甘蔗套種馬鈴薯機械化栽培對土壤微生物多樣性及甘蔗養分吸收的影響

劉曉燕 梁強 龐天 李毅杰 徐林 吳凱朝 鄧智年 宋修鵬 李楊瑞 王維贊

摘要：【目的】研究甘蔗套種馬鈴薯機械化栽培對土壤微生物多樣性和甘蔗養分吸收的影響，為該套種模式的推廣應用提供理論依據?！痉椒ā坎捎么筇镫S機區組試驗，設甘蔗單作（對照）和甘蔗套種馬鈴薯2種栽培模式，每種種植模式分為根際區和非根際區進行土壤采集，即甘蔗單作區的根際土、非根際土及甘蔗套種區的根際土、非根際土。利用傳統測定方法和Illumina高通量測序技術分析2種栽培模式下的土壤理化性質、甘蔗養分吸收和微生物多樣性的差異?！窘Y果】與甘蔗單作相比，套種區甘蔗根際土的有機質、水解性氮、有效磷和速效鉀含量分別顯著提高4.93%、12.32%、6.40%和8.92%（P<0.05，下同）;非根際土的有機質、水解性氮、有效磷和速效鉀含量分別顯著提高10.50%、56.01%、48.31%和51.52%;套種區顯著降低了土壤容重，提高了土壤含水量。套種區土壤的真菌Shannon、ACE和Chao1指數顯著高于單作區，Simpson指數顯著低于單作區;土壤細菌Shannon、Simpson、ACE和Chao1指數則與單作區無顯著差異（P>0.05，下同）。套種提高了土壤細菌酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）和浮霉菌門（Planctomycetes）及真菌擔子菌門（Basidiomycota）、毛霉菌門（Mucoromycota）和其他未知真菌類群的比例，降低了細菌變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）和桿菌屬門（Patescibacteria）及真菌子囊菌門（Ascomycota）的比例。相關分析結果顯示，土壤pH、速效鉀、土壤容重和土壤含水量對土壤細菌及真菌群落的影響較大，其中土壤細菌群落中的擬桿菌門和厚壁菌門分別與土壤容重和土壤有效磷呈顯著正相關，綠彎菌門和芽單胞菌門分別與土壤容重和土壤速效鉀呈顯著負相關;土壤真菌群落中的子囊菌門與土壤容重呈顯著正相關，擔子菌門與土壤容重呈顯著負相關。套種顯著降低了苗期甘蔗對磷和鉀的吸收量，對生長后期甘蔗的養分吸收無顯著影響?！窘Y論】甘蔗套種馬鈴薯機械化栽培可有效改善土壤理化性質，改變土壤微生物群落結構，提高甘蔗產量和含糖量，增加經濟效益，實現土地的用養結合，是較合理的套種模式。

關鍵詞： 甘蔗;馬鈴薯;套種;機械化;微生物多樣性

中圖分類號： S566.1;S532? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）02-0297-10

Abstract：【Objective】To investigate the influence on soil microbial diversity and sugarcane nutrient accumulation by mechanized cultivation of sugarcane/potato intercropping. Furthermore， to provide scientific evidence for the application and promotion of this cultivated mode. 【Method】A field randomized block experiment which including two treatments：sugarcane monoculture（control） and sugarcane/potato intercropping was set up. The rhizosphere and non-rhizosphere soil of each treatment were collected for further analysis， which were rhizosphere soil of sugarcane monoculture， non-rhizosphere soil of sugarcane monoculture， rhizosphere soil of sugarcane intercropping and non-rhizosphere soil of sugarcane intercropping. The physical and chemical properties difference，nutrient accumulation in sugarcane plant and microbial community structure diversity in soil in different treatments were analyzed using traditional measurement and Illumina high throughput sequencing technology. 【Result】As compared to the monoculture， the organic matter content， hydrolysable nitrogen， available phosphorus and available potassium contents in rhizosphere soil of sugarcane cropping were significantly increased by 4.93%，12.32%，6.40% and 8.92%（P<0.05， the same below）， while those in non-rhizosphere soil? were increased by 10.50%，56.01%，48.31% and 51.52%， respectively. The soil bulk density was significantly reduced while soil water content was increased in intercropping area. The Shannon， ACE and Chao1 indexes of fungus in intercropping soil were significantly higher than monoculture. But the Simpson index was significantly lower than monoculture. The Shannon， Simpson， ACE and Chao1 indexes of bacteria in intercropping soil had no significant difference with monoculture（P>0.05， the same below）. Intercropping increased the proportion of Acidobacteria， Chloroflexi and Planctomycetes in bacteria and Basidiomycota， Mucoromycota and other unknown fungi， and decreased the proportion of Proteobacteria， Actinobacteria， Firmicutes and Patescibacteria in bacteria and Ascomycota in fungus. The relative abundance of Acidobacteria，Chlorobacteria and Lycophyta in bacteria， and unknown fungi were increased in intercropping than monoculture， but those of Acidobacteria and Firmicutes in bacteria， Saccharomyces in fungi were decreased. Correlation analysis indicated that the soil pH， soil organic matter content， soil available potassium content， soil bulk density and soil water content had a great influence on soil microbial diversity. Among them，Bacteroidetes and Firmicutes diversity of soil bacterial had significant positive correlation with soil bulk density and available phosphorus content， while the diversity of Chloroflexi and Gemmatimonadetes were significantly negatively correlated with soil bulk density and available potas-sium content. As for the soil fungi diversity， Ascomycota was significantly positively correlated with soil bulk density? while Basidiomycota was significantly negatively correlated with it. The nitrogen accumulation was significantly increa-sed， but the phosphorus and potassium accumulation were decreased in sugarcane plant at seedling stage of intercropping treatment， while that was no significant difference of nutrient accumulation at the mature stage. 【Conclusion】The mechanized cultivation of sugarcane/potato intercropping has a positively impact on soil chemical properties， changes soil microbial diversity， sugarcane production and sugar content， increase economic benefit and realize the combination of land use and maintenance. It is a reasonable interplanting mode.

Key words： sugarcane; potato; intercropping; mechanization; microbial diversity

Foundation item： Guangxi Science and Technology Major Project（Guike AA17202005）; Science and Technology Development Project of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke 2021YT011， Guinongke 2021ZX01， Guinongke 2020ZX13）

0 引言

【研究意義】甘蔗是我國重要的糖料作物，也是廣西主要的經濟作物之一。廣西的糖料蔗種植面積較大，據廣西糖業年報數據顯示，2018/2019年榨季全區甘蔗種植面積為74.38萬ha。蔗田間套種是提高土地光、熱、水資源利用率及增加單位面積經濟效益的有效途徑。廣西許多蔗區特別是重點實施的甘蔗雙高基地均配備有良好的灌溉基礎設施，具備間套種的條件。當前甘蔗套種馬鈴薯是廣西重點推廣的間套種模式，然而，目前甘蔗套種馬鈴薯的種植面積較少，其中原因之一是傳統的人工套種模式費時費工，導致種植效益低，農戶積極性不高。近年來，隨著甘蔗種植行距的加大及配套農機農藝的融合，甘蔗套種馬鈴薯已可實現從種植、管理到收獲的全程機械化，生產效率得到較大提高。合理的間套作不僅能提高單位面積土地的復種指數和利用率，增加農民收益，還能改善田間的微生態環境（唐秀梅等，2020）。因此，研究甘蔗套種馬鈴薯機械化栽培模式下的土壤微生態及養分變化特征，對該模式的進一步推廣應用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】國內外相關研究表明，甘蔗套種馬鈴薯不僅具有明顯的產量優勢（Imam et al.，1990），可顯著提高經濟效益（余顯榮等，2012;施立科等，2015），還可增加復種指數和地面覆蓋（陳政等，2013），起到控制雜草（McDonagh et al.，1993），抗旱保水，改善土壤團粒結構的作用（Nankar，1990）。在土壤微生物方面，前人的研究結果因間套作模式、作物類型、生育時期、施肥水平不同而存在差異。多數研究證明間套作可增加土壤微生物數量及微生物多樣性。董艷等（2008）研究發現，間作顯著增加了小麥和蠶豆根際的細菌、真菌、放線菌數量和微生物總量，顯著降低了開花期和成熟期蠶豆根際的微生物多樣性。覃瀟敏等（2015）研究表明，玉米/馬鈴薯間作改變了根際微生物群落結構組成，提高了根際微生物群落功能多樣性。彭東海等（2014）、陳海生等（2019）的研究結果顯示，間作能顯著提高甘蔗/花生、甘蔗/大豆根際土壤細菌、真菌和放線菌數量，改變土壤微生物的群落結構和多樣性。在養分吸收利用方面，李隆等（2000）在小麥/大豆的研究中發現，間作作物氮、磷、鉀養分吸收總量分別高出相應單作24%～39%、6%～27%和24%～64%，認為間作優勢主要表現在養分吸收量的增加。而楊友瓊等（2016）對玉米/馬鈴薯養分利用特征的研究結果顯示，間作玉米植株氮、鉀濃度顯著低于單作，認為間作玉米的養分吸收量無優勢?！颈狙芯壳腥朦c】前人對甘蔗套種馬鈴薯的研究主要集中在栽培模式優化及產量效益分析等方面（江澤普等，2013;徐文果等，2015;梁和等，2017），而針對間套作條件下土壤微生物群落多樣性和甘蔗養分含量變化的研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】通過研究甘蔗套種馬鈴薯和甘蔗單作機械化栽培模式下土壤理化性質、土壤微生物多樣性及甘蔗養分吸收量的變化特征，明確甘蔗套種馬鈴薯對土壤微生態及甘蔗生長的影響，以期為甘蔗套種馬鈴薯模式的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試甘蔗品種為早熟高糖、分蘗性強的桂糖49號，采用標準化、專業化生產的包衣脫毒健康種莖。馬鈴薯品種為生育期短、早熟高產的費烏瑞它。

1. 2 試驗方法

試驗在廣西武鳴縣啟德村進行。供試土壤為酸性黃壤，耕層土壤pH 5.5、有機質含量16.2 g/kg、水解性氮含量86.5 mg/kg、有效磷含量17.6 mg/kg、速效鉀含量90.0 mg/kg。

試驗設甘蔗單作（對照）和甘蔗套種馬鈴薯2種種植模式，每種種植模式分為根際區和非根際區進行土壤采集，即甘蔗單作區的根際土（A）、非根際土（B）及甘蔗套種區的根際土（C）、非根際土（D）。甘蔗于2019年10月7日種植，播種前用旋耕機預開行粉溝，行距為2.6 m，行溝寬0.4 m，用甘蔗預切式精量種植機將蔗種播種于行溝內，下種量52500～60000芽/ha，蔗種呈雙行平行排列，同時施用43%硝基磷鉀復合肥（N∶P∶K=20∶8∶15）450 kg/ha作基肥。馬鈴薯于2019年11月27日種植，用拖拉機和配套的雙行播種機在甘蔗行間一次性進行開溝、施肥、播種、覆土、起壟、鋪放滴管和覆蓋黑膜等作業。壟寬0.80 m，每壟種植2行馬鈴薯，行距0.40 m，株距0.25 m，種植密度30000株/ha。每公頃施35%三元復合肥（N∶P∶K=18∶18∶18）450～750 kg、硫酸鉀肥（K2O≥50%）75～120 kg。試驗小區按隨機區組排列，3次重復，行長10 m，5行區，小區面積為150 m2。馬鈴薯于2020年3月20日用小型馬鈴薯收獲機進行收獲，收獲后用拖拉機懸掛寬行施肥培土機對甘蔗進行中耕施肥培土，每公頃施43%復合肥（N∶P∶K=20∶8∶15）1500 kg。甘蔗于2020年12月15日收獲，分別在套種區和單作區人工砍收3個小區測產，每小區測產面積120 m2，其他小區采用機械收獲。同時調查株高、莖徑和有效莖數，每小區采集6根甘蔗檢測蔗糖分含量，并換算成含糖量。含糖量（kg/ha）=蔗莖產量（kg/ha）×蔗糖分含量（%）。

1. 3 測定項目及方法

1. 3. 1 樣品采集 馬鈴薯成熟待收獲時，每小區按五點采樣法采集各處理的根際土和非根際土。其中根際土采用抖土法采集，將甘蔗植株連根挖起后抖落大塊的土壤，用毛刷刮下附著在根系的土壤至無菌袋中;套種區非根際土取自馬鈴薯種植區域，單作區非根際土取自2行甘蔗種植行間，挖取30 cm深土層，按四分法混合樣品后放至無菌自封袋，一部分液氮速凍并帶回實驗室置于-80 ℃冰箱保存，用于分析土壤微生物群落結構和多樣性;一部分風干用于測定土壤養分含量。每小區采集3株甘蔗植株，烘干后稱重，并測定全氮、全磷和全鉀含量。

1. 3. 2 土壤和植株理化性質測定 土壤理化性質測定參照《土壤分析技術規范》的方法（杜森和高祥照，2006）。土壤pH采用電位測定法，土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定，土壤水解性氮含量采用堿解擴散法測定，土壤速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，土壤有效鉀含量采用火焰光度計法測定，土壤含水量采用烘干法測定，土壤容重采用環刀法測定。甘蔗植株全氮含量采用H2SO4-H2O2蒸餾法測定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測定，全鉀含量采用火焰光度計法測定。

1. 3. 3 土壤微生物測序 根際土壤樣品總DNA提取、PCR擴增及序列測定均委托上海美吉生物醫藥科技有限公司完成。利用FastDNA SPIN Kit for Soil試劑盒提取土壤DNA，1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA完整性，用NanoDrop 2000分光光度計檢測DNA的濃度和純度。細菌16S rDNA采用V3～V4通用引物338F和806R，真菌18S rDNA采用V4通用引物SSU0817F和1196R進行PCR擴增，并進行鑒定、純化及定量分析。采用Illumina MiSeq測序平臺對PCR產物進行雙端測序，以2%瓊脂糖凝膠電泳回收PCR擴增產物，經純化、洗脫及電泳檢測后，用QuantusTM Fluorometer（Promega）進行檢測定量，并構建文庫。

1. 4 統計分析

采用DPS v18.10進行方差分析，用Duncans新復極差法進行多重比較。細菌和真菌群落結構通過美吉生物i-sanger云平臺進行個性化分析，應用Mothur計算微生物Alpha多樣性指數。

2 結果與分析

2. 1 甘蔗套種馬鈴薯對土壤理化性狀的影響

由表1可知，各處理的土壤pH均呈偏酸性且無顯著差異（P>0.05，下同）。與甘蔗單作區的根際土（A）和非根際土（B）相比，甘蔗套種區的根際土（C）和非根際土（D）的土壤有機質含量分別提高4.93%和10.50%，水解性氮含量分別提高12.32%和56.01%，有效磷含量分別提高6.40%和48.31%，速效鉀含量分別提高8.92%和51.52%，且均顯著高于單作區（P<0.05，下同）。甘蔗套種區非根際土（D）的土壤容重最低，其次是根際土區（A和C），單作區非根際土（B）的土壤容重最高，其中套種區非根際土（D）的土壤容重顯著低于其他處理。甘蔗套種區非根際土（D）的含水量顯著高于單作區非根際土（B）的含水量，而甘蔗根際土（A和C）的含水量無顯著差異。由此可知，甘蔗套種馬鈴薯可在一定程度上提高套種區土壤的速效養分含量和土壤含水量，降低土壤容重。

2. 2 土壤樣品測序信息統計

對4個處理區的12個土壤樣品進行Illumina Miseq高通量測序，數據經過濾優化后共獲得細菌基因有效序列572209條，有效堿基數目237767103條，序列平均長度415 bp;真菌基因有效序列1223184條，有效堿基數目466559653條，序列平均長度381 bp。細菌文庫覆蓋率均達97%以上，真菌文庫覆蓋率均達99%以上，說明樣品中大部分的細菌和真菌種群均能被檢測出，測序結果能夠反映樣品中微生物群落的真實情況（表2）。

2. 3 甘蔗套種馬鈴薯對土壤微生物群落多樣性的影響

Alpha多樣性指數包括Shannon、Simpson、ACE和Chao1等指標，這些指標反映了樣品內部的物種豐富度和多樣性，Shannon、ACE和Chao1指數越大，Simpson指數越小，表明樣品的物種豐富度和多樣性越高。由表3可知，各處理土壤細菌群落的Shannon、Simpson、ACE和Chao1指數均無顯著差異，說明該套種模式對土壤細菌群落的相對豐度和多樣性無顯著影響。套種區非根際土（D）真菌群落的Shannon、ACE和Chao1指數均高于單作非根際土（B），Simpson指數則顯著低于單作非根際土（B），而根際土（A和C）的各項指標均無顯著差異，說明甘蔗套種馬鈴薯對真菌群落的影響較大，可顯著提高套種區土壤真菌群落的相對豐度，但對甘蔗根際土的真菌群落豐度和多樣性無顯著影響。

2. 4 甘蔗套種馬鈴薯對土壤微生物群落結構的影響

由圖1和圖2可看出，在門水平上，土壤細菌群落中的主要類群有變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、浮霉菌門（Planctomycetes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、桿菌屬門（Patescibacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和己科河菌門（Rokubacteria）。套種降低了土壤變形菌門、放線菌門、厚壁菌門和桿菌屬門在類群中所占的比例，提高了酸桿菌門、綠彎菌門和浮霉菌門等細菌類群所占比例。土壤真菌群落中的優勢類群主要是子囊菌門（Ascomycota）、擔子菌門（Basidiomycota）和毛霉菌門（Mucoromycota）。套種降低了土壤子囊菌門所占比例，提高了擔子菌門、毛霉菌門和其他未知真菌類群的比例。其中甘蔗根際土（A和C）的真菌群落結構差異較小，非根際土（B和D）的真菌群落結構差異較大，單作區非根際土中子囊菌門占絕大部分比例（92.7%），其他真菌類群只占極少部分比例（7.3%），而套種區非根際土中子囊菌門所占比例下降（78.9%），其他真菌類群所占比例上升（21.1%）。

2. 5 土壤微生物群落與土壤理化性質的相關分析

為明確土壤微生物群落和土壤理化性質的相關性，在門分類水平上對土壤微生物群落與土壤pH、土壤有機質、土壤堿解氮、土壤有效磷、土壤速效鉀、土壤容重和土壤含水量等環境因子進行冗余分析（RDA）。由圖3可知，對于土壤細菌群落，RDA前2個軸共解釋了63.51%的群落變化，其中對土壤細菌群落影響較大的有土壤pH、土壤有效磷、土壤速效鉀、土壤容重和土壤含水量，土壤有機質對土壤細菌群落影響較小;對于土壤真菌群落，RDA前2個軸共解釋了74.96%的群落變化，其中對土壤真菌群落影響較大的有土壤pH、土壤速效鉀、土壤容重和土壤含水量，土壤有效磷對土壤真菌群落的影響較小。

為進一步明確微生物群落分類與環境變量之間的相關性，對土壤微生物群落中的優勢菌群（門水平）和環境因子進行相關分析，相關性heatmap圖通過相關性數值可視化展示樣本中不同的物種與環境變量之間的關系，圖中X軸和Y軸分別為環境因子和物種，相關性R值在圖中以不同顏色展示（圖4）。由圖4可看出，土壤細菌群落中的擬桿菌門和厚壁菌門分別與土壤容重和土壤有效磷呈顯著正相關，綠彎菌門和芽單胞菌門分別與土壤容重和土壤速效鉀呈顯著負相關;土壤真菌群落中的子囊菌門與土壤容重呈顯著正相關，擔子菌門與土壤容重呈顯著負相關。此外，未分類和未知真菌與土壤有機質、土壤堿解氮、土壤速效鉀、土壤容重、土壤含水量等環境因子也存在顯著相關性。

2. 6 甘蔗套種馬鈴薯對甘蔗養分吸收的影響

由表4可知，苗期套種區甘蔗植株的全氮含量與單作區無顯著差異，全磷和全鉀含量分別比單作區顯著降低16.23%和13.18%;成熟期套種區甘蔗植株的養分含量與單作區無顯著差異。說明甘蔗寬行距套種馬鈴薯機械化栽培對苗期甘蔗養分吸收積累的影響較大，可在一定程度上降低甘蔗對磷和鉀的吸收（表4）。

2. 7 甘蔗套種馬鈴薯的產量和經濟效益

由表5可知，套種區甘蔗的出苗數、分蘗數、有效莖數與單作區無顯著差異，株高、莖徑、蔗莖產量和含糖量均顯著高于單作區，其中蔗莖產量和含糖量分別比單作區提高12.66%和10.02%;套作區的馬鈴薯產量為10582.0 kg/ha，按市場價2元/kg、生產成本（種子1500元/ha、肥料3000元/ha、滴灌3000元/ha、地膜330元/ha、機械1500元/ha、人工3000/ha元）共12330元/ha計，可增收8834元/ha。

3 討論

3. 1 甘蔗套種馬鈴薯機械化栽培對土壤理化性質的影響

甘蔗傳統的種植行距是0.8～1.2 m，近年來為了適應機械化生產，甘蔗行距加寬到了1.2 m以上。采用寬行距種植甘蔗能提高機械作業流暢性，減少對土壤的壓實，改善土壤貫入阻力和抗剪強度（羅俊等，2020）。此外，寬行種植模式下的田間除草、施肥培土等機械作業不易受甘蔗長勢和天氣的影響，解決了傳統機械管理因天氣和甘蔗生長影響的作業難題（覃建才，2019）。但隨著種植行距的增大，也造成了甘蔗生長前期的土地和光能利用率低等問題（梁和等，2017）。前人研究發現，合理的間套種不僅能提高復種指數和土地利用率，還可提高土壤養分含量（余常兵等，2009）。本研究結果表明，甘蔗套種馬鈴薯增加了土壤的有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，與章家恩等（2009）、唐秀梅等（2015）研究的玉米/花生、木薯/花生間作模式能提高土壤養分含量的結果一致。其中甘蔗非根際土養分含量的增加幅度較大，甘蔗根際土的增加幅度較小，甘蔗非根際土養分含量的顯著增加可能與套種作物的肥料施用有關，而根際土壤養分含量的增加可能是套種作物根際土壤中的速效養分通過質流和擴散運移至甘蔗根際土壤的結果。本研究還發現甘蔗套種馬鈴薯降低了套種區的土壤容重，提高了土壤含水量。機械作業對土壤的壓實是影響土壤理化性質和甘蔗根系生長的一個重要因素（李毅杰等，2017;劉曉燕等，2018），而行間套種馬鈴薯，其根系的生長及莖葉還田對土壤的改良，可有效改善機械化栽培管理可能伴生的土壤過度壓實等不良影響。此外，由于套種馬鈴薯通常需配套良好的灌溉條件（滴灌或噴灌），以及套種作物對行間土壤的遮蔽作用，也可有效緩解蔗田的干旱和缺水等問題。

3. 2 甘蔗套種馬鈴薯機械化栽培對土壤微生物群落結構的影響

土壤微生物參與土壤有機質分解、腐殖質形成、養分轉化與循環等過程，是評價土壤肥力和質量的重要指標（Kennedy and Smith，1995）。土壤微生物多樣性反映了土壤中物質代謝的旺盛程度，是土壤生態系統結構與微生物功能的綜合表現（Li et al.，2016）。關于間套種條件下土壤微生物多樣性變化的研究結果存在差異。Wang等（2007）研究表明，小麥間作蕓薹屬植物改變了小麥根際微生物群落結構和群落多樣性，土壤細菌豐富度減少，真菌豐富度增加;覃瀟敏等（2015）、趙雅姣等（2020a）研究發現，玉米/馬鈴薯、紫花苜蓿/玉米間作體系中，間作可顯著提高2種作物根際微生物的多樣性指數與豐富度指數。而李艷春等（2019）研究顯示，茶園間作對土壤細菌群落多樣性的影響不顯著。本研究結果表明，套種區甘蔗非根際土壤的真菌多樣性指數顯著高于單作區，土壤細菌多樣性指數則無顯著差異;甘蔗根際土壤的細菌和真菌多樣性指數差異均不顯著。研究結果與前人研究存在差異，原因可能是由于間套種體系中作物種類、種植模式和土壤環境不同，導致作物的根系分泌物、腐殖質和作物莖葉殘留等差異而引起。本研究中，為更好地實現全程機械化種植，甘蔗種植行距設為2.6 m的寬行距，馬鈴薯種植區與甘蔗種植行間有足夠寬的間距，減少了地下部根系的交互作用，因此甘蔗根際的土壤微生物多樣性不易受套種作物的影響。

羅俊等（2020）研究發現，甘蔗根際土壤中細菌門水平的優勢群落包括變形菌門、放線菌門、酸桿菌門和綠彎菌門，真菌門水平的優勢群落包括子囊菌門和擔子菌門。葛應蘭和孫廷（2020）研究發現，馬鈴薯根際土壤中細菌門水平的優勢群落包括變形菌門、酸桿菌門、芽單胞菌門和放線菌門，真菌的優勢類群包括子囊菌門、擔子菌門和結合菌門。本研究中，無論是單作還是套種，土壤細菌群落中的優勢類群（門水平）均是變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、酸桿菌門和綠彎菌門，土壤真菌群落中的優勢類群均是子囊菌門、擔子菌門和毛霉菌門，與羅俊等（2020）、葛應蘭和孫廷（2020）的研究結果基本一致，說明間套種并未改變土壤細菌和真菌的優勢類群種類。王娜等（2016）研究馬鈴薯/玉米、馬鈴薯/蠶豆間作模式時發現，間作能有效改善根際土壤細菌菌群結構，使有益菌的比例上升，潛在致病菌的比例下降。李艷春等（2019）、農澤梅等（2020）研究顯示，土壤pH、全氮、全磷、速效鉀和堿解氮等與土壤微生物群落結構的變化密切相關。本研究中，甘蔗套種馬鈴薯降低了細菌變形菌門、放線菌門、厚壁菌門和真菌子囊菌門的相對豐度，提高了土壤細菌酸桿菌門、綠彎菌門、芽單胞菌門及真菌未知菌群的相對豐度。酸桿菌可產生微生物黏液和多糖，有利于土壤團聚體穩定性和碳儲存（Trivedi et al.，2013）;綠彎菌可攝取二氧化碳，降解有毒物質（Bauld and Brock，1973;趙雅姣，2020b）;芽單胞菌參與土壤中的磷代謝（Gul and Whalen，2016），這幾個類群相對豐度的增加，說明套種提高了參與土壤碳氮循環和養分代謝相關菌群的比例。冗余分析結果顯示，土壤pH、有機質、速效鉀、容重和土壤含水量是對土壤細菌和真菌群落影響較大的環境因子，與前人的研究結果略有差異，說明除了土壤酸堿度和養分含量，土壤物理性狀的改變同樣是影響土壤微生物群落的重要因素。

3. 3 甘蔗套種馬鈴薯機械化栽培對甘蔗養分吸收的影響

間套作的優勢主要在于資源的有效利用，在作物營養方面主要體現在養分吸收量的增加和養分利用效率的提高（楊友瓊等，2016）。李隆等（2000）、唐明明等（2015）研究發現小麥/大豆、玉米/馬鈴薯、大豆/馬鈴薯、玉米/油菜和大豆/油菜間作均能提高作物對氮、磷和鉀養分吸收總量。本研究結果表明，甘蔗套種馬鈴薯可顯著提高苗期甘蔗對氮的積累量，但降低對磷和鉀的吸收量。間套種體系中的作物對土壤養分存在競爭關系，由于間套種作物生長期內對養分的需求不同，不同間作物種能通過競爭互補或互利，在時間上增加作物對吸收養分的有效性，降低作物種間的競爭。甘蔗套種馬鈴薯模式中2種作物的共生期是11月至次年3月，甘蔗的生長期較長，共生期內是甘蔗的出苗及分蘗期，對氮肥的需求量較大，顯然其具有更強的競爭能力;馬鈴薯的生長期較短，共生后期是馬鈴薯結薯期，對磷和鉀需求量較大，因此對磷和鉀肥的吸收具有競爭優勢。此外，由于套種的行距較寬，2種作物的莖葉在空間上交互效應和競爭關系較小，可充分利用地上部的光熱資源。目前，甘蔗套種馬鈴薯的種植、管理和收獲均可實現全程機械化，極大提高了生產效率，增加了經濟效益，因此該種植模式是南方蔗區較理想的間套種模式。

4 結論

甘蔗套種馬鈴薯機械化栽培可有效改善土壤理化性質，改變土壤微生物群落結構和多樣性，提高甘蔗產量和含糖量，增加經濟效益，實現了土地的用養結合，是較合理的套種模式。

參考文獻：

陳政，呂達，肖祎，陳道德. 2013. 甘蔗間套種馬鈴薯研究進展[J]. 中國糖料，（3）：71-72. [Chen Z，Lü D，Xiao Y，Chen D D. 2013. Review on the researches of sugarcane-potato intercropping system[J]. Sugar Crops of China，（3）：71-72.]

陳海生，秦昌鮮，彭崇，郭強，唐利球，陳遠權，韋持章，覃瀟敏. 2019. 甘蔗間作花生對根際土壤微生物種群及酶活性的影響[J]. 江蘇農業科學，47（3）：223-226. doi：10. 15889/j.issn.1002-1302.2019.03.053. [Chen H S，Qin C X，Peng C，Guo Q，Tang L Q，Chen Y Q，Wei C Z，Qin X M. 2019. Effects of sugarcane intercropping with peanut on rhizosphere soil microbial community and enzyme activity[J]. Jiangsu Agricultural Sciences，47（3）：223-226.]

董艷，湯利，鄭毅，朱有勇，張福鎖. 2008. 小麥—蠶豆間作條件下氮肥施用量對根際微生物區系的影響[J]. 應用生態學報，19（7）：1559-1566. [Dong Y，Tang L，Zheng Y，Zhu Y Y，Zhang F S. 2008. Effects of nitrogen application rate on rhizosphere microbial community in wheat-faba bean inter cropping system[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，19（7）：1559-1566.]

杜森，高祥照. 2006. 土壤分析技術規范[M]. 北京：中國農業出版社. [Du S，Gao X Z. 2006. Technical specification for soil analysis[M]. Beijing：China Agricultural Press.]

葛應蘭，孫廷. 2020. 馬鈴薯根際與非根際土壤微生物群落結構及多樣性特征[J]. 生態環境學報，29（1）：141-148. doi：10.16258/j.cnki.1674-5906.2020.01.016. [Ge Y L，Sun T. 2020. Soil microbial community structure and diversity of potato in rhizosphere and non-rhizosphere soil[J]. Ecology and Environmental Sciences，29（1）：141-148.]

江澤普，廖青，邢穎，譚裕模，韋廣潑，汪羽寧. 2013. 不同基因型甘蔗間套種馬鈴薯效應研究[J]. 廣東農業科學，40（2）：1-2. doi：10.16768/j.issn.1004-874x.2013.02.043. [Jiang Z P，Liao Q，Xing Y，Tan Y M，Wei G P，Wang Y N. 2013. Effect of different genotypes sugarcane interplanting potato[J]. Guangdong Agricultural Sciences，40（2）：1-2.]

李隆，李曉林，張福鎖，孫建好，楊思存，蘆滿濟. 2000. 小麥大豆間作條件下作物養分吸收利用對間作優勢的貢獻[J]. 植物營養與肥料學報，6（2）：140-146. [Li L，Li X L，Zhang F S，Sun J H，Yang S C，Lu M J. 2000. Uptake and utilization of nitrogen，phosphor us and potassium as related to yield advantage in wheat/soybean intercropping[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers，6（2）：140-146.]

李艷春，林忠寧，陸烝，劉明香. 2019. 茶園間作靈芝對土壤細菌多樣性和群落結構的影響[J]. 福建農業學報，34（6）：690-696. doi：10.19303/j.issn.1008-0384.2019.06.010. [Li Y C，Lin Z N，Lu C，Liu M X. 2019. Microbial diversity and community structure in soil under tea bushes-ganoderma lucidum intercropping[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences，34（6）：690-696.]

李毅杰，梁強，董文斌，陳泉，劉曉燕，謝金蘭，李長寧，王維贊，李楊瑞. 2017. 土壤壓實對宿根甘蔗出苗及根系形成的影響[J]. 西南農業學報，30（9）：2041-2047. doi：10.16213/ j.cnki.scjas.2017.9.020. [Li Y J，Liang Q，Dong W B，Chen Q，Liu X Y，Xie J L，Li C N，Wang W Z，Li Y R. 2017. Effect of mechanical compaction on seedling emergence and roots formation of ratoon sugarcane[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，30（9）：2041-2047.]

梁和，董永威，韋杰權，韋方志，阮春芳，韋承坤. 2017. 宿根甘蔗行間冬馬鈴薯覆蓋栽培模式研究[J]. 廣西職業技術學院學報，10（6）：13-18. [Liang H，Dong Y W，Wei J Q，Wei F Z，Ruan C F，Wei C K. 2017. Study on covering cultivation pattern of winter potato inter-cropped with ratoon sugarcane[J]. Journal of Guangxi Vocational and Technical College，10（6）：13-18.]

劉曉燕，韋冪，王維贊，梁強，董文斌，李長寧，李毅杰，謝金蘭. 2018. 機械壓實對蔗田土壤理化性狀、微生物活性和甘蔗生長的影響[J]. 西南農業學報，31（8）：1669-1675. doi： 10.16213/j.cnki.scjas.2018.8.020. [Liu X Y，Wei M，Wang W Z，Liang Q，Dong W B，Li C N，Li Y J，Xie J L. 2018. Effects of mechanical compaction on physicochemical properties，microbial activity of sugarcane fields soil and growth of sugarcane[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，31（8）：1669-1675.

羅俊，林兆里，李詩燕，闕友雄，張才芳，楊仔奇，姚坤存，馮景芳，陳建峰，張華. 2020. 不同土壤改良措施對機械壓實酸化蔗地土壤理化性質及微生物群落結構的影響[J]. 作物學報，46（4）：596-613. doi：10.3724/SP.J.1006.2020. 94102. [Luo J，Lin Z L，Li S Y，Que Y X，Zhang C F，Yang Z Q，Yao K C，Feng J F，Chen J F，Zhang H. 2020. Effects of different soil improvement measures on soil physicochemical properties and microbial community structures in mechanically compacted acidified sugarcane field[J]. Acta Agronomica Sinica，46（4）：596-613.]

農澤梅，史國英，曾泉，葉雪蓮，秦華東，胡春錦. 2020. 不同甘蔗品種根際土壤酶活性及微生物群落多樣性分析[J]. 熱帶作物學報，41（4）：819-828. doi：10.3969/j.issn.1000-2561.2020.04.025. [Nong Z M，Shi G Y，Zeng Q，Ye X L，Qin H D，Hu C M. 2020. Analysis on enzyme activity and microbial community diversity in rhizosphere soil of different sugar[J]. Chinese Journal of Tropical Crops，41（4）：819-828.]

彭東海，楊建波，李健，邢永秀，覃劉東，楊麗濤，李楊瑞. 2014. 間作大豆對甘蔗根際土壤細菌及固氮菌多樣性的影響[J]. 植物生態學報，38（9）：959-969. doi：10.3724/SP.J.1258.2014.00090. [Peng D H，Yang J B，Li J，Xing Y X，Qin L D，Yang L T，Li Y R. 2014. Effects of intercro-pping with soybean on bacterial and nitrogen-fixing bacterial diversity in the rhizosphere of sugarcane[J]. Chinese Journal of Plant Ecology，38（9）：959-969.]

施立科，丁春華，容小陽，賈應明，趙自東，段兆祜. 2015. 甘蔗與馬鈴薯間套種效益分析[J]. 中國糖料，37（1）：24-25. doi：10.13570/j.cnki.scc.2015.01.010. [Shi L K，Ding C H，Rong X Y，Jia Y M，Zhao Z D，Duan Z H. 2015. Bene-fit analysis of sugarcane intercropping potato[J]. Sugar Crops of China，37（1）：24-25.]

覃建才. 2019. 一種高效節本綠色甘蔗全程機械化生產模式介紹[J]. 農機質量與監督，（2）：21-22. [Qin J C. 2019. Introduction of an efficient，cost-saving and environmental-friendly whole-course mechanized sugarcane production model[J]. Agricultural Machinery Quality & Supervision，（2）：21-22.]

覃瀟敏，鄭毅，湯利，龍光強. 2015. 玉米與馬鈴薯間作對根際微生物群落結構和多樣性的影響[J]. 作物學報，41（6）：919-928. doi：10.3724/SP.J.1006.2015.00919. [Qin X M，Zheng Y，Tang L，Long G Q. 2015. Effects of maize and potato intercropping on rhizosphere microbial community structure and diversity[J]. Acta Agronomica Sinica，41（6）：919-928.]

唐明明，董楠，包興國，盧秉林，張煒平，張美俊，章芳芳，李隆. 2015. 西北地區不同間套作模式養分吸收利用及其對產量優勢的影響[J]. 中國農業大學學報，20（5）：48-56. doi：10.11841/j.issn.1007-4333.2015.05.07. [Tang M M，Dong N，Bao X G，Lu B L，Zhang W P，Zhang M J，Zhang F F，Li L. 2015. Effects of nutrient uptake and utilization on yield of intercropping systems in Northwest China[J]. Journal of China Agricultural University，20（5）：48-56.]

唐秀梅，鐘瑞春，蔣菁，熊發前，賀梁瓊，李忠，韓柱強，黃志鵬，唐榮華. 2015. 木薯/花生間作對根際土壤微生態的影響[J]. 基因組學與應用生物學，34（1）：117-124. doi：10.13417/j.gab.034.000117. [Tang X M，Zhong R C，Jiang J，Xiong F Q，He L Q，Li Z，Han Z Q，Huang Z P，Tang R H. 2015. The effect of cassava/peanut intercro-pping on microecology in rhizosphere soil[J]. Genomics and Applied Biology，34（1）：117-124.]

唐秀梅，蒙秀珍，蔣菁，黃志鵬，吳海寧，劉菁，賀梁瓊，熊發前，鐘瑞春，韓柱強，何龍飛，唐榮華. 2020. 甘蔗間作花生對不同耕層土壤微生態的影響[J]. 中國油料作物學報，42（5）：713-722. doi： 10.16258/j.cnki.1674-5906.2020. 02.002. [Tang X M，Meng X Z，Jiang J，Huang Z P，Wu H N，Liu J，He L Q，Xiong F Q，Zhong R C，Han Z Q，He L F，Tang R H. 2020. Effects of sugarcane/peanut intercropping on soil microenvironment in different plough layer[J]. Ecology and Environmental Sciences，42（5）：713-722.]

王娜，陸姍姍，馬琨，劉萍. 2016. 寧夏南部山區馬鈴薯不同間作模式對根際土壤細菌多樣性的影響[J]. 干旱區資源與環境，30（12）：193-198. doi： 10.13448/j.cnki.jalre.2016. 405. [Wang N，Lu S S，Ma K，Liu P. 2016. The genetic diversity of rhizosphere soil? bacteria under different intercropping patterns for potato[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment，30（12）：193-198.]

徐文果，黃廷祥，巖所，張曉梅，謝文娟，張磊，呂宏兵，楊清輝，郭華春，李佳芹. 2015. 宿根甘蔗套種馬鈴薯寬窄行栽培技術研究[J]. 熱帶作物學報，36（2）：258-262. doi： 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.02.007. [Xu W G，Huang T X，Yan S，Zhang X M，Xie W J，Zhang L，Lü H B，Yang Q H，Guo H C，Li J Q. 2015. Ratoon sugarcane intercropping with potato in wide-narrow row cultivation technique[J]. Chinese Journal of Tropical Crops，36（2）：258-262.]

楊友瓊，周鋒，吳開賢，安曈昕，字淑慧，歐陽鋮人，吳伯志. 2016. 間作條件下玉米與馬鈴薯的養分利用特征[J]. 玉米科學，24（4）：116-121. doi： 10.13597/j.cnki.maize.science. 20160420. [Yang Y Q，Zhou F，Wu K X，An T X，Zi S H，Ouyang C R，Wu B Z. 2016. Characteristics of nutrient use of maize/potato intercropping[J]. Journal of Maize Sciences，24（4）：116-121.]

余常兵，孫建好，李隆. 2009. 種間相互作用對作物生長及養分吸收的影響[J]. 植物營養與肥料學報，15（1）：1-8. [Yu C B，Sun J H，Li L. 2009. Effect of interspecific interaction on crop growth and nutrition accumulation[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers，15（1）：1-8.]

余顯榮，李艷，鄒洪珍，潘俊鋒，劉忠華，李明春. 2012. 甘蔗地套種早春馬鈴薯的經濟收益研究初報[J]. 四川農業與農機，（6）：39. [Yu X R，Li Y，Zou H Z，Pan J F，Liu Z H，Li M C. 2012. Study on economic benefits of sugarcane interplanting early spring potato[J]. Sichuan Agriculture and Agricultural Machinery，（6）：39.]

章家恩，高愛霞，徐華勤，羅明珠. 2009. 玉米/花生間作對土壤微生物和土壤養分狀況的影響[J]. 應用生態學報，20（7）：1597-1602. [Zhang J E，Gao A X，Xu H Q，Luo M Z. 2009. Effects of maize/peanut intercropping on rhizosphere soil microbes and nutrient contents[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，20（7）：1597-1602.]

趙雅姣，劉曉靜，吳勇，童長春，藺芳. 2020a. 西北半干旱區紫花苜?！『邴滈g作對根際土壤養分和細菌群落的影響[J]. 應用生態學報，31（5）：1645-1652. doi： 10.13287/j.1001-9332.202005.038. [Zhao Y J，Liu X J，Wu Y，Tong C C，Lin F. 2020a. Effects of Medicago sativa-Triticale wittmack intercropping system on rhizosphere soil nutrients and bacterial community in semi-arid region of Northwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，31（5）：1645-1652.]

趙雅姣，劉曉靜，吳勇，童長春. 2020b. 豆禾牧草間作根際土壤養分、酶活性及微生物群落特征[J]. 中國沙漠，40（3）：219-228. doi：10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00019. [Zhao Y J，Liu X J，Wu Y，Tong C C. 2020b. Rhizosphere soil nutrients，enzyme activities and microbial community characteristics in legume-cere[J]. Journal of De-sert Research，40（3）：219-228.]

Bauld J，Brock T D. 1973. Ecological studies of chloroflexis，a gliding photosynthetic bacterium[J]. Archives of Mikcrobiology，92（4）：267-284. doi：10.1007/BF00409281.

Gul S，Whalen J K. 2016. Biochemical cycling of nitrogen and phosphorus in biochar amended soils[J]. Soil Biology and Biochemistry，103：1-15. doi：10.1016/j.soilbio.2016. 08.001.

Imam S A，Delwar Hossain A H M，Sikka L C，Midmore D J. 1990. Agronomic management of potato sugarcane intercropping and its economic implications[J]. Field Crops Research，25（1-2）：111-122. doi：10.1016/0378-4290（90）90076-N.

Kennedy A C，Smith K L.1995. Soil microbial diversity and the sustainability of agricultural soils[J]. Developments in Plant and Soil，Sciences，63：75-86.

Li C J，Dong Y，Li H G，Shen J B，Zhang F S. 2016. Shift from complementarity to facilitation on P uptake by intercropped wheat neighoring with faba bean when available soil P is depleted[J]. Scientific Report，6：18663. doi： 10. 1038/srep18663.

McDonagh J F. Toomsan B，Limpinutana V，Giller K E.1993. Estimates of the residual nitrogen benefit of groundnut to maize in northeast Thailand[J]. Plant and Soil，154：267-277.

Nankar J T. 1990. Scope and prospects for intercropping of potato with sugarcane in Maharashtra State，India[J]. Field Crops Research，25（1-2）：123-132. doi：10.1016/0378-4290（90）90077-O.

Trivedi P，Anderson I C，Singh B K. 2013. Microbial modulators of soil carbon storage：Integrating genomic and metabolicknowledge for global prediction[J]. Trends Microbiol，21（12）：641-651. doi：10.1016/j.tim.2013.09.005.

Wang D W，Marschner P，Solaiman Z，Rengel Z. 2007. Belowground interactions between intercropped wheat and Brassicas in acidic and alkaline soils[J]. Soil Biology and Bio-chemistry，39（4）：961-971. doi：10.1016/j.soilbio.2006.11. 008.

（責任編輯 王 暉）