摘要
从沼渣堆肥中筛选获得两株具有促生功能的枯草芽孢杆菌，研发制得液体菌剂与固体菌剂，通过田间微区试验分析菌剂对大葱植株生长、产量和品质的影响，并利用高通量测序对大葱根际土壤细菌进行物种多样性分析。结果表明，两株枯草芽孢杆菌 BNS1 和 BNS2 均具有固氮、解磷、解钾、产吲哚乙酸和产铁载体能力。制得的两种剂型的菌剂均能有效促进大葱生长，其中施用固体菌剂效果更佳，与不施菌剂相比，固体菌剂处理大葱株高、鲜重、假茎高度、假茎直径分别显著增加了 14.75%、15.50%、15.74%、24.24%，植株氮素、磷素、钾素积累量分别显著增加了 16.18%、 35.46%、33.16%，假茎可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和维生素 C 含量分别显著增加了 28.11%、29.03% 和 10.89%。施用两种剂型的菌剂均影响了大葱根际土壤微生物群落结构，增加了节杆菌属（Arthrobacter）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、链霉菌属（Streptomyces）和假单胞菌属（Pseudomonas）等有益微生物的相对丰度；有益微生物的相对丰度与土壤环境因子具有显著的相关性，其中土壤有效磷和速效钾是影响大葱根际微生物群落组成的关键因素，土壤速效钾含量与芽孢杆菌属菌群的相对丰度呈显著正相关，说明菌剂发挥着潜在土壤解钾功能。研究结果有助于全面了解枯草芽孢杆菌菌剂的实际应用价值，为菌剂在大葱等经济作物优质高产栽培中的应用提供理论参考和技术指导。
Abstract
Two strains of Bacillus subtilis with growth-promoting function were screened from biogas slurry compost，and the liquid and solid inoculants were developed and prepared．The effects of these inoculants on the growth，yield and quality of scallion plants were analyzed through a field micro-plot experiment．The species diversity of bacteria in the rhizosphere soil of scallion was analyzed by high-throughput sequencing．The results showed that the two strains of Bacillus subtilis BNS1 and BNS2 had the ability of nitrogen fixation，phosphate solubilization，potassium solubilization，IAA production and siderophore production．The two kinds of inoculant effectively promoted the growth of scallion，and the effect of solid inoculant was better． Compared with CK，the plant height，fresh weight，false stem height and false stem diameter of scallion treated with solid inoculant significantly increased by 14.75%，15.50%，15.74% and 24.24%，respectively．The accumulation of nitrogen， phosphorus and potassium increased by 16.18%，35.46% and 33.16%，respectively．The contents of soluble sugar，soluble protein and vitamin C in pseudostem increased by 28.11%，29.03% and 10.89%，respectively．The microbial community structure in rhizosphere soil of scallion was affected by the application of two types of inoculants．The relative abundance of beneficial microorganisms such as Arthrobacter，Sphingomonas，Bacillus，Streptomyces and Pseudomonas was increased． The relative abundance of beneficial microorganisms was significantly correlated with soil environmental factors，in which soil available phosphorus and available potassium were the key factors affecting the composition of rhizosphere microbial community of scallion，and soil available potassium content was significantly positively correlated with the relative abundance of Bacillus flora，indicating that inoculant played a potential role in soil potassium solubilization．The results were helpful to understand the practical application value of Bacillus subtilis，and that would provide theoretical reference and technical guidance for the application of Bacillus subtilis in the high quality and high yield cultivation of cash crops such as scallion．
Keywords
随着人们对农产品品质要求的提高，绿色可持续的施肥方式越来越被重视。农用微生物菌剂由于具有促生[1]、防病[2]、抗旱[3]、抗盐碱[4]、固化重金属[5]等作用，尤其通过与有机肥的搭配施用，能有效提高作物产量，改善作物品质[6]，近年来作为一种微生物肥料已广泛应用于农业生产种植中。菌剂中的功能菌通过固氮[7]、溶磷[8]、解钾[9]、分泌生长素[10]和产生铁载体[11]等促生机制，能够改善土壤的微生态环境，调控土壤养分循环，从而对作物生长产生有益影响。Walia 等[12]研究表明，枯草芽孢杆菌 CKT1 具有溶磷、产铁载体和产吲哚乙酸等能力，接种 CKT1 后，番茄幼苗的茎长、根长、茎干重和根干重分别显著提高了 5.22%、21.12%、63.50% 和 54.08%。Zhao 等[13] 研究表明，施用巨大芽孢杆菌菌剂后，黄瓜产量提高了 11.8%～15.2%，果实和根系磷、钾积累量分别提高 27.5%～46.1% 和 17.8%～45.1%。Lee 等[14]接种沼泽红假单胞菌 PS3 后，番茄产量提高 37%，番茄红素和总酚含量分别增加了 19% 和 16%，总抗坏血酸含量约为对照的 3 倍，有效提升了番茄品质。因此，开发和研制功能性微生物菌剂具有巨大的潜在价值。
目前，微生物菌剂的应用多集中于番茄、黄瓜等设施栽培作物，通常显示出提高产量、改善果实品质等效果，鲜有研究以大葱等大田根茎类经济作物为供试植物。大葱（Allium fistulosum L.）属百合科、葱属，在我国广泛种植，截至 2019 年，我国大葱种植面积达 3.05 万 hm2[15-16]。随着人们对绿色无公害农作物需求的增加，施用微生物菌剂来改善大葱的生长环境、增强其应对胁迫的能力是一种良好的绿色施肥技术。本研究从沼渣堆肥中筛选获得两株具有明显促生能力的菌株，对其进行功能定量检测及分类鉴定，制备成液体和固体菌剂。以大葱为供试植物，开展田间试验，探究两种剂型的菌剂对大葱农艺性状及根际微生物群落结构的影响，为菌剂的开发和应用提供理论支撑和技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2022 年 5—10 月在山西农业大学东阳试验基地（37°55′N，112°68′E）进行。土壤类型为褐土，0～20 cm 耕作层土壤基本理化性质为 pH 值 8.05，EC 值 345 μS/cm，有机质 25.27 g/kg，全氮 1.09 g/kg，有效磷 63.31 mg/kg，速效钾 173.06 mg/kg。
1.2 试验材料
供试菌株：由本实验室前期从沼渣堆肥中筛选获得的两株具有促生能力的菌株 BNS1 与 BNS2。
1.3 试验方法
1.3.1 菌株促生能力定量检测
将菌株 BNS1 与 BNS2 接种于 NA 液体培养基，在 28℃、170 r/min 下振荡 48 h，制得种子液，分别以 1% 接种量接入 Ashby 无氮液体培养基、解无机磷液体培养基和钾细菌液体培养基中，在 28℃、170 r/min 摇床上分别培养 7 d 后，分别采用半微量凯氏定氮法测定菌液含氮量、钼锑抗比色法测定含磷量、原子吸收火焰分光光度法测定含钾量[18-20]；参考李培根等[21]的方法，采用 salkowski 比色法测定菌株产吲哚乙酸能力；参考陈伟等[22]的方法，采用 CAS 检测法测定菌株铁载体合成率。
1.3.2 菌株鉴定
将菌株 BNS1 与 BNS2 接种到 NA 平板上，30℃ 培养 48 h，根据《常见细菌系统鉴定手册》[23]，观察菌落颜色、表面形态、边缘特征等。用无菌接种环挑取菌体进行革兰氏染色，用电子显微镜观察菌株的显微结构。
使用 Ezup 柱式细菌基因组 DNA 抽提试剂盒，利用通用引物 27F（5′-AGTTTGATCMTGGCTCAG-3′） 和 1492R（5 ′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3 ′）扩增细菌基因组 DNA，扩增条件为：95℃ 4 min；94℃ 45 s，55℃ 45 s，72℃ 1 min，共 30 个循环；72℃ 10 min；4℃保温。PCR 产物委托广州艾基生物技术有限公司 16S rRNA 基因序列检测。将获得的序列录入 NCBI 数据库进行 BLAST 比对，并构建系统发育进化树。
1.3.3 液体菌剂和固体菌剂的制作
将 BNS1 和 BNS2 接种于液体培养基（蛋白胨 15g/L、蔗糖 10 g/L、氯化钾 2 g/L，pH 值 7.0），30℃， 200 r/min，振荡培养 24 h，制得液体菌剂。用麸皮作为液体菌剂的吸附载体制得固体菌剂。
1.3.4 田间试验设计
1.3.4.1 处理设置
采用单因素试验设计，共设 3 个处理，分别为 CK：不施菌剂，L：液体菌剂，S：固体菌剂。
1.3.4.2 小区设置
大葱栽种行长为 4.0 m，行距为 1.0 m，株距为 8.0 cm，南北行向。大葱定植前浇透水，其中每垄定植 21 株，随机区组种植，每个处理 3 次重复。
1.3.4.3 菌剂施用方式
分别于移栽期、缓苗越夏期、叶丛速生期、假茎充实期施用一次菌剂。将菌剂母液用自来水稀释 500 倍，然后浇灌于植株根部，浇灌后立即进行培土覆盖。菌剂用量为 25 kg/ hm2，CK 处理施用相同体积的自来水。其余时间大葱常规水肥管理。
1.3.5 测定项目与方法
1.3.5.1 大葱生长性状测定
大葱收获后，从每个小区随机选取 6 株植株测定大葱的株高、假茎高度和假茎直径。用直尺（精度为 1 mm）测量大葱株高和假茎高度，用数显游标卡尺（精度为 0.01 mm） 测量假茎直径。
1.3.5.2 大葱产量测定
大葱收获后用天平称量每个小区产量，并换算为单位面积产量（t/hm2）。
1.3.5.3 植株养分含量测定
参考刘震等[24]的方法，将大葱地上部杀青烘干并粉碎进行植株养分测定，氮含量、磷含量和钾含量分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰分光光度法测定，并计算养分积累量。
养分积累量（kg/hm2）= 地上部生物量（kg/hm2）× 养分含量（%）/100
1.3.5.4 大葱品质检测
大葱假茎鲜样用于品质指标检测，可溶性总糖、可溶性蛋白和维生素 C 含量测定按照苏州梦犀生物医药科技有限公司试剂盒说明书进行。
1.3.5.5 土壤养分指标
采用便携式 pH/EC 测定仪检测根际土壤 pH 值和 EC 值，采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量，采用半微量凯氏法测定全氮含量，采用碳酸氢钠浸提-锑抗比色法测定有效磷含量，采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾含量，具体测定方法参照《土壤农化分析》[25]。
1.3.5.6 土壤细菌基因组 DNA 的提取
在大葱收获后，采集根际土壤样品，将根际土抖入预冷的冻存管中，于-80℃冰箱中保存，用于细菌高通量测序，使用 E.Z.N.A.® 土壤 DNA 试剂盒提取细菌基因组 DNA，利用引物 338F（5 ′-ACTCCTACGG GAGGCAGCAG-3 ′） 和 806R（5 ′-GGACTACHVGG GTWTCTAAT-3′）对细菌 16S rRNA 可变区 V3～V4 进行 PCR 扩增，扩增条件：95℃ 3 min；95℃ 30 s， 55℃ 30 s，72℃ 45 s，共 27 个循环；72℃ 10 min； 4℃保温。高通量测序分析由上海美吉生物医药科技有限公司完成
1.3.5.7 生物信息学分析
参照张哲超等[26] 的方法进行。对高通量测序得到的原始序列进行质控，使用 Usearch 进行 OTU 统计，采用 RDP classifier 贝叶斯算法对 97% 相似水平的 OTU 代表序列进行分类学分析，使用 silva 数据库进行物种注释。按照最小样本序列数抽平后进行数据分析，利用 mothur 计算不同随机抽样下的 Alpha 多样性指数，应用 Ace、Chao1、Shannon 和 Simpson 指数评估样本中微生物群落多样性程度。采用 LEfSe 多级物种差异判别分析，通过非参数 Kruskal-Wallis sum-rank test 检测不同组间的物种丰度差异，运用 LDA 线性判别分析估计差异物种对组间区别的影响大小。采用 db-RDA 分析，通过 Bray-Curtis 计算距离矩阵，分析细菌群落与土壤环境因子的关系。通过计算环境因子与所选物种之间的相关性系数 （Spearman 等级相关系数），进行相关性 Heatmap 分析。
1.4 数据分析
使用软件 SPSS 16.0 对数据进行方差分析，Duncan’s 新复极差法进行多重比较，Excel 2019 处理数据与作图，高通量测序数据在 Majorbio Cloud platform 在线平台（www.majorbio.com）上进行分析。
2 结果与分析
2.1 菌株促生功能分析与分类鉴定
如表1所示，菌株促生功能定量分析试验表明，BNS1 和 BNS2 均具有固氮、解磷、解钾、产 IAA 和产铁载体能力。菌株 BNS1 和 BNS2 的菌落在 NA 培养基上分别呈粉色和乳白色，表面均粗糙干燥，不透明，边缘不规则，菌体呈长杆状，为革兰氏阳性细菌（图1）。BNS1 和 BNS2 的系统进化树如图2所示，与 Bacillus subtilis MMS（OQ553759.1） 相似度高达 100%，结合形态学观察，BNS1 和 BNS2 均属于枯草芽孢杆菌。将 BNS1 与 BNS2 复配，制作成液体和固体两种剂型的菌剂，其中液体菌剂有效活菌数为 5.46×108 CFU/mL，固体菌剂有效活菌数为 8.11×108 CFU/g。
表1菌株 BNS1 与 BNS2 的促生能力
图1纯化菌株菌落形态和革兰氏染色
注：A 为菌株 BNS1 的菌落形态；B 为菌株 BNS1 革兰氏染色；C 为菌株 BNS2 的菌落形态；D 为菌株 BNS2 革兰氏染色。
图2基于 16S rRNA 基因序列构建的菌株 BNS1 与 BNS2 系统发育树
2.2 菌剂对大葱生长指标及产量的影响
如图3所示，固体菌剂处理（S）的大葱株高较 CK 显著增加了 14.75%，液体菌剂处理（L）与 CK 差异不显著；L 与 S 处理的大葱鲜重较 CK 分别显著增加了 11.47% 和 15.50%；S 处理的大葱假茎高度较 CK 显著增加了 15.74%，L 处理与 CK 差异不显著；L 与 S 处理的大葱假茎直径较 CK 分别显著增加了 11.78% 和 24.24%；L 与 S 处理的大葱产量较 CK 分别增加了 13.77% 和 20.79%，但差异不显著。固体菌剂处理的株高、鲜重、假茎高度、假茎直径和产量均高于液体菌剂，且在株高、假茎高度和假茎直径上均显著高于液体菌剂。
2.3 菌剂对大葱植株养分与品质的影响
如图4所示，从植株养分来看，L、S 处理与CK 的植株全氮和全磷含量无显著差异，L、S 处理的植株全钾含量较 CK 分别显著增加了 13.59%、 15.09%；L 与 CK 处理的植株氮素积累量无显著差异，L 处理的植株磷素、钾素积累量较 CK 分别显著增加了 31.52%、25.87%，S 处理植株氮素、磷素、钾素积累量较 CK 分别显著增加了 16.18%、35.46%、 33.16%。从品质来看，L 处理大葱假茎可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和维生素 C 含量与 CK 均无显著性差异，S 处理大葱假茎可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和维生素 C 含量较 CK 分别显著增加了 28.11%、29.03% 和 10.89%。固体菌剂处理的植株养分含量、养分积累量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和维生素 C 含量均高于液体菌剂处理，且可溶性糖含量和可溶性蛋白含量均显著高于液体菌剂。
图3不同处理对大葱生长指标及产量的影响
注：立柱上不同小写字母表示差异达显著水平（P<0.05）。下同。
图4不同处理对大葱植株养分状况与品质的影响
2.4 大葱根际细菌群落多样性分析
对大葱根际细菌 OTU 进行 Venn 图（图5）分析，CK、L 和 S 处理下大葱根际土壤的 OTU 数量分别为 4500、4372、4676，其中共有的 OTU 数量为 2984，CK、L 和 S 处理特有 OTU 数量分别为 697、597、764，分别占各处理总数的 15.49%、 13.66%、16.34%。
细菌群落 α-多样性分析如图6所示，Ace 和 Chao1 表征细菌群落的丰富度，Shannon 和 Simpson 表征细菌群落的多样性。结果显示，不同处理对 Ace 的影响大小为 S>CK>L，对 Chao1 的影响大小为 S>CK>L，对 Shannon 的影响大小为 S>CK>L，对 Simpson 的影响大小为 S>L>CK，L 和 S 及 CK 处理对细菌群落的丰富度和多样性指数的影响差异不显著。
图5不同处理下大葱根际细菌 OTUs 分布 Venn 图
图6不同处理下大葱根际土壤细菌 α-多样性指数
2.5 大葱根际细菌群落结构组成分析及 LEfSe 差异判别分析
进一步探究施用菌剂对大葱根际土壤细菌群落结构的影响，如图7所示，大葱根际细菌群落的主要门类为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、厚壁菌门（Firmicutes）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）和拟杆菌门（Bacteroidota），它们的相对丰度总和占细菌菌群的 91.82%。与 CK 相比，L 处理中变形菌门与厚壁菌门的相对丰度分别增加了 15.80% 和 17.81%，L 与 S 处理中放线菌门的丰度分别增加了 15.64% 和 18.11%。
细菌群落的主要属为节杆菌属（Arthrobacter）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属 （Bacillus）、链霉菌属（Streptomyces）、假单胞菌属 （Pseudomonas）等。与 CK 相比，L 处理分别使节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、芽孢杆菌属、链霉菌属、假单胞菌属的相对丰度增加了 22.72%、24.26%、 31.11%、6.46% 和 121.94%，S 处理分别使节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属的相对丰度增加了 41.63% 和 6.54%。
为探究不同处理组间的物种差异，进行 LEfSe 多级物种差异判别分析（LDA 阈值为 2）。如图8所示，CK、L 和 S 处理组存在组间差异物种，在属水平上，CK 处理的关键菌属为硝酸菌属（Nitrosomonas）、Rickettsiella 和 Roseimicrobium，L 处理的关键菌属为真丝菌属（Planifilum）、甲基芽孢杆菌属（Methylobacillus）、红细菌属（Rhodobacter）、 Marinilutecoccus、Kaistia、盖亚女神菌属（Gaiella） 和 Methylotenera，S 处理的关键菌属为袁其朋属 （Qipengyuania）和梭菌属（Clostridium）。
2.6 不同处理下大葱土壤微生物群落结构与土壤理化性质的相关性分析
基于 db-RDA 分析细菌门水平群落组成与土壤环境因子 pH 值、电导率（EC）、全氮（TN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）、有机质（OM）之间的相关性如图9所示，CAP1（33.12%）和 CAP2 （24.57%）两轴解释度总和较高，表明细菌群落与环境因子之间存在相关性，其中 AP 和 AK 对细菌群落组成有显著影响（P<0.05）。通过相关性 heatmap 图分析不同处理大葱根际土壤细菌属水平群落组成（总丰度前 50）与不同土壤环境因子之间的相关性，结果表明，大葱根际土壤细菌群落受到环境因子的影响，不同的属细菌受环境因子影响的情况存在差异，其中芽孢杆菌属与 AK 呈显著正相关；根瘤菌属（Rhizobium）与 AP 呈显著负相关；微杆菌属（Microbacterium）、立克次小体属 （Rickettsiella） 与 AP 呈显著正相关，与 AK 呈显著负相关；盖亚女神菌属与 AP 呈显著负相关，与 AK 呈显著正相关。
图7不同处理大葱根际土壤门水平和属水平的细菌群落组成
注：A 为门水平，B 为属水平。
图8不同处理大葱根际土壤细菌群落差异物种进化分支图
图9土壤微生物群落结构与土壤理化性质的 db-RDA 分析及相关性 heatmap 图
注：A 为 db-RDA 分析图，B 为相关性 heatmap 图；EC 为电导率，OM 为有机质，TN 为全氮，AP 为有效磷，AK 为速效钾。
3 讨论
3.1 芽孢杆菌的功能机制
菌株功能是菌剂发挥作用的关键，芽孢杆菌是自然界中常见的一类微生物，由于其具有较强的抗逆性，能够通过多种促生机制调控土壤养分循环，提高植物对营养元素的吸收，促进植物生长发育，被广泛应用于微生物菌剂生产中。张昊鑫等[27]研制的菌剂功能菌为威兹曼芽胞杆菌（Bacillus wiedmannii）YC9，具有产吲哚乙酸、解钾和解磷功能。潘宇等[28]研制的菌剂功能菌为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）X-NY1 和解淀粉芽孢杆菌 （Bacillus amyloliquefaciens）X-NY5，具有产吲哚乙酸、溶磷和产嗜铁素等功能。本研究从菌剂中分离出的枯草芽孢杆菌 BNS1 与 BNS2 具有固氮、解磷、解钾、产吲哚乙酸和产铁载体能力，这些功能为菌剂在田间试验中发挥促进作物生长的作用提供了保障。
3.2 菌剂施用对植株养分、产量和品质的改善作用
菌剂施用后，功能菌在植物根际定殖，通过分泌各种活性物质活化土壤养分，实现微生物与土壤、作物之间的互利互惠，从而起到促进植物生长发育的作用。张文菲等[29]研究表明，施用促生菌 L113 和 L35 混合菌液，提高了白菜幼苗的株高、鲜重和干重。Udpuay 等[30]研究表明，联合施用植物根际促生菌（PGPR）和丛枝菌根真菌（AMF），提高了秋葵植株茎部干物质和根系干物质。本研究施用促生菌剂后促进了大葱对营养元素的吸收与转化，增加了大葱植株氮、磷、钾养分积累量，显著提高了大葱株高和鲜重。外源有益微生物的添加有利于土壤中营养元素的转化与植物有效吸收利用，并最终体现在作物产量与品质上。Katsenios 等[31]研究表明，施用枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌提高了番茄平均单果重。 Zapata-Sifuentes 等[32] 研究表明，接种 Acinetobacter radioresistens 提高了黄瓜维生素 C 含量。王艳平等[33] 研究表明，生物有机肥联合微生物菌剂处理后，茶菊盛花期存活率、产量、总黄酮含量和绿原酸含量显著提高。大葱假茎具有丰富的营养成分，假茎高度和直径的大小决定着其产量的高低[34]，本研究中施用菌剂显著增加了大葱假茎高度与直径，提高了大葱产量，并且增加了假茎可溶性糖、可溶性蛋白和维生素 C 含量。说明在功能菌的作用下，改善了大葱根际生长环境，能够为大葱生长提供所需营养元素，在根系的有效吸收利用下，促进了植株生长和营养物质的吸收，从而提高产量并改善品质。
3.3 施用菌剂对植物根际微生物群落结构和功能的影响
土壤细菌群落的多样性与组成结构关系着土壤生态系统的养分供给与功能稳定性[35]。根际微生物对植物的健康生长起着不可替代的作用，向植物根际添加外源促生菌剂，是改善土壤微生态环境的一种有效手段。前人对土壤细菌群落多样性的研究结果存在差异。马慧媛等[36]发现，施用菌剂提高了茄子根际细菌群落的多样性。Deng 等[37]研究表明，施用菌剂降低了草莓根系细菌群落多样性指数。于宏等[38]发现，施用复合菌剂对花生根际土壤细菌群落多样性指数没有显著影响。本研究结果发现，施用菌剂后，大葱根际土壤细菌群落结构整体分布相对稳定，施用固体菌剂提高了大葱根际土壤细菌群落的丰富度和多样性，但没有显著影响。
施用菌剂可以改善土壤微生物群落结构，张大琪等[39]研究表明，微生物菌剂处理提高了土壤中根瘤菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属等功能微生物的相对丰度。Ling 等[40]施用生物有机肥后西瓜根际招募了更多的有益菌，如芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、链霉菌属等。本研究中，施用菌剂增加的优势菌属主要有节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、芽孢杆菌属、链霉菌属和假单胞菌属。关于这几类菌属研究已有不少，它们在促进植物生长、抑制植物病害、降解重金属污染物和修复土壤等方面具有巨大的应用潜力[41-45]。不同种类菌属相对丰度的变化可能是由于菌剂中的功能菌枯草芽孢杆菌与土著微生物种群产生协同作用，优化了土壤微生物种群结构，进而改善土壤环境。
不同处理间大葱根际土壤菌群组成存在组间差异显著物种，液体菌剂处理组的关键物种有甲基芽孢杆菌属、Methylotenera、红细菌属和盖亚女神菌属等，固体菌剂处理组的关键物种有袁其朋属和梭菌属。这些物种在改善土壤环境、促进植物生长等方面具有良好的生态作用，甲基芽孢杆菌属和 Methylotenera 属于甲基营养细菌，具有甲醇脱氢酶活性、产吲哚乙酸和硫氧化等功能，能够促进植物生长[46-47]；红细菌属属于光合细菌，能够通过反硝化、固氮、氨化和氨同化 4 条氮代谢途径参与氮循环过程[48]；盖亚女神菌属具有过氧化氢酶和氧化酶活性，能够降解有机污染物[49]。袁其朋属具有调节土壤中氮、硫和磷循环的功能[50]；梭菌属具有固氮和分解纤维素的能力[51]。这些组间差异显著物种的形成，可能是由于菌剂剂型不同，枯草芽孢定殖时间存在差异，从而影响了大葱根际细菌的生态位分配，造成细菌群落结构的差异；而这些差异物种的分布可能与菌剂发挥的促生作用及对根际土壤的改良相关。
3.4 不同处理对土壤养分及微生物群落结构差异的影响
作物根际微生物群落结构的变化受土壤环境因素的影响，微生物也可直接影响土壤养分的转化[52]。为了解土壤微生物群落对土壤理化性质的响应，结合 db-RDA 分析发现，有效磷和速效钾是影响大葱根际微生物群落组成的关键因素，与何瑞鹏等[53]发现有效磷和速效钾对细菌属水平的多样性有显著影响的结论一致。土壤微生物的生命代谢活动影响着土壤钾素的分配与释放，能将土壤中固化的缓效态钾变成可供植物吸收利用的有效钾[54]。本研究发现，土壤速效钾含量与芽孢杆菌属菌群的相对丰度呈显著正相关，在前期探讨菌株促生能力时发现，BNS1 与 BNS2 具有较强的解钾能力，田间试验也证明了菌剂处理能够提高土壤速效钾含量，说明菌剂施入大葱根际土壤后，枯草芽孢杆菌与土著有益微生物通过分泌有机酸和氢离子，从而溶解土壤矿物钾，促进了土壤中速效养分的释放[55]。
4 结论
本研究从沼渣堆肥中筛选获得两株具有固氮、解磷、解钾、产 IAA 和产铁载体的枯草芽孢杆菌 BNS1 和 BNS2，将其复配制得液体和固体菌剂。施用液体与固体菌剂均能促进大葱生长，提高产量和改善品质，其中以固体菌剂效果更佳。施用菌剂增加了有益菌属的相对丰度，改善了大葱根际土壤细菌群落结构。土壤速效钾含量与芽孢杆菌属菌群的相对丰度呈显著正相关。本研究初步探究了菌剂在实验室条件下的不同功能机制及田间试验下的促生效果，未来需要更多的研究从基因或通路层面解释其中的机理。