八种作物条带间作模式下土壤细菌群落田间变异性的有限影响

《European Journal of Soil Biology》：Strip-intercropping of eight crop species shows limited within-field variation of soil bacterial communities

本刊推荐：为应对单一耕作对土壤健康的负面影响，研究人员开展有机条带间作对土壤细菌群落影响的研究。通过比较8种作物物种及16种组合的细菌α多样性和群落组成，发现作物多样性并未显著改变细菌α多样性，而群落组成差异主要与土壤湿度（<3%）相关。该研究为理解间作系统中植物-微生物互作的环境依赖性提供了新视角。

　　

随着全球粮食需求预计到2050年将增长51%，集约化单一耕作模式已难以可持续满足这一需求。工业化农业依赖化学投入品的行为不仅损害土壤健康，还导致生物多样性丧失和产量稳定性下降。在此背景下，探索基于自然的可持续农业方法显得尤为重要。间作作为一种传统且具有潜力的农艺措施，通过同时种植两种或以上作物，能够优化资源利用效率并增强生态系统服务功能。然而，当前研究多集中于植物-植物或植物-昆虫互作，对地下微生物群落特别是细菌在间作系统中的响应机制仍知之甚少。

本研究发表于《European Journal of Soil Biology》，由瓦赫宁根大学线虫学实验室的Joliese Teunissen等学者开展。研究人员选择有机条带间作农田（位于荷兰弗莱福兰省）作为实验平台，通过对8种作物（蚕豆、西兰花、芹菜、草三叶草混播、燕麦、洋葱、欧洲防风草和马铃薯）的条带中心（种内互作）和条带交界区（种间互作）进行土壤采样，结合16S rRNA基因扩增子测序技术，系统分析了细菌群落的组成和功能变化。

关键技术方法包括：1）田间设计采用6米宽条带种植模式，在四个区块内采集112份土壤样本；2）通过Illumina NextSeq 2000平台对16S rRNA基因V4区进行双端测序；3）使用DADA2流程处理序列数据获得扩增子序列变异（ASV）；4）采用线性混合效应模型和PERMANOVA等统计方法分析群落差异；5）利用FAPROTAX数据库预测细菌功能群。

研究结果揭示：

3.1. 土壤特性分析显示，不同作物物种间土壤湿度（p < 0.0001）和pH值（p < 0.0001）存在显著差异，其中西兰花和欧洲防风草的土壤湿度较高。

3.2. 细菌α多样性（香农指数）在种内与种间互作条件下无显著差异（p > 0.1），表明作物类型和互作方式未对细菌多样性产生明显影响。

3.3. 细菌群落组成在种内互作中呈现作物特异性聚类（PERMANOVA: R2=0.13, p=0.001），欧洲防风草和马铃薯的群落结构与草三叶草、芹菜和西兰花显著分离。种间互作减弱了这种作物特异性模式，但欧洲防风草与马铃薯仍对相邻作物（如草三叶草、芹菜和燕麦）的细菌群落产生显著影响。

3.4. 细菌功能预测显示光能自养功能在草三叶草土壤中相对丰度较高，而好氧化能异养功能与土壤湿度呈负相关（cor=-0.38, p=0.005）。

讨论部分指出，在水分限制条件下（平均土壤湿度10%），作物对细菌群落的影响被环境因素所掩盖。这与以往温室研究结果形成对比，强调了田间条件下植物-微生物互作的环境依赖性。马铃薯和欧洲防风草对细菌群落的显著影响可能与其生长阶段和根系分泌物特性相关，但这种效应与土壤湿度变化存在耦合关系。

该研究的重要启示在于：条带间作系统中的作物多样性并不总是能够调控土壤细菌群落，其效果受到环境条件（特别是土壤湿度）的强烈调节。这一发现为优化间作系统设计提供了科学依据，提示在实际应用中需综合考虑作物组合与环境因子的交互作用。未来研究应关注多营养级微生物群落（如真菌和原生生物）的响应，并通过长期观测揭示作物-微生物互作的动态规律。