拉巴豆替代控制对美洲商陆根际土壤微环境的影响

引用格式：乔国兰，孙镕基，高文婧，等. 拉巴豆替代控制对美洲商陆根际土壤微环境的影响[J]. 湖南农业科学，2024（6）：28-31，37.

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2024.006.006

收稿日期：2024-01-04

基金项目：湖南省省级财政林草繁育项目（湘财资环指〔2023〕5号）

作者简介：乔国兰（1997—），女，青海西宁市人，硕士研究生，主要从事生态草资源学研究工作。

通信作者：陈桂华

摘要：为探究拉巴豆替代控制对美洲商陆根际土壤微环境的影响，分别测定了美洲商陆单种及与拉巴豆按不同比例混种时根际土壤细菌、真菌和放线菌数量，及土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量。结果表明：混种拉巴豆显著降低了美洲商陆根际土壤细菌数量、放线菌数量和所占比例、微生物总数、全磷、碱解氮、速效钾和有机质含量，显著提高了真菌所占比例，1∶3混种（S2L6）时细菌所占比例显著降低，1∶1（S4L4）和1∶3（S2L6）混种时真菌数量显著提高，全氮和速效磷含量显著降低。相关性分析表明根际土壤微生物数量和理化性质相互影响，由主成分分析综合排名可知1∶3混种时美洲商陆根际土壤肥力条件最差。综上所述，因为混种使美洲商陆根际土壤肥力降低，说明拉巴豆能够成功替代控制美洲商陆，1∶3混种最有利于美洲商陆的替代控制。

关键词：美洲商陆；拉巴豆；替代控制；微生物数量；土壤理化性质

中图分类号：Q948.11 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2024）06-0028-04

Replacement Control with Dolichos lablab Affects the Rhizosphere Soil Microenvironment

of Phytolacca americana L.

QIAO Guo-lan，SUN Rong-ji，GAO Wen-jing，CHEN Gui-hua

（College of Agronomy， Hunan Agricultural University， Changsha 410218， PRC）

Abstract： This study aims to investigate the effects of replacement control with Dolichos lablab on the rhizosphere soil microenvironment of Phytolacca americana L. We measured the counts of bacteria， fungi， and actinomycetes and the content of total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available nitrogen， available phosphorus， available potassium， and organic matter in the rhizosphere soil of the fields planted with P. americana L. alone or mixed with D. lablab at different proportions. The results showed that mixed cultivation with D. lablab significantly reduced the count of bacteria， count and proportion of actinomycetes， total microbial count， total phosphorus， available nitrogen， available potassium， and organic matter in the rhizosphere soil of P. americana L.， while it significantly increased the proportion of fungi. The mixed cultivation of P. americana L. and D. lablab at a ratio of 1∶3 （S2L6） signi-

ficantly decreased the proportion of bacteria， while the mixed cultivation at ratios of 1∶1 （S4L4） and 1∶3 （S2L6） significantly increased

the count of fungi and significantly decreased the content of total nitrogen and available phosphorus. The correlation analysis showed that the microbial count and physicochemical properties in the rhizosphere soil interacted with each other. According to the comprehensive ranking of principal component analysis， we concluded that the mixed cultivation at a ratio of 1∶3 had the worst rhizos-

phere soil fertility. In summary， the reduction of soil fertility in the rhizosphere of P. Americana L. by mixed cultivation indicated that D. lablab successfully controlled P. americana L.. Moreover， the mixed cultivation of P. americana L. and D. lablab at a ratio of 1∶3 was most conducive to the replacement control of P. americana L..

Key words： Phytolacca americana L.; Dolichos lablab; replacement control; microbial count; physicochemical properties of soil

美洲商陆（Phytolacca americana L.）是一种入侵植物[1]，因其药用价值引入我国后迅速传播蔓延，严重威胁入侵地的生态和经济价值[2-3]。利用植物的化感作用对美洲商陆进行替代控制是一种长期有效的生态控制方法[4]。前期经过筛选发现拉巴豆（Dolichos lablab）可以替代控制美洲商陆[5-6]，该研究内容主要集中在替代控制对美洲商陆生长的影响，包括对其株高、地上和地下部分生物量等的影响，但是缺少对根际土壤微环境变化的研究。

根际土壤微环境是植物进行物质交换的重要区域，与植物的长发育密切相关[7]，根际土壤微生物数量及土壤中有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等的含量可以反映土壤养分大小和肥力状态[8]，有研究表明[9]，外来入侵植物会通过改变入侵地土壤微生物数量和养分含量使自己成功入侵。当入侵植物与被替代植物混种时，不同物种植物间的竞争作用会改变根际土壤微环境[10]。项目组通过复合De Wit取代法[5]进行盆栽试验，分别测定单种和混种拉巴豆时美洲商陆根际土壤微生物数量和理化性质大小，进一步探究拉巴豆对美洲商陆的替代控制机理，以期为实现对美洲商陆的生态控制，修复入侵地的生态环境提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2021年10月8日在湖南省长沙县江背镇的山坡坡脚处采集获得美洲商陆种子，拉巴豆（润高）种子购买于百绿（天津）国际草业有限公司。

1.2 试验设计

盆栽试验于2022年7月10日在湖南农业大学校内试验基地进行，从湖南农业大学耘园实验基地采集土壤，土壤pH值为6.80，全氮含量0.96 g/kg、全磷0.34 g/kg、全钾14.80 g/kg、速效氮167.53 mg/kg、

速效磷58.82 mg/kg、速效钾60.31 mg/kg、有机质13.10 g/kg。土壤过筛除去碎石和动植物残体后装入塑料花盆中（底部直径为18.5 cm、高20 cm），播种前分别用98%的硫酸浸泡美洲商陆种子5 min[11]、用5%的次氯酸钠溶液浸泡拉巴豆种子10 min进行消毒，然后用自来水和无菌水冲洗多次，用吸水纸吸

干表面水分。分别设美洲商陆单种（CK），及美洲商

陆与拉巴豆以3∶1（S6L2）、1∶1（S4L4）和1∶3（S2L6）

的比例混种，共4个处理，种植密度为8株/盆，每个处理设4组重复。

1.3 取样及测定

1.3.1 土样采集 于2022年10月25日采集土样，采用抖根法采集美洲商陆根际土样，用无菌自封袋小心收集附着在美洲商陆根系表面土壤，迅速封装后连同根一起置于冰盒保存，在实验室内用毛刷仔细刷取附着在根表面的土壤，将土样分为两份，其中一份土样立即存放至4℃冰箱中，24 h内进行微生物培养计数，另一份土样过2 mm孔径的筛，并在室温下自然风干后供土壤理化性质的测定。

1.3.2 土壤微生物数量测定 采用涂布平板法进行计数，采用牛肉膏蛋白胨培养基[12]对细菌进行培养和计数；采用马丁孟加拉红培养基[13]对真菌进行培养和计数；采用改良高氏1号培养基[14]对放线菌进行培养和计数。

1.3.3 土壤理化性质测定 土壤全氮采用高氯酸–硫酸消化–蒸馏定氮法测定；全磷采用高氯酸–硫酸消化–钼锑抗比色法测定；全钾采用氢氧化钠熔融–火焰光度法测定；碱解氮采用碱解扩散吸收法测定；速效磷采用碳酸氢钠浸提–钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵浸提–火焰光度法测定；有机质采用重铬酸钾容量法–外加热法测定[15]。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2019对数据进行整理，利用SPSS 22.0进行单因素One–way ANOVA检验，利用最小显著差异法（LSD）分析差异性，显著水平0.05，Pearson双尾检验相关性。采用因子分析对不同处理中根际土壤微生物数量和理化性质进行主成分分析，表格中的数据均以4次重复的平均值±标准误的形式列出。

2 结果与分析

2.1 不同处理对根际土壤微生物的影响

由表1可知，与拉巴豆混种改变了美洲商陆根际土壤微生物的数量和结构，较美洲商陆单种（CK），美洲商陆和拉巴豆以3∶1（S6L2）、1∶1（S4L4）和1∶3（S2L6）混种时根际土壤细菌数量显著降低了52.46%、

54.69%和67.19%，放线菌数量显著降低了70.91%、70.68%和68.64%，微生物总数显著降低了52.25%、51.57%和53.24%，真菌所占比例显著增加了128.83%、

149.85%和205.84%，放线菌所占比例显著降低了34.63%、34.88%和27.99%（P＜0.05），1∶1（S4L4）和1∶3（S2L6）混种时根际土壤真菌数量较单种（CK）显著增加了20.74%和42.96%（P＜0.05）。

2.2 不同处理对根际土壤理化性质的影响

美洲商陆根际土壤全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量在不同处理间均存在明显差异（表2）。其中1∶1（S4L4）和1∶3（S2L6）混种时根际土壤全氮含量较单种（CK）显著降低了8.08%

和9.09%（P＜0.05）；3∶1（S6L2）、1∶1（S4L4）和1∶3（S2L6）混种时土壤全磷含量较单种（CK）显著降低了19.44%、30.56%和30.56%，碱解氮含量显著降低了4.58%、7.62%和31.59%，速效钾含量显著降低了15.22%、27.91%和40.58%，有机质含量较CK组显著降低了19.80%、32.86%和39.99%（P＜0.05）；1∶1（S4L4）和1∶3（S2L6）混种时土壤速效磷含量较单种（CK）显著降低了34.01%和50.19%

（P＜0.05）。

2.3 根际土壤微生物数量与理化性质的相关性分析

对根际土壤微生物数量和理化性质做相关性分析（表3），结果显示土壤细菌数量与放线菌数量极显著正相关（P＜0.01），与全磷、碱解氮和有机质含量显著正相关（P＜0.05）；真菌数量与全磷和有机质含量显著负相关（P＜0.05），与碱解氮、速效磷和速效钾含量极显著负相关（P＜0.01）；放线菌数量与全磷含量显著正相关（P＜0.05），全氮含量与速效钾和有机质含量显著正相关（P＜0.05）；全磷含量与碱解氮、速效钾和有机质含量极显著正相关（P＜0.01），与速效磷含量显著正相关（P＜0.05）；碱解氮含量与速效磷、速效钾和有机质含量极显著正相关（P＜0.01），速效磷含量与速效钾和有机质含量极显著正相关（P＜0.01）；速效钾含量与有机质含量极显著正相关（P＜0.05）。

2.4 根际土壤微环境因子主成分分析

在相关性分析的基础上，采用SPSS 22.0软件对不同处理美洲商陆根际土壤细菌、真菌和放线菌数量、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质共10个指标进行主成分分析（表4），

从表4可以看出第1个主成分的方差百分比为70.812%

第1、第2个主成分的累积贡献率达到85.559%，因此共提取到2个主成分。由成分矩阵表（表5）可知第一主成分主要由全磷、碱解氮、有机质和速效钾等组成，第二主成分主要是全钾、放线菌和细菌等组成，根据载荷矩阵分别得出2个主成分得分的计算方程如下：

Y1=0.115X1-0.119X2+0.095X3+0.100X4+0.137X5-0.067X6+0.137X7+0.128X8-0.132X9+0.130X10" " " " " （1）

Y2=0.388X1+0.093X2+0.457X3-0.023X4+0.034X5+

0.527X6-0.103X7-0.035X8-0.014X9-0.065X10" " " " " "（2）

为进一步判断不同处理对土壤环境因子的作用大小，计算出综合评分F值，F值由每个主成分得分乘以各自权重求和所得，即F=a1×F1+a2×F2；ai=Fi的方差解释率/总的方差解释率（i从1到2），求解得a1=82.76%，a2=17.24%。根据综合评分（表6）结果可知，不同处理得分排名依次为CK、S6L2、S4L4、S2L6。说明随着拉巴豆所占比例增加，美洲商陆根际土壤养分含量逐渐降低，美洲商陆和拉巴豆以1∶3混种时根际土壤肥力条件最差，更有利于对美洲商陆进行替代控制。

3 讨论与结论

3.1 讨论

微生物作为土壤的重要组成成分之一，在土壤系统中参与许多生物化学反应，对土壤中有机质和腐殖质的分解、养分的吸收和循环转化等过程起到了重要的驱动作用[16]。不同种类植物间的相互作用会影响根际微生物的数量和结构，李冰月等[17]的研究表明，四翅滨藜间作红豆草显著提高了细菌和放线菌数量，从而提高了土壤肥力，改善了土壤微环境，而真菌数量显著降低，说明土壤性状的改良，有利于减少病害的发生。在研究中，混种拉巴豆显著降低了美洲商陆根际土壤细菌、放线菌数量和微生物总数，同时显著降低了细菌和放线菌所占比例，进而降低了根际土壤肥力，不利于改善土壤微环境。美洲商陆和拉巴豆以1∶1和1∶3混种显著提高了根际土壤真菌数量和所占比例，而真菌属多包含致病菌[18]，不利于美洲商陆的生长。

混种拉巴豆较美洲商陆单种显著降低了根际土壤全氮、全磷、碱解氮、速效钾和有机质含量，美洲商陆和拉巴豆以1∶1和1∶3混种显著降低了土壤速效磷含量，说明混种降低了美洲商陆根际土壤肥力，土壤养分减少有利于抑制美洲商陆生长，这与蒋智林等[10]的研究结果一致，说明混种时拉巴豆通过根系争夺土壤养分，从而抑制美洲商陆的生长。根据相关性分析，土壤微生物与理化性质相互影响，其中细菌数量与全磷、碱解氮和有机质含量正相关，放线菌数量与全磷含量正相关，真菌数量与全磷和有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量负相关，可能是因为美洲商陆和拉巴豆在种间竞争过程中存在一定的反馈调节机制[19]，通过改变根系分泌物的种类和含量[20]改变了根际土壤微生物数量和结构从而改变了土壤养分含量。由主成分分析可知，混种拉巴豆主要通过影响根际土壤全磷、碱解氮、有机质、速效钾、全钾含量及放线菌和细菌数量实现对土壤微环境的改变。根据综合评分结果，美洲商陆与拉巴豆以1∶3混种时对土壤微环境的改变最显著，这与前期研究结果[21]一致，说明1∶3混种更有利于对美洲商陆进行替代控制。

3.2 结论

混种拉巴豆显著改变了美洲商陆根际土壤微生物数量和理化性质，显著降低了根际土壤肥力，这可能是拉巴豆能够替代控制美洲商陆的原因之一。美洲商陆和拉巴豆以1∶3混种时美洲商陆根际土壤肥力条件最差，是替代控制最佳比例。

参考文献：

[1] 董周焱，柏新富，张靖梓，等. 入侵植物美洲商陆对光环境的适应性[J]. 生态学杂志，2014，33（2）：316-320.

[2] VILÀ M，ESPINAR J L，HEJDA M，et al. Ecological impacts of invasive alien plants：a meta-analysis of their effects on species，communities and ecosystems[J]. Ecology Letters，2011，14（7）：702-708.

[3] 温四民，张桂玲，袁蕾. 美洲商陆浸提液对3种作物种子萌发及幼苗生长的化感效应[J]. 东北农业科学，2020，45（3）：76-80.

[4] 张震，代宇雨，王一帆，等. 入侵植物替代控制中土著种选择机制的研究[J]. 生物安全学报，2018，27（3）：178-185.

[5] 王森森，贾宏定，张志飞，等. 入侵植物美洲商陆与3种牧草的竞争效应研究[J]. 草地学报，2021，29（1）：95-102.

[6] 王森森，乔国兰，刘蕾，等. 美洲商陆和拉巴豆在不同氮磷肥组合下的竞争效应[J]. 湖南农业大学学报（自然科学版），2022，48（6）：706-711.

[7] 戴雅婷，侯向阳，闫志坚，等. 库布齐沙地两种植被恢复类型根际土壤微生物和土壤化学性质比较研究[J]. 生态学报，2016，36（20）：6353-6364.

[8] 田平雅，沈聪，赵辉，等. 银北盐碱区植物根际土壤酶活性及微生物群落特征[J]. 土壤学报，2020，57（1）：217-226.

[9] 和昱含. 入侵植物加拿大一枝黄花根系和凋落叶输入对土壤微生物群落的影响及其反馈效应[D]. 镇江：江苏大学，2022.

[10] 蒋智林，王五云，雷桂生，等. 紫茎泽兰与4种功能型草本植物根系生长特征和竞争效应[J]. 应用生态学报，2014，25（10）：2833-2839.

[11] 刘丽莉，冯涛，严明理，等. 几种破除美洲商陆种子休眠的方

法[J]. 植物生理学通讯，2007，43（4）：795-796.

[12] 张萌萌，敖红，李鑫，等. 桑树/苜蓿间作对根际土壤酶活性和微生物群落多样性的影响[J]. 草地学报，2015，23（2）：302-309.

[13] 胡庆兰，杨凯，王金贵. 地膜覆盖及不同施肥处理对根际土壤微生物数量和酶活性的影响[J]. 西北农业学报，2023，32（3）：429-439.

[14] 魏鹏. 准噶尔盆地典型荒漠植物群系植物、土壤微生物多样性与草地功能关系研究[D]. 乌鲁木齐：新疆农业大学，2020.

[15] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科技出版社，2000.

[16] ZHENG G W，LUO S H，LI S F，et al. Specialized metabolites from Ageratina adenophor a and their inhibitory activities against pathogenic fungi[J]. Phytochemistry，2018，148：57-62.

[17] 李冰月，张馨馨，南丽丽，等. 红豆草间作四翅滨藜对土壤微生物数量及酶活性的影响[J]. 草原与草坪，2020，40（1）：85-91.

[18] 今芝. 连作、轮作马铃薯对根际土壤微生物数量及土壤养分的影响[D]. 呼和浩特：内蒙古农业大学，2012.

[19] 马玲，马琨，汤梦洁，等. 间作与接种AMF对连作土壤微生物群落结构与功能的影响[J]. 生态环境学报，2013，22（8）：1341-1347.

[20] 周泉，王龙昌，邢毅，等. 间作紫云英下油菜根际土壤微生物群落功能特征[J]. 应用生态学报，2018，29（3）：909-914.

[21] 王森森. 美洲商陆的替代控制牧草筛选及其相互竞争效应研

究[D]. 长沙：湖南农业大学，2021.

（责任编辑：肖彦资）