江淮地區(qū)不同品種光敏型高丹草對土壤微生態(tài)環(huán)境的影響

李爭艷，徐智明，師尚禮，賀春貴

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2. 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，安徽 合肥 230031)

生態(tài)系統(tǒng)地上地下部分是相互關(guān)聯(lián)的，植物與土壤微生物間的作用是生態(tài)系統(tǒng)地上與地下結(jié)合的紐帶[1]，研究土壤微生物，了解地上地下生態(tài)過程之間的作用與反饋，揭示兩者間的相互作用有助于深入了解生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定維持的內(nèi)在機(jī)制。土壤酶是土壤有機(jī)質(zhì)分解、土壤生物活性和代謝速度的良好指示物[2]。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)是土壤健康的重要決定因素，受到耕作、施肥、灌溉、地域、作物種類[3-6]等的綜合影響。土壤微生物群落變化可導(dǎo)致土壤代謝能力和土壤質(zhì)量的變化。同種植物不同品種根系分泌物組成成分不同,這種差異會導(dǎo)致根際土壤理化性質(zhì)、酶活性、微生物群落結(jié)構(gòu)以及動物群落發(fā)生變化,變化了的土壤環(huán)境會導(dǎo)致土壤養(yǎng)分利用率、植物的生長抗逆、品質(zhì)產(chǎn)量等發(fā)生改變[7-10]。因此,同種植物的不同品種根際土壤酶活性、微生物多樣性等的差異,可能與植物引種表現(xiàn)有一定的聯(lián)系[11]。選擇適合當(dāng)?shù)貤l件的品種，不僅可以提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，還可以提高土壤養(yǎng)分，酶活性，從而改善土壤微生態(tài)環(huán)境，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有利條件。

高丹草(Sorghum-sudangrasshybrid)是高粱(Sorghumbicolor)與蘇丹草(Sorghumsudanense)雜交產(chǎn)生的一年生禾本科飼料作物，其分蘗力和再生性都比較強(qiáng)，高產(chǎn)且營養(yǎng)豐富；和高粱相比，具有抗旱節(jié)水、超晚熟、營養(yǎng)生長期長等特點，具有廣闊的利用前景[12]。隨著我國奶業(yè)不斷發(fā)展，對優(yōu)質(zhì)牧草的需求不斷加強(qiáng)，國內(nèi)高丹草種植面積增加、范圍擴(kuò)大，逐步形成產(chǎn)業(yè)化及規(guī)模化態(tài)勢。近年來，江淮地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，在產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的同時，其生態(tài)環(huán)境發(fā)生了一系列變化，生態(tài)效益日益成為人們關(guān)注的焦點。目前，江淮地區(qū)不同品種高丹草土壤根際細(xì)菌群落多樣性情況仍不清楚，因此本文以江淮地區(qū)4個高丹草品種的根部土壤為研究對象，探討不同高丹草品種對土壤微生態(tài)環(huán)境的影響，分析不同高丹草品種間土壤細(xì)菌群落多樣性的差異及相關(guān)關(guān)系，以期為江淮地區(qū)優(yōu)質(zhì)高丹草品種的引種選育提供相關(guān)科學(xué)依據(jù)，為草地生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料和樣地

試驗在安徽省五河縣朱頂鎮(zhèn)(117°26'～118°04' E，32°55'～33°20' N)秋實草業(yè)公司試驗基地進(jìn)行。海拔16 m，年降雨800～1000 mm，年平均氣溫15.1℃，無霜期216 d，土壤類型為典型的黃潮土。

供試高丹草(Sorghum×Sudangrass)品種分別為海牛(光敏型，Monster)、大卡(光敏型+褐色中脈Brown Midrib(BMR)型，Big Kahuna)、高丹草BJ0603(光敏型)，帕卡(光敏型，Pa Kahuna)，草種由百綠(天津)國際草業(yè)有限公司提供。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積13 m×6 m，行距40 cm，株距30 cm，播種前試驗地已撂荒3年，4個品種統(tǒng)一施底肥(N:180 kg·hm-2；P2O5:240 kg·hm-2；K2O:300 kg·hm-2)，深翻整地、穴播種植，密度10.33萬株·hm-2，整個試驗期不灌溉，苗期及拔節(jié)期各人工除草一次，試驗區(qū)農(nóng)藝管理及雜草控制統(tǒng)一管理。

1.2 采樣方法

于2016年10月，在高丹草孕穗期，用直徑為2.5 cm土鉆按S點取樣法在每個小區(qū)選5個點的土壤樣品，深度為0～20 cm，直徑2.5 cm。在清除表面植物覆蓋物后取樣，將5個樣品混為1個土樣，放入無菌自封袋。每個樣品分3份，1份-80℃保存，用于DNA提??；1份風(fēng)干，過2 mm篩，進(jìn)行化學(xué)分析；另外1份鮮樣送達(dá)實驗室立即進(jìn)行酶活性檢測。同時在距離植株15 cm處挖剖面分層取樣，土層深度分別為0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，每個小區(qū)設(shè)3個重復(fù)，用鋁盒現(xiàn)場稱濕重裝入自封袋，帶回實驗室測土壤容重。

1.3 測定項目

1.3.1土壤理化性質(zhì)測定 新鮮土壤和去離子蒸餾水按1:2.5體積比混合，制成懸浮液，插入玻璃電極計來測量土壤pH值[13]。環(huán)刀法測量土壤容重，采用重鉻酸鉀法對有機(jī)質(zhì)(OM)含量進(jìn)行定量，總氮(TN)和有效磷(Available phosphorus，AP)分別用凱氏定氮法和鉬銻反光度法進(jìn)行定量，速效鉀(Available potassium，AK)用火焰光度法測定[14]。土壤酶活性采用土壤酶活性試劑盒(南京建成)測定。

1.3.2DNA提取、16S基因擴(kuò)增及Illumina Miseq測序 土壤微生物基因組DNA采用土壤DNA試劑盒(上海生工)從每個土壤樣品中分離得出，使用分光光度計(A260/A280)對DNA濃度和質(zhì)量進(jìn)行定量，確保所有DNA產(chǎn)量在1～2.5 mg之間。利用引物338F(5’-ACTCCTACGGAGCAGCAGCAG-3’)和806R(5’-GGACTACHVGGTWTCTAAT-3’)擴(kuò)增細(xì)菌16S rRNA基因V4-V5區(qū)的468bp片段。20 μL反應(yīng)體系：5×FastPfu 4 μL、dNTPs(2.5 mM)2 μL、正向引物(5 μM)0.8 μL、反向引物(5 μM)0.8 μL、FastPfu 0.4 μL、DNA模板10 ng、BSA 0.2 μL，加ddH2O至20 μL。PCR參數(shù)：95℃持續(xù)3 min(變性)；PCR程序：95℃30 s；55℃30 s；72℃45 s；72℃10 min；25個循環(huán)(ABI GeneAmp?9700)。PCR產(chǎn)物在Illumina Miseq平臺測序(http://www-MaigrBio.com)。97%的同源性下進(jìn)行操作分類單元(Operational Taxonomic Units，OTU)分析，物種分類信息利用Silva數(shù)據(jù)庫(Release128 http://www.arb-silva.de)進(jìn)行比對，數(shù)據(jù)處理圖形生成均在Majorbio I-Sanger云平臺(www.i-sanger.com)進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)計算與圖表繪制；采用SPSS 15.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，P<0.05在統(tǒng)計學(xué)上有顯著差異，P<0.01表示差異極顯著。采用單因素方差分析(ANOVA)和Fisher最小顯著差異(LSD)檢驗進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種光敏型高丹草對土壤容重的影響

從表1可以看出，各品種均隨著土層加深，容重增大，土壤越來越緊實。在0～10 cm土層，GDC根部土壤容重達(dá)到1.54 g·cm-3，顯著高于其他品種(P<0.05)，HN與DK根部土壤容重處于中間水平，PK根部土壤容重最小，顯著低于其他3個品種(P<0.05)；在10～20 cm土層，GDC根部土壤容重顯著高于其他3個品種；20～30 cm土層依然是GDC根部土壤容重顯著高于其他品種(P<0.05)，而且GDC根部土壤容重在20～30 cm土層容重保持不變。總之，GDC根部土壤容重在各土層都顯著高于其他品種，說明相較其他品種，GDC根部土壤孔隙度小，不利于根系的生長，而PK顯著降低了根部土壤容重，根系較為發(fā)達(dá)，土壤發(fā)育良好。

表1 不同品種光敏型高丹草對土壤容重的影響Table 1 The effect of different cultivars on bulk density of soil

注:HN:海牛Monster;DK:大卡Big Kahuna;GDC:高丹草BJ0603；PK:帕卡Pa Kahuna。不同的小寫字母表示同一指標(biāo)(列)不同處理差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different lowercase letters indicate significant difference between different treatments in the same index (column) at the 0.05 level,the same as below

2.2 不同品種光敏型高丹草對土壤化學(xué)性質(zhì)變化的影響

HN根際土壤pH值為7.88，顯著低于其他3個品種(P<0.05)；GDC根際土壤OM含量最低，為15.26 g·kg-1，顯著低于HN、DK和PK(P<0.05)；HN和PK根際土壤TN含量分別為1.74 g·kg-1及1.90 g·kg-1，顯著高于DK和GDC(P<0.05)；4個品種根部土壤中AP含量差異不顯著(P>0.05)；HN和PK根際土壤AK含量較低，分別為257.13 mg·kg-1及317.63 mg·kg-1，顯著低于GDC及DK(P<0.05)(表2)。品種間土壤養(yǎng)分的差異吸收可以引起根際土壤pH值的變化及根部土壤化學(xué)性質(zhì)的改變，而pH值的差異又與土壤根際微生物多樣性、酶活性等互相作用。

表2 不同品種光敏型高丹草對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響Table 2 The effect of different cultivars on chemical characteristics of soil

2.3 不同品種光敏型高丹草對土壤酶活性的影響

從圖1可以看出，4個品種根際土壤蔗糖酶活性高低排列順序為PK>HN>GDC>DK，PK根際土壤蔗糖酶活性顯著高于DK；HN，GDC根際土壤蔗糖酶活性分別為35.31 μg NH3-N·g-1soil·24h-1和32.71 μg NH3-N·g-1soil·24h-1，與PK、DK根際土壤糖酶活性差異均不顯著(P>0.05)，DK的蔗糖酶活性最低為29.74 μg NH3-N·g-1soil·24h-1(圖1A)；4個品種根際土壤過氧化氫酶活性差異不顯著(P>0.05)(圖1B)；PK與HN根際土壤堿性磷酸酶活性最高，分別為15.77 μmol phenol·g-1soil·24h-1和16.77 μmol phenol·g-1soil·24h-1，顯著高于GDC(P<0.05)，DK根際土壤堿性磷酸酶活性居中，為13.00 μmol phenol·g-1soil·24h-1(圖1C)；而PK根際土壤脲酶活性顯著高于其他3個品種(P<0.05)，達(dá)到2368.15 μg NH3-N·g-1soil·24h-1，DK，HN，GDC均顯著低于PK，但三者之間差異并不顯著(P>0.05)(圖1D)。因而可以推斷出，PK、HN的根際土壤具有更高的氮磷水解及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力。

圖1 不同品種光敏型高丹草對土壤酶活性的影響Fig.1 The effect of different cultivars on soil enzyme activities

2.4 不同品種光敏型高丹草對土壤細(xì)菌群落多樣性的影響

2.4.1土壤樣品序列稀釋曲線 從江淮地區(qū)HN、PK、DK和GDC 4個光敏型高丹草品種土壤中分別獲得了36180，38708，36654，37150條有效序列。對有效序列進(jìn)行了隨機(jī)抽樣，用序列數(shù)與其代表OTU數(shù)目形成稀釋曲線，樣品序列的稀釋曲線逐漸趨于平緩(圖2)說明測序數(shù)據(jù)量合理，基本能真實反應(yīng)土壤細(xì)菌群落多樣性。

2.4.2不同品種光敏型高丹草對根際土壤細(xì)菌門水平群落組成變化的影響 從圖3A可以看出，變形菌(Protecbacteria)，擬桿菌(Bacteroidetes)，厚壁菌(Firmicutes)在各品種根際土壤中均為前3位相對豐度高于10%的優(yōu)勢細(xì)菌。而從PK根際土壤細(xì)菌組成看，變形菌(Protecbacteria)，擬桿菌(Bacteroidetes)，厚壁菌(Firmicutes)所占比值分別為27.85%，18.40 %，11.02 %；DK根際土壤變形菌(Protecbacteria)，擬桿菌(Bacteroidetes)，厚壁菌(Firmicutes)所占比值分別為37.51%，20.03 %，13.08 %；HN根際土壤變形菌(Protecbacteria)，擬桿菌(Bacteroidetes)，厚壁菌(Firmicutes)所占比值分別為35.45%，20.14 %，13.24 %；GDC根際土壤變形菌(Protecbacteria)，擬桿菌(Bacteroidetes)，厚壁菌(Firmicutes)所占比值分別為36.62%，20.00%，13.24%(圖3A)。在4個品種中，豐度最高的前3位的細(xì)菌，變形菌(Protecbacteria)相對豐度DK(37.51%)>GDC(36.62%)>HN(35.45%)>PK(27.85%)；擬桿菌(Bacteroidetes)相對豐度HN(20.14%)>DK(20.03%)>PK(18.40%)>GDC(20.00%)；厚壁菌(Firmicutes)相對豐度HN(13.24%)=GDC(13.24%)>DK(13.08%)>PK(11.02%)。變形菌(Protecbacteria)，擬桿菌(Bacteroidetes)，厚壁菌(Firmicutes)在PK根際土壤中細(xì)菌的相對豐度均小于其他3個品種。

圖2 基于OTU豐度的土壤樣品微生物群落的稀釋曲線Fig.2 Rarefaction curves of soil microbial communities based on OTU richness

不同品種光敏型高丹草對根際土壤不同細(xì)菌門的相對豐度顯著性差異如圖3B所示，圖中比較了豐度最高的前15個細(xì)菌門類不同細(xì)菌的相對豐度。結(jié)果顯示，DK根際土壤中變形菌(Proteobacteria)的相對豐度顯著高于其他品種(P<0.05)，PK根際土壤中變形菌(Proteobacteria)的相對豐度最低，而PK根際土壤中優(yōu)勢菌群的低豐度表達(dá)也說明其土壤細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。PK根際土壤中酸桿菌(Acidobacteria)、放線菌(Actinobacteria)及未分類細(xì)菌、未分離培養(yǎng)細(xì)菌的表達(dá)豐度都要顯著高于其他品種(P<0.05)，說明PK根際土壤中土壤細(xì)菌各類群分布均勻，優(yōu)勢種地位不突出，群落結(jié)構(gòu)將更為穩(wěn)定。其他細(xì)菌在4個品種根際土壤中的相對豐度差異不顯著(P>0.05)。

2.4.3不同品種光敏型高丹草對根際土壤細(xì)菌群落多樣性的影響 通常認(rèn)為：物種豐富度ACE指數(shù)、豐富度實際觀測值Sobs值、物種豐富度Chao指數(shù)反映了群落豐富度[15,16]，Shannon多樣性指數(shù)反映了群落多樣性[17]。群落豐富度越高，則樣本土壤微生物優(yōu)勢種群越突出，該優(yōu)勢種群比例越高，導(dǎo)致該類型總體的均勻度下降而優(yōu)勢度增加。群落多樣性指數(shù)(Shannon)越低，而多樣性指數(shù)越高，優(yōu)勢物種豐富度越低，土壤微生物環(huán)境越穩(wěn)定。由圖4可以看出，不同高丹草品種根際土壤細(xì)菌OTU水平上Shannon指數(shù)差異顯著，排列順序為PK>GDC>DK>HN，PK高于其他3個品種，且達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，GDC高于DK且差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，DK高于HN，且差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，HN與GDC之間差異不顯著(P>0.05)(圖4A)；PK根際土壤細(xì)菌多樣性Chao指數(shù)(圖4B)與Sobs指數(shù)(圖4D)均顯著高于其他3個品種(P<0.01)，DK、HN、GDC之間差異不顯著(P>0.05)；PK土壤中細(xì)菌多樣性ACE指數(shù)顯著高于HN(P<0.01)，其他品種間差異不顯著(P>0.05)(圖4C)。說明PK根際土壤細(xì)菌各類群分布均勻，優(yōu)勢種地位不突出。

圖3 不同品種光敏型高丹草根際土壤細(xì)菌的相對豐度變化Fig.3 Changes of soil bacterial relative abundance in different cultivars注：PK：帕卡Pa Kahuna；HN：海牛Monster；DK：大卡Big Kahuna；GDC：高丹草BJ0603。Protecbacteria：變形菌門；Bacteroidetes：擬桿菌門；Firmicutes：厚壁菌門；Candidate_division_SR1：未分離培養(yǎng)細(xì)菌；Acidobacteria：酸桿菌門；Chloroflexi：綠灣菌門；Spirochaetae：螺旋菌門；Chlorobi：綠菌門；Nitrospirae：硝化螺旋菌門；Candidate_division_OD1：未分離培養(yǎng)細(xì)菌；Planctomycetes：浮霉菌門；Gemmatimonadetes：芽單胞菌門；unclassified_k_norank_d_Bacteria：未分離培養(yǎng)細(xì)菌；Actinobacteria：放線菌門；WCHB1-60:未分離培養(yǎng)細(xì)菌：Candidate_division_WS6：未分離培養(yǎng)細(xì)菌；Candidate_division_TM7：未分離培養(yǎng)細(xì)菌；“Others”是所有相對豐度低的稀有細(xì)菌門的總和，“Others” are the sum of all rare bacterial phyla with low relative abundances

圖4 不同品種光敏型高丹草對根際土壤細(xì)菌在OTU水平多樣性的影響Fig.4 Soil bacteria composition diversity at OTU level in different cultivars注:采用t檢驗評估OTU水平各樣本的細(xì)菌多樣性。 * P<0.05，** P<0.01Note:Student t tests are used to estimate the bacterial diversity of each sample at OTU level. * P<0.05 and ** P<0.01

2.5 細(xì)菌群落多樣性與土壤理化因子的相關(guān)性

光敏型高丹草不同品種土壤細(xì)菌群落多樣性與土壤OM、TN、AP、AK的冗余分析(Redundancy analyses，RDA)如圖5所示。圖中帶箭頭的線段表示土壤環(huán)境因子，其所指方向為環(huán)境因子的變化趨勢，帶箭頭的線段與排序軸間的夾角的大小，表示該土壤環(huán)境因子與排序軸的相關(guān)性的大小，且線段長度越長、與排序軸之間的夾角越小，表明相關(guān)系數(shù)的絕對值就越大；由圖5可以看出第一、二排序軸累計解釋率分別為39.70%和16.28%，前兩軸共解釋了物種-環(huán)境關(guān)系總方差的55.98%，說明前兩軸能夠反映出細(xì)菌群落多樣性與土壤理化因子間的相互關(guān)系。TN、OM是影響土壤細(xì)菌群落多樣性的主要影響因子。

圖5 細(xì)菌群落組成與土壤理化性質(zhì)的冗余分析Fig.5 Redundancy analyses (RDA) between bacterial community composition and soil chemical properties注：TN：總氮，total nitrogen；pH：pH值；OM：有機(jī)質(zhì)，organic matter；TN：總氮，total nitrogen；AP：總磷，available phosphorus；AK：速效鉀，available potassium

3 討論

3.1 不同品種光敏型高丹草對根際土壤理化性質(zhì)的影響

土壤容重反映了土壤通氣性、透水性及植物根系生長狀況，容重值大小決定于土壤的質(zhì)地結(jié)構(gòu)及松緊程度，土壤容重越小，說明孔隙度越大，土壤發(fā)育良好[18]。不同品種對植株根部土壤容重產(chǎn)生影響主要是通過根系作用[19]，根系生長狀態(tài)良好，土壤發(fā)育較好，較為疏松。本研究結(jié)果顯示，GDC在各土層容重都顯著高于其他品種，可能是由于其根系不發(fā)達(dá)，土壤孔隙度小，而PK根部土壤容重顯著低于其他3個品種，土壤發(fā)育良好，土壤容重的差異可能是由于不同品種生長差異，根系差異引起的。

不同品種遺傳特性以及對營養(yǎng)元素選擇吸收不同，根系的分泌物也不同，根際分泌物的不同影響了根際土壤的酸堿性，同時，根系分泌物也會對根區(qū)養(yǎng)分的活化與利用產(chǎn)生影響，因而造成土壤殘留養(yǎng)分及根系環(huán)境的差異[20]，有研究結(jié)果顯示，苧麻(Boehmerianivea(L.) Gaudich)[21]、茶樹(Camelliasinensis)[22]不同品種的根際土壤pH值不同，與其結(jié)果相似，本研究表明，4個品種的光敏型高丹草根部土壤pH值顯示出品種差異，且HN根部土壤pH值顯著低于其他3個品種(P<0.05)。土壤養(yǎng)分含量可通過調(diào)節(jié)土壤的生物學(xué)特性[23]來調(diào)節(jié)植物根際養(yǎng)分吸收，有研究表明，苜蓿(MedicagoSativaL.)不同品種對土壤鉻、鉛等重金屬的累積吸收在苜蓿不同生長階段及不同品種間均有差異[24]。劉落魚等[25]對10種茶花(CamelliajaponicaL.)品種的土壤特性研究表明，不同品種的茶花根際土壤養(yǎng)分含量有顯著差異，與其結(jié)果相似，在本研究中，HN和PK根際土壤TN含量顯著高于DK和GDC(P<0.05)，DK和GDC根際土壤速效鉀含量顯著高于HN和PK(P<0.05)，PK、HN及DK根際土壤OM含量均顯著高于GDC (P<0.05)，說明不同品種光敏型高丹草對土壤養(yǎng)分需求不同，因而在施肥管理中，DK和GDC要適當(dāng)多施氮肥，HN,PK要適當(dāng)增加鉀肥，從OM差異可以看出PK,HN及DK較GDC根際土壤更為肥沃。

3.2 不同品種光敏型高丹草對土壤酶活性的影響

土壤酶活性是土壤生物化學(xué)過程的重要指標(biāo)[26]，土壤酶活性的大小可以反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的能力，脲酶和堿性磷酸酶參與氮磷循環(huán)和有機(jī)質(zhì)的分解[27]，過氧化氫酶是一種可以減輕生物體內(nèi)毒素的氧化還原酶，蔗糖酶能夠催化蔗糖水解為葡萄糖和果糖，進(jìn)而提高土壤生物學(xué)活性，增加土壤營養(yǎng)[27]。很多研究表明，植物不同品種根際土壤的酶活性存在差異，楊統(tǒng)一等[11]對不同抗病桑樹(MorusalbaL.)品種根際土壤特征研究發(fā)現(xiàn)，高抗桑樹品種根際土壤中的硝酸還原酶活性顯著高于易感品種，中抗桑樹品種根際土壤中的亞硝酸還原酶活力顯著高于高抗和易感品種；不同茶花品種根際土壤脲酶、酸性磷酸酶及氧化氫酶酶活性均有顯著差異[25]。與前人的研究相似，本研究顯示，4個品種光敏型高丹草根際土壤中蔗糖酶活性PK>HN>GDC>DK，說明PK、HN土壤中催化蔗糖水解的能力更強(qiáng)，而HN、PK根際土壤堿性磷酸酶活性也要高于DK及GDC，PK的根際土壤脲酶活性均顯著高于其他3個品種(P<0.05)，造成這種差異的原因可能是不同品種不同的根系分泌物對于根區(qū)養(yǎng)分的活化與利用的差異造成的。

3.3 不同品種光敏型高丹草對土壤細(xì)菌群落多樣性變化的影響

細(xì)菌是構(gòu)成土壤微生物最重要的組成部分，微生物群落變化可導(dǎo)致土壤代謝能力和土壤質(zhì)量發(fā)生變化，微生物多樣性的變化是土壤健康的重要決定因素，它們通過影響代謝酶在土壤中的沉積進(jìn)而影響土壤的質(zhì)量和功能[28]，同時，土壤微生物多樣性在可持續(xù)農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著重要作用，因為微生物可以影響土壤養(yǎng)分循環(huán)，分解不溶性有機(jī)物，將其轉(zhuǎn)化為可吸收利用的形態(tài)，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。已有研究表明，不同山核桃(Caryaillinoensis)品種根部土壤不同微生物表達(dá)豐度會有差異[29]，與之相似，不同品種高丹草根際土壤細(xì)菌門水平，在高豐度的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似，而在低豐度根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)上存在差異，這也說明，不同品種光敏型高丹草根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)存在一定的品種特異性；油菜(BrassicacampestrisL.)根部土壤變形菌(Proteobacteria)占比最高[30]，本研究結(jié)果顯示，變形菌(Proteobacteria)在細(xì)菌結(jié)構(gòu)組成中也屬于豐度最高的細(xì)菌，而PK根際土壤中優(yōu)勢菌群的低豐度表達(dá)也印證了其成為土壤細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的因素?？梢姡琍K根際土壤比起其他3個品種，優(yōu)化了根際土壤環(huán)境。PK根際土壤中酸桿菌門(Acidobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)及一些未分類培養(yǎng)的細(xì)菌門類，其表達(dá)豐度都要顯著高于其他品種(P<0.05)。造成這種差異可能是因為，PK根系分泌物更有利于酸桿菌、放線菌等的生長，而先前的研究[31]表明，酸桿菌(Acidobacteria)在植物殘體的降解和碳循環(huán)過程發(fā)揮著重要作用，放線菌(Actinobacteria)具有磷酸鹽溶解能力、鐵代謝能力，并通過分泌可降解、難降解有機(jī)化合物的次級代謝產(chǎn)物影響其他生物體[32]，因此這種差異更有利于PK營養(yǎng)元素的代謝吸收。

植物品種影響著植物根際土壤的微生物組成，據(jù)報道，不同茶樹品種影響著根系分泌物及凋落物[22]，而凋落物的營養(yǎng)元素可促進(jìn)土壤微生物群落豐富度的提高，促進(jìn)微生境復(fù)雜化，影響著不同品種根際土壤的微生物多樣性。不同山核桃品種根際細(xì)菌群落因為山核桃品種的差異而顯示出不同[29]，烤煙(NicotianatabacumL.)根際土壤細(xì)菌、放線菌和微生物總量與品種抗性均呈正相關(guān)，而真菌數(shù)量與品種抗性呈負(fù)相關(guān)[33]。與之相似，本研究結(jié)果表明，PK的Shannon指數(shù)和Chao及Sobs多樣性指數(shù)都顯著高于其他高丹草品種，說明該品種高丹草根際土壤細(xì)菌各類群分布均勻，優(yōu)勢種地位不突出；PK根際土壤中土壤細(xì)菌群落的數(shù)量及多樣性較高，可能是由于不同品種根系分泌物的不同影響了土壤細(xì)菌群落[10]。

3.4 細(xì)菌群落多樣性與土壤化學(xué)因子的關(guān)系

很多研究已經(jīng)證實，土壤物理化學(xué)性質(zhì)對微生物特性有影響，土壤養(yǎng)分在塑造土壤微生物群落中具有很重要的作用[34]，同時，土壤微生物結(jié)構(gòu)也會影響土壤理化性質(zhì)[35]。微生物群落組成及微生物量可以通過土壤的理化性質(zhì)，如土壤的酸堿度和有機(jī)質(zhì)來調(diào)節(jié)，并且與土壤健康相關(guān)[6,36]。土壤有機(jī)質(zhì)是顯示土壤肥力及質(zhì)量的重要參數(shù)，也有研究[37]顯示土壤有機(jī)質(zhì)是提高土壤質(zhì)量和抗病性的關(guān)鍵因素，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量與微生物多樣性和較高的作物產(chǎn)量也有關(guān)系[6]，也有研究[25]表明，不同茶花品種土壤有機(jī)質(zhì)與土壤細(xì)菌、放線菌呈顯著正相關(guān)；與他們的研究結(jié)果相似，本研究中不同品種根際土壤TN、OM與土壤細(xì)菌群落多樣性具有較強(qiáng)相關(guān)性。原因可能是土壤細(xì)菌在自身合成代謝過程中，需同化利用一定量的氮素，因而，土壤氮含量增加會提高微生物數(shù)量；有機(jī)質(zhì)含量反映出土壤肥力及土壤質(zhì)量，肥沃的土壤有利于土壤微生物的生長。

4 結(jié)論

4種光敏型高丹草品種對土壤理化性質(zhì)、酶活性及根際土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)多樣性產(chǎn)生顯著影響；Illumina Miseq測序顯示4種光敏型高丹草品種根際土壤細(xì)菌門水平優(yōu)勢類群為變形菌(Proteobacteria)，擬桿菌(Bacteroidetes)及厚壁菌(Firmicutes)；不同光敏型高丹草品種根際土壤細(xì)菌的多樣性指數(shù)差異表明品種對土壤細(xì)菌群落多樣性的影響程度有所不同，PK根際土壤在土壤酶活性及細(xì)菌群落多樣性指數(shù)上表現(xiàn)突出；不同高丹草品種營養(yǎng)元素吸收利用效率、酶活性及細(xì)菌群落多樣性存在差異，可見光敏型高丹草品種的差異是引種、施肥等管理需要考慮的重要因素之一，種植光敏型高丹草時應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r選擇適宜的栽培品種，可結(jié)合土壤施肥改良及優(yōu)化栽培技術(shù)等手段調(diào)節(jié)土壤微生態(tài)環(huán)境，以增強(qiáng)土壤肥力，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)。