生物降解高分子緩控釋材料與土壤微生物的互作關(guān)系

范海瑞，劉亞青

(中北大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030051)

0 引 言

含營(yíng)養(yǎng)元素的化肥材料在我國(guó)糧食增產(chǎn)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用[1-2]. 傳統(tǒng)肥料主要以尿素、 過(guò)磷酸鈣、 磷酸二銨以及復(fù)合肥為主，水溶性較高，營(yíng)養(yǎng)元素單一[3]，在實(shí)際應(yīng)用中，大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和未被吸收的組分會(huì)隨著澆灌流入生態(tài)系統(tǒng)的水體循環(huán)中[4]，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染. 為了解決傳統(tǒng)化肥的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)不合理、 復(fù)合性不高、 部分物質(zhì)難分解等問題，研究者們開發(fā)了一系列的生物降解高分子緩控釋材料，將它們用作肥料施入土壤，既可以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的緩慢釋放，滿足植物生長(zhǎng)周期所需的養(yǎng)分，又可以實(shí)現(xiàn)完全生物降解，不對(duì)環(huán)境造成污染[5]. 保水劑(SAP)有提高土壤保水能力和水分利用率、 改善土壤結(jié)構(gòu)等作用[6-7]. 因此，研究者們將其與緩控釋肥料結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)水肥一體化，從而在不污染環(huán)境的前提下，達(dá)到改善土壤理化性質(zhì)，增加作物產(chǎn)量的目的[8].

根據(jù)美國(guó)ASTM定義，生物降解高分子材料是指在一定條件下，一定時(shí)間內(nèi)能被微生物(細(xì)菌、 真菌、 霉菌、 藻類等)或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下降解的高分子材料[9]. 由此可知，微生物對(duì)于生物降解高分子材料的降解起到了非常重要的作用. 土壤微生物在有機(jī)質(zhì)分解、 礦質(zhì)養(yǎng)分釋放和養(yǎng)分循環(huán)中起著核心作用. 近年來(lái)，土壤微生物多樣性的研究得到了廣泛的關(guān)注，研究降解微生物的群落結(jié)構(gòu)、 材料和降解微生物對(duì)土壤微生物的影響對(duì)于基于生物降解高分子材料的緩控釋化肥的研究與開發(fā)具有參考意義. 大多數(shù)學(xué)者研究了生物降解高分子緩釋肥料對(duì)植株和土壤理化性質(zhì)的影響[10]，其降解微生物和對(duì)土壤微生物的影響也同等重要. 因此，本文選擇了實(shí)驗(yàn)室(山西省高分子復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心)自主研發(fā)的3種不同生物降解高分子材料(含NPK的生物降解高分子緩釋材料(PSRF)、 保水劑聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)(SAP)、 PSRF和SAP通過(guò)氫鍵相互作用形成的具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的保水生物降解高分子緩控釋材料(SI-PSRF/SAP))進(jìn)行了實(shí)驗(yàn). 由于課題組之前研究了這3種材料對(duì)土壤理化性質(zhì)和植株的影響，綜合分析最優(yōu)材料是SI-PSRF/SAP[11]，為了分析其對(duì)土壤生物肥力的影響，本文主要分析降解微生物的群落結(jié)構(gòu). 由于這3種材料都作為肥料施入了土壤中，因此，為了更好地研究它們對(duì)土壤肥力的影響，選取降解周期短且為SI-PSRF/SAP基礎(chǔ)組分之一的PSRF為代表進(jìn)行土壤降解實(shí)驗(yàn)，以研究PSRF和降解PSRF的微生物對(duì)土壤肥力的影響.

1 材料與方法

1.1 供試土壤

土壤樣品采自山西省太原市尖草坪區(qū)上蘭村農(nóng)田耕地表層0 cm～20 cm的土壤，類型為褐土，基本理化性質(zhì)為砂粒38%, 粉粒50%, 粘粒12%，pH=7.87，有機(jī)質(zhì)含量為18.01 g/kg，所采土壤自然風(fēng)干后，過(guò)2 mm篩備用.

1.2 材料的制備

生物降解高分子緩控釋材料由山西省高分子復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心提供. 含NPK的生物降解高分子緩釋材料(PSRF)由尿素、 甲醛、 磷酸二氫鉀等合成； 保水劑聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)(SAP)由丙烯酸和丙烯酰胺等合成； PSRF和SAP通過(guò)氫鍵相互作用形成的具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的保水生物降解高分子緩控釋材料(SI-PSRF/SAP)由尿素、 甲醛、 丙烯酸、 丙烯酰胺等合成[12]，圖1 為PSRF和SAP的分子結(jié)構(gòu)式以及SI-PSRF/SAP的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖.

(a) PSRF

(b) SAP

(c) SI-PSRF/SAP

1.3 培養(yǎng)基的制備

實(shí)驗(yàn)前，制備了礦物鹽培養(yǎng)基和牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基. 礦物鹽培養(yǎng)基的制備步驟具體為：將0.7 g K2HPO4，0.7 g KH2PO4·12H2O，1 g (NH4)2SO4，0.7 g MgSO4，0.005 g NaCl，0.002 g FeSO4·7H2O，0.001 g MnSO4·H2O 和 0.002 g ZnSO4·7H2O溶解于1L蒸餾水中[13]. 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的制備步驟具體為：將牛肉提取物(3 g)、 蛋白胨(10 g)和NaCl (5 g)加入1 L蒸餾水中，調(diào)整pH值為7. 所有懸浮液用無(wú)菌濾膜密封，121 ℃高壓30 min，室溫冷卻，4 ℃冰箱保存至使用. 以上原料均從天津大茂化學(xué)試劑廠購(gòu)得，且均為分析純.

1.4 土壤中降解微生物的收集和富集

三種材料(顆粒狀、 5 g)分別裝入300目尼龍網(wǎng)袋中，再分別放入裝有500 g土的容器正中間，使土壤含水率達(dá)到40%，室溫培養(yǎng)一個(gè)月，則能夠降解材料的微生物會(huì)附著于材料表面. 1個(gè)月后將材料取出，在20 mL無(wú)菌水中以16 kHz(超聲頻率不宜過(guò)高，否則會(huì)對(duì)微生物造成傷害)超聲處理10 min，材料表面的微生物進(jìn)入超聲液中，將其作為接種液用于下一步實(shí)驗(yàn)[14].

通過(guò)將材料作為唯一碳源來(lái)分離出能夠降解材料的微生物. 將1 mL接種液加入到含有材料(10 g/L)的100 mL滅菌礦物鹽培養(yǎng)基中，并且將混合物置于30 ℃下、 以200 r·min-1轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)振蕩器上、 黑暗中溫育7 d. 之后以上一次的培養(yǎng)液作為接種液(1mL)在補(bǔ)充有新的相同材料濃度(10 g/L)的相同礦物鹽培養(yǎng)基中進(jìn)行富集培養(yǎng). 這一步驟重復(fù)至少5次，以消除任何來(lái)自土壤樣品的有機(jī)物雜質(zhì)的影響. 分離出來(lái)的降解微生物用于之后的鑒定[15].

1.5 降解實(shí)驗(yàn)

為了研究PSRF以及PSRF的降解微生物對(duì)土壤微生物的影響，在土壤中進(jìn)行了降解實(shí)驗(yàn). 將最后一次富集的培養(yǎng)液1 mL接種到100 mL牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中，在30℃、 以 200 r·min-1轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)振蕩器上、 溫育2 d，將其作為菌懸液(BS)用于下一步的土壤降解實(shí)驗(yàn)，菌懸液濃度為2.3× 108CFU/L.

在100 mL培養(yǎng)瓶中進(jìn)行了土壤降解實(shí)驗(yàn). 每個(gè)瓶中加入100 g土，使土壤含水率保持到40%. 進(jìn)行3組處理，每組處理重復(fù)18次. 3組處理分別是：加入1 mL菌懸液(BS)、 1 g材料(PSRF)和空白對(duì)照(CK)，為了保持每組處理的一致性，加入PSRF的處理和CK都加入了1 mL新的不含降解微生物的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基. 在25 ℃下培養(yǎng)，在第10天, 25天, 40天, 70天, 85天, 100天取樣，進(jìn)行測(cè)試分析.

1.6 結(jié)構(gòu)表征

用掃描電子顯微鏡(SEM, Hitachi SU8010)表征材料表面形貌的變化； 用紅外光譜儀(FTIR, Nicolet IS50)表征材料表面的官能團(tuán)，掃描波數(shù)范圍為650 cm-1～4 000 cm-1.

1.7 測(cè)定方法

1.7.1 失重率

失重率(%)=(M0-Mi)/M0×100%，

(1)

式中：M0和Mi分別為材料降解前后的質(zhì)量；i為降解第15天, 25天, 40天, 70天, 85天, 100天.

1.7.2 微生物生物量碳測(cè)定

采用氯仿熏蒸萃取法[16]提取土壤微生物量碳. 將5 g干土壤樣品置于50 mL離心管中，先加去離子水1 mL～3 mL至土壤表面出現(xiàn)薄薄的水層，然后在25 ℃下用氯仿(無(wú)乙醇)熏蒸24 h. 除去熏蒸劑后，用20 mL 0.5 mol/L的K2SO4溶液浸提，隨后將浸提液放置在95 ℃水浴中60 min. 并以300 r·min-1的速度置于水平培養(yǎng)箱振蕩器(KuhnerSHAKERX)上30 min并過(guò)濾. 未熏蒸的部分也以相同的方式浸提. 用總有機(jī)碳分析儀(TOC)(Elementarvario TOC，德國(guó))測(cè)定浸提液中的C含量. 采用下列公式計(jì)算得到微生物量碳

MBC=Ec/KEC,

(2)

式中：MBC為微生物量碳(mg/kg)；Ec為碳濃度值(mg/kg)，Ec=熏蒸后提取的碳含量-非熏蒸后提取的碳含量；KEC為轉(zhuǎn)換系數(shù)(0.45).

1.7.3 微生物生群落和功能分析

采用E.Z.N.A.? Soil DNA Kit提取試劑盒提取基因組DNA，采用引物338F：ACTCCTACGGGAGGCAGCAG和806R：GGACTACHVGGGTWTCTAAT對(duì)16S V3～V4區(qū)進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)(PCR). 這些樣本分別用條形碼編碼，以實(shí)現(xiàn)多重測(cè)序. PCR反應(yīng)在20μL主混合物中進(jìn)行，該混合物含有4 μL 5×FastPfu Buffer，2 μL dNTPs(2.5 mmol/L)，8 μL Forward Primer(5 μmol/L)，0.8 μL Reverse Primer(5 μmol/L)，0.4 μL FastPfu Polymerase, 0.2 μL Template DNA和10 ng模板DNA. 擴(kuò)增過(guò)程：在95 ℃下3 min變性，95 ℃下30個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)30 s； 55 ℃ 30 s； 72 ℃ 45 s； 72 ℃下10 min； 溫度降到10 ℃停止. 然后利用Illumina MiSeq平臺(tái)對(duì)這些標(biāo)記有不同條形碼的DNA進(jìn)行測(cè)序. 使用UPARSE對(duì)操作分類單元進(jìn)行聚類，相似度截?cái)嗦蕿?7%. 利用RDP分類器對(duì)這些OTUs序列的門、 科、 屬進(jìn)行了分類. 使用BLAST程序?qū)?shù)據(jù)與SILVA核糖體RNA序列數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，并且通過(guò)IQ-TREE構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生進(jìn)化樹. 采用PICRUSt方法進(jìn)行功能分析.

1.8 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2016軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，并用Origin 9.0軟件繪制圖形.

2 結(jié)果與討論

2.1 SEM分析

使用SEM對(duì)PSRF、 SAP和SI-PSRF/SAP進(jìn)行形貌分析. 如圖2 所示，干燥的PSRF表面有些粗糙，這是由于表面形成了結(jié)晶顆粒； SAP表面非常平整，而干燥的SI-PSRF/SAP表面有許多無(wú)規(guī)的褶皺和凸起，SI-PSRF/SAP形貌上的變化主要是由于SI-PSRF/SAP中的內(nèi)部交聯(lián)點(diǎn)增多引起的，SAP中穿插的PSRF分子鏈可以充當(dāng)凝膠網(wǎng)絡(luò)的物理交聯(lián)點(diǎn)，而額外的未與SAP交聯(lián)的PSRF分子鏈會(huì)吸附在SI-PSRF/SAP表面形成無(wú)規(guī)則的集聚體，加上SAP和PSRF的纏結(jié)作用就形成了褶皺[17]. 已有研究表明，材料表面越粗糙，越有利于微生物的定植[18]. 而SI-PSRF/SAP表面有許多無(wú)規(guī)的褶皺和凸起，增大了微生物與材料的接觸面積，更有利于微生物定植于材料的表面.

圖2 PSRF, SAP和SI-PSRF/SAP的SEM圖

2.2 FTIR分析

如圖3 所示，在3 329 cm-1處的強(qiáng)吸收峰是PSRF的仲酰胺伸縮振動(dòng)吸收峰； 在3 349 cm-1和3 182 cm-1附近的特征峰是SAP中-CONH2基團(tuán)的 -NH 伸縮振動(dòng)； 在1 657cm-1和1 551cm-1附近的特征峰分別是-CONH2基團(tuán)的 -C=O 和 -COO- 不對(duì)稱吸收振動(dòng)[18]. SI-PSRF/SAP明顯地包含PSRF和SAP的所有特征峰，表明SI-PSRF/SAP同時(shí)含有PSRF和SAP兩種分子. PSRF含有氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素，易于被微生物吸收利用，同時(shí)SAP是一種吸水保水材料，可以為微生物提供生長(zhǎng)所需要的水分，而SI-PSRF/SAP同時(shí)含有PSRF和SAP兩種分子，說(shuō)明SI-PSRF/SAP更有利于微生物的生長(zhǎng)繁殖.

圖3 材料的FTIR光譜圖

2.3 降解材料的微生物群落結(jié)構(gòu)分析和功能預(yù)測(cè)

表1 PSRF, SAP和SI-PSRF/SAP的群落組成

從表1 可以看出，從屬水平上，降解PSRF的微生物主要是Sphingomonas，Methylobacterium-Methylorubrum，Brevundimonas和Acinetobacter，相對(duì)豐度分別為46.49%, 20.62%, 8.51% 和7.79%. 降解SAP的微生物主要是Methylophilus，Rhodococcus，Nubsella和Nocardioides，相對(duì)豐度分別為34.13%, 10.04%, 9.92%和6.21%. 降解SI-PSRF/SAP的微生物主要是Methylophilus，Nubsella，Ensifer和Delftia，相對(duì)豐度分別為21.10%, 13.19%, 11.88% 和8.71%. 降解三種材料的微生物群落有相同部分，如Delftia，Ensifer和Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium，這是由于三種材料的分子結(jié)構(gòu)有相同的部分，可滿足這些微生物生長(zhǎng)繁殖的需求. 降解SI-PSRF/SAP微生物與降解PSRF和SAP的微生物群落組成較為相似，并且與降解SAP微生物的群落組成相似性更高. 這是因?yàn)镾I-PSRF/SAP主要是由SAP和PSRF通過(guò)氫鍵相互作用形成的，基本含有SAP和PSRF的官能團(tuán)和分子結(jié)構(gòu)，并且SI-PSRF/SAP和SAP都是網(wǎng)狀的吸水性材料，含有更多的親水官能團(tuán)，分子結(jié)構(gòu)更為相似.

Alpha多樣性是指一個(gè)特定區(qū)域或生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的多樣性，是反映豐富度和均勻度的綜合指標(biāo). chao，shannon，ace，simpson和coverage是常用的度量標(biāo)準(zhǔn)，chao，shannon，ace和coverage越高說(shuō)明Alpha多樣性越高，simpson越低說(shuō)明Alpha多樣性越高. 從表2 可以看出，微生物Alpha多樣性：SI-PSRF/SAP>SAP>PSRF. 這主要是因?yàn)樵谂囵B(yǎng)過(guò)程中，除了礦物鹽外，材料是唯一的微生物可利用能源，而PSRF的分子鏈為線性單鏈結(jié)構(gòu)，并且含有的親水官能團(tuán)只有羰基和氨基，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，雖然容易降解，利于微生物快速繁殖，但降解微生物種類較少. 而SI-PSRF/SAP和SAP為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有更多的親水官能團(tuán)，如羰基、 氨基、 羥基等，雖然不易降解，但能滿足更多種類微生物的需求，所以含有更多種類的降解微生物. 此外，SI-PSRF/SAP是半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，還含有微生物生長(zhǎng)繁殖所需的P和K元素，所以降解微生物種類最多. 由圖4 可以看出，在功能豐度上，降解SI-PSRF/SAP和SAP微生物的功能豐度是相近的，并且遠(yuǎn)大于降解PSRF微生物的功能豐度，這主要是因?yàn)槲⑸锏墓δ茇S度在一定程度上與微生物多樣性成正相關(guān)關(guān)系[19]. 由于降解SI-RSRF/SAP和SAP微生物的功能豐度相近，但降解SI-RSRF/SAP微生物的Alpha多樣性高于降解SAP微生物的Alpha多樣性，而微生物的多樣性反映了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)也反映了土壤的生態(tài)機(jī)制以及微生物對(duì)土壤脅迫的響應(yīng)，說(shuō)明降解SI-RSRF/SAP的微生物群落更穩(wěn)定，不易受外界的干擾； 土壤微生物是土壤中最為活躍的部分，不僅參與了土壤中包括養(yǎng)分的分解、 轉(zhuǎn)化和循環(huán)、 能量流動(dòng)等幾乎所有的生命過(guò)程，還可以儲(chǔ)備植物的有效養(yǎng)分，并通過(guò)生命活動(dòng)產(chǎn)物豐富土壤的有機(jī)部分，土壤微生物多樣性影響土壤的生物肥力，是土壤肥力的一部分[20]. 故SI-RSRF/SAP更有利于土壤肥力.

表2 降解微生物Alpha多樣性指數(shù)表

圖4 不同微生物群落功能差異

(a) PSRF

(b) SAP

(c) SI-PSRF/SAP

系統(tǒng)發(fā)育樹是生物信息學(xué)中描述不同生物之間相關(guān)關(guān)系的方法，如圖5 所示，通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育樹可以了解降解同一種材料的微生物之間的血緣關(guān)系，并且微生物之間親緣關(guān)系越近，功能越近，可由此推斷未知微生物的功能. 由圖5 可知：降解PSRF的主要微生物來(lái)自6個(gè)綱； 降解SAP的主要微生物來(lái)自5個(gè)綱； 降解SI-PSRF/SAP的主要微生物來(lái)自4個(gè)綱； 并且都是來(lái)自Deinococci，Actinobacteria，Alphaproteobacteria，Gammaproteobacteria，Bacilli和Bacteroidia. 說(shuō)明降解這三種材料的微生物的親緣關(guān)系都很近，雖然PSRF的微生物Alpha多樣性是最低的，但其易降解，其主要降解的微生物來(lái)自6個(gè)綱，來(lái)源比較廣.

2.4 降解實(shí)驗(yàn)中微生物生物量碳的變化

微生物生物量碳是土壤中比較活躍的碳，在一定程度上可以反映微生物數(shù)量. 由圖6 可以看出，3組處理的微生物生物量碳都有一定的增長(zhǎng)，但是增長(zhǎng)幅度不同，PSRF>BS>CK. 對(duì)于CK，由于溫度和濕度適宜，0 d～40 d微生物大量繁殖，微生物生物量碳呈上升趨勢(shì)，含量最高達(dá)到225.32 mg/kg.

(a) 生物量碳含量

(b) PSRF失重率

40 d后微生物適應(yīng)了當(dāng)前環(huán)境，其數(shù)量保持在恒定的范圍，故微生物生物量碳在190.80 mg/kg～200.70 mg/kg內(nèi)維持穩(wěn)定； 對(duì)于BS，其規(guī)律和空白對(duì)照相似，但增長(zhǎng)幅度大于CK. 因?yàn)锽S包含了降解PSRF的微生物，施入土壤后能直接增加微生物數(shù)量，從而增加微生物生物量碳含量，并且BS包含很多優(yōu)勢(shì)種群，能更好地利用土壤有機(jī)質(zhì)，加上環(huán)境適宜，微生物大量繁殖，故0 d～40 d的增長(zhǎng)幅度大于CK，含量達(dá)到318.84 mg/kg. 40 d后由于微生物的自我調(diào)節(jié)能力，適應(yīng)了當(dāng)前的環(huán)境，其數(shù)量保持在恒定的范圍，故微生物生物量碳在304.70 mg/kg～325.64 mg/kg 內(nèi)維持穩(wěn)定； 對(duì)于PSRF，在加入PSRF的0 d～75 d內(nèi)，微生物生物量碳的含量一直增加，并且增長(zhǎng)幅度大于BS和CK，含量最高可達(dá)到502.42 mg/kg. 這是因?yàn)镻SRF作為易降解的外源碳，其中包含了微生物生長(zhǎng)所需元素，加入土壤后能很好地刺激微生物生長(zhǎng)，從而增加微生物生物量碳的含量，75 d后PSRF基本不再降解，失重率一直穩(wěn)定在83.20%，由于缺少PSRF這部分能源，微生物數(shù)量呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì). 直至85 d時(shí)，微生物適應(yīng)了當(dāng)前環(huán)境，其數(shù)量保持在恒定的范圍，故微生物生物量碳在426.25 mg/kg～440.95 mg/kg內(nèi)維持穩(wěn)定.

2.5 降解實(shí)驗(yàn)中微生物群落組成和功能預(yù)測(cè)

微生物多樣性在一定的程度上可以代表土壤肥力，本文研究了100 d時(shí)降解實(shí)驗(yàn)中各處理微生物Alpha多樣性并預(yù)測(cè)了其功能. 從表3 可以看出，無(wú)論是PSRF還是BS的加入，都會(huì)降低微生物Alpha多樣性，這與微生物生物量碳的規(guī)律是不同的. PSRF的加入會(huì)降低微生物Alpha多樣性主要是因?yàn)镻SRF作為一種易降解的物質(zhì)，微生物很容易將其作為能源進(jìn)行生命活動(dòng)和自身繁殖，這樣微生物無(wú)需降解一些難降解的物質(zhì)來(lái)用于生命活動(dòng)和自身繁殖，從而導(dǎo)致微生物活性降低，而能降解PSRF的微生物和優(yōu)勢(shì)種群就會(huì)大量繁殖，劣勢(shì)和適應(yīng)能力差的種群會(huì)減少甚至消失，從而導(dǎo)致微生物Alpha多樣性降低. BS的加入也會(huì)降低微生物Alpha多樣性，這主要是因?yàn)锽S作為外來(lái)物種會(huì)與土壤本地物種形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)元素和棲息地等. 這樣BS中的外來(lái)優(yōu)勢(shì)物種會(huì)利用土壤中的有機(jī)質(zhì)大量繁殖，而土壤本地劣勢(shì)和適應(yīng)能力差的物種會(huì)因缺少資源而減少甚至消失，從而導(dǎo)致微生物Alpha多樣性降低. 相比于PSRF，BS的加入會(huì)造成更低的微生物Alpha多樣性，說(shuō)明外來(lái)物種入侵對(duì)土壤微生物Alpha多樣性的影響要大于材料施入對(duì)微生物Alpha多樣性的影響.

由圖7 可以看出，在100 d時(shí)的微生物功能豐度上，CK>PSRF>BS. 這主要是因?yàn)槲⑸锏墓δ茇S度在一定程度上與微生物種群多樣性成正相關(guān)關(guān)系.

表3 土壤降解實(shí)驗(yàn)Alpha多樣性指數(shù)表

圖7 不同處理微生物群落功能差異

3 結(jié) 論

本文分析了降解PSRF、 SAP和SI-PSRF/SAP這三種材料的微生物群落結(jié)構(gòu)以及PSRF和降解微生物與土壤微生物的互作關(guān)系. 結(jié)果表明：降解SI-PSRF/SAP的微生物Alpha多樣性高于SAP和PSRF，而功能豐度上SI-PSRF/SAP和SAP相近，且遠(yuǎn)大于PSRF，說(shuō)明SI-PSRF/SAP更有利于土壤的肥力； PSRF以及降解PSRF的微生物施入土壤后都會(huì)增加微生物的數(shù)量，但會(huì)降低微生物Alpha多樣性. 本文研究結(jié)果可為人們從微生物的角度分析生物降解高分子緩控釋材料對(duì)土壤肥力的影響和開發(fā)基于生物降解高分子材料的緩控釋化肥提供參考.