三江源区燕麦与箭筈豌豆混播对根际土壤微生物多样性的影响

Effects of mixed sowing of oat and common vetch on the microbial diversity of inter-root soil in the Sanjiangyuan region

摘要

三江源区作为我国重要生态屏障，其土壤微生物多样性对维系生态系统稳定意义重大。为探究混播对根际土壤微生物群落的影响，本研究以燕麦与箭筈豌豆分别按7∶3（Y₇J₃）、5∶5（Y₅J₅）、3∶7（Y₃J₇）建植人工混播草地，以两种饲草单播作为对照，研究土壤养分、根际微生物群落结构及多样性的变化，并通过Mantel test解析二者关联。结果表明：混播显著提高土壤pH、有机质、全氮及有效磷含量（P<0.05），其中Y₇J₃处理的提升效果最为显著（P<0.05）。混播降低了土壤微生物群落的丰富度及多样性，细菌群落中酸杆菌门、RB41和假单胞菌属及真菌群落中子囊菌门、被孢霉门、寡囊盘菌属、外瓶霉属的相对丰度显著增加（P<0.05）。Mantel test分析表明，土壤pH、有机质、碱解氮及有效磷是调控土壤微生物群落的关键驱动因子（P<0.05）。综上所述，燕麦与箭筈豌豆混播通过改变三江源区根际土壤养分，显著影响土壤微生物群落结构与多样性，其中燕麦与箭筈豌豆以7∶3比例混播效果最优，土壤pH、有机质等关键因子在调控微生物群落过程中发挥核心作用。本研究结果为三江源区人工草地优化种植及改善土壤生态功能提供了重要的理论依据和实践指导。

Abstract

The Sanjiangyuan region is an important ecological barrier in China， and the diversity of soil microorganisms in this region is critical for sustaining ecosystem stability. This study created artificial mixed sowings of oat （Avena sativa） and common vetch （Vicia sativa） at ratios of 7∶3 （Y₇J₃）， 5∶5 （Y₅J₅）， and 3∶7 （Y₃J₇）， with oat monoculture and common vetch monoculture as controls， in order to examine the effects of mixed sowing on soil nutrients and rhizosphere microbial communities. The Mantel test was used to assess the connections between changes in soil nutrients， rhizosphere microbial community structure， and diversity. It was found that mixed sowing considerably raised the soil pH， organic matter， total nitrogen， and available phosphorus content （P<0.05）. The Y₇J₃ treatment showed the greatest improvement （P<0.05）. This sowing mix considerably enhanced the relative abundance of Acidobacteriota， RB41 and Pseudomonas in the bacterial community and Ascomycota， Mortierellomycota， Thelebolus and Exophiala in the fungal community （P<0.05）. Mantel test analysis revealed that the main elements influencing the control of soil microbial communities were soil pH， organic matter， available nitrogen， and available phosphorus （P<0.05）. In conclusion， by altering the inter-root soil nutrients， the mixed sowing of oat and common vetch had a significant impact on the structure and diversity of the soil microbial community. The best results were obtained when the oat and common vetch were sown in 7∶3， and soil pH and organic matter were highly important in the regulation of the microbial community. These results provide a scientific basis for useful recommendations for enhancing soil ecological function and optimizing artificial grassland planting in the Sanjiangyuan region.

Graphical abstract

关键词

燕麦 / 箭筈豌豆 / 混播比例 / 高通量测序 / 土壤养分 / 根际微生物

Key words

oat / common vetch / mixed planting ratio / high-throughput sequencing / soil nutrients / rhizosphere microbiology

三江源地处青藏高原东南部，是长江、黄河、澜沧江的发源地，被誉为“中华水塔”^［1］，是青藏高原生态安全屏障的重要单元，在水源涵养、调节气候、防止水土流失、维持生物物种多样性及保护生态环境等方面具有重要作用^［2］。近年来由于全球气候变化及人类的不合理利用，三江源区高寒草地面临生态系统结构受损和功能退化的严峻挑战^［3］，严重影响青藏高原生态安全屏障的稳定。在这一背景下，探寻既能提高饲草产量、又能改善土壤生态环境的种植模式，成为生态修复与农牧业协同发展的关键。

根际土壤微生物作为土壤生态系统的核心组成部分，其主要由细菌和真菌组成，在碳转化储存、调节土壤环境、土壤结构及功能的形成等方面发挥着至关重要的作用^［4］。土壤微生物群落的组成及多样性会在一定程度上受到作物种类、种植模式及其根系活动等的影响。同时，微生物群落极易受环境变化的影响，与温度、土壤和植物群落等环境因子密切相关^［5］。例如，阚海明等^［6］发现土壤真菌群落结构与土壤有机碳、总氮、速效氮、总磷等土壤养分水平显著相关。刘欢等^［7］发现铵态氮、速效磷和pH是土壤真菌门水平的主要影响因子。但也有研究表明真菌群落组分与土壤因子均没有显著相关关系^［8］。这提示土壤微生物与环境因子的互作机制仍需深入探究。

在农业生产实践中，科学合理的混播模式可以通过改变作物的生理特性和根系分泌物特性的途径间接调节土壤中微生物群落的组成，因此具有改善土壤环境的潜力^［9］。然而目前针对禾豆混播对根际土壤微生物的影响研究较少，且已有的研究结果也不尽一致。如Luo等^［10］的研究发现燕麦（Avena sativa）与蚕豆（Vicia faba）混播后土壤中细菌α多样性显著高于燕麦单播，混播草地中微生物的群落组成得到改变，并且微生物的多样性也得到了提高。肖毅^［11］的研究发现，紫花苜蓿（Medicago sativa）与鸭茅（Dactylis glomerata）2∶2混播时，土壤微生物群落结构组成改变，微生物群落Alpha多样性增加，土壤中有害真菌丰度降低。而姜鑫等^［12］的研究表明禾豆混播降低了土壤细菌群落的丰富度和多样性，对土壤真菌多样性没有显著影响。Zhao等^［13］的研究表明禾豆混播草地土壤细菌多样性低于单播草地。Yan等^［14］的研究结果表明禾豆混播与单播处理的土壤微生物群落差异不显著。因此，对于混播草地生态系统中土壤微生物区系变化及植物-微生物反馈调节机制仍需进一步明确。

燕麦与箭筈豌豆（Vicia sativa）混播作为一种高效种植模式，近年来已成为三江源区人工草地建设的主要模式之一，燕麦的快速生长特性与箭筈豌豆强大的生物固氮能力形成优势互补，不仅可显著提升饲草产量^［15］，还能通过根系分泌物与凋落物输入改变根际土壤养分状况^［16］。然而，目前关于二者混播对三江源区根际土壤微生物群落组成与多样性的研究较少，该区域特殊的气候与土壤条件下，混播模式如何通过影响根际微生物群落结构与功能，进而驱动土壤养分转化与生态系统服务，尚缺乏系统认知。因此本研究基于高通量测序技术，系统分析燕麦与箭筈豌豆混播下根际土壤养分和微生物群落特征，并运用Mantel test分析揭示二者的相关性，旨在阐明植物混播模式对根际土壤生态系统的调控机制，以期为优化三江源地区饲草种植结构与模式、改善土壤生态功能及合理调控根际微环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验点位于青海大学三江源生态系统教育部野外科学观测研究站，地处青海省玉树州称多县珍秦镇（97°18′ E，33°24′ N，海拔4207 m），该地区属于典型高原大陆性气候，冷季长，气候寒冷，太阳辐射极强，年平均气温-5.6~3.8 ℃，年均降水量562.2 mm，全年75%以上的降水主要集中在6-9月。试验小区土壤类型为高山草甸土，土壤pH 6.92，土壤有机质含量24.1 g·kg^-1，土壤全氮含量9.3 g·kg^-1，土壤全磷含量8.1 g·kg^-1，土壤碱解氮含量138 mg·kg^-1，土壤有效磷含量7.1 mg·kg^-1。

1.2 试验材料

本研究选用‘青甜1号’燕麦（Qingtian No.1）和‘西牧333A’箭筈豌豆（Ximu 333A）为试验材料，种子均由青海省畜牧兽医科学院草原所提供。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，共设5个处理：燕麦单播（DY）、箭筈豌豆单播（DJ）、燕麦与箭筈豌豆以3种比例（7∶3、5∶5、3∶7）同行混播。混播处理根据两种饲草的单播播种量设置3种比例：燕麦∶箭筈豌豆=70%∶30%（Y₇J₃）、燕麦∶箭筈豌豆=50%∶50%（Y₅J₅）和燕麦∶箭筈豌豆=30%∶70%（Y₃J₇）。每个处理设3次重复，共计15个小区。燕麦单播播种量为225.01 kg·hm^-2、箭筈豌豆的单播播种量为76.67 kg·hm^-2，混播播种量按单播量及3种混播比例为标准计算确定（表1）。试验小区面积为15 m²（3 m×5 m），小区间设置0.5 m过道，每小区播种10行，行距0.3 m，于2024年5月11日开始播种，播种采用人工开沟同行条播的方式，播种深度为3~4 cm。底肥施用尿素和过磷酸钙分别为75和100 kg·hm^-2。设置围栏封育，保护作物免受外界环境影响，作物生长期间不进行追肥及灌溉，于7月15日进行田间除草一次。

1.4 土壤样品采集与测定

于2024年9月，在各小区中随机选取5点采集土样，每点选取5株整齐一致且健康的燕麦与箭筈豌豆植株，挖出植物完整根系，去除根部松散的土壤后，仍粘在根上的土作为根际土，使用无菌刷子收集于无菌密封袋中^［17］。同一小区内多点取样土壤充分混合作为1个待检测样品，做好标记带回实验室。一部分经自然风干后磨细过0.25和1.00 mm孔径的筛子用于测定土壤养分，另一份鲜土用干冰保存，带回实验室后立即储存于-80 ℃冰箱，用于DNA提取和高通量测序分析。

1.4.1 土壤养分测定

土壤pH采用电位测定法测定^［18］；土壤有机质（organic matter， OM）含量采用重铬酸钾外加热法测定^［18］；土壤全氮（total nitrogen， TN）含量采用硫酸-催化剂消解法测定^［18］；土壤碱解氮（available nitrogen， AN）含量采用碱解扩散法测定^［18］；土壤全磷（total phosphorus， TP）含量采用NaOH熔融法-钼锑抗比色测定^［18］；土壤有效磷（available phosphorus， AP）含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定^［19］。

1.4.2 土壤微生物分析

1）土壤微生物总DNA提取。从-80 ℃冰箱中取出保存的土壤样品，分别称取不同处理土样各0.5 g，采用FAST土壤DNA提取试剂盒（MP Biomedicals， 美国）提取根际土壤DNA。提取完成后，使用Nanodrop 2000核酸定量仪（Thermo Fisher Scientific， 美国）检测DNA的纯度和浓度（浓度均在20 ng·μL^-1以上，A260/A280为1.8~2.0）。随后，用无菌水稀释至1 ng·μL^-1。

2）PCR扩增。使用稀释后的DNA样品作为模板，对16S rRNA和ITS rRNA基因进行PCR扩增。利用细菌扩增的引物序列301F（5′-CCTACGGGNGGCWGCAG-3′）和805R（5′-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3′）对16S rRNA的V3~V4区域进行扩增，反应体系为4 μL 5×FastPfuBuffer，0.8 μL上下游引物，10 μg基因组DNA，2 μL dNTPs，0.4 μL FastPfu聚合酶，0.2 μL PCR增强剂BSA，灭菌的ddH₂O补足20 μL，PCR循环条件为：95 ℃预变性5 min，随后进行30个循环（95 ℃变性30 s，52 ℃退火30 s，72 ℃延伸40 s）；利用真菌扩增的引物序列ITS7F（5′-GTGARTCATCGAATCTTTG-3′）和ITS4R（5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′）对真菌ITS区进行扩增，PCR扩增反应体系为2 μL 10×rTaqBuffer，0.8 μL上下游引物，10 μg基因组DNA，2 μL dNTPs，0.4 μL rTaq聚合酶，0.2 μL PCR增强剂BSA，灭菌的ddH₂O补足20 μL，PCR循环条件为：95 ℃预变性5 min，随后进行35个循环（95 ℃变性30 s，52 ℃退火30 s，72 ℃延伸40 s）。将扩增产物经纯化及定量分析后采用Illumina NovaSeq 6000进行高通量测序。本试验测序部分委托上海伟寰生物科技有限公司完成。

1.5 数据处理

为了保证后续信息分析结果的准确可靠，首先要对原始数据进行过滤处理，得到有效数据。基于Qiime 2平台，通过DADA2对测序序列进行拼接过滤并降噪细菌扩增子序列变异体（amplicon sequence variant， ASV），再使用naive Bayes分类器和q2-feature-classifier对ASV序列进行物种分类注释，获得ASV表。具体参照吕晶花等^［20］所述方法。基于ASV表，使用APExBIO云平台分析土壤微生物数据。参考宋珂辰等^［21］的方法计算细菌、真菌群落Chao1指数、Ace指数、Shannon指数和Simpson指数。

利用Excel 2021对数据进行录入和整理，采用SPSS 26.0统计软件进行方差分析和多重比较（Duncan法），结果以“平均值±标准误（standard error of mean， SEM）”表示，使用Origin 2024作图，P<0.05为差异显著。采用Mantel test分析土壤养分对微生物群落组成及多样性的影响并通过R绘图。

2 结果与分析

2.1 不同混播比例对土壤养分的影响

随箭筈豌豆混播比例的增加，土壤pH增加，在Y₃J₇处理下达最大值，显著高于除Y₅J₅外的其他处理（P<0.05），较DY、DJ分别提高了3.2%和2.3%（图1）。混播处理土壤有机质含量显著高于单播（P<0.05），且在Y₇J₃处理下达最大，为81.52 g·kg^-1，显著高于其他处理（P<0.05）。Y₃J₇和Y₅J₅处理提高土壤有机质含量效果接近且均显著优于单播（P<0.05）；Y₃J₇处理土壤全氮含量显著高于DY但与DJ无显著差异，Y₅J₅处理与单播无显著差异（P>0.05）。混播处理土壤碱解氮含量高于单播处理。随着混播处理组中箭筈豌豆比例的逐渐增加（从Y₇J₃到Y₃J₇），土壤碱解氮含量呈逐渐升高的趋势，在Y₃J₇处理下达最大值，为260.52 mg·kg^-1，显著高于除Y₅J₅外的其他处理（P<0.05），较其他处理增加了6.00%~14.39%。除Y₃J₇外的其他处理间差异均不显著（P>0.05）。

土壤磷素含量在不同处理间具有显著差异（P<0.05）。全磷含量随箭筈豌豆比例增加呈“增-减-增”的变化趋势，Y₇J₃处理最高，为1.01 g·kg^-1，显著高于除Y₃J₇外的其他处理（P<0.05）。有效磷含量作为土壤供磷能力的关键指标，混播处理均显著高于单播（P<0.05），Y₇J₃处理达峰值40.21 mg·kg^-1，较DY和DJ处理分别提高39.30%和30.98%。Y₅J₅处理在提高有效磷方面亦表现突出，显著高于单播处理（P<0.05），但其全磷含量与单播无显著差异（P>0.05），表明不同混播比例对土壤磷素形态转化的影响存在差异。

2.2 不同混播比例对土壤微生物群落多样性的影响

2.2.1 土壤微生物测序结果

采用Illumina NovaSeq 6000测序平台，测序策略为PE250双端测序进行16S、ITS扩增子测序。16S测序共获得1629403条原始序列（raw reads），双端序列质控、拼接后共获得1618741条高质量序列（clean reads），占原始序列的99.34%，根据相似性聚类形成22816个细菌ASV；ITS测序共获得1282805条原始序列，双端序列质控、拼接后共获得1276536条高质量序列，占原始序列的99.51%，根据相似性聚类形成2313个真菌ASV。

2.2.2 ASV数目

DY、Y₇J₃、Y₅J₅、Y₃J₇和DJ处理下特有的细菌ASV数量分别为4227、3166、2325、1785和3774个，共有的ASV数量为1357个（图2a）。单播较混播处理有更多的特有细菌ASV，各混播处理中，Y₇J₃处理特有的细菌ASV数目最多。DY、Y₇J₃、Y₅J₅、Y₃J₇和DJ处理下特有的真菌ASV数量分别为360、221、227、462和246个，共有的ASV数量为212个。Y₃J₇处理特有的真菌ASV数目最多（图2b）。

2.2.3 Alpha多样性

不同混播处理土壤微生物群落Alpha多样性分析结果（表2）表明，土壤细菌Chao1指数和Ace指数均以DY处理最高，DJ处理次之，混播草地Chao1指数和Ace指数均小于单播处理，在混播处理中，随着箭筈豌豆比例的增加，土壤细菌Chao1指数和Ace指数逐渐降低；不同处理间土壤细菌Shannon指数和Simpson指数无显著差异（P>0.05）。土壤真菌Chao1指数和Ace指数均以DY处理最高，Y₃J₇处理次之。混播草地土壤真菌丰富度低于DY而高于DJ处理；DY处理土壤真菌Shannon指数显著高于其他处理（P<0.05），Y₃J₇处理土壤真菌Simpson指数显著低于单播处理（P<0.05）。

2.2.4 Beta多样性

对于细菌群落（图3a），PCoA的前两个主要坐标（PCoA1=23.34%和PCoA2=14.83%）共同解释了38.17%的Beta多样性变化。对于真菌群落（图3b），PCoA的前两个主要坐标（PCoA1=55.63%和PCoA2=18.39%）共同解释了74.02%的Beta多样性变化。在PCoA1坐标轴上，混播和单播处理的ASV呈明显分离（Adonis分析，P=0.001），表明混播处理对土壤细菌和真菌群落组成有显著影响（P<0.05）。

为了进一步研究燕麦与箭筈豌豆混播对土壤微生物群落Beta多样性的影响，利用ANOSIM方法^［20］对不同混播比例下的土壤微生物群落Beta多样性进行分析（图4a，b）。结果表明，细菌和真菌的Between组高于各处理组，说明组间差异大于组内差异，且不同混播处理下土壤微生物群落存在显著差异（细菌：R=0.476，P=0.001；真菌：R=0.993，P=0.012）。

2.3 不同混播比例对土壤微生物群落组成的影响

2.3.1 燕麦与箭筈豌豆混播根际土壤细菌群落组成分析

在门水平下，土壤细菌优势菌群依次为变形菌门（Proteobacteria，27.25%~31.38%）、酸杆菌门（Acidobacteriota，20.91%~30.72%）、放线菌门（Actinobacteriota，6.78%~18.20%）、疣微菌门（Verrucomicrobiota，5.14%~8.57%）和浮霉菌门（Planctomycetota，5.79%~6.88%）（图5a）。与DY和DJ处理相比，混播处理的酸杆菌门和疣微菌门相对丰度增加，放线菌门相对丰度降低。各混播处理中，Y₇J₃处理的酸杆菌门、放线菌门和浮霉菌门相对丰度高于Y₅J₅及Y₃J₇处理，变形菌门、疣微菌门相对丰度低于其他处理。

在属水平下，土壤细菌优势菌群依次为RB41（5.62%~10.65%）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas，3.53%~4.66%）、Candidatus_Udaeobacter（2.88%~5.64%）、Vicinamibacteraceae（2.91%~4.10%）和假单胞菌属（Pseudomonas，0.65%~3.85%）（图5b）。混播较单播处理RB41、Candidatus_Udaeobacter、Vicinamibacteraceae及假单胞菌属相对丰度增加。燕麦与箭筈豌豆混播影响了土壤的细菌结构。Y₇J₃处理下假单胞菌属的相对丰度高于其他处理，Y₅J₅处理下RB41及Candidatus_Udaeobacter的相对丰度高于其他处理，Y₃J₇处理下鞘脂单胞菌属及Vicinamibacteraceae的相对丰度高于其他处理。

2.3.2 燕麦与箭筈豌豆混播根际土壤真菌群落组成分析

在门水平下，土壤真菌优势菌群主要为子囊菌门（Ascomycota，72.10%~89.66%）、担子菌门（Basidiomycota，5.68%~13.27%）、被孢霉门（Mortierellomycota，2.92%~9.16%）和毛霉菌门（Mucoromycota，0.23%~3.50%）（图6a）。对比优势菌门在不同处理中的丰度差异发现，与单播处理相比，Y₇J₃和Y₅J₅处理的被孢霉门相对丰度增加了63.35%~124.45%；与DY处理相比，Y₅J₅和Y₃J₇处理的担子菌门和毛霉菌门相对丰度降低，Y₇J₃处理的担子菌门和毛霉菌门相对丰度较DY处理降低了38.78%和36.04%；与DJ处理相比，混播处理的担子菌门相对丰度均降低，Y₇J₃处理的毛霉菌门相对丰度降低了203.17%。

在属水平上，土壤真菌优势菌群依次为寡囊盘菌属（Thelebolus，6.21%~16.58%）、镰刀菌属（Fusarium，3.84%~13.02%）、被孢霉属（Mortierella，3.10%~9.91%）和外瓶霉属（Exophiala，2.32%~8.31%）（图6b）。混播较单播处理寡囊盘菌属、外瓶霉属及裂壳菌属相对丰度增加，被孢霉属、光黑壳属、根霉属、截盘多毛孢属相对丰度减少。各混播处理中，Y₇J₃处理的镰刀菌属相对丰度低于其他处理，外瓶霉属高于其他处理；Y₃J₇处理的镰刀菌属相对丰度较高且高于单播处理，其外瓶霉属的相对丰度较低。

2.4 土壤养分与微生物多样性指数的Mantel test分析

Mantel test分析结果表明，细菌群落和pH、土壤碱解氮、土壤有效磷含量显著有关（P<0.05或P<0.01），真菌群落和pH、土壤有机质、土壤碱解氮、土壤有效磷含量显著有关（P<0.05或P<0.01，图7）。

3 讨论

3.1 禾豆混播对土壤养分的影响

土壤养分含量可反映土壤质量和土壤肥力，为饲草生长提供所需的资源，充足的土壤肥力是保证草地生产力的物质基础^［22］。禾豆混播体系中由于存在时间及空间上的根系分布差异，以及饲草间对养分的吸收区域、敏感程度不同，有效地降低了饲草对氮的竞争作用^［23］，提高了混播饲草地土壤养分含量。本研究中，混播与单播相比，对土壤养分含量有较好的改善作用，这与前人的研究结果相似^［24］。土壤pH不仅影响土壤微生物的活动，更重要的是其能直接影响土壤养分存在形式及养分有效性，影响植物的生长发育。本研究中，饲草混播较单播土壤pH升高，各混播处理间，随豆科饲草比例的增加pH随之升高，这与徐强等^［25］的混播处理中豆科饲草比例的增加导致土壤pH值显著下降的研究结果不一致，其原因可能与不同研究区域的土壤类型、气候等条件不同有关。蔺芳等^［26］认为天然有机质的积累主要与饲草种植后地表枯落物及地下部根系的增多有关。本研究中，混播较单播草地土壤有机质含量增加了19.23%~33.66%，在混播比例为7∶3时土壤有机质含量达到最高，随着豆科饲草比例的增加，有机质含量呈降低趋势，这与郭常英等^［27］的研究结果基本一致，这可能主要与混播草地的地表枯落物及地下根系多于单播草地有关，能提供更多的有机质供饲草生长使用^［28］。

氮素是植物生长发育的关键营养元素之一。豆科饲草能够利用根瘤进行生物固氮，这些固定的氮不仅满足自身生长需求，还可通过根系分泌物或残体分解等方式向相邻作物传递养分。本研究中混播比例为7∶3时土壤全氮含量最高，而土壤碱解氮含量在混播比例为3∶7时最高，这可能与混播比例为7∶3时植物对氮素的吸收利用效率较高有关，植物吸收了大量氮素，使得土壤中可供碱解的氮素减少，也可能是因为混播比例为7∶3时土壤微生物活动较弱，氮的转化效率较低，导致碱解氮含量较低。本研究中，随豆科饲草比例的增加，饲草地土壤全磷、有效磷含量减少，杜青峰等^［29］的研究也得出类似的结果，这可能是因为具有固氮作用的豆科饲草会影响混播系统中的土壤氮磷平衡，高氮环境促使饲草吸收更多的磷养分以保持平衡^［30］。与单播相比，混播后土壤有效磷含量提高了26.79%~39.30%，可能原因是禾豆混播系统中豆科饲草产生的根系分泌物对根际微生物的群落分布存在影响，提高了土壤难溶性磷的有效性，同时豆科饲草根系可释放出酸性物质，提高磷保持能力，在植物根际产生铵态氮，活化微生物，矿化有机磷，增加土壤中有效磷含量^［31］。

3.2 不同混播比例对土壤微生物群落组成及多样性的影响

土壤微生物群落和多样性调控土壤生态系统的多功能性，进而影响土壤本身的抵抗力和恢复力，对维持土壤肥力和可持续性生产至关重要^［32］。本研究检测出的细菌ASV数以及种类均高于真菌，表明高寒人工草地土壤微生物类群以细菌为主，这与向前胜等^［33］关于高寒地区土壤微生物的研究结果一致。肖毅^［11］的研究发现，紫花苜蓿与鸭茅2∶2混播时，土壤微生物群落结构组成改变，微生物群落Alpha多样性增加，土壤中有害真菌丰度降低。刘欢等^［7］研究发现，不同比例藏沙蒿（Artemisia wellbyi）、垂穗披碱草（Elymus nutans）和细茎冰草（Agropyron trachycaulhum）混播后，土壤真菌群落Alpha多样性增加，土壤微生物群落结构组成改变。本研究发现，相对于单播处理，燕麦与箭筈豌豆混播后土壤细菌和真菌群落的Alpha多样性降低，与其结果不同，其原因可能是因为混播改变了饲草根际的土壤有机质含量，反过来也会影响土壤微生物多样性，其次可能与豆科植物特殊的根际调控机制有关，箭筈豌豆的固氮能力可能会抑制依赖有机碳的异养微生物生长，此外，燕麦与箭筈豌豆的根系空间竞争可能导致根际分泌物总量减少，削弱了微生物群落的碳源供给基础。各混播处理中，随着箭筈豌豆比例的增加，土壤细菌的Alpha多样性逐渐降低，可能与豆科植物比例升高导致的根系分泌物竞争性抑制有关。相比之下，真菌群落的响应更为复杂：Chao1指数和Ace指数在Y₃J₇处理时达到峰值，而Shannon指数和Simpson指数随箭筈豌豆比例增加呈下降趋势。这一现象表明，豆科比例越高虽然增加了真菌物种丰富度（如寡囊盘菌属和镰刀菌属的富集），但可能导致优势菌群如镰刀菌属等的生态位扩张，从而降低群落均匀性^［34］。

3.2.1 不同混播比例对细菌群落组成及多样性的影响

本研究发现，燕麦与箭筈豌豆混播改变了土壤微生物的群落结构，土壤细菌的变形菌门、酸杆菌门、放线菌门的相对丰度较大，这与前人研究结果类似^［35］，与单播相比，混播处理下酸杆菌门和疣微菌门相对丰度增加，可能与燕麦和箭筈豌豆混播种植条件下根系分泌的低分子量有机酸（如柠檬酸、苹果酸）浓度升高有关，为酸杆菌门提供了特异性碳源，同时改变了根际土壤的酸碱度，形成了更适宜其生长的微环境。虽然混播较单播微生物Alpha多样性指数降低，但特定功能菌群的丰度提升揭示了混播系统中微生物群落功能冗余的补偿机制。混播较单播相比放线菌门的相对丰度降低，可能原因是燕麦与箭筈豌豆混播后产生了更多的根系分泌物，对革兰氏阳性菌产生了选择性抑制作用。这一现象与姜鑫等^［12］的研究结果相左，导致结果不同的主要原因可能是箭筈豌豆特异性分泌的异黄酮类物质对放线菌群体感应的干扰作用。不同处理中的土壤细菌优势菌属依次为RB41（属酸杆菌门）、鞘脂单胞菌属、Candidatus_Udaeobacter（属疣微菌门）、Vicinamibacteraceae（属酸杆菌门）等。混播与单播相比RB41和Candidatus_Udaeobacter的丰度显著提升，揭示了混播系统对碳氮循环功能菌群的定向选择。混播草地中土壤pH及有效磷含量的显著增加，可能是导致RB41相对丰度增加的主要原因^［36］。而Candidatus_Udaeobacter作为一种核心微生物菌群，能参与有机质的分解，释放出植物可利用的营养物质，促进饲草生长及健康^［37］，还有研究发现Candidatus_Udaeobacter在氮循环中起作用，特别是参与硝化或反硝化过程^［38］，可能与豆科植物生物固氮作用增强导致的碱解氮积累形成正向反馈。假单胞菌属作为溶磷菌的代表，不仅能通过1-氨基环丙烷疣微菌门1-羧酸酯（1-aminocyclopropane-1-carboxylate ester， ACC）脱氨酶缓解植物胁迫，其分泌的嗜铁素更可活化土壤磷素^［39］，本研究观测到的有效磷含量提升形成机理与之相呼应。此外，Vicinamibacteraceae相对丰度的增加可能与其对复杂有机物的分解能力有关^［40］。

3.2.2 不同混播比例对真菌群落组成及多样性的影响

本研究发现，与单播相比，混播显著提高了土壤真菌群落中子囊菌门的相对丰度，而被孢霉门和毛霉菌门的丰度降低。这可能与混播显著增强了土壤中的全氮和有机质含量有关，子囊菌门中的许多真菌能够高效分解有机物，为其生长提供了丰富的碳源和氮源^［41］。混播后土壤养分含量的增加可能不利于被孢霉门和毛霉菌门的生长，此类微生物可能更适应在养分贫瘠的土壤中生存^［42］。在属水平上，混播增加了寡囊盘菌属、外瓶霉属及枝孢霉属的丰度，同时减少了光黑壳属和根霉属的相对丰度，说明燕麦与箭筈豌豆混播能改变土壤真菌群落结构，混播较单播较高的土壤pH环境，抑制了根霉属的孢子萌发和菌丝生长。土壤真菌群落对混播比例的响应更为复杂。Y₇J₃处理中子囊菌门和担子菌门丰度较低，而毛囊菌门增加。子囊菌门相对丰度的减少可能与其对低pH环境的敏感性有关^［43］，而毛囊菌门的富集可能是因为燕麦根系分泌的有机酸对微环境的调节^［44］。随箭筈豌豆比例的增加，寡囊盘菌属和镰刀菌属的逐渐富集，可能与豆科植物通过根系分泌物筛选出具有特定代谢功能的真菌类群有关，而Y₇J₃处理中外瓶霉属、根霉属及枝孢霉属的丰度相对较高，可能与其对燕麦根系分泌物的偏好性及在碳循环中的分解功能相关^［34］。镰刀菌属是重要的植物病原菌之一^［45］，各混播处理中，Y₃J₇处理镰刀菌属相对丰度最高，而Y₇J₃处理镰刀菌属丰度低于其余处理，说明合理的混播比例一定程度上能改善土壤生态环境，提高土壤健康状况。

3.3 土壤养分和微生物群落间的关系

土壤微生物群落作为生态系统功能的关键调节者，对其生存环境的土壤养分变化表现出高度响应性。已有研究表明，土壤类型及养分含量的变化都会引起微生物群落多样性及结构发生变化^［46］。然而，由于土壤理化因子间复杂的互作网络及其时空异质性，关于影响微生物群落构建的关键因子尚未形成统一的理论框架^［47］。例如，于方明等^［48］的研究发现，土壤中酸杆菌门和疣微菌门的丰度与土壤中有机质含量呈正相关，与土壤中全氮和全磷含量呈负相关。何升然等^［49］在紫花苜蓿/甜高粱（Sorghum bicolor）间作体系中发现，部分细菌门的相对丰度与土壤pH及碱解氮含量呈正相关。Liu等^［50］的研究表明pH是影响土壤微生物群落结构和多样性的重要因素，与土壤中大多微生物之间呈显著正相关，但也有研究显示，土壤微生物群落组成与土壤pH呈显著负相关，与有机质和全氮含量呈显著正相关^［51］。本研究发现，土壤pH和碱解氮含量与细菌群落有极显著相关性，土壤有效磷含量与细菌群落显著相关；土壤pH和碱解氮含量与真菌群落极显著相关，土壤有机质和有效磷含量与真菌群落显著相关，这与张婷等^［52］的研究结果一致。各因子中，土壤pH值是影响微生物多样性和群落组成的决定性因素（Mantel’s r>0.4，P<0.01），这与Lauber等^［53］基于全球土壤微生物组数据提出的“pH主导假说”一致。然而，有研究指出，在氮沉降强烈的生态系统中，AN可能取代pH成为微生物群落的主导因子^［54］，这种差异可能主要与研究区的地理位置及海拔不同有关。

4 结论

本研究结果表明，燕麦与箭筈豌豆混播对土壤养分及微生物群落具有显著调控作用。混播能显著改善土壤理化性质并驱动养分活化，显著提高土壤pH、有机质、全氮及有效磷含量。其中以燕麦与箭筈豌豆以7∶3比例混播时具有较高的土壤养分。PCoA分析显示混播较单播处理可以改变土壤微生物群落结构，但各混播处理间分异不明显。细菌群落中，酸杆菌门、疣微菌门等有益菌群丰度增加，且与pH、碱解氮、有效磷呈正相关；真菌群落中，子囊菌门丰度增加，担子菌门及被孢霉门丰度降低，其多样性与pH、有机质、碱解氮等密切相关。综上，燕麦与箭筈豌豆混播可通过调节养分循环和微生物群落结构改善土壤生态，其中燕麦与箭筈豌豆以7∶3比例混播在提升养分含量和优化微生物结构中表现最优，为三江源区优质饲草生产及合理调控根际微环境提供了理论依据和科学支撑。

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基金资助

青海省科技厅重点研发与转化计划项目(2024-NK-137)

国家重点研发计划课题(2022YFD1602302)

青海大学三江源生态系统教育部野外科学观测研究站资助