供氮水平对玉米/大豆间作根际土壤细菌和养分吸收及产量的影响

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玉米/大豆间作是较为常见的种植方式之一,具有明显的产量和养分利用的优势。前人对其已经进行了较多的研究,但对于玉米/大豆间作根际细菌多样性的群落结构,以及与土壤环境因子相互关系的研究较少。本试验以玉米/大豆间作体系为研究对象,设四个供氮水平(N0=0kg hm-2、N1=180 kg hm-2、N2=240 kg hm-2、N3=300 kg hm-2),玉米单作(M-M)、大豆单作(M-S)、玉米/大豆间作(玉米间作-I-M,大豆间作-I-S)三种种植模式。通过田间试验,研究不同施氮水平下玉米/大豆间作模式对土壤养分、作物养分吸收和产量的影响,同时利用高通量测序方法分析根际土壤中细菌多样性和群落结构,探究不同供氮水平玉米/大豆间作根际细菌多样性与环境因子相关关系,为间作种植模式调控土壤肥力和增产机理提供理论依据。主要结果如下:(1)不同施氮量对玉米/大豆间作体系作物根际养分含量有显著影响,不施氮处理N0与施氮处理N1、N2、N3的根际土壤养分含量差异显著。种植模式对玉米/大豆间作体系作物根际养分含量有显著影响,在N0、N1、N2、N3四个供氮水平下,间作显著增加了玉米根际土壤养分含量。对于大豆来说,间作显著增加了大豆根际土壤碱解氮、速效钾含量,显著降低了p H含量。(2)供氮水平对玉米及大豆根际细菌多样性有显著影响,种植模式对玉米/大豆间作体系根际微生物多样性影响不显著。在门水平,玉米根际土壤的优势菌为Proteobacteria(变形菌门)、Actinobacteriota(放线菌门)、Acidobacteriota(酸杆菌门)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Planctomycetota(扁平菌门)、Gemmatimonadota(芽单胞菌门)、Bacteroidota(拟杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)等,其中施氮对变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门影响显著,随施氮量的增加变形菌门相对丰度显著增加,酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度显著降低。扁平菌门受种植模式影响显著,相同供氮水平下单间作处理相对丰度有显著差异。对于大豆来说,门水平优势菌组成与玉米一致,但大豆根际土壤中扁平菌门相对丰度低于玉米,芽单胞菌门相对丰度高于玉米,绿弯菌门和扁平菌门受施氮量影响显著,随供氮水平的增加显著降低。RDA分析结果表明,玉米根际土壤细菌相对丰度与土壤速效磷、碱解氮、p H含量有显著相关性,大豆根际土壤细菌相对丰度与p H含量有显著相关性。(3)供氮水平对玉米/大豆间作体系总养分吸收量影响显著,种植模式显著影响了作物养分吸收量总量。在相同供氮水平下,间作玉米植株养分吸收总量显著高于单作处理,大豆植株单作养分吸收总量显著高于间作。除了N2、N3施氮处理下的钾素当量比外,其他各处理养分当量比均大于1,说明间作具有养分优势。(4)供氮水平对玉米/大豆间作体系籽粒产量影响极显著。间作显著影响玉米/大豆间作体系籽粒产量,在N0、N1、N2、N3四个供氮水平下,玉米间作籽粒产量显著高于单作籽粒产量,较单作提高了23.18%-49.43%。大豆单作籽粒产量显著高于间作籽粒产量,较间作增加8.45%-15.43%。各处理产量当量比均大于1,说明间作具有产量优势。施氮量对玉米/大豆间作体系产量构成因素均有显著影响。玉米株高、穗位高、穗长和百粒重受间作影响显著,同时与玉米产量有显著相关性。大豆有效分枝、单株粒数、单株荚数、单株粒重和百粒重受间作影响显著,同时与大豆产量有显著相关性。综上,本研究明确了在全部供氮水平中N2水平(240 kg hm-2)较其他氮水平有明显优势,间作与单作相比可以更好地提高玉米根际土壤养分、促进植株养分吸收、提高籽粒产量。对阐明玉米/大豆间作模式下作物养分吸收及产量优势有积极影响,为合理间套作栽培、发挥作物间作产量优势提供理论依据。
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