豇豆改良小农户耕作系统中甘蔗土壤的农业生态潜力：温室盆栽实验证据

《Microbial Ecology》：Agroecological Potential of Vigna unguiculata for Improving Sugarcane Soils in Smallholder Farming Systems: Evidence from a Greenhouse Pot Experiment

　　

摘要

土壤酸度和养分缺乏限制了南非夸祖鲁 - 纳塔尔（KZN）地区甘蔗的可持续生产，该地区小规模种植者（SSGs）往往缺乏石灰和肥料的来源，导致土壤逐渐退化。本研究评估了Vigna unguiculata L. Walp.（一种多用途的非洲豆科植物）在酸性、贫瘠甘蔗土壤休耕期间支持恢复土壤健康的潜力。使用来自四个甘蔗站点的土壤进行了盆栽试验，这些站点的特征是 pH 值低且缺乏氮（N）和磷（P）。在多个站点，Vigna unguiculata 的种植与土壤 pH 值升高、交换性酸度降低以及 N 和 P 有效性改善有关。酸性磷酸酶和硝酸还原酶活性的升高表明养分循环增强。16 S rRNA 测序揭示了多样的共生细菌（Bacillus, Lysinibacillus, Paenibacillus, Pseudomonas）以及种植后自生固氮菌（Burkholderia, Herbaspirillum）、氮循环菌（Novosphingobium, Paenibacillus）和解磷菌（Agrobacterium, Bacillus, Sphingomonas）的富集，这些类群此前被认为与支持土壤肥力功能有关。Vigna unguiculata 表现出较高的氮利用效率和对外源共生固定氮的强烈依赖（35–61%）。较低的碳氮比表明生物质对土壤有机质有重要的贡献潜力。总体而言，这些发现提供了证据表明，在温室条件下，V. unguiculata 的种植可以影响酸性甘蔗土壤的土壤生化特性、养分循环酶活性以及可培养细菌群落。观察到的变化表明，V. unguiculata 可能通过某种潜在机制在休耕期间促进土壤肥力改善。然而，还需要进一步的田间研究来确定这些效应在小规模甘蔗生产系统中的持久性、农学相关性和经济可行性。