土壤鹽分含量對設施蔬菜根際微生物群落 結(jié)構(gòu)的影響 蔡樹美1 2 3 諸海燾1 2 3 俞曉梅4 張德閃1 2 3 徐四新1 2 3 1 上海市農(nóng)業(yè)科學院生態(tài)環(huán)境保護研究所 上海 201403 2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學觀測實驗站 上海 201403 3 上海市設施園藝技術(shù)重點實驗室 上海 201403 4 長江大學園藝園林學院 湖北 荊州 434000 摘 要 目的 為解析土壤鹽分含量對濱海鹽堿地設施蔬菜土壤微生態(tài)的影響 探明設施蔬菜根際土壤離子組成及 微生物群落組成對鹽分的響應過程 方法 研究 以 2個品種蔬菜 長香絲瓜 上海青 為試材 分析了不同土壤含 鹽量下 高鹽 4 g kg 1 中鹽 2 4 g kg 1 低鹽 2 g kg 1 2種蔬菜根際土壤主要鹽基離子組成的差異 并利 用 qPCR及高通量測序技術(shù) 調(diào)查 了 2種品種蔬菜在不同土壤含鹽量下根際微生物群落豐度及多樣性的差異 結(jié)果 設施菜田土壤主要鹽基陽離 子 Na 與 K Mg2 與 SO42 和 HCO3 均顯著相關(guān) 主要鹽基陰離 子 SO42 與 K Na Ca2 Mg2 HCO3 及 Cl 均顯著相關(guān) 高鹽條件下設施蔬菜根際土壤中水溶 性 Na 和 Cl 含量高于低鹽脅迫 且高鹽條件下 長香絲瓜根際土壤 中 SO42 HCO3 及 Cl 含量均顯著低于上海青 隨著土壤含鹽量的增加 設施蔬菜根際土壤中細菌和 真菌數(shù)量總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢 不同土壤含鹽量對真菌群落結(jié)構(gòu)的影響大于細菌 對比低鹽和高鹽條件下設 施 菜 田 土 壤 微 生 物 群 落 結(jié) 果 顯 示 兩 組 之 間 細 菌 有 2個 菌 屬 鞘 氨 醇 單 胞 菌 屬 Sphingomonas與 norank f Methyloligellaceae 真菌 有 8個菌屬 腐質(zhì)霉 屬 Humicola與被孢霉 屬 Mortierella等 的相對豐度存在顯著 差異 中鹽和高鹽條件下 長香絲瓜和上海青根際土壤優(yōu)勢真菌腐質(zhì)霉 屬 Humicola和新赤殼 屬 Neocosmospora豐度占 比均大幅提升 結(jié)論 高鹽條件下長香絲瓜和上海青根際土壤水溶 性 Na 和 Cl 含量均升高 設施蔬菜通過招募根際 土壤中芽孢桿菌 屬 Bacillus 腐質(zhì)霉 屬 Humicola和新赤殼 屬 Neocosmospora等優(yōu)勢耐鹽微生物來增強根系對土壤鹽脅 迫的適應性 關(guān) 鍵 詞 土壤含鹽量 設施蔬菜 微生物群落 離子組成 中圖分類號 S642 2 文獻標識碼 A 文章編號 0564 3945 2024 05 1453 09 DOI 10 19336 ki trtb 2023030302 蔡樹美 諸海燾 俞曉梅 張德閃 徐四新 土壤鹽分含量對設施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影 響 J 土壤通報 2024 55 5 1453 1461 CAI Shu mei ZHU Hai tao YU Xiao mei ZHANG De shan XU Si xin Effects of Soil Salinity on Microbial Community Structure in Rhizosphere of Greenhouse Vegetables J Chinese Journal of Soil Science 2024 55 5 1453 1461 研究意義 鹽堿地是我國重要的后備耕地資 源 但惡劣的土壤生態(tài)環(huán)境限制了鹽堿地的開發(fā)利 用 特別是在濱海地區(qū) 土壤鹽堿化嚴重影響了區(qū) 域農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 土壤鹽堿化不僅改變了土壤的理化性 質(zhì) 造成土壤板結(jié) 滲水性差 作物根系難以下扎 引起僵苗 枯萎 而且直接影響微生物種群 數(shù)量 和活性 使得土壤微生態(tài)區(qū)系失衡 1 2 為了堅 守 18 億畝耕地紅線 維持耕地占補平衡 有效利用我國 近 5 0億畝的鹽堿耕地 研發(fā)簡易實用的濱海鹽堿地 改良技術(shù)方法尤為重要 選育耐鹽作物品種 發(fā)揮 生物資源優(yōu)勢是當前濱海鹽堿地改良利用的重要策 略 3 根際微生物能有效促進植物的抗逆能力 一些 根際有益微生物能夠顯著促進作物在鹽脅迫下的生 長 具有開發(fā)為鹽堿地增產(chǎn)專用微生物肥料的潛力 為利用農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)提高鹽堿耕地作物產(chǎn)量提供 了資源節(jié)約型 環(huán)境友好型的新思路 前人研究 進展 前人研究中已知根際微生物增強植物耐鹽的 機理 主要包括微生物能夠協(xié)助植物重建離子和滲 透平衡 微生物可以減少脅迫反應對植物造成的細 胞損傷 以及能夠恢復植物在鹽脅迫條件下的生 收稿日期 2023 03 03 修訂日期 2023 11 12 基金項目 上海市科技創(chuàng)新行動計劃 20392003400 上海市科技興農(nóng)重點攻關(guān)項目 202202080012F01101 上海市農(nóng)業(yè)科學院卓越團隊計劃 滬農(nóng)科卓2022 008 和上海市農(nóng)業(yè)科學院生態(tài)所應用技術(shù)研究專項 生科創(chuàng) YJ 2022 03 資助 作者簡介 蔡樹美 1984 女 江蘇溧陽人 博士 副研究員 主要從事植物逆境生理研究 E mail caishumei 通訊作者 E mail htzhu123 第 55 卷第 5 期 土 壤 通 報 Vol 55 No 5 2024年 10月 Chinese Journal of Soil Science Oct 2024 長 4 6 盡管高滲透強度和離子毒性作用抑制了土壤 微生物的活性 但許多研究表明某些微生物類群在 頻繁暴露于鹽脅迫條件下可以有效誘導植物生物化 學和形態(tài)學發(fā)生改變 進而增強植物對鹽脅迫的耐 受性 7 已報道的能夠增強植物耐鹽的微生物種類 包括細菌界變形桿菌門 厚壁菌門及放線菌門等以 及真菌界子囊菌門 球囊菌門等 8 這些微生物互作 介導的鹽脅迫下作物養(yǎng)分利用效率的主要替代策略 包括誘導作物吲哚乙酸產(chǎn)生 增強植物生根系統(tǒng) 促進有機酸分泌以及刺激胞外多糖等復雜化合物積 累等 9 10 本研究切入點 目前 國內(nèi)外研究作物 耐鹽機制大多從植物對環(huán)境的適應性角度探討 主 要圍繞著不同鹽分含量下種子萌發(fā) 生物量積累 滲透調(diào)節(jié) 抗氧化系統(tǒng)等方面的變化進行研究 11 13 在根際微生物群落對不同含鹽量的響應方面報道相 對較少 且研究多以水稻 棉花 向日葵 林木等 常見耐鹽植物為研究對象 14 16 對于不同含鹽量下蔬 菜等經(jīng)濟作物根際土壤微生物的變化研究相對較少 蔬菜耐鹽性較弱 一般只能在含鹽量 為 0 8 以下的 土壤中生長 17 濱海地區(qū)土壤重度鹽堿化問題對蔬 菜的生產(chǎn)力和營養(yǎng)品質(zhì)形成較大的威脅 長期限制 著濱海地區(qū)蔬菜的播種面積和產(chǎn)品質(zhì)量的提升 但 設施蔬菜生產(chǎn)效益高 其鹽堿地栽培為濱海鹽堿地 生態(tài)化 高值化利用提供了新的途徑 同時 蔬菜 根際微生物群落是鹽堿地改良利用的重要生物資源 對蔬菜根際微生物的研究也可為濱海鹽堿土的改良 和治理提供新的思路 因此 探究不同品種蔬菜響 應土壤含鹽量變化的根際反饋作用機制顯得尤為重 要 擬解決的問題 本試驗從耐鹽根際環(huán)境出發(fā) 通過比 較 2種蔬菜作物在不同土壤含鹽量條件下根 際土壤離子組成和微生物群落變化的研究 探討土 壤鹽分對不同品種蔬菜作物根際反饋作用機制 為 進一步研究蔬菜耐鹽根際效應奠定理論基礎 并為 濱海地區(qū)選育耐鹽蔬菜品種資源提供一定的理論 依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗區(qū)概況 試驗區(qū)位于上海市奉賢區(qū)五四農(nóng)場六隊園藝場 121 73 24 E 30 87 96 N 受亞熱帶海洋性季 風氣候影響 年平均氣 溫 16 1 年平均降水量 為 1191 5 mm 常年無霜 期 225 d 試驗區(qū)土壤為濱海 鹽土 圍墾年 限 50 a以上 設施大棚棚齡 為 6 a 試 驗地設施大棚土壤基礎理化性狀見表1 表 1 供試土壤基礎理化性狀 Table 1 Physicochemical parameters of the soil with different salt levels 鹽分等級 Salt level 有機質(zhì) g kg 1 Organic matter 可溶性總鹽 g kg 1 Total dissolved salt 堿解氮 mg kg 1 Alkali hydrolyzale nitrogen 有效磷 mg kg 1 Available phosphorus 速效鉀 mg kg 1 Available potassium pH 高鹽區(qū) 25 85 0 92 5 26 1 06 133 92 9 31 100 40 10 61 321 50 54 45 7 64 0 16 中鹽區(qū) 29 15 2 33 2 85 0 33 167 00 18 39 98 90 8 63 293 50 13 44 7 76 0 03 低鹽區(qū) 23 42 1 02 1 86 0 23 71 19 1 25 100 15 7 28 175 20 14 42 7 83 0 16 1 2 供試材料與試驗設計 試驗選用二因素裂區(qū)試驗設計 主因素 為 3個 鹽分梯度 副因素 為 2個耐鹽蔬菜品種 根據(jù)前期 土壤本底調(diào)查數(shù)據(jù) 設 置 3個土壤鹽分梯度 LS 低 鹽 4 g kg 1 并根據(jù)試驗區(qū)園藝場前期初步篩選獲得 的耐鹽蔬菜品種 選 擇 1個耐鹽瓜菜品種 C1 長香 絲瓜 Luffa cylindrica L 以 及 1個耐鹽葉菜品種 C2 上海青 Brassica chinensis L 作為供試作物 試驗共 計 6個處理 分別記 為 LSC1 LSC2 MSC1 MSC2 HSC1和 HSC2 每個處理分別選取符合鹽 分梯度條件且前茬種植作物品種及施肥結(jié)構(gòu)保持一 致 的 3個大棚作 為 3個重復 共計選 取 18個大棚開 展試驗與跟蹤調(diào)查 上海青的茬口安排為一年五茬 本茬播種時間 為 2022年 5月 30日 種植行 距 30 cm 株 距 10 cm 生長期 為 45 d 施肥結(jié)構(gòu)為 基施復合 肥 N P2O5 K2O 15 15 15 450 kg hm 2 追 施 1次 15 15 15復合 肥 450 kg hm 2 長香絲瓜的茬口安排 為一年一茬 本茬移栽時間 為 2022年 3月 24日 種植行 距 60 cm 株 距 30 cm 施肥結(jié)構(gòu)為 基施菜 籽 餅 4500 kg hm 2和 15 15 15復合 肥 750 kg hm 2 追 施 1次高鈣復合肥 N P2O5 K2O Ca 12 5 30 20 240 kg hm 2和 4次 15 15 15復合肥 每次用 量 450 kg hm 2 其余田間管理均參照園藝場常規(guī)管理進行 1 3 樣品采集與檢測 土壤樣品采集 2022年 8 月 22 日 用土鉆對角 線 5 點取樣法采集 0 20 cm 耕層土樣 去除雜質(zhì)均 勻混合后四分法留取 1 5 kg 自然風干 研磨過篩 1454 土 壤 通 報 第 55 卷 用于土壤理化性質(zhì)測定 同時 采用抖根法采集根 際土壤樣品 選取長勢一致的作物 將作物根系上 的附著土壤作為根際土壤 挑出根系 石塊 蟲體 等雜物 用手輕抖根系剩余土壤裝于無菌自封袋 過篩后裝于離心管 80 保存 用于測定土壤中細 菌 真菌的豐度和多樣性 土壤理化性質(zhì)測定 土壤可溶性總鹽含量用烘 干殘渣法測定 土壤 pH 值測定采用 pH 計法 土水 比 1 2 5 土壤有機質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀外 加熱法 土壤有效磷含量測定采用鉬藍比色法 堿 解氮含量測定采用堿解擴散法 速效鉀含量測定采 用火焰光度法 土壤中水溶性八大離子測定方法為 K Na 用火焰光度計法測定 Ca2 Mg2 用 EDTA 絡 合 滴 定 法 測 定 CO32 HCO3 用 標 準 H2SO4滴定法測定 SO42 用 EDTA 絡合滴定法測定 Cl 用標準硝酸銀滴定法測定 18 土壤微生物群落豐度測定 采用實時熒光定 量 qPCR 方法測定土壤細菌 真菌豐度 采用 MIO BIO PowerSoil DNA Isolation Kit 試劑盒 Carlsbad USA 提取土壤 總 DNA 提取過程按試劑盒說明書 進行 經(jīng) DNA 濃度和純度檢測后 利用 ABI GeneAmp 9700 型 PCR 分別針對細菌 16S rRNA 真 菌 ITS 進行 PCR引物擴增 細菌引物 為 338F 5 ACTCCTACGGGAGGCAGCAG 3 和 806R 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 真菌引物為 ITS1F 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 和 ITS2R 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 PCR 反應體系 為 20 L 5 TransStart FastPfu 緩沖 液 4 L 2 5 mmol L 1 dNTPs 2 l 上游引物 5 mol L 1 0 8 l 下游引物 5 mol L 1 0 8 l TransStart FastPfu DNA 聚合酶 0 4 l DNA 模板 1 l 最后用滅菌 ddH2O 補足 細菌擴增條件 95 預變性 3 min 27 個循環(huán) 95 變 性 30 s 55 退 火 30 s 72 延 伸 30 s 最后 72 延伸 10 min 真菌擴增條件 95 預變性 3 min 35個循環(huán) 95 變性 30 s 55 退火 30 s 72 延伸 30 s 最后 72 延伸 10 min 19 qPCR 反應在專用的 PCR 八連 管 Axygen USA 中進行 所有樣品做 3個重復 使用 Takara 的 fast qPCR 試劑盒 實時定 量 PCR 在 FTC 3000 熒光定量 PCR 儀中進行 土壤樣品與標 準曲線同時擴增 根據(jù)標準曲線計算樣品中的基因 拷貝數(shù) 以每克鮮土基因拷貝數(shù)為單位進行分析 土壤細菌和真菌群 落 Illumina Miseq測序 使 用 2 瓊脂糖凝膠回 收 PCR產(chǎn)物 利 用 AxyPrep DNA GelExtraction Kit Axygen Biosciences Union City CA USA 進行純化 Tris HCl洗脫 2 瓊 脂 糖 電 泳 檢 測 19 利 用 QuantiFluor TM ST Promega USA 進行檢測定量 使 用 TruSeq DNA PCR Free SamplePreparation Kit Illumina公司 建庫試劑盒進行文庫構(gòu)建 利 用 Illumina公司 的 Miseq PE 2 300平臺進行測序 委托上海美吉生物 醫(yī)藥科技有限公司 測序后對有效序列進行過濾 優(yōu)化處理 使用 UPARSE 軟件 以 97 的序列相似 度為標準 進行 OTUs operational taxonomic units 聚類和物種分類注釋 1 4 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用 Excel 2010和 SPSS 18 0軟件進行處 理和繪圖 采用兩因素方差分析比較鹽分脅迫和耐 鹽蔬菜品種對土壤鹽分離子組成以及微生物數(shù)量的 影響 采用鄧肯 Duncan 法進行顯著性比較 采 用pearson相關(guān)分析主要鹽基離子之間的相關(guān)性 2 結(jié)果與分析 2 1 設施菜田土壤主要鹽基離子組成及相關(guān)性分析 不同土壤含鹽量下設施蔬菜根際土壤離子組成 測定結(jié)果表明 表 2 高鹽條件下土壤水溶 性 Na 和 Cl 含量高于低鹽條件 對比兩種耐鹽品種蔬菜 高鹽土壤設施長香絲瓜根際土壤水溶 性 SO42 HCO3 及 Cl 含量均顯著低于上海青 各處理土壤水 溶 性 CO32 均未檢出 低 于 0 012 g kg 1 比較不同 處理對土壤陰陽離子的影響 發(fā)現(xiàn)不同土壤含鹽量 對各鹽基離子含量 除 CO32 外 的影響均達到極顯 著水平 P 0 01 不同蔬菜品種處理對土壤水溶 性 K Ca2 Mg2 SO42 HCO3 和 Cl 含量的影 響均達到顯著水平 P 0 05 設施蔬菜根際土壤鹽分離子含量之間的相關(guān)性 結(jié)果表明 表 3 土壤水溶 性 K 與 Na Ca2 Mg2 SO42 和HCO3 均顯著相關(guān) 且與Ca2 Mg2 和 SO42 相關(guān)性達到極顯著水平 P 0 01 Na 與 K Mg2 SO42 和 HCO3 均顯著相關(guān) 且 與 Mg2 相關(guān)性達到極顯著水平 P 0 01 Ca2 與 K Mg2 SO42 和 Cl 均極顯著相關(guān) P 0 01 Mg2 與 K Na Ca2 SO42 和 HCO3 均顯著相關(guān) 且 與 K Na Ca2 和 SO42 相關(guān)性達到極顯著水平 P 0 01 SO42 與 K Na Ca2 Mg2 HCO3 及 Cl 均顯著相關(guān) 且 與 K Ca2 Mg2 正 5 期 蔡樹美等 土壤鹽分含量對設施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 1455 相關(guān)性達到極顯著水平 P 0 01 HCO3 與 K Na Mg2 和 SO42 均顯著相關(guān) Cl 與 Ca2 和 SO42 均極顯著負相關(guān) P 0 01 表 3 設施蔬菜根際土壤鹽分離子之間的pearson相關(guān)系數(shù) 因子 Factor K Na Ca2 Mg2 SO42 HCO3 Cl K 1 000 Na 0 573 1 000 Ca2 0 741 0 400 1 000 Mg2 0 957 0 622 0 757 1 000 SO42 0 941 0 530 0 818 0 864 1 000 HCO3 0 482 0 566 0 344 0 494 0 493 1 000 Cl 0 431 0 219 0 725 0 400 0 674 0 270 1 000 注 相關(guān)系數(shù)臨界值 R0 05 0 468 R0 01 0 590 n 18 2 2 含鹽量對設施菜田土壤微生物區(qū)系的影響 2 2 1 含鹽量 對設施菜田土壤細菌和真菌群落豐 度的影響 采用兩因素隨機區(qū)組試驗 比較了不同土 壤鹽分因子和不同耐鹽蔬菜品種對設施菜田土壤細 菌和真菌數(shù)量的影響 表 4 結(jié)果顯示 不同鹽分 條件對細菌和真菌數(shù)量均有顯著影響 P 0 05 不同耐鹽蔬菜品種對真菌數(shù)量有顯著影響 P 0 05 但對細菌數(shù)量影響不顯著 隨著鹽分含量升 高 長香絲瓜和上海青根際土壤中細菌和真菌數(shù)量 總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢 中鹽條件下 長香 絲瓜根際土壤中真菌數(shù)量顯著高于其他處理 P 0 05 達到2 48 108 copies g 1 表 4 含鹽量對2種蔬菜根際土壤細菌和真菌數(shù)量的影響 Table 4 Effect of soil salinity on soil bacteria and fungi in the rhizosphere of two vegetable species 處理 Treatment 細菌 16S 基因拷貝數(shù) 16S Quantity 1010 copies g 1 真菌 ITS 基因拷貝數(shù) ITS Quantity 108 copies g 1 HSC1 0 85 0 09 b 1 04 0 17 bc HSC2 0 95 0 09 b 1 41 0 19 b MSC1 1 32 0 11 a 2 48 0 09 a MSC2 1 19 0 05 a 0 54 0 07 d LSC1 0 69 0 05 b 0 64 0 07 cd LSC2 0 79 0 07 b 0 38 0 03 d 變異來源 方差顯著性統(tǒng)計 方差顯著性統(tǒng)計 鹽分梯度 蔬菜品種 ns 鹽分梯度 蔬菜品種 ns 表 2 含鹽量對2種蔬菜根際土壤鹽分離子組成的影響 Table 2 Effect of soil salinity on ion composition in the rhizosphere of two vegetable species 處理 Treatment K g kg 1 Na g kg 1 Ca2 g kg 1 Mg2 g kg 1 CO32 g kg 1 SO42 g kg 1 HCO3 g kg 1 Cl g kg 1 HSC1 0 03 0 00 b 0 24 0 01 a 0 13 0 01 c 0 05 0 00 b ND 0 31 0 05 e 0 18 0 02 cd 0 25 0 01 b HSC2 0 02 0 00 b 0 27 0 01 a 0 10 0 00 d 0 03 0 00 d ND 0 44 0 05 cd 0 21 0 01 b 0 27 0 01 a MSC1 0 03 0 00 b 0 18 0 01 b 0 10 0 01 d 0 04 0 00 bc ND 0 36 0 03 de 0 20 0 00 bc 0 27 0 01 a MSC2 0 28 0 01 a 0 16 0 01 b 0 22 0 01 a 0 11 0 00 a ND 1 50 0 12 a 0 16 0 01 d 0 15 0 01 d LSC1 0 02 0 00 b 0 21 0 02 ab 0 17 0 01 b 0 04 0 00 bc ND 0 63 0 04 b 0 18 0 01 cd 0 16 0 00 cd LSC2 0 01 0 00 b 0 26 0 03 a 0 14 0 01 c 0 04 0 00 bc ND 0 50 0 06 c 0 25 0 01 a 0 17 0 00 c 變異來源 方差顯著性統(tǒng)計 鹽分梯度 蔬菜品種 ns 鹽分梯度 蔬菜品種 ns 注 表示P 0 05 表示P 0 01 ND表示未檢出 ns表示P 0 05 不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 P 0 05 下同 1456 土 壤 通 報 第 55 卷 2 2 2 含鹽量對設施菜田土壤細菌和真菌群落結(jié)構(gòu) 的影響 基 于 Bray Curtis距離 在 ASV水平 的 PCoA分析揭示了不同含鹽量下土壤樣本微生物群落 之間的相似性 圖 1 不同顏色或形狀的點代表不 同分組的樣本 兩樣本點越接近 表明兩樣本物種 組成越相似 橫縱坐標表示相對距離 結(jié)果表明在 不同含鹽量下 土壤樣本細菌和真菌群落結(jié)構(gòu)之間 均發(fā)生顯著分離 圖 1a和 圖 1b 對于細菌群落結(jié) 構(gòu)而言 低鹽條件下分離顯著 圖 1a 而對于真 菌群落結(jié)構(gòu) 高鹽條件下分離顯著 圖 1b 表明 高鹽條件顯著改變了土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成 圖 1 不同含鹽量下2種蔬菜根際土壤細菌 a 和真菌 b 群落結(jié)構(gòu)的PCoA分析 Fig 1 PCoA analysis of community structure of bacteria a and fungi b in the rhizosphere soil of two vegetable species under different soil salinity 通過對低鹽和高鹽條件下設施菜田土壤微生物 群落進行比較 圖 2 發(fā)現(xiàn)對于細菌優(yōu)勢菌群只有 鞘 氨 醇 單 胞 菌 屬 Sphingomonas與 norank f Methyloligellaceae兩個菌屬相對豐度顯著不同 P 0 05 Wilcoxon秩和檢驗 而對于真菌優(yōu)勢菌群 兩組之間有八個菌屬 腐質(zhì)霉 屬 Humicola 被孢霉 屬 Mortierella 鐮 刀 菌 屬 Fusarium 毛 殼 菌 屬 Chaetomium 翅 孢 殼 屬 Emericellopsis 曲 霉 屬 Aspergillus unclassified p Ascomycota 瓶 毛 殼 屬 Lophotrichus 的相對豐度有顯著差異 P 0 05 圖 2 不同含鹽量對2種蔬菜根際土壤細菌 a 和真菌 b 群落結(jié)構(gòu)的影響 兩兩比較 Fig 2 Effect of different soil salt levels on the community structure of bacteria a and fungi b in the rhizosphere soil of two vegetable species pairwise comparison 圖 3顯示了不同含鹽量下長香絲瓜和上海青根 際土壤細菌和真菌屬水平群落組成結(jié)構(gòu) 相對豐度 0 01的菌屬合并 為 Others 從圖中看出 不同含鹽 量下長香絲瓜和上海青的根際土壤樣本中 細菌主 要 優(yōu) 勢 菌 群 組 成 相 似 芽 孢 桿 菌 Bacillus和 Vicinamibacterales為主要優(yōu)勢物種 兩者之和占比 均超過10 圖3a c 不同含鹽量下 長香絲瓜和上海青根際土壤樣 5 期 蔡樹美等 土壤鹽分含量對設施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 1457 本中真菌主要優(yōu)勢菌群組成均存在較大差異 圖 3d e f 低鹽條件下 圖 3d 鐮刀菌 屬 Fusarium 被孢霉 屬 mortierella豐度占比在長香絲瓜根際土壤 中分別 為 13 6 和 10 4 上海青分別 為 14 8 和 12 3 中鹽條件下 圖 3e 長香絲瓜根際土壤優(yōu) 勢真菌曲霉 屬 Aspergillus和腐質(zhì)霉 屬 Humicola豐度 占比分別達 到 27 3 和 14 6 上海青新赤殼 屬 Neocosmospora和被孢霉 屬 mortierella豐度占比達 到 13 4 和 9 6 高鹽條件下 圖 3f 長香絲瓜 根際土壤優(yōu)勢真菌腐質(zhì)霉 屬 Humicola和新赤殼 屬 Neocosmospora豐度占比分別 為 9 7 和 9 2 其在 上海青根際土壤中豐度占比分別 為 20 5 和 10 3 此外 研究結(jié)果顯示在低鹽 中鹽和高鹽條件下 上海青根際土壤腐質(zhì)霉 屬 Humicola豐度占比分別 為 0 9 3 4 和 20 5 在低鹽 中鹽和高鹽條件下 絲瓜根際土壤新赤殼 屬 Neocosmospora豐度占比分 別 為 5 4 6 3 和 9 2 體現(xiàn)了不同蔬菜品種在 根際土壤中招募耐鹽真菌的差異性 2 2 3 鹽基離子對蔬菜根際土壤微生物群落的影響 基 于 Spearman相關(guān)性檢驗方法 分析了鹽堿地設 施菜田土壤鹽基離子與微生物群落屬水平的相關(guān)性 圖 4 整體而言 細菌群落受鹽基陽離子的影響 較大 而真菌群落受鹽基陰離子的影響更大 從細 菌優(yōu)勢菌屬與鹽基離子的相關(guān)性來看 Na 與鏈霉菌 屬 Streptomyces顯 著 正 相 關(guān) P 0 05 與 Vicinamibacterales顯著負相關(guān) P 0 05 真菌優(yōu) 勢菌屬受鹽基離子的影響相較于細菌更大 其中 SO42 與 鐮 刀 菌 屬 Fusarium極 顯 著 正 相 關(guān) P 0 01 與毛殼菌 屬 Chaetomium顯著負相關(guān) P 0 05 HCO3 與毛殼菌 屬 Chaetomium顯著正相關(guān) P 0 05 與鐮刀菌 屬 Fusarium及曲霉 屬 Aspergillus均呈顯著負相關(guān) P 0 05 3 討論 3 1 鹽堿地設施菜田土壤鹽分積累及鹽基離子之間 的相關(guān)性 研究不同耐鹽品種蔬菜種植與土壤鹽分變化 主要鹽基離子組成的關(guān)系 可從離子角度明確設施 菜田鹽堿化主要障礙因子 本試驗條件下 菜田土 壤水溶性陽離子 中 Na 和 Ca2 含量較高 水溶性陰 離子 中 SO42 和 Cl 含量較高 并 且 Na 含量差異主 要由含鹽量引起 而 Ca2 SO42 和 Cl 含量差異受 含鹽量和蔬菜品種的雙重影響 K Na Ca2 Mg2 與 SO42 和 HCO3 兩兩之間均有顯著相關(guān)性 圖 3 不同含鹽量對2種蔬菜根際土壤細菌 a b c 和真菌 d e f 屬水平群落結(jié)構(gòu)的影響 Fig 3 Effect of different soil salt levels on the community structure of bacteria a b c and fungi on genus level d e f in the rhizosphere soil of two vegetable species 1458 土 壤 通 報 第 55 卷 表 2 3 有研究表明高鹽條件下 高含 量 Na 造 成粘土顆粒粘在一起的力大大減弱 使土壤顆粒崩 解 膨脹和分散 最終破壞土壤團聚結(jié)構(gòu) 土壤顆 粒膨脹和分散引起表層板結(jié)和硬化 影響水分入滲 率和導水率 從而降低作物根際養(yǎng)分吸收 20 21 石灰 性土壤及鹽漬化土壤中一般鈣離子含量較高 過高 的鈣離子含量容易造成土 壤 pH升高 并抑制作物對 磷和鐵等元素的吸收 22 本研究中不同含鹽量土壤 中鈣離子含量高可能是由于高鹽條件下根際土壤微 生物在分解過程中產(chǎn) 生 CO2 降低了根際微 區(qū) pH 進而促進了石灰性土壤 中 CaCO3等碳酸鹽礦物的分 解 23 土壤中過量 的 SO42 易活化土壤中的鋁離子 對作物產(chǎn)生毒害作用 且易在土壤中形成硫化氫氣 體 破壞土壤中的好氧有益微生物 促進厭氧型的 有害微生物生長 導致土傳性病害的發(fā)生 此外 過量 的 SO42 可以跟土壤中施入的離子態(tài)的鈣 如硝 酸鈣 等反應 形成硫酸鈣 加劇土壤板結(jié) 24 本 試驗 中 Cl 含量 與 SO42 Ca2 極顯著負相關(guān) 表 3 土壤中過高 的 Cl 含量除易造成土壤板結(jié)問題外 還 會激活土壤中鋁和錳等金屬元素活性 增加土壤滲 透勢 并加劇土壤鹽害 導致作物燒根燒苗和根系 養(yǎng)分脅迫 缺乏或毒害 25 3 2 鹽堿土壤微生物多樣性與鹽基離子之間的相關(guān)性 影響鹽堿土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的主要生態(tài)因子 有土壤鹽堿類型和鹽堿度等 許多研究表明細菌群 落對鹽堿環(huán)境有較好的適應能力 其群落豐度與多 樣性受鹽堿脅迫影響相對小 26 本研究結(jié)果表明細 菌群落主要受鹽基陽離子的影響較大 而真菌群落 主要受鹽基陰離子的影響較大 不同含鹽量對土壤 細菌群落影響的差異性相對較小 圖 2 關(guān)聯(lián)分析 結(jié)果揭示在土壤細菌屬水平僅鏈霉菌 屬 Streptomyces Vicinamibacterales與土 壤 Na 含量相關(guān)性達到顯著 水平 圖 4 鏈霉菌 屬 Streptomyces具有較強鹽分 耐受性 屬于嗜鹽性放線菌門 在多種極端鹽環(huán)境 中被分離獲得 27 本研究亦證實其對土壤主要鹽基 陽 離 子 Na 敏 感 與 Na 呈 顯 著 正 相 關(guān) 性 Vicinamibacterales是酸桿菌門典型的嗜酸性菌群 本研究揭示在濱海鹽堿地環(huán)境下 其豐度與土 壤 Na 呈顯著負相關(guān)性 此外 研究發(fā)現(xiàn)真菌優(yōu)勢菌屬受 鹽基離子的影響相較于細菌更大 且主要影響因子 為鹽基陰離子 土壤主要鹽基陰離 子 SO42 與鐮刀菌 屬 Fusarium極 顯 著 正 相 關(guān) 與 毛 殼 菌 屬 Chaetomium顯 著 負 相 關(guān) HCO3 與 毛 殼 菌 屬 Chaetomium顯著正相關(guān) 與鐮刀菌 屬 Fusarium及曲 霉 屬 Aspergillus均呈顯著負相關(guān) 圖 4 鐮刀菌 屬 Fusarium 曲霉 屬 Aspergillus作為常見植物病原 菌群 可侵染多種作物 并引起作物的根腐 莖腐 和穗腐等多種病害 28 毛殼菌 屬 Chaetomium作為重 要的生防菌資源 在作物病害防治方面具有突出的 表現(xiàn) 29 研究結(jié)果揭示了相較 于 HCO3 土壤 中 SO42 含量的升高可能更易造成設施蔬菜病害及連作 障礙發(fā)生的潛在風險性增強 圖 4 設施菜田土壤細菌 a 和真菌 b 群落結(jié)構(gòu)與鹽基離子間的相關(guān)性圖 Fig 4 Correlation heatmap of soil salt based ions and soil bacterial a and fungal community structures b for facility vegetable fields 5 期 蔡樹美等 土壤鹽分含量對設施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 1459 3 3 不同品種設施蔬菜根際土壤優(yōu)勢耐鹽微生物 根際土壤微生物對植物的生長和代謝具有重要 影響 在面對高鹽條件等逆境脅迫時 微生物發(fā)揮 著重要作用 利用微生物來緩解鹽脅迫是提高鹽堿 土壤作物產(chǎn)量的重要手段 4 11 本研究在設施菜田高 鹽條件下發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌屬 Vicinamibacterales 腐質(zhì) 霉屬和新赤殼屬均能維持菌群相對豐度 表現(xiàn)出較 強的耐鹽性 比較不同蔬菜品種及不同含鹽量下土 壤樣本間細菌與真菌群落結(jié)構(gòu)的差異 發(fā)現(xiàn)各樣本 間真菌群落結(jié)構(gòu)差異明顯大于細菌群落結(jié)構(gòu)差異 圖 2 3 主要體現(xiàn)在細菌群落結(jié)構(gòu)在各物種豐度 上雖然各不相同 但屬水平種類組成基本相同 而 真菌群落結(jié)構(gòu)不僅在各物種豐度上差異較大 并且 在屬水平種類組成上也表現(xiàn)出較大差異 這可能是 由于真菌對于環(huán)境變化的響應比細菌更加敏感 能 通過及時調(diào)整根際菌群結(jié)構(gòu)來應對外界鹽脅迫 干 旱等非生物脅迫 30 此外 本研究顯示高鹽條件下 上海青根際土壤的腐質(zhì)霉屬豐度占比提升 到 20 5 長香絲瓜的新赤殼屬豐度占比提升 至 9 2 體現(xiàn)了 不同蔬菜品種在根際土壤中招募耐鹽真菌的策略差 異性 圖 3 高鹽條件下 上海青對于腐質(zhì)霉屬以 及長香絲瓜對于新赤殼屬可能存在比較強烈的誘導 增殖作用 研究還發(fā)現(xiàn)了高鹽條件下芽孢桿菌 及 Vicinamibacterales等耐鹽微生物在設施蔬菜根際高 度富集 這些耐鹽微生物能夠通過自身的高鉀離子 吸收 強吸水性等機制很好地適應高鹽環(huán)境 同時 與植物進行互作 緩解植物根系的鹽脅迫 31 這些 耐鹽微生物或可成為設施鹽堿土壤蔬菜栽培以濱海 鹽堿地改良的可利用資源 4 結(jié)論 不同含鹽量下設施蔬菜根際土壤鹽分離子組成 存在差異 高鹽條件下長香絲瓜和上海青根際土壤 水溶 性 Cl 含量均顯著高于低鹽條件 且長香絲瓜根 際土壤水溶 性 SO42 HCO3 及 Cl 含量均顯著低于上 海青 設施蔬菜根際土壤細菌群落受土壤鹽基陽離 子 Na 的影響較大 真菌群落受鹽基陰離 子 HCO3 SO42 的影響更大 隨著土壤含鹽量增加 長香絲瓜 和上海青根際土壤中細菌和真菌數(shù)量總體呈現(xiàn)先上 升后下降的趨勢 不同土壤含鹽量對真菌群落結(jié)構(gòu) 的影響大于細菌 設施蔬菜可能首先通過招募根際 土壤中芽孢桿菌屬 Vicinamibacterales 腐質(zhì)霉屬和 新赤殼屬等優(yōu)勢耐鹽微生物來增強根系對土壤鹽脅 迫的適應性 參考文獻 楊勁松 姚榮江 王相平 等 中國鹽漬土研究 歷程 現(xiàn)狀與展望 J 土壤學報 2022 59 1 10 27 1 云雪雪 陳雨生 國際鹽堿地開發(fā)動態(tài)及其對我國的啟 示 J 國土 與自然資源研究 2020 1 84 87 2 巫明明 曾 維 翟榮榮 等 水稻耐鹽分子機制與育種研究進展 J 中國水稻科學 2022 36 6 551 561 3 陳 龍 金阿南 馬香娟 等 微生物高鹽滲透適應策略及其耐鹽強 化研究進展 J 微生物學報 2022 62 9 3306 3317 4 Eswar D Karuppusamy R Chellamuthu S Drivers of soil salinity and their correlation with climate change J Current Opinion in Environmental Sustainability 2021 50 310 318 5 Isayenkov S Maathuis F Plant salinity stress Many unanswered questions remain J Frontiers in Plant Science 2019 10 00080 6 He L Mazza Rodrigues J L Soudzilovskaia N A et al Global biogeography of fungal and bacterial biomass carbon in topsoil J Soil Biology and Biochemistry 2020 151 108024 7 王焓屹 王瑞菲 鐘 瑋 等 黃河三角洲濕地土壤中功能微生物群 落的結(jié)構(gòu)特征和影響因素研究進 展 J 濕地科學 2022 20 1 111 118 8 耐鹽微生物與鹽土農(nóng) 業(yè) M 北京 中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社 2021 9 Rath K M Fierer N Murphy D V et