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间作是防治连作障碍、提高土地利用率的有效方法之一。两种蔬菜间作促进作物产量和提高土壤质量的研究多有报道,但是蔬菜和食用菌之间的间作研究较少,特别是其土壤微生物学机制研究。土壤微生物在土壤形成与发育、物质转化与能量传递过程中发挥着重要作用。其中AM真菌是土壤微生物中一类很重要的共生真菌,它能增加植物对矿质营养的吸收,提高作物产量和品质。但AM真菌对菇菜间作的影响研究也鲜见报道。基此,本研究以华北平原潮土为供试土壤,建立番茄-双孢菇间作体系,采用静态箱-半自动气体采集装置监控土壤CO2排放,利用常规化学方法测定作物产量品质和土壤养分,利用实时荧光定量PCR、DGGE和Illumina Miseq高通量测序技术分析土壤细菌和真菌数量和群落结构变化,从气肥效应和土壤微生物角度探讨菇菜间作对作物生长的影响;进一步比较接种与不接种AM真菌的双孢菇间作体系间的差异,以揭示AM真菌对菇菜间作体系的影响及其机制;最后初探能使AM真菌在菇菜间作中发挥最好效果的施磷水平。主要研究结果如下: 首先我们成功建立了番茄-双孢菇间作体系,发现菇菜间作增加了体系CO2的排放,增强了土壤磷酸酶活性,促进了番茄对磷素的吸收,从而有利于番茄产量、地下生物量和品质的提高,表现为:与单作相比,番茄糖酸比增加了46.6%和硝态氮含量下降了46.6%。此外,菇菜间作对土壤微生物产生了影响:提高了土壤真菌的多样性,并且使其群落结构发生了分异,特别是降低了尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)和稻黑孢菌(Nigrosporaoryzae)等土传病害微生物代表型基因条带的强度,有利于土壤健康。 在揭示了菇菜间作的土壤微生物学机制后,开展了AM真菌对菇菜间作的影响实验。研究发现,菇菜间作中接种AM真菌可影响土壤优势细菌和真菌群落结构,特别是显著提高了土壤细菌多样性指数,并使土壤中关键物种的相对丰度发生了变化,如细菌中互营杆菌科(Syntrophobacteraceae)相对比例的降低和屈挠杆菌科(Flexibacteraceae)相对比例的提高,以及真菌中Coccidioides posadasii相对比例的减少和球囊霉属(Glomus sp.)相对比例的增加。但是尽管AM真菌对间作中土壤微生物群落和多样性有积极影响,也显著提高了番茄的地上生物量和维生素C含量(分别提高了16.7%和13.1%),其番茄产量却仅为不接种间作处理的85.0%,即菌根效应没有得到发挥。 基于以上现象,我们进一步布置了不同施磷水平的盆栽实验,来验证不同磷肥施用量对AM真菌在菇菜间作中发挥作用的影响。研究发现,与低(0 kg hm-2)、高(120 kg hm-2)施磷水平比较,中施磷水平(60 kg hm-2)提高了菇菜间作中番茄的AM真菌侵染率,进而增加番茄产量、地上生物量和果实糖酸比,同时降低了镰刀菌的相对比例,即在速效磷含量较低的封丘潮土中,施磷量为P2O560 kg hm-2时AM真菌在番茄-双孢菇间作中发挥出的效果较好。 本研究揭示了间作能够有效提高番茄产量和品质及其土壤微生物学机制,并进一步初探了AM真菌发挥最大效用的磷肥施用量,有望为华北平原乃至全国菇菜间作的种植提供一定的理论依据和实际指导。