间作咖啡系统中土壤有机质的变化及其对土壤酶活性和微生物活动的影响

《Applied Soil Ecology》：Changes in soil organic matter in intercropped coffee systems and their effects on soil enzymatic and microbial activity

咖啡间作系统对Cerrado土壤酶活性、有机质组成及微生物群落的影响研究。结果表明，Brachiaria间作（CB）和混合覆盖（CM）较自然植被（NV）显著提高β-葡萄糖苷酶活性（CB：321.4 mg/kg/h；CM：76.7 mg/kg/h），且深层土壤中烷烃、脂类及木质素衍生物积累更显著。微生物分析显示，CB和CM系统表层真菌/细菌比值（F/B）较高，且随深度增加真菌优势更明显。研究证实间作系统通过优化有机质输入和微生物功能促进土壤碳稳定。

　　在巴西的咖啡种植系统中，覆盖作物对土壤的影响已被广泛研究，但对其残留物如何影响土壤酶活性和微生物群落的了解仍存在一定的空白。这项研究旨在评估在使用黑麦草（Brachiaria）间作（CB）和混合覆盖作物（CM）的咖啡种植系统中，土壤酶活性、有机质分子组成、植物残余物和微生物多样性与自然植被（NV）之间的差异。研究通过挖掘咖啡树行间的沟槽，采集了不同土壤层的样本（0.0–0.10、0.10–0.30、0.30–0.60和0.60–1.0米），并采用多种分析方法，包括热化学裂解（TMAH）技术、磷脂脂肪酸（PLFA）分析和土壤酶活性测定，以深入探讨覆盖作物对土壤功能的潜在影响。

研究发现，在表层土壤（0.0–0.10米）中，CM和CB系统中的β-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性显著高于NV，分别达到76.7和321.4 mg p-硝基苯酚 kg?1土壤小时?1。相比之下，Arylsulfatase活性在CB和CM系统中均低于NV，范围在71.5到90.1 mg p-硝基苯酚 kg?1土壤小时?1之间。这些结果表明，不同覆盖作物系统对土壤酶活性的影响存在显著差异，尤其是在表层土壤中。在深层土壤（0.30–0.60米）中，三种系统之间的酶活性差异不显著，可能是因为深层土壤中的微生物活动和有机质分解过程受到更多限制。

土壤有机质（SOM）的分子组成受到管理方式和土壤深度的影响。在CB和CM系统中，深层土壤（0.30–1.0米）中出现了更多的顽固化合物，如烷烃（14–26）、脂类和木质素衍生物，这表明这些系统可能在稳定土壤有机质方面具有更大的潜力。微生物多样性在不同系统之间也有所不同，CB和CM系统中真菌、放线菌和细菌的丰度较高，这可能与这些系统中有机质的多样性和持续输入有关。较高的真菌/细菌比值和深层土壤中真菌生物标志物的富集表明，这些系统为顽固残留物的分解提供了有利的环境。

研究还发现，不同覆盖作物系统对土壤酶活性和微生物群落的形成具有显著影响。例如，在CB系统中，由于黑麦草的持续输入和长期管理，微生物群落的多样性得到了提升，特别是在深层土壤中，真菌的丰度增加，这可能与土壤中顽固有机质的分解和转化有关。相比之下，CM系统虽然也促进了微生物活动，但其覆盖作物的多样性可能不足以显著改变深层土壤的微生物组成。NV系统则由于其自然状态下的持续有机质输入和较低的农业干预，保持了较高的微生物活性和多样性。

此外，研究中使用的TMAH技术能够有效区分土壤有机质的矿质结合有机质（MAOM）和颗粒有机质（POM），从而提供关于有机质稳定机制的深入信息。在不同土壤深度中，MAOM和POM的有机质组成也有所不同，深层土壤中顽固化合物的丰度增加，这可能与有机质的长期积累和微生物分解的限制有关。植物残余物的分子组成同样受到覆盖作物类型和土壤深度的影响，CB系统中的植物残余物富含脂类和木质素衍生物，而NV系统则显示出更多的微生物来源的有机质。

这些结果对巴西咖啡种植系统具有重要的实践意义。由于Cerrado地区的土壤通常具有高度风化和化学限制，如铝毒性和磷、钙和镁的低含量，因此需要采取有效的土壤管理措施。覆盖作物的使用，特别是黑麦草间作和混合覆盖作物系统，不仅有助于提高土壤有机质的质量和稳定性，还能促进微生物多样性和酶活性，从而改善土壤肥力和可持续性。然而，不同覆盖作物系统的具体效果可能因管理历史和系统年龄而异，因此在实际应用中需要根据具体的农业目标进行选择。

总体而言，这项研究强调了覆盖作物在改善土壤功能和促进可持续农业实践中的重要性。通过综合分析土壤酶活性、有机质分子组成和微生物多样性，研究为不同覆盖作物系统在咖啡种植中的应用提供了科学依据。未来的研究可以进一步探讨这些系统在长期管理中的效果，以及它们对土壤碳循环和养分循环的潜在影响。此外，结合其他土壤健康指标和环境因素，可以更全面地评估覆盖作物对土壤质量的综合影响，从而为农业可持续发展提供更加精准的指导。