槟榔林下间作平托花生土壤细菌群落结构及多样性研究

摘要

为探索槟榔林下间作平托花生能否改善槟榔园土壤微生物环境,试验选取槟榔林下间作平托花生和槟榔单作模式下10~20 cm土层的土壤样本,测定pH及酸性有效磷、全磷、速效钾、有机碳、全氮、碱解氮、全钾含量等理化因子,在此基础上,利用Illumina MiSeq测序平台对槟榔间作平托花生和槟榔单作模式下土壤的细菌群落进行16S rRNA V4~V5区检测。结果表明:在理化因子方面,槟榔林下间作平托花生模式下的有效磷、全磷、全钾、速效钾含量以及p H显著提高。在土壤细菌群落多样性方面,间作模式的土壤细菌多样性和丰富度与槟榔单作模式存在一定差异,其中Chao1指数、ACE指数分别显著增加4.95%、4.60%,Shannon指数和Simpson指数也均增加但未达显著性差异,土壤细菌的物种丰富度和群落多样性均有所提高。在土壤细菌群落结构方面,从门水平分析,2组样本的主要优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi);从属水平上分析,主要优势菌属为Gp1~Gp6、亚硝化球菌属(Nitrososphaera)、Gaiella、芽单胞菌属(Gemmatimonas)和Pseudolabrys等。冗余分析结果表明,速效钾、有机碳、全氮和干湿比是影响土壤细菌群落结构的主要理化因子;速效钾解释了76.2%的变异程度,有机碳、全氮和干湿比解释度分别为3.5%、7.6%和9.1%;排序轴1、排序轴2对土壤总细菌变异程度的解释度分别为83.96%、8.71%,解释度总共高达92.67%。单作模式的土壤细菌群落结构差异主要由全氮和有机碳含量的变化引起,而间作模式细菌群落结构主要受速效钾和干湿比的影响。此外,放线菌门、芽单胞菌门、变形菌门与速效钾、有机碳、全氮含量呈正相关;酸杆菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、疣微菌门与速效钾含量和干湿比呈负相关;属水平下由细菌菌属与理化因子的相关性分析可知,亚硝化球菌属、硝化螺菌属、Gp4、Gp1和Gp2菌属均与理化因子呈显著负相关;Gaiella、芽单胞菌属、Pseudolabrys、红游动菌属与理化因子呈显著正相关。代谢功能预测分析表明,氨基酸代谢、碳水化合物代谢、膜运输和能量代谢是两种种植模式下细菌群落的主要代谢功能途径。间作后细菌群落能量代谢功能基因增加,苯丙素、类黄酮和甜菜红色素等次生代谢产物生物合成功能基因均显著减少,辅助因子和维生素的代谢功能基因以及昼夜节律-植物的功能基因显著减少。因此,槟榔林下间作平托花生不仅能提高土壤pH、有机碳及氮、磷、钾含量和土壤细菌多样性,还能改善代谢功能,从而促进槟榔根系对营养元素的有效吸收,为槟榔健康栽培提供理论依据和技术支撑。