甘蔗套种马铃薯机械化栽培对土壤微生物多样性及甘蔗养分吸收的影响

刘晓燕 梁强 庞天 李毅杰 徐林 吴凯朝 邓智年 宋修鹏 李杨瑞 王维赞

摘要：【目的】研究甘蔗套種马铃薯机械化栽培对土壤微生物多样性和甘蔗养分吸收的影响，为该套种模式的推广应用提供理论依据。【方法】采用大田随机区组试验，设甘蔗单作（对照）和甘蔗套种马铃薯2种栽培模式，每种种植模式分为根际区和非根际区进行土壤采集，即甘蔗单作区的根际土、非根际土及甘蔗套种区的根际土、非根际土。利用传统测定方法和Illumina高通量测序技术分析2种栽培模式下的土壤理化性质、甘蔗养分吸收和微生物多样性的差异。【结果】与甘蔗单作相比，套种区甘蔗根际土的有机质、水解性氮、有效磷和速效钾含量分别显著提高4.93%、12.32%、6.40%和8.92%（P<0.05，下同）;非根际土的有机质、水解性氮、有效磷和速效钾含量分别显著提高10.50%、56.01%、48.31%和51.52%;套种区显著降低了土壤容重，提高了土壤含水量。套种区土壤的真菌Shannon、ACE和Chao1指数显著高于单作区，Simpson指数显著低于单作区;土壤细菌Shannon、Simpson、ACE和Chao1指数则与单作区无显著差异（P>0.05，下同）。套种提高了土壤细菌酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和浮霉菌门（Planctomycetes）及真菌担子菌门（Basidiomycota）、毛霉菌门（Mucoromycota）和其他未知真菌类群的比例，降低了细菌变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和杆菌属门（Patescibacteria）及真菌子囊菌门（Ascomycota）的比例。相关分析结果显示，土壤pH、速效钾、土壤容重和土壤含水量对土壤细菌及真菌群落的影响较大，其中土壤细菌群落中的拟杆菌门和厚壁菌门分别与土壤容重和土壤有效磷呈显著正相关，绿弯菌门和芽单胞菌门分别与土壤容重和土壤速效钾呈显著负相关;土壤真菌群落中的子囊菌门与土壤容重呈显著正相关，担子菌门与土壤容重呈显著负相关。套种显著降低了苗期甘蔗对磷和钾的吸收量，对生长后期甘蔗的养分吸收无显著影响。【结论】甘蔗套种马铃薯机械化栽培可有效改善土壤理化性质，改变土壤微生物群落结构，提高甘蔗产量和含糖量，增加经济效益，实现土地的用养结合，是较合理的套种模式。

关键词： 甘蔗;马铃薯;套种;机械化;微生物多样性

中图分类号： S566.1;S532                           文献标志码： A 文章编号：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

【研究意义】甘蔗是我国重要的糖料作物，也是广西主要的经济作物之一。广西的糖料蔗种植面积较大，据广西糖业年报数据显示，2018/2019年榨季全区甘蔗种植面积为74.38万ha。蔗田间套种是提高土地光、热、水资源利用率及增加单位面积经济效益的有效途径。广西许多蔗区特别是重点实施的甘蔗双高基地均配备有良好的灌溉基础设施，具备间套种的条件。当前甘蔗套种马铃薯是广西重点推广的间套种模式，然而，目前甘蔗套种马铃薯的种植面积较少，其中原因之一是传统的人工套种模式费时费工，导致种植效益低，农户积极性不高。近年来，随着甘蔗种植行距的加大及配套农机农艺的融合，甘蔗套种马铃薯已可实现从种植、管理到收获的全程机械化，生产效率得到较大提高。合理的间套作不仅能提高单位面积土地的复种指数和利用率，增加农民收益，还能改善田间的微生态环境（唐秀梅等，2020）。因此，研究甘蔗套种马铃薯机械化栽培模式下的土壤微生态及养分变化特征，对该模式的进一步推广应用具有重要意义。【前人研究进展】国内外相关研究表明，甘蔗套种马铃薯不仅具有明显的产量优势（Imam et al.，1990），可显著提高经济效益（余显荣等，2012;施立科等，2015），还可增加复种指数和地面覆盖（陈政等，2013），起到控制杂草（McDonagh et al.，1993），抗旱保水，改善土壤团粒结构的作用（Nankar，1990）。在土壤微生物方面，前人的研究结果因间套作模式、作物类型、生育时期、施肥水平不同而存在差异。多数研究证明间套作可增加土壤微生物数量及微生物多样性。董艳等（2008）研究发现，间作显著增加了小麦和蚕豆根际的细菌、真菌、放线菌数量和微生物总量，显著降低了开花期和成熟期蚕豆根际的微生物多样性。覃潇敏等（2015）研究表明，玉米/马铃薯间作改变了根际微生物群落结构组成，提高了根际微生物群落功能多样性。彭东海等（2014）、陈海生等（2019）的研究结果显示，间作能显著提高甘蔗/花生、甘蔗/大豆根际土壤细菌、真菌和放线菌数量，改变土壤微生物的群落结构和多样性。在养分吸收利用方面，李隆等（2000）在小麦/大豆的研究中发现，间作作物氮、磷、钾养分吸收总量分别高出相应单作24%～39%、6%～27%和24%～64%，认为间作优势主要表现在养分吸收量的增加。而杨友琼等（2016）对玉米/马铃薯养分利用特征的研究结果显示，间作玉米植株氮、钾浓度显著低于单作，认为间作玉米的养分吸收量无优势。【本研究切入点】前人对甘蔗套种马铃薯的研究主要集中在栽培模式优化及产量效益分析等方面（江泽普等，2013;徐文果等，2015;梁和等，2017），而针对间套作条件下土壤微生物群落多样性和甘蔗养分含量变化的研究鲜见报道。【拟解決的关键问题】通过研究甘蔗套种马铃薯和甘蔗单作机械化栽培模式下土壤理化性质、土壤微生物多样性及甘蔗养分吸收量的变化特征，明确甘蔗套种马铃薯对土壤微生态及甘蔗生长的影响，以期为甘蔗套种马铃薯模式的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试甘蔗品种为早熟高糖、分蘖性强的桂糖49号，采用标准化、专业化生产的包衣脱毒健康种茎。马铃薯品种为生育期短、早熟高产的费乌瑞它。

1. 2 试验方法

试验在广西武鸣县启德村进行。供试土壤为酸性黄壤，耕层土壤pH 5.5、有机质含量16.2 g/kg、水解性氮含量86.5 mg/kg、有效磷含量17.6 mg/kg、速效钾含量90.0 mg/kg。

试验设甘蔗单作（对照）和甘蔗套种马铃薯2种种植模式，每种种植模式分为根际区和非根际区进行土壤采集，即甘蔗单作区的根际土（A）、非根际土（B）及甘蔗套种区的根际土（C）、非根际土（D）。甘蔗于2019年10月7日种植，播种前用旋耕机预开行粉沟，行距为2.6 m，行沟宽0.4 m，用甘蔗预切式精量种植机将蔗种播种于行沟内，下种量52500～60000芽/ha，蔗种呈双行平行排列，同时施用43%硝基磷钾复合肥（N∶P∶K=20∶8∶15）450 kg/ha作基肥。马铃薯于2019年11月27日种植，用拖拉机和配套的双行播种机在甘蔗行间一次性进行开沟、施肥、播种、覆土、起垄、铺放滴管和覆盖黑膜等作业。垄宽0.80 m，每垄种植2行马铃薯，行距0.40 m，株距0.25 m，种植密度30000株/ha。每公顷施35%三元复合肥（N∶P∶K=18∶18∶18）450～750 kg、硫酸钾肥（K2O≥50%）75～120 kg。试验小区按随机区组排列，3次重复，行长10 m，5行区，小区面积为150 m2。马铃薯于2020年3月20日用小型马铃薯收获机进行收获，收获后用拖拉机悬挂宽行施肥培土机对甘蔗进行中耕施肥培土，每公顷施43%复合肥（N∶P∶K=20∶8∶15）1500 kg。甘蔗于2020年12月15日收获，分别在套种区和单作区人工砍收3个小区测产，每小区测产面积120 m2，其他小区采用机械收获。同时调查株高、茎径和有效茎数，每小区采集6根甘蔗检测蔗糖分含量，并换算成含糖量。含糖量（kg/ha）=蔗茎产量（kg/ha）×蔗糖分含量（%）。

1. 3 测定项目及方法

1. 3. 1 样品采集 马铃薯成熟待收获时，每小区按五点采样法采集各处理的根际土和非根际土。其中根际土采用抖土法采集，将甘蔗植株连根挖起后抖落大块的土壤，用毛刷刮下附着在根系的土壤至无菌袋中;套种区非根际土取自马铃薯种植区域，单作区非根际土取自2行甘蔗种植行间，挖取30 cm深土层，按四分法混合样品后放至无菌自封袋，一部分液氮速冻并带回实验室置于-80 ℃冰箱保存，用于分析土壤微生物群落结构和多样性;一部分风干用于测定土壤养分含量。每小区采集3株甘蔗植株，烘干后称重，并测定全氮、全磷和全钾含量。

1. 3. 2 土壤和植株理化性质测定 土壤理化性质测定参照《土壤分析技术规范》的方法（杜森和高祥照，2006）。土壤pH采用电位测定法，土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法测定，土壤水解性氮含量采用碱解扩散法测定，土壤速效磷含量采用钼锑抗比色法测定，土壤有效钾含量采用火焰光度计法测定，土壤含水量采用烘干法测定，土壤容重采用环刀法测定。甘蔗植株全氮含量采用H2SO4-H2O2蒸馏法测定，全磷含量采用钼锑抗比色法测定，全钾含量采用火焰光度计法测定。

1. 3. 3 土壤微生物测序 根际土壤样品总DNA提取、PCR扩增及序列测定均委托上海美吉生物医药科技有限公司完成。利用FastDNA SPIN Kit for Soil试剂盒提取土壤DNA，1%琼脂糖凝胶电泳检测DNA完整性，用NanoDrop 2000分光光度计检测DNA的浓度和纯度。细菌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进行PCR扩增，并进行鉴定、纯化及定量分析。采用Illumina MiSeq测序平台对PCR产物进行双端测序，以2%琼脂糖凝胶电泳回收PCR扩增产物，经纯化、洗脱及电泳检测后，用QuantusTM Fluorometer（Promega）进行检测定量，并构建文库。

1. 4 统计分析

采用DPS v18.10进行方差分析，用Duncans新复极差法进行多重比较。细菌和真菌群落结构通过美吉生物i-sanger云平台进行个性化分析，应用Mothur计算微生物Alpha多样性指数。

2 结果与分析

2. 1 甘蔗套种马铃薯对土壤理化性状的影响

由表1可知，各处理的土壤pH均呈偏酸性且无显著差异（P>0.05，下同）。与甘蔗单作区的根际土（A）和非根际土（B）相比，甘蔗套种区的根际土（C）和非根际土（D）的土壤有机质含量分别提高4.93%和10.50%，水解性氮含量分别提高12.32%和56.01%，有效磷含量分别提高6.40%和48.31%，速效钾含量分别提高8.92%和51.52%，且均显著高于单作区（P<0.05，下同）。甘蔗套种区非根际土（D）的土壤容重最低，其次是根际土区（A和C），单作区非根际土（B）的土壤容重最高，其中套种区非根际土（D）的土壤容重显著低于其他处理。甘蔗套种区非根际土（D）的含水量显著高于单作区非根际土（B）的含水量，而甘蔗根际土（A和C）的含水量无显著差异。由此可知，甘蔗套种马铃薯可在一定程度上提高套种区土壤的速效养分含量和土壤含水量，降低土壤容重。

2. 2 土壤样品测序信息统计

对4个处理区的12个土壤样品进行Illumina Miseq高通量测序，数据经过滤优化后共获得细菌基因有效序列572209条，有效碱基数目237767103条，序列平均长度415 bp;真菌基因有效序列1223184条，有效碱基数目466559653条，序列平均長度381 bp。细菌文库覆盖率均达97%以上，真菌文库覆盖率均达99%以上，说明样品中大部分的细菌和真菌种群均能被检测出，测序结果能够反映样品中微生物群落的真实情况（表2）。

2. 3 甘蔗套种马铃薯对土壤微生物群落多样性的影响

Alpha多样性指数包括Shannon、Simpson、ACE和Chao1等指标，这些指标反映了样品内部的物种丰富度和多样性，Shannon、ACE和Chao1指数越大，Simpson指数越小，表明样品的物种丰富度和多样性越高。由表3可知，各处理土壤细菌群落的Shannon、Simpson、ACE和Chao1指数均无显著差异，说明该套种模式对土壤细菌群落的相对丰度和多样性无显著影响。套种区非根际土（D）真菌群落的Shannon、ACE和Chao1指数均高于单作非根际土（B），Simpson指数则显著低于单作非根际土（B），而根际土（A和C）的各项指标均无显著差异，说明甘蔗套种马铃薯对真菌群落的影响较大，可显著提高套种区土壤真菌群落的相对丰度，但对甘蔗根际土的真菌群落丰度和多样性无显著影响。

2. 4 甘蔗套种马铃薯对土壤微生物群落结构的影响

由图1和图2可看出，在门水平上，土壤细菌群落中的主要类群有变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、杆菌属门（Patescibacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和己科河菌门（Rokubacteria）。套种降低了土壤变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和杆菌属门在类群中所占的比例，提高了酸杆菌门、绿弯菌门和浮霉菌门等细菌类群所占比例。土壤真菌群落中的优势类群主要是子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和毛霉菌门（Mucoromycota）。套种降低了土壤子囊菌门所占比例，提高了担子菌门、毛霉菌门和其他未知真菌类群的比例。其中甘蔗根际土（A和C）的真菌群落结构差异较小，非根际土（B和D）的真菌群落结构差异较大，单作区非根际土中子囊菌门占绝大部分比例（92.7%），其他真菌类群只占极少部分比例（7.3%），而套种区非根际土中子囊菌门所占比例下降（78.9%），其他真菌类群所占比例上升（21.1%）。

2. 5 土壤微生物群落与土壤理化性质的相关分析

为明确土壤微生物群落和土壤理化性质的相关性，在门分类水平上对土壤微生物群落与土壤pH、土壤有机质、土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾、土壤容重和土壤含水量等环境因子进行冗余分析（RDA）。由图3可知，对于土壤细菌群落，RDA前2个轴共解释了63.51%的群落变化，其中对土壤细菌群落影响较大的有土壤pH、土壤有效磷、土壤速效钾、土壤容重和土壤含水量，土壤有机质对土壤细菌群落影响较小;对于土壤真菌群落，RDA前2个轴共解释了74.96%的群落变化，其中对土壤真菌群落影响较大的有土壤pH、土壤速效钾、土壤容重和土壤含水量，土壤有效磷对土壤真菌群落的影响较小。

为进一步明确微生物群落分类与环境变量之间的相关性，对土壤微生物群落中的优势菌群（门水平）和环境因子进行相关分析，相关性heatmap图通过相关性数值可视化展示样本中不同的物种与环境变量之间的关系，图中X轴和Y轴分别为环境因子和物种，相关性R值在图中以不同颜色展示（图4）。由图4可看出，土壤细菌群落中的拟杆菌门和厚壁菌门分别与土壤容重和土壤有效磷呈显著正相关，绿弯菌门和芽单胞菌门分别与土壤容重和土壤速效钾呈显著负相关;土壤真菌群落中的子囊菌门与土壤容重呈显著正相关，担子菌门与土壤容重呈显著负相关。此外，未分类和未知真菌与土壤有机质、土壤碱解氮、土壤速效钾、土壤容重、土壤含水量等环境因子也存在显著相关性。

2. 6 甘蔗套种马铃薯对甘蔗养分吸收的影响

由表4可知，苗期套种区甘蔗植株的全氮含量与单作区无显著差异，全磷和全钾含量分别比单作区显著降低16.23%和13.18%;成熟期套种区甘蔗植株的养分含量与单作区无显著差异。说明甘蔗宽行距套种马铃薯机械化栽培对苗期甘蔗养分吸收积累的影响较大，可在一定程度上降低甘蔗对磷和钾的吸收（表4）。

2. 7 甘蔗套种马铃薯的产量和经济效益

由表5可知，套种区甘蔗的出苗数、分蘖数、有效茎数与单作区无显著差异，株高、茎径、蔗茎产量和含糖量均显著高于单作区，其中蔗茎产量和含糖量分别比单作区提高12.66%和10.02%;套作区的马铃薯产量为10582.0 kg/ha，按市场价2元/kg、生产成本（种子1500元/ha、肥料3000元/ha、滴灌3000元/ha、地膜330元/ha、机械1500元/ha、人工3000/ha元）共12330元/ha计，可增收8834元/ha。

3 讨论

3. 1 甘蔗套种马铃薯机械化栽培对土壤理化性质的影响

甘蔗传统的种植行距是0.8～1.2 m，近年来为了适应机械化生产，甘蔗行距加宽到了1.2 m以上。采用宽行距种植甘蔗能提高机械作业流畅性，减少对土壤的压实，改善土壤贯入阻力和抗剪强度（罗俊等，2020）。此外，宽行种植模式下的田间除草、施肥培土等机械作业不易受甘蔗长势和天气的影响，解决了传统机械管理因天气和甘蔗生长影响的作业难题（覃建才，2019）。但随着种植行距的增大，也造成了甘蔗生长前期的土地和光能利用率低等问题（梁和等，2017）。前人研究发现，合理的间套种不仅能提高复种指数和土地利用率，还可提高土壤养分含量（余常兵等，2009）。本研究结果表明，甘蔗套种马铃薯增加了土壤的有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，与章家恩等（2009）、唐秀梅等（2015）研究的玉米/花生、木薯/花生间作模式能提高土壤养分含量的结果一致。其中甘蔗非根际土养分含量的增加幅度较大，甘蔗根际土的增加幅度较小，甘蔗非根际土养分含量的显著增加可能与套种作物的肥料施用有关，而根际土壤养分含量的增加可能是套种作物根际土壤中的速效养分通过质流和扩散运移至甘蔗根际土壤的结果。本研究还发现甘蔗套种马铃薯降低了套种区的土壤容重，提高了土壤含水量。机械作业对土壤的压实是影响土壤理化性质和甘蔗根系生长的一个重要因素（李毅杰等，2017;刘晓燕等，2018），而行间套种马铃薯，其根系的生长及茎叶还田对土壤的改良，可有效改善机械化栽培管理可能伴生的土壤过度压实等不良影响。此外，由于套种马铃薯通常需配套良好的灌溉条件（滴灌或喷灌），以及套种作物对行间土壤的遮蔽作用，也可有效缓解蔗田的干旱和缺水等问题。

3. 2 甘蔗套种马铃薯机械化栽培对土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物参与土壤有机质分解、腐殖质形成、养分转化与循环等过程，是评价土壤肥力和质量的重要指标（Kennedy and Smith，1995）。土壤微生物多样性反映了土壤中物质代谢的旺盛程度，是土壤生态系统结构与微生物功能的综合表现（Li et al.，2016）。关于间套种条件下土壤微生物多样性变化的研究结果存在差异。Wang等（2007）研究表明，小麦间作芸薹属植物改变了小麦根际微生物群落结构和群落多样性，土壤细菌丰富度减少，真菌丰富度增加;覃潇敏等（2015）、赵雅姣等（2020a）研究发现，玉米/马铃薯、紫花苜蓿/玉米间作体系中，间作可显著提高2种作物根际微生物的多样性指数与丰富度指数。而李艳春等（2019）研究显示，茶园间作对土壤细菌群落多样性的影响不显著。本研究结果表明，套种区甘蔗非根际土壤的真菌多样性指数显著高于单作区，土壤细菌多样性指数则无显著差异;甘蔗根际土壤的细菌和真菌多样性指数差异均不显著。研究结果与前人研究存在差异，原因可能是由于间套种体系中作物种类、种植模式和土壤环境不同，导致作物的根系分泌物、腐殖质和作物茎叶残留等差异而引起。本研究中，为更好地实现全程机械化种植，甘蔗种植行距设为2.6 m的宽行距，马铃薯种植区与甘蔗种植行间有足够宽的间距，减少了地下部根系的交互作用，因此甘蔗根际的土壤微生物多样性不易受套种作物的影响。

罗俊等（2020）研究发现，甘蔗根际土壤中细菌门水平的优势群落包括变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门，真菌门水平的优势群落包括子囊菌门和担子菌门。葛应兰和孙廷（2020）研究发现，马铃薯根际土壤中细菌门水平的优势群落包括变形菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门，真菌的优势类群包括子囊菌门、担子菌门和结合菌门。本研究中，无论是单作还是套种，土壤细菌群落中的优势类群（门水平）均是变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、酸杆菌门和绿弯菌门，土壤真菌群落中的优势类群均是子囊菌门、担子菌门和毛霉菌门，与罗俊等（2020）、葛应兰和孙廷（2020）的研究结果基本一致，说明间套种并未改变土壤细菌和真菌的优势类群种类。王娜等（2016）研究马铃薯/玉米、马铃薯/蚕豆间作模式时发现，间作能有效改善根际土壤细菌菌群结构，使有益菌的比例上升，潜在致病菌的比例下降。李艳春等（2019）、农泽梅等（2020）研究显示，土壤pH、全氮、全磷、速效钾和碱解氮等与土壤微生物群落结构的变化密切相关。本研究中，甘蔗套种马铃薯降低了细菌变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和真菌子囊菌门的相对丰度，提高了土壤细菌酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门及真菌未知菌群的相对丰度。酸杆菌可产生微生物黏液和多糖，有利于土壤团聚体稳定性和碳储存（Trivedi et al.，2013）;绿弯菌可摄取二氧化碳，降解有毒物质（Bauld and Brock，1973;赵雅姣，2020b）;芽单胞菌参与土壤中的磷代谢（Gul and Whalen，2016），這几个类群相对丰度的增加，说明套种提高了参与土壤碳氮循环和养分代谢相关菌群的比例。冗余分析结果显示，土壤pH、有机质、速效钾、容重和土壤含水量是对土壤细菌和真菌群落影响较大的环境因子，与前人的研究结果略有差异，说明除了土壤酸碱度和养分含量，土壤物理性状的改变同样是影响土壤微生物群落的重要因素。

3. 3 甘蔗套種马铃薯机械化栽培对甘蔗养分吸收的影响

间套作的优势主要在于资源的有效利用，在作物营养方面主要体现在养分吸收量的增加和养分利用效率的提高（杨友琼等，2016）。李隆等（2000）、唐明明等（2015）研究发现小麦/大豆、玉米/马铃薯、大豆/马铃薯、玉米/油菜和大豆/油菜间作均能提高作物对氮、磷和钾养分吸收总量。本研究结果表明，甘蔗套种马铃薯可显著提高苗期甘蔗对氮的积累量，但降低对磷和钾的吸收量。间套种体系中的作物对土壤养分存在竞争关系，由于间套种作物生长期内对养分的需求不同，不同间作物种能通过竞争互补或互利，在时间上增加作物对吸收养分的有效性，降低作物种间的竞争。甘蔗套种马铃薯模式中2种作物的共生期是11月至次年3月，甘蔗的生长期较长，共生期内是甘蔗的出苗及分蘖期，对氮肥的需求量较大，显然其具有更强的竞争能力;马铃薯的生长期较短，共生后期是马铃薯结薯期，对磷和钾需求量较大，因此对磷和钾肥的吸收具有竞争优势。此外，由于套种的行距较宽，2种作物的茎叶在空间上交互效应和竞争关系较小，可充分利用地上部的光热资源。目前，甘蔗套种马铃薯的种植、管理和收获均可实现全程机械化，极大提高了生产效率，增加了经济效益，因此该种植模式是南方蔗区较理想的间套种模式。

4 结论

甘蔗套种马铃薯机械化栽培可有效改善土壤理化性质，改变土壤微生物群落结构和多样性，提高甘蔗产量和含糖量，增加经济效益，实现了土地的用养结合，是较合理的套种模式。

参考文献：

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（責任编辑 王 晖）