黃土高原干旱區(qū)長期種植紫花苜蓿和一年生作物輪作對土壤真菌群落的影響*

孫鵬洲,羅珠珠,**,李玲玲,牛伊寧,蔡立群,,劉家鶴,王曉菲

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 蘭州 730070;2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室 蘭州 730070)

紫花苜蓿()屬多年生豆科牧草,栽培歷史悠久,因其高產(chǎn)、抗旱和耐寒的品質(zhì)在我國黃土高原被廣泛種植,具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性和良好的生態(tài)修復(fù)能力。種植紫花苜蓿不僅能使土壤碳、氮養(yǎng)分大量累積,還能起到保護(hù)環(huán)境、減少水土流失以及改善景觀等生態(tài)作用,但隨著紫花苜蓿種植年限的延長,土壤中的水分和磷素消耗,也會分泌一些自毒物質(zhì),降低土壤質(zhì)量和苜蓿生產(chǎn)力。

土壤真菌是生存繁衍于土壤中,呈菌絲狀的單細(xì)胞和多細(xì)胞的異養(yǎng)型微生物,參與土壤中有效養(yǎng)分的儲備、物質(zhì)循環(huán)以及能量流動等環(huán)節(jié),其群落組成和多樣性是土壤肥力與土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。在草地生態(tài)系統(tǒng)中,分解者生物量中有78%～90%為真菌。Yang 等發(fā)現(xiàn),黃土高原半干旱區(qū)種植紫花苜蓿有利于土壤真菌的生長繁衍,苜蓿較發(fā)達(dá)的根系通過影響土壤機(jī)械組成和養(yǎng)分含量,對子囊菌門(Ascomycota)和擔(dān)子菌門(Basidiomycota)等優(yōu)勢真菌群產(chǎn)生較大影響。耿德洲等發(fā)現(xiàn),黃土高原地區(qū)紫花苜蓿土壤真菌群落多樣性隨著其種植年限的延長而降低,且群落構(gòu)成逐漸向天然草地演變。蔡艷等研究發(fā)現(xiàn),種植多年的紫花苜蓿會導(dǎo)致土壤微生物豐富度降低。長期連作會使土壤細(xì)菌相對豐度降低,增加真菌相對豐度,而通過改變作物類型,能夠改善土壤環(huán)境使土壤病原真菌失去適宜的生存環(huán)境,從而有效達(dá)到阻止其繁衍發(fā)育的目的。肖禮通過對黃土高原梯田區(qū)種植玉米()、蘋果()以及馬鈴薯()的土壤真菌群落的研究表明,3 種作物土壤真菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)均存在差異,同時子囊菌門、擔(dān)子菌門、接合菌門(Zygomycotina)的平均相對豐度超過76%,為優(yōu)勢菌群。

作物類型、耕作措施、施肥種類等通過影響微生物生存環(huán)境進(jìn)而影響土壤真菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性。長期種植紫花苜蓿過度消耗土壤水分和磷素,導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化。因此,苜蓿種植一定時間后需及時翻耕輪作一年生糧食作物以促進(jìn)土地的可持續(xù)利用,選擇適宜的農(nóng)作物可提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本研究針對黃土高原長期種植的紫花苜蓿和3 種典型的一年生作物為研究對象,采用Illumina MiSeq 平臺的高通量測序技術(shù),開展土壤真菌群落組成和多樣性研究,并采用FUNGulid 平臺預(yù)測分析土壤真菌功能類群,為區(qū)域土地資源的合理利用及半干旱區(qū)土壤真菌多樣性研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗布設(shè)于甘肅省定西市安定區(qū)李家堡鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)旱作農(nóng)業(yè)綜合試驗站(104°44′E,35°28′N),該地區(qū)海拔約2000 m,全年日照時數(shù)2476.6 h,年均太陽輻射592.9 kJ·cm,年均氣溫6.4 ℃,≥0 ℃年積溫2933.5 ℃,年平均降水量400 mm,集中在7-8月,年蒸發(fā)量約為1531 mm,無霜期約為140 d,屬于典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū),土壤類型為黃綿土。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗依托2003年建植的紫花苜蓿地開展試驗,于2012年春季開始,部分紫花苜蓿草地開始翻耕休閑或種植糧食作物。供試作物分別是紫花苜蓿、玉米()、馬鈴薯以及谷子()4 種。共設(shè)5 個處理(表1),均采用隨機(jī)區(qū)組排列,每個處理設(shè)3 個重復(fù),小區(qū)面積為3.0 m×7.0 m,小區(qū)間隔0.5 m。紫花苜蓿人工草地建植時施純氮105 kg·hm,生長期間再無施肥;紫花苜蓿-馬鈴薯、紫花苜蓿-谷子處理均施純氮 105 kg·hm;紫花苜蓿-休耕-玉米處理施純氮 200 kg·hm。玉米種植時采用當(dāng)?shù)爻Ｓ玫娜るp壟溝播技術(shù),且地膜每年進(jìn)行更換,其余作物均采用常規(guī)大田種植方式。

表1 試驗處理Table 1 Experimental treatment

1.3 樣品采集

本研究采樣時間為2018年6月(紫花苜蓿頭茬盛花期)。土壤樣品采集方法為五點取樣法,深度為0～30 cm。將所采集樣品去除石子、植物殘枝落葉后混合均勻并分為3 部分。一部分裝入無菌自封袋保存于-80 ℃冰箱直至高通量測序分析;另一部分土壤樣保存于4 ℃冰箱,測定土壤硝態(tài)氮;剩余部分土壤自然風(fēng)干后過1 mm 篩,用于土壤理化指標(biāo)的測定。

1.4 土壤理化因子的測定

土壤理化因子均參考《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行測定,土壤容重采用環(huán)刀法測定,土壤全氮采用濃HSO消煮-凱氏定氮法測定,有機(jī)碳采用濃HSO-KCrO外加熱法測定,有效磷采用NaHCO浸提-鉬銻抗比色法測定,速效鉀采用CHCOONH浸提-火焰光度法測定,pH 采用水土比2.5∶1 電位法測定,硝態(tài)氮采用2 mol·LKCl 浸提-全自動間斷化學(xué)分析儀測定。

1.5 真菌ITS 區(qū)高通量測序

使用PowerSoil? DNA 試劑盒對采集的土壤樣品DNA 進(jìn)行提取,凝膠電泳使用純度為1.0%瓊脂糖,用溴化乙錠染色之后在凝膠成像系統(tǒng)檢測DNA的濃度和純度。DNA 提取完成后,利用引物ITS 1F (5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′)、ITS2R(5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′)對真菌 ITS1 區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增。PCR 反應(yīng)體系和條件: 95 ℃預(yù)變性 3 min,接著進(jìn)行35 個循環(huán),包括95 ℃變性30 s,56 ℃ 退火30 s,72 ℃延伸40 s;循環(huán)結(jié)束后72 ℃最終延伸5 min。擴(kuò)增完成后用2%瓊脂糖凝膠對PCR 產(chǎn)物進(jìn)行電泳檢測,采用AxyPrepDNA 凝膠回收試劑盒(美國,AXYGEN 公司)切膠。

Illumina Miseq PE300 測序: 參考電泳初步定量結(jié)果,將PCR 產(chǎn)物用QuantiFluor?-ST 藍(lán)色熒光定量系統(tǒng)(北京,Promega 公司)進(jìn)行定量檢測,之后將每個樣本按要求進(jìn)行混合。利用聚合DNA 產(chǎn)物構(gòu)建Miseq 文庫,然后借助高通量測序平臺(Illumina Miseq PE300)測序,以上過程均由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。

1.6 真菌FUNGuild 基因功能預(yù)測

采用FUNGuild (Fungi Functional Guild) V1.0在線平臺對真菌進(jìn)行生態(tài)功能分類。將高通量測序獲得OTU 上傳到FUNGuild 平臺進(jìn)行分析,下載分析結(jié)果后對真菌群落進(jìn)行篩選,通過生物信息學(xué)方法將真菌物種分類與功能guild 分類聯(lián)系起來。FUNGuild 給出的營養(yǎng)類型有3 種,分別為腐生營養(yǎng)型(saprotroph)、病理營養(yǎng)型(pathotroph)、共生營養(yǎng)型(symbiotroph),其余為復(fù)合營養(yǎng)型(過渡型)真菌,共5 種,分別為病理-腐生營養(yǎng)型(pathotroph-saprotroph)、病理-共生營養(yǎng)型(pathotroph-symbiotroph)、腐生-共生營養(yǎng)型(saprotroph-symbiotroph)、病原體-腐生-共生營養(yǎng)型(pathogen-saprotroph-symbiotroph)以及病理-腐生-共生營養(yǎng)型(pathotroph-saprotrophsymbiotroph),對于FUNGuild 目前無法鑒定的“未定義(undefined) ”真菌群落統(tǒng)一為“其他(others)”。

1.7 數(shù)據(jù)處理

利用上海美吉公司I-sanger 云平臺(https://cloud.majorbio.com/)進(jìn)行真菌群落結(jié)構(gòu)以及Alpha 和Beta多樣性分析,使用R 4.0.2 的vegan 包對OTU 表轉(zhuǎn)換為相對豐度后進(jìn)行PERMANOVA 分析,采用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和繪制土壤真菌群落門和屬分類水平相對豐度柱狀圖,利用SPSS 21.0 對土壤理化因子、真菌群落門和屬相對豐度進(jìn)行單因素方差分析(Anova),采用多重比較法(Duncan)進(jìn)行處理間差異顯著性分析,采用FUNGuild (V1.0)在線平臺進(jìn)行真菌功能類群預(yù)測,運(yùn)用 Canoco 5 軟件分別對屬水平真菌群落、真菌功能類群和理化因子之間進(jìn)行冗余分析(redundancy analysis,RDA);使用Adobe Illustrator CS6 軟件對圖表進(jìn)行修飾。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

由表2可以看出,與LC 相比,種植一年生大田作物后土壤硝態(tài)氮和有效磷含量均顯著增加(＜0.05),而速效鉀表現(xiàn)為LF 處理顯著增加20.49% (＜0.05);土壤有機(jī)碳含量則表現(xiàn)為LF、LC 和LP 均顯著降低(＜0.05),分別降低11.27%、4.70%和4.57%,全氮表現(xiàn)為LF 處理顯著降低12.50% (＜0.05);土壤容重和pH 在處理間無顯著差異。

表2 不同種植制度的土壤理化性質(zhì)Table 2 Soil physicochemical properties of different cropping systems

2.2 土壤真菌群落多樣性分析

土壤真菌Alpha 多樣性如圖1所示。豐富度評估發(fā)現(xiàn),Sobs 指數(shù)(圖1A)表現(xiàn)為LC 處理高于其他處理,而Chao1 指數(shù)(圖1B)處理間無明顯規(guī)律性。多樣性評估表明,Shannon 指數(shù)表現(xiàn)為LC 處理高于其他處理(圖1C),Simpson 指數(shù)LC 處理低于其他處理(圖1D)。

圖1 不同種植制度土壤真菌群落Alpha 多樣性Fig.1 Alpha diversity of soil fungal communities in different cropping systems

Beta 多樣性能夠反映樣本間真菌多樣性差異?；贐ray-Curtis 算法對不同處理土壤真菌群落進(jìn)行PCoA 分析(圖2)。結(jié)果表明,PC1 和PC2 對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的解釋度分別為28.37%和18.58%,LC處理落在第2 和第3 象限,與其他4 個處理明顯分開,LP 處理落在第1 象限,LF 和LMi 處理落在第1和第4 象限,而LC 處理落在第4 象限,處理間無交集產(chǎn)生,進(jìn)一步采用基于距離矩陣的PERMANOVA分析發(fā)現(xiàn),不同處理土壤真菌群落構(gòu)成存在顯著差異(＜0.05)。

圖2 不同種植制度土壤真菌群落PCoA 分析Fig.2 PCoA analysis of soil fungal communities in different cropping systems

2.3 土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成

本研究土壤樣品經(jīng)測序共測得192 800 條OTU序列,按最小樣本序列數(shù)抽平后每個處理分別獲得38 560 個OTU,以97%相似度進(jìn)行聚類,共得到3687 個有效OTU 序列,分布在7 門25 綱77 目169科347 屬。門分類水平下(圖3),相對豐度大于1%的土壤真菌主要由子囊菌門(Ascomycota,69.17%～88.22%)、接合菌門(Zygomycota,6.72%～19.88%)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota,1.64%～9.01%)組成。與LC 處理相比,LC 處理土壤接合菌門和擔(dān)子菌門豐度顯著增加(＜0.05),子囊菌門豐度則表現(xiàn)為顯著降低(＜0.05)。另外,本研究還發(fā)現(xiàn)未明確分類的真菌(unclassified_k_fungi)豐度占比0.65%～5.33%,且LC處理高于其他處理。

圖3 不同種植制度土壤真菌門水平相對豐度Fig.3 Relative abundances of soil fungal communities at phylum levels in different cropping systems

屬分類水平下(圖4),豐度小于1%的稀有真菌屬(Others)占總序列的5.92%～15.94%,未明確分類的真菌屬(unclassified)占總序列的19.29%～36.75%。已分類的相對豐度大于1%的真菌屬依次為赤霉菌屬(,6.20%～27.80%)、被孢霉屬(,6.68%～19.73%)、綠僵菌屬(,4.15%～13.64%)、鐮刀菌屬(,2.13%～9.77%)、(0.70%～9.44%)、(0.13%～7.66%)、腐質(zhì)霉屬(,0.42%～11.59%)、隱球菌屬(,1.71%～4.35%)、球腔菌屬(,0.06%～9.35%)、白僵菌屬(,0.07%～6.17%)、毛殼菌屬(,0.37%～3.70%)、枝頂孢屬(,0.47%～2.27%)、鏈格孢屬(,0.09%～2.35%)、土赤殼屬(,0.32%～1.97%)、莖點霉屬(,0.05%～1.60%)、(0.26%～1.60%)、光黑殼屬(,0.19%～1.52%)、節(jié)枝孢屬(,0.01%～1.16%)、蠕孢菌屬(,0.03%～2.44%)、柄孢殼屬(,0.06%～1.35%)、(0.01%～1.09%)、(0.01%～1.21%)、匍柄霉屬(,0.01%～1.03%)。

圖4 不同種植制度土壤真菌屬水平相對豐度Fig.4 Relative abundance of soil fungal communities at the level of genus in different cropping systems

土壤中真菌群落構(gòu)成因作物類型不同而存在差異,其中LC 處理優(yōu)勢屬為,豐度為9.44%;LF、LP 和LMi 處理優(yōu)勢屬為赤霉菌屬,豐度依次為19.95%、14.18%和27.80%;而LC 處理的優(yōu)勢屬為被孢霉屬,豐度為19.73%。為了更好地了解作物類型對土壤真菌群落組成的影響,將相對豐度前10 的真菌屬進(jìn)行統(tǒng)計(表3)發(fā)現(xiàn),與LC 處理相比,LF 和LMi 處理赤霉菌屬豐度顯著增加(＜0.05),LC 處理被孢霉屬豐度顯著增加(＜0.05);相對豐度則表現(xiàn)為LP 處理顯著增加(＜0.05),LC 和LMi 處理顯著降低(＜0.05);相對豐度表現(xiàn)為種植一年生作物處理均顯著降低68.54%～92.58% (＜0.05)。

表3 不同種植制度土壤相對豐度前10 的真菌屬Table 3 Top 10 genera of relative abundance of soil fungi in different cropping systems

2.4 土壤真菌群落與理化因子相關(guān)分析

土壤真菌群落多樣性指數(shù)與理化因子進(jìn)行Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)(表4),Shannon 指數(shù)與土壤硝態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(=-0.553,＜0.05);Simpson 指數(shù)與土壤硝態(tài)氮呈顯著正相關(guān)(=0.515,＜0.05),其余多樣性指數(shù)與理化因子間無明顯相關(guān)關(guān)系。

表4 土壤真菌Alpha 多樣性與理化因子Pearson 相關(guān)分析Table 4 Pearson correlation analysis between alpha diversity of soil fungi and physiochemical factors

為進(jìn)一步揭示影響土壤真菌群落的環(huán)境因子,以土壤真菌屬水平群落豐度為響應(yīng)變量,土壤環(huán)境因子為解釋變量進(jìn)行冗余分析(RDA) (圖5)。結(jié)果表明,真菌群落在兩個排序軸上的解釋度為26.33%和17.35%,部分真菌類群與環(huán)境因子的相關(guān)性較大;赤霉菌屬、孢被霉屬和隱球菌屬與土壤有效磷、硝態(tài)氮和速效鉀含量呈正相關(guān)關(guān)系;白僵菌屬、與土壤土壤容重、有機(jī)碳、全氮含量和pH 呈正相關(guān)關(guān)系。Monte Carlo 檢驗表明,土壤有效磷(=0.002)是主導(dǎo)土壤真菌群落變化的主要環(huán)境因子。

圖5 土壤真菌屬與理化因子RDA 分析Fig.5 RDA analysis of soil fungi genus and physicochemical factors

2.5 土壤真菌FUNGuild 基因功能預(yù)測

采用FUNGuild 預(yù)測不同作物土壤真菌的生態(tài)功能(圖6),不同處理土壤真菌營養(yǎng)類型主要分為病理營養(yǎng)型(pathotroph,25.44%～39.27%)、腐生營養(yǎng)型(saprotroph,9.56%～27.69%)、共生營養(yǎng)型(symbiotroph,0.01%～0.04%)、病理-腐生營養(yǎng)型(pathotrophsaprotroph,0.16%～2.29%)、病理-共生營養(yǎng)型(pathotroph-symbiotroph,0.14%～0.55%)、腐生-共生營養(yǎng)型(saprotroph-symbiotroph,6.82%～19.90%)、病原體-腐生-共生營養(yǎng)型(pathogen-saprotroph-symbiotroph,0.47%～2.27%)以及病理-腐生-共生營養(yǎng)型(pathotroph-saprotroph-symbiotroph,7.23%～24.73%),其 余 為FUNGuild 目前無法鑒定真菌類群,占總序列的12.01%～36.11%。與LC 處理相比,土壤病理營養(yǎng)型、腐生營養(yǎng)型和共生營養(yǎng)型真菌在處理間并無顯著差異,但病理營養(yǎng)型真菌豐度表現(xiàn)為LC 處理有降低趨勢,而腐生營養(yǎng)型真菌表現(xiàn)為LP 處理有增加趨勢。值得注意的是,種植一年生作物后,土壤腐生-共生營養(yǎng)型、病原體-腐生-共生營養(yǎng)型和病理-腐生-共生營養(yǎng)型真菌均表現(xiàn)為顯著增加(＜0.05),而土壤病理-腐生營養(yǎng)型真菌表現(xiàn)為顯著降低(＜0.05)。

圖6 不同種植制度土壤真菌營養(yǎng)型及相對豐度Fig.6 Relative abundance of soil fungal nutrient types in different cropping systems

土壤真菌營養(yǎng)類型與環(huán)境因子RDA 分析結(jié)果表明(圖7),7 個土壤因子對真菌營養(yǎng)型在排序軸1和排序軸2 上貢獻(xiàn)率分別為45.54%和14.14%。其中腐生營養(yǎng)型真菌、病理-共生營養(yǎng)型真菌與土壤全氮含量呈正相關(guān),共生營養(yǎng)型真菌、病理-腐生營養(yǎng)型真菌與土壤有機(jī)碳、pH、容重呈正相關(guān)關(guān)系;病理營養(yǎng)型真菌、病理-腐生-共生營養(yǎng)型真菌、病原體-腐生-共生營養(yǎng)型真菌與土壤有效磷呈正相關(guān)關(guān)系,腐生-共生營養(yǎng)型真菌與硝態(tài)氮和速效鉀呈正相關(guān)關(guān)系。Monte Carlo 檢驗表明,有效磷(=0.002)、硝態(tài)氮(=0.02)是主導(dǎo)土壤真菌營養(yǎng)類型變化的主要環(huán)境因子。

圖7 土壤真菌功能類群與理化因子RDA 分析Fig.7 RDA analysis of soil fungal functional groups and physicochemical factors

3 討論

3.1 不同作物對土壤真菌群落特征的影響

真菌是土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的組分之一,能夠分解土壤有機(jī)物質(zhì),為農(nóng)作物提供生長發(fā)育所需的養(yǎng)分。有研究發(fā)現(xiàn),土壤真菌群落組成和多樣性,受到諸多因素的影響,但農(nóng)作物根系分泌物和土壤特性對其影響更大。本研究土壤樣品經(jīng)測序共檢測到真菌7 門25 綱77 目169 科347 屬,主要由子囊菌門、接合菌門、擔(dān)子菌門真菌組成,與大部分農(nóng)田土壤真菌組成相似;其中,土壤子囊菌門為絕對的優(yōu)勢菌群,占比達(dá)69.17%～88.22%。子囊菌之所以在該研究區(qū)真菌種群中占有較高的比重與其遺傳特性相關(guān),子囊菌具有較高的物種多樣性和進(jìn)化速度,更適應(yīng)干旱環(huán)境,黃土高原干旱少雨的氣候條件為子囊菌提供了良好的生存環(huán)境,導(dǎo)致其豐度較高。雖然處理間土壤真菌群落組成相似,但仍存在差異,LC 處理子囊菌相對豐度顯著下降,接合菌門和擔(dān)子菌門真菌豐度顯著增加(＜0.05)。擔(dān)子菌門多為腐生菌,可促進(jìn)土壤物質(zhì)循環(huán),而且許多菌根真菌為擔(dān)子菌,為可以拮抗根部病原菌的土壤有益菌。進(jìn)一步結(jié)合真菌屬水平研究發(fā)現(xiàn),長期種植紫花苜蓿的LC 處理土壤真菌優(yōu)勢屬為,LF、LP 和LMi 處理優(yōu)勢屬為赤霉菌屬,二者均屬于植物病原真菌,可引起作物根腐和穗腐以及造成馬鈴薯干腐病等。LC 處理真菌優(yōu)勢屬為被孢霉屬,被孢霉屬是土壤習(xí)居菌,是一種具有較強(qiáng)分解纖維素能力的真菌,隸屬于接合菌門的被孢霉屬,被確定為對土壤有益的微生物,對改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤養(yǎng)分有效性具有良好的效果。有研究發(fā)現(xiàn)被孢霉屬在健康植株的根際土壤中相對豐度顯著高于發(fā)病植株根際土壤。本研究中被孢霉屬在玉米地土壤中占比較大,因此可以說明本研究中玉米地更有利于改善農(nóng)田土壤真菌群落結(jié)構(gòu),使得有益真菌比例增加,改善原有的土壤微生物生存環(huán)境,增強(qiáng)對抗病原菌的綜合能力。冗余分析(RDA)結(jié)果表明,土壤有效磷(=0.002)是土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的主要影響因子,在氮含量較低的黃綿土中,紫花苜蓿自身的固氮作用和農(nóng)田適當(dāng)?shù)牡砑涌删徑獾貙ν寥牢⑸锷娴南拗?由于磷在土壤中難以移動和被作物利用,所以有效磷含量成為限制土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的主要土壤環(huán)境因子。

3.2 不同作物對土壤真菌功能分類的影響

采用FUNGuild 對不同處理土壤真菌進(jìn)行功能預(yù)測,黃綿土真菌營養(yǎng)型主要可以分為病理營養(yǎng)型、腐生營養(yǎng)型和共生營養(yǎng)型3 種,其余為復(fù)合營養(yǎng)型,且病理營養(yǎng)型真菌(25.44%～39.27%)所占比重較高,病理營養(yǎng)型真菌從宿主細(xì)胞獲取營養(yǎng)來源,可以抑制植物生長,豐度較高的原因可能是旱地土壤中較多的孔隙有利于真菌菌絲的穿插和生長,還可能因為本試驗單一作物長期的連作體系導(dǎo)致土壤中病原菌數(shù)量激增,進(jìn)而造成病理營養(yǎng)型真菌占據(jù)優(yōu)勢地位。本研究所涉及處理中共生營養(yǎng)型真菌相對豐度較低(0.01%～0.04%),這主要與試驗前期多年連作紫花苜蓿有關(guān),因為耕地中存在固氮植物時往往能顯著降低共生真菌豐度。真菌生活史較細(xì)菌復(fù)雜,經(jīng)常會主動采用多種營養(yǎng)方式并存以適應(yīng)生存,這也是其為適應(yīng)外界多變環(huán)境而采取的生存策略。本研究發(fā)現(xiàn),與長期種植紫花苜蓿相比,種植一年生作物之后,作為過渡型的土壤腐生-共生營養(yǎng)型、病原體-腐生-共生營養(yǎng)型和病理-腐生-共生營養(yǎng)型真菌豐度均表現(xiàn)為顯著增加(＜0.05),主要是因為人為擾動土壤和施肥導(dǎo)致環(huán)境改變和營養(yǎng)物質(zhì)的輸入,改變了真菌的生存環(huán)境,使得這些易受人為影響從而進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換的兼有營養(yǎng)型的真菌占據(jù)優(yōu)勢,真菌代謝功能多樣性增加,功能結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。值得注意的是,種植一年生作物使病理-腐生營養(yǎng)型真菌相對豐度降低,這可能是因為FUNGuild 功能比對是基于已有文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)進(jìn)行,僅在一定程度上解析了真菌的功能,其原因有待于進(jìn)一步探究。

另外,基于FUNGuild 文庫分析發(fā)現(xiàn)該研究中未明確分類營養(yǎng)型真菌仍占大多數(shù),因此,后續(xù)研究將進(jìn)一步通過宏基因組更加充分地挖掘土壤真菌功能基因。

4 結(jié)論

本研究以97%的相似水平聚類共獲得真菌3687 個OTU 序列,分布在7 門25 綱77 目169 科347 屬,主要隸屬于子囊菌門、接合菌門和擔(dān)子菌門,且子囊菌門為優(yōu)勢門(69.17%～88.22%)。作物類型使土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生了明顯變化,其中LC 土壤優(yōu) 勢屬為,LF、LP 和LMi 處理優(yōu)勢屬為赤霉菌屬,LC 處理優(yōu)勢屬為被孢霉屬。FUNGuild 功能預(yù)測結(jié)果表明本試驗黃綿土主要以病理營養(yǎng)型真菌為主,種植一年生作物之后,改變了土壤腐生-共生營養(yǎng)型、病原體-腐生-共生營養(yǎng)型和病理-腐生-共生營養(yǎng)型等過渡型真菌類群,提高了真菌代謝功能多樣化,有利于改善土壤微生態(tài)環(huán)境。