三七与松树间作系统对土壤肥力和重金属的影响，以及氨氧化微生物在其中的作用机制

《BMC Plant Biology》：Coupled regulation effects of sanqi-pine intercropping systems on soil fertility and heavy metals mediated by ammonia-oxidizing microorganisms

　　

摘要

背景

虽然三七与松树的间作系统能够提高土壤肥力并减少重金属的积累，但不同间作模式和整个生长阶段下土壤性质、重金属及微生物之间的动态相互作用仍不甚明了。本研究建立了Pinus armandii（Pa）和Pinus yunnanensis（Py）的单作系统，以及它们分别与三七（PaS和PyS）的间作系统。在24个月的监测期间，我们测定了关键的土壤性质、重金属浓度以及氨氧化微生物的丰度，旨在系统地揭示这些相互作用背后的调控机制。

结果

PaS和PyS系统均显著提高了土壤的整体肥力，并有效降低了重金属的含量和污染风险。PaS系统的土壤肥力相对指数提高了19.35%，PyS系统的土壤肥力相对指数提高了18.18%；同时，PaS系统中的重金属相对指数下降了41.03%，PyS系统中的重金属相对指数下降了61.36%。值得注意的是，所有系统的污染等级均被评定为Ⅰ级（清洁/安全）。敏感性分析表明，铵氮（NH₄⁺–N）和铜（Cu）分别是影响土壤肥力和重金属指数的核心因素。进一步的相关性分析显示，土壤肥力与重金属含量呈显著负相关。结构方程建模（SEM）证实，氨氧化细菌（AOB）和古菌与细菌的比例（AOA/AOB）通过调节NH₄⁺–N的转化过程直接影响铜的含量，从而减少了土壤中的重金属积累。

结论

本研究证实，PaS和PyS系统均能提高土壤肥力并降低重金属风险，其中PyS系统在其生长环境条件下表现出更优的综合性能。这些发现为三七的生态安全栽培和土壤健康的可持续管理提供了重要的理论基础。