Improvement of Plantation Soil by Intercropping Tea Plants with Green Manures
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摘要:目的 探讨不同绿肥植物间作对茶园土壤pH、重金属离子含量、细菌多样性及群落结构的影响，为茶园土壤改良提供科学依据。方法 应用pH计检测绿肥植物间作模式对茶园土壤pH的影响，利用原子荧光法分析不同绿肥植物间作对茶园土壤重金属的改良情况，应用高通量测序技术，分析不同绿肥间作模式对茶园土壤微生物多样性、土壤细菌群落组成与结构的影响。结果 间作植物并非越多越好，宿根羽扇豆-油菜-圆叶决明组合（LBC）间作后，土壤pH不升反降；而油菜-圆叶决明组合（BC）、宿根羽扇豆-油菜间作组合（LB）对土壤pH改良效果显著；盆栽试验表明多种绿肥植物套作间作的效果并没有随着植物数目的增多而效果更好，仅有LB组合可显著降低重金属Cd和Hg的含量；此外，与对照组相比，变形菌比例明显升高，成为丰度最高的菌门；放线菌比例明显下降，在L、LB和LBC处理组中，放线菌比例低于20%。此外，绿肥间作可显著提高土壤中蓝藻菌的含量，不同的绿肥间作处理组中的蓝藻菌含量高于1%，而对照组仅为0.1%～0.3%。结论 宿根羽扇豆-油菜间作组合（LB）可提升土壤PH、降低茶园土壤重金属Cd和Hg的含量，且改变土壤细菌结构并提高了土壤中有益微生物菌群的相对丰度，对茶园土壤的生态环境改良具有积极作用。Abstract:Objective Effects of intercropping green manures with tea plants on the chemistry and bacterial community of plantation soil were analyzed for ecological improvements.Methods Changes on the soil pH, heavy metals, and bacterial diversity and community were monitored after various intercropping treatments.Results The Lupinus perennis (L)-Brassica campestris (B)-Chamaecrista rotundifolia (C) intercropping with tea plants did not improve but, in fact, lowered the soil pH. However, significant acidity mitigation was achieved by BC- or LB-intercropping with tea plants in the pot experiments. LB-intercropping also significantly reduced the content of heavy metals including Cd and Hg. The bacterial diversity and community structure of the intercropped soil were significantly changed with Proteobacteria becoming the most abundant phylum and Actinobacteria decreasing to less than 20% of the total population in the treatments with L, LB, or LBC. The intercropping also significantly increased Cyanobacteria population to more than 1%, in comparison to 0.1%-0.3% on control.Conclusion Intercropping L. perennis and B. campestris with tea bushes was conceivably to enable improvements on pH, Cd/Hg contents, and microbial community of the soil at plantations.
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Keywords:
- Green manure /
- intercropping /
- tea plantations /
- soil pH /
- soil heavy metals /
- microbial community
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0. 引言
【研究意义】外生菌根真菌（Ectomycorrhiza fungi，ECMF）是森林生态系统中一种重要的微生物类群[1, 2]，其菌丝体与宿主植物形成外生菌根，且菌丝体之间相互联系，形成庞大的外生菌根网络[3]。外生菌根不仅能够有效增强植物对养分和水分的吸收利用，促进植物的生长，还可以提高植物的抗逆性和抗病能力[4, 5]，增加森林生态系统对不利环境的稳定性和适应性[6, 7]。据统计，超过20 000种外生菌根已与约6 000种树木建立了共生关系[8]，主要宿主包括壳斗科、榛科、松科等，尤以壳斗科的栗属、栎属、水青冈属等树木为多[9]。锥栗（Castanea henryi）为壳斗科（Fagaceae）栗属（Castanea）植物，广布于中国秦岭南坡以南、五岭以北各地，是福建重要的果材兼用经济林树种之一[10]。但随着人工锥栗林面积日益扩大，化肥、农药和抗生素的大量施用，使人工锥栗林出现林地水土流失严重及土壤质量衰退等问题[11, 12]。据统计福建建瓯人工锥栗林面积约3万hm2[11]，水土流失面积达119.01 km2，占全市水土流失面积的30% [13]。菌根共生是维持树木良好生长和森林生态系统稳定的主要因素之一[14]。因此比较不同林分锥栗外生菌根真菌组成对锥栗人工林生态保持及可持续经营有重要意义。【前人研究进展】目前关于锥栗人工林土壤修复问题已有较多报道，如修建排水沟、蓄水池等工程设施，但不能从本质上解决人工锥栗林水土流失和土壤退化导致产量降低的问题。研究表明锥栗是一种典型的外生菌根植物，菌根可以提高锥栗对养分的吸收能力，增强其抗病抗胁迫能力[15]。外生菌根真菌对整个森林生态系统中的物质转化、能量循环等过程中具有重要作用[16]。研究表明，天然林菌根资源丰富，而人工林菌根真菌流失愈加严重[17]。【本研究切入点 】然而目前对锥栗外生菌根真菌作为一种生态修复手段在森林生态系统恢复中的作用尚缺乏了解，因此亟需通过调查比较锥栗人工林与天然林中锥栗ECMF群落组成与差异，筛选出锥栗的优势菌根真菌，为改善锥栗人工林土壤质量提供重要基础。【拟解决的关键问题】以泰宁县天然林和人工林锥栗为研究对象，采集锥栗根际土壤和根系样品，测定土壤理化指标，通过形态学描述和分子鉴定比较不同林地锥栗根部外生菌根真菌群落组成与多样性差异，结合外生菌根真菌侵染率与环境因子的关系，进一步揭示人工和天然林锥栗外生菌根真菌的特征和分布规律，以期为人工锥栗林土壤质量的修复及可持续发展提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 采样地概况
泰宁县是福建省三明市最大的锥栗生产基地，2014年锥栗种植面积高达4 000 hm2，投产面积约3 000 hm2[18]。据调查，泰宁县的纯天然锥栗林分布相对集中且面积较大的有龙湖、开善、上青等3个乡镇[10]。本次采样地位于泰宁县东南部的开善乡，该区域属于典型的中亚热带季风型气候，光照充足，雨量充沛，年平均气温17 ℃，年平均降雨量1 775 mm。于2020年9月，选择立地条件相同且具有较大开发利用价值的3个农家栽培品种油榛（RGLⅠ）、白露仔（RGLⅡ）、处暑红（RGLⅢ）以及邻近人工林的一处天然林锥栗（TRL）作为研究对象。天然林样地属于针阔叶混交林，主要乔木树种有青冈（Quercus glauca Thunb.）、锥栗（Castanea henryi ）、栲树（Castanopsis fargesii Franch）等，主要灌草植物包括柃木（Eurya japonica Thunb.）、刺毛杜鹃（Rhododendron championiae Hook）、日本蛇根草（Ophiorrhiza japonica Bl）、狗脊（Cibotium barometz）等。人工林锥栗样地属于纯林，且由于全面锄草管护导致林下地表常年裸露，几乎无草本覆盖。
1.2 样品采集与处理
在4个采样地上随机设置5个20 m×20 m标准样地，每个标准样地相差距离10 m以上。在每个标准样地内随机选择树形相近且长势优良的4株锥栗树，在每棵树的四角采集10~30 cm深度的土样和富含直径1 mm左右细根的根系样品，并各自装入自封袋内。将每棵树的4份土壤样品和4份根系样品分别混合，作为一棵树的土样和根样，每个采样地共采集5份土壤样品和5份根系样品，即5个重复。采集的土壤置于阴凉处风干，研磨后0.25 mm孔径过筛，测定土壤理化性质。根系储存于4 ℃冰箱，用于形态观察及后续外生菌根的分离鉴定。
1.3 土壤理化性质测定
参考胡慧蓉[19]的方法，测定土壤理化性质。土壤含水量采用烘干法；土壤pH采用电位法，经V（水，mL）∶m（土，g）＝5∶1浸提后，用pH酸度计（PHS-3S，PHS-4C型）测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定；土壤全碳采用微量元素分析仪测定；土壤全氮采用半微量开氏法测定；土壤全磷采用高氯酸-浓硫酸消煮法测定；土壤全钾采用氢氧化钠熔融法测定。
1.4 外生菌根鉴定
1.4.1 形态观察
将根系置于筛子上，并用细缓的水流冲洗根系表面的土壤颗粒和杂物，清洗干净的细根剪成9 cm左右的根段，置于装有蒸馏水的培养皿中，于显微镜下观察，并通过菌根的形状、颜色、分叉情况以及有无根外菌丝进行分类。利用体式显微镜分别对每种菌根进行拍照记录，同时每种菌根选取6~8个分装于2 mL的无菌离心管中并编号，保存于−20 ℃冰箱供后续外生菌根DNA提取和分子鉴定[20]。
1.4.2 分子鉴定
采用改良的CTAB法提取外生菌根的DNA。使用引物ITS1F（5′-CCTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′）和ITS4（5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′）对提取后的样品DNA进行聚合酶链式反应（PCR）扩增。PCR反应体系（25 μL）：DNA模板1 μL ；上下游引物各1 μL；2×Taq Master Mix 12.5 μL；ddH2O 9.5 μL。PCR反应程序：94 ℃预变性3 min；30个循环（94 ℃变性30 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸1 min）；72 ℃再延伸5 min，结束后样品4 ℃保存备用。PCR产物用1.5%琼脂糖凝胶检测，将合格产物送生物工程科技有限公司进行测序。
1.5 数据分析
1.5.1 外生菌根比对方法
测得的序列基于NBCI数据库，运用GenBank的局部相似性查询系统BLAST进行比较分析。若对比相似率≥97%可鉴定到种水平，若相似率为90%～97%，则可鉴定到属水平[21]。运用MEGA5软件进行系统发育分析，根据序列的同源程度初步确定待鉴定的菌根在分类学上的地位，最终完成外生菌根真菌种和属的鉴定。
1.5.2 外生菌根优势度分析
以重要值（IV）表示外生菌真菌的优势度，通过相对频度（RF）和相对多度（RA）之和表示，重要值越大，优势度越高[22]。
重要值/%=[（相对频率+相对频度）/2]×100
相对频率/%=[（某种外生菌根真菌在各样品中出现次数之和）/（所有外生菌根真菌在各样品中出现次数之和）]×100
相对多度/%=[（某种外生菌根真菌在各样品中的菌根根尖数之和）/（所有外生菌根真菌在各样品中的菌根根尖数之和）]×100
本研究对根系样品中ECMF检测出的频率进行统计，参照王琴等定义的优势种为在≥80%的样本（16份）中被检测到的外生菌根真菌；常见种为在≥30%的样本（6份样本）中被检测到的外生菌根真菌，稀有种为＜30%的样本（6份）中检测到的外生菌根真菌[23]。
1.5.3 外生菌根多样性分析
本研究以α多样性指数表示天然林和人工林中锥栗外生菌根真菌的多样性[20, 24]。计算天然林和人工林锥栗ECMF的丰富度指数（S）、Shannon多样性指数（H'）、Simpson优势度指数（D）、Pielou均匀度指数（J）、Jaccad相似性系数（Cj）。
H'=
−﹣∑si=1PilnPi ；D=1−∑siP2i ；J=H′/lnS ；Cj=j/(a+b−j) Pi为菌根真菌i在每一样地中出现的次数相对于所有菌根真菌在每一样地中出现的总次数；S为每一个样地里检测出来的全部菌根真菌种类数；j为样地1和样地2检测出的共有菌根真菌种类数；a为样地1检测出的菌根真菌种类数；b为样地2检测出的菌根真菌种类数。
1.5.4 侵染率调查
将干净根段置于显微镜下观察，每份样品观察1000个根尖，同时统计被侵染的根尖数。侵染率采用以下公式计算。
侵染率/%=[（菌根根尖数）/（观察总根尖数）]×100
1.5.5 统计分析
应用Excel 2010软件进行数据整理，Pearson相关系数分析外生菌根真菌侵染率与环境因子的关系。
2. 结果与分析
2.1 天然林与人工林中锥栗根际土土壤理化性质
如表1所示，天然林与人工林锥栗根际土壤pH值、有机质（SOM）、含水量（SM）及土壤养分含量均存在显著差异。天然林锥栗根际土壤pH值为4.82，而人工林3种锥栗根际土壤的pH值在4.26～4.55，均低于天然林。天然林中锥栗根际土壤有机质含量为54.18 g·kg−1，高出人工林锥栗土壤65.44%～80.67%。且天然林中锥栗根际土壤含水量达283.71 g·kg−1，显著高于人工林锥栗土壤。在养分含量方面，天然林锥栗根际土壤全钾（TK）、全碳（TC）、全氮（TN）含量分别为22.94 g·kg−1、29.02 g·kg−1、2.03 g·kg−1，均显著高于人工林锥栗土壤。3个人工林样地之间各土壤理化指标均没有显著性差异。
表 1 不同采样地土壤理化性质Table 1. Physiochemical properties of soil at sampling sites（单位：g·kg−1） 采样地
Sampling
plotpH值
pH value有机质含量
SOM content全磷含量
TP content全钾含量
TK content全碳含量
TC content全氮含量
TN content含水量
SM contentRGLⅠ 4.26±0.40 b 29.99±4.25 b 0.10±0.03 c 6.19±2.44 b 15.73±3.08 b 1.31±0.13 b 202.66±22.75 b RGLⅡ 4.55±0.12 ab 30.80±4.43 b 0.24±0.02 a 8.37±1.05 b 17.61±2.08 b 1.60±0.16 b 215.11±32.36 b RGLⅢ 4.41±0.13 ab 32.75±3.86 b 0.20±0.04 ab 8.39±1.73 b 16.76±1.83 b 1.45±0.13 b 259.59±35.88 b TRL 4.82±0.13 a 54.18±7.25 a 0.18±0.03 b 22.94±5.69 a 29.02±2.85 a 2.03±0.14 a 283.71±36.15 a RGLⅠ、RGLⅡ、RGLⅢ代表人工林3个农家栽培锥栗品种，分别是油榛、白露仔、处暑红。TRL代表天然林中锥栗。同列数据后不同小写字母表示各采样地间差异达0.05显著水平（P＜0.05）。
RGLⅠ、RGLⅡ、RGLⅢ represent three farm cultivated varieties of Castanea henryi in plantation, which are oil hazelnut, bailuzi and chushuhong, respectively. TRL stands for Castanea henryi in natural forest. Values in the same column followed by the different lowercase letters are significantly different among different sampling plots at 0.05 level(P ＜ 0.05).2.2 不同外生菌根形态学特征
通过显微镜对4个样地的20份根样进行形态观察。ECM形态多样，颜色主要分为黑色、褐色、黄色、 浅黄色和白色；分支类型主要分为无分支、单轴分支、二级分支，分叉形状主要包括二叉分支、羽状分叉等；表面观察包括有无菌套和外延菌丝，外延菌丝主要分为无外延菌丝、外延菌丝短且较少、外延菌丝很长且较多等。根据这些形态特征，将采集的菌根分为5类。经过菌根rDNA ITS测序和比对，5类菌根隶属于2门3科5属（图1）。其菌根特性如下。土生空团菌Cenococcum geophilum（图1-A—C）：菌根为黑色，呈单轴棒状及二叉分支状，菌套黑色且厚，表面有大量外延菌丝。橙黄硬皮马勃Scleroderma·citrinum（图1-D—F）：菌根为浅黄色；少数二级分支，羽状分叉；菌套白色薄，少量外延菌丝。黄孢红菇Russula xerampelina（图1-G）：菌根为黄色；单轴分枝；菌套黄白色薄，偶有外延菌丝。红菇属Russula sp.（图1-H）：菌根为黄色；单轴单侧分枝；菌套黄褐色且厚，无外延菌丝。绒盖牛肝菌属Xerocomus sp.（图1-I）：菌根为褐色；单轴分枝，羽状分叉；无菌套，无外延菌丝。乳菇属Lactarius kesiyae（图1-J—K）：菌根为白色；少数单轴分支，大多二叉分支；表面光滑半透明，无菌套，少量外延菌丝。
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图 1 不同类型外生菌根形态学特征A—C：土生空团菌；D—F：橙黄硬皮马勃；G：黄孢红菇；H：红菇属；I：绒盖牛肝菌属；J—K：乳菇。Figure 1. Morphology of ECM fungiA—C: Cenococcum geophilum; D—F: Scleroderma citrinum; G: Russula xerampelina; H: Russula sp.; I: Xerocomus sp.; J—K: Lactarius kesiyae.2.3 锥栗外生菌根分子鉴定
运用GenBank的序列局部相似性查询系统，将基因测序的结果与数据库中的基因序列数据进行比对，利用比对后的基因序列及其参考序列构建系统进化树如图2所示。天然林与人工林锥栗外生菌根真菌主要分为2大类：第一大类为子囊菌门，包括土生空团菌（Cenococcum geophilum）和乳菇（Lactarius kesiyae）；第二大类为担子菌门，包括橙黄硬皮马勃（Scleroderma citrinum）、绒盖牛肝菌属（Xerocomus sp.）和红菇属（Russula sp.）。天然林中锥栗根系外生菌根主要有土生空团菌、橙黄硬皮马勃、乳菇、红菇属和绒盖牛肝菌属。人工林种锥栗根系外生菌根主要为橙黄硬皮马勃、土生空团菌、乳菇和红菇属。
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图 2 基于基因序列构建的锥栗外生菌根真菌系统进化树Figure 2. Gene sequence-based phylogenetic tree of C. henryi ECM fungi2.4 锥栗ECMF群落组成
锥栗外生菌根真菌群落组成如表2所示，人工林3个品种锥栗和天然林锥栗共鉴定到5种ECMF。其中土生空团菌（24.39%）、橙黄硬皮马勃（24.39%）、红菇属（20.73%）和乳菇（24.39%）均属于锥栗外生菌根真菌的常见种（RF值10%～30%）。重要值表明土生空团菌和橙黄硬皮马勃属于锥栗的优势种分别达到20.12%和51.97%。
表 2 锥栗外生菌根（ECM）真菌种类的相对频率、相对多度度和重要值Table 2. Relative frequency, abundance, and importance index of ECM fungi in C. henry物种数
Species No.外生菌根真菌
EM Fungi树种 Tree species 相对频率
RF/%相对多度
RA/%重要值
IA/%油榛
RGLⅠ白露仔
RGLⅡ处暑红
RGLⅢ天然林
TRL1 土生空团菌 Cenococcum geophilum + + + + 24.39 15.86 20.12 2 橙黄硬皮马勃 Scleroderma citrinum + + + + 24.39 79.55 51.97 3 红菇属 Russula sp. + + + + 20.73 1.78 11.26 4 乳菇 Lactarius kesiyae + + + + 24.39 2.58 13.48 5 绒盖牛肝菌属 Xerocomus sp. — — — + 6.10 0.24 3.17 +表示真菌和锥栗有共生关系，—表示两者之间没有共生关系。
+: fungi and C. henryi with a symbiotic relationship; —: absence of a symbiotic relationship.2.5 锥栗ECMF的优势度
以重要值表示ECMF的优势度，天然林与人工林锥栗外生菌根的重要值统计如图3所示，天然林中土生空团菌优势度最高，达48.9%，其次是橙黄硬皮马勃、红菇、乳菇和绒盖牛肝菌属，优势度分别为16%、12.4%、12.1%和10.7%。人工林3个不同栽培锥栗品种均以橙黄硬皮马勃优势度最高，大于57.6%，其次是土生空团菌、红菇属及乳菇。另外土生空团菌、橙黄硬皮马勃、红菇属、乳菇均是锥栗的优势菌，其中红菇在17份样品中检测到，其他3种均在20份样品中检测到；绒盖牛肝菌属则为锥栗的稀有种，在≤6份样品中检测到。
2.6 锥栗ECMF多样性
天然林与人工林锥栗外生菌根真菌多样性指数、优势度指数和均匀度指数如表3所示，天然林锥栗外生菌根真菌alpha多样性指数高于人工林，但不同人工林之间无显著差异。天然林与人工林锥栗外生菌根真菌群落组成相似性如表4所示 ，3个人工林之间的相似性最高，且均为1，表明人工林3个锥栗品种的外生菌根真菌类型相同。而天然林与3个人工林锥栗外生菌根真菌的相似性为0.89，说明天然林与人工林锥栗的ECMF群落组成有一定的差异。
表 3 天然林与人工林锥栗外生菌根真菌α多样性指数Table 3. α diversity index of ECM fungi in natural C. henryi forests and at plantations采样地
Sampling plotα多样性指数 α diversity index 多样性指数
Shannon优势度指数
Simpson均匀度指数
PielouRGLⅠ 1.33 0.73 0.96 RGLⅡ 1.39 0.75 1 RGLⅢ 1.39 0.75 1 TRL 1.61 0.8 1 表 4 天然林与人工林锥栗外生菌根真菌相似性指数Table 4. Similarity index of ECM fungi in natural C. henryi forests and at plantations相似性指数（Jaccad) RGLⅠ RGLⅡ RGLⅢ RGLⅡ 1 1 RGLⅢ 1 1 TRL 0.89 0.89 0.89 2.7 锥栗ECMF侵染率
锥栗根系外生菌根真菌侵染率如图4所示。天然林中锥栗土生空团菌侵染率最高，为33.62%，其次是橙黄硬皮马勃（5.22%）、红菇属（2.02%）、乳菇（1.8%）和绒盖牛肝菌属（0.6%）。人工林3个锥栗品种侵染率均以橙黄硬皮马勃最高，平均为63.5%，其次是土生空团菌、乳菇和红菇属，平均侵染率分别为2.22%、1.57%、0.83%。天然林中锥栗土生空团菌侵染率显著高于3个人工林，而人工林锥栗橙黄硬皮马勃侵染率显著高于天然林。天然林中锥栗根系红菇属侵染率显著高于人工林中的RGLⅠ和RGLⅢ，而乳菇侵染率在天然林与3个人工林锥栗之间无明显差异，除此之外，绒盖牛肝菌属只存在于天然林锥栗根系上。
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图 4 锥栗外生菌根真菌侵染率Figure 4. Infection rate of ECM ectomycorrhizal fungi on Castanea henryi roots2.8 锥栗ECMF侵染率与土壤理化性质的关系
利用方差膨胀因子（variance inflation factor，VIF）对所有环境因子进行共线性分析，使用VIF＜10来确定适当变量，以消除严重的多重共线性。通过VIF分析，共计筛选出土壤pH值、全磷（TP）、全钾（TK）及含水量4个环境因子，并与外生菌根真菌的侵染率进行相关性分析。结果（表5）表明：土生空团菌与绒盖牛肝菌属的侵染率与土壤pH值、TK和SM含量呈现显著的正相关关系；橙黄硬皮马勃的侵染率与土壤TK和SM含量呈现显著的负相关关系；红菇属的侵染率与土壤pH值、TK、TP和SM含量呈现出显著的正相关关系；乳菇的侵染率则不受土壤pH值、TK、TP和SM含量的影响。
表 5 土壤理化性质与侵染率的Pearson相关系数Table 5. Pearson correlation between soil physiochemical properties and colonization rate环境因子
Environmental factors土生空团菌
Cenococcum geophilum橙黄硬皮马勃
Scleroderma citrinum绒盖牛肝菌属
Xerocomus sp.红菇属
Russula sp.乳菇
Lactarius kesiyaepH 0.593** −0.346 0.580** 0.468* −0.083 TK 0.890** −0.766** 0.763** 0.687** 0.088 TP 0.034 −0.020 0.034 0.579** −0.299 SM 0.605** −0.529* 0.668** 0.588** 0.134 正负数值表示两者具有不同的相关性；正值表示呈正相关性，负值表示呈负相关性；*表示显著相关（P＜0.05）；**表示极显著相关（P＜0.01）。
Positive and negative values indicate positive correlation and reverse correlation, respectively; *indicates significant correlation at P＜0.05; ** extremely significant correlation at P＜0.01.3. 讨论与结论
锥栗是我国重要的经济树种。大量研究表明外生菌根真菌对植物生长发育及抗逆性有显著促进作用，但目前对锥栗外生菌根真菌群落组成的研究较少。本研究初步探讨了天然林与人工林中锥栗外生菌根真菌群落组成和土壤理化性质，并分析了两者之间的相关性。通过分子鉴定得出，土生空团菌、橙黄硬皮马勃、乳菇、红菇属和绒盖牛肝菌属为福建泰宁县锥栗的主要外生菌根真菌类群。锥栗人工林与天然林外生菌根真菌多样性指数有显著差异，表明天然林外生菌根真菌种类更丰富，而这种差异可能与环境因子密切相关[25]。
本研究中，天然林锥栗外生菌根真菌以土生空团菌为主，侵染率达33.62%，而人工林中侵染率仅2.22%。乌仁陶格斯等[26]对大青山人工林土生空团菌分布的研究，发现在林分密度较大、土壤疏松、林地腐殖质及枯枝落叶较多、土壤保水性能较好的区域土生空团菌出现频率较高，有利于其生长与分布。且林分稳定、土壤湿度较高、有机质含量丰富的生存环境更有利于土生空团菌的定殖与生长[27]。本研究结果与以往研究一致，土生空团菌的侵染率与土壤pH值、全钾、含水量呈极显著正相关关系，是天然林的主要外生菌根真菌类群。
人工林中锥栗外生菌根真菌以橙黄硬皮马勃侵染率最高，达63.5%以上。橙黄硬皮马勃是锥栗中比较常见的一种菌根真菌，有研究表明橙黄硬皮马勃成功侵染的锥栗幼苗光合特性、生物量、叶片矿质元素含量都较对照组显著提高[28]。前人研究中发现，与橙黄硬皮马勃同属的多根硬皮马勃主要在土壤贫瘠、植被覆盖率低、含沙量高的林地，与林木形成菌根，从而增强这些林木的抗性[29, 30]，且在林分密度小，林下植被单一的情况下，外生菌根真菌以硬皮马勃科和须腹菌科等腹菌目的真菌为主[31]。本研究橙黄硬皮马勃与土壤全钾及含水量呈显著负相关，且土壤理化指标表明，人工林中锥栗根际土壤含水量、有机质、全钾、全碳和全氮含量均显著低于天然林锥栗根际土，说明天然林土壤物理性质良好，持水能力强且总体养分含量高[32, 33]，而人工林由于林分结构单一，养护管理措施及大量的农药使用导致的地力衰退[34, 35]，改变了人工林锥栗根际的主要外生菌根真菌。
总之，ECMF在增加宿主养分吸收及增强其抗逆性方面都有着极其重要的意义，而天然林与人工林锥栗ECMF在群落组成及多样性上的差异可能反馈出土壤因子和共生功能的变化。因此相比于天然林的主要外生菌根真菌类群，人工林缺少的菌群极有可能是帮助宿主植物抵御恶劣环境条件的重要因素之一[17]。在未来的锥栗人工林培育过程中可以通过培育与土生空团菌共生的优质锥栗菌根苗，提升人工锥栗林的栽培技术和土壤质量，为今后锥栗人工林可持续经营提供支撑。
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图 1 室内不同绿肥植物处理土壤重金属的变化
注：1. CK：对照组；L：宿根羽扇豆；B：油菜；C：圆叶决明；LB：宿根羽扇豆-油菜组合。2. 不同小写字母表表示差异显著（P＜0.05）.
Figure 1. Effects of intercropping green manures with tea plants on pH and heavy metal contents in pot soil
Note: CK: control; L: L. perennis; B: B. campestris; C: C. rotundifolia; LB: intercropping L. perennis and B. campestris. Different lower letters represent significant differences (P＜0.05).
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图 2 室内不同绿肥植物处理土壤微生物群落种类分布
注：CK：对照组；L：宿根羽扇豆；B：油菜；C：圆叶决明；LB：宿根羽扇豆-油菜组合；LC：宿根羽扇豆-圆叶决明组合；BC：油菜-圆叶决明组合；LBC：宿根羽扇豆-油菜-圆叶决明组合。图3同。
Figure 2. Bacterial community structure in soils of green manures intercropping with tea plants
Note: CK: control; L: L. perennis; B: B. campestris; C: C. rotundifolia; LB: intercropping with L and B; LC: intercropping with L and C; BC: intercropping with B and C; LBC: intercropping with L, B and C.The same as Fig.3.
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图 3 室内不同绿肥植物处理土壤微生物群落种类及主成分分析（PCA）
Figure 3. PCA analysis on bacterial community in soils of green manures intercropping with tea plants
表 1 绿肥植物对土壤pH值及重金属含量的影响
Table 1 Effects of intercropping green manures with tea plants on pH and heavy metal contents in pot soil
指标 Index L B C LB LC BC LBC CK1 CK2 pH 6.20±0.26 ab 6.10±0.15 b 5.90±0.10 bc 6.50±0.09 a 6.20±0.15 ab 6.70±0.20 a 5.30±0.51 c 5.90±0.10 bc 6.00±0.12 b Cd/（mg·kg−1） 0.20±0.01 c 0.20±0.01 c 0.20±0.02 c 0.30±0.02 b 0.20±0.01 c 0.20±0.01 c 0.20±0.01 c 0.30±0.02 b 0.40±0.01 a Cr/（mg·kg−1） 52.90±1.33 a 56.60±2.15 a 53.90±0.64 a 57.00±5.96 a 47.00±0.64 b 51.40±2.87 a 55.90±1.37 a 43.70±1.30 b 45.70±2.40 b Pb/（mg·kg−1） 35.90±0.67 ab 30.50±0.11 b 29.50±2.36 b 43.40±7.86 a 40.60±1.81 a 40.30±0.44 a 27.30±2.04 b 32.60±3.58 b 28.10±3.92 b Cu/（mg·kg−1） 207.70±8.65 b 244.80±7.00 a 219.50±6.25 b 60.40±11.04 d 173.00±4.33 c 181.80±0.67 c 220.70±7.82 b 75.80±5.76 d 62.70±6.36 d Ni/（mg·kg−1） 32.30±1.20 a 36.60±1.63 a 34.30±1.27 a 40.70±7.25 a 24.90±0.30 b 29.30±0.07 b 34.20±1.14 a 30.60±3.3 ab 26.50±3.7 b Zn/（mg·kg−1） 216.20±13.47 ab 234.50±8.46 a 217.30±6.67 ab 173.50±15.75 b 177.00±6.25 b 205.50±6.53 ab 227.00±6.76 a 236.60±21.59 a 194.70±21.99 b Hg/（mg·kg−1） 0.12±0.004 a 0.07±0.01 bc 0.05±0.005 c 0.04±0.004 c 0.09±0.01 a 0.10±0.01 a 0.08±0.01 ab 0.03±0.002 d 0.06±0.004 b As/（mg·kg−1） 6.00±0.18 b 6.30±0.33 ab 6.90±0.51 a 4.40±0.32 c 5.60±0.38 b 5.70±0.13 b 6.20±0.14 ab 1.90±0.21 d 4.00±0.09 c 注：1.L：宿根羽扇豆；B：油菜；C：圆叶决明。2.表中同行不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）.
Note: 1.L-L. perennis; B-B. campestris; C-C. rotundifolia; 2.Different lower case letters in the same raw represent significant differences(P<0.05).
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表 2 绿肥植物对土壤微生物多样性的影响
Table 2 Effects of intercropping green manures with tea plants on bacterial diversity of pot soil
样本
SamplesOTU数目
OTU amountSimpson Chao1 ACE Shannon L 1802.7 bc 0.998 a 2161.5 b 2358.6 ab 9.9 b B 2072.7 ab 0.998 a 2608.3 a 2902.8 a 10.2 ab C 1883.7 b 0.997 a 2545.2 a 2646.3 a 9.9 b LB 1667.7 c 0.998 a 1825.3 bc 1896.1 b 10.0 b LC 1880.0 b 0.998 a 2203.5 ab 2401.2 ab 10.0 b BC 1858.0 bc 0.998 a 2305.8 ab 2545.3 ab 10.0 b LBC 2235.3 a 0.998 a 2781.8 a 3087.8 a 10.3 a CK1 2022.7 ab 0.998 a 2613.5 a 2901.0 a 10.0 b CK2 1755.0 bc 0.997 a 2109.9 b 2337.5 ab 9.8 bc 注：L：宿根羽扇豆；B：油菜；C：圆叶决明。同列不同小写字母表示差异显著（p＜0.05）.
Note: L: L. perennis; B: B. campestris; C: C. rotundifolia. Different lower letters represent significant differences (P＜0.05).
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[1] 颜明娟, 吴一群, 张辉, 等. 福建茶园土壤及茶叶重金属监测及污染评价 [J]. 茶叶学报, 2016, 57(2):71−75. DOI: 10.3969/j.issn.1007-4872.2016.02.003 YAN M J, WU Y Q, ZHANG H, et al. Heavy metal contaminations in plantation soils and tea products in Fujian [J]. Acta Tea Sinica, 2016, 57(2): 71−75.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1007-4872.2016.02.003
[2] 江凌, 苏火贵, 王育平, 等. 施用有机肥后安溪茶园土壤中重金属含量及污染评价 [J]. 亚热带水土保持, 2019, 31(4):5−8. DOI: 10.3969/j.issn.1002-2651.2019.04.002 JIANG L, SU H G, WANG Y P, et al. Assessment of heavy metal content and pollution in tea garden soil of Anxi County after the application of organic manure [J]. Subtropical Soil and Water Conservation, 2019, 31(4): 5−8.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1002-2651.2019.04.002
[3] 廖万有. 我国茶园土壤的酸化及其防治 [J]. 农业环境保护, 1998, 17(4):178−180. LIAO W Y. Soil acidification in tea plantantion and its prevention and management in China [J]. Agro-Environmental Protection, 1998, 17(4): 178−180.(in Chinese)
[4] 杨向德, 石元值, 伊晓云, 等. 茶园土壤酸化研究现状和展望 [J]. 茶叶学报, 2015, 56(4):189−197. DOI: 10.3969/j.issn.1007-4872.2015.04.001 YANG X D, SHI Y Z, YI X Y, et al. Research progress and prospects on soil acidification at tea plantations [J]. Acta Tea Sinica, 2015, 56(4): 189−197.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1007-4872.2015.04.001
[5] 樊战辉, 唐小军, 郑丹, 等. 茶园土壤酸化成因及改良措施研究和展望 [J]. 茶叶科学, 2020, 40(1):15−25. DOI: 10.3969/j.issn.1000-369X.2020.01.002 FAN Z H, TANG X J, ZHENG D, et al. Study and prospect of soil acidification causes and improvement measures in tea plantation [J]. Journal of Tea Science, 2020, 40(1): 15−25.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1000-369X.2020.01.002
[6] 曹顺爱, 吕军. 土壤母质及其物理性状与茶叶品质关系 [J]. 茶叶, 2003, 29(1):13−16. DOI: 10.3969/j.issn.0577-8921.2003.01.006 CAO S A, LYU J. Relationship between soil physical properties and tea quality [J]. Journal of Tea, 2003, 29(1): 13−16.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.0577-8921.2003.01.006
[7] 钟晓兰, 周生路, 李江涛, 等. 模拟酸雨对土壤重金属镉形态转化的影响 [J]. 土壤, 2009, 41(4):566−571. DOI: 10.3321/j.issn:0253-9829.2009.04.010 ZHONG X L, ZHOU S L, LI J T, et al. Effect of simulated acid rains on Cd form transformation in contaminated soil [J]. Soils, 2009, 41(4): 566−571.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:0253-9829.2009.04.010
[8] 方凤满, 林跃胜, 魏晓飞. 土壤-茶树系统中重金属污染研究进展 [J]. 安徽师范大学学报(自然科学版), 2013, 36(3):288−292. FANG F M, LIN Y S, WEI X F. Research progess on the heavy metals pollution in the system of soil-tea plantation [J]. Journal of Anhui Normal University (Natural Science), 2013, 36(3): 288−292.(in Chinese)
[9] 姚槐应. 不同利用年限茶园土壤的化学及微生物生态特征研究 [J]. 浙江农业科学, 2002, 43(3):129−131. DOI: 10.3969/j.issn.0528-9017.2002.03.011 YAO H Y. Chemical and microbiological characteristics of soils of tea plantation with different duration of use history [J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2002, 43(3): 129−131.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.0528-9017.2002.03.011
[10] 张金波, 宋长春. 土壤氮素转化研究进展 [J]. 吉林农业科学, 2004, 29(1):38−43, 46. DOI: 10.3969/j.issn.1003-8701.2004.01.011 ZHANG J B, SONG C C. A review of soil nitrogen transformation [J]. Journal of Jilin Agricultural Sciences, 2004, 29(1): 38−43, 46.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1003-8701.2004.01.011
[11] 刘维明, 黄增, 邓超冰, 等. 大环江流域重金属污染土壤的3种修复技术研究 [J]. 江西农业学报, 2016, 28(10):94−97. LIU W M, HUANG Z, DENG C B, et al. Study on three kinds of remediation technologies for heavy-metal-contaminated soil in dahuanjiang river basin [J]. Acta Agriculturae Jiangxi, 2016, 28(10): 94−97.(in Chinese)
[12] 卫泽斌, 郭晓方, 丘锦荣, 等. 间套作体系在污染土壤修复中的应用研究进展 [J]. 农业环境科学学报, 2010, 29(S1):267−272. WEI Z B, GUO X F, QIU J R, et al. Innovative technologies for soil remediation: Intercropping or Co-cropping [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2010, 29(S1): 267−272.(in Chinese)
[13] 郭秀芝, 彭政, 王铁霖, 等. 间套作体系下种间互作对药用植物影响的研究进展 [J]. 中国中药杂志, 2020, 45(9):2017−2022. GUO X Z, PENG Z, WANG T L, et al. Research progress in effects of interspecific interaction on medicinal plants in intercropping system [J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2020, 45(9): 2017−2022.(in Chinese)
[14] 王文明. 化肥减量增效的有效途径: 绿肥压青 [J]. 四川农业科技, 2017(12):29−31. DOI: 10.3969/j.issn.1004-1028.2017.12.012 WANG W M. An effective way of reducing fertilizer [J]. Science and Technology of Sichuan Agriculture, 2017(12): 29−31.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1004-1028.2017.12.012
[15] 赵慧娟. 油菜作为绿肥的栽培技术与田间肥效试验研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2014. ZHAO H J. Cultivation technique and effect on soil fertility of oilseed rape plantaing as green manure[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2014.
[16] 黎健龙, 涂攀峰, 陈娜, 等. 茶树与大豆间作效应分析 [J]. 中国农业科学, 2008, 41(7):2040−2047. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2008.07.022 LI J L, TU P F, CHEN N, et al. Effects of tea intercropping with soybean [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(7): 2040−2047.(in Chinese) DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2008.07.022
[17] 林乃铨. 建立生态茶园, 实现茶树害虫的持续控制 [J]. 福建茶叶, 1998, 20(4):14−15. LIN N S. Establishing ecological tea garden to realize the sustainable control of tea pests [J]. Tea in Fujia, 1998, 20(4): 14−15.(in Chinese)
[18] 应朝阳, 罗旭辉, 黄毅斌, 等. 闽引圆叶决明适应性研究 [J]. 草地学报, 2010, 18(1):137−140. DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2010.01.026 YING Z Y, LUO X H, HUANG Y B, et al. Study on adaptability of Chamaecrista rotundifolia Greene. cv. Minyin [J]. Acta Agrestia Sinica, 2010, 18(1): 137−140.(in Chinese) DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2010.01.026
[19] 詹杰, 李振武, 邓素芳, 等. 套种圆叶决明改善茶园生态环境促进茶树生长 [J]. 热带作物学报, 2019, 40(6):1055−1061. DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.003 ZHAN J, LI Z W, DENG S F, et al. Interplanting Chamaecrista rotundifolia improves the ecological environment of tea garden and promotes the growth of tea trees [J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019, 40(6): 1055−1061.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.003
[20] 张海伟. 甘蓝型油菜磷高效的生理机制研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2009. ZHANG H W. Study on physiological mechanisms of phosphorus efficiency in brassica napus[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2009. (in Chinese)
[21] 梁丽妮, 郭晓光, 廖星, 等. 适宜茶园套种的绿肥型油菜资源筛选及初步应用 [J]. 中国油料作物学报, 2019, 41(6):825−834. LIANG L N, GUO X G, LIAO X, et al. Screening and preliminary application of rapeseed materials as green manure intercropped in tea plantations [J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2019, 41(6): 825−834.(in Chinese)
[22] 杜宗敏. 羽扇豆栽培管理 [J]. 中国花卉园艺, 2019, 19(6):29. DU Z M. Lupin cultivation management [J]. China Flowers & Horticulture, 2019, 19(6): 29.(in Chinese)
[23] 张小丽, 杨溪华, 陈璐, 等. 羽扇豆研究现状及其南方红壤中的应用前景 [J]. 江西科学, 2020, 38(6):861−866. ZHANG X L, YANG X H, CHEN L, et al. Current research status of lupins and their application prospect on red soil in Southern China [J]. Jiangxi Science, 2020, 38(6): 861−866.(in Chinese)
[24] 杨冬雪. 福建省茶园土壤环境质量现状研究 [J]. 海峡科学, 2011(6):5−9. DOI: 10.3969/j.issn.1673-8683.2011.06.002 YANG D X. Study on the status quo of soil environmental quality of tea gardens in Fujian province [J]. Strait Science, 2011(6): 5−9.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1673-8683.2011.06.002
[25] 李艳春, 林忠宁, 陆烝, 等. 茶园间作灵芝对土壤细菌多样性和群落结构的影响 [J]. 福建农业学报, 2019, 34(6):690−696. LI Y C, LIN Z N, LU Z, et al. Microbial diversity and community structure in soil under tea bushes-Ganoderma lucidum intercropping [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2019, 34(6): 690−696.(in Chinese)
[26] 干露. 不同微生物对作物根系分泌物的影响[D]. 武汉: 湖北大学, 2017. GAN L. The effect of different microorganisms on crop root exudate[D]. Wuhan: Hubei University, 2017. (in Chinese)
[27] 陆雅海, 张福锁. 根际微生物研究进展 [J]. 土壤, 2006, 38(2):113−121. DOI: 10.3321/j.issn:0253-9829.2006.02.001 LU Y H, ZHANG F S. The advances in rhizosphere microbiology [J]. Soils, 2006, 38(2): 113−121.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:0253-9829.2006.02.001
[28] YERGEAU E, BOKHORST S, KANG S, et al. Shifts in soil microorganisms in response to warming are consistent across a range of Antarctic environments [J]. The ISME Journal, 2012, 6(3): 692−702. DOI: 10.1038/ismej.2011.124
-
期刊类型引用(10)
1. 万先琴，仇杰，高超，罗洪发. 施肥对喀斯特茶园土壤及茶叶产量和品质的影响. 中国土壤与肥料. 2025(01): 139-150 . 
百度学术
2. 赵玉坤，马爱平，靖华，亢秀丽，崔欢虎，席吉龙，黄学芳. 夏闲期玉米压青对旱地麦田土壤水分周年变化的影响. 水土保持研究. 2024(02): 60-67+75 . 百度学术
3. 王礼献，徐慧芳，黄国勤，黄俊云. 茶树与绿肥间作对茶园生态环境影响的研究进展. 江西农业学报. 2024(08): 54-63 . 百度学术
4. 叶昌博. 我国茶园绿肥应用现状及建议. 中国茶叶. 2024(12): 32-35 . 百度学术
5. 陈清华，崔清梅，罗鸿，马会杰，胡双玲. 我国茶园复合种植模式研究进展. 中国茶叶. 2023(02): 8-15 . 百度学术
6. 杨叶华，刘彦伶，李渝，黄兴成，张松. 我国茶园土壤酸化阻控技术研究进展. 现代园艺. 2023(07): 39-40+44 . 百度学术
7. 岳芸莹，丁婷婷，段廷玉. 绿肥对主作物农艺性状、病虫草害及土壤的影响. 草业科学. 2023(08): 2058-2071 . 百度学术
8. 刘善红，郑生宏，周陈清，冯亚颀，邵静娜. 龙泉金观音地理标志农产品品质提升思考. 中国茶叶. 2023(12): 68-71 . 百度学术
9. 龚雪，刘源，杨勇胜，龚静. 茶园绿肥的研究进展. 耕作与栽培. 2023(06): 53-56 . 百度学术
10. 阳霜. 基于CNKI数据库的茶的间套作研究. 农村经济与科技. 2021(19): 66-68+76 . 百度学术
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