基于宏基因組學(xué)方法分析施肥模式對設(shè)施菜田 土壤微生物群落的影響 馬 龍1 高 偉2 欒好安3 唐繼偉1 李明悅2 黃紹文1 1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100081 2 天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所 天津 300192 3 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 保定 071000 摘要 目的 采用宏基因組測序技術(shù) 研究施肥對細(xì)菌 真菌和古菌群落組成和結(jié)構(gòu)的影響 為設(shè)施菜田可 持續(xù)健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù) 方法 設(shè)施蔬菜施肥長期定位試驗(yàn)始于2009年 試驗(yàn)地位于天津市西青區(qū) 為 春季番茄和秋冬季芹菜輪作體系 在春茬番茄 第20茬蔬菜 盛果期 選擇定位試驗(yàn)中的6個等氮磷鉀投入處 理 包括全部使用化肥氮 4 4CN 處理和5個有機(jī)替代處理 3 4CN 1 4MN 2 4CN 2 4MN 1 4CN 3 4MN 2 4CN 1 4MN 1 4SN 2 4CN 2 4SN 其中M和S代表豬糞和秸稈 采集0 20 cm土壤樣品 測定土壤微生 物相關(guān)指標(biāo) 結(jié)果 有機(jī)替代處理的土壤微生物量碳 MBC 和微生物量氮 MBN 含量較4 4CN處理平均分 別增加101 5 和134 6 以2 4CN 1 4MN 1 4SN 2 4CN 2 4SN處理的土壤MBC和MBN含量相對較高 較4 4CN平均分別增加158 8 和210 9 與4 4CN相比 有機(jī)替代處理的土壤細(xì)菌和真菌豐度平均分別增加 8 6 和11 6 古菌平均降低21 7 高碳有機(jī)替代模式 1 4CN 3 4MN 2 4CN 1 4MN 1 4SN 2 4CN 2 4SN 土壤細(xì)菌和真菌豐度較低碳有機(jī)替代模式 3 4CN 1 4MN 2 4CN 2 4MN 平均分別增加12 3 和12 0 古菌豐度平均降低12 9 與4 4CN處理相比 低量 中量有機(jī)替代模式 3 4CN 1 4MN 2 4CN 2 4MN 土壤細(xì)菌 真菌Shannon指數(shù)沒有顯著增加 而有機(jī)替代模式古菌Shannon指數(shù)平均 增加了9 0 高碳有機(jī)替代處理古菌Shannon指數(shù)平均增加了11 9 與4 4CN處理相比 有機(jī)替代模式提高 了土壤細(xì)菌中變形菌門相對豐度 降低了放線菌門 綠彎菌門相對豐度 提高了土壤真菌中子囊菌門 壺菌門 和球囊菌門相對豐度 降低了擔(dān)子菌門相對豐度 提高了古菌中的廣古菌門和深古菌門相對豐度 降低了奇古 菌門相對豐度 主成分分析表明 土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)組成對施肥模式的響應(yīng)弱于古菌 冗余分析表明 有機(jī)碳和硝態(tài)氮分別解釋土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變異的22 3 和16 1 解釋真菌群落結(jié)構(gòu)變異的10 4 和8 9 解釋古菌群落結(jié)構(gòu)變異的36 0 和34 7 結(jié)論 同等養(yǎng)分投入量下 以有機(jī)肥 秸稈氮替代部分化肥氮可 提高土壤細(xì)菌和真菌豐度 降低古菌豐度 改變土壤優(yōu)勢菌群的組成 增加微生物多樣性 土壤硝態(tài)氮和有機(jī) 碳含量是影響土壤細(xì)菌 真菌和古菌群落結(jié)構(gòu)的共同因素 古菌對施肥模式的反應(yīng)強(qiáng)于細(xì)菌和真菌 其中 以 2 4化肥 1 4豬糞 1 4秸稈施肥模式可獲得最多樣的微生物群落結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵詞 設(shè)施菜田 施肥模式 宏基因組 有機(jī)替代 微生物群落結(jié)構(gòu) Alpha多樣性 Soil microbial community characteristics in greenhouse vegetable production under different fertilization patterns based on metagenomic analysis MA Long1 GAO Wei2 LUAN Hao an3 TANG Ji wei1 LI Ming yue2 HUANG Shao wen1 1 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning Chinese Academy of Agricultural Sciences Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer Ministry of Agriculture and Rural Affairs Beijing 100081 China 2 Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment Tianjin 300192 China 3 College of Forestry Hebei Agricultural University Baoding 071000 China Abstract Objectives Using metagenomic sequencing technology we investigated the influence of fertilization patterns on community structure and composition of bacteria fungi and archaea for sustainable soil 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報 2021 27 3 403 416 doi 10 11674 zwyf 20486 Journal of Plant Nutrition and Fertilizers http www plantnutrifert org 收稿日期 2020 09 27 接受日期 2020 11 16 基金項(xiàng)目 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng) CARS 23 B02 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題 2016YFD0201001 聯(lián)系方式 馬龍 E mail blueskymalong 通信作者 黃紹文 E mail huangshaowen 唐繼偉 E mail tang jiwei health and greenhouse vegetable production Methods We conducted a long term fertilization experiment in a vegetable greenhouse in Tianjin City The cropping system in this study was spring tomato and autumn winter celery rotation The six treatments in the study included one complete chemical fertilizer 4 4CN treatment and five organic substitution treatments 3 4CN 1 4MN 2 4CN 2 4MN 1 4CN 3 4MN 2 4CN 1 4MN 1 4SN 2 4CN 2 4SN MN and SN represented the nitrogen from pig manure and maize straws All treatments had same amounts of N P2O5 and K2O At the 20th vegetable season surface soil samples 0 20 cm were collected for the determination of microbial community composition Results Compared with 4 4CN treatment organic substitution treatments significantly increased soil microbial biomass C MBC N MBN and abundances of bacteria and fungi but decreased the abundance of archaea The abundances of bacteria and fungi in high C amended treatments 1 4CN 3 4MN 2 4CN 1 4MN 1 4SN and 2 4CN 2 4SN were higher than those in low C amended treatments 3 4CN 1 4MN and 2 4CN 2 4MN whereas the abundance of archaea was on the opposite Organic amendments increased the Shannon indices of archaea by 9 0 while those of bacteria and fungi did not significantly change in 3 4CN 1 4MN and 2 4CN 2 4MN At the phylum level of bacteria organic amended treatments had higher relative abundance of Proteobacteria and lower relative abundance of Actinobacteria and Chloroflexi than 4 4CN treatment Among the main dominant fungal taxa organic amended treatments induced higher relative abundance of Ascomycota Chytridiomycota and Glomeromycota and lower relative abundance of Basidiomycota Among the main dominant archaea taxa organic amended treatments resulted in higher relative abundance of Euryarchaeota and Candidatus Bathyarchaeota and lower relative abundance of Thaum archaeota Principal component analysis showed that the archaea community composition was more sensitive to fertilization than bacterial and fungal community composition Redundancy analysis RDA revealed that organic carbon explained 22 3 10 4 and 36 0 of the variation in community structure of bacteria fungi and archaea respectively RDA also showed that nitrate nitrogen explained 16 1 8 9 and 34 7 of the variation in community structures of bacteria fungi and archaea respectively Conclusions Under the equal NPK input conditions partial substitution of chemical fertilizer with organic amendments increases the abundances of bacteria and fungi decreases archaea abundance influences soil dominant flora composition and increases soil microbial diversity Nitrate nitrogen and organic carbon are the two main soil factors that influence the variation of soil bacteria fungi and archaea community structures The archaea community composition is more sensitive to fertilization than bacterial and fungal ones Overall the fertilization mode of 2 4CN 1 4MN 1 4SN leads to most diverse and abundant microbial community structure which is good for maintaining soil health and high yield of vegetables Key words greenhouse vegetable production fertilization mode metagenome organic substitution microbial community structure Alpha diversity 目前 我國蔬菜體系分為設(shè)施蔬菜和露地蔬菜 兩種 設(shè)施蔬菜因其高投入 高產(chǎn)出 高收益的生 產(chǎn)特點(diǎn)得到迅速發(fā)展 已成為許多地區(qū)的農(nóng)業(yè)支柱 產(chǎn)業(yè) 2016年設(shè)施蔬菜播種面積達(dá)386 7萬hm2 占 蔬菜總播種面積的18 左右 但產(chǎn)量占蔬菜總產(chǎn)量 約34 產(chǎn)值占蔬菜總產(chǎn)值的一半左右 1 3 然而 設(shè)施蔬菜栽培過程中普遍存在化肥投入過量 養(yǎng)分 比例嚴(yán)重失衡 施肥模式不夠合理等現(xiàn)象 導(dǎo)致土 壤有機(jī)質(zhì)含量下降 養(yǎng)分過度積累 微生物群落結(jié) 構(gòu)破壞等問題 嚴(yán)重制約我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持 續(xù)發(fā)展 4 5 針對上述問題 在合理施肥條件下使用 有機(jī)肥 有機(jī)物料替代部分化肥可以使設(shè)施蔬菜的化 肥減施潛力達(dá)到35 以上 6 土壤微生物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分 具有種類多 數(shù)量大等特點(diǎn) 主要包括細(xì)菌 真菌 和古菌 其通過自身生長代謝參與有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng) 分的分解與轉(zhuǎn)化 為土壤養(yǎng)分循環(huán)和能量流動提供 動力和保障 7 8 土壤生物學(xué)特性 微生物量 群落結(jié) 構(gòu)等 可以反映土壤質(zhì)量及肥力狀況 被認(rèn)為是土壤 環(huán)境質(zhì)量評價的重要指標(biāo) 9 10 前人關(guān)于不同施肥模 式下土壤微生物群落方面的研究多集中在細(xì)菌 真 菌 11 13 對土壤古菌的研究十分有限 14 16 有研究表 404植 物 營 養(yǎng) 與 肥 料 學(xué) 報27 卷 明 古菌在土壤碳 氮循環(huán)中起著至關(guān)重要的作 用 能參與CH4代謝 氨氧化等過程 是土壤中的 潛在養(yǎng)分庫 17 土壤微生物易受外界環(huán)境變化的影 響 施肥可直接或間接改變農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平 衡和供應(yīng)狀況 從而對土壤生物學(xué)特性產(chǎn)生影響 18 有學(xué)者指出 盛果期作為果菜生長發(fā)育的關(guān)鍵時 期 對土壤養(yǎng)分的需求量較高 土壤微生物活動劇 烈 19 20 因此 明確不同施肥模式對設(shè)施果菜盛果期 土壤生物學(xué)特性的影響 對于農(nóng)田土壤養(yǎng)分管理具 有重要意義 隨著土壤微生物相關(guān)研究的日益深入 研究方 法也在不斷改進(jìn) 目前國內(nèi)外對土壤微生物群落結(jié) 構(gòu)的研究方法和技術(shù)多集中在磷脂脂肪酸分析法 21 23 定量PCR擴(kuò)增技術(shù) 24 和高通量測序 16S RNA和 ITS 技術(shù) 25 26 應(yīng)用宏基因組方法分析微生物群落結(jié) 構(gòu)的研究較少 有學(xué)者指出 宏基因組測序技術(shù)可 以跨過微生物分離和純培養(yǎng)過程 揭示土壤中全部 存在的微生物遺傳組成和群落功能 建立土壤微生 物物種與環(huán)境之間的關(guān)系 27 28 另有研究發(fā)現(xiàn) 利用 宏基因組測序可以同步進(jìn)行土壤細(xì)菌 真菌和古菌 的測定 既可以分析土壤微生物的組成 也可以分 析各物種的群落結(jié)構(gòu) 進(jìn)而更深入地探明不同施肥 模式下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的差異 因此 有必要 開展基于宏基因組分析不同施肥模式對設(shè)施菜田土 壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響的研究 利用天津市西青區(qū)蔬菜基地日光溫室蔬菜不同 施肥模式定位試驗(yàn) 在調(diào)查不同施肥模式下土壤微 生物量及豐度的基礎(chǔ)上 探究土壤微生物群落結(jié)構(gòu) 組成及多樣性的變化 以此分析有機(jī)肥 秸稈替代化 肥模式對設(shè)施菜田土壤生態(tài)環(huán)境的影響 為設(shè)施菜 田制定合理高效的施肥方案提供一定科學(xué)依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)地點(diǎn)位于天津市西青區(qū)辛口鎮(zhèn)第六埠村 117 0 E 39 13 N 該區(qū)屬于暖溫帶半濕潤大陸性 氣候 全年平均溫度11 6 自然降水量586 mm 無霜期203天 日照總量2810 h 供試日光溫室東 西走向 長80 m 寬6 5 m 含0 5 m通道 溫室前 部有通風(fēng)口 白天適時敞開通風(fēng) 夜間或降雨時關(guān) 閉 供試土壤類型為中壤質(zhì)潮土 定位試驗(yàn)起始時 間為2009年10月 定位試驗(yàn)開始時棚齡為7年 種 植制度為春茬番茄 秋冬茬芹菜輪作 定位試驗(yàn)開始 前0 20 cm土層基本理化性質(zhì)為 pH 7 9 有機(jī)質(zhì) 25 4 g kg 硝態(tài)氮186 2 mg kg 速效磷144 6 mg kg 速效鉀404 0 mg kg 供試芹菜 Apium graveolens 品種為 文圖拉 番茄 Lycopersicon esculentum 品種為 朝研299 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 選取定位試驗(yàn)6個處理 分別為 1 全部使用 化肥氮 4 4CN 2 3 4化肥氮 1 4豬糞氮 3 4CN 1 4MN 3 2 4化肥氮 2 4豬糞氮 2 4CN 2 4MN 4 1 4化肥氮 3 4豬糞氮 1 4CN 3 4MN 5 2 4化肥氮 1 4豬糞氮 1 4秸稈 氮 2 4CN 1 4MN 1 4SN 6 2 4化肥氮 2 4秸稈氮 2 4CN 2 4SN 各處理等量氮磷鉀 番茄茬施用的 N P2O5和K2O總量分別為450 225和600 kg hm2 芹菜茬施用的N P2O5和K2O總量分別為450 300和600 kg hm2 春茬番茄和秋冬茬芹菜各處理的 具體氮和碳投入量見表1 試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 每 個處理3次重復(fù) 小區(qū)面積14 4 m2 寬2 4 m 長6 0 m 番茄株 行距分別為0 3 m和0 6 m 種植密度為 25000株 hm2 芹菜株 行距分別為0 20 m和0 15 m 種植密度為330570株 hm2 為防止小區(qū)間養(yǎng)分和水 分的橫向遷移 小區(qū)間埋設(shè)厚度為4 mm PVC板 100 cm埋于地下 5 cm露出地面 有機(jī)肥全部基施 化肥部分基施 部分作追肥 施用 番茄季處理1 6所用化肥中20 氮肥 70 磷肥和20 鉀肥基施 剩余氮肥和鉀肥分4次 追施 分別在番茄開花期 第一穗果膨大期 第二穗 果膨大期和第三穗果膨大期 氮肥追施比例分別為 30 30 10 和10 鉀肥追施比例分別為 10 30 30 和10 剩余磷肥在第一次和第二 次追肥各施入15 芹菜季處理1 6所用化肥中 20 氮肥 70 磷肥和20 鉀肥基施 剩余氮肥和 鉀肥在芹菜5 6葉期 8 9葉期和11 12葉期分 3次追施 氮肥追施比例分別為35 35 和 10 鉀肥追施比例分別為10 35 和35 剩 余磷肥在第一次追肥時全部施入 定位試驗(yàn)所施用的化肥為尿素 N 46 過磷酸 鈣 P2O5 12 磷酸二銨 N 18 P2O5 46 氯化 鉀 K2O 60 和磷酸二氫鉀 P2O5 52 K2O 34 所用有機(jī)肥 商品豬糞 N P2O5 K2O和C含量分別 為21 7 13 9 16 3和218 g kg 干基 水分含量為 28 9 所用玉米秸稈N P2O5 K2O和C含量分別 為10 4 3 2 16 9和427 g kg 干基 水分含量為 64 9 3 期馬龍 等 基于宏基因組學(xué)方法分析施肥模式對設(shè)施菜田土壤微生物群落的影響405 基施方式為肥料撒施后旋耕入地 追肥方式為 肥料溶于水后隨水沖施 各處理均是依據(jù)田間持水 量進(jìn)行灌溉 當(dāng)田間持水量低于60 時進(jìn)行灌溉 為保證灌水量的準(zhǔn)確 每個小區(qū)均安裝有單獨(dú)的 PVC進(jìn)水管 并用水表記錄灌水量 番茄季和芹菜 季灌水總量分別為3889和3334 m3 hm2 1 3 土壤樣品采集及測定方法 1 3 1 土壤樣品采集 2019年5月23日于定位試 驗(yàn)第20茬設(shè)施蔬菜 春茬番茄盛果期 番茄定植后 80天 采集土壤樣品 土壤樣品的采集方法是在每個 小區(qū)內(nèi)按 S 形布設(shè)10個點(diǎn) 采取0 20 cm土壤 樣品 剔除石礫 植物殘根等雜物 混勻裝袋 過 2 mm篩備用 用四分法取10 g左右的鮮土送去測序 公司 進(jìn)行微生物群落結(jié)構(gòu) 宏基因組 分析測定 取一部分放4 冰箱內(nèi)保存 用于微生物量碳與氮 含量的測定 剩余土壤樣品風(fēng)干后 過1 mm篩和 0 15 mm篩用于測定土壤基礎(chǔ)理化指標(biāo) 1 3 2 土壤微生物群落宏基因組測定 使用美國 Omega Bio Tek公司的E Z N A Soil DNA Kit Omega Bio tek Norcross GA U S 試劑盒提取土 壤中微生物總DNA 完成基因組DNA提取后 利 用TBS 380檢測DNA濃度 采用NanoDrop200檢 測DNA純度 使用1 瓊脂糖凝膠電泳檢測 DNA完整性 通過Covaris M220將DNA片段化 篩選約300 bp的片段 利用TruSeq DNA Sample Prep Kit試劑盒構(gòu)建PE文庫 采用HiSeq 3000 4000 PE Cluster Kit試劑進(jìn)行橋式PCR分析 使用HiSeq 3000 4000 SBS Kits試劑進(jìn)行l(wèi)luminaHiseq測序 使用MetaGene軟件對拼接結(jié)果中的contigs進(jìn) 行ORF預(yù)測 選擇核酸長度大于等于100 bp的基 因 并將其翻譯為氨基酸序列 用CD HIT軟件對所 有樣品預(yù)測出來的基因序列進(jìn)行聚類 每類取最長 的基因作為代表序列 構(gòu)建非冗余基因集 使用 SOAPaligner軟件 分別將每個樣品的高質(zhì)量reads 與非冗余基因集進(jìn)行比對 統(tǒng)計(jì)基因在對應(yīng)樣品中 的豐度信息 29 使用BLASTP將非冗余基因集序列 與NR數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對 并通過NR庫對應(yīng)的分類學(xué) 信息數(shù)據(jù)庫獲得物種注釋 然后使用物種對應(yīng)的基 因豐度總和計(jì)算該物種的豐度 30 1 3 3 土壤微生物量碳氮測定及計(jì)算公式 土壤微 生物量碳氮采用氯仿熏蒸 硫酸鉀浸提 通過碳氮 表 1 春茬番茄和秋冬茬芹菜各施肥處理中氮 碳投入量 kg hm2 Table 1 Nitrogen and carbon inputs in fertilization treatments during spring tomato and autumn winter celery season 處理 Treatment 氮投入量 Nitrogen input碳投入量 Carbon input 化肥 Chemical fertilizer 有機(jī)肥 Manure 秸稈 Maize straw 合計(jì) Total 有機(jī)肥 Manure 秸稈 Maize straw 合計(jì) Total 春茬番茄 Spring tomato season 4 4CN 450 0 0 0 450 0 0 0 0 3 4CN 1 4MN 337 5 112 5 0 450 0 1130 0 1130 2 4CN 2 4MN 225 0 225 0 0 450 0 2260 0 2260 1 4CN 3 4MN 112 5 337 5 0 450 0 3391 0 3391 2 4CN 1 4MN 1 4SN 225 0 112 5 112 5 450 0 1130 4618 5748 2 4CN 2 4SN 225 0 0 225 0 450 0 0 9236 9236 秋冬茬芹菜 Autumn winter celery season 4 4CN 450 0 0 0 450 0 0 0 0 3 4CN 1 4MN 337 5 112 5 0 450 0 1130 0 1130 2 4CN 2 4MN 225 0 225 0 0 450 0 2260 0 2260 1 4CN 3 4MN 112 5 337 5 0 450 0 3391 0 3391 2 4CN 1 4MN 1 4SN 225 0 112 5 112 5 450 0 1130 4618 5748 2 4CN 2 4SN 225 0 0 225 0 450 0 0 9236 9236 注 Note 處理代碼中 CN MN 和 SN 分別代表化肥 豬糞和秸稈氮 The CN MN and SN in the treatment codes represent N from chemical fertilizer manure and maize straw respectively 406植 物 營 養(yǎng) 與 肥 料 學(xué) 報27 卷 分析儀 Multi N C 3100 測定 土壤微生物量碳BC mg kg EC kEC 土壤微生物量氮BN mg kg EN kEN 式中 EC EN為熏蒸土與未熏蒸土壤碳 氮的差值 kEc為轉(zhuǎn)換系數(shù) 取值0 38 kEN為轉(zhuǎn)換系數(shù) 取值0 45 31 HShannon Sobs i 1 ni Nln ni N 1 3 4 土壤微生物群落Shannon指數(shù)和Ace指數(shù)計(jì)算 32 1 Shannon多樣性指數(shù) 式中 Sobs 實(shí)際觀測到的物種數(shù)目 ni 第i個物種 所含的序列數(shù) N 所有的序列數(shù) S Ace 8 S abund srarec Ace n1c Ace 2Ace Ace 1 Nrare 1 CAce abund i 1 i i 1 ni Nrare Nrare CAce 9 0 37 7777 7777 7777 7777 75 式中 ni 含有i條序列的物種數(shù)目 Srare 含有 abund 條序列或者少于 abund 的物種數(shù)目 Sabund 多于 abund 條序列的物種數(shù)目 abund 優(yōu)勢 物種的閾值 默認(rèn)為10 1 3 5 土壤基礎(chǔ)理化指標(biāo)測定 土壤硝態(tài)氮采用 2 mol L氯化鉀溶液浸提 雙波長 210 nm和270 nm 紫外分光光度法測定 土壤速效磷采用0 5 mol L碳 酸氫鈉溶液浸提 鉬銻抗比色法測定 土壤速效鉀 采用1 mol L醋酸銨浸提 原子吸收分光光度計(jì)測 定 土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀 濃硫酸氧化 外加熱 法測定 土壤pH采用2 5 1水土比 酸度計(jì)測定 33 1 4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 利用 SPSS 16 0 SPSS Inc Chicago IL 單因素ANOVA方 差分析及多重比較 Duncan 運(yùn)用R語言統(tǒng)計(jì)軟件 進(jìn)行土壤微生物群落Shannon指數(shù)和Ace指數(shù)計(jì) 算 主成分分析 PCA 和冗余分析 RDA 2 結(jié)果與分析 2 1 有機(jī)肥 秸稈替代化肥模式對設(shè)施春茬番茄盛 果期土壤微生物量碳 氮含量的影響 由表2可以看出 隨有機(jī)肥用量的增加 土壤 微生物量碳 MBC 和微生物量氮 MBN 含量均呈增 加趨勢 配施高量有機(jī)肥模式 1 4CN 3 4MN 土壤 MBC和MBN含量均顯著高于配施低量 中量有機(jī) 肥模式 3 4CN 1 4MN 2 4CN 2 4MN 增幅分別 為20 9 24 9 和57 1 119 0 配施秸稈模式 2 4CN 1 4MN 1 4SN 2 4CN 2 4SN 均高于配施有 機(jī)肥模式 增幅分別為31 9 82 0 和14 7 170 8 有機(jī)肥 秸稈替代化肥處理的土壤MBC和 MBN含量分別在185 2 337 0和13 7 37 1 mg kg 表 2 不同有機(jī)肥 秸稈替代化肥處理下土壤微生物量碳和氮含量 mg kg Table 2 The soil microbial biomass carbon and nitrogen contents under different substitution proportions of organic materials 處理 Treatment微生物量碳 MBC微生物量氮 MBN 4 4CN 124 1 13 1 e 11 5 0 8 d 3 4CN 1 4MN 185 2 10 6 d 13 7 0 9 cd 2 4CN 2 4MN 191 3 7 7 d 19 1 1 5 c 1 4CN 3 4MN 231 3 10 5 c 30 0 4 3 b 2 4CN 1 4MN 1 4SN 305 1 16 3 b 34 4 3 9 ab 2 4CN 2 4SN 337 0 1 9 a 37 1 2 2 a 注 Note MBC Microbial biomass carbon MBN Microbial biomass nitrogen 處理代碼中 CN MN 和 SN 分別代表化肥氮 糞肥氮 和秸稈氮 The CN MN and SN in the treatment codes represent N from chemical fertilizer manure and maize straw respectively 同列數(shù)據(jù)后不同 小寫字母表示施肥處理間差異顯著 P 0 05 Values followed by different lowercase letters in a column indicate significant difference among treatments P 0 05 3 期馬龍 等 基于宏基因組學(xué)方法分析施肥模式對設(shè)施菜田土壤微生物群落的影響407 平均分別為250 0和26 9 mg kg 較單施化肥模式 4 4CN 平均分別增加101 5 和134 6 配施秸稈 處理 2 4CN 1 4MN 1 4SN 2 4CN 2 4SN MBC和 MBN含量的增幅分別高達(dá)158 8 和210 9 2 2 有機(jī)肥 秸稈替代化肥模式對設(shè)施春茬番茄盛 果期土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 2 2 1 有機(jī)肥 秸稈替代化肥模式下設(shè)施春茬番茄盛果 期土壤微生物豐度 表3顯示 有機(jī)肥 秸稈替代 部分化肥處理可增加土壤細(xì)菌和真菌豐度 降低土 壤古菌豐度 有機(jī)肥 秸稈替代處理的土壤細(xì)菌 真 菌 古菌豐度分別在1295 4 104 1485 8 104 93 0 102 110 4 102 20 9 104 26 6 104 平均 分別為1393 4 104 99 9 102 23 4 104 細(xì)菌和 真菌豐度較4 4CN處理平均增加了8 6 11 6 而古菌豐度平均減少了21 7 高碳有機(jī)替代模式 1 4CN 3 4MN 2 4CN 1 4MN 1 4SN 2 4CN 2 4SN 土壤細(xì)菌和真菌豐度 均高于低碳有機(jī)替代模式 3 4CN 1 4MN 2 4CN 2 4MN 而土壤古菌豐度均低于低碳有機(jī)替代模 式 與低碳有機(jī)替代模式相比 高碳有機(jī)替代模式 土壤細(xì)菌和真菌豐度增幅分別為8 1 14 7 和 6 8 18 7 平均分別增加12 3 和12 0 土壤 古菌豐度降幅為6 0 21 4 平均降低12 9 2 2 2 有機(jī)肥 秸稈替代化肥模式下設(shè)施春茬番茄盛果 期土壤微生物群落組成 從圖1可以看到 不同 處理細(xì)菌的優(yōu)勢門組成相同 但是各菌門所占比例 受到處理的影響 6個處理中相對豐度大于1 的土 壤細(xì)菌優(yōu)勢門均有11個 以變形菌門 Proteobacteria 相對豐度最大 41 8 48 4 其次是放線菌門 Actinobacteria 10 7 12 7 再次是綠彎菌門 表 3 不同有機(jī)肥 秸稈替代化肥處理下土壤微生物豐度 Reads Table 3 Soil microbial abundance under different substitution proportions of organic materials 處理 Treatment細(xì)菌 Bacteria 104 真菌 Fungi 102 古菌 Archaea 104 4 4CN 1282 6 35 7 c 89 5 2 5 d 29 9 15 2 a 3 4CN 1 4MN 1295 4 13 0 c 93 0 0 9 cd 26 6 29 2 ab 2 4CN 2 4MN 1299 9 11 4 c 93 4 1 2 cd 24 1 17 4 bc 1 4CN 3 4MN 1485 8 5 7 a 103 0 2 4 b 22 5 12 5 bc 2 4CN 1 4MN 1 4SN 1400 7 3 4 b 99 8 2 5 bc 22 7 17 1 bc 2 4CN 2 4SN 1485 0 7 1 a 110 4 2 9 a 20 9 7 1 c 注 Note 處理代碼中 CN MN 和 SN 分別代表化肥 豬糞和秸稈氮 The CN MN and SN in the treatment codes represent N from chemical fertilizer manure and maize straw respectively 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示施肥處理間差異顯著 P 0 05 Values followed by different lowercase letters in a column indicate significant difference among treatments P 1 Fig 1 Soil bacteria community composition under different substitution proportion of organic materials phylum level relative abundance 1 注 Note 處理代碼中CN MN和SN分別代表化肥 豬糞和秸稈氮 The CN MN and SN in the treatment codes represent N from chemical fertilizer manure and maize straw respectively 408植 物 營 養(yǎng) 與 肥 料 學(xué) 報27 卷 Chloroflexi 6 1 8 6 酸桿菌門 Acidobacteria 6 4 7 0 相對豐度小于5 的土壤微生物優(yōu)勢 門分別是芽單胞菌門 Gemmatimonadetes 4 5 5 9 浮霉菌門 Planctomycetes 3 8 4 5 擬 桿菌門 Bacteroidetes 3 1 3 7 厚壁菌門 Firmicutes 2 5 2 8 藍(lán)藻細(xì)菌門 Cyanobacteria 2 5 2 9 疣微菌門 Verrucomicrobia 2 1 2 5 和硝化螺旋菌門 Nitrospirae 1 3 1 6 有機(jī)肥 秸稈替代化肥處理提高了變形菌門相對 豐度 降低放線菌門 綠彎菌門 芽單胞菌門 厚 壁菌門和硝化螺旋菌門相對豐度 其他菌門對不同 施肥模式的響應(yīng)不敏感 與4 4CN相比 有機(jī)肥 秸 稈替代化肥模式土壤變形菌門的相對豐度增幅為 8 7 15 8 平均增加11 1 土壤放線菌門 綠 彎菌門 芽單胞菌門 厚壁菌門和硝化螺旋菌門的 相對豐度降幅分別為4 0 15 4 11 4 29 1 1 0 24 6 2 9 12 5 和2 5 16 9 平均分別降低10 6 19 6 11 7 8 6 和9 9 配施高量有機(jī)肥模式 1 4CN 3 4MN 土壤變形 菌門 放線菌門和酸桿菌門的相對豐度均高于配施 低量 中量有機(jī)肥模式 3 4CN 1 4MN 2 4CN 2 4MN 增幅分別為3 2 5 9 6 0 6 1 和 1 2 5 3 平均分別增加4 5 6 1 和3 2 而土壤綠彎菌門 芽單胞菌門 浮霉菌門 擬桿菌 門 厚壁菌門 藍(lán)藻細(xì)菌門 疣微菌門和硝化螺旋 菌門相對豐度均低于低