氮限制条件下AMF调控槟榔/香草兰间作系统根际微生物群落结构与代谢活性的机制研究

本研究系统揭示了在三种氮减施水平下，两种丛枝菌根真菌（AMF）接种对槟榔/香草兰间作系统根际微环境及生理代谢的调控机制。结果表明，AMF通过优化根际养分循环（如30%减氮下Claroideoglomus etunicatum显著提升水解氮26.29%）、改善土壤结构（如Funneliformis mosseae促进GRSP积累5.16%），为热带间作系统减肥增效与可持续集约化提供了理论依据。

　　

1 引言

槟榔（Areca catechu L.）作为棕榈科常绿乔木，兼具景观与药用价值，其果实、种子等器官具药效，被列为四大南药之首。近年来海南槟榔种植中氮肥过量施用导致利用率低于30%，硝酸盐淋溶对地下水系统造成污染威胁。香草兰（Vanilla planifolia Andrews）作为兰科热带藤本植物，以其独特芳香价值被誉为“天然食品香料之王”，其荚果可提取250余种挥发性芳香物质，广泛应用于高端食品、化妆品及制药领域。槟榔/香草兰间作系统通过根系互作效应，使氮吸收效率提升21.4%，氮利用效率提高18.9%，系统氮肥利用率达45.3%的优化水平。

丛枝菌根真菌（AMF）作为土壤微生物群落重要组成部分，可与多数植物建立良好共生关系。传统研究认为AMF功能主要集中于吸收磷、钾等矿物质，然而AMF一方面通过增强植物整体活力，促进部分植物光合产物通过AMF分泌至根际，支持固氮菌结瘤与固氮活动；另一方面通过改善土壤结构，减少氮淋溶与挥发，将更多氮保留在根际。当前研究多关注间作模式对作物产量与品质的影响，对氮肥与AMF协同调控间作系统根际土壤微生物群落结构与代谢活性的机制尚待深入解析。

2 材料与方法

试验材料来源于中国热带农业科学院香料饮料研究所试验示范基地，供试作物品种为槟榔1号与香草兰3号。供试AMF菌种为幼套近明球囊霉（Claroideoglomus etunicatum）和摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）。试验设置双因素接种×施肥处理，接种处理包括不接种对照（NAM）、接种C.e（AMF(C.e)）与接种F.m（AMF(F.m)）；施肥水平设常规施肥（CK）、减施30%（A）与减施60%（B）。每处理5次重复，共225盆。测定指标包括土壤理化性质（pH、有机质、水解氮、有效磷、速效钾）、土壤酶活性（磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶）、球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）含量及土壤微生物群落结构（16S rRNA高通量测序）。数据采用双因素方差分析（ANOVA）与主成分分析（PCA）处理。

3 结果与分析

3.1 AMF对减施施肥下植物根际土壤理化性质的影响

在30%减氮水平下，接种AMF(C.e)使土壤水解氮显著提升26.29%（P < 0.05）；接种AMF(F.m)使土壤有机质与速效钾分别增加10.93%与2.38%。在60%减氮水平下，接种AMF(F.m)使土壤pH与有机质含量分别提高1.59%与23.19%。表明AMF通过物种特异性策略调控根际养分有效性：C.e倾向于直接优化氮供应微环境，而F.m通过富集碳源库与改善钾吸收间接促进代谢。

3.2 AMF对土壤酶活性的调控

在常规施肥下，AMF(C.e)使磷酸酶活性提升25.68%（P < 0.05），其机制包括分泌有机酸螯合金属离子解除对磷酸酶的抑制，以及通过GRSP为酶提供保护性微环境。在60%减氮下，AMF(F.m)使脲酶活性显著提高64.46%（P < 0.05），源于其诱导根际产脲酶细菌群落（如芽孢杆菌属）富集，加速有机氮转化以缓解低氮胁迫。AMF对酶活性的调控存在双路径：直接通过菌丝分泌影响酶合成基因表达，间接通过重塑微生物共现网络优化功能群落结构。

3.3 AMF对土壤蛋白积累的贡献

氮减施结合AMF接种显著促进GRSP积累。在60%减氮下，接种AMF(F.m)使GRSP含量提高5.16%（P < 0.05）。GRSP作为疏水性糖蛋白，通过其脂质与芳香氨基酸基团在土壤颗粒表面形成疏水层，增强团聚体水稳定性；其糖基化结构与土壤多糖通过离子键与氢键形成有机-无机复合胶结剂。F.m在低氮条件下通过竞争性互作与代谢调整展现出优于C.e的GRSP分泌能力，有效改善土壤结构与碳固存。

3.4 AMF对根际土壤微生物群落的影响

高通量测序检测到18个细菌门，其中酸杆菌门（Acidobacteriota, 25.17%）、变形菌门（Proteobacteria, 24.24%）、绿弯菌门（Chloroflexi, 13.10%）与放线菌门（Actinobacteriota, 6.93%）为优势菌门。氮减施导致变形菌门与酸杆菌门相对丰度下降（如30%减氮下分别降低6.79%与25.39%），而绿弯菌门丰度显著上升（30%减氮下增加37.52%）。PCoA分析表明氮肥水平是驱动细菌群落结构分化的主导因子，AMF接种未显著改变门水平整体群落结构，但其通过富集特定功能群（如固氮菌、解磷菌）实现土壤养分精准调控，凸显AMF在维持土壤微生物功能稳定性中的核心作用。

4 讨论与结论

本研究阐明AMF通过物种特异性机制调控槟榔/香草兰间作系统根际微环境：C.e擅长氮磷高效吸收，直接驱动水解氮提升与磷酸酶活化；F.m侧重于碳库管理与钾吸收，通过富集功能微生物间接促进脲酶活性与GRSP积累。氮肥水平是塑造根际细菌群落结构的主导因素，而AMF通过优化功能群落而非简单改变多样性实现土壤生态功能精细调控。该研究为热带间作系统减肥增效与可持续集约化提供了重要的理论依据与实践路径。