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茶树(Camellia sinensis)是热带及亚热带主要经济作物,多年生木本常绿叶用植物。河南省信阳市是中国重要的名优绿茶产区,所产信阳毛尖茶为中国十大名茶之一。茶园长期大量地施用化学肥料,造成土壤板结、酸化,土壤中矿质元素比例不协调等,影响茶叶品质及茶产业的可持续发展。合理均衡施肥是解决这一问题的有效手段。多年来,研究者一直在探索合理的茶园施肥方案,包括施肥种类[1-2]、施肥方式[3-4]、肥料配施方案[5-6]等对茶叶产量与品质的影响,针对茶叶生产特点,探索出的有机肥模式、新型缓释肥料模式、茶叶专用肥等茶园优化施肥方案,有效提高了茶园施肥效率[7]。施用有机肥既能增加土壤有机质,同时有机质分解能产生氮磷钾等养分;茶叶专用肥是根据茶树养分的需求特性,配置养分配比合理的肥料;新型缓释氮肥主要是改变养分的释放特性,缓慢给茶树提供氮元素。而茶园施用方案对茶园土壤微生物群落多样性有重要影响[8-9]。因此,开展不同施肥方案对茶园土壤微生物群落结构及功能影响的研究,对茶园土壤的健康发展有重要意义。微生物作为土壤系统持续生命力的源头,为维持植物生产力、保持空气和水环境质量、促进动物和人类健康提供了重要的驱动力[10]。土壤微生物可作为评价土壤肥力状况及土壤质量的生物学指标[11]。施肥种类及施肥方式对土壤微生物群落结构有重要影响,高威等[12]研究表明,长期合理施肥显著刺激功能菌生长,改变土壤微生物区系,提升土壤肥力。林心如等[13]开展缺钾施肥、缺氮施肥、缺磷施肥和平衡施肥处理下苋菜根际土壤微生物群落结构,发现平衡施肥能增加苋菜土壤真菌和细菌的多样性和丰富度,从而改善苋菜根际土壤微环境。土壤微生物对植物抗病性也有影响,钟丽伟等[14]研究发现,土壤微生物与植物的抗病性有关,土壤微生物群落越丰富,多样性越高,植物的抗病性越强。靳建刚等[15]发现合适比例的化肥与有机肥配施不仅能提高土壤养分含量,还有利于土壤细菌群落的多样性指数的增加,使优势菌群向有利于土壤质量提高演替。施肥对茶园土壤微生物的影响也有一些研究报道,季凌飞等[16]开展不同施肥茶园土壤真菌群落结构特征研究,发现长期施用化学氮肥或有机无机肥配施能够显著降低茶园土壤中真菌群落的 α 多样性。王峰等[17]开展常规和有机种植茶园土壤真菌群落结构研究,发现不同管理方式富集了不同的真菌类群,有机管理方式提高了土壤有益真菌的数量。蒋宇航等[18]开展氮肥、羊粪及豆科绿肥等处理茶园土壤微生物多样性研究,发现豆科绿肥和羊粪能有效改善土壤肥力,促进土壤微生物对养分的代谢活性。目前,已有关于不同施肥方式及施肥种类对茶园土壤微生物多样性影响的研究,而针对新型缓释氮肥、茶叶专用肥、有机肥处理对豫南茶园土壤微生物群落结构影响的研究还有欠缺。探究开展优化施肥方式对茶园土壤肥力以及微生物群落结构的影响研究,为茶叶生产中培肥和改良土壤提供理论依据。
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1 材料与方法
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1.1 试验区概况及样品采集
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试验在信阳申林茶业开发有限公司基地茶园进行,茶园位于信阳市罗山县潘新镇(31°87′N, 114°43′E),年平均气温 15℃,年平均降水量 1049 mm,茶园种植的茶树品种为薮北种,树龄为 15 年,茶园土壤为黄棕壤。试验始于 2016 年,于每年 10 月份施肥,供试茶园除施肥种类不同外其他栽培管理方式(如修剪、耕作、病虫草害防控等)相同。
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于 2021 年 11 月,对供试不同施肥处理茶园土壤进行采集,每种施肥处理设置 3 个重复样地。分别将采集的每个样地土壤样品去除石块、枯叶等杂物后,分为 2 份,一份新鲜土壤在-80℃下存放,每个样品 100 g,用于土壤微生物多样性分析。另一份阴凉风干后测定土壤理化性质,每个样品 1 kg,用于土壤 pH、速效氮、有效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮等土壤理化指标的测定,土壤理化指标测定参考《土壤农业化学分析方法》[19]。
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1.2 试验设计
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试验采用随机区组设计。设置 3 个施肥处理:(1)有机肥(OFT)模式,用量为 3000 kg·hm-2,有机肥养分含量为有机质 45%、N 8%、P2O5 2%、 K2O 2%;(2) 新型缓释氮肥(SRF) 模式,用量为 600 kg·hm-2,肥料养分含量为 N 40%,只含有氮素;(3)茶叶专用肥(TSF)模式,用量为 1500 kg·hm-2,肥料养分含量为 N 22%、P2O5 8%、K2O 12%,是根据茶树生长发育所需养分特点研制的氮磷钾复合肥料。以不施肥(NFT)为对照。
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1.3 土壤 DNA 提取、PCR 扩增及高通量测序
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土壤基因组 DNA 的提取采用试剂盒进行,纯化后的 DNA 分装并保存在-80℃中备用。分别使用真菌 ITS rDNA 基因序列[20]和细菌 16S rRNA 基因序列[21]通用引物对供试样品进行 PCR 扩增。扩增后 PCR 产物经回收纯化后利用 Illumina HiSeq 2500 高通量测序平台进行测序。
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1.4 数据的统计与分析
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采用 Trimmomatic 0.33 对测序结果进行过滤;使用 UCHIME 4.2 鉴定并去除样品嵌合体序列,得到最终有效数据。利用 QIIME 绘制群落结构图及相对丰度表。用 Canoco 5.0 进行环境因子与微生物群落冗余分析(RDA)。使用 QIIME2 对样品 α 多样性指数进行评估。使用 QIIME 进行 β 多样性分析。使用 PICRUSt2 开展细菌群落功能预测,利用 KEGG 数据库对测序数据进行比对;使用 FUNGuild 开展真菌群落功能预测。数据录入及方差分析基于 SPSS 22.0 和 Excel 2010 进行。细菌、真菌群落 β 多样性采用基于加权主坐标分析法(PCoA)进行。
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2 结果与分析
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2.1 不同施肥处理茶园的土壤理化性质
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不同施肥处理下茶园土壤理化性质存在显著差异,如表1 所示。茶叶专用肥和有机肥处理土壤 pH 显著低于缓释氮肥处理,缓释氮肥处理显著低于不施肥,说明施肥会造成土壤 pH 的显著降低 (P<0.05)。土壤速效氮含量为茶叶专用肥处理显著高于有机肥、缓释氮肥处理,其中铵态氮有相同趋势,硝态氮为茶叶专用肥和有机肥处理显著高于缓释氮肥和不施肥处理;土壤速效钾和土壤有效磷含量为茶叶专用肥和有机肥处理显著高于缓释氮肥和不施肥(P<0.05)。
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注:同一列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
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2.2 土壤微生物序列及其多样性指数
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所有样品共获得 959835 对细菌序列读数和 959590 对真菌序列读数,在 97.0% 的相似度水平下共获得 1251 个细菌 OTU 和 797 个真菌 OTU,样本文库的覆盖度达 99.0%。分类学分析将细菌划分为 22 个门,54 个纲,120 个目,190 个科,317 个属,338 个种;将真菌划分为 11 个门,31 个纲, 64 个目,116 个科,172 个属,161 个种。Chao1 和 Ace 指数衡量物种丰富度,指数越大,表明群落丰富度越高;Shannon 指数可估算微生物多样性特点,Shannon 越大,说明群落多样性和均匀度越高。从表2 可以看出,不同施肥处理 OTU、Chao1 和 Ace 指数均不存在显著性差异,说明几种施肥处理茶园土壤微生物总体丰富度差异不显著。而茶叶专用肥和有机肥处理茶园土壤中细菌群落多样性和均匀度显著高于缓释氮肥处理;不施肥处理茶园土壤真菌群落多样性和均匀度显著高于茶叶专用肥、有机肥和缓释氮肥处理的茶园。供试不同施肥处理土壤样品的覆盖率均达 99%,说明样品覆盖率较高。
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注:表中数据为平均值 ± 标准差,同一列相同微生物类群不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)
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2.3 不同施肥处理土壤微生物的群落组成
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2.3.1 土壤细菌微生物群落组成
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在门分类水平上,见图1(a),供试 4 个处理共检测出 22 个类群土壤细菌,其中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门 (Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)相对丰度较高,累积相对丰度超过 91%,为优势菌门。而以上菌门在不同施肥茶园土壤中分布不同,其中变形菌门在茶叶专用肥处理土壤中含量最高,相对丰度为 24.00%;酸杆菌门在有机肥处理土壤中含量最高,相对丰度为 26.01%;厚壁菌门在缓释氮肥处理土壤中含量最高,相对丰度为 28.55%;放线菌门在茶叶专用肥处理土壤中含量较高,相对丰度为 22.06%;拟杆菌门在缓释氮肥处理土壤中含量较高,相对丰度为 18.60%;绿弯菌门在有机肥处理土壤中含量较高,相对丰度为 10.08%。不同施肥处理茶园土壤中优势菌种类不同,其中有机肥处理茶园土壤中相对丰度最高的是酸杆菌门;缓释氮肥处理茶园土壤中相对丰度最高的为厚壁菌门;茶叶专用肥处理相对丰度最高的为变形菌门,不施肥处理土壤中相对丰度最高的是厚壁菌门。
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在属的分类水平上,见图1(b),供试 4 个处理共检测出 317 个类群土壤细菌,其中相对丰度大于 1% 的细菌类群包括 uncultured_bacterium_o_Acidobacteriales、uncultured_bacterium_o_Subgroup_2、 uncultured_bacterium_o_Gaiellales、Allobaculum、 Candidatus_Udaeobacter、uncultured_bacterium_o_Elsterales、链型杆菌属(Catenibacterium)、 uncultured_bacterium_c_AD3、uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae、Candidatus_Solibacter。在供试样品中相对丰度最高的是 uncultured_bacterium_o_Subgroup_2,为 9.28%,该菌在有机肥茶园土壤中相对丰度最高。与不施肥茶园土壤相比,有机肥和茶叶专用肥处理土壤中 uncultured_bacterium_o_Acidobacteriales、uncultured_bacterium_o_Subgroup_2、uncultured_bacterium_o_Gaiellales、uncultured_bacterium_o_Elsterales 的相对丰度提高,而 Allobaculum、Candidatus_Udaeobacter、链型杆菌属的相对丰度则显著降低。总体上,在属分类水平上,4 种处理茶园土壤中相对丰度超过 1% 细菌多样性相似,相对丰度存在较大差异。
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图1 不同施肥处理土壤中细菌物种门、属水平上相对丰度
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注:(a)不同施肥处理土壤中细菌门水平上物种组成;(b)不同施肥处理土壤中细菌属水平上物种组成。
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2.3.2 不同施肥处理土壤真菌微生物群落组成
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在门分类水平上,见图2(a),供试 4 个处理土壤中共检测出 11 个类群真菌,其中相对丰度超过 1% 的细菌门包括子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门 (Basidiomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota),累积相对丰度超过 84%,为优势菌门。子囊菌门在不施肥处理、缓释氮肥处理和茶叶专用肥处理中相对丰度均超过 50%,为该 3 种处理土壤中相对丰度最高的真菌,而有机肥处理土壤中相对丰度最高的是担子菌门,相对丰度为 46.46%。与不施肥茶园相比,3 种施肥处理茶园土壤中被孢霉门相对丰度均显著下降。
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在属分类水平上,见图2(b),供试 4 个施肥处理土壤中共检测出 172 个类群真菌,相对丰度排名前 10 位的菌群分别为青霉菌属(Penicillium)、硬皮马勃属(Scleroderma)、粗糙孔菌属(Trechispora)、被孢霉属(Mortierella)、红菇属(Russula)、镰孢菌属(Fusarium)、白环蘑属(Leucoagaricus)、枝孢属(Cladosporium)、木霉菌属(Trichoderma)、蜡壳属(Sebacina),且不同施肥处理茶园土壤中菌群相对丰度不同,不施肥和缓释氮肥处理土壤中相对丰度最高菌群分别为红菇属、硬皮马勃属,有机肥和茶叶专用肥处理土壤中相对丰度最高菌群均为青霉菌属。与不施肥处理相比,有机肥、缓释氮肥和茶叶专用肥处理土壤中青霉菌属相对丰度分别提高 3.11、2.70、5.57 倍;红菇属在不施肥处理土壤中相对丰度为 11.71%,在 3 种施肥处理土壤中相对丰度均低于 0.10%,被孢霉属在不施肥处理土壤中相对丰度为 6.39%,3 个施肥处理土壤中该菌相对丰度均不超过 3.50%,说明施肥能造成土壤中红菇属、被孢霉属相对丰度显著降低。
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图2 不同施肥处理土壤中真菌物种门、属水平上相对丰度
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注:(a)不同施肥处理土壤中真菌门水平上物种组成;(b)不同施肥处理土壤中真菌属水平上物种组成。
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2.4 不同施肥处理间土壤微生物群落结构差异
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土壤细菌群落和真菌群落第 1、2 主坐标物种累积百分比分别为 69.50% 和 56.66%,可以用来解释物种差异,见图3。由图3(a)可知,与不施肥处理相比,有机肥与茶叶专用肥处理土壤中物种多样性发生显著变化,而缓释氮肥和不施肥处理土壤中物种多样性之间差异较小,且有机肥与茶叶专用肥处理之间物种差异较小。由图3(b)可知,与不施肥相比,有机肥、茶叶专用肥、缓释氮肥处理土壤中真菌多样性发生显著变化,而有机肥与茶叶专用肥处理之间差异较小。说明不同施肥处理改变了茶园土壤细菌、真菌群落多样性。
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图3 不同施肥处理土壤细菌、真菌群落的 PCoA 分析
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注:(a)细菌 β 多样性分析;(b)真菌 β 多样性分析。
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2.5 环境因子与微生物群落结构相关性
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在属水平上,采用 RDA 分析不同施肥处理土壤微生物群落与主要环境因子之间的相关性,结果表明,土壤细菌与环境因子相关性(图4a)分析表明,RDA1 解释了细菌菌群总变异的 35.28%, RDA2 解释了总变异的 11.99%,累积解释率为 47.27%;链型杆菌属、Candidatus_Udaeobacter 与土壤 pH 呈正相关,Acidothermus、Bryobacter、Candidatus_Solibacter 与土壤有效磷、速效钾和硝态氮呈正相关。施肥处理上,不施肥茶园与细菌链型杆菌属、Candidatus_Udaeobacter 呈正相关,此类均与 pH 呈正相关。缓释氮肥处理茶园与细菌 Allobaculum、Paecallbacuium 等呈正相关,与 Acidothermus、Bryobacter 等呈负相关,有机肥处理茶园与之相反。
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土壤真菌与环境因子相关性(图4b),RDA1 解释了真菌菌群总变异的 18.67%,RDA2 解释了总变异的 13.36%,累积解释率为 32.03%。红菇属、被孢霉属真菌与 pH 呈正相关,有效磷、速效钾、硝态氮、铵态氮、速效氮等与青霉菌属、枝孢属、蜡壳属、木霉菌属、白环菇属等呈正相关。不施肥与红菇属、被孢霉属真菌呈正相关,与有机肥和茶叶专用肥处理呈负相关。缓释氮肥处理与 Scleroderma 呈正相关,与镰孢菌属呈显著负相关。
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图4 细菌和真菌群落结构与理化因子的 RDA 关联分析
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注:(a)细菌 RDA 关系;(b)真菌 RDA 关系。图中实线箭头表示各环境因子,而虚线箭头代表属水平下微生物;各环境因子与微生物间的相关性由虚线与实线的夹角表示。AN、AP、AK、NH4 +-N、NO3--N 分别为速效氮、有效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮。
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2.6 土壤微生物功能预测
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2.6.1 细菌群落
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基于 PICRUSt2 开展细菌菌群功能预测,利用 KEGG 数据库对测序数据比对,共涉及可识别生物代谢通路 7 类,包括新陈代谢、基因信息处理、环境信息处理、细胞过程、人类疾病、有机系统、其他。其中,新陈代谢为最主要功能,相对丰度介于 80.52%~81.03%,见图5(a)。有机肥处理和茶叶专用肥处理土壤微生物新陈代谢强于缓释氮肥和不施肥处理。而土壤微生物基因信息处理表现为缓释氮肥处理 >不施肥处理 >有机肥茶叶处理 >专用肥处理。4 种施肥处理茶园土壤微生物环境信息处理、细胞过程、人类疾病、有机系统相似。
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在 KEGG 第二层级上研究代谢功能,见图5 (b),共发现 11 种代谢功能,其中以碳水化合物代谢(相对丰度为 8.93%%~9.32%)、氨基酸代谢(相对丰度为 7.15%~7.51%)、能量代谢(相对丰度 4.26%~4.38%)相对丰度最高。同时,还存在辅助因子和维生素的代谢、核苷酸代谢、其他次生代谢产物的生物合成、萜类和多酮类的代谢、异生物质的生物降解与代谢、其他氨基酸的代谢、聚糖的生物合成与代谢等代谢功能。此外,丰度前 10 的功能基因除代谢功能外,还有膜转运(相对丰度为 3.31%)、转译(相对丰度为 2.99%)、复制和修复(相对丰度为 2.45%)、信号转导(相对丰度为 2.47%)。
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图5 细菌 PICRUSt2 功能预测相对丰度
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2.6.2 真菌群落
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基于 FUNGuild 开展不同施肥处理茶园土壤真菌菌群功能预测,共发现 10 种营养类型,分别为外生菌根、未定义的腐生生物、木头腐生生物、真菌寄生、植物病原体、植物腐生生物、动物病源真菌、植物内生菌、Ericoid 菌根、粪便腐生生物、其他,见图6。4 种施肥处理土壤真菌营养类型以外生菌根、木头腐生生物、未定义腐生生物为主,总相对丰度为 76.08%~85.60%。其中,茶叶专用肥处理土壤微生物以木头腐生生物为主,相对丰度为 47.72%;有机肥处理土壤微生物以未定义腐生生物为主,相对丰度为 53.12%;缓释氮肥处理和不施肥处理土壤微生物以外生菌根为主,相对丰度均超过 45%。此外,茶叶专用肥处理土壤微生物中植物内生菌、寄生真菌和植物病原体相对丰度均显著高于其他 3 种处理方式,而外生菌根、植物腐生生物相对丰度显著低于其他 3 种处理方式。
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图6 真菌营养类型预测相对丰度
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由图7 所示,供试样品中土壤真菌以病理营养型、共生营养型和腐生营养型在土壤中的相对丰度分别为 80%、37% 和 30%。病理营养型真菌包括紫孢霉属(Purpureocillium) 21.45%、绿僵菌属(Metarhizium)9.14%、螺旋聚孢霉属(Clonostachys)8.10%、轮枝孢属 (Verticillium)6.57%;共生营养型真菌包括硬皮马勃属 58.41%、红菇属 23.04%、丝盖伞属 (Inocybe)12.08%;腐生营养型真菌包括粗糙孔菌属 26.89%、革菌科(Thelephoraceae)23.30%、白环蘑属 10.07%、圆孢霉属(Staphylotrichum) 7.25%。
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图7 真菌营养型类群预测相对丰度
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3 讨论
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茶树是叶用植物,对养分需求量大,施肥是茶园管理重要措施,对茶叶产量与品质影响很大。我国茶园土壤肥力普遍不高,而不合理施用过量化学肥料造成茶园肥料利用率降低,同时还造成环境危害,目前茶叶专用肥、有机肥替代、缓释氮肥等已广泛应用于茶园养分管理中[7]。已有研究表明,施肥方式及所施肥料种类不仅会影响茶园土壤养分,还会影响土壤微生物群落结构[22]。前人研究也表明,施用有机肥可以改善土壤微生物生长环境,提高微生物活性,进而提高土壤生物肥力[23]。
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本研究中,施肥茶园与不施肥茶园土壤中细菌多样性差异不显著,但茶叶专用肥和有机肥处理茶园土壤中细菌多样性显著高于缓释氮肥,刘佳等[24]也发现长期单施氮肥和化肥土壤中细菌的多样性会显著降低。不施肥茶园土壤真菌多样性显著高于茶叶专用肥、有机肥和缓释氮肥等施肥处理的茶园,说明施肥降低了土壤中真菌的种类,未分类真菌物种明显减少,施肥处理可明显改变茶树根际土壤优势真菌门相对丰度占比,其中担子菌门物种相对丰度明显升高,其中 3 种施肥处理茶园又以茶叶专用肥处理茶园土壤中担子菌门丰度相对较低。茶叶专用肥处理土壤相对丰度最高的是子囊菌门,相对丰度高达 59.80%,可能与该处理茶园土壤中有效磷含量高有关,有研究表明,在表层土壤中施磷肥时子囊菌门等相对丰度显著提高[25]。比较几种施肥处理可知,茶叶专用肥处理和有机肥处理土壤中细菌、真菌多样性和相对丰度相似,这可能与茶叶专用肥和有机肥中所含氮磷钾等养分相似有关,而新型缓释氮肥仅为土壤提供氮肥。茶园中施用茶叶专用肥、有机肥,或者茶叶专用肥和有机肥配施,可能有利于土壤的可持续发展。而土壤细菌相对丰度和多样性均以不施肥最高,可能与细菌受土壤 pH 影响较大有关。
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土壤微生物对土壤结构形成、养分转化以及根系代谢活动有显著影响,同时微生物种类及丰度也会受到植物根系分泌物、茶园管理方式等的影响[26],其中施肥能改变土壤耕作层微生物的丰富度和多样性,施用肥料的种类对土壤微生物影响较大。研究表明,茶园土壤优势菌主要为子囊菌门、被孢菌门、担子菌门、变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes) 及绿弯菌门[27-29],本研究结果与之类似。虽然主要优势菌种类相似,但各施肥处理土壤微生物相对丰度并不相同。其中茶叶专用肥处理和有机肥处理土壤中相对丰度最高的细菌分别为变形菌门和放线菌门,而缓释氮肥和不施肥处理相对丰度最高的均为厚壁菌门。有研究表明,变形菌门和放线菌门是参与土壤磷循环的关键菌门[30],本研究中茶叶专用肥和有机肥处理茶园土壤中有效磷显著高于缓释氮肥和不施肥处理。子囊菌门和担子菌门是 4 种处理茶园土壤真菌的优势菌门,茶叶专用肥、缓释肥和不施肥处理相对丰度最高的均为子囊菌门,而有机肥处理中相对丰度最高的为担子菌门,这可能与真菌受环境影响相对较小有关。子囊菌门是最大和最多样化的真菌门,也是关键的有机物分解者,担子菌门在降解土壤中高木质素含量的植物凋落物方面起着重要作用[31]。茶树需要进行修剪,修剪枝叶留在茶园,子囊菌门、担子菌门帮助枝叶分解为能被茶树利用的养分,有机肥处理茶园中有机质增加,可能引起了担子菌门微生物的增加。
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土壤微生物生物量是土壤中有机质和碳、氮、磷等养分转化和循环的动力,同时也参与腐殖质的形成和有机质的分化过程[32]。有机肥处理和茶叶专用肥处理土壤微生物新陈代谢强于缓释肥和不施肥,而基因信息处理能力弱。4 种施肥处理土壤真菌营养类型以外生菌根、木头腐生生物、未定义腐生生物为主。茶叶专用肥处理土壤微生物以木头腐生生物为主;有机肥处理土壤微生物以未定义腐生生物为主;缓释肥处理和不施肥处理土壤微生物以外生菌根为主。茶叶专用肥处理土壤微生物中植物内生菌、寄生真菌和植物病原体相对丰度均显著高于其他 3 种处理方式,而外生菌根、植物腐生生物相对丰度显著低于其他 3 种处理方式,寄生真菌和植物病原体可能是植物病原,对茶树生长不利,而植物内生菌对茶树生长可能有利也可能有害。外生菌根、植物腐生生物一般与促进植物生长、增强植物抗性有关,茶叶专用肥处理茶园土壤中此类真菌相对丰度低,从此角度来看研究所施用茶叶专用肥对茶树生长不利。供试土壤微生物营养型上看,病理营养型真菌包括紫孢霉属(相对丰度 21.45%)、绿僵菌属( 相对丰度 9.14%)、螺旋聚孢霉属 (8.10%)、轮枝孢属(6.57%);其中紫孢霉属用于线虫的生物防治,绿僵菌属是一种广谱的昆虫病原菌。
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4 结论
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经过 5 年的不同施肥处理,茶园土壤理化性质发生变化,茶叶专用肥和有机肥处理土壤有效磷、速效钾含量显著提高,土壤 pH 显著降低。茶叶专用肥和有机肥处理茶园土壤中细菌群落多样性和均匀度显著高于缓释肥处理;不施肥处理茶园土壤真菌多样性和均匀度显著高于茶叶专用肥、有机肥和缓释肥处理的茶园。几种施肥处理茶园土壤优势细菌门及相对丰度均不相同;而不施肥、缓释肥和茶叶专用肥处理优势真菌均为子囊菌门,且相对丰度均超过 50%,有机肥处理土壤中优势菌为担子菌门。总体上,有机肥和茶叶专用肥处理土壤微生物种类及丰度相似,不施肥和缓释肥处理相似。有机肥和茶叶专用肥处理土壤微生物新陈代谢强于缓释肥和不施肥处理。4 种施肥处理土壤真菌营养类型以外生菌根、木头腐生生物、未定义腐生生物为主,而每个处理主要营养型不同。
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摘要
为了探究不同施肥处理茶园土壤微生物群落结构及功能特点,依托豫南长期定位施肥茶园,设置茶叶专用肥、有机肥、缓释氮肥和不施肥等 4 个处理,采用 Illumina Miseq 高通量测序技术研究了不同施肥处理下豫南茶园土壤微生物群落结构和功能特点。结果表明,茶叶专用肥处理土壤中速效氮含量显著高于其余处理,有效磷、速效钾含量也相对较高,施肥处理土壤 pH 均显著低于不施肥处理。茶叶专用肥和有机肥处理茶园土壤中细菌群落多样性和均匀度显著高于缓释肥处理;茶叶专用肥、有机肥和缓释肥处理茶园土壤真菌多样性和均匀度均显著低于不施肥处理。不同施肥处理茶园土壤优势细菌、真菌门不同,施肥显著降低了被孢霉门细菌的相对丰度;茶叶专用肥和有机肥处理土壤中物种类型及相对丰度相似,不施肥和缓释氮肥处理土壤中物种类型及相对丰度相似; 施肥显著提高了土壤中青霉菌属相对丰度,降低了红菇属的相对丰度;有机肥处理和茶叶专用肥处理土壤微生物新陈代谢强于缓释肥和不施肥处理。4 种施肥处理土壤真菌营养类型以外生菌根、木头腐生生物、未定义腐生生物为主,而每个处理主要营养型不同。
Abstract
In order to investigate the structure and functional characteristics of soil microbial communities in tea gardens with different fertilization treatments,based on the long-term positioning fertilization experiment of tea gardens in South Henan Province,four treatments were set up,including tea-specific fertilizer,organic fertilizer,slow-release nitrogen fertilizer and no fertilizer,and Illumina Miseq high-throughput sequencing was used to investigate the structure and functional characteristics of soil microbial communities in tea gardens under different fertilization treatments. The results showed that the available nitrogen content of the tea-specific fertilizer treatment was significantly higher than those of other treatments,the available phosphorus and available potassium contents were also relatively higher,and the soil pH of the fertilized treatments was significantly lower than that of the non-fertilized treatment. The soil bacterial community diversity and uniformity of tea garden in tea-specific fertilizer and organic fertilizer treatments were significantly higher than that of the slow-release fertilizer treatment. The soil fungal diversity and evenness of tea garden in tea-specific fertilizer,organic fertilizer,and slow-release fertilizer treatments were significantly lower than that of without fertilization treatment. Different fertilization treatments resulted in different dominant bacteria and fungal phyla in tea garden soil,and fertilization significantly reduced the relative abundance of bacteria in the phylum Aspergillus;The types and relative abundance of species in soil of tea-specific fertilizer and organic fertilizer were similar,while those of no fertilizer and slow-release nitrogen fertilizer treatments were similar. Fertilization significantly increased the relative abundance of Penicillium spp. in soil and decreased the relative abundance of Russula;Organic fertilizer treatment and tea-specific fertilizer treatment had stronger soil microbial metabolism than those of slow-release fertilizer and no fertilizer treatment. Soil fungal nutritional types were dominated by exophytic mycorrhizae,wood decaying organisms,and undefined decaying organisms in the four fertilization treatments,whereas the major nutritional types were different in each treatment.