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近年来,果园行内地布覆盖因相对清耕模式防草、保墒效果较好得到大面积推广,但地布覆盖也暴露出诸如地布缝隙长草、割草机容易打坏地布、地布更新造成污染等问题。如果采用行内生草,通过以草防草则可解决上述问题。本课题组通过种植蛇莓发现,其春季萌芽早、长势旺、与杂草竞争力强,全年生长期约 9 个月,能达到全年以草防草的效果。除此之外,蛇莓高度较矮,一般不超过 30 cm,匍匐茎冬天冻死,翌年春天长出新匍匐茎,不需每年重复栽植,为优良的行内以草防草品种。以下为目前在覆盖方面的主流研究。
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覆盖直接影响土壤理化性质,其中包括土壤保水性、孔隙度、有机质、碱解氮等多方面。覆盖处理能显著提高土壤含水量,增加有效水储量,减少土壤水分亏缺[1-2]。王文[3]、刘小勇等[4]分别在枣、苹果的研究中指出:地布覆盖、覆沙覆盖处理能提高果园土壤温度、降低冻土深度、缩短 0℃以下低温持续时间。曹刚等[5]、徐锴等[6]指出:玉米秸秆覆盖降低了土壤温度,同时,显著提高了土壤含水量、土壤孔隙度、土壤有机质及速效钾含量。这与地膜覆盖、绿肥覆盖当年便能有效降低土壤温度,提高土壤含水量,显著影响果园土壤有机碳含量及组分,提高土壤肥力、土壤酶活力的研究结果一致[7-9]。樊文霞等[10]、刘瑞[11]进行果树行间生草研究,其结果显示,生草能大幅度涵养土壤,有效改善果园土壤理化性质,增加有机质含量,保持土壤水分,增强土壤团聚体结构稳定性,降低坡耕地径流、土壤及氮磷养分流失。上述研究表明,地布、地膜类覆盖能提高果园土壤温度,秸秆类绿肥覆盖能降低果园土壤温度,但均对土壤理化性质有一定改善,绿肥类对土壤改善更为明显。
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土壤微生物与土壤微生态环境联系密切,微生物功能与种类之间关系显著,越来越多的证据表明,微生物影响土壤有机质的转化和降解过程[12-14]。有研究指出,果园覆盖作物能丰富细菌群落,塑造微生物群落结构和优势种群[15]。且因土壤类型差异而变化(在黏土中促进了微生物磷的固定;砂质土壤中增强了微生物碳和氮的获取)[16-18]。其中,生草覆盖能改善根际共生、微生物种群和表土根际土壤酶活性[19-20]。地膜覆盖当年便提高了放线菌门、蓝藻菌门的相对丰度,降低了厚壁菌门的相对丰度[21]。长期生草覆盖能有效提高细菌数量,且不同生草种类会引起土壤环境以及微生物群落结构和功能的分化[22-23]。
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综上所述,虽然覆盖物对土壤的影响研究逐渐增多,但关于梨园行内蛇莓的生草覆盖对土壤微生态环境的影响尚少有报道。因此,本研究以 2020 年进行梨园行内蛇莓覆盖为处理,开展梨园行内蛇莓覆盖下不同季节更替的微生物群落研究,弥补了现阶段关于覆盖物研究的不足,为解决地布覆盖更新频繁及旧地布污染环境等问题,探究蛇莓覆盖替代地布覆盖的可行性提供了参考。
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1 材料与方法
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1.1 试验设计及样品采集
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梨园行内蛇莓覆盖(IC)于 2020 年开始,以地布覆盖(GC)为对照,在 2022 年进行土壤样品采集,采样点位于河北省秦皇岛市昌黎县河北省农林科学院昌黎果树研究所孔庄示范基地梨园,栽培密度 4 m×1 m,栽培品种为黄冠,地处 39º42′29″ N、119º05′41″ E,土壤质地为黏土。采样分为春(4 月 15 日盛花期)、夏 (8月 20日果实成熟采收期)、秋(11月 1日完全落叶期)3个时期。共 6个处理,春季地布覆盖(SGC)、夏季地布覆盖(UGC)、秋季地布覆盖(AGC)、春季蛇莓覆盖(SIC)、夏季蛇莓覆盖(UIC)、秋季蛇莓覆盖(AIC)。具体取样位置为行内,采用“S”形取样法 (图1),并于夏季(6—8月)悬挂温湿度计(elitech, GSP-8A),每 10 min 取一次数据。为保证数据准确,温湿度计放置于主干第一个分支与地面高度中间位置。
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图1 试验设计及采样方法
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1.2 土壤理化指标测定
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土壤脲酶(SUE)采用 NH4 + 释放量法、土壤过氧化氢酶(SCAT)采用高锰酸钾滴定法测定[24]。土壤有机质(SOM)含量采用重铬酸钾外加热法测定,土壤碱解氮(AN)含量采用碱解扩散法测定,土壤有效磷(AP)含量采用钼锑抗比色法测定,土壤速效钾(AK)含量采用乙酸铵提取法测定[25]。
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1.3 土壤 DNA 的提取与分析
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DNA 的提取和 PCR 扩增:采用 CTAB(Cetyltriethylammnonium Bromide)法对土壤样本 DNA 进行提取并检测,随后无菌水稀释样品至 1 ng/μL。细菌 16S rRNA 引物为 27F(5′-AGRGTTTGATYNT GGCTCAG-3′)和 1492R(5′-TASGGHTACCTTGT TASGACTT-3′);真菌 ITS rRNA 引物为 ITS1F (5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′)和 ITS4R (5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′)[26]。以稀释后的基因组 DNA 为模板,根据 16S rDNA、Its 全长,使用通过 16S rRNA 和 ITS rRNA 通用引物合成的带 Barcode 的特异引物,New England Biolabs 公司的 Phusion® High-Fidelity PCR Master Mix with GC Buffer 和高效高保真酶进行 PCR。根据 PCR 产物浓度进行等量混样,对目的条带使用 qiagen 公司提供的胶回收试剂盒回收产物。
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文库构建和上机测序:使用 AMpure PB 磁珠对 DNA 片段进行纯化,构建 SMRT Bell 文库,经 Qubit 浓度定量,利用 Agilent 2100 检测插入片段大小,随后用 PacBio 平台进行测序。
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信息分析:将下机数据使用 lima 整理。使用 CCS(SMRT Link v7.0)对序列进行校正,矫正参数为 CCS=3,最小准确率为 0.99,并去除长度 <1340、>1640 的序列;随后进行 SSR 过滤并使用 cutadapt 去除掉引物,将含有连续相同碱基数 >8 的序列过滤掉。经过以上处理后得到的 Reads 即为有效数据(Clean Reads)。
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利用 Uparse(Uparse v7.0.1001,http://drive5. com/uparse/)以 97% 的一致性(Identity)将序列聚类成为 OTUs 并进行物种注释。细菌采用 Mothur 方法与 SILVA(http://www.arb-silva.de/) 的 SSUrRNA 数据库进行物种注释分析(设定阈值为 0.8~1); 真菌采用 Qiime(Version 1.9.1)中的 blast 方法 (http://qiime.org/scripts/assign_taxonomy.html) 与 Unit 数据库(https://unite.ut.ee/)进行物种注释分析。使用 MUSCLE(Version 3.8.31,http://www.drive5.com/muscle/)进行快速多序列比对,得到所有 OTUs 代表序列的系统发生关系。最后对各样品的数据进行均一化处理,并进行 α 多样性分析、β 多样性分析、功能预测(Tax4Fun、FunGuild)等分析。
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1.4 数据分析
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梨园温湿度采用 Excel 2006 进行数据分析,土壤理化性质采用 SPSS 20.0 进行分析,土壤微生物数据采用诺禾云平台(https://magic.novogene.com/ customer/main#/loginNew)进行分析。土壤理化性质与土壤微生物相关性采用 SPSS 20.0 进行分析。菌群与环境因子之间的关系采用 CCA 分析。细菌、真菌差异物种分析采用 LEfSe 方法,LDA 值设置为 4[27]。UPGMA 聚类分析中,Weighted Unifrac 距离同时考虑物种有无和物种丰度的变化,因此采用 Weighted Unifrac 距离作此分析。
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2 结果与分析
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2.1 温湿度变化
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行内覆盖蛇莓与地布覆盖相比,在 6—8 月,同一时刻温度基本为 GC>IC,湿度基本为 GC<IC。其中,GC、IC 温度之和分别为 322775.6、 320060.7℃,平均温度分别为 24.36、24.16℃;GC、 IC 湿度平均值分别为 79.65%、82.31%。由上述可知,梨园行内小气候温度有一定程度降低,湿度提高,有利于梨树生长(图2)。
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图2 不同覆盖方式温湿度变化
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2.2 土壤理化性质
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由表1 的双因素方差分析可知,在不同覆盖模式下,蛇莓覆盖的 SCAT、SOM 高于地布覆盖,且呈极显著差异;而 AK 含量则为地布覆盖显著高于蛇莓覆盖。在不同季节中,除 SCAT 外,夏季的土壤理化性质均为最小,其可能原因为夏季是梨树树体生长发育的重要时期,养分消耗较大,其覆盖模式与季节的交互作用明显。
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注:SCAT 为土壤过氧化氢酶;SUE 为土壤脲酶;SOM 为土壤有机质;AN 为土壤碱解氮;AP 为土壤有效磷;AK 为土壤速效钾;S 为春季;U 为夏季;A 为秋季。同列不同小写字母代表处理间差异显著(P<0.05),* 代表差异显著(P<0.05),** 代表差异极显著(P<0.01),*** 代表差异极显著(P<0.001)。下同。
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2.3 细菌分析
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2.3.1 细菌群落多样性分析
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随着春、夏、秋季节的更替,OTU 数目逐渐增多,共有 OTU 数量也逐渐增多,且占比均为 50%以上(图3A、B、C)。不同覆盖模式下,OTU 数量差异较小,蛇莓覆盖下共有 OTU 数量略大于地布覆盖(图3D、E、F)。
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图3 基于 OTU 的细菌群落分析
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同一季节不同覆盖模式下,细菌多样性指数 (Shannon、Chao1、ACE、PD whole tree)均无显著性差异;同一覆盖模式不同季节下,多样性指数均随着春、夏、秋季节变化不断变大,且秋季的多样性指数与春、夏均呈显著性差异(表2)。因此,秋季的 OTU 数目多、细菌多样性强,且蛇莓覆盖均高于地布覆盖。
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主坐标分析(PCoA)中,PC1 解释度为 48.9%, PC2 解释度为 16.43%。其中,AGC 和 AIC 距离较近,聚成一部分,SGC、UGC、SIC、UIC 距离较近,说明 AGC 与 AIC 群落相似度较高,SGC、UGC、 SIC、UIC 群落相似度较高。NMDS 分析结果与 PCoA 结果一致( 图4A、B)。以 Weighted Unifrac 距离矩阵做 UPGMA 聚类分析,显示 AGC 与 AIC 有较强的相似性,SIC 与 SGC 有较强的相似性,此结果与上述结果相符(图4C)。基于 Weighted Unifrac Beta 多样性的箱形图可以看出,β 多样性随着季节更替逐渐增高,且同一季节均为 GC>IC(图4D)。
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图4 细菌微生物群落结构差异
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2.3.2 细菌优势物种分析
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细菌门水平主要由 Proteobacteria、Acidobacteria、Bacteroidetes 组成,占比达到细菌门类的 50% 以上。随春、夏、秋季节变化,Proteobacteria 不断减少,Bacteroidetes 不断增加,同一季节不同覆盖模式,Proteobacteria 占比相似,Acidobacteria 在地布覆盖中相对丰度较高,Bacteroidetes 在蛇莓覆盖中相对丰度较高。属水平以 unidentified Gammapro-teobacteria、unidentified Acidobacteria 为主,且在两种覆盖模式下,相对丰度均随着春、夏、秋季节变化不断减少,前 10 属类占比不足 20%。种水平主要以 Acidobacteria bacterium WWH4、uncultivated soil bacterium clone S111 为主,其中 Acidobacteria bacterium WWH4 随着春、夏、秋季节变化相对丰度不断减少,前 10 种类占比在 5% 左右(图5)。
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图5 细菌门、属、种的物种组成
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2.3.3 细菌差异物种分析
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由图6 可知,AGC 中 f_Nitrospiraceae、f_Sphingomonadaceae、f_Chthoniobacteraceae、f_unidentified_Bacteria,AIC 中 o_Myxococcales、c_Verrucomicrobiae、 f_Microscillaceae,SGC 中的 f_Burkholderiaceae、f_unidentified_Gammaproteobacteria,SIC 中的f_Xanthomonadaceae、f_Rhodocyclaceae 以及 UGC 中的 o_Acidobacteriales 均与其余 5 组具有显著性差异,且相对丰度最高。其中组间差异种类最多的是 AGC, UIC 与各组均无显著性差异物种。
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2.3.4 环境因子关联分析
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由 Spearman 分析可得,SCAT 与细菌多样性和细菌门类均相关性较强,AN 与细菌群落多样性相关性较强(图7A)。CCA 分析是基于 OTU 根据 envfit 筛选出的环境因子,说明 SCAT、SUE、 AP、AK 对细菌群落影响最大(图7B)。图7C 可以得出酶类(SCAT、SUE)对细菌物种分布的解释量为 33.23%;土壤化学性质(SOC、AN、AP、 AK)对细菌物种分布的解释量为 40.02%,大于酶类的解释量;环境因子的总解释量大于 50%。综上,在土壤中,SCAT 是所有测定指标中与细菌群落相关性最强的因素,与细菌群落变化有着极强的联系。
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2.3.5 细菌功能预测
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细菌功能中,AIC 和 AGC 相似度较高,且与其余 4 组相似度较低;SGC 和 UIC 相似度较高(图8 A)。Metabolism 功能占比最高,达到 40%,主要具体功能为 Carbohydrate metabolism 和 Amino acid metabolism,其次为 Genetic_Information_Processing(以Translation、Replication and repair 为主)、 Environmental_Information_Processing( 以 Membrane transport 和 Signal transduction 为主)(图8B)。
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2.4 真菌分析
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2.4.1 真菌群落多样性分析
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同季节不同覆盖模式下,夏季 OTU 数量最多,春季共有 OTU 占比最大,达到 50%;秋季 OTU 数目最少,共有 OTU 占比最小(图9A、B、C)。同覆盖模式不同季节相比,两种覆盖模式下 OTU 占比和数量相差不多;通过将各组进行 OTU 花瓣图展示发现,夏季独有 OTU 最多(图9D、E、F)。
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α 多样性与 OTU 分析结果类似,同覆盖模式下,夏季 shannom、Chao1、ACE 和 PD_whole_tree 指数最高,均大于春季和秋季。其中地布覆盖下夏季和秋季的 Chao1、ACE 指数差异显著;两种覆盖模式下,PD_whole_tree 指数春季、夏季各与秋季差异显著(表3)。
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PcoA 分析与NMDS 分析一致,均为 AGC 和 AIC 聚在一起,其余 SGC、SIC、UGC、UIC 聚在一起,说明对于真菌群落来说,秋季的影响大于 2 年的不同覆盖差异,而春季、夏季的影响则较小(图10A、B)。以 Weighted Unifrac 距离矩阵做 UPGMA 聚类分析图,亦可以看出 AGC 与 AIC 聚为一类,与上述结果一致(图10C)。而在箱型图中,随着春、夏、秋季节的更替,β 多样性逐渐降低,且同一季节,地布覆盖的多样性强于蛇莓覆盖。
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图6 细菌差异物种分析
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图7 细菌与土壤性质关联分析
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注:SCAT 为土壤过氧化氢酶;SUE 为土壤脲酶;SOM 为土壤有机质;AN 为土壤碱解氮;AP 为土壤有效磷;AK 为土壤速效钾。* 表示差异显著, ** 表示差异极显著。图13 同。
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图8 细菌功能预测分析
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图9 基于 OTU 的真菌群落分析
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2.4.2 真菌物种多样性分析
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图11 表明,真菌门类以 Ascomycota、Basidiomycota、unclassified_Fungi 为主,其中 Ascomycota 占比在 31.71%~56.22%,以 AIC 占比最多,地布覆盖 Ascomycota 的相对丰度春季大于秋季,蛇莓覆盖秋季大于春季,且均为夏季相对丰度最低。真菌属类以 unclassified_Fungi、Solicoccozyma 为主,同覆盖模式下,均为夏季相对丰度最高;同季节不同覆盖模式,地布覆盖的相对丰度小于蛇莓覆盖。真菌种分类水平以 Fungi_sp.、Rozellomycota_sp. 为主,其中 Fungi_sp. 夏季相对丰度最高,Ascomycota_sp. 随着春、夏、秋季节更替逐渐减少。
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2.4.3 真菌差异物种分析
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图12 表明,AGC 中 o_unclassified_GS08、c_Dothideomycetes、f_Trichocomaceae,AIC 中 f_unclassified_Chaetothyriales,SGC 中 f_Aureobasidiaceae,SIC 中 f_unclassified_Ascomycota、f_Basidiobolaceae,UGC 中 o_Thelebolales、f_unclassified_Saccharomyceteles、f_Nectriaceae,UIC 中 f_unclassified_Basidiomycota、f_unclassified_Mortierellales、f_unclassified_Fungi 均与其他处理差异显著且相对其他组丰度最大。其中差异物种种类 UIC 最多,其次为 AGC、AIC、SIC、UGC, SGC 最少。
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图10 真菌微生物群落结构差异
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图11 真菌门、属、种的物种组成
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2.4.4 真菌与环境因子关联分析
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SCAT、AP、AK 与真菌多样性和真菌门类均相关性较强( 图13A)。CCA 分析中,SCAT、SUE、 SOM、AP、AK 对真菌群落影响最大(图13B)。图13C 可以得出酶类(SCAT、SUE)对真菌物种分布的解释量为 22.59%;土壤化学性质(SOM、AN、 AP、AK)对真菌物种分布的解释量为 34.79%,大于酶类的解释量。综上所述,SCAT、AP、AK 与细菌群落相关性最强。
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2.4.5 真菌功能预测
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真菌功能主要由 Unassigned、Saprotroph、 Pathotroph 组成,Unassigned 中,同季节均为蛇莓覆盖高;Saprotroph 则相反,Pathotroph 在春季、秋季均为蛇莓覆盖高于地布覆盖,夏季两种覆盖模式相近(图14A)。在 PCA 分析中,AGC 和 AIC 距离较近,SGC、UGC、SIC、UIC 距离较近,说明 AGC 与 AIC 的功能相似度较高,其余处理功能相似度较高(图14B)。
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图12 真菌差异物种分析
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图13 真菌与土壤性质分析
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图14 真菌功能预测分析
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3 讨论
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3.1 土壤理化性质
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行内蛇莓覆盖较地布覆盖在夏季提高湿度,降低温度,在改变果园小气候的同时,蛇莓覆盖能提高土壤过氧化氢酶活性、土壤有机质、碱解氮含量,在一定程度上减轻过氧化氢对果树和土壤的毒害作用,改善土壤质量。这与李文慧等[28]、黎日辉等[29]研究发现混合种植和枝条覆盖提高了土壤表层等质量一致。然而,相对于地布覆盖土壤脲酶活性、土壤有效磷、速效钾含量有所减少。这与张昂等[30]研究的咖啡果皮覆盖物能提高土壤速效钾的结果不一致,可能由于果皮覆盖与蛇莓生草覆盖模式不同所致。而在颜亚赛等[31]研究葡萄园第 2 年、第 3 年枝条覆盖时指出,第 2 年的有机质、铵态氮、有效磷,枝条覆盖大于对照,速效钾则小于对照,第 3 年有机质、铵态氮、有效磷、速效钾均大于对照。这说明随着时间的增加,枝条覆盖对土壤养分均有提高作用,本试验为蛇莓覆盖第 2 年进行,若进行蛇莓覆盖多年后,则可能实现蛇莓覆盖的养分均高于地布覆盖,具体蛇莓覆盖下土壤肥力变化情况还需进一步研究。
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3.2 微生物群落多样性
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细菌 OTU 数量大于真菌 OTU 数量,且随着春、夏、秋季节的更替,细菌 OTU 数量与 α 多样性指数均逐渐增多,到秋季达到最大值,且与春、夏两季均呈显著性差异,这与谭雪等[32]研究表明的土壤微生物中秋季的 α 多样性大于春、夏两季相一致;真菌 OTU 数量与 α 多样性指数均先增后减,在夏季 OTU 达到最大值。这说明细菌可能在秋季的活性强,真菌在夏季的活性强。且细菌的共有 OTU 在数量、占比及 OTU 总量上都远远大于真菌,说明细菌在土壤中的一致性、多样性要强于真菌,真菌的差异性要强于细菌。同季节下,细菌 α 多样性均为春季、秋季蛇莓覆盖大于地布覆盖,夏季相似。真菌 α 多样性在春季、夏季蛇莓覆盖大于地布覆盖,秋季相似。这说明蛇莓覆盖能在一定程度上提高微生物 α 多样性,改善土壤行内微生物环境。这与王晓芳等[33]研究万寿菊混栽对土壤根区微生物环境有明显改善的结果一致,但万寿菊生长旺盛,容易与果树竞争水肥,蛇莓因植株矮,根系浅,不容易与梨树竞争,这也从另一方面说明蛇莓是优良的果园覆盖草种。
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在细菌和真菌中,PCoA、NMDS 和 UPGMA 聚类分析均显示 AGC 与 AIC 相似度较高,这说明 2 年的蛇莓覆盖相对于季节更替的影响较小,可能如同土壤性质一样,随着覆盖时间的延长,蛇莓覆盖对微生物的影响逐渐大于季节更替。在 β 多样性分析中发现,同覆盖模式下,随着季节的更替,细菌多样性逐渐增大,真菌多样性逐渐降低;同季节下,地布覆盖 β 多样性大于蛇莓覆盖。说明随着季节更替,细菌群落的稳定性逐渐降低,真菌群落的稳定性逐渐增加,同一季节,地布覆盖的稳定性低于蛇莓覆盖。
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与 β 多样性分析一致,在微生物的功能预测中,细菌和真菌均为 AIC 和 AGC 相似度较高,功能一致性较高,且均由 1~2 项主要功能主导(细菌:Carbohydrate metabo-lism、Amino acid metabolism;真菌:Saprotroph)。
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3.3 微生物优势物种
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细菌和真菌在门水平上相对丰度前三的占比为 63.40%~90.89%,形成主导作用。这与王帅等[34]、孙慧等[35] 在对土壤微生物的研究中发现,细菌主要由变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门 (Acidobacteriota)等组成,真菌中主要由子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota) 等组成相似度较高,说明土壤中微生物主要是变形菌门和子囊菌门,其个别菌门不同可能与栽植品种及土壤立地环境有一定关系。其中梨园病虫害以子囊菌门的真菌病害为主,蛇莓覆盖在果树生长的春季和夏季极大降低了子囊菌门含量,一定程度上减少了病害的发生概率。细菌在属水平上前 10 占比为 12.73%~20.32%,远远低于真菌的 34.93%~66.39%;细菌在种水平上前 10 占比为 2.63%~5.73%,远远低于真菌的 34.73%~61.77%。说明真菌在种水平和属水平上的均匀性强于细菌。在微生物差异物种分析中发现,AGC 在细菌和真菌中与其他组都有较多的差异物种,而 UIC 在细菌中与各组无差异物种,在真菌中差异物种最多。UIC 的真菌差异物种中以担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)为主,不包含引起梨园病害较多的子囊菌门,对真菌的一致性有调节作用。
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3.4 微生物与环境因子的关联分析
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酶类、土壤化学性质对细菌的解释量均大于对真菌的解释量。说明细菌与环境的关联性较强。这与刘艳娇等[36]发现土壤理化性质影响了微生物群落相一致。其中 SCAT 与细菌、真菌均有极强的相关性,对微生物群落影响较大。AN 与细菌多样性关联性较强,与真菌多样性关联性较弱,AK 则相反。这说明 AN 是影响细菌多样性的关键因子,AK 是影响真菌多样性的关键因子。而在罗敏等[37]、谭雪等[38]对土壤微生物的影响中发现,氮元素影响细菌和真菌多样性最为显著。这说明氮是微生物结构改变的重要元素,而磷对土壤微生物的影响弱于氮,且可能会因土壤质地等方面不同对土壤微生物的影响也不同。
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4 结论
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(1)梨园行内蛇莓覆盖能改善果园小气候,提高土壤质量,有益于梨树生长。蛇莓覆盖在同一年生长周期的不同季节对土壤理化性质影响差异较大。土壤养分在秋季含量最多,夏季最低。
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(2)梨园行内蛇莓覆盖能提高物种丰富度和稳定性。季节更替对土壤微生物的作用 >2 年蛇莓覆盖,秋季与春夏两季微生物群落差异较大。同一季节蛇莓覆盖和地布覆盖的微生物群落组成差异较小。
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(3)SCAT 与微生物有较强的相关性,AN、AK 分别为细菌、真菌的多样性相关性较强。
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摘要
为研究梨园行内蛇莓覆盖对土壤的改善效果,以地布覆盖作为对照,通过对 2020—2022 年蛇莓覆盖下春季、夏季、秋季土壤理化性质及微生物群落进行分析,研究蛇莓覆盖对土壤微生态的影响。结果表明:(1)梨园行内蛇莓覆盖能提高湿度、降低温度,改善果园小气候,提高土壤过氧化氢酶活性(SCAT)和有机质(SOM)、碱解氮(AN)含量,改善土壤质量,促进梨树生长。土壤养分含量在秋季最多,夏季最低。(2)基于 OTU 分析,细菌在土壤中的一致性、多样性要强于真菌,真菌的差异性要强于细菌。梨园土壤行内覆盖能提高微生物 α 多样性指数,降低 β 多样性指数,提高物种丰富度和稳定性。随着季节的更替,细菌的稳定性降低,真菌的稳定性提高。(3)秋季对照(AGC)、处理(AIC)在主坐标分析(PCoA)、非度量多维尺度分析(NMDS)等分析中均聚在一起,其余组聚在一起,说明季节更替对土壤微生物的作用大于 2 年蛇莓覆盖,秋季与春夏两季微生物群落差异较大。(4)细菌、真菌门水平分别以 Proteobacteria、Ascomycota 为主,属水平分别以 unidentified Gammaproteobacteria、unclassified_Fungi 为主,种水平分别以 Acidobacteria bacterium WWH4、Fungi_sp. 为主。(5)SCAT 与微生物有较强的相关性,AN、速效钾(AK)分别与细菌、真菌的多样性相关性较强。综上所述,梨园行内蛇莓覆盖有益于果园微生态的改善,作为一种新的行内覆盖模式对土壤管理模式的更新有一定的参考意义。
Abstract
In order to study the effect of Indian-strawberry covering on soil improvement within the rows of pear orchards, taking the ground-cloth covering as control,the effect of Indian-strawberry covering on soil microbiology were studied by analyzing the soil physicochemical properties and microbial communities in spring,summer and fall under Indian-strawberry covering in 2020—2022. The results were as follows:(1)Indian-strawberry covering in the rows of pear orchards increased humidity,reduced temperature,improved orchard microclimate,increased soil peroxidase activity(SCAT),organic matter(SOM)and available nitrogen(AN)content,improved soil quality,and promoted the growth of pear trees. Soil nutrient content was highest in the fall and lowest in the summer.(2)Based on the OTU analysis,the consistency and diversity of bacteria in the soil was stronger than that of fungi,and the difference of fungi was stronger than that of bacteria.In-row covering of pear orchard soil increased microbial α diversity index,decreased β diversity index,and increased species richness and stability. With the change of seasons,the stability of bacteria was decreased and the stability of fungi was increased.(3)In the fall,the control(AGC)and treatment(AIC)were clustered together in Principal Coordinate Analysis(PCoA)and Nometric Multidimensional Scaling(NMDS)analysis,and the rest of the groups were clustered together,indicating that seasonal turnover had a greater effect on soil microbes than the 2-year Indian-strawberry covering, and that the microbial communities differed more in fall than those in spring and summer.(4)In bacterial and fungal, Proteobacteria and Ascomycota dominated at the phylum level,unidentified Gammaproteobacteria and unclassified_Fungi dominated at the genus level,Acidobacteria bacterium WWH4 and Fungi_sp. dominated at the species level.(5)SCAT had a strong correlation with microorganisms,while AN and available potassium(AK)had a strong correlation with the diversity of bacteria and fungi,respectively. In summary,the Indian-strawberry covering in the rows of pear orchards was beneficial to the improvement of orchard microecology,and as a new mode of covering in the rows,it had a certain reference significance for the updating of soil management mode.