农艺性状的间作效应与其环境有关。
　　2）养分测定测定结果表明：玉米与马铃薯间作对土壤中的碱解氮均无影响，间作增加土壤有效钾和有效磷的含量，但对水分无影响。靖安乡试验点在玉米拔节期/马铃薯现蕾期和玉米抽雄期/马铃薯盛花期，间作马铃薯的根际土壤有效磷低于净作，成熟期、收获期间作高于净作。鲁甸县试验点，在玉米拔节期/马铃薯现蕾期和玉米抽雄期/马铃薯盛花期，间作马铃薯铃薯的根际土壤有效磷高于净作，成熟期、收获期间作低于净作。
　　3）Biolog ECO分析结果表明：1）在作物的不同生育期，间作体系对根际微生物代谢能力的强弱有影响，作物生长势强的时候根际微生物代谢能力强，生长势弱的时候根际微生物代谢能力弱；间作体系中当矮杆作物死亡后，间作效应还在发生，间作对作物根际微生物的代谢能力的效应受作物生长的生境和生育期的影响，作物间作系统对不同作物根际微生物代谢能力的效应不同。2）玉米间作降低玉米根际土壤微生物的活力，对于马铃薯而言间作马铃薯具有生活力时，根际土壤微生物的活力与地上部分作物的生长势有关，研究发现地上部分作物叶面积增加根际土壤微生物的活力下降，地上部分作物叶面积减小根际土壤微生物的活力增加；作物衰老期根际土壤微生物的活力增加，作物收获期根际土壤微生物的活力下降。3）当玉米与马铃薯均具有生活力时，间作玉米与净作玉米相比根际微生物即对碳源代谢的能力较稳定，间作马铃薯与净作马铃薯相比根际微生物功能代谢与作物地上部分的生长势有关。成熟期和收获期，间作玉米与净作相比根际微生物功能代谢无差异，对马铃薯而言间作马铃薯根际微生物功能代谢减弱。
　　4）DGGE分析表明，玉米与马铃薯间作与细菌群落的多样性、种群落组成及动态与作物生长期及间作效应与息息相关；PCA分析和聚类分析后发现细菌物种多样性与物种组成毫无关系。
　　5）Biolog ECO数据及DGGE图谱分析表明，生长势比净作好根际土壤微生物代谢多样性与细菌群落多样性增加，对马铃薯而言规律是一样的，生长势好根际土壤微生物代谢多样性与细菌群落多样性增加，生长势弱根际土壤微生物代谢多样性与细菌群落多样性减小；当玉米与马铃薯死亡时代谢功能单一化，物种多样化。
　　6）玉米与马铃薯株高差异及叶面积的差异是影响土壤微生物的重要原因，本研究表明间作玉米与净作玉米相比，代谢活力而言MS(玉米叶面积)/PS（马铃薯叶面积）＜1，⊿AWCD（间作AWCD-净作 AWCD）＜0，对于物种多样性而言MS/PS＞1，⊿AWCD＞0：当MS/PS＜1，⊿S(间作处理条带-净作处理条带)＞0，MS/PS＞1，⊿S＜0；根际土壤微生物代谢多样性、细菌群落多样性增加；随着地上部分叶面积减小根际土壤微生物代谢能力减小，根际土壤微生物代谢多样性、细菌群落多样性减小。
　　综上所述，玉米与马铃薯间作显著影响农艺性状，间作玉米与净作玉米相比叶面积增大，品质显著增加，单位面积产量提高；间作马铃薯株高增加，叶面积与生境相关，单位面积产量下降，品质下降。玉米与马铃薯间作显著影响土壤的肥力动态，间作玉米增加土壤的有效钾，有效磷及氮元素的固持，对土壤水分无显著影响；间作马铃薯增加土壤的氮元素的固持，有效钾，有效磷变化与生境相关，对土壤水分无显著影响。玉米与马铃薯间作显著影响根际微生物的代谢群落的多样性及物种多样性及活力，间作玉米根际微生物代谢活力下降，间作增加玉米活体时期根际土壤微生物代谢多样性与细菌群落多样性，收获期时生物代谢多样性大幅下降，细菌群落多样性大幅上升，表现为功能单一化物种多样化。马铃薯活体时期根际土壤微生物代谢多样性与细菌群落多样性变化一致，靖安乡试验点代谢多样性与细菌群落多样性增加，鲁甸县多样性下降。马铃薯死体时，代谢多样性与细菌群落多样性增加，这些变化与玉米马铃薯株高差及叶面积动态变化有关，存在MS(玉米叶面积)/PS（马铃薯叶面积）＜1，⊿AWCD（间作AWCD-净作AWCD）＜0，对于物种多样性而言MS/PS＞1，⊿AWCD＞0：当MS/PS＜1，⊿S(间作处理条带-净作处理条带)＞0，MS/PS＞1，⊿S＜0规律。

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1.引言

1.1生物多样性

1.2 农业生物多样性

1.3 作物多样性种植对地上部分影响的研究

1.4 作物多样性种植对地下部分影响的研究

1.5 作物多样性种植地上部分与地下部分的关联性研究

1.6 根际微生态研究技术

1.7 排序技术及聚类技术在根际微生态分析中的运用

1.8 研究内容和目的意义

2试验材料与方法

2.1供试品种

2.2试验时间地点和试验设置

2.4 作物根际土壤的取样

2.5土壤微生物代谢群落多样性的评价

2.6 根际微生物DNA的提取及PCR-DGGE分析

3 结果与分析

3.1玉米与马铃薯多样性种植对作物性状及产量的影响

3.2 玉米与马铃薯间作对土壤肥力的影响

3.3 玉米与马铃薯间作对根际微生物功能代谢多样性的影响

3.4 玉米与马铃薯间作对根际微生物物种多样性的影响

4.讨论

4.1 玉米与马铃薯多样性种植对农艺性状及产量的关系

4.2 玉米与马铃薯间作对改善土壤肥力的效应

4.3 玉米与马铃薯间作对根际微生物代谢能力和活力的影响

4.4 玉米与马铃薯间作对根际细菌微生物代谢多样性和群落多样性的影响

4.5 玉米与马铃薯间作植株高差、叶面积的差异与根际细菌代谢能力、根际细菌代谢多样性、细菌群落多样性之间的关系

5. 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的文章