長期施有機(jī)肥對設(shè)施番茄土壤稀有和豐富細(xì)菌亞群落的影響

劉蕾，史建碩，張國印，郜靜，李玭，任燕利，王麗英

長期施有機(jī)肥對設(shè)施番茄土壤稀有和豐富細(xì)菌亞群落的影響

劉蕾，史建碩，張國印，郜靜，李玭，任燕利，王麗英

河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所/河北省肥料技術(shù)創(chuàng)新中心，石家莊 050051

【目的】將稀有和豐富細(xì)菌亞群落從整體群落中加以區(qū)分并探索兩者分別對長期施肥的響應(yīng)特征，為解析農(nóng)業(yè)活動對微生物多樣性與土壤功能穩(wěn)定性之間的關(guān)系提供新視角。【方法】基于設(shè)施番茄長期定位試驗(yàn)，采集4個(gè)不同處理土壤樣品：不施肥（M0）、低量有機(jī)肥5.68 t·hm-2（M1）、中量有機(jī)肥8.52 t·hm-2（M2）和高量有機(jī)肥11.36 t·hm-2（M3），利用Illumina MiSeq高通量測序技術(shù)，分析稀有和豐富細(xì)菌亞群落多樣性、群落組成、共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和潛在功能差異，闡明兩者對長期施肥的響應(yīng)規(guī)律，并探討驅(qū)動稀有和豐富細(xì)菌亞群落多樣性和施肥響應(yīng)差異的關(guān)鍵環(huán)境因素?！窘Y(jié)果】稀有細(xì)菌亞群落α和β多樣性均顯著高于豐富細(xì)菌亞群落，且物種組成和潛在功能也與豐富細(xì)菌差異明顯。功能預(yù)測結(jié)果顯示豐富細(xì)菌負(fù)責(zé)設(shè)施農(nóng)田主要生態(tài)系統(tǒng)功能，如養(yǎng)分和能量代謝，而稀有細(xì)菌更多體現(xiàn)在輔助功能上（例如輔酶代謝），為微生物群落功能冗余做出貢獻(xiàn)。不同細(xì)菌亞群落多樣性和組成對長期施肥響應(yīng)差異較大，其中，與不施肥相比，長期施用有機(jī)肥和化肥使稀有細(xì)菌亞群落豐富度顯著提高19.8%—53.8%、多樣性顯著提高5.8%—8.0%，總相對豐度顯著提高1.1—1.2倍，改變稀有細(xì)菌亞群落組成和結(jié)構(gòu)，并且隨著有機(jī)肥施用量增加，稀有細(xì)菌豐富度顯著提升，亞群落組成和結(jié)構(gòu)也發(fā)生顯著變化；與之相比，長期施肥并未顯著改變豐富細(xì)菌亞群落多樣性，僅群落組成受到影響。同時(shí)，細(xì)菌共現(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度隨有機(jī)肥施用顯著增加，且稀有細(xì)菌更敏感。非度量多維度分析（NMDS）和Mantel檢驗(yàn)結(jié)果均顯示，影響稀有和豐富細(xì)菌亞群落的關(guān)鍵環(huán)境因子不同，其中，土壤有機(jī)質(zhì)、全量氮磷有效磷、速效鉀、pH、大中團(tuán)聚體等多種與確定性過程相關(guān)的土壤因子顯著影響豐富細(xì)菌亞群落，結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）進(jìn)一步顯示土壤有機(jī)質(zhì)和全磷直接驅(qū)動豐富細(xì)菌多樣性變化；而稀有細(xì)菌亞群落受環(huán)境過濾的影響程度明顯下降，且群落分散性更強(qiáng)，暗示兩種亞群落構(gòu)建機(jī)制可能存在差異?！窘Y(jié)論】與豐富細(xì)菌和整體群落相比，稀有細(xì)菌亞群落呈現(xiàn)更高的多樣性和獨(dú)特的群落組成，提高微生物群落功能冗余；長期施肥主要通過影響稀有細(xì)菌（即提高多樣性、改變?nèi)郝浣M成、增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度）而非豐富細(xì)菌，從而改變細(xì)菌整體群落，并且介導(dǎo)稀有和豐富細(xì)菌亞群落構(gòu)建的環(huán)境因素也不相同。

稀有細(xì)菌；豐富細(xì)菌；有機(jī)肥；設(shè)施番茄；多樣性；群落構(gòu)建；生態(tài)系統(tǒng)功能

0 引言

【研究意義】土壤微生物對維持土壤生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)至關(guān)重要[1]，其群落具有典型的物種豐度分布偏斜特征，表現(xiàn)為少數(shù)相對高豐度的優(yōu)勢（dominant）物種和大量相對低豐度的稀有物種共存，分別被稱為“豐富生物圈（abundant biosphere）”和“稀有生物圈（rare biosphere）”[2]，而后者的群落特征及對環(huán)境變化的響應(yīng)機(jī)制基本處于認(rèn)知盲區(qū)[3]。隨著高通量測序技術(shù)快速發(fā)展，“稀有生物圈”構(gòu)成的微生物“隱藏”多樣性及“生態(tài)保險(xiǎn)”功能才逐漸引發(fā)關(guān)注[2]。設(shè)施農(nóng)業(yè)對解決我國耕地資源短缺、推進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興具有重要意義，然而高集約化生產(chǎn)模式，特別是過量施肥極易引起土壤退化等一系列生態(tài)環(huán)境問題[4]，而相較于傳統(tǒng)理化指標(biāo)，土壤微生物對環(huán)境變化更敏感，因此，通過土壤微生物性狀的變化評估土壤受損程度和質(zhì)量變化對長期施肥的響應(yīng)已成為探索設(shè)施土壤質(zhì)量保持和功能恢復(fù)的熱點(diǎn)[5-6]。然而，現(xiàn)階段有機(jī)肥和化肥對土壤微生物的影響結(jié)果多建立在豐富類群基礎(chǔ)上，對稀有微生物群落分布和響應(yīng)特征仍知之甚少。因此，將稀有和豐富亞群落從整體群落中加以區(qū)分，分別研究兩者群落特征、潛在功能和對長期施肥的響應(yīng)差異，并探討驅(qū)動其多樣性和施肥響應(yīng)差異的關(guān)鍵環(huán)境因素，可以為解析農(nóng)業(yè)活動對微生物多樣性與土壤功能穩(wěn)定性之間的關(guān)系提供新視角，并為人口壓力帶來的農(nóng)業(yè)強(qiáng)度不斷增加背景下，制定以保護(hù)農(nóng)田土壤微生物多樣性和減少集約施肥對陸地生態(tài)系統(tǒng)影響的施肥策略提供科學(xué)依據(jù)。【前人研究進(jìn)展】理解稀有微生物多樣性、群落組成及其背后的群落構(gòu)建機(jī)制和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，探索“稀有生物圈”對環(huán)境變化（或擾動）的響應(yīng)規(guī)律，是目前微生物生態(tài)學(xué)的前沿[7]。基于現(xiàn)有少量的水體生態(tài)系統(tǒng)[3,8-10]和有限的草地[11]、冰川[12]、茶果園[7]、玉米[13]和石油污染[14]等土壤中的研究證實(shí)，與豐富微生物相比，稀有微生物呈現(xiàn)獨(dú)有的群落特征和環(huán)境變化響應(yīng)機(jī)制。目前普遍認(rèn)為稀有微生物系統(tǒng)發(fā)育多樣性和功能多樣性顯著高于豐富微生物，作為“種子庫（seedbank）”和“功能池（pool）”在增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和保持土壤健康方面具有重要作用和意義[15-17]。但驅(qū)動稀有和豐富微生物群落分布的因素及兩者對環(huán)境擾動的響應(yīng)特征仍存在爭議，例如有研究認(rèn)為介導(dǎo)兩者群落構(gòu)建的因素不同[13-14,18]，因此面對環(huán)境擾動，兩者呈現(xiàn)差異性響應(yīng)。但也有研究顯示兩者受相同因素驅(qū)動[19]，只是影響強(qiáng)度不同引起了兩者對擾動響應(yīng)的不均衡（unequally）[20]。當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，一般認(rèn)為稀有微生物對擾動敏感性更強(qiáng)，較豐富微生物更為脆弱[19,21]，但也有結(jié)果相反[13]。然而，對于陸地生態(tài)系統(tǒng)中人為干擾最強(qiáng)烈、生態(tài)環(huán)境更脆弱的半開放特殊農(nóng)業(yè)生境，設(shè)施土壤“稀有生物圈”相關(guān)信息仍未見任何報(bào)道。施肥作為一種重要的農(nóng)業(yè)措施，會加速土壤退化進(jìn)程[22]，但近年來研究表明，與化肥相比，合理施用有機(jī)肥可以通過提高土壤微生物多樣性和多功能性，減少集約施肥的負(fù)面效應(yīng)，并且相對于豐富微生物，稀有微生物是土壤多功能性的主要驅(qū)動力[23]。但總體上，我們對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)肥和化肥施用對土壤微生物影響的大量研究結(jié)果均基于優(yōu)勢物種，而對于長期施肥如何影響稀有微生物群落構(gòu)建及功能發(fā)揮卻所知有限，鑒于稀有微生物可能在土壤功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中發(fā)揮著超比例的作用，這種認(rèn)知局限性極大地降低了我們對生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)預(yù)測的準(zhǔn)確性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】雖然現(xiàn)階段對稀有微生物群落的關(guān)注與日俱增，但大部分研究仍以優(yōu)勢物種為基礎(chǔ)，特別是在我國設(shè)施高集約化生產(chǎn)下，與豐富微生物相比，稀有微生物是否呈現(xiàn)不同的多樣性模式和施肥響應(yīng)規(guī)律尚不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究基于設(shè)施番茄長期定位試驗(yàn)，采集不同有機(jī)肥施用量下的土壤樣品，利用Illumina MiSeq高通量測序技術(shù)分析稀有和豐富細(xì)菌亞群落多樣性、群落組成、共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和潛在功能差異，闡明兩者對長期施肥的響應(yīng)規(guī)律，并探討驅(qū)動稀有和豐富細(xì)菌亞群落特征和施肥響應(yīng)差異的關(guān)鍵環(huán)境因素，為保護(hù)農(nóng)田土壤微生物多樣性和科學(xué)施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)位于河北省農(nóng)林科學(xué)院大河試驗(yàn)園區(qū)（38°08′24″，114°23′38″），地處石家莊市鹿泉區(qū)大河鎮(zhèn)大河村，地貌為太行山山前平原，土壤為黏壤質(zhì)石灰性褐土，年均溫13.3 ℃，降水量550 mm，屬于溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)開始于2013年，種植冬春茬番茄（3—7月），一年一茬。試驗(yàn)開始前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)：容重1.44 g·cm-3、pH 8.20、有機(jī)質(zhì)15.94 g·kg-1、全氮0.85 g·kg-1、硝態(tài)氮14.77 mg·kg-1、有效磷12.94 mg·kg-1、速效鉀91.25 mg·kg-1。

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理：（1）不施肥（M0）；（2）低量有機(jī)肥5.68 t·hm-2（M1）；（3）中量有機(jī)肥8.52 t·hm-2（M2）；（4）高量有機(jī)肥11.36 t·hm-2（M3）。隨機(jī)區(qū)組，每個(gè)處理3次重復(fù)（小區(qū)），小區(qū)面積12 m2。為防止長期大量施用有機(jī)肥引起磷素累積和淋失，有機(jī)肥采用“以磷定氮”施肥原則，依據(jù)番茄目標(biāo)產(chǎn)量（130 t·hm-2）對應(yīng)磷素帶走量的1.0倍（88 kg P2O5·hm-2）、1.5倍和2.0倍分別確定低（M1）、中（M2）、高（M3）量有機(jī)肥施用量，3個(gè)處理化肥施用量相同。番茄于每年3月施用商品有機(jī)肥和復(fù)合肥作為底肥，每穗果坐果后追水溶肥一次，共6次，具體養(yǎng)分投入量見表1。

表1 不同施肥處理下養(yǎng)分投入量

1.2 樣品采集與測定方法

1.2.1 土壤樣品采集 于2021年7月番茄拉秧時(shí)在每個(gè)小區(qū)從東至西隨機(jī)用土鉆采集5個(gè)表層（0—20 cm）土壤并混合為一個(gè)樣品，共獲得12個(gè)土壤樣品（4個(gè)處理，3次重復(fù)）。采集的土壤樣品放入冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室，一部分土壤盡量保持原狀風(fēng)干用于土壤團(tuán)聚體和機(jī)械組成測定，剩余土壤過2 mm篩后分成兩份，一份保存于-20 ℃，用于微生物測定，一份保存于4 ℃，用于土壤化學(xué)性質(zhì)測定。

1.2.2 土壤理化性質(zhì)測定 土壤團(tuán)聚體分組采用濕篩法。取100 g風(fēng)干土壤樣品置于由2.000、0.250、0.053 mm孔徑組成的套篩最上層，加入蒸餾水淹沒浸泡10 min，以振幅3 cm、頻率30次/min持續(xù)振蕩5 min，結(jié)束后將各孔徑篩子上的土壤顆粒分別洗入鋁盒中，60 ℃烘干稱重，其中，> 2 mm、0.25—2 mm、0.053—0.25 mm、＜0.053 mm分別對應(yīng)大團(tuán)聚體、中團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和礦質(zhì)顆粒組分[24]。土壤機(jī)械組成采用比重計(jì)法（GB7845—87）測定。土壤化學(xué)性質(zhì)測定參照《土壤農(nóng)化分析》[25]，pH用1 mol·L-1KCl浸提（土水比1﹕2.5）電位法測定，有機(jī)質(zhì)用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法，全氮采用凱氏法，全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，全鉀用堿熔-火焰光度法，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮用0.01 mol·L-1CaCl2溶液浸提（土水比1﹕10）后采用流動分析儀測定，Olsen-P用0.5 mol·L-1NaHCO3（pH=8.5）溶液浸提（土水比20﹕1）鉬銻抗比色法，速效鉀采用1 mol·L-1NH4OAc（pH=7.0）浸提（土水比1﹕10）火焰光度法，水溶性鹽采用電導(dǎo)法測定。

1.2.3 土壤高通量測序和序列處理 采用E.Z.N.A.? soil DNA kit（Omega Bio-tek，Norcross，GA，美國）試劑盒提取土壤DNA，用NanoDrop 2000測定DNA濃度和純度。使用引物338F（5′-ACTCCTACGGGAGG CAGCA-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTA AT-3′）對細(xì)菌16S rDNA V3V4基因進(jìn)行擴(kuò)增，采用Illumina Miseq PE300平臺進(jìn)行測序（美吉, 上海）。測序獲得的原始序列經(jīng)過QIIME平臺篩選和序列優(yōu)化后，依據(jù)97%的相似度聚類成操作分類單元（operational taxonomic unit，OTU）（UPARSE 7.1），選取每個(gè)OTU 中豐度最高的序列作為代表序列，以RDP classifier貝葉斯算法對比SILVA數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類學(xué)信息注釋。去除單序列（singletons）的OTU（只包含一條序列的OTU）[9]。然后基于序列數(shù)24 692進(jìn)行抽平，對所有樣本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以抽平后的OTU豐度表進(jìn)行后續(xù)分析[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

基于OTU相對豐度分別在局域（local）和區(qū)域（regional）水平將其分為稀有和豐富細(xì)菌，劃分閾值采用先前廣泛發(fā)表的分類標(biāo)準(zhǔn)[3,8,10]：局域水平下（即一個(gè)樣品中），相對豐度＞1%的OTU被定義為豐富細(xì)菌，相對豐度＜0.01%的OTU被定義為稀有細(xì)菌；區(qū)域水平下（即在所有樣品中），平均相對豐度＞0.1%的OTU被定義為豐富細(xì)菌，平均相對豐度＜0.001%的OTU被定義為稀有細(xì)菌。

采用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較不同施肥處理對土壤理化性質(zhì)、細(xì)菌α多樣性及相對豐度的影響，并用LSD檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較，用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)比較整體、豐富和稀有細(xì)菌α和β多樣性差異顯著性，均在SPSS 18.0中進(jìn)行。細(xì)菌α多樣性采用OTU豐富度和Shannon多樣性表征，用R軟件vegan程序包“diversity”函數(shù)計(jì)算。采用“metaMDS”函數(shù)計(jì)算樣本間Bray-Curtis相異性用以表征細(xì)菌β多樣性[14]，并通過基于Bray-Curtis距離算法的非度量多維度分析（NMDS）展示細(xì)菌群落分布特征[9]，用“envfit”分析環(huán)境變量與細(xì)菌群落變化之間的關(guān)系，僅保留影響顯著的因子（＜0.05），多元分析之前群落數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)化，環(huán)境變量進(jìn)行l(wèi)g(+1)轉(zhuǎn)化。采用“anosim”函數(shù)進(jìn)行置換多元方差分析（PERMANOVA）進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)不同施肥處理下細(xì)菌群落差異顯著性，置換次數(shù)999。Mantel檢驗(yàn)用于分析環(huán)境變量對細(xì)菌群落的影響，以及整體、豐富和稀有細(xì)菌群落的相似性[18]。進(jìn)一步以結(jié)構(gòu)方程（SEM）分析NMDS和Mantel檢驗(yàn)中顯著的環(huán)境因子對不同細(xì)菌亞群落分布的直接和間接作用，用豐富度代表多樣性，環(huán)境變量進(jìn)行l(wèi)g(+1)轉(zhuǎn)化，模型擬合結(jié)果判斷標(biāo)準(zhǔn)：Chi-square/df＜2，＞0.05，Root mean square error of approximation（RMSEA）＜0.05，計(jì)算在軟件Amos 17.0中進(jìn)行[26]?；跇颖綩TU之間Spearman系數(shù)進(jìn)行共現(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)分析，僅保留穩(wěn)健相關(guān)（＞0.8,＜0.01）的OTU對兒進(jìn)行構(gòu)建，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)OTU，節(jié)點(diǎn)大小與度（degree）相關(guān)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)采用Cytoscape 3.9.0軟件計(jì)算，可視化通過網(wǎng)絡(luò)平臺https:// www.omicstudio.cn/tool/實(shí)現(xiàn)[19]。采用Tax4Fun程序包對細(xì)菌進(jìn)行功能預(yù)測，并用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)比較豐富和稀有細(xì)菌功能基因豐度差異顯著性[18]。

2 結(jié)果

2.1 土壤理化性質(zhì)

長期施肥顯著改變了設(shè)施番茄土壤理化性質(zhì)（表2）。與不施肥相比，有機(jī)肥和化肥施用顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、速效鉀以及大、中團(tuán)聚體含量，并顯著降低了土壤pH。不同有機(jī)肥施用量之間，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨有機(jī)肥施用量增加顯著提升，高量有機(jī)肥處理（M3）的土壤全氮、全磷和速效鉀含量顯著高于低量有機(jī)肥處理（M1），中高量有機(jī)肥處理（M2、M3）的土壤有效磷含量顯著高于低量有機(jī)肥處理（M1），高量有機(jī)肥處理（M3）的pH顯著低于中、低量有機(jī)肥處理（M1、M2）。

表2 不同有機(jī)肥施用量土壤理化性質(zhì)

數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列不同字母表示差異顯著（＜0.05）。下同

Data are presented by mean±SE. Different letters in the same column indicate a significant difference at＜0.05. The same as below

2.2 稀有和豐富細(xì)菌亞群落α多樣性

高通量測序數(shù)據(jù)經(jīng)過質(zhì)量過濾和去除嵌合體后，共保留1 360 939條高質(zhì)量序列（各樣本34 492— 58 303），平均418 bp。去除單序列OTU并抽平后，共得到4 554個(gè)OTU。在每個(gè)樣本中，平均46.5%（41.7%—50.3%）的OTU被鑒定為稀有細(xì)菌，平均相對豐度僅為6.0%（4.9%—6.5%）。相比之下，每個(gè)樣本中所占比例很低的OTU被鑒定為豐富細(xì)菌（0.9%—1.5%），平均相對豐度卻可達(dá)23.0%（16.5%—45.1%）。所有樣本中，分別有381和206個(gè)OTU屬于稀有和豐富細(xì)菌，平均相對豐度分別為0.2%和55.9%。

在局域水平下，稀有細(xì)菌亞群落呈現(xiàn)更高的α多樣性（表3），其豐富度和多樣性分別比豐富細(xì)菌亞群落平均高出45.1%和1.5%。長期施肥對設(shè)施番茄土壤稀有和豐富細(xì)菌亞群落α多樣性的影響差異較大，其中，與不施肥相比，施肥處理下稀有細(xì)菌亞群落豐富度和多樣性分別顯著提高了19.8%— 53.8%和5.8%—80.0%，并且稀有細(xì)菌亞群落豐富度呈現(xiàn)隨有機(jī)肥施用量增加顯著上升的趨勢，然而，豐富細(xì)菌亞群落α多樣性受施肥影響不大（表3）。總體上，細(xì)菌整體群落（所有OTU）豐富度和多樣性隨有機(jī)肥施用分別顯著提高20.7%—27.5%和12.1%—15.1%，但不同有機(jī)肥施用量之間差異不顯著（表3）。

2.3 稀有和豐富細(xì)菌亞群落組成

豐富細(xì)菌亞群落組成和整體群落組成更為相似，門水平上，相對豐度前10名均為變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteriota）、綠彎菌門（Chloroflexi）、厚壁菌門（Firmicutes）、酸桿菌門（Acidobacteria）、芽單胞菌門（Gemmatimonadota）、異常球菌-棲熱菌門（Deinococcota）、甲基肌酐門（Methylomirabilota）、黏細(xì)菌門（Myxococcota）和擬桿菌門（Bacteroidota）（圖1）。與豐富細(xì)菌相比，稀有細(xì)菌亞群落涵蓋了更多類群，包含了25個(gè)細(xì)菌門分類水平，是豐富細(xì)菌亞群落的1.8倍，其組成也與豐富細(xì)菌有所差異，相對豐度排名前10的種群分別為綠彎菌門、變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、髕骨菌門（Patescibacteria）、黏細(xì)菌門、酸桿菌門、蛭弧菌門（Bdellovibrionota）、放線菌門和浮霉菌門（Planctomycetota）（圖1）。除此以外，裝甲菌門（Armatimonadota）、蛭弧菌門、脫鐵桿菌門（Deferrisomatota）、脫硫桿菌門（Desulfobacterota）、迷蹤菌門（Elusimicrobiota）、食氫菌門（Hydrogenedentes）、匿桿菌門（Latescibacteria）、Margulisbacteria、浮霉菌門（Planctomycetota）和疣微菌門（Verrucomicrobiota）僅分布在稀有細(xì)菌亞群落，而甲基肌酐門（Methylomirabilota）和硝化螺菌門（Nitrospirota）僅分布在豐富細(xì)菌亞群落。

表3 不同施肥下細(xì)菌亞群落α多樣性

稀有：稀有細(xì)菌亞群落；豐富：豐富細(xì)菌亞群落；整體：整體群落。下同

Rare: The rare bacterial sub-community; Abundant: The abundant bacterial sub-community; Whole: The whole bacterial community. The same as below

Rare：稀有細(xì)菌亞群落；Abundant：豐富細(xì)菌亞群落；Whole：整體群落。下同

豐富細(xì)菌亞群落和整體群落組成對于長期施肥的響應(yīng)也更為相似，從圖1可以看出，與不施肥相比，施肥處理下豐富細(xì)菌亞群落和整體細(xì)菌群落中變形菌門相對豐度分別顯著提高了1.4—1.8倍和1.3—1.7倍，放線菌門相對豐度分別顯著提高了1.8—1.9倍和約1.6倍；酸桿菌門和異常球菌-棲熱菌門相對豐度分別顯著下降了35.7%—49.6%、31.2%—51.4%以及86.8% —96.1%、86.8%—93.5%。豐富細(xì)菌總相對豐度（55.8%—59.1%）在施肥與不施肥處理之間差異不大，與此相比，有機(jī)肥和化肥處理下稀有細(xì)菌總相對豐度（0.2%）是不施肥處理的1.1—1.2倍。除此以外，不同有機(jī)肥施用量并未顯著影響稀有細(xì)菌亞群落中變形菌門、放線菌門等相對豐度較高的類群，而是通過影響相對豐度更低的種群改變?nèi)郝浣M成（即相對豐度排名11以后的門水平分類，圖1中合并為其他Others），例如裝甲菌門、脫硫桿菌門只分布在不施肥或者低量有機(jī)肥處理中，而食氫菌門只分布在中高量有機(jī)肥處理中。

2.4 稀有和豐富細(xì)菌亞群落β多樣性

在區(qū)域水平下，稀有細(xì)菌亞群落β多樣性顯著高于豐富細(xì)菌和整體群落（圖2），并且從NMDS結(jié)果可以看出，豐富細(xì)菌亞群落分布格局更接近整體群落，而稀有細(xì)菌亞群落分散性更強(qiáng)（圖3），Mantel檢驗(yàn)也證實(shí)該結(jié)果（豐富vs整體，=0.99，＜0.01；稀有vs整體，=0.24，=0.03）。不同細(xì)菌亞群落對長期施肥響應(yīng)差異較大，其中，稀有細(xì)菌亞群落結(jié)構(gòu)隨有機(jī)肥施用量增加發(fā)生顯著變化（圖3-a），與ANOSIM分析結(jié)果一致（M0 vs M1，=0.33，=0.02；M0 vs M2，=0.59，=0.01；M0 vs M3，=0.84，＜0.01；M1 vs M3，= 0.39，=0.02；M2 vs M3，=0.66，=0.01），而豐富細(xì)菌亞群落結(jié)構(gòu)受施肥影響不大（圖3-b）?？傮w上，不施肥處理細(xì)菌整體群落結(jié)構(gòu)顯著差別于施肥處理（ANOSIM，M0 vs M1，=0.37，=0.02；M0 vs M2，=0.59，=0.01；M0 vs M3，=0.81，＜0.01），但不同有機(jī)肥施用量之間群落結(jié)構(gòu)差異不顯著（圖3-c）。

圖2 不同細(xì)菌亞群落基于Bray-Curtis相異性的β多樣性差異

圖3 不同細(xì)菌亞群落非度量多維度分析（NMDS）分布圖

2.5 稀有和豐富細(xì)菌亞群落共現(xiàn)模式

采用共線性網(wǎng)絡(luò)分析確定細(xì)菌潛在相互作用和不同亞群落對長期施肥的響應(yīng)規(guī)律，分別在356（M0）、502（M1）、538（M2）和580（M3）個(gè)OTUs（節(jié)點(diǎn)）中捕獲了1 056、2 271、2 109和2 364個(gè)關(guān)聯(lián)（Edges），其中大多數(shù)OTUs是稀有細(xì)菌（圖4）。與M0相比，M1—M3節(jié)點(diǎn)數(shù)、關(guān)聯(lián)數(shù)、度和節(jié)點(diǎn)間正相關(guān)比例分別顯著增加了1.4—1.6倍、2.0—2.2倍、1.0—1.2倍和1.0—1.1倍，且隨有機(jī)肥施用量增加，節(jié)點(diǎn)數(shù)和節(jié)點(diǎn)間正相關(guān)比例（M1：83.9%、M2：86.7%、M3：92.4%）不斷提升，說明有機(jī)肥施用顯著增加了群落共現(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，并促進(jìn)細(xì)菌間相互作用。其中，稀有細(xì)菌節(jié)點(diǎn)數(shù)、度和節(jié)點(diǎn)間正相關(guān)比例隨有機(jī)肥用量升高增加幅度（44.4%—75.2%、3.5%—23.1%、4.8%—13.3%）大于豐富細(xì)菌（35.9%—45.1%、-3.7%—-15.8%、0—12.2%），即施肥對稀有細(xì)菌群落穩(wěn)定性影響更大。

圖4 不同細(xì)菌亞群落共現(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)分析

2.6 影響稀有和豐富細(xì)菌亞群落的環(huán)境因素

非度量多維度分析（NMDS）結(jié)果顯示，土壤有機(jī)質(zhì)（豐富，2=0.94，＜0.01；整體，2=0.94，＜0.01）、全氮（豐富，2=0.93，＜0.01；整體，2=0.94，＜0.01）、全磷（豐富，2=0.91，＜0.01；整體，2=0.94，＜0.01）、pH（豐富，2=0.87，＜0.01；整體，20.88，＜0.01）、有效磷（豐富，2=0.86，＜0.01；整體，2=0.87，＜0.01）、速效鉀（豐富，2=0.82，＜0.01；整體，2=0.84，＜0.01）、大團(tuán)聚體含量（豐富，2=0.81，＜0.01；整體，2=0.75，＜0.01）、碳氮比（豐富，2=0.57，=0.02；整體，2=0.54，=0.02）和中團(tuán)聚體含量（豐富，2=0.57，＜0.01；整體，2=0.54，＜0.01）是顯著影響豐富細(xì)菌亞群落和整體群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)境因素（圖3-b，3-c），與Mantel檢驗(yàn)結(jié)果完全一致（表4）。然而，NMDS結(jié)果顯示僅土壤有機(jī)質(zhì)（2=0.67，＜0.01）、碳氮比（2=0.58，=0.02）和pH（2=0.56，=0.04）顯著影響稀有細(xì)菌亞群落分布（圖3-a）。Mantel檢驗(yàn)也表明顯著影響稀有細(xì)菌亞群落分布的環(huán)境因素?cái)?shù)量少于豐富細(xì)菌亞群落和整體群落，并且相關(guān)性值也明顯降低（表4），說明相對于豐富細(xì)菌，稀有細(xì)菌亞群落受環(huán)境過濾（Filtering）影響程度降低。

進(jìn)一步采用SEM模型分析施肥及其引起的土壤性質(zhì)變化對不同細(xì)菌亞群落多樣性的直接和間接影響，模型對稀有和豐富細(xì)菌多樣性變化的解釋度分別為92.3%和85.5%（圖5）。與NMDS和Mantel檢驗(yàn)結(jié)果一致，SEM模型也顯示影響稀有和豐富細(xì)菌亞群落多樣性的環(huán)境因素及其作用的直接/間接途徑存在差異：施肥對稀有細(xì)菌多樣性有顯著正效應(yīng)，但土壤屬性和稀有微生物多樣性之間無顯著聯(lián)系，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化總效應(yīng)，施肥是調(diào)控稀有細(xì)菌多樣性的首要因素；豐富細(xì)菌響應(yīng)趨勢相反，施肥主要通過顯著改變土壤有機(jī)質(zhì)和全磷，分別對豐富細(xì)菌多樣性產(chǎn)生顯著直接負(fù)效應(yīng)和正效應(yīng)，土壤有機(jī)質(zhì)和全磷是影響豐富細(xì)菌多樣性的重要因素（圖5）。

表4 不同細(xì)菌亞群落與環(huán)境因子相關(guān)性（pearson）的Mantel檢驗(yàn)

加粗字體表示顯著相關(guān) Bold fonts indicate significant correlation (＜0.05)

模型中實(shí)線和虛線分別表示顯著和不顯著的路徑，路徑上的數(shù)值表示標(biāo)準(zhǔn)化的路徑系數(shù)。R2表示模型對該變量的解釋量。R：稀有細(xì)菌亞群落；A：豐富細(xì)菌亞群落；F：施肥量

2.6 稀有和豐富細(xì)菌潛在功能

基于Tax4Fun對不同細(xì)菌亞群落進(jìn)行潛在功能預(yù)測，結(jié)果顯示稀有細(xì)菌亞群落KEGG一級代謝通路中遺傳信息處理和細(xì)胞進(jìn)程功能基因豐度（9.3%、4.2%）顯著高于豐富細(xì)菌亞群落，但代謝功能基因豐度（57.6%）顯著低于豐富細(xì)菌（63.9%）。進(jìn)一步基于KEGG二級代謝通路分析可以看出，與輔酶和維生素代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞運(yùn)動等功能相關(guān)的基因豐度在稀有細(xì)菌亞群落中顯著更高，而與碳水化合物代謝、脂代謝、膜傳輸相關(guān)的功能基因豐度在豐富細(xì)菌亞群落中顯著更高（圖6），因此稀有和豐富細(xì)菌亞群落在功能上也存在差異。

*：P＜0.05

3 討論

3.1 稀有和豐富細(xì)菌多樣性和群落組成差異及其對潛在功能的影響

在多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤“豐富生物圈”有助于微生物生物量產(chǎn)生和有機(jī)質(zhì)流動，而“稀有生物圈”則作為“種子庫”提供巨大的遺傳多樣性和功能多樣性儲備，維持生態(tài)系統(tǒng)健康[12]，因此，將稀有和豐富亞群落從整體群落中加以區(qū)分，并探索其分布特征及驅(qū)動因素有助于我們加深對微生物生態(tài)學(xué)的理解和研究，尤其對于長期以來處于認(rèn)知盲區(qū)的稀有微生物[8,15]。本研究中，稀有細(xì)菌亞群落α和β多樣性均顯著高于豐富細(xì)菌亞群落（表3，圖2），與以往研究一致[14,18-19,27]，再次印證了稀有類群是微生物多樣性的主要貢獻(xiàn)者這一觀點(diǎn)[28]，一方面因?yàn)橄∮蓄惾旱牡拓S度特性有助于其免于病毒裂解和捕食造成的物種損失[29]，另一方面由于稀有微生物作為“種子庫”擁有更高的新物種輸入[30]。除了多樣性，稀有細(xì)菌亞群落物種組成也與豐富細(xì)菌差異明顯（圖1），一方面體現(xiàn)在稀有細(xì)菌亞群落涵蓋更多且獨(dú)有（即門水平上只分布在稀有細(xì)菌亞群落的類群）的物種類群，另一方面體現(xiàn)在主要的細(xì)菌門在稀有和豐富亞群落之間相對豐度差異顯著，例如變形菌門（稀有12.0% vs豐富20.6%）、擬桿菌門（稀有8.0% vs豐富1.0%）。物種的稀有性可能是隨機(jī)過程、生命史策略的內(nèi)在權(quán)衡以及生物與非生物相互作用的結(jié)果[31]，例如本研究中僅分布在稀有細(xì)菌亞群落的脫硫桿菌門在先前研究也被鑒定為稀有細(xì)菌[18]，最新研究顯示該門中部分類群可利用底物十分有限[32]，生存策略導(dǎo)致生態(tài)位狹窄，屬于永久稀有類群；而另外一些類群既包含稀有細(xì)菌也包含豐富細(xì)菌，例如本研究中擬桿菌門，在以往研究中也有時(shí)被鑒定為稀有細(xì)菌[19,27]，有時(shí)被鑒定為豐富細(xì)菌[8,18]，這類微生物屬于r-策略者，其相對豐度隨周期或隨機(jī)的環(huán)境變化（如溫度、降水等）而波動，是有條件的稀有類群[15]。微生物功能的發(fā)揮高度依賴其多樣性及群落組成，因此，稀有細(xì)菌亞群落功能也顯著差別于豐富細(xì)菌（圖6）。其中，與基礎(chǔ)功能相關(guān)的養(yǎng)分和能量代謝（例如碳水化合物代謝）更多分布在豐富細(xì)菌亞群落，表明設(shè)施農(nóng)業(yè)中豐富細(xì)菌可能負(fù)責(zé)主要的生態(tài)系統(tǒng)功能，而本研究發(fā)現(xiàn)豐富細(xì)菌亞群落更接近整體群落（圖1、3）也從側(cè)面證實(shí)了該推斷。與之相比，稀有細(xì)菌亞群落更多體現(xiàn)在輔助功能上（例如輔酶代謝），從而為微生物群落功能冗余做出貢獻(xiàn)，許多研究表明稀有細(xì)菌是保障土壤多功能性和提高微生物群落抵御環(huán)境擾動能力的關(guān)鍵[13,23]，當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)不適應(yīng)環(huán)境的豐富細(xì)菌豐度下降，而更適應(yīng)新環(huán)境的稀有細(xì)菌豐度升高，最終使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能一直保持穩(wěn)定健康狀態(tài)。

3.2 長期施肥對稀有和豐富細(xì)菌分布模式的影響及關(guān)鍵環(huán)境因子

闡明長期施肥對設(shè)施土壤稀有和豐富微生物亞群落的影響可以為解析農(nóng)業(yè)活動對微生物多樣性與土壤功能穩(wěn)定性之間的關(guān)系提供新視角，為降低集約施肥對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響提供科學(xué)依據(jù)。本研究表明，長期施肥并未顯著改變豐富細(xì)菌亞群落多樣性，僅群落組成受到影響，表現(xiàn)為富營養(yǎng)型細(xì)菌相對豐度隨有機(jī)肥施用量增加顯著提高，例如變形菌門和放線菌門[33]，而寡營養(yǎng)型細(xì)菌則相反，例如酸桿菌門[33]。在自然陸地生態(tài)系統(tǒng)[19]和水體系統(tǒng)[9]中也發(fā)現(xiàn)豐富細(xì)菌亞群落對環(huán)境變化的敏感性較低，這可能是由于豐富細(xì)菌所占生態(tài)位更寬，能競爭利用更廣泛的資源，從而在環(huán)境擾動中保證其優(yōu)勢地位[34]。與豐富細(xì)菌相比，稀有細(xì)菌低豐度和高多樣性的特性使其在面臨擾動時(shí)表現(xiàn)出更高的活性和周轉(zhuǎn)[9]，做出快速響應(yīng)以適應(yīng)新環(huán)境[21]。本研究中，與不施肥相比，長期施用有機(jī)肥和化肥顯著提高稀有細(xì)菌α多樣性（表3）和總相對豐度（圖1），改變稀有細(xì)菌亞群落組成和結(jié)構(gòu)（圖1、3）；并且，隨著有機(jī)肥施用量增加，稀有細(xì)菌豐富度顯著提升（表3），亞群落組成和結(jié)構(gòu)也發(fā)生顯著變化（圖1、3）。最新研究也表明長期施用有機(jī)肥主要通過影響稀有微生物類群而非豐富類群增加土壤微生物多樣性[23]，與本研究結(jié)果一致。一方面，有機(jī)肥中含有豐富的氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素和無機(jī)鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，施入土壤后為狹窄生態(tài)位和資源利用種類單一的稀有細(xì)菌提供了更多底物，顯著提高了該類群稀有細(xì)菌相對豐度和多樣性；另一方面，有機(jī)肥施用可以重塑根際土壤微生物群落[35]，從而激活因生物相互作用（例如資源競爭能力弱）導(dǎo)致稀有的微生物。本研究顯示長期施用有機(jī)肥顯著增強(qiáng)了細(xì)菌生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的交互度和穩(wěn)定性，特別是稀有細(xì)菌（圖4），可能正是由于有機(jī)肥改善了化肥施用或番茄連作導(dǎo)致的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡[36]，例如激發(fā)土著有益菌，抑制病原菌增殖并降低其生存能力，為稀有細(xì)菌留下生存空間。有趣的是本研究還發(fā)現(xiàn)9年番茄平均產(chǎn)量與稀有細(xì)菌豐富度相關(guān)性（=0.77，=0.03）高于豐富細(xì)菌（=0.50,=0.05），與LIANG等[13]在玉米試驗(yàn)中觀察到的規(guī)律一致，但都低于整體群落（=0.89,＜0.001），然而前面提到稀有細(xì)菌主要負(fù)責(zé)輔酶、維生素代謝等輔助功能，豐富細(xì)菌才是養(yǎng)分、能量代謝等基礎(chǔ)功能的主體參與者（圖6），這說明對于經(jīng)濟(jì)作物，長期大量有機(jī)肥和化肥供應(yīng)使得碳水化合物、氮磷等養(yǎng)分不再是產(chǎn)量的限制因子，反而是輔酶、維生素代謝等途徑的增強(qiáng)可能對產(chǎn)量做出更大潛在貢獻(xiàn)，并且稀有細(xì)菌輔助功能更大的價(jià)值可能體現(xiàn)在番茄品質(zhì)的提升，但仍需要后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了稀有和豐富細(xì)菌之間復(fù)雜的相互作用和功能互補(bǔ)形成的健康區(qū)系是微生物生態(tài)功能發(fā)揮的保障。

本研究還發(fā)現(xiàn)，影響稀有和豐富細(xì)菌亞群落的關(guān)鍵環(huán)境因子也不相同（圖3、5，表4），其中，多種與確定性過程相關(guān)的土壤因子（有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分、pH、大中團(tuán)聚體等）被證實(shí)顯著影響設(shè)施土壤豐富細(xì)菌亞群落分布（圖3），與先前在玉米[13]、茶園[7]、草地[19]和石油污染土壤[14]中得到的結(jié)果一致。這種確定性過程主導(dǎo)下，群落演替是定向且收斂的，即群落間相異性隨著環(huán)境篩選逐漸降低[37]，因此豐富細(xì)菌亞群落在不同處理間差異并不顯著（圖3）。相比之下，隨機(jī)性過程強(qiáng)調(diào)物種間相對豐度的隨機(jī)變化、不由環(huán)境決定其適應(yīng)度（即生態(tài)漂移），其主導(dǎo)的群落構(gòu)建缺乏收斂性，更為發(fā)散[18]。而本研究中稀有細(xì)菌亞群落受環(huán)境過濾的影響程度明顯下降（圖5，表4），且群落分散性更強(qiáng)（圖3），暗示了兩種亞群落構(gòu)建機(jī)制可能存在差異。群落構(gòu)建過程決定了微生物組成和多樣性，進(jìn)而影響其生態(tài)功能和服務(wù)[2,33]，因此揭示微生物群落構(gòu)建機(jī)制（或確定性過程和隨機(jī)性過程的相對重要性）一直是生態(tài)學(xué)研究的中心議題，然而關(guān)于稀有和豐富細(xì)菌亞群落構(gòu)建驅(qū)動因素的研究仍處于起步階段，且結(jié)果不盡相同。多數(shù)研究表明土壤豐富細(xì)菌亞群落構(gòu)建受確定性過程的支配作用更強(qiáng)[7,13-14,18]，與本研究一致，而稀有細(xì)菌因高度多樣化從而占據(jù)更多樣化的生態(tài)位，因此受環(huán)境過濾/篩選強(qiáng)度明顯低于豐富細(xì)菌亞群落，其分布更多受擴(kuò)散限制等中性過程或更為復(fù)雜的生態(tài)過程與機(jī)制的影響[3]。

4 結(jié)論

與豐富細(xì)菌和整體群落相比，稀有細(xì)菌亞群落呈現(xiàn)更高的多樣性和獨(dú)特的群落組成，提高微生物群落功能冗余，其“種子庫”和“功能池”作用對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定至關(guān)重要。在設(shè)施土壤中，長期施肥主要通過影響稀有細(xì)菌（即提高多樣性、改變?nèi)郝浣M成、增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度）而非豐富細(xì)菌從而改變細(xì)菌整體群落，并且介導(dǎo)稀有和豐富細(xì)菌亞群落構(gòu)建的環(huán)境因子也不相同，其中，土壤有機(jī)質(zhì)、全量氮磷、有效磷、速效鉀、pH、大中團(tuán)聚體等多種與確定性過程相關(guān)的土壤因子顯著影響豐富細(xì)菌亞群落，而稀有細(xì)菌亞群落受環(huán)境過濾的影響程度明顯下降，且群落分散性更強(qiáng)，暗示兩種亞群落構(gòu)建機(jī)制可能存在差異。

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Effects of Long-Term Application of Organic Fertilizer on Rare and Abundant Bacterial Sub-Communities in Greenhouse Tomato Soil

LIU Lei, SHI JianShuo, ZHANG GuoYin, GAO Jing, LI Pin, REN Yanli, WANG LiYing

Institute of Agricultural Resources and Environment, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Hebei Fertilizer Technology Innovation Center, Shijiazhuang 050051

【Objective】The objective of the present study was to distinguish the rare and abundant bacteria from the whole community and to explore their responses to long-term application of organic fertilizer respectively, so as to provide new insights into the relationships between soil biodiversity and ecosystem functioning under major agricultural activities. 【Method】Based on the long-term fertilization experiment of greenhouse tomato, soils were collected under four different treatments, including no fertilizer (M0), low organic fertilizer 5.68 t·hm-2(M1), medium organic fertilizer 8.52 t·hm-2(M2), and high organic fertilizer 11.36 t·hm-2(M3). Illumina MiSeq platform was used to analyze the diversity, community composition, co-occurrence network and potential functions differences of the rare and abundant bacterial sub-communities, and their various responses to long-term fertilization, to illustrate the key factors driving the distinct distribution patterns and responses for rare and abundant bacteria. 【Result】Compared with the abundant bacterial sub-community, the rare bacterial sub-community showed higher α- and β-diversity and distinct community composition, as well as potential functions. A functional prediction detected that abundant bacteria contributed primary functions in the greenhouse ecosystem, such as nutrient and energy metabolism, meanwhile rare bacteria contribute a substantial fraction of auxiliary functions (e.g., metabolism of cofactors), which indicated they played important roles in the functional redundancy of microbial communities. Contrasting responses of rare and abundant bacterial sub-communities to long-term fertilization were revealed in this study, in which the rare bacteria was more sensitive. Compared with no fertilizer, the long-term application of organic and chemical fertilizer significantly increased the OTU richness, Shannon diversity, and total relative abundance by 19.8%-53.8%, 5.8%-8.0%, and 1.1-1.2 times, respectively, and changed the community composition and structure of rare bacterial sub-communities. In addition, with the increased application rates of organic fertilizer, the OTU richness of rare bacteria also increased significantly, accompanied by obvious changing in community composition and structure. However, the abundant bacteria exhibited less sensitivity to long-term fertilization, with only the community composition altered. Besides, the co-occurrence network complexity increased with organic fertilizer rates, especially in rare sub-communities. Both the results of the NMDS and mantel test revealed that the controlling factors affecting rare and abundant bacterial sub-communities were different. A variety of soil factors associated with deterministic processes, i.e., SOC, soil nutrients of total N and P, Olsen-P and available K, and pH, as well as macro- and medium-aggregate, significantly influenced abundant bacteria. Structural equation model (SEM) further showed that soil organic matter and total phosphorus directly drove abundant bacterial diversity. On the other hand, less effects of environmental filtering and more scattered distribution patterns were found in rare bacteria, indicating different assemblies of rare and abundant sub-communities. 【Conclusion】Compared with the abundant bacteria and the whole community, the rare bacteria sub-community showed higher diversity and unique community composition, which improved the functional redundancy of the microbial community. Long-term fertilization altered the whole bacterial community mainly by affecting rare bacteria (i.e., increasing diversity, changing community composition, increasing co-occurrence network complexity) rather than the abundant bacteria. The controlling factors that mediated the assembly of the rare and abundant bacterial sub-communities were also different.

rare bacteria; abundant bacteria; organic fertilizer; greenhouse tomato; diversity; community assembly; ecosystem function

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.010

2022-10-09；

2023-03-20

河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目重大專項(xiàng)（21326904D）、河北省農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新專項(xiàng)（2022KJCXZX-ZHS-1）

劉蕾，E-mail：liuleihbnky@163.com，史建碩，E-mail：sjzjianshuo@126.com，劉蕾和史建碩為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者王麗英，E-mail：wangliying5@163.com

（責(zé)任編輯 李云霞）