黃土高原半干旱區(qū)輪作休耕模式對(duì)土壤真菌的影響

南麗麗,譚杰輝,郭全恩

1 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院, 蘭州 730070

2 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所, 蘭州 730070

耕地質(zhì)量下降是中國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要限制性因素[1]。在以小麥—玉米周年種植制度為主的黃土高原,長(zhǎng)期的集約化種植使耕層淺薄化、土壤緊實(shí)化、養(yǎng)分利用率較低等一系列土壤健康問(wèn)題尤為突出[2]。為了堅(jiān)守耕地紅線,保障國(guó)家糧食安全,更好地實(shí)施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略,實(shí)現(xiàn)節(jié)約地下水、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目標(biāo),國(guó)家提出在河北省地下水漏斗區(qū)、湖南省長(zhǎng)株潭重金屬污染區(qū)、貴州省和云南省石漠化區(qū)和甘肅省生態(tài)嚴(yán)重退化區(qū)作為我國(guó)的休耕試點(diǎn)區(qū)[3]。這對(duì)提高我國(guó)土壤質(zhì)量、促進(jìn)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效[4]、維護(hù)食品安全和保障生態(tài)安全均具有重要意義。

微生物量碳氮和酶活性作為土壤微生物活性的重要指標(biāo),是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和有機(jī)質(zhì)分解的關(guān)鍵因子,常被用于評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的生物學(xué)特性[5]。土壤微生物是土壤的重要組成成分,釋放土壤酶,參與有機(jī)質(zhì)降解、腐殖質(zhì)合成、養(yǎng)分循環(huán)等生物化學(xué)過(guò)程[6],被認(rèn)為是最敏感的土壤質(zhì)量生物學(xué)指標(biāo)。土壤真菌作為土壤微生物的重要組成部分,在土壤營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)、有機(jī)質(zhì)的形成和分解、土壤肥力的提高和保持、生態(tài)環(huán)境的改善等方面有非常重要的作用[7]。土壤真菌是生態(tài)系統(tǒng)健康的指示物,與細(xì)菌相比,真菌能更好地降解復(fù)雜化合物[8]。研究表明,種植方式[9- 10]、耕作措施[11- 12]、輪作[13]、秸稈還田[14]、綠肥還田[15]、施肥種類[16- 17]等會(huì)影響土壤真菌群落多樣性。因休耕、殘膜覆蓋、伏天深耕、施有機(jī)肥、秸稈還田和綠肥還田能夠改善土壤水、肥、氣、熱等條件,其有機(jī)物輸入的類型有差別,引起土壤微生物群落和功能的變化。為此,本研究選擇黃土高原半干旱休耕試點(diǎn)區(qū),利用常規(guī)分析和高通量測(cè)序技術(shù)研究了不同輪作休耕模式對(duì)土壤生物特性和真菌群落的影響,并結(jié)合FUNGuild工具預(yù)測(cè)真菌功能營(yíng)養(yǎng)型,探索不同輪作休耕模式影響黃土高原半干旱區(qū)土壤肥力的生物學(xué)機(jī)制,為保持地力、可持續(xù)利用土地資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于甘肅省永靖縣新寺鄉(xiāng)大灣峴村(36°00′ N,103°12′ E),地處隴西黃土高原丘陵溝壑區(qū),境內(nèi)山大溝深,土質(zhì)疏松,水土流失嚴(yán)重,屬溫帶半干旱偏旱氣候類型,海拔1957 m,年均溫8.7 ℃,>10 ℃積溫2750 ℃,年均降雨量260 mm,且年際、季節(jié)性分布不均,降雨主要集中在7—9月,蒸發(fā)量高達(dá)1500 mm。土壤類型為黑壚土,0—20 cm土層的pH值為8.24,全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量分別為1.09、0.15、8.25、3.45 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2017年5月設(shè)置9種輪作休耕模式(表1),小區(qū)面積56 m2(7 m×8 m),區(qū)間距80 cm,完全隨機(jī)設(shè)計(jì),3次重復(fù)。豆科綠肥作物豌豆(Pisumsativum)、毛苕子(Iiciavillosa)、箭筈豌豆(Viciasativa)播量分別為90、45、70 kg/hm2,播深3 cm,行距30 cm。第3年(2019年9月21日)用土鉆在各小區(qū)按“S”形路線5點(diǎn)取樣法采取0—20 cm土層土樣,每小區(qū)3次重復(fù)。土樣混勻后分為兩份裝入已滅菌袋中用冰盒迅速帶回,一份在4℃冰箱中保存用于土壤生物學(xué)指標(biāo)測(cè)定,另一份在- 80℃冰箱中保存用于土壤微生物總DNA提取。

表1 不同輪作休耕模式Table 1 Different fallow rotation modes

1.3 土壤生物學(xué)性質(zhì)測(cè)定

土壤微生物量碳(soil microbial biomass carbon,SMBC)[18]、氮(soil microbial biomass nitrogen,SMBN)[19]采用氯仿熏蒸法測(cè)定,SMBC=EC/KEC,EC=熏蒸土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)-未熏蒸土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù),KEC：轉(zhuǎn)換系數(shù),取值 0.38；SMBN=EN/KEN,EN=熏蒸土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)-未熏蒸土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù),KEN：轉(zhuǎn)換系數(shù),取值 0.45。

土壤脲酶(Urease activity,UA)采用靛酚藍(lán)比色法[20],以24 h后1 g土壤中NH3-N質(zhì)量(mg)表示；堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase activity,APA)采用磷酸苯二鈉(用硼酸緩沖液)比色法[20],以24 h后1 g土壤中釋放出的酚質(zhì)量(mg)表示；脫氫酶(Dehydrogenase,DA)采用三苯基四氮唑氯化物(TTC)比色法測(cè)定,以24 h后1g土壤生成TTC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示(mg/g)[20]；過(guò)氧化氫酶(Catalase activity,CA)采用紫外分光光度法[20],以20 min內(nèi)1 g土壤中分解過(guò)氧化氫的質(zhì)量(mg)表示；有機(jī)質(zhì)(Organic matter,OM)采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測(cè)定[21],pH值采用土水比1∶5懸液用pHS- 4智能酸度計(jì)測(cè)定[21]。

1.4 土壤DNA提取與真菌ITS基因擴(kuò)增

土壤真菌DNA基因組采用十六烷基三甲基溴化銨(cetyltrimethyammonium ammonium bromide)法提取。利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)抽提基因組DNA的純度和完整性,用超微量紫外分光光度計(jì)ND- 2000(Nanodrop Technologies,美國(guó))測(cè)定所提 DNA的濃度與純度。選擇ITS1可變區(qū),以稀釋的基因組DNA為模板,使用ITS5- 1737F和ITS2- 2043R引物和高效高保真酶進(jìn)行PCR,確保擴(kuò)增效率和準(zhǔn)確性。PCR產(chǎn)物經(jīng)2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),對(duì)目的條帶使用qiagen公司提供的膠回收試劑盒回收產(chǎn)物。使用TruSeq? DNA PCR-Free Sample Preparation Kit建庫(kù)試劑盒進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建,構(gòu)建好的文庫(kù)經(jīng)過(guò)Qubit和Q-PCR定量,文庫(kù)合格后,使用NovaSeq6000進(jìn)行上機(jī)測(cè)序(北京諾禾致源生物信息科技有限公司),每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò) QIIME(v1.8.0)軟件過(guò)濾、拼接、去除嵌合體后[22- 23],聚類為用于物種分類的 OTU(Operational Taxonomic Units),并將所有樣品進(jìn)行抽平。采用 RDP classifier貝葉斯算法對(duì)97%相似水平的OTU代表序列進(jìn)行分類學(xué)分析[24],置信度閾值為0.7,選用 Silva數(shù)據(jù)庫(kù)[25],得到分類學(xué)信息。利用 Mothur 軟件(Version 1.31.2)進(jìn)行α多樣性分析[26]。使用 Python 3.7 進(jìn)行真菌功能類群 FUNGuild 數(shù)據(jù)庫(kù)[27]比對(duì)。不同處理方差分析(ANOVA)、多重比較(Duncan′s test)及相關(guān)分析用SPSS 20.0軟件完成。采用CANOCO 4.0軟件對(duì)豐度前十的真菌門(mén)優(yōu)勢(shì)群落與土壤環(huán)境指標(biāo)間的相互關(guān)系進(jìn)行冗余分析,并采用Monte Carlo置換檢驗(yàn)計(jì)算因子的重要性,其中置換次數(shù)設(shè)為999次,顯著性水平為P<0.05[28]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤性質(zhì)

由表2可知,除CA外,不同輪作休耕模式對(duì)SMBC、SMBN、UA、APA、DA、OM及pH值均有顯著影響(P<0.05)。其中SMBC含量T1、T3、T5、T7處理顯著小于CK,其他處理均顯著大于CK；SMBN含量T3、T6、T7處理顯著低于CK,其余處理均顯著高于CK；UA 活性T4處理顯著小于CK,T6處理顯著大于CK,其余處理與CK差異不顯著；APA活性T1、T3處理與CK差異不顯著,其余處理均顯著高于CK；DA活性T2、T4、T8處理顯著高于CK,其余處理與CK差異不顯著；OM含量各處理均顯著大于CK,且以T6處理最大,為14.35 g/kg；pH值T1、T6、T7處理與CK差異不顯著,其余處理均顯著低于CK。

表2 不同輪作休耕模式下土壤生物學(xué)性質(zhì)Table 2 Soil biological properties under different fallow rotation modes

2.2 土壤真菌多樣性

由表3可知,各處理文庫(kù)的覆蓋度均在99%以上,并結(jié)合樣品稀釋曲線均趨于平緩,說(shuō)明本研究測(cè)序數(shù)據(jù)合理,能夠準(zhǔn)確反映出土壤真菌群落的真實(shí)信息(圖1)。方差分析結(jié)果表明,T2、T3、T4、T7處理的OTUs數(shù)與CK差異不顯著,其余處理均顯著小于CK(P<0.05)；Chao1和ACE指數(shù)T7處理顯著高于CK(P<0.05),T5、T6、T8處理顯著小于CK(P<0.05),其余處理與CK差異不顯著；Simpson和Shannon-wiener指數(shù)T5、T6、T8處理顯著小于CK(P<0.05),其余處理與CK差異不顯著。如所有樣品中共有OTUs數(shù)目為458個(gè),并以豐富種為主,其中處理CK、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8中所特有的OTUs數(shù)目分別為149、155、155、169、110、70、93、118和64個(gè)(圖1)。

圖1 不同輪作休耕模式下土壤真菌DNA稀釋曲線和花瓣圖Fig.1 Soil fungi DNA rarefaction curves and flower diagrams under different fallow rotation modesCK, 連續(xù)休耕3年; T1, 殘膜覆蓋,即前茬地膜玉米收獲后,除去秸稈,未去除殘膜,連續(xù)休耕3年; T2, 伏天深耕,即每年三伏天深耕1次,連續(xù)休耕3年; T3, 第一年施牛羊糞(7500 kg/hm2)、深翻耕(30 cm)后連續(xù)休耕3年; T4, 第一年施牛羊糞(7500 kg/hm2)、深翻耕(30 cm)后連續(xù)3年種植豌豆并在盛花期翻壓還田; T5, 第一年施牛羊糞(7500 kg/hm2)、深翻耕(30 cm)后連續(xù)3年種植豌豆(每kg種子拌根瘤菌粉8.5 g)并在盛花期翻壓還田; T6, 第一年將上茬玉米秸稈粉碎還田(還田量7500 kg/hm2)、施牛羊糞(7500 kg/hm2)、深翻耕(30 cm)后連續(xù)休耕3年; T7, 第一年將上茬玉米秸稈粉碎還田(還田量7500 kg/hm2)、施牛羊糞(7500 kg/hm2)、深翻耕(30 cm)后連續(xù)3年種植毛苕子并在盛花期翻壓還田; T8, 第一年將上茬玉米秸稈粉碎還田(還田量7500 kg/hm2)、施牛羊糞(7500 kg/hm2)、深翻耕(30 cm)后連續(xù)3年種植箭筈豌豆并在盛花期翻壓還田

表3 不同輪作休耕模式下土壤真菌序列數(shù)、豐富度與多樣性指數(shù)Table 3 Soil fungi sequence numbers statistics, richness and diversity index under different fallow rotation modes

2.3 土壤真菌群落分布2.3.1 門(mén)水平上的群落組成

圖2顯示,各處理真菌群落相對(duì)豐度前10的真菌門(mén)分別為：子囊菌門(mén)(Ascomycota)(8.15%—69.38%)、擔(dān)子菌門(mén)(Basidiomycota)(2.56%—15.63%)、被孢霉門(mén)(Mortierellomycota)(2.01%—7.76%)、壺菌門(mén)(Chytridiomycota)(0.18%—2.35%)、毛霉門(mén)(Mucoromycota)(0.09%—1.21%)、球囊菌門(mén)(Glomeromycota)(0.06%—0.36%)、隱真菌門(mén)(Rozellomycota)(0.01%—0.06%)、隱孢子菌(Aphelidiomycota)(0.00%—0.04%)、捕蟲(chóng)霉門(mén)(Zoopagomycota)(0.00%—0.02%)、梳霉門(mén)(Kickxellomycota)(0.00%—0.01%),共占真菌總數(shù)的15.77%—76.67%。其中子囊菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)和被孢霉門(mén)占真菌總數(shù)的15.21%—75.73%,說(shuō)明這3個(gè)門(mén)的真菌為優(yōu)勢(shì)菌群。除隱真菌門(mén)、隱孢子菌、捕蟲(chóng)霉門(mén)、梳霉門(mén)外,不同處理真菌在門(mén)分類水平上,相對(duì)豐度有一定的差異。其中子囊菌門(mén)T2、T6處理顯著高于CK(P<0.05)且以T6處理最大,T5、T8處理顯著低于CK(P<0.05),其他處理與CK 無(wú)明顯差異；擔(dān)子菌門(mén)T1處理顯著大于CK(P<0.05),其他處理與CK差異不顯著；被孢霉門(mén)T1、T3、T4、T7處理與CK差異不顯著,其他處理均顯著低于CK(P<0.05)；壺菌門(mén)和球囊菌門(mén)T4處理顯著高于CK(P<0.05),其他處理與CK差異不顯著；毛霉門(mén)T2、T3、T4處理與CK差異不顯著,其他處理均顯著低于CK(P<0.05)。

2.3.2綱水平上的群落組成

圖2所示,各處理真菌群落相對(duì)豐度前10的真菌綱分別為： 座囊菌綱(Dothideomycetes)(1.27%—60.69%)、糞殼菌綱(Sordariomycetes)(4.11%—24.79%)、傘菌綱(Agaricomycetes)(1.75%—9.34%)、被孢霉綱(Mortierellomycetes)(2.00%—7.74%)、酵母菌綱(Saccharomycetes)(0.00%—2.59%)、壺菌綱(Chytridiomycetes)(0.03%—1.69%)、散囊菌綱(Eurotiomycetes)(0.26%—2.94%)、錘舌菌綱(Leotiomycetes)(0.19%—1.22%)、盤(pán)菌綱(Pezizomycetes)(0.23%—1.32%)、銀耳綱(Tremellomycetes)(0.21%—1.35%),其他類群的相對(duì)豐度占25.33%—87.92%。其中座囊菌綱、糞殼菌綱、傘菌綱和被孢霉綱占真菌總數(shù)的10.53%—72.96%,說(shuō)明這4個(gè)綱為優(yōu)勢(shì)菌綱。除錘舌菌綱外,真菌在綱分類水平上,各處理相對(duì)豐度有一定的差異。其中傘菌綱、壺菌綱、座囊菌綱分別T1、T4、T6處理顯著高于CK(P<0.05),其他處理與CK差異均不顯著；糞殼菌綱T5、T6、T8處理顯著低于CK(P<0.05),其他處理與CK差異不顯著；被孢霉綱T2、T5、T6、T8處理顯著低于CK(P<0.05),其他處理與CK差異不顯著；散囊菌綱T2處理顯著大于CK(P<0.05),T1、T5、T6、T7、T8處理顯著小于CK(P<0.05),其他處理與CK差異不顯著；盤(pán)菌綱各處理與CK差異均不顯著,但T3、T7處理顯著大于T6、T8處理(P<0.05)；銀耳綱T5、T6、T8處理顯著小于CK(P<0.05),其他處理與CK差異不顯著。

圖2 不同輪作休耕模式下土壤真菌群落門(mén)分類水平下的相對(duì)豐度/綱分類水平下的相對(duì)豐度Fig.2 Relative abundance of soil fungi community at phylum and class levels under different fallow rotation modes

2.3.3不同物種組成

由表4 可知,20 種優(yōu)勢(shì)種絕大部分屬于子囊菌門(mén)。不同輪作休耕模式在土壤真菌種水平下有差異：CK和T3處理以Mortierella_alpina和Gibberella_intricans為主,其相對(duì)豐度分別為3.6%和4.9%,5.3%和4.3%；T1處理以Plectosphaerella_cucumerina、Mortierella_alpina和Fusarium_oxysporum為主,其相對(duì)豐度分別為6.6%、5.3%和4.7%；T2處理以Gibberella_intricans、Gibberella_baccata和Aspergillus_niger為主要物種,相對(duì)豐度分別為3.2%、3.2%、2.7%；T4、T5處理以Mortierella_alpina為主,相對(duì)豐度分別為5.3%、1.3%；T6處理以Polythrincium_trifolii為主,相對(duì)豐度為59.3%；T7處理以Mortierella_alpina和Gibberella_intricans為主,相對(duì)豐度分別為4.0%、5.7%；T8處理以Gibberella_intricans為主,相對(duì)豐度為3.2%。

表4 不同輪作休耕模式下土壤真菌20種優(yōu)勢(shì)種的相對(duì)豐度/%Table 4 The abundance of top 20 species of soil fungi (%) under different fallow rotation modes

2.4 土壤真菌功能類群

采用FUNGuild預(yù)測(cè)不同處理土壤真菌群落的營(yíng)養(yǎng)型,由圖3可知,本研究以病理營(yíng)養(yǎng)型(Pathotroph)、腐生營(yíng)養(yǎng)型(Saprotroph)、共生營(yíng)養(yǎng)型(Symbiotroph)及其他無(wú)法鑒定營(yíng)養(yǎng)型的種群為主。其中T6處理以腐生營(yíng)養(yǎng)型為主,相對(duì)豐度為62.9%,說(shuō)明秸稈還田后深耕有利于腐生營(yíng)養(yǎng)型真菌的生長(zhǎng)；其余處理均以病理營(yíng)養(yǎng)型和腐生營(yíng)養(yǎng)型為主,除T4和T5處理外,CK、T1、T2、T3、T7、T8處理病理營(yíng)養(yǎng)型的相對(duì)豐度均大于腐生營(yíng)養(yǎng)型。

圖3 不同輪作休耕模式土壤真菌功能分類與相對(duì)豐度Fig.3 Functional groups and relative abundance from soils with different fallow rotation modes

對(duì)土壤化學(xué)、生物指標(biāo)與真菌功能類群進(jìn)行相關(guān)分析表明,病理營(yíng)養(yǎng)型與APA、CA、OM呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)分別為-0.470、-0.445、-0.405。腐生營(yíng)養(yǎng)型與CA、OM呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.839、0.598；與UA呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.405。病理營(yíng)養(yǎng)型與共生營(yíng)養(yǎng)型顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.388。

2.5 相關(guān)分析與冗余分析

土壤生物學(xué)指標(biāo)相關(guān)分析表明,SMBC與SMBN、DA呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.543、0.869；與APA呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.408；與pH呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為-0.452。SMBN與DA呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.490。APA與DA、CA呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)均為0.428。DA與pH呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為-0.475。CA與OM呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.702。

對(duì)土壤門(mén)真菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子進(jìn)行RDA 分析(圖4),真菌群落在兩個(gè)排序軸上的解釋率分別是71.56%、4.67%。置換檢驗(yàn)的結(jié)果顯示(表5),SMBC、SMBN、pH、OM均為主導(dǎo)真菌群落變化的主要因子。

表5 土壤真菌群落結(jié)構(gòu)影響因子的Monte Carlo 置換檢驗(yàn)Table 5 Monte Carlo permutation test of influencing factors of soil fungal community structure

圖4 真菌群落與土壤環(huán)境因子冗余分析Fig.4 The redundancy analysis (RDA) of soil biological properties and fungi phyla level

3 討論

3.1 不同輪作休耕模式對(duì)土壤真菌群落組成的影響

土壤真菌優(yōu)勢(shì)類群受作物類型、栽培模式、耕作措施、施肥種類等因素的影響[11]。本研究表明,不同處理下土壤真菌主要門(mén)類為子囊菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)、被孢霉門(mén),主要綱類為座囊菌綱、糞殼菌綱、傘菌綱、被孢霉綱,其中子囊菌的相對(duì)豐度可以占到8.15%—69.38%,T6處理以座囊菌綱為主,其余處理以糞殼菌綱為主,說(shuō)明子囊菌為不同處理土壤真菌的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)。這與黃土高原梯田不同種植類型[10]、黔北不同種植模式[29]、黃土高原不同保護(hù)耕作措施[30]對(duì)土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的研究結(jié)論相似。子囊菌門(mén)是土壤腐生真菌,易受到植物種類和秸稈殘茬的強(qiáng)烈影響,其功能是分解木質(zhì)化植被碎屑[31]。本研究中,子囊菌門(mén)T2、T6處理顯著高于CK(P<0.05),因T2、T6處理每年進(jìn)行深耕,擾動(dòng)土壤,為子囊菌門(mén)真菌提供了適宜的土壤環(huán)境,使其更好地利用可降解的植被殘茬,促進(jìn)菌群的快速增長(zhǎng)與繁殖[32]；T5、T8處理顯著低于CK(P<0.05),這可能與種植作物類型有關(guān),其根系分泌物影響了土壤真菌群落的組成。

不同處理間土壤真菌門(mén)、綱、種的相對(duì)豐度不同,本研究中SMBC、SMBN、pH、OM是主導(dǎo)土壤真菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化的主要因子,這與代紅翠等[33]報(bào)道不同耕作和秸稈還田下褐土真菌群落的主要影響因子為土壤有機(jī)碳相一致。土壤有機(jī)質(zhì)是微生物的碳源和氮源,休耕、深耕、秸稈還田、綠肥還田和有機(jī)肥施用影響了作物殘茬的分解過(guò)程,促進(jìn)了土壤有機(jī)碳的累積,引起土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生改變[34]；pH是影響真菌群落結(jié)構(gòu)的主要理化性質(zhì),這與我國(guó)毛竹林[35]土壤中研究結(jié)果相同。此外,大多數(shù)真菌為植物病原菌,引起多種真菌病害。例如,子囊菌引起根腐、莖腐、果(穗)腐和枝枯等；座囊菌是我國(guó)主要的果樹(shù)病菌,引起香蕉葉斑病,梨葉斑病,葡萄黑痘病等[36]。

3.2 不同輪作休耕模式對(duì)土壤真菌Alpha多樣性的影響

在表征Alpha多樣性時(shí),常用 Chao1和Ace指數(shù)來(lái)估算微生物物種總數(shù)[37],Shannon和Simpson指數(shù)通常用于估算物種的豐富度和均勻度[38]。本研究表明,Chao1和ACE指數(shù)T7處理顯著高于CK,說(shuō)明T7處理會(huì)使真菌豐富度和多樣性上升,土壤活力增強(qiáng),肥力更高,營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)代謝更為高效,而T5、T6、T8處理的Simpson和Shannon-wiener指數(shù)均顯著小于CK,這可能受施肥種類、秸稈還田、種植作物類型的綜合影響[39]。

3.3 真菌功能分類對(duì)不同輪作休耕模式的響應(yīng)

根據(jù)營(yíng)養(yǎng)方式可將真菌分為病理營(yíng)養(yǎng)型、腐生營(yíng)養(yǎng)型和共生營(yíng)養(yǎng)型3種類型。病理營(yíng)養(yǎng)型真菌從宿主細(xì)胞獲取營(yíng)養(yǎng)來(lái)源,土壤中的病理營(yíng)養(yǎng)型真菌對(duì)植物生長(zhǎng)具有一定負(fù)面影響[40- 41]。本研究中,病理營(yíng)養(yǎng)型真菌相對(duì)豐度為2.3%—14.5%,T2處理顯著高于CK,其余處理均顯著低于CK,說(shuō)明施肥、秸稈還田、綠肥還田結(jié)合深耕均降低了土壤中病理營(yíng)養(yǎng)型真菌生長(zhǎng)。本研究結(jié)果顯示腐生營(yíng)養(yǎng)型真菌豐度與土壤OM呈極顯著正相關(guān),這與李秀璋[42]研究結(jié)論一致,腐生真菌汲取生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)及氨基酸類物質(zhì),但與代紅翠等[33]研究結(jié)論不一致,這可能是因?yàn)镕UNGuild功能比對(duì)是基于已有文獻(xiàn)和數(shù)據(jù),僅在一定程度上解析了真菌的功能[40]。本研究中31.1%—93.0%的土壤真菌功能未被解析出來(lái),復(fù)雜的土壤真菌群落功能仍有待深入研究。

4 結(jié)論

9種輪作休耕模式對(duì)黃土高原半干旱區(qū)土壤生物學(xué)性質(zhì)、真菌豐度、多樣性以及菌群組成均具有顯著影響。與休耕、殘膜覆蓋、伏天深耕相比,施肥、秸稈還田、綠肥還田結(jié)合深耕均降低了土壤中病理營(yíng)養(yǎng)型真菌的相對(duì)豐度,降低作物生長(zhǎng)存在潛在的負(fù)面影響,有利于保持農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)健康。土壤微生物量碳、微生物量氮、pH和有機(jī)質(zhì)含量是影響黃土高原半干旱區(qū)不同輪作休耕模式土壤真菌群落結(jié)構(gòu)變化的重要因素。