短期內(nèi)有機(jī)肥增施對(duì)高原土壤養(yǎng)分和細(xì)菌群落的影響

田夏瓊，關(guān)統(tǒng)偉，王淑英，汪蘭云，張迎春, 李 峻

(1.西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，成都 610039；2.西寧市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，西寧 810016；3.青海魯源農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，西寧 810000)

【研究意義】20世紀(jì)以來，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，化肥被長(zhǎng)期使用，這種依賴已經(jīng)導(dǎo)致日益嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)問題[1]，如土壤中微量元素含量下降、土壤結(jié)構(gòu)被破壞等[2]。由于高原土壤水土流失，養(yǎng)分貧瘠等問題較嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力持續(xù)下降[3]，迫切需要有效的施肥制度來改善突然質(zhì)量?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】化肥與有機(jī)肥配施已被認(rèn)為是修復(fù)被破壞土壤以及維持土壤可持續(xù)利用的有效施肥措施[4]。有機(jī)肥處理能提高土壤中有機(jī)物質(zhì)的含量[5]，保證農(nóng)作物生長(zhǎng)養(yǎng)分的持久供給。此外，在化肥的基礎(chǔ)上施加有機(jī)肥能增強(qiáng)農(nóng)作物抗病蟲和抵抗不良環(huán)境的能力，同時(shí)，對(duì)分解土壤中難溶的磷、鉀化合物，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和有機(jī)碳的穩(wěn)定也都有重要作用[6]。土壤細(xì)菌作為連接土壤和植物的紐帶，是維持土壤肥力可持續(xù)性以及評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的潛在指標(biāo)[7-8]，且對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)有很好的調(diào)節(jié)作用[9]。細(xì)菌豐富度和多樣性是土壤細(xì)菌群落的關(guān)鍵指標(biāo)，很容易受到施肥制度的影響[10]，已有學(xué)者闡述了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與施肥方式的關(guān)聯(lián)。施用有機(jī)肥能提高土壤細(xì)菌多樣性，化肥則使細(xì)菌多樣性顯著降低[11]。相比化肥，有機(jī)肥可以迅速提高土壤細(xì)菌數(shù)量和種類，從而改善土壤的生態(tài)環(huán)境[12]。在農(nóng)田中適當(dāng)添加有機(jī)肥可促進(jìn)細(xì)菌的活動(dòng)和作物生長(zhǎng)，對(duì)植物根際細(xì)菌的擴(kuò)散和活性也有積極影響[13]。此外，土壤環(huán)境因子也是引起土壤微生物結(jié)構(gòu)改變的重要指標(biāo)[14]。據(jù)報(bào)道，土壤含水量、有機(jī)質(zhì)及全氮是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的重要因子[15]。因此系統(tǒng)的探究增施不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分及細(xì)菌群落的影響以及兩者之間的關(guān)系對(duì)制定最佳施肥方式，提高土壤質(zhì)量具有重要意義?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】當(dāng)前，有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響多為常年田間試驗(yàn)[16]，針對(duì)短期大量增施有機(jī)肥對(duì)高原農(nóng)業(yè)土壤的微生物群落和土壤養(yǎng)分的影響尚少見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以青海西寧的農(nóng)業(yè)土壤為研究對(duì)象，探究短期大量增施有機(jī)肥對(duì)高原土壤理化性質(zhì)和土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，旨在明確在短期有機(jī)肥作用下是否可以快速提高土壤養(yǎng)分并且優(yōu)化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于青海省西寧市多巴鎮(zhèn)(36°38′43′′N, 101°35′36′′E)，地處湟水河中游，是黃土高原與青藏高原過渡地帶，屬青藏高原山川地帶。試驗(yàn)地點(diǎn)海拔2201～2822 m，年平均氣溫4.6 ℃，晝夜溫差大，年最厚凍土層1.5 m，年平均降水量570 mm，全年無霜期140～150 d。試驗(yàn)前土壤pH 8.72，有機(jī)質(zhì)11.3 g/kg，全氮0.82 g/kg，速效磷85.60 mg/kg，速效鉀142.72 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)土壤有3種施肥處理：①對(duì)照(XN001)：施加100%常規(guī)復(fù)合化肥1000 kg/hm2(氮)；②處理1(XN002)：50%常規(guī)復(fù)合化肥+有機(jī)肥；③處理2(XN003)：25%常規(guī)復(fù)合化肥+有機(jī)肥。有機(jī)肥和化肥均以底肥的形式一次性施入。每種處理的施肥量由表1所示。試驗(yàn)處理土壤面積為90 m2；每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)；農(nóng)作物為西葫蘆。2018年開始，連續(xù)施肥2年后采集土樣進(jìn)行土壤化學(xué)性質(zhì)檢測(cè)及高通量測(cè)序。本試驗(yàn)施用的有機(jī)肥和復(fù)合化肥均由成都華宏生物科技有限公司提供。

表1 不同施肥處理的養(yǎng)分投入量

1.3 樣品采集

采樣時(shí)間為2020年8月，使用五點(diǎn)法進(jìn)行采樣，收集3個(gè)重復(fù)樣本的采樣點(diǎn)土壤(1～30 cm)土層，每個(gè)處理共計(jì)15個(gè)土樣；去除根系、雜草等雜質(zhì)，再將其充分混合后。將每個(gè)土壤樣本平均分成兩份，一份置于-80 ℃冰箱保存，用于DNA 的提取；另一份自然風(fēng)干過篩后用于理化指標(biāo)的測(cè)定。

1.4 土壤理化參數(shù)測(cè)定

土壤pH測(cè)定采用酸度計(jì)法(土水比1.0∶2.5)；土壤全氮的測(cè)定采用半微量凱氏定氮法；土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的測(cè)定采用0.01 mol/L CaCl2浸提—流動(dòng)分析儀測(cè)定；土壤有效磷的測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法；有效鉀的測(cè)定采用1 mol/L NH4Ac浸提—原子吸收火焰光度法；有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用濃硫酸—重鉻酸鉀消煮—硫酸亞鐵滴定法[17]。所有理化性質(zhì)的測(cè)定重復(fù)3次，結(jié)果用平均標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

1.5 土壤DNA提取和PCR擴(kuò)增

采用E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit試劑盒提取土壤DNA，具體操作按說明書使用。所提取的總DNA于-20 ℃保藏備用。

PCR所用的引物為測(cè)序平臺(tái)的V3～V4通用引物341F(5′-CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTG-3′)和805R(5′-GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGA ATTCCA-3′)，第一輪擴(kuò)增體系如下：2×Taqmaster Mix 15 μL，Bar-PCR primer F(10 μmol/L)1 μL，Primer R(10 μmol/L)1 μL，Genomic DNA 10～20 ng，H2O add to 30 μL。第一輪反應(yīng)條件為：94 ℃預(yù)變性3 min；5個(gè)循環(huán)(94 ℃ 30 min，45 ℃20 s，65 ℃30 s)；25個(gè)循環(huán)(94 ℃ 20 s，55 ℃ 20 s，72 ℃ 30 s)；72 ℃延伸5 min。第二輪擴(kuò)增體系為：2×Taqmaster Mix 15 μL，Primer F(10 μmol/L)1 μL，Primer R(10 μmol/L)1 μL，PCR products(上一輪)20 ng，H2O add to 30 μL。第一輪反應(yīng)條件：95 ℃預(yù)變性3 min；5個(gè)循環(huán)(94 ℃ 20 s，55 ℃ 20 s，72 ℃ 30 s)；72 ℃延伸5 min。

1.6 高通量測(cè)序及數(shù)據(jù)處理

PCR產(chǎn)物經(jīng)過純化由生工生物工程(上海)股份有限公司完成測(cè)序。所有序列都保存在NCBI的SRA(Sequence Reads Archive)數(shù)據(jù)庫(kù)中，獲得登錄號(hào)為SRR10559325、SRR10559324和SRR10559323。對(duì)各樣本數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)控過濾；使用Usearch 5.2.236去除預(yù)處理后序列中非擴(kuò)增區(qū)域序列，而后對(duì)序列進(jìn)行測(cè)序錯(cuò)誤校正，并調(diào)用Uchime 4.2.40進(jìn)行鑒定嵌合體，得到最終有效數(shù)據(jù)；Microsoft Excel 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；用Mothur 1.30.1分析細(xì)菌群落的豐富度和多樣性；SPSS 21.0進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析；PICRUST軟件用于KEGG功能預(yù)測(cè)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施有機(jī)肥對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

不同施肥處理對(duì)土壤的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了影響(表2)。土壤pH由8.41降至7.62，在3種處理下差異顯著。在XN003處理下，土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀含量顯著高于XN001，分別提高了117.21%、51.72%、27.45%、20.92%。有效銅、有效鐵含量也隨著有機(jī)肥的施用而增加。

表2 不同施肥處理對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2 增施有機(jī)肥對(duì)土壤細(xì)菌豐度和多樣性的影響

Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)可用來反映微生物群落物種豐富度，數(shù)值越大，表明群落豐富度越高。由表3得出，XN002處理下的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)比XN001分別高出0.44%、0.04%。XN003表現(xiàn)出的豐富度指數(shù)最高，Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)分別為19363.59、30121.25，比XN001高出6.69%和4.45%。Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)用來估算樣本中的微生物的多樣性，前者數(shù)值越大，后者數(shù)值越小說明群落多樣性越高。發(fā)現(xiàn)在XN002處理下，Shannon 指數(shù)降低，Simpson 指數(shù)升高，土壤細(xì)菌多樣性相比對(duì)照有所下降。XN003處理下的土壤細(xì)菌多樣性有一定提高，但差別不大，提高了0.1個(gè)單位。

表3 不同樣本土壤細(xì)菌Alpha指數(shù)差異

2.3 增施有機(jī)肥對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

3個(gè)樣本共歸類到30個(gè)門(圖1)，XN001、XN002、XN003處理下分別歸類到26、27、28個(gè)門。占比較高(相對(duì)豐度>5%)的5個(gè)菌門，包括變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)，平均相對(duì)豐度分別為42.36%、11.66%、10.62%、10.39%、5.20%。其中，變形菌門在XN002和XN003處理下的相對(duì)豐度相比XN001分別高出20.7%和13.97%。酸桿菌門在XN001處理下的豐度為11.90%，在XN003處理下為14.89%，比XN001處理提高了3.99%。放線菌門在XN001處理的相對(duì)豐度為16.49%，XN002處理為9.01%，XN003處理為5.66%，分別降低了7.48%和10.83%。門水平上相對(duì)豐度在1%以上的細(xì)菌的有浮霉菌門(Planctomycetes)、疣微菌門(Verrucomicrobia)、厚壁菌門(Firmicutes)、綠彎菌門(Chloroflexi)，分別占比3.17%、2.51%、1.59%、1.22%。施加有機(jī)肥降低了放線菌門的豐度，提高了變形菌門、酸桿菌門的豐度。

圖1 細(xì)菌在門水平上的相對(duì)豐度

3個(gè)樣本共歸類到501個(gè)屬(圖2)，XN001處理下歸類到357個(gè)屬，XN002處理下有402個(gè)屬，XN003處理下有362個(gè)屬。占比例較高(相對(duì)豐度>5%)的2個(gè)菌屬是鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)和芽單胞菌屬(Gemmatimonas)，分別平均占到所有菌屬的6.20%和5.20%。鞘氨醇單胞菌屬在XN001處理下的相對(duì)豐度為4.78%，在XN002和XN003處理下的相對(duì)豐度分別為6.32%和7.51%，提高了1.54%和2.73%。芽單胞菌屬的相對(duì)豐度在XN001處理下為6.95%，XN002和XN003處理分別比XN001處理減少了4.19%和1.05%。在屬水平上相對(duì)豐度大于1%的有溶桿菌屬(Lysobacter)、藤黃色單胞菌屬(Luteimonas)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、GP6、Ohtaekwangia、GP4、GP16、GP7。鞘氨醇單胞菌屬在3種處理中都是相對(duì)豐度較高的屬，有機(jī)肥施用量越大，鞘氨醇單胞菌屬和假單胞菌屬的相對(duì)豐度越高。除此之外，其他類群的相對(duì)豐度也發(fā)生變化，施用有機(jī)肥均降低了芽單胞菌屬的相對(duì)豐度，增加了假單胞菌屬、溶桿菌屬、鞘氨醇單胞菌屬的相對(duì)豐度。

圖2 細(xì)菌在屬水平上的相對(duì)豐度

2.4 土壤細(xì)菌多樣性與環(huán)境因子的相關(guān)性

由Pearson相關(guān)性分析(表4)發(fā)現(xiàn)，土壤細(xì)菌群落的豐富度和多樣性與有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀、有效銅、有效鐵呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.074～0.953。細(xì)菌豐富度與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性最高，Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)系數(shù)分別為0.953、0.936，與其他環(huán)境因子的相關(guān)性也較強(qiáng)。土壤細(xì)菌的豐富度和多樣性與pH呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.149～0.877。其中多樣性指數(shù)(香農(nóng)指數(shù))與有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、有效磷和有效銅的相關(guān)性較強(qiáng)。

表4 土壤細(xì)菌群落α-多樣性指數(shù)與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的Pearson相關(guān)性

2.5 KEGG功能預(yù)測(cè)

2.5.1 XN001和XN002處理土樣 KEGG 代謝途徑差異分析 本研究通過對(duì)檢測(cè)到的329個(gè)3級(jí)KEGG直系同源物的整理，比較了不同施肥方式下KEGG代謝途徑的主要功能基因(圖3)，發(fā)現(xiàn)增施有機(jī)肥處理與對(duì)照組處理下的土壤細(xì)菌代謝功能差異顯著。在XN002處理下,谷胱甘肽代謝、孔隙離子通道、乙醛酸和二羧酸代謝、光合作用蛋白等功能基因的豐度明顯高于對(duì)照組。葉綠素等功能基因豐度在小范圍有所下降。以上結(jié)果表明增施有機(jī)肥處理影響了土壤的代謝途徑，一部分有益功能基因的表達(dá)增強(qiáng)，代謝途徑得到進(jìn)一步推動(dòng)。

圖3 增施有機(jī)肥(XN001→XN002)處理下KEGG代謝途徑差異

2.5.2 XN002和XN003處理土樣 KEGG 代謝途徑差異分析 以XN003施肥方案處理的土壤細(xì)菌KEGG代謝途徑變化顯著(圖4)。分析發(fā)現(xiàn)，XN003與XN002相比，復(fù)制、重組和修復(fù)功能得到較強(qiáng)的提升。此外，嘌呤嘧啶代謝、糖基轉(zhuǎn)移酶等功能基因也有一定程度的上調(diào)。而一些疾病合成以及丙酮酸代謝等功能基因的豐度小幅度降低。值得關(guān)注的是，在進(jìn)一步大量增施有機(jī)肥的情況下，乙醛酸和二羧酸代謝基因有一定范圍內(nèi)的下調(diào)。

圖4 增施有機(jī)肥(XN002→XN003)處理下KEGG代謝途徑差異

3 討 論

3.1 大量增施有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤有機(jī)質(zhì)能反應(yīng)土壤肥力高低，在農(nóng)作物生長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用[18]。Wang等[19]通過20年長(zhǎng)期田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在有機(jī)肥處理下，有機(jī)質(zhì)含量從8 g/kg增加到約16 g/kg，提高了100%。本研究結(jié)果顯示在2年有機(jī)肥處理下，有機(jī)質(zhì)含量水平提高了117.21%，一定程度上驗(yàn)證了通過短期增施有機(jī)肥提高土壤肥力的可行性。土壤pH受施肥制度的影響[20]，在pH大于8.11的堿性土壤中，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥使其pH降至7.82[21]，而在弱酸性土壤條件下，施加有機(jī)肥則使土壤pH從6.73恢復(fù)至7.07[22]。本實(shí)驗(yàn)顯示增施有機(jī)肥使得強(qiáng)堿性土壤(pH=8.41)恢復(fù)至接近中性(pH=7.62)，這可能歸因于施肥刺激硝化反應(yīng)和H+的釋放[23]，另一方面可能是由于有機(jī)肥中有機(jī)酸積累所致[24]。綜合以上分析，有機(jī)肥可能具有調(diào)節(jié)土壤酸堿性的潛力，其中的調(diào)節(jié)機(jī)制在未來值得進(jìn)一步研究。此外，土壤的有效鉀、有效磷、全氮含量在增施有機(jī)肥處理下均明顯提升，與前人給出的研究結(jié)果一致[25-26]。通常，氮、磷、鉀等是控制生物圈中有機(jī)物循環(huán)的主要營(yíng)養(yǎng)元素[27]，其中磷還被認(rèn)為是土壤代謝途徑的關(guān)鍵元素[28]，本研究發(fā)現(xiàn)的一部分代謝途徑的增強(qiáng)可能在一定程度上得益于以上微量元素含量的增加。而銅和鐵能促進(jìn)農(nóng)作物的光合作用和提高農(nóng)作物抗病、抗寒、抗旱和抗熱的能力，增施有機(jī)肥提高了土壤中有效銅和有效鐵含量，且含量值低于對(duì)土壤造成重金屬污染的臨界值(12.23 mg/kg)[29]，這對(duì)高原農(nóng)作物的生長(zhǎng)有積極作用。

3.2 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)受施肥制度的影響

本研究通過對(duì)3種施肥方式下土壤細(xì)菌群落的研究發(fā)現(xiàn)，在短期條件下，有機(jī)肥的增施的確影響了土壤的細(xì)菌群落。ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)的變化都反映了土壤細(xì)菌豐富度在短期內(nèi)與有機(jī)肥施加量成正比關(guān)系，這一結(jié)論符合眾多研究有機(jī)肥對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響的結(jié)果[30]。然而在多樣性方面，有機(jī)肥似乎發(fā)揮了反作用。在XN002處理下，細(xì)菌多樣性明顯降低，XN003處理下細(xì)菌多樣性與對(duì)照基本保持一致，這與Tian等[31]的研究結(jié)果類似。細(xì)菌多樣性降低的情況可能與有機(jī)肥施用量有關(guān)，大量的有機(jī)肥本身帶入的細(xì)菌刺激了土壤細(xì)菌群落的穩(wěn)定性，導(dǎo)致某些對(duì)外源細(xì)菌類群有抵抗作用的微生物大量繁殖，從而促使了細(xì)菌多樣性的下降，這也解釋了2級(jí)水平上外源生物降解和代謝等功能基因的上調(diào)。盡管短期有機(jī)肥施加對(duì)細(xì)菌多樣性的影響并不顯著，但幾種有益菌豐度的增加還是為土壤質(zhì)量帶來了積極影響。酸桿菌門和變形桿菌門在有機(jī)肥處理下的豐度高于化肥處理，這將為有機(jī)碳、氮、磷和硫化合物的轉(zhuǎn)化提供動(dòng)力[32]。另外，酸桿菌門對(duì)銅和鎳等重金屬有很強(qiáng)的耐受性[33]，對(duì)被重金屬污染的土壤可能起到一定的修復(fù)作用。優(yōu)勢(shì)的變形菌門則可提高土壤細(xì)菌對(duì)測(cè)試樣本高原不良環(huán)境的變化適應(yīng)能力[34]。鞘氨醇單胞菌屬以代謝復(fù)雜的有機(jī)污染物而聞名[35]，這對(duì)減少土壤污染，推進(jìn)污染物降解和提高土壤質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)。假單胞菌屬具有的防病害功能[36]，也在一定程度上起到對(duì)農(nóng)作物健康生長(zhǎng)的保護(hù)作用。

3.3 細(xì)菌群落與土壤環(huán)境因子的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、有效銅、有效鐵含量影響了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)質(zhì)是驅(qū)動(dòng)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的最重要因素。有機(jī)質(zhì)能被分解為土壤細(xì)菌生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在養(yǎng)分循環(huán)中發(fā)生作用[37]，因此，土壤細(xì)菌的豐富度和多樣性與有機(jī)質(zhì)呈強(qiáng)烈的正相關(guān)。眾多研究表明pH也是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的又一重要因素[38-39]。本研究中，土壤細(xì)菌豐富度與pH呈強(qiáng)烈負(fù)相關(guān)，pH下降促進(jìn)了土壤細(xì)菌豐度的提高。這可能是由于土壤中原本存在一部分對(duì)pH有強(qiáng)烈依賴的細(xì)菌，這或許可以很好的解釋放線菌門豐度的降低，因?yàn)榉啪€菌被報(bào)道通常存在于極端土壤條件下，對(duì)pH要求極高[40]。此外，土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與全氮、有效磷、有效鉀、有效銅和有效鐵含量均呈正相關(guān)，這與前人研究結(jié)果不謀而合[41]。因此，可以推測(cè)通過農(nóng)田土壤施用有機(jī)肥能夠改變土壤的環(huán)境因子，進(jìn)而影響土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)，反之，細(xì)菌也為分解養(yǎng)分做出貢獻(xiàn)[42]，這種良性循環(huán)營(yíng)造了可持續(xù)土壤生態(tài)環(huán)境。

3.4 增施有機(jī)肥對(duì)細(xì)菌功能的影響

KEGG代謝途徑分析結(jié)果表明，短期增施有機(jī)肥可增強(qiáng)土壤細(xì)菌的代謝以及傳輸?shù)裙δ?。這與長(zhǎng)期有機(jī)肥處理下的土壤代謝途徑結(jié)果相似[43]，表明有機(jī)肥對(duì)土壤代謝途徑的有利影響并不受到時(shí)間的限制。銅綠假單胞菌和嗜冷假單胞菌已被報(bào)道可促進(jìn)γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的分泌，從而合成谷胱甘肽[44-45]。本研究有機(jī)肥的增施使得豐度提高的假單胞菌作為介導(dǎo)，促進(jìn)了谷胱甘肽的代謝，其在抵抗外源物質(zhì)對(duì)農(nóng)作物毒害方面發(fā)揮著重要作用[46]。此外，孔隙離子通道功能基因的加強(qiáng)使得農(nóng)作物能夠更好的吸收或外排礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)素，以維持營(yíng)養(yǎng)平衡并調(diào)節(jié)生理功能。糖類物質(zhì)對(duì)光合作用的反饋尤其重要，有機(jī)肥增施刺激糖類物質(zhì)釋放可能是光合作用蛋白基因?qū)τ袡C(jī)肥敏感的原因[47-48]。乙醛酸和二羧酸代謝連接著嘌呤代謝、甘氨酸和蘇氨酸等代謝，在平衡植物及微生物代謝發(fā)揮關(guān)鍵作用[49]，XN003處理降低了乙醛酸和二羧酸代謝基因豐度，對(duì)土壤的養(yǎng)分循環(huán)和生態(tài)穩(wěn)定有不利影響。

4 結(jié) 論

有機(jī)肥替代部分化肥后，土壤養(yǎng)分含量和細(xì)菌多樣性得到了提高。土壤細(xì)菌豐富度以及功能基因豐度在持續(xù)大量有機(jī)肥(XN003)刺激下表現(xiàn)出削弱的趨勢(shì)。因此，在本研究條件下，以50%的化肥配施30 000 kg/hm2的有機(jī)肥足夠讓高原土壤的養(yǎng)分含量提高，并改善土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。本研究結(jié)果反映出了短期大量增施有機(jī)肥在施肥方案上的潛力，然而未來還需在本研究的基礎(chǔ)上對(duì)有機(jī)肥與化肥的精準(zhǔn)配施比做更深入的研究，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支持。