不同施肥處理對玉米-小麥輪作土壤微生物群落功能多樣性的影響

邢鵬飛， 武曉森， 高圣超， 李洪杰， 趙同凱， 周曉琳， 沈德龍*， 孫軍德

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；3.農(nóng)業(yè)部微生物產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室，北京 100081；4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000;5.德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 德州 253015)

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不同施肥處理對玉米-小麥輪作土壤微生物群落功能多樣性的影響

邢鵬飛1,2,3， 武曉森2,3，4， 高圣超2，3， 李洪杰5， 趙同凱5， 周曉琳5， 沈德龍2，3*， 孫軍德1*

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；3.農(nóng)業(yè)部微生物產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室，北京 100081；4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000;5.德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 德州 253015)

土壤微生物多樣性能反應(yīng)土壤的肥力，不同的施肥措施對土壤微生物的種群和功能多樣性也會產(chǎn)生重要的影響。以山東德州連續(xù)兩年小麥季和玉米季收獲后土壤為研究對象，利用Biolog技術(shù)研究了6種不同施肥處理對土壤微生物群落功能多樣性的影響。結(jié)果表明：其中各個施肥處理的平均顏色變化率(average well color development,AWCD)差異顯著，常規(guī)氮磷鉀肥+全量秸稈還田+秸稈腐熟劑(FS)處理代謝活性最高；物種豐富度指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(E)也表明各施肥方式均能夠維持微生物種群的多樣性，其中FS和30%豬糞+70%常規(guī)氮磷鉀肥(OF)處理物種豐富度指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(E)最高；PCA及RDA分析顯示，OF和FS處理微生物功能多樣性相似，且其微生物功能多樣性與有機(jī)質(zhì)(Soil organic matter，SOM)、全氮(Total N，TN)、速效磷(Available P，AP)和速效鉀(Available K，AK)密切相關(guān)。豬糞堆肥有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥3 600 kg/hm2(OI2)處理與豬糞堆肥有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥1 800 kg/hm2(OI1)處理相似，其功能多樣性比常規(guī)施肥(CF)處理稍高。綜上所述，OF處理和FS處理的土壤微生物群落功能多樣性程度高于其他處理，說明秸稈還田+秸稈腐熟劑和有機(jī)肥部分替代氮磷鉀肥能夠顯著提高土壤微生物功能多樣性，有利于保護(hù)土壤微生態(tài)。

不同施肥處理；土壤微生物；群落多樣性；功能多樣性；Biolog

土壤微生物是土壤的重要組成部分，更是土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分[1]。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和能量流動的主導(dǎo)者，對于維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和土壤的可持續(xù)利用具有重要作用[2]。土壤微生物可以調(diào)節(jié)土壤微生態(tài)，延長礦質(zhì)元素的物質(zhì)循環(huán)途徑，促進(jìn)營養(yǎng)元素的多元化，從而促進(jìn)植物對營養(yǎng)元素的吸收，利于土壤肥力的保持[3-6]。與此同時，土壤中的一系列非生物的物化反應(yīng)也對土壤微生物的種類及分布特征[7]產(chǎn)生深度的影響。施肥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)，對土壤和作物有重要的影響，采取不同的耕作制度或施用不同的肥料對土壤微生物數(shù)量、群落和功能也產(chǎn)生不同的影響[8]。施肥使農(nóng)田微生物群落結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了顯著的變化，研究不同施肥方式對農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)和施肥與環(huán)境間的關(guān)系有重要意義[9]。王銳等[10]認(rèn)為，長期施用有機(jī)肥更有利于提高土壤肥力，促進(jìn)土壤微生物生長繁育。王才斌等[11]研究表明，增施有機(jī)肥能有效增加土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量，而在單施化肥的情況下，微生物數(shù)量不增加或者增加不明顯。張瑞等[12]研究表明，單施有機(jī)肥的處理土壤微生物群落碳源利用能力明顯高于其他處理。劉振香等[13]研究表明，施用有機(jī)肥可以顯著提高土壤微生物數(shù)量、多樣性及豐度，降低細(xì)菌群落優(yōu)勢度。還有研究表明，過多施用有機(jī)肥，并不能無限提高土壤微生物的數(shù)量[14]，但是對微生物活性有明顯的增強(qiáng)效果。秸稈還田等施肥措施可以增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，進(jìn)而為微生物提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，改變了土壤微生物的多樣性[15]。Biolog微孔板技術(shù)是通過測定土壤微生物對31種不同單一碳源底物的代謝活性差異，來表征微生物種群多樣性，并以此確定功能微生物種群變化的指標(biāo)[16]，這種方法可比單純檢測微生物總數(shù)能更好地反映出土壤微生物種群功能的多樣性。本研究采用Biolog-Eco板，對黃淮海地區(qū)連續(xù)兩年冬小麥-夏玉米輪作區(qū)土壤微生物群落功能多樣性進(jìn)行了研究，旨在深入研究增施不同量有機(jī)肥及秸稈還田對土壤微生物的影響，為進(jìn)一步獲得良好的肥料施用方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗田概況 該試驗田地處山東德州市哨馬營村，位于東經(jīng)115°45′～117°24′、北緯36°24′～38°0′，屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12.9 ℃，年均降水量547.5 mm。試驗農(nóng)田為黃河沖積平原，作物種植方式為典型的冬小麥-夏玉米輪作，小麥種植品種為濟(jì)麥22，玉米為鄭單958。試驗前農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量：全氮1.2 g/kg，全磷0.83 g/kg，全鉀20.8 g/kg，有效磷37.4 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量20.3 g/kg，速效鉀282 mg/kg，pH 8.3。所施無機(jī)肥種類：氮肥為尿素(含氮 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O516%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 50%)。復(fù)合肥含有機(jī)質(zhì)20%，含氮 8%、磷 4%、鉀 3%。試驗設(shè)置6個處理：不施肥對照(CK)，常規(guī)氮磷鉀肥(CF)，30%豬糞+70%常規(guī)氮磷鉀肥(OF)，全量秸稈還田+秸稈腐熟劑+常規(guī)氮磷鉀肥(FS)，豬糞堆肥有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥1 800 kg/hm2(OI1)，豬糞堆肥有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥3 600 kg/hm2(OI2)(詳見表1)。每個處理設(shè)置3次重復(fù)，共設(shè)18個小區(qū)，每個小區(qū)面積為50 m2(5 m×10 m)。小區(qū)間隔1 m，試驗區(qū)外設(shè)置5 m保護(hù)行。不同施肥處理的小區(qū)隨機(jī)排列。

表1 各小區(qū)施肥量(kg/小區(qū))

1.1.2 樣品采集 土壤樣品分別于2012年和2013年小麥、玉米收獲后進(jìn)行取樣，取0～20 cm土層土壤樣品，分別于每個小區(qū)取9個點的土樣，混勻后剔除石塊和植物殘根等雜物，于-70 ℃保藏，用于Biolog功能的檢測。土壤微生物種群功能多樣性，采用美國Matrix Technologies Corporation生產(chǎn)的Biolog-Eco板測定。

1.1.3 培養(yǎng)基 采用高氏 1 號瓊脂培養(yǎng)基(倒平板前按 1 mL 培養(yǎng)基含 K2Cr2O775 μg的量加入無菌 K2Cr2O7溶液)分離放線菌，牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基分離細(xì)菌，馬丁氏培養(yǎng)基分離真菌[17-18]。

1.2 方法

1.2.1 Biolog試驗 ①制備土壤菌懸液：分別稱取土壤樣品20 g，置于裝有100 mL生理鹽水的無菌錐形瓶中，200 r/min震蕩40 min，稀釋100倍，制成初始土壤菌懸液[19]，備用。②制備土壤接種液：將初始土壤菌懸液混勻并靜置5 min，使土壤中顆粒較大的砂礫沉淀。校正濁度計后，把上述菌懸液逐滴向20 mL無菌生理鹽水中緩慢滴加，調(diào)節(jié)土壤接種液濁度為63%。③接種：將土壤接種液倒入接種液槽，用8通道移液器吸取接種液，每個微孔注入150 μL，將微板編號，25 ℃培養(yǎng)[20-21]。④讀數(shù)：每隔24 h讀取各板孔在590 nm和750 nm處的吸光值(A)，并保存結(jié)果文件(讀取平臺為美國Biolog公司的Biolog Reader)。

1.2.2 Biolog數(shù)據(jù)分析 利用Microlog4.2軟件，將各數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Excel格式，以便于進(jìn)一步計算分析。①采用各Eco-MicroPlate吸光值數(shù)據(jù)，計算平均顏色變化率(average well color development，AWCD)。采用Classen等[22]的方法計算Biolog微孔板的顏色變化平均值，用每個對應(yīng)孔590 nm的吸光值與750 nm的吸光值的差減去對照孔吸光值，結(jié)果即為反應(yīng)單孔實際顏色變化的吸光值，其中數(shù)值小于0.06時按0處理。利用處理后得到的數(shù)據(jù)按照Garland等[23]的方法計算AWCD，公式如下：

(1)

式中：Ci為每個微板孔的吸光值，C0為對照孔吸光值，n為培養(yǎng)基種類數(shù)(ECO-MicroPlate為31種培養(yǎng)基)。

②土壤懸液微生物物種豐富度用Shannon-Weinner指數(shù)(H)表征，各供試土樣微板數(shù)據(jù)的Shannon-Weinner指數(shù)(H)計算公式如下：

H=-∑(Pi×log Pi)；

Pi=(Ci-C0)/∑(Ci-C0)

(2)

式中：Ci為每個微板孔的吸光值，C0為對照孔吸光值，Pi為含底物的微孔和對照孔吸光值的差值與整個微板總體差值的比值。

③土壤懸液微生物物種均勻度用Shannon-Weinner指數(shù)(E)表征，各供試土樣微板數(shù)據(jù)的Shannon-Weinner均勻度指數(shù)(E)計算公式如下：

E=H/lnS

(3)

式中：H為Shannon-Weinner物種豐富度指數(shù)，S為有顏色變化的微孔數(shù)目。

由于Biolog試驗數(shù)據(jù)量較大而且較為繁瑣，因此很難直接比較各個處理間的差異，所以通常借助于主成分分析來比較不同樣品微生物群落功能多樣性。本研究取培養(yǎng)至72 h時的AWCD值，經(jīng)過計算后，得到單孔相對光密度值進(jìn)行主成分分析(PCA)[24-28]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理的土壤微生物平均顏色變化率(AWCD)

2012年和2013年小麥季和玉米季不同施肥處理土壤的AWCD分析結(jié)果見圖1。由圖1可知，小麥季和玉米季不同施肥處理土壤微生物AWCD的總體變化趨勢隨著時間的延長而逐漸提高，在培養(yǎng)24～72 h期間，曲線斜率最大，AWCD增長率最大，表明此階段土壤微生物碳源代謝活性最高；72 h后AWCD同樣繼續(xù)升高，但增長率逐漸下降，最后進(jìn)入平穩(wěn)期，說明微生物代謝活動趨于平緩。不同處理間相比，施肥處理AWCD值高于不施肥對照(CK)；施肥處理中FS在整個培養(yǎng)階段中高于其他處理，OF和CF次之，OI1和OI2略低。由此可以說明，不施肥對照土壤微生物的代謝活性低于其他施肥方式，秸稈還田和施用有機(jī)肥后土壤微生物代謝活性高于單施化肥，其中使用FS處理更能提高土壤微生物代謝活性。

2.2 不同施肥處理土壤微生物種群多樣性指數(shù)的變化

為了研究采取不同施肥措施后土壤微生物種群的變化，計算了小麥季和玉米季Shannon-Weinner豐富度指數(shù)(H)和Shannon-Weinner均勻度指數(shù)(E)，二者可以較好地反映土壤中微生物種群多樣性[29]，結(jié)果見表2。

圖1 2012、2013年小麥季和玉米季不同施肥處理土壤微生物的孔平均顏色變化率Fig.1 Different fertilization AWCD of wheat season and corn season in 2012 and 2013A：2012年小麥季；B：2012年玉米季；C：2013年小麥季；D：2013年玉米季,下圖同A：2012 wheat season;B：2012 corn season; C：2013 wheat season;D：2013 corn season,the following figure with

2012年2013年處理物種豐富度指數(shù)(H)物種均勻度指數(shù)(E)物種豐富度指數(shù)(H)物種均勻度指數(shù)(E)小麥季玉米季小麥季玉米季小麥季玉米季小麥季玉米季CK1．37±0．01a1．38±0．02a0．42±0．01a0．43±0．01a1．32±0．01a1．24±0．01a0．41±0．00a0．38±0．00aCF1．39±0．01b1．39±0．05a0．42±0．01a0．43±0．01a1．36±0．06a1．24±0．01a0．42±0．02ab0．38±0．01aOF1．44±0．01c1．41±0．01ab0．45±0．01b0．44±0．00ab1．36±0．03ab1．26±0．04a0．42±0．01ab0．39±0．00aFS1．46±0．01d1．44±0．01b0．45±0．02b0．45±0．00b1．39±0．01b1．27±0．02a0．43±0．00b0．40±0．01aOI11．39±0．01b1．38±0．01a0．43±0．01ab0．44±0．01ab1．33±0．02a1．26±0．04a0．41±0．01a0．39±0．01aOI21．39±0．01b1．38±0．01a0．43±0．01ab0．44±0．01ab1．33±0．01a1．25±0．01a0．41±0．00a0．39±0．00a

注：表中AWCD為培養(yǎng)至72 h的結(jié)果；同一列中具有不同字母表示結(jié)果差異顯著(P< 0.05)

從表2可以看出，總體趨勢上，小麥季和玉米季不同施肥處理的微生物群落物種豐富度指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(E)中CK處理的最低，CF處理略高于CK處理，OI1、OI2處理均高于CK、CF， FS處理和OF處理均明顯高于其他處理，F(xiàn)S處理豐富度和均勻度最高。結(jié)果說明：不施肥處理跟常規(guī)氮磷鉀肥處理(CF)微生物群落功能多樣性較低，增施有機(jī)肥后會增強(qiáng)土壤微生物群落功能多樣性，其中有機(jī)肥替代部分化肥(OF)和秸稈還田(FS)效果明顯。

2.3 土壤微生物碳源利用的主成分分析(PCA)

2.3.1 不同碳源在主成分上的荷載值 按照Eco板上31種不同碳源的化學(xué)基團(tuán)性質(zhì)的不同，將31種碳源分成糖類、氨基酸類、羧酸類、胺類、聚合物類和其他。通過不同碳源在第一主成分(PC1)、第二主成分(PC2)中的荷載因子大小的比較，可以得出分別與第一、第二主成分具有較高相關(guān)性的碳源種類與數(shù)量(見表3)。

表3 主成分分析中高相關(guān)性碳源分布情況

由表3可知，在冬小麥-夏玉米輪作體系中，土壤微生物都不同程度地利用糖類、氨基酸類、羧酸類、胺類、聚合物類等碳源。其中，胺類和其他碳源利用程度最低，而糖類、羧酸類、聚合物類、氨基酸類是土壤微生物碳源的主要來源。

2.3.2 不同施肥處理的碳源利用主成分分析 為了防止出現(xiàn)Eco板中某碳源底物提前消耗完畢的可能，本研究采用72 h時測定的AWCD數(shù)據(jù)，應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對微生物種群的代謝特征進(jìn)行了主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)。各季中，除了第一主成分和第二主成分，后面的主成分貢獻(xiàn)率均較小，所以選取上述數(shù)據(jù)中前兩個主成分進(jìn)行分析。以第一主成分為橫軸，第二主成分為縱軸作圖，得到不同施肥處理土壤微生物對31種碳源利用情況的主成分分析圖(圖2)。

圖2 不同施肥處理土壤微生物碳源利用的主成分分析Fig.2 PCA for soil microorganism carbon source utilization

圖2中4個主成分圖上，6組處理根據(jù)離散程度大致分成3組。FS和OF處理位于PC1軸和PC2軸正端，而CK和CF軸位于PC1軸和PC2軸負(fù)端，OI1和OI2則位于PC1軸負(fù)端和PC2正端，各組內(nèi)2處理分別存在一定的相似性。除2012年小麥季外，CK、CF處理與另3個季度其他處理相比差異都顯著，結(jié)果表明，不同施肥處理在PC軸上出現(xiàn)了明顯的差異，說明不同處理對土壤微生物的碳源利用類型有顯著影響，使用不同肥料其微生物群落功能的多樣性就有差異，并且差異顯著。按小麥季和玉米季時間順序來看，3組處理之間的差異越來越明顯，說明隨著施肥時間的延長，其對土壤微生物碳源代謝的影響越來越明顯。

2.4 土壤微生物功能多樣性與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析

為探究土壤化學(xué)性質(zhì)對微生物功能多樣性的影響，測定了土壤pH、有機(jī)質(zhì)(Soil organic matter，SOM)、全氮(Total N，TN)、速效磷(Available P，AP)和速效鉀(Available K，AK)5種土壤化學(xué)性質(zhì)，并以此進(jìn)行RDA分析(圖3)。

如圖3所示，不同處理土壤微生物功能多樣性與土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性明顯。各個處理從CK處理開始向SOM、TN、AP、AK箭頭方向呈現(xiàn)一定梯度分布。CK處理與土壤pH(P<0.01)呈現(xiàn)正相關(guān)，其余處理與SOM、TN、AP、AK(P<0.05)呈正相關(guān)，且相關(guān)性明顯。其中OF、FS處理與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮速效磷、速效鉀的相關(guān)性最大； OI1、OI2處理次之；CF處理在小麥季與在玉米季略有不同，小麥季受理化影響明顯，與OI2處理受影響水平相近，玉米季受理化性質(zhì)影響稍小，與OI1處理受影響水平相近。小麥季中OF、FS處理微生物功能多樣性與土壤有機(jī)質(zhì)相關(guān)性明顯，玉米季則不明顯。

圖3 不同施肥處理土壤微生物功能多樣性與土壤化學(xué)性質(zhì)的RDA分析Fig.3 RDA between functional diversity of soil microbial communities and soil characteristics of soil samples

3 討 論

AWCD能夠準(zhǔn)確反映土壤微生物代謝活性的強(qiáng)弱，微生物利用碳源能力的強(qiáng)弱可以根據(jù)AWCD值的高低來判斷。而在Eco板中共有31種碳源，因此本研究中AWCD能夠反映不同施肥處理下土壤微生物利用碳源能力的大小[31-32]。本研究結(jié)果表明，各施肥處理AWCD值均顯著高于對照，其中秸稈還田處理和70%NPK+有機(jī)肥處理最高，表明采取增施有機(jī)肥或秸稈還田措施能顯著提高農(nóng)田土壤中微生物的碳源利用能力，而其他3個施肥處理碳源的利用能力略低。這可能是由于增施有機(jī)肥或秸稈還田會大量增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，大大改善了土壤性狀，從而改善微生物生境，使其數(shù)量和種類增加，土壤中原來不被利用或者利用少的碳源開始利用并增強(qiáng)，最終結(jié)果是提高了土壤微生物群落的數(shù)量和代謝功能的多樣性。朱海平等[34]、王光華等[35]研究也表明，施用廄肥、秸桿能顯著增強(qiáng)土壤微生物生物量和基礎(chǔ)呼吸量，提高維持土壤微生物多樣性及功能。相反，單施化肥處理的土壤微生物對碳源的利用能力也高于不施肥處理，這與張瑞等[12]、李東坡等[35]研究相似。復(fù)合肥處理較不施肥處理的土壤微生物碳源利用水平高，但相較于FS和OF處理低，可能是由于復(fù)合肥中養(yǎng)分比例比較固定，難以滿足土壤和各種作物的需要。土壤施用有機(jī)肥可使微生物能夠利用的碳源趨于多元化，微生物能夠利用的碳源種類越多，其生存能力就越強(qiáng)，代謝活性也就越高。

本研究各處理物種豐富度(H)和均勻度(E)結(jié)果表明，F(xiàn)S、OF處理土壤微生物種群多樣性最高，OI2、OI1處理次之，CF處理較低，CK處理最低。這說明秸稈還田或增施有機(jī)肥會顯著增強(qiáng)土壤微生物種群多樣性，有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥對提高土壤微生物種群多樣性效果不明顯。雖然兩年數(shù)據(jù)略有差別，但處理間物種豐富度(H)和均勻度(E)變化趨勢一致，且2013年各處理間差異更為明顯。分析原因，OF處理由于用有機(jī)肥替代部分化肥，提高了土壤中有機(jī)質(zhì)含量，為微生物提供了良好的生存環(huán)境，因此其微生物豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)遠(yuǎn)高于CK和CF。小麥季和玉米季土壤微生物物種豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)FS處理最高，可能是由于秸稈還田極大地增加了土壤中有機(jī)物的含量，大量纖維素在土壤中起到了疏松土質(zhì)的作用，增加了土壤含氧量，提高了土壤微生物的代謝強(qiáng)度；此外，施加的秸稈腐熟劑，能夠加快秸稈的腐熟，使更多的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入土壤，增加了微生物的豐富度。時鵬等[36]通過玉米連作及施肥試驗也得出了同樣的結(jié)果。

主成分分析結(jié)果顯示，對于PC1和PC2起分異作用的主要碳源是糖類、氨基酸類和羧酸類物質(zhì)，氨基酸類和糖類在PC1軸上的權(quán)重較大，而與PC2相關(guān)性較大的碳源主要是羧酸類、糖類和聚合物類。糖類和氨基酸類碳源是區(qū)分各個處理的主要碳源。此外，CK處理和CF處理，OF處理和FS處理，OI1處理和OI2處理碳源利用方式分別相似，并且與2013年及2012年相比其相似性更明顯。可能是由于隨著施肥處理時間的增長，各個處理土壤微生物群落趨于穩(wěn)定，且施肥種類相似的處理其土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能也相似。

土壤微生物功能多樣性與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤化學(xué)性質(zhì)與土壤微生物功能多樣性密切相關(guān)。施肥能改變土壤中氮磷鉀及有機(jī)質(zhì)含量，從而影響土壤微生物功能的多樣性。全量秸稈還田+秸稈腐熟劑+常規(guī)氮磷鉀肥(FS)、有機(jī)肥+常規(guī)氮磷鉀肥(OF)處理土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮速效磷、速效鉀含量最高，土壤微生物功能多樣性程度也最高；豬糞堆肥有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥(OI2)、豬糞堆肥有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥(OI1)次之，全量氮磷鉀肥(CF)較低，不施肥對照(CK)最低。這表明秸稈還田+腐熟劑和有機(jī)替代部分化肥能提高土壤養(yǎng)分含量，同時大幅提高土壤微生物功能多樣性，Zhao等[37]、Li等[38]也得出相似結(jié)論；豬糞堆肥有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥也能提高土壤養(yǎng)分含量和微生物功能多樣性，效果比常規(guī)氮磷鉀肥(CF)稍好，這與Wei等[39]結(jié)論一致。RDA分析中，CF處理玉米季與小麥季有所差異，其原因可能是CF與其他處理相比，其玉米季土壤中氮磷鉀流失程度高于小麥季[40]。

綜上所述，所有施肥處理均有利于維持土壤微生物的群落多樣性。秸稈還田+腐熟劑+常規(guī)施肥及有機(jī)肥替代部分氮磷鉀肥顯著提高了土壤微生物物種豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)，增強(qiáng)了微生物代謝活性，提高了土壤微生物功能多樣性。豬糞堆肥有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥也能提高土壤微生物種群和功能多樣性，但效果低于秸稈還田和有機(jī)替代，僅比常規(guī)氮磷鉀施肥好。所以，施肥可顯著影響土壤微生物功能多樣性，但其影響程度可能與施肥種類、施肥方式、土壤性質(zhì)等因素密切相關(guān)。秸稈還田+腐熟劑和有機(jī)替代是否已是最優(yōu)施肥方式，改變腐熟劑種類或者有機(jī)替代比例能否達(dá)到更好效果，這還有待于進(jìn)一步研究。

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Effects of Different Fertilization on Soil Microbial Community and Functional Diversity in Maize-Wheat Crop Rotation

XING Peng-fei1, 2,3, WU Xiao-sen2, 3，4, GAO Sheng-chao2，3, LI Hong-jie5,ZHAO Tong-kai5,ZHOU Xiao-lin5, SHEN De-long2，3, SUN Jun-de1

(1.Coll.ofLand&Environ’t,ShenyangAgric.Uni.,Shenyang110866; 2.Inst.ofAgric.Res. &Reg’lPlan.,ChineseAcad.ofAgric.Sci.,Beijing100081; 3.LaboratoryofQualityandSafetyriskAssessmentforMicrobialProductsMinistryofAgriculture，Beijing100081；4.Coll.ofLifeSci.,Agric.Uni.ofHebei,Baoding071000;5.DezhouAcad.ofAgric.Sci.,Dezhou253015 )

The diversity of soil microbes can reflect the soil fertility and different fertilization also works importantly on soil microbial population and diversity. In this study, soil after the harvest of two-year in succession of maize season and wheat season in Dezhou field ecosystem station run by CAAS was taken as the research object to study the influence of different fertilization on microbial community functional diversity with six different fertilization treatments using Biolog technique. The results showed that each of six fertilization treatments had significant differences in AWCD (average well color development), and each of them were all significantly higher than that of the control without fertilization (CK). Soil microbial communities richness index (H) and evenness index (E) of fertilization treatments FS (conventional NPK+ straw + straw decomposing inoculants) and OF (70% conventional NPK + 30% swine excrement) were higher than others’. PCA (principal component analysis) and RDA (redundancy analysis) showed that OF and FS had similar functional diversity of microbial communities, and they had high level relativity with SOM (soil organic matter), TN (total N), AP (available P), and AK (available K). The treatment of swine excrement compost + organic + inorganic compound fertilizer 1 800 kg/hm2(OI1) and the treatment of swine excrement compost + organic + inorganic compound fertilizer 3 600 kg/hm2(OI2) were treated similarly, their functional diversity were lower than FS and OF, and higher than CF. To sum up the above mentioned, the degree of soil microbial community and functional diversity of OF treatment and FS treatment was higher than those other treatments, indicated that straw field-returning plus straw decomposing preparation and organic fertilizer to replace part of NPK fertilizer could improve soil microbial community and functional diversity, and conduce to protect soil microbial ecology.

different fertilization; soil microbe; community and functional diversity; Biolog

農(nóng)業(yè)部公益性農(nóng)業(yè)行業(yè)科研專項(201103004)；農(nóng)業(yè)部生物有機(jī)肥創(chuàng)制重點實驗室開放課題資助

邢鵬飛 男，碩士研究生。主要從事微生物生態(tài)學(xué)方面的研究。E-mail:xingruofeng@126.com

2015-09-07；

2015-12-24

Q939.96

A

1005-7021(2016)01-0022-08

10.3969/j.issn.1005-7021.2016.01.005

* 通訊作者。孫軍德 男，教授，博士生導(dǎo)師。主要從事微生物農(nóng)藥與肥料、食藥用真菌菌種選育與栽培等研究。

E-mail: sunjunde108@163.com

沈德龍 男，研究員，碩士生導(dǎo)師。主要從事農(nóng)用微生物資源和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、微生物肥料行業(yè)管理工作。E-mail:shendelong@caas.cn