減施化肥與不同有機(jī)肥配施對稻季土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響①

王娟娟，朱紫娟，錢曉晴，王桂良

減施化肥與不同有機(jī)肥配施對稻季土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響①

王娟娟，朱紫娟，錢曉晴，王桂良*

(揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚州 225000)

為了研究減施化肥配施不同有機(jī)肥對稻麥輪作體系稻季土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，采用Illumina高通量測序技術(shù)比較了單施化肥及減施化肥配施菜籽餅肥和蚯蚓糞肥3種施肥模式下稻季不同土層土壤環(huán)境因子、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化特征。結(jié)果表明：與單施化肥相比，減施化肥配施有機(jī)肥顯著提高各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率，其中配施菜籽餅肥土壤增幅較大；顯著增加各土層土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，其中配施蚯蚓糞肥土壤速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量較高。減施化肥配施有機(jī)肥提高土壤細(xì)菌Sobs指數(shù)和Shannon指數(shù)；前三位優(yōu)勢菌門，變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)相對豐度分別達(dá)36.24%、18.30%、13.87%；減施化肥配施有機(jī)肥對相對豐度小于1% 的菌門影響較大。0 ～ 5 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要受土壤pH和全磷影響；5 ～ 10 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要受土壤電導(dǎo)率、全磷和pH影響；10 ～ 15 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要受土壤全氮和pH影響。因此，減施化肥配施有機(jī)肥主要通過改變土壤理化性質(zhì)進(jìn)而影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，特別是稀有菌群。

配施有機(jī)肥；稻季；細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)；高通量測序

施肥是提高作物產(chǎn)量的有效手段，當(dāng)施肥量超出作物養(yǎng)分需求量時，增產(chǎn)效果不但下降，而且會導(dǎo)致環(huán)境污染加劇、土壤微生物多樣性下降、土壤肥力退化等方面的風(fēng)險[1-3]。土壤肥力維持及其可持續(xù)發(fā)展在一定程度上受到土壤微生物活動的影響。細(xì)菌是土壤微生物的重要組成，其群落結(jié)構(gòu)變化顯著影響土壤養(yǎng)分循環(huán)。因此，調(diào)控土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)可有效改善農(nóng)田土壤肥力狀況[4]。施肥措施的改變，會同時改變農(nóng)田土壤理化性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究表明，長期施用化肥的農(nóng)田土壤細(xì)菌數(shù)量和多樣性都表現(xiàn)出顯著降低趨勢，群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生顯著變化[5]。近年來，我國大力發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，配施有機(jī)肥是減肥增效、培肥土壤、防控農(nóng)田面源污染的有效措施[6-7]。有機(jī)肥與化肥合理配施在促進(jìn)作物生長的同時，還改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，增加有益細(xì)菌數(shù)量，對糧食高產(chǎn)高效和土壤質(zhì)量提升起積極作用[7-8]。前人在不同種類有機(jī)肥或施用量對耕層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化影響方面開展了大量研究，但是在化肥減量條件下配施有機(jī)肥對不同土層土壤影響方面研究較少。本研究選用江蘇里下河地區(qū)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)創(chuàng)建過程中常用的兩種有機(jī)肥種類(菜籽餅肥、蚯蚓糞肥)開展田間試驗，采用Illumina高通量測序技術(shù)比較了不同種類有機(jī)肥替代部分化肥的施肥措施對稻季不同土層土壤環(huán)境因子、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征變化的影響，以為施用有機(jī)肥替代部分化肥，實現(xiàn)減肥增效、培肥土壤提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地位于江蘇省揚州市揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗農(nóng)場(32°30′N，119°25′E)，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年均氣溫為14.5℃，年均降水量為1 000 mm，年均日照數(shù)2 300 h。試驗地土壤質(zhì)地為砂壤土，其有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為23.1 g/kg、113.2 mg/kg、44.5 mg/kg、71.5 mg/kg。前茬作物為小麥，水稻供試品種為江蘇沿江稻區(qū)廣泛應(yīng)用的武運粳24號。

試驗中施用的有機(jī)肥包括菜籽餅肥(N 50.2 g/kg、P2O511.4 g/kg、有機(jī)質(zhì) 816.2 g/kg)、蚯蚓糞肥(N 26.3 g/kg、P2O528.3 g/kg、有機(jī)質(zhì) 272.7 g/kg)。菜籽餅肥購買自揚州農(nóng)資公司，蚯蚓糞肥取自于揚州大學(xué)的農(nóng)牧場，由培育蚯蚓消解牛糞后得到。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置3個處理(表1)：單施化肥(CF)、菜籽餅氮替代化肥氮30%(RC)、蚯蚓糞氮替代化肥氮30%(WT)。CF處理為當(dāng)?shù)赝扑]施氮量N 270 kg/hm2，氮肥為尿素(含N 464 g/kg)，分基肥、分蘗肥、促花肥施用，比例為5∶2∶3；施磷量P2O590 kg/hm2，磷肥為過磷酸鈣(含P2O5135 g/kg)，作為基肥一次性施入；施鉀量K2O 120 kg/hm2，鉀肥為氯化鉀(含K2O 630 g/kg)，分基肥和拔節(jié)肥兩次施用，比例為6∶4。有機(jī)肥隨基肥一次性施入。以CF處理為參照，其他各處理中氮磷鉀養(yǎng)分不足的部分，以尿素、過磷酸鈣和氯化鉀補(bǔ)充。各處理隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積為30 m2。為了防止肥水串灌，在每個小區(qū)之間筑起田埂，并覆蓋塑料薄膜。水稻于2019年6月6日播種，6月23日移栽，株行距為13.3 cm × 30 cm，10月31日收獲。其他的田間管理措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法。

表1 試驗小區(qū)施肥情況

1.3 土壤樣品采集與測定

在水稻收獲前1天，用5 cm 直徑的土鉆采取0 ～ 5、5 ～ 10 和10 ～ 15 cm 土層土壤，按“S”型取15個點的土樣，每個土層土樣混為1個樣品，剔除石礫和植物殘體等雜質(zhì)，裝入滅菌袋暫存于冷凍保溫箱中，盡快帶回實驗室。將每份土壤樣品分為2份，一份風(fēng)干研磨后，采用常規(guī)土壤農(nóng)化分析方法測定土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)、pH、電導(dǎo)率(EC)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷等土壤理化性質(zhì)[9]。

另一份于–80℃保存，用于土壤DNA 提取。土壤DNA采用Power soilTMDNA試劑盒(MoBio Laboratories, Solana Beach, CA)進(jìn)行提取，每個樣本3個重復(fù)。在土壤DNA提取完成后，采用16S RNA基因V3 ～ V4區(qū)通用引物338F(5′-ACTCCTACGGG AGGCAGCAGF-3′)，806R(5′-GGACTACHVGGGTW TCTAATR-3′)進(jìn)行 PCR 擴(kuò)增，后續(xù)文庫構(gòu)建、Miseq測序均在上海美吉生物醫(yī)藥有限公司( Shanghai Majorbio Bio-pharm Technology Co., Ltd)的Illumina MiSeq PE300測序平臺上進(jìn)行[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用隨機(jī)區(qū)組統(tǒng)計多因素方差分析數(shù)據(jù)，Duncan法進(jìn)行多重比較，分析處理、土層以及處理和土層交互作用對土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌多樣性的影響。采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析和繪圖。

在美吉平臺生物云(http://www.i-sanger.com)進(jìn)行高通量數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)分析。序列拼接采用Mothur軟件完成。根據(jù)序列的相似度，將有效序列聚類為OTU(97% 相似度)。采用細(xì)菌16S rRNA對比庫Silva(Release132 http://www.arb-silva.de)對各OTU進(jìn)行物種注釋。采用基于Bray-Curtis距離矩陣的非度量多維尺度分析(non-metric multidimensional scaling，NMDS) 法分析各處理土壤細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)差異。根據(jù)樣品門水平上物種注釋及豐富度繪制群落柱圖，并計算細(xì)菌多樣性獲得相關(guān)指數(shù)。不同樣本間門水平上的物種豐度差異性采用單因素方差法分析比較，獲得樣本間顯著性差異物種。采用student’s T test方法比較各樣品的細(xì)菌群落多樣性。環(huán)境因子、樣品細(xì)菌群落組成分布，及主要OTU之間關(guān)系的相關(guān)關(guān)系用冗余分析(RDA)比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 減施化肥配施有機(jī)肥對稻田土壤環(huán)境因子的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層加深而逐漸下降(表2)，0 ～5、5 ～ 10、10 ～ 15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別平均為28.77、23.49、21.98 g/kg；與CF處理相比，RC和WT處理各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量都有顯著增加，RC處理增加幅度比WT處理高。0 ～ 5、5 ～ 10、10 ～ 15 cm土層土壤pH分別平均為6.82、6.96、7.08；各處理中以RC處理土壤pH最低，CF和WT處理間差異不顯著。土壤EC隨著土層加深而有下降趨勢，各處理中以RC處理最高，CF和WT處理間差異不顯著。隨著土層的加深，土壤全氮和堿解氮含量都有下降的趨勢，而土壤全磷和有效磷含量變化趨勢不明顯，分別平均為2.16 g/kg和95.43 mg/kg。各處理中RC和WT處理的全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均顯著高于CF處理；0 ～ 5、5 ～ 10 cm土層土壤 WT處理的堿解氮、有效磷、速效鉀含量高于RC處理。

總體而言，配施不同有機(jī)肥的單一效應(yīng)對收獲期土壤有機(jī)質(zhì)、pH、EC、全磷和速效鉀含量有顯著性影響；而不同土層的單一效應(yīng)對pH和有效磷無顯著影響，對其他各環(huán)境因子都有顯著影響；有機(jī)肥和土層交互效應(yīng)與土層的單一效應(yīng)對土壤環(huán)境因子的影響幾乎相同，可見，配施不同有機(jī)肥對土壤環(huán)境因子的影響受土層的影響作用不可忽視。

表2 減施化肥配施不同有機(jī)肥對土壤環(huán)境因子的影響

注：同一列不同字母表示不同土層和處理間差異顯著(<0.05)；*和**分別表示在<0.05和<0.01水平影響顯著；ns表示影響不顯著；下同。

2.2 減施化肥配施有機(jī)肥對稻田土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

各處理土壤樣品按照97% 相似性對非重復(fù)序列(不含單序列)進(jìn)行OTU聚類，OTU總數(shù)是7 715個(表3)。由Alpha多樣性分析可知，與CF處理相比，RC和WT處理都能提高不同土層土壤細(xì)菌豐富度Sobs指數(shù)，以RC處理最大。Shannon指數(shù)考慮了樣品的豐富度與均勻度，是對群落結(jié)構(gòu)更加綜合的反映。RC和WT處理都能提高不同土層土壤細(xì)菌多樣性Shannon指數(shù)，其中RC處理最大。

配施不同有機(jī)肥的單一效應(yīng)對收獲期土壤細(xì)菌豐富度Sobs指數(shù)無顯著影響，卻顯著影響多樣性Shannon指數(shù)；不同土層的單一效應(yīng)極顯著影響土壤細(xì)菌豐富度Sobs指數(shù)和多樣性Shannon指數(shù)?？梢?，土層的作用在配施有機(jī)肥對土壤細(xì)菌多樣性的影響中起到重要作用。

基于 Bray-Curtis 距離不同處理土壤細(xì)菌非度量多維尺度分析(NMDS)表明(圖1)，在0 ～ 5 cm土層，RC處理顯著不同與CF和WT處理，CF和WT處理之間無顯著差異(= 0.734)；在5 ～ 10 cm土層，各處理之間差異顯著(= 0.001)；在10 ～15 cm土層，各處理之間的細(xì)菌群落組成呈現(xiàn)重合?？梢姡魈幚韺ν寥兰?xì)菌群落組成產(chǎn)生顯著影響主要在5 ～ 10 cm土層。

各處理土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性較為豐富，變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)和綠彎菌門(Chloroflexi)是門水平上位于前3位的優(yōu)勢菌群，平均分別占細(xì)菌總數(shù)量的36.24%、18.30% 和13.87%(圖2)。整體而言，相對豐度大于1% 的菌門在各處理間有所差異，但是并不顯著。

比較不同處理在各細(xì)菌門水平上的差異可以看出(圖3)，0 ～ 5 cm土層，各處理僅在稀有菌(占比小于1%)單糖菌門(Saccharibacteria)、脫鐵桿菌門(Deferribacteres)和護(hù)微菌門(Tectomicrobia)存在顯著性差異；5 ～ 10 cm土層，受配施有機(jī)肥影響的菌門較多，且除放線菌門(Actinobacteria)和匿桿菌門(Latescibacteria)之外均為稀有菌門；10 ～ 15 cm土層，小基因組菌總門(Microgenomates)、降氨酸菌門(Aminicenantes)、BRC1菌門各處理間呈現(xiàn)顯著性差異。

2.3 稻田土壤環(huán)境因子對細(xì)菌群落的影響

RDA分析結(jié)果表明，0 ～ 5 cm土層的第一、二主軸分別解釋了土壤細(xì)菌群落變異的50.91% 和13.10%，兩軸共解釋了64.01% 的細(xì)菌群落總變異，5 ～ 10、10 ～ 15 cm土層前兩軸共解釋了77.40% 和58.75% 的細(xì)菌群落總變異。根據(jù)箭頭長度可以看出，細(xì)菌群落分布受不同土層土壤環(huán)境因子影響作用有所差異。Mantel檢驗的結(jié)果表明，pH(2= 0.513 8，= 0.03)，全磷(TP)(2= 0.497 3，= 0.029)是影響0 ～ 5 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要的土壤環(huán)境因子；EC(2= 0.513 5，= 0.035)、TP(2= 0.5721，= 0.026)和pH(2= 0.498 7，= 0.031)是影響5 ～ 10 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要的土壤環(huán)境因子；全氮(TN)(2= 0.538 2，= 0.029)和pH(2= 0.502 7，= 0.027)是影響10 ～ 15 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要的土壤環(huán)境因子。

3 討論

3.1 減施化肥配施有機(jī)肥對土壤環(huán)境因子的影響

本研究表明，與單施化肥相比，減施化肥配施有機(jī)肥處理顯著提高各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量，配施菜籽餅肥增幅較大(表2)，其主要原因可能是在等氮量條件下配施菜籽餅肥處理的有機(jī)質(zhì)投入量較大。配施菜籽餅肥顯著降低土壤pH，這可能是因為菜籽餅肥為偏酸性有機(jī)肥(pH 5.5 ～ 6.0)，且有研究同樣表明施用菜籽餅肥后土壤pH有下降的趨勢[11]。配施蚯蚓糞肥對土壤pH則無顯著影響，這可能是因為蚯蚓糞肥為中性有機(jī)肥(pH 6.8 ～ 7.1)[12]。與單施化肥相比，配施菜籽餅肥可顯著增加各土層土壤電導(dǎo)率，而配施蚯蚓糞肥則無顯著變化。其主要原因可能是配施菜籽餅肥釋放出較多營養(yǎng)物質(zhì)，從而增加溶液中的鹽分含量，使土壤溶液中離子的濃度增大；而蚯蚓糞肥含大量腐殖質(zhì)，陽離子交換量較大、吸附能力強(qiáng)，使土壤溶液中離子濃度的變化不明顯[13]。配施菜籽餅肥和蚯蚓糞肥都顯著增加各土層土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。與化肥養(yǎng)分釋放速率相比，有機(jī)肥養(yǎng)分釋放速率較慢，從而有利于土壤養(yǎng)分庫的累積，特別是提高收獲期土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量[14]。另外，有機(jī)肥的輸入改善土壤理化及微生物環(huán)境，促進(jìn)化學(xué)養(yǎng)分的固定，減少養(yǎng)分損失[15]。大量研究表明，配施有機(jī)肥可以顯著提高土壤養(yǎng)分含量[14]，本研究結(jié)果與之一致。另外，本研究結(jié)果表明配施蚯蚓糞肥的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分含量顯著高于配施菜籽餅肥處理，其主要原因可能是蚯蚓糞肥更有利于土壤微生物環(huán)境的改善，有利于增強(qiáng)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)對土壤速效養(yǎng)分的吸附與固持[12]。

土壤環(huán)境因子在不同土層間差異顯著(表2)。0 ～ 5 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，其主要原因可能是，在常規(guī)耕作方式下，施用的有機(jī)肥主要集中在表層土壤中；5 ～ 10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量居中，而10 ～ 15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，可能是該土層處于耕作下層，植株根系生長殘體及其有機(jī)分泌物相對較少，因此有機(jī)質(zhì)含量較低[16-17]。土壤EC、全氮、堿解氮和速效鉀含量都隨土層加深而呈現(xiàn)下降趨勢，其主要原因可能是因為較深層土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，其有機(jī)質(zhì)分解而釋放的養(yǎng)分物質(zhì)也隨之減少[18-19]；另一方面，植物根系從土壤中吸收養(yǎng)分，然后再通過枯枝落葉等形式將部分養(yǎng)分歸還于表層土壤并提供了豐富的養(yǎng)分源，而在深層土壤造成各養(yǎng)分逐漸減少[20]。10 ～ 15 cm土層土壤全磷含量顯著高于表層土壤，其主要原因可能是本研究中磷肥作為基肥一次性深施10 cm以下，且磷素在土壤中的移動性很小[20-21]，因此收獲期10 ～ 15 cm土層磷含量較高。

3.2 減施化肥配施有機(jī)肥對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

施肥種類和用量都會對土壤微生物多樣性產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥改變了土壤的細(xì)菌組成，其Sobs和Shannon指數(shù)都顯著增加[22]。本研究同樣表明，與單施化肥處理相比，配施有機(jī)肥的土壤細(xì)菌Sobs和Shannon指數(shù)都有所增加。各處理中變形菌門、酸桿菌門和綠彎菌門是土壤細(xì)菌群落中的優(yōu)勢菌門(圖2)，這與其他研究結(jié)果基本一致[23]。不同土層深度也是影響土壤細(xì)菌多樣性和群落組成差異的主要原因(表2，圖1)。5 ～ 10 cm土層土壤細(xì)菌豐富度和多樣性指數(shù)較高(表2)，其主要原因可能是該土層是植株根系生長的旺盛區(qū)域，根系殘體及其有機(jī)分泌物相對較多，促進(jìn)細(xì)菌繁殖[24]；0 ～ 5 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較高，但是其細(xì)菌豐富度和多樣性并非最高，可能主要是因為水稻收獲前土壤長期處于厭氧環(huán)境，排水收獲時表層土壤厭氧環(huán)境的消失會顯著改變厭氧微生物生長環(huán)境，從而降低其豐富度和多樣性。10 ～ 15 cm土層土壤細(xì)菌豐富度和多樣性指數(shù)較低的主要原因可能是因為該土層處于耕作下層，根系殘體及其有機(jī)分泌物等有機(jī)質(zhì)含量較低[16-17]。本研究表明施用不同有機(jī)肥下不同土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有顯著差異(圖1)。與單施化肥處理相比，5 ～ 10 cm土層土壤中放線菌門的相對豐度顯著增加(圖3) ，其主要原因可能是：一方面，有機(jī)肥的投入，增加了有機(jī)物料及養(yǎng)分的釋放，促進(jìn)了土壤中原有放線菌的快速繁殖；另一方面，蚯蚓糞自身包含大量微生物，其中富含放線菌。這可能也是蚯蚓糞肥處理中放線菌門相對豐度較大的原因之一。配施菜籽餅肥降低了Latescibacteria菌門的相對豐度，這與前人研究結(jié)果一致[25]。整體而言，各處理之間存在顯著差異的菌門主要集中在相對豐度小于1% 的菌門群落中。0 ～ 5 cm土層土壤中，與單施化肥處理相比，配施有機(jī)肥處理的單糖菌門(Saccharibacteria)相對豐度顯著增加；脫鐵桿菌門(Deferribacteres)、護(hù)微菌門(Tectomicrobia)相對豐度顯著下降，這些與其他研究結(jié)果一致[25]。然而，目前大多研究主要集中在相對豐度較大的菌門，對這些配施有機(jī)肥后差異顯著的稀有菌門的深入研究，可能有助于進(jìn)一步了解配施有機(jī)肥對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理。

3.3 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響因子

有研究表明，土壤理化性質(zhì)對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有重要作用，其中pH是影響土壤細(xì)菌群落變化的關(guān)鍵因子[26]。配施菜籽餅肥處理土壤pH顯著小于單施化肥和配施蚯蚓糞肥處理(表1)，不同施肥處理下0 ～ 5 cm土層土壤細(xì)菌群落與pH有顯著的相關(guān)關(guān)系(<0.05，圖5)，可見pH是影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主要驅(qū)動因子之一。5 ～ 10 cm土層土壤細(xì)菌群落與EC有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其主要原因可能是土壤EC越高，養(yǎng)分(SOM、TN、NH4+、NO– 3)累積越多，不利于土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的變化[27]。其他研究同樣認(rèn)為秸稈還田后土壤EC增大是影響細(xì)菌群落組成變化的環(huán)境因素之一[28]。10 ～ 15 cm土層土壤細(xì)菌群落與全氮有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.05，圖5)，其主要原因可能也是因為土壤養(yǎng)分累積越多，不利于土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的變化。通過RDA分析發(fā)現(xiàn)，各土層中有機(jī)質(zhì)對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響并沒有達(dá)到顯著水平，其原因可能是配施有機(jī)肥主要通過改變土壤理化性狀來調(diào)控細(xì)菌群落組成。有研究同樣表明有機(jī)質(zhì)是影響微生物的重要因素，但是土壤理化性狀與土壤細(xì)菌群落具有顯著相關(guān)性[28-29]。因此，在實施有機(jī)肥配施過程中，不僅要考慮有機(jī)肥替代化肥實現(xiàn)減肥增效的作用，而且要綜合考慮有機(jī)肥施入土壤后對土壤理化性質(zhì)的改變?nèi)绾斡绊懲寥牢⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)，從而改善土壤微生物環(huán)境，促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

4 結(jié)論

1)與單施化肥相比，減施化肥配施有機(jī)肥顯著提高各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量和EC，配施菜籽餅肥增幅較大；顯著增加各土層土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量，配施蚯蚓糞肥的土壤速效氮磷鉀養(yǎng)分含量較高。

2) 減施化肥配施有機(jī)肥可提高土壤細(xì)菌Sobs指數(shù)和Shannon指數(shù)；各施肥處理中前3位優(yōu)勢菌門為變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)，分別占細(xì)菌數(shù)量的36.24%、18.30%、13.87%；各處理間存在顯著差異的菌門主要集中在相對豐度小于1% 的稀有菌門。

3)0 ～ 5 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要受pH、全磷影響；5 ～ 10 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要受EC、全磷、pH影響；10 ～ 15 cm土層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要受全氮、pH影響。

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Effects of Reducing Chemical Fertilizer Combined with Application of Different Organic Fertilizers on Soil Bacterial Community Structure During Rice Season

WANG Juanjuan, ZHU Zijuan, QIAN Xiaoqing, WANG Guiliang*

(College of Environmental Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou, Jiangsu 225000, China)

In order to study the effects of reducing chemical fertilizer combined with application of different organic fertilizers on soil bacterial community structure during the rice season, Illumina high-throughput sequencing technology was used to compare soil environmental factors and soil bacterial community structures in different soil layers under three fertilization modes, namely chemical fertilizer, reducing chemical fertilizer combined with rapeseed cake and earthworm manure.Compared with chemical fertilizer treatment, the treatments with combined application of organic fertilizers significantly increased soil organic matter(SOM) and EC in each soil layer, and the treatments with combined rapeseed cake increased SOM and EC significantly.Soil N, P and K nutrients were significantly increased in each soil layer, which were highest in the treatment with combined application of wormcast.The treatments with combined application of organic fertilizers increased soil bacterial Sobs index and Shannon index.Proteobacteria, Acidobacteria and Chloroflexi were the first three abundant in soils under different treatments at phyla level, reached 36.24%, 18.30% and 13.87%, respectively.Reducing chemical fertilizer combined with application of organic fertilizers had a greater effect on the phyta whose relative abundance was less than 1%.Soil bacterial community structure was greatly affected by soil pH and TP in the 0–5 cm soil layer, mainly affected by EC, pH and TP in the 5–10 cm soil layer, and greatly affected by soil TN and pH in the 10–15 cm soil layer.In conclusion, reducing chemical fertilizer combined with application of organic fertilizer can affect soil bacterial community structure, especially rare bacteria, by changing soil physical and chemical properties.

Combined application of organic fertilizer; Rice season; Bacterial community structure; High throughput sequencing

S154.36

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.05.013

王娟娟, 朱紫娟, 錢曉晴, 等.減施化肥與不同有機(jī)肥配施對稻季土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響.土壤, 2021, 53(5): 983–990.

國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFD0200107)，國家自然科學(xué)基金項目(41701093)和中國博士后基金項目(017M611928)資助。

通訊作者(wgl0520@126.com)

王娟娟(1979—)，女，江蘇泗洪人，博士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境方面研究。E-mail：wangjuanjuan@yzu.edu.cn