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土壤生态环境与作物生长密切相关[1],优越的生态环境是作物健壮生长的先决条件之一[2]。近年来,由于农药、化肥的过量或不科学使用,致使土壤酸化板结[3-4]。土壤酸化改变了生态系统的生物地球化学循环,增加了K +、Na+ 和 Mg2+ 等营养物质的淋失[5],对植物的正常生长发育[6]、土壤微生物活性[7]、矿质养分有效性和土壤理化性质等有显著影响,而土壤微生物作为土壤生态系统的重要组成部分,在土壤结构形成、有机质转化等方面有着重要作用[8-9],因此土壤微生物的多样性、菌群失调问题备受关注。
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土壤 pH 降低是土壤酸化的主要表现,目前,我国约 21% 的耕地土壤为酸性土壤[10-11],而且由于各种人为活动的影响,土壤酸化问题在进一步加剧[12-13]。因此解决土壤酸化问题,对于提升农田耕地质量、增强微生物活性具有重要意义。土壤改良不仅可以提高土壤肥力,而且可以改善土壤微生物环境。常见的土壤调理剂主要有矿物源调理剂、调酸(碱) 剂、疏松剂等几类[3]。本研究使用的土壤调理剂以水溶性钙和镁肥、有机氮、发酵有机物料为主要原料,特别适宜在水旱轮作地区水稻种植季节施用,具有缓慢上调土壤酸碱度和培肥地力作用。课题组在系统的研究中,明确了专用碱性土壤调理剂的适用范围、最佳用量及增产、培肥效果。本次试验在明确用量、使用方法和适宜作物的基础上,进一步研究专用碱性土壤调理剂对土壤养分及土壤微生物群落结构的影响,以期从微生物组学角度解析施用专用碱性调理剂促进水稻增产的机理,为改善土壤生态环境提供一定的科学依据和技术支撑。
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1 材料与方法
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1.1 试验材料
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供试水稻品种:耕耘 2 号。
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供试肥料:复合肥料(N-P2O5-K2O=15-15-15)、尿素、专用碱性土壤调理剂(pH ≥ 8.00,有机质 ≥ 40%,氧化钙≥ 40%,氮≥ 5%)[14]。其中,专用碱性土壤调理剂由四川省农业科学院植物保护研究所研制,含有水溶性钙和镁肥、有机氮、高岭土等成分,经发酵、粉碎、过筛、造粒等工序制成。
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供试土壤:试验地位于四川省德阳市濛阳镇凤霞社区,地理坐标 30°58′18.67″N,104°6′57.5″E,属亚热带湿润气候,土壤基本情况:pH 5.82,有机质 29.9 g·kg-1,全氮 1.67 g·kg-1,全磷 0.82 g·kg-1,全钾 14.03 g·kg-1,速效钾 88.00 mg·kg-1,碱解氮 137.00 mg·kg-1,有效磷 4.70 mg·kg-1,交换性钙 13.6 mg·kg-1。
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1.2 试验设计与样品采集
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试验设对照(CS:基肥,整地时撒施 600 kg·hm-2 复合肥 +150 kg·hm-2 尿素;返青肥,水稻移栽 10 d 时,撒施 150 kg·hm-2 尿素)和处理 (TS:基肥与 CS 相同,返青肥为 1500 kg·hm-2 专用碱性土壤调理剂)两个处理,重复 3 次,共计 6 个小区。水稻于 2020 年 5 月 15 日移栽,5 月 25 日撒施返青肥,9 月 20 日收获,全生育期各处理的稻田管理措施一致。
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土壤采样时间为 2019 年 9 月 13 日(水稻收割前 7 d),每个小区随机设置 3 个小样方,样方面积 2 m×2 m,用土钻在样方内按“S”形多点取样,取样深度为 0~20 cm,挖取时先去除表层植株根系和破碎变形的土壤,将每个小区的土壤充分混合成 1 个土样(对照组为 CS1、CS2、CS3,处理组为 TS1、TS2、TS3),每个土样分成 2 份,一份取 300 g 左右装入自封袋,用于土壤理化性质测定,另一份过 2 mm 筛以除去石头、植物根系后,装入无菌管中,用于土壤微生物指标测定。
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1.3 土壤理化性质检测
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将自封袋中的土壤自然风干后,参考鲍士旦的 《土壤农化分析》[15],进行土壤理化性质的测定。土壤 pH 采用 pH 计法(土水比为 1∶2.5)、有机质用重铬酸钾容量法,全氮用凯氏定氮法、碱解氮用碱解扩散法、全磷用高氯酸-硫酸法、有效磷用碳酸氢钠浸提法、全钾和速效钾用火焰光度法、交换性钙用乙酸铵交换法测定。
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1.4 DNA 提取、PCR 和高通量测序
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土壤 DNA 提取采用试剂盒 E.Z.N.A®.Mag-Bind® Stool DNA Kit(OMEGA)进行,DNA 定量和提取质量分别采用 Nanodrop 2000(Thermo Scientific)和琼脂糖凝胶电泳检测。细菌,对 16S rRNA V4 区的基因进行 PCR 扩增,引物为 515F(5'-GTGCCAGCMGCC GCGGTAA-3')和 806R(5'-GGACTACHVGGGTWT CTAAT-3')[16];真菌,对 r DNA的ITS1 区进行扩增,引物为 ITS5(5'-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG3')和 ITS2(5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3')[17]。 PCR 产物经过纯化回收、质量检测合格后委托北京百迈客生物科技有限公司执行建库及测序工作。
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1.5 序列及数据处理
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上机测序得到原始数据后,利用 FLASH 1.2.7、 Trimmomatic 等进行拼接、过滤、去噪等质控。使用 QIIME 对 Tags 在 97% 相似度水平下进行聚类、获得 OUT,并基于 Silva(细菌)和 Unite(真菌)分类学数据库对 OUT 进行分类学注释。
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数据处理部分主要借助 R 4.1.2 和 SPSS 26.0 来完成,根据 OTU 数量计算相对丰度,将相对丰度大于 5% 的归为优势物种。Alpha 多样性分析包括 Shannon 多样性指数、Chao1 丰富度指数,反映各生境条件下的物种多度与多样性;使用基于 OTU 水平的主坐标分析(PCoA)进行 beta 多样性研究,并通过相似分析(ANOSIM)对两处理土壤微生物群落差异进行检验;采用 SPSS 对理化性质利用 t 检验进行组间差异分析,并采用 Spearman 相关系数分析微生物群落的 alpha 多样性与土壤理化性质间的关系。
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2 结果与分析
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2.1 土壤调理剂对水稻生长及产量的影响
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通过对水稻生长及产量分析表明,TS 处理穗数、平均穗粒数、千粒重、产量均高于 CS 处理,其中穗数和产量分别增加 2.40 穗·株-1 和 810.3 kg·hm-2,两个处理间存在显著差异(表1)。
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注:不同小写字母代表处理间有统计学差异(P<0.05)。下同。
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2.2 土壤调理剂对土壤理化性质的影响
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通过对处理间的土壤理化指标分析表明:水稻收获期,TS 处理的土壤有效磷和速效钾含量低于 CS 处理,但差异不显著;土壤 pH、碱解氮和交换性钙离子含量高于 CS 处理,其中土壤 pH 和交换性钙离子含量存在显著性差异,分别提高 0.80 和 1.33 cmol(1/2Ca2+)·kg-1(表2)。
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2.3 土壤调理剂对多样性和群落组成的影响
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对两个处理的 alpha 多样性进行评估表明:在细菌方面,TS 处理的 ACE、Chao1 丰富度指数和 Shannon 多样性指数显著高于 CS 处理;在真菌方面,两个处理 alpha 多样性并无显著性差异(图1); 基于 OUT 水平的 Bray-Curtis 距离的 PCoA 对不同处理的细菌和真菌群落组成进行组间分析显示(图2),CS、TS 两处理的物种组成有一定差异,细菌和真菌的总解释度分别为 77.17% 和 69.99%。 Adonis 方差分析,细菌 R2 =0.666,P=0.001;真菌 R2 =0.514,P=0.001,表明两个处理物种组成有一定差异。
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图1 两个处理细菌(a)和真菌(b)alpha 多样性
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图2 基于 OUT 水平的 Bray-Curtis 距离的主坐标分析比较两个处理间的细菌(a)和真菌(b)群落相似性
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2.4 调理剂对细菌和真菌群落组成的影响
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从门水平的相对丰度来看(图3),细菌:变形菌门(Proteobacteria)占比 31.65%,酸杆菌门 (Acidobacteria)占比 14.98%,绿弯菌门(Chloroflexi)占比 14.12%,疣微菌门(Verrucomicrobia)占比 10.07% 和拟杆菌门(Bacteroidetes)占比 6.76%,为主要优势门;真菌:未分类(Unclassified)占比 34.72%,子囊菌门(Ascomycota)占比 31.36%,被孢霉门(Mortierellomycota)占比 21.28%,担子菌门(Basidiomycota)占比 11.15%,为主要优势门。对 CS 与 TS 处理的优势门进行 t 检验表明: CS 处理疣微菌门、子囊菌门的相对丰度显著大于 TS 处理。
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从科水平,相对丰度前 30 的差异性分析来看 (图4),细菌:CS 处理的土圈菌(Pedosphaeraceae)、嘉利翁氏菌科(Gallionellaceae)、uncultured_bacterium_ c_Bathyarchaeia、黄色杆菌科(Xanthobacteraceae)、Bacteroidetes_vadinHA17、互营菌科(Syntrophaceae)、 uncultured_bacterium_c_Subgroup_18 显著高于TS 处理,地杆菌科(Geobacteraceae)、uncultured_bacterium_c_ Subgroup_6、Nitrososphaeraceae、噬几丁质科(Chitinophagaceae)、亚硝化单胞菌科 (Nitrosomonadaceae)和伯克氏菌科(Burkholderiaceae) 显著低于TS 处理; 真菌:CS 处理葫芦腔菌科 (Cucurbitariaceae)、地根壶菌科(Terramycetaceae) 显著高于 TS 处理,假球壳科(Pleosporaceae)和 Ustilaginaceae 显著低于 TS 处理。
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2.5 细菌和真菌多样性与土壤性质的相关性
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从细菌和真菌的多样性与土壤理化因子相关性分析看(表3),细菌的 Shannon 指数与 pH 呈显著正相关,Chao1 指数与有效磷和交换性钙离子含量呈显著负相关;真菌的 Shannon 指数与有效磷含量呈显著正相关,Chao1 指数与 pH 呈显著正相关,与交换性钙离子含量呈显著负相关。
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图3 两个处理细菌(a)和真菌(b)门水平相对丰度
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注:* 表示 P<0.05。
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图4 细菌(a)和真菌(b)科水平相对丰度前 30 菌群在不同处理间的差异
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注:* 表示 P<0.05,** 表示 P<0.01。
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2.6 土壤理化性质与细菌和真菌群落结构的相关性
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对细菌科水平相对丰度前 30 的菌群与土壤理化性质进行 Pearson 相关性分析表明(图5):土壤全钾与 SC-I-84(P<0.05) 和 uncultured_bacterium_o_SBR1031(P<0.05) 显著相关; 土壤有效磷与 bacteriap25(P<0.05)的相对丰度呈显著正相关; 土壤 pH 与黄色杆菌科(P<0.05)、Bacteroidetes_vadinHA17(P<0.01)、Chthoniobacteraceae (P<0.05)、嘉利翁氏菌科(P<0.05)的相对丰度呈显著负相关,与噬几丁质科(P<0.01)和 Nitrososphaeraceae(P<0.01)的相对丰度呈显著正相关; 土壤交换性钙离子与互营菌科(P<0.05)、黄色杆菌科(P<0.01) 和 Bacteroidetes_vadinHA17 (P<0.05)呈显著负相关,与噬几丁质科(P<0.05)、 uncultured_bacterium_o_SBR1031(P<0.05)、原囊菌科(P<0.05) 和 Nitrososphaeraceae(P<0.05)呈显著正相关;碱解氮与互营菌科(P<0.05)相对丰度呈显著负相关,与 Pyrinomonadaceae(P<0.05)的相对丰度呈显著正相关;土壤全镉与 uncultured_bacterium_ o_Subgroup_7(P<0.05)相对丰度呈显著负相关,与 Pyrinomonadaceae(P<0.01)和鞘脂单胞菌科(P<0.05) 的相对丰度呈显著正相关。
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图5 相对丰度前 30 的科水平菌群的相对丰度与土壤理化性质相关性热图
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注:OM、TN、TP、TK、AN、AP、AK、TCd 分别表示有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、全镉。* 表示 P<0.05;** 表示 P<0.01。
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对真菌科水平相对丰度前 30 的菌群与土壤理化性质进行相关性分析表明:土壤 pH 与丛赤壳科(P<0.05)、Lasiosphaeriaceae(P<0.05)、角担菌科(P<0.05) 和葫芦腔菌科(P<0.05)的相对丰度呈显著负相关,与黑粉菌科(P<0.01)和生赤壳科(P<0.05)呈显著正相关;土壤交换性钙离子与丝膜菌科(P<0.05)、Kirschsteiniotheliaceae (P<0.05)和黑粉菌科(P<0.05)呈显著正相关,与丛赤壳科(P<0.05)、长喙壳科(P<0.05)和地根壶菌科 (P<0.05)呈显著负相关;Chrysozymaceae 与土壤碱解氮和全镉的相对丰度呈显著负相关;虫草科(P<0.05) 与土壤全镉呈显著正相关;新月霉科(P<0.01)和 Unassigned(P<0.01)与有效磷呈显著正相关。
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2.7 KEGG 功能预测差异
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为了探究施用土壤调理剂后土壤细菌的功能变化情况,对 16S 测序结果进行 KEGG 数据库注释,在一级功能层共获得 6 类生物代谢通路功能分析 (图6):代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程、有机系统和人类疾病,其中代谢和遗传信息处理为主要组成,占比分别为 74.44%~74.47%和 10.40%~10.41%。比对到数据库 level2 水平的 pathway 主要包含碳水化合物代谢、全球与概览图、氨基酸代谢、能量代谢和辅助因子和维生素的代谢。对两组样 KEGG 注释结果进行 STAMP 差异分析结果显示:传染病:细菌、辅助因子和维生素的代谢、神经系统、次生产物代谢的生物合成 4 个子功能预测基因的拷贝数存在显著差异(P<0.05, 95% 置信区间),并且均在 CS 处理中呈现富集。
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图6 预测功能基因在不同处理间的差异(二级功能层)
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注:图 a 中数字代表一级功能层分布:1 为代谢;2 为人类疾病;3 为细胞过程;4 为有机系统;5 为遗传信息处理;6 为环境作息处理。
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3 讨论
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3.1 土壤调理剂对水稻产量和土壤理化性质的影响及机制
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不同作物对土壤酸碱度的敏感程度不同,水稻适宜土壤 pH 为 6.5~6.8[18],本文以酸性土壤为研究基础,在水稻返青期施用专用碱性土壤调理剂,通过土壤改良提高水稻产量。结果表明:一是施用专用碱性土壤调理剂后,水稻增产 810.3 kg·hm-2,增幅 6.83%,这与王荣辉等[19]、胡现荣等[20]的研究结果基本一致。可能的机制在于,施用专用调理剂能有效降低土壤酸度,提高了土壤对 NH4 +、K+ 和 Mg2+ 等阳离子的固持能力,有利于作物生长,同时促进次生根发育[21],增强根系对养分的吸收,改善水稻生长状况,提高其产量。二是与未施用土壤调理剂相比,施用专用碱性土壤调理剂后,水稻收获期土壤 pH、碱解氮和交换性钙离子含量呈显著性提高。可能的机制在于,专用碱性土壤调理剂中含有水溶性钙和经过发酵的有机物料既能缓慢提升土壤 pH,又能提高土壤中交换性钙离子含量。同时,当土壤 pH>6 时,土壤氮素矿化和硝化速率增加,土壤碱解氮含量增加,加之专用碱性土壤调理剂中存在的有机氮,所以即使水稻对氮素的吸收量增加,但水稻收获期土壤碱解氮含量显著高于未施用土壤调理剂处理。
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3.2 土壤调理剂对土壤微生物多样性及群落结构的影响及机制
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土壤调理剂对土壤微生物多样性差异主要体现在细菌方面,细菌的多样性指数、丰富度指数均为施用土壤调理剂处理显著高于对照。结果还发现:两个处理间真菌多样性差异不显著,这与 Bayranvand 等[22]、赵雯等[23] 的结果基本一致,他们发现土壤真菌多样性稳定性高于细菌,且真菌类群不易受到环境影响。在本研究中,细菌多样性与 pH 呈显著正相关,说明土壤 pH 是影响土壤细菌多样性的主要因子,这一结果与夏开等[24]、 Fierer 等[25]一致。添加专用碱性土壤调理剂后,土壤 pH 增加,提升了土壤细菌对土壤养分的利用效率,从而导致土壤细菌多样性增加。从另一方面看,真菌多样性与有效磷含量呈显著正相关,在马垒等[26]的研究中也有同样表现。从这些研究结果中可以看出:土壤理化性质对土壤微生物多样性有显著影响。
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土壤微生物具有矿化有机质、形成腐殖质、促进土壤养分循环、修复污染土壤等生态服务功能。因而,土壤微生物多样性水平是评价土壤质量的重要指标之一。在门水平上,放线菌门、变形菌门和酸杆菌门是大多数土壤微生物的优势组成成分[27]。在本研究中,土壤细菌群落的优势门为变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、疣微菌门、拟杆菌门。施用专用碱性土壤调理剂后变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门的相对丰度增加,绿弯菌门、疣微菌门的相对丰度下降,这些微生物类群变化的原因是由于使用专用碱性土壤调理剂能缓慢提升土壤 pH 和培肥地力,加速变形菌门(富营养型细菌)在土壤中的繁殖[28],抑制绿弯菌门(寡营养型细菌)在土壤中的繁殖[29]。在科水平上,施用专用碱性土壤调理剂后,显著提高了地杆菌科、噬几丁质科、亚硝化单胞菌科和 Nitrososphaeraceae 的相对丰度。地杆菌和亚硝化单胞菌科具有氮、氨、铵盐转化能力[30-31], Nitrososphaeraceae 具有氮循环功能[32]。这些微生物能增加作物的可利用氮营养,加之土壤 pH 提高至水稻适宜范围内,加大了水稻对养分的吸收,更有利于水稻干物质量积累及产量提升。
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3.3 土壤环境因子对微生物群落结构的影响
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有研究表明,土壤环境因子对微生物群落组成和相对丰度具有重要影响[33]。土壤 pH 是影响土壤细菌和真菌非常重要的因素[34-35],是土壤细菌群落组成的最佳预测因子,主要因为酸杆菌、放线菌和拟杆菌在不同 pH 的相对丰度差异较大[25,36]。本研究中认为土壤 pH 和交换性钙离子是影响土壤细菌和真菌的重要环境因素,因为对科水平相对丰度前 30 的菌群与土壤环境因子进行相关性热图分析表明,在具有显著相关性关系中,2/3 以上与土壤 pH 和交换性钙离子相关,其中黄色杆菌科和 Bacteroidetes_vadinHA17 与土壤 pH 和土壤交换性钙离子呈显著负相关,噬几丁质科和 Nitrososphaeraceae 与土壤 pH 和土壤交换性钙离子呈显著正相关,因此施用专用碱性土壤调理剂后,土壤 pH 和交换性钙离子含量提高,使得噬几丁质科和 Nitrososphaeraceae 相对丰度显著高于未施用土壤调理剂处理,从而提高作物氮循环和抗病能力;葫芦腔菌科与土壤 pH、地根壶菌科与土壤交换性钙离子呈显著负相关,因此施用专用碱性土壤调理剂显著降低了葫芦腔菌科和地根壶菌科的相对丰度。除了土壤 pH 和交换性钙离子外,对土壤微生物群落结构有显著影响的重要因素是氮素利用率、土壤有机碳含量、温度和氧化还原状态[37-40],本研究中土壤碱解氮与能够水解复杂聚合物的 Pyrinomonadaceae 呈显著正相关。
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3.4 土壤调理剂对土壤微生物功能的影响及机制
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细菌功能在一定程度上反映了土壤肥力的状况,本研究在关注土壤微生物组成结构的同时,对其功能开展研究,对施用与未施用调理剂的土壤细菌群落功能开展预测,共涉及 6 类生物代谢通路,氨基酸代谢、能量代谢、辅助因子和维生素的代谢等 43 个二级功能,功能多样性丰富。一级功能层中代谢占比均超过 50%,在植物生长过程中起重要作用,这与靳晓拓等[41]研究结果基本一致;二级功能以碳水化合物代谢、辅助因子和维生素的代谢、氨基酸代谢等为主,这与朱文娟等[42]、周慧娜等[43]研究结果基本一致,其中碳水化合物代谢能够分解、转化碳水化合物,提升土壤养分,氨基酸代谢具有将蛋白质分解转化为铵态氮的作用,辅助因子和维生素的代谢是维持细胞正常生长和正常代谢。
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4 结论
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对土壤微生物组的深入研究有助于改善农业土壤的管理,可以通过添加特定微生物、使用土壤调理剂等方法管理土壤。从而促进有益微生物生长,减少植物病害发生,加快土壤修复[44-45]。本研究在酸性土壤上施用专用碱性土壤调理剂表明: 1)在酸性土壤中施用专用碱性土壤调理剂能缓慢提升土壤 pH 和土壤中交换性钙离子含量;2)施用专用碱性土壤调理剂能显著增加土壤微生物群落多样性和丰富度,同时土壤 pH、有效磷和交换性钙离子含量对土壤微生物群落多样性和丰富度有显著影响;3)施用专用碱性土壤调理剂显著提升了地杆菌科、噬几丁质科、Nitrososphaeraceae、亚硝化单胞菌科和伯克氏菌科的相对丰度,在一定程度上增加了作物的可利用氮营养;4)黄色杆菌科、Bacteroidetes_vadinHA17、噬几丁质科、 Nitrososphaeraceae、黑粉菌科和丛赤壳科的相对丰度与土壤 pH 和交换性钙离子显著相关。综上表明,施用专用碱性土壤调理剂能显著提升酸性土壤 pH 和交换性钙离子含量,提升作物养分吸收能力,并显著提高噬几丁质科、Nitrososphaeraceae、亚硝化单胞菌科等与氨、铵盐转化和氮循环相关菌群的相对丰度,增加作物可利用养分,从而通过理化性质改善和微生物群落结构改变来达到土壤营养状况维持和作物增产的目的,利于土壤生态系统可持续发展。
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摘要
为了解析土壤调理剂促进水稻增产的机制,开展施用土壤调理剂(TS)和未施用土壤调理剂(CS)的大田试验,通过分析土壤养分指标探究调理剂对土壤理化性质的改善效果,借助高通量测序技术测定施用调理剂对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:施用专用调理剂(碱性)后,(1)水稻单产增加 810.15 kg·hm-2 (6.83%);(2)土壤养分状况得到明显改善,土壤 pH 和交换性钙离子含量显著提高;(3)地杆菌科、噬几丁质科、亚硝化单胞菌科、Nitrososphaeraceae、假球壳科和 Ustilaginaceae 的相对丰度明显提高;(4)相对丰度前 30 的科中,土壤 pH 与噬几丁质科、黄色杆菌科、Bacteroidetes_vadinHA17、嘉利翁氏菌科、葫芦腔菌科呈显著负相关,与 Nitrososphaeraceae 和 Ustilaginaceae 呈显著正相关;土壤交换性钙离子与黄色杆菌科、Bacteroidetes_ vadinHA17 和地根壶菌科呈显著负相关,与 Nitrososphaeraceae 和 Ustilaginaceae 呈显著正相关。综上所述,施用专用土壤调理剂(碱性)能改善土壤理化性质和微生物群落结构,从而有利于水稻干物质积累和产量提升。
Abstract
In order to analyze the mechanisms for promoting rice yield by the soil-conditioning agents(SCAs),a field experiment was carried out,and treatments with SCAs(TS)and without SCAs(CS)were conducted . The improvement effect of SCAs on soil physicochemical properties was explored by analyzing soil nutrient,and high-throughput sequencing technology was used to determine the impact of application of SCAs on soil microbial community structure. The results showed that,after applying the SCAs(alkaline),(1)the rice yield increased by 810.15 k·hm-2(6.83%);(2)The soil nutrient status was significantly improved,with a significantly increasing soil pH value and exchangeable calcium ion content; (3)The relative abundance of Geobacteraceae,Chitinophagaceae,Nitrosomonadaceae,Nitrososphaeraceae, Pleosporaceae and Ustilaginaceae was significantly increased;(4)Among the top 30 families with relative abundance, soil pH was significantly negatively correlated with the relative abundance of Chitinophagaceae,Xanthobacteraceae, Bacteroidetes_vadinHA17,Gallionellaceae and Cucurbitariaceae,and significantly positively correlated with Nitrososphaeraceae and Ustilaginaceae;The content of exchangeable calcium ions in soil was negatively correlated with the relative abundance of Xanthobacteraceae,Bacteroidetes_vadinHA17 and Terramycetaceae,and significantly positively correlated with Nitrososphaeraceae and Ustilaginaceae. These results suggested that application of the SCAs(alkaline)could improve soil physicochemical properties and alter soil microbial structure,thereby leading to the enhancing accumulation of biomass and increasing of yield of rice.