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长期以来,花椒栽培以清耕为主要的栽培方式,椒园物种单一,生态系统简单,其生产特征是土壤肥力主要依赖于化肥的不断投入,病虫害防治完全依赖化学农药,这种生产方式导致椒园生态系统生物多样性降低、病虫害大规模集中爆发、土壤酸化、水土流失、环境污染等一系列生态环境问题,最终导致花椒园产量下降,花椒农残、重金属含量超标,市场竞争力降低。因此构建生态化的生产体系,保障花椒园良好的生态环境,生产无公害、绿色、有机产品,促进产业健康高效持续发展,已成为花椒生产中需要重点解决的问题之一。
生草栽培是一种现代化的果园管理模式,在发达国家应用较多,我国在苹果、梨树、葡萄上进行了广泛的研究[1-3],在花椒上的研究处于起步阶段,研究发现,种植三叶草可以提高花椒林土壤含水量、林内空气温度、蒸腾速率[4,5],花椒林下种草可有效减轻雨水对地表的溅蚀作用,拦蓄地表径流达30%以上[6],但是也有研究表明花椒林中花椒在与白茅等杂草的竞争中处于劣势,杂草与花椒树争肥严重[7]。花椒属于浅根性树种,其根系主要分布在0~40 cm土层,生草对土壤养分及土壤微生物组成的影响将直接影响花椒根系的生长和其对养分的吸收,因此本文就生草对花椒林土壤养分及土壤微生物组成的影响进行了研究,以期为花椒林下生草模式提供理论依据。
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生草降低了花椒园土壤的水分含量,以清耕为对照,白三叶种植区平均降低了20.17%,自然生草区平均降低了21.99%。并且土层越浅,降低的越多:在0~20 cm土层,白三叶种植区降低了39.22%,自然生草区降低了29.77%,在20~40 cm土层,白三叶种植区降低了18.67%,自然生草区降低了29.18%,在40~60 cm土层,差异不大(见表1)。
覆盖方式 土层深度
cm水分含量
%有机质
%总氮
%总磷
%全钾
%铵态氮
mg·kg−1有效磷
mg·kg−1有效钾
mg·kg−1钙
g·kg−1有效硼
mg·kg−1白三叶草 0—20 10.35 9.44 0.053 0.105 2.10 27.67 2.73 25.87 3.40 0.31 20—40 13.77 2.85 0.036 0.113 2.45 46.15 2.54 24.32 1.80 0.28 40—60 16.13 1.96 0.025 0.118 2.12 49.03 4.06 24.86 2.70 0.32 平均值 13.42 4.75 0.038 0.112 2.22 40.95 3.11 25.02 2.63 0.30 自然生草 0—20 11.96 6.65 0.053 0.174 2.55 46.70 3.30 33.14 2.40 0.30 20—40 11.99 5.3 0.033 0.124 2.26 54.40 2.87 25.00 2.60 0.33 40—60 15.62 5.16 0.030 0.149 1.87 53.06 2.33 26.4 1.10 0.25 平均值 13.19 5.70 0.039 0.149 2.23 51.39 2.83 28.18 2.03 0.29 对照 0—20 17.03 3.51 0.063 0.129 2.22 67.31 3.19 31.36 3.70 0.42 20—40 16.93 1.97 0.035 0.105 1.88 58.78 3.47 20.95 1.50 0.23 40—60 16.46 2.05 0.029 0.112 2.01 45.99 4.37 20.19 2.80 0.15 平均值 16.81 2.51 0.042 0.115 2.04 57.36 3.68 24.17 2.67 0.27 Table 1. Result of soil nutrients
生草增加了花椒园土壤的有机质含量,白三叶种植区0~60 cm土层有机质平均含量为清耕区的1.89倍,自然生草区为清耕区的2.27倍。白三叶种植区土壤有机质增加主要在0~20 cm土层,自然生草区在各土层均明显增加。
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生草对花椒园土壤营养元素的含量影响较大,主要对土壤中的全氮、磷、钾,速效氮、磷、钾,以及花椒生殖生长过程中需求较多的钙、硼进行了测定(见表1)。各土层平均值显示,种植白三叶增加了土壤中全钾、有效钾、有效硼的含量,降低了土壤中总氮、总磷、铵态氮、有效磷、钙的含量,其中铵态氮、有效磷下降明显,分别较清耕区减少28.61%和15.69%。自然生草增加了土壤中总磷、全钾、有效钾、有效硼的含量,降低了土壤中总氮、铵态氮、有效磷、钙的含量,其中总磷较清耕区增加了29.57%,有效钾增加了16.59%。在0~20 cm土层,白三叶种植区总氮、总磷、全钾、铵态氮、有效磷、有效钾、钙、硼均低于清耕区,自然生草区土壤总氮、铵态氮、钙、有效硼含量低于清耕区,而总磷、全钾、有效磷、有效钾含量高于清耕区。在20~40 cm土层,白三叶种植区土壤总磷、全钾、有效钾、钙、有效硼含量高于清耕区,土壤铵态氮、有效磷含量低于清耕区,自然生草区土壤中总氮、铵态氮、有效磷含量低于清耕区,而总磷、全钾、有效钾、钙、有效硼含量高于清耕区。在40~60 cm土层,白三叶种植区土壤总磷、全钾、铵态氮、有效钾、有效硼含量高于清耕区,总氮、有效磷、钙含量低于清耕区,自然生草区土壤中总氮、总磷、铵态氮、有效钾、有效硼含量高于清耕区,而全钾、有效磷、钙含量低于清耕区。
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对每个样本的测序量进行统计,结果如表2所示。图1表示每个样本中的微生物群落在各分类水平的具体组成。由图可知,clover10和weeds10在0—20 cm土层的土壤微生物的分类单元数明显高于CK10,其他各个试验区不同土层厚度微生物分类单元数差异不大,说明生草明显提高了表层土壤微生物的种类。其主要原因与生草增加了土壤中有机残体的量有关,土壤微生物的主要营养来源是植物有机残体,其数量很大程度上与有机残体含量成正相关。
Sample Input Filtered Denoised Merged Non-chimeric Non-singleton clover1 172069 157392 156970 156243 150679 150679 Weeds1 170017 155299 154737 153513 145790 145789 CK1 141849 129199 128973 128453 127447 127447 Clover2 124910 114358 114150 113144 112226 112226 Weeds2 139312 127879 127647 126960 122652 122652 CK2 147702 135143 134961 134633 134391 134388 Clover3 158470 144592 144444 143839 143483 143483 Weeds3 162882 146566 146435 145564 145398 145398 CK3 163033 146125 146020 145241 145227 145227 注:Sample为样本名,Input为原始数据量,Filtered为去除低质量序列后的数据量,Denoised为有效序列量;Merged为拼接后的序列量,Non-chimeric为高质量序列量,Non-singleton为去除singleton后的序列量;1、2和3分别代表0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm的土层深度。
Note: Sample is the sample name, Input is the original data quantity, Filtered is the data quantity after removing the low-quality sequence, and Denoised is the effective sequence quantity; Merged is the sequence quantity after splicing, Non-chimeric is the high quality sequence quantity, and Non-singleton is the sequence quantity after singleton is removed. 1, 2 and 3 represent the soil depth of 0~20 cm, 20~40 cm and 40~60 cm, respectively.Table 2. Statistical result of sequencing quantity per sample (tag)
由图2可知,在属这个水平上,生草区域包括白三叶区域(clover),自然生草区域(weeds)其微生物丰度都显著高于清耕区域。以清耕为对照,生草区域微生物的种群结构发生了显著变化:白三叶区域其Fusarium、Mortierella、lentinula的相对丰度显著减少,Talaromyces、Acremonium和 pseudorobillarda的相对丰度显著增加;自然生草区域penicillium、Fusarium的相对丰度显著增加,Mortierella、lentinula的相对丰度显著减少。