土壤微生物多樣性對(duì)有機(jī)碳源物料輸入的響應(yīng)特征

申云鑫， 施竹鳳， 韓天華， 周旭東， 賀彪， 趙文山，和強(qiáng)， 馬斌， 陳齊斌， 楊佩文2

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，昆明 650201； 2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205；3.云南省煙草公司麗江市公司，云南 麗江 674100）

施用動(dòng)物類糞便是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要措施之一，對(duì)土壤質(zhì)量、可持續(xù)利用以及作物生長(zhǎng)發(fā)育具有深遠(yuǎn)影響，長(zhǎng)期配施動(dòng)物類糞便可改善土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而影響作物的健康與產(chǎn)量[1]。研究表明，動(dòng)物類糞便能改善土壤農(nóng)化性狀，提升土壤肥力，并且對(duì)土壤養(yǎng)分具有緩釋效果[2-3]。作為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要肥源之一，一方面，動(dòng)物類糞便含有多種可被作物吸收利用的微量元素、活性酶以及有機(jī)質(zhì)等，在保持、改善和提高土壤肥力、活化土壤養(yǎng)分，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)以及降低農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本等方面有著不可替代的作用[4-5]；另一方面，土壤微生物在維持土壤系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位，其群落結(jié)構(gòu)和豐度與施肥方式息息相關(guān)，可通過(guò)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)分解動(dòng)物類糞便中的有機(jī)物質(zhì)，釋放有效態(tài)養(yǎng)分形成腐殖質(zhì)，同化土壤碳素并固定無(wú)機(jī)成分形成其生物量，對(duì)提高土壤肥力和促進(jìn)作物生長(zhǎng)具有重要作用[6-7]。

土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)組成受施肥方式、作物管理措施和土壤環(huán)境等因素的影響，不同的作物類型、管理措施、土壤環(huán)境及長(zhǎng)期施肥方式等對(duì)其影響差異很大[8-9]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于動(dòng)物類糞便及動(dòng)物類糞便配施無(wú)機(jī)肥的研究表明，施用動(dòng)物類糞便在增加糧食作物產(chǎn)量的同時(shí)可以提升其品質(zhì)[10]。施用動(dòng)物類糞便可平衡土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，提高土壤肥力、改善其理化性質(zhì)、優(yōu)化土壤微生物群落以及增強(qiáng)微生物活性，而在不施肥或單施化肥的情況下效果不明顯[11-13]。動(dòng)物類糞便配施對(duì)作物吸收與利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也具有促進(jìn)作用，較單施無(wú)機(jī)肥更能促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，可更大程度提高微生物生物量和碳源利用率[14-15]。因此，可結(jié)合化肥肥效快、肥力強(qiáng)、能短期內(nèi)提供作物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有機(jī)肥養(yǎng)分豐富、含量均衡和肥效持久等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用動(dòng)物類糞便配施無(wú)機(jī)肥技術(shù)，改善土壤環(huán)境、增加土壤有益細(xì)菌數(shù)量、促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)、提高土壤酶活性等，進(jìn)而提高土壤肥力、作物品質(zhì)和產(chǎn)量[16-18]。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)在不同的氣候、土壤和作物條件、不同動(dòng)物類糞便及其施用方式下均有差異，因此需要針對(duì)不同條件合理應(yīng)用施肥措施，本文運(yùn)用對(duì)同類研究結(jié)果進(jìn)行定量評(píng)估的Meta分析方法[19-20]，以不施肥和單施無(wú)機(jī)肥作為動(dòng)物類糞便施用的對(duì)照，通過(guò)收集現(xiàn)有文獻(xiàn)的相關(guān)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究不同條件下施用動(dòng)物類糞便后土壤微生物多樣性的差異與變化特征，明確作物根際土壤細(xì)菌多樣性差異的主要影響因素，以期為因地制宜合理施用動(dòng)物類糞便或配施無(wú)機(jī)肥技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

通過(guò)Web of Science、Springer、中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）、萬(wàn)方、維普、Google Scholar 等中英文數(shù)據(jù)庫(kù)分別輸入“有機(jī)肥（organic fertilizer）”“牛糞（cow manure）”“豬糞（pig manure）”“雞糞（chicken manure）”“羊糞（sheep manure）”等和“微生物多樣性（diversity and microbe/microbial community/microbial diversity/morphological diversity/metabolic diversity）”“ 中 國(guó)（China）”等，所選文章基于以下標(biāo)準(zhǔn)：①試驗(yàn)區(qū)域選擇中國(guó)地區(qū)；②對(duì)照包含單施無(wú)機(jī)肥（inorganic fertilizer，IF）和不施肥（no fertilizer，NF）、試驗(yàn)組分為單施動(dòng)物類糞便（animal measure，OM）、無(wú)機(jī)肥+動(dòng)物類糞便（IF+OM）措施中的1 種或多種；③研究地點(diǎn)的背景條件、研究方法明確；④相同的試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)表在不同期刊時(shí)，選擇信息描述較為全面的文獻(xiàn)。

通過(guò)EndNote 剔除試驗(yàn)地點(diǎn)、試驗(yàn)?zāi)攴?、作物類型和試?yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果相同的文獻(xiàn)，共有54 篇文獻(xiàn)符合篩選標(biāo)準(zhǔn)，納入Meta 分析。選擇目前研究土壤微生物多樣性和豐富度最為廣泛和最具代表性的2 個(gè)數(shù)量指標(biāo)：Shannon 多樣性指數(shù)（描述群落多樣性的高低）和Chao l豐富度指數(shù)（描述物種總數(shù)的大?。┳鳛樘骄恐笜?biāo)。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的每項(xiàng)研究，還搜集了相關(guān)的試驗(yàn)地點(diǎn)、氣候因素（年平均溫度和降水量）和有機(jī)肥類型以及施肥措施等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)自各項(xiàng)納入研究的表格和圖，當(dāng)數(shù)據(jù)以圖的形式呈現(xiàn)時(shí)，通過(guò)Web Plot Digitizer軟件提取。若文獻(xiàn)直接報(bào)告了標(biāo)準(zhǔn)差或者根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤和樣本量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，文章未給出標(biāo)準(zhǔn)差或者無(wú)法計(jì)算的時(shí)候，以平均值的10%作為標(biāo)準(zhǔn)差（文中所提取的大部分?jǐn)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差均符合10%的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，且原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差始終低于平均值的10%）[21]。因?yàn)镸eta分析的一個(gè)假設(shè)為所有研究之間相互獨(dú)立，故提取過(guò)程中如遇不同時(shí)期測(cè)定多個(gè)數(shù)據(jù)的研究，僅取采樣日最近的數(shù)據(jù)[22]。

1.2 數(shù)據(jù)分類

根據(jù)文獻(xiàn)中動(dòng)物類糞便的施用方法，對(duì)篩選的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，試驗(yàn)組為施用動(dòng)物類糞便組（application animal manure，AM），包括單施動(dòng)物類糞便（OM）和動(dòng)物類糞便配施無(wú)機(jī)肥（OM+IF），對(duì)照組分為不施肥組（NF）和單施無(wú)機(jī)肥組（IF），共收集120組細(xì)菌Shannon指數(shù)配對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中OM vs NF 共37組，OM vs IF 共45組，OM+IF vs NF共17 組，OM+IF vs IF 共21 組；共收集90 組Chao l指數(shù)配對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中OM vs NF 共26 組，OM vs IF 共30 組，OM+IF vs NF 共16 組，OM+IF vs IF共18 組。此外，至少納入10 組數(shù)據(jù)進(jìn)行分組研究，若分組數(shù)據(jù)n<10，則各數(shù)據(jù)應(yīng)分別來(lái)自完全相互獨(dú)立的3個(gè)或3個(gè)以上研究[23]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)動(dòng)物類糞便施用下土壤細(xì)菌多樣性進(jìn)行Meta分析，若文獻(xiàn)只提供標(biāo)準(zhǔn)誤，標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation, SD）使用公式（1）計(jì)算。

式中，SE為標(biāo)準(zhǔn)誤，n為重復(fù)數(shù)。

利用各研究中對(duì)照組的平均數(shù)（Xc）的對(duì)數(shù)值與處理組的平均數(shù)（Xt）的對(duì)數(shù)值之間的差值來(lái)計(jì)算對(duì)數(shù)響應(yīng)比（lnR++），公式如下。

計(jì)算95% 的置信區(qū)間（95% confidence interval, 95% CI），如果95%置信區(qū)間包含0，則處理組與對(duì)照組差異不顯著；若不包含0，即差異顯著（P<0.05）[24]。

將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為相對(duì)變化率（Y），可更加直觀解釋土壤細(xì)菌多樣性對(duì)動(dòng)物類糞便施用的響應(yīng)特征，使用公式（3）[25]進(jìn)行計(jì)算。

異質(zhì)性檢驗(yàn)及發(fā)表偏倚檢驗(yàn)：通過(guò)使用Q統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行異質(zhì)性檢驗(yàn)，Q服從于自由度為k-1的卡方分布，當(dāng)異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果顯著時(shí)（P<0.05）表明研究間存在異質(zhì)性，故選擇隨機(jī)效應(yīng)模型，反之選擇固定效應(yīng)模型。此外，本研究利用失安全系數(shù)法（rosenthal’s method）進(jìn)行文獻(xiàn)的發(fā)表偏倚檢驗(yàn)，若潛在值大于臨界值即不存在發(fā)表偏倚[25]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Web Plot Digitizer和Microsoft office 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)收集提取和數(shù)據(jù)集建立，以及常規(guī)的數(shù)據(jù)計(jì)算；利用Metawin 2.1 進(jìn)行Meta 分析[26]，確定動(dòng)物類糞便施用是否對(duì)細(xì)菌多樣性有顯著影響。此外，利用 Sigmaplot 14.0軟件進(jìn)行森林圖繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 動(dòng)物類糞便施用對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和豐富度指數(shù)數(shù)據(jù)異質(zhì)性檢驗(yàn)及發(fā)表偏倚檢驗(yàn)分析

對(duì)動(dòng)物類糞便施用對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的異質(zhì)性檢驗(yàn)及正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果如表1 所示，與動(dòng)物類糞便施用相比，不施肥和單施無(wú)機(jī)肥處理異質(zhì)性檢驗(yàn)均有顯著差異（P<0.05），故采用隨機(jī)效應(yīng)模型，對(duì)Shannon多樣性指數(shù)和Chao l豐富度指數(shù)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗(yàn)，各分組潛在效應(yīng)值均大于臨界值，表明各組合數(shù)據(jù)間均不存在發(fā)表偏倚。

表1 施用動(dòng)物類糞便對(duì) Shannon 和 Chao l 指數(shù)數(shù)據(jù)的異質(zhì)性及正態(tài)性檢驗(yàn)Table 1 Heterogeneity and normality test of Shannon and Chao l index after application of animal manure

2.2 不同動(dòng)物類糞便施用對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和豐富度指數(shù)的影響

施用動(dòng)物類糞便對(duì)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)和Chao l 豐富度指數(shù)具有不同程度的影響（圖1）。相較于不施肥，施用雞糞、牛糞、豬糞可顯著促進(jìn)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)（P<0.05）；其中牛糞的促進(jìn)作用最為顯著，達(dá)29.15% (95% CI：12.14%～48.74%)；其次為雞糞，促進(jìn)效果達(dá)16.25% (95% CI：11.52%～21.18%)；豬糞的促進(jìn)作用略低，為6.41% (95%CI：2.27%～10.69%)。同時(shí)，雞糞、牛糞、豬糞的施用對(duì)Chao l豐富度指數(shù)也呈顯著正效應(yīng)（P<0.05），雞糞的促進(jìn)效果達(dá)9.34% (95% CI:3.95%～15.00%)，牛糞的為7.59% (95% CI: 4.64%～10.64%)，豬糞 的為5.30% (95% CI:0.21%～10.63%)。

圖1 施用不同動(dòng)物類糞便對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響Fig. 1 Effect of manure application on soil bacterial diversity index

相較于單施無(wú)機(jī)肥，雞糞、牛糞、豬糞對(duì)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)也具有顯著促進(jìn)作用（P<0.05）。其中，牛糞的促進(jìn)效果最強(qiáng)，達(dá)40.97% (95% CI: 21.53%～63.53%)；其次為雞糞，促進(jìn)效果達(dá)23.09% (95% CI: 9.58%～38.02%)；豬糞次之，為4.91% (95% CI:3.10%～6.73%)；且雞糞、牛糞、豬糞的施用對(duì)Chao l豐富度指數(shù)的正效應(yīng)顯著（P<0.05），雞糞的相對(duì)變化率為5.17%(95% CI: 0.56%～10.00%)，牛糞的為2.72% (95%CI: 0.12%～5.39%)，豬 糞 的 為5.52% (95% CI:2.75%～8.35%)。綜上可知，與不施肥或單施無(wú)機(jī)肥相比，雞糞、牛糞、豬糞的施用均可顯著提高土壤微生物多樣性指數(shù)，對(duì)構(gòu)建高微生物群落多樣性土壤起著顯著的促進(jìn)作用。

2.3 不同作物類型下動(dòng)物類糞便施用對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和豐富度指數(shù)的影響

由于部分對(duì)照組數(shù)據(jù)量較少，本小節(jié)將不施肥與單施無(wú)機(jī)肥合并為不施動(dòng)物類糞便組作為對(duì)照。由圖2 可知，不同作物類型對(duì)動(dòng)物類糞便施用的響應(yīng)特征不同，茄科、豆科、禾本科、薔薇科及葫蘆科根際土壤細(xì)菌Shannon多樣性指數(shù)和Chao l豐富度指數(shù)對(duì)動(dòng)物類糞便的施用的響應(yīng)均呈顯著正向效應(yīng)（P<0.05），其中，茄科作物根際土壤細(xì)菌Shannon多樣性指數(shù)和Chao l豐富度指數(shù)的提高最顯著，分別提高了43.78% (95% CI:29.78%～59.27%)、6.39% (95% CI: 1.46%～11.55%)；就Shannon 多樣性指數(shù)而言，豆科、禾本科、葫蘆科、薔薇科的增加率依次分別為：35.84% (95% CI:28.97%～43.08%)、9.06% (95% CI:7.18%~10.97%)、8.22% (95% CI:4.52%~12.07%)、6.34% (95% CI:0.61%~12.39%)；就Chao l 豐富度指數(shù)而言，薔薇科、豆科、禾本科、葫蘆科的增加率依次增高，分別為3.41% (95% CI:1.31%~5.54%)、4.79% (95% CI:2.26%~7.40%)、5.79% (95% CI: 3.54%~8.09%)、6.15% (95% CI:0.84%~11.74%)；但芭蕉科作物根際土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)和Chao l 豐富度指數(shù)對(duì)動(dòng)物類糞便的響應(yīng)均不顯著。

圖2 不同作物類型下施用動(dòng)物糞便對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響Fig. 2 Effects of animal manure application on soil bacterial diversity index under different crop types

2.4 不同施肥方式下動(dòng)物類糞便施用對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和豐富度指數(shù)的影響

不同施肥方式下，施用動(dòng)物類糞便對(duì)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)和Chao l 豐富度指數(shù)影響結(jié)果表明（圖3），相較于不施肥（NF）和單施無(wú)機(jī)肥（IF），動(dòng)物類糞便的2種施肥方式（OM、OM+IF）均可顯著增加土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)（P<0.05），與不施肥相比，單施動(dòng)物類糞便（OM）增加24.14% (95% CI: 13.42%~35.84%)，動(dòng)物類糞便配施無(wú)機(jī)肥（OM+IF）增加7.57% (95% CI:4.64%~10.57%)；動(dòng)物類糞便不同施用方式對(duì)Chao l 豐富度指數(shù)的正向效應(yīng)較低，單施動(dòng)物類糞便Chao l 豐富度指數(shù)提高8.19% (95% CI:6.99%~9.38%)，動(dòng)物類糞便配施無(wú)機(jī)肥提高4.44% (95% CI: 3.15%~5.72%)。

圖3 不同動(dòng)物糞便施用方式對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響Fig. 3 Effects of different manure application methods on soil bacterial diversity index

與單施無(wú)機(jī)肥相比，單施動(dòng)物類糞便（OM）細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)提高26.03% (95% CI:16.37%~36.51%)，動(dòng)物類糞便配施無(wú)機(jī)肥（OM+IF）使其增加7.01% (95% CI: 4.35%~9.75%)；Chao l 豐富度指數(shù)的增加略低，OM 和OM+IF 分別使其增加4.79% (95% CI:3.78%~5.80%)、2.99% (95%CI: 1.57%~4.42%)。以上結(jié)果表明，單施動(dòng)物類糞便（OM）對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的促進(jìn)作用最為顯著，增加效應(yīng)超過(guò)動(dòng)物類糞便配施無(wú)機(jī)肥（OM+IF）的2~4倍。

2.5 不同區(qū)域下動(dòng)物類糞便施用對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和豐富度指數(shù)的影響

基于不同區(qū)域分析（圖4），相較于不施肥，施用動(dòng)物類糞便對(duì)西北地區(qū)、南方地區(qū)及北方地區(qū)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)均具有顯著促進(jìn)作用（P<0.05），其中，西北地區(qū)促進(jìn)作用最強(qiáng)，為96.68% (95% CI: 58.88%~143.47%)，其次為南方地區(qū)及北方地區(qū)，增加率分別為17.87% (95% CI:6.37%~30.59%)、7.81% (95% CI: 5.72%~9.93%)；不同區(qū)域施用動(dòng)物類糞便對(duì)Chao l 豐富度指數(shù)的影響效果不同，南方地區(qū)的增加率為6.97% (95% CI:4.34%~9.67%)，北方地區(qū)的增加率為6.66% (95%CI: 2.96%~10.49%)，西北地區(qū)的促進(jìn)效果不顯著。

圖4 不同區(qū)域施用動(dòng)物糞便對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響Fig. 4 Effects of animal manure application on soil bacterial diversity index in different areas

相較于單施無(wú)機(jī)肥，南方地區(qū)和北方地區(qū)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)均呈現(xiàn)顯著促進(jìn)作用（P<0.05），其中，南方地區(qū)的增加率最高，達(dá)29.19% (95% CI: 18.34%~41.03%)，北 方 地 區(qū) 次之，增加率為13.43% (95% CI: 8.72%~18.33%)，西北地區(qū)的增加效果不顯著；施用動(dòng)物類糞便后不同區(qū)域Chao l 豐富度指數(shù)的響應(yīng)特征不同，南方地區(qū)的促進(jìn)效果為4.51% (95% CI:1.22%~7.91%)，北方地區(qū)的促進(jìn)效果為4.29% (95% CI:2.44%~6.17%)，而在西北地區(qū)不具顯著性。

2.6 不同年降水量下動(dòng)物類糞便施用對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和豐富度指數(shù)的影響

基于不同年均降水量分析（圖5），相較于不施肥，在降水量少于1 500 mm 時(shí)，施用動(dòng)物類糞便對(duì)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)均具有顯著促進(jìn)作用（P<0.05），降水量≤500 mm 和降水量為500~1 500 mm 時(shí)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)分別 增 加 17.14% (95% CI: 9.44%~25.41%) 和24.62% (95% CI:16.81%~32.95%)。年均降水量少于1 500 mm 對(duì)Chao l 豐富度指數(shù)也呈顯著正效應(yīng)，降水量≤500 mm 和降水量為500~1 500 mm 時(shí)分別增加6.42% (95% CI: 1.95%~1.09%)和7.94%(95% CI: 4.67%~11.32%)。

圖5 不同降水量下施用動(dòng)物糞便對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響Fig. 5 effect of animal manure application on soil bacterial diversity index under different precipitation

相較于單施無(wú)機(jī)肥，在降水量大于500 mm時(shí)，施用動(dòng)物類糞便對(duì)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)均具有顯著促進(jìn)作用（P<0.05），降水量為500~1 500 mm和降水量≥1 500 mm時(shí)分別增加30.34%(95% CI:22.64%～38.53%)和7.75% (95% CI:4.02%~11.61%)。Chao l 豐富度指數(shù)對(duì)降水量的響應(yīng)特征表明，在降水量大于500 mm 時(shí)對(duì)土壤細(xì)菌Chao l豐富度指數(shù)具有顯著促進(jìn)作用（P<0.05），降水量≥1 500 mm 時(shí)增加3.45% (95% CI: 1.46%~5.46%)，降水量500~1 500 mm 時(shí)增加5.99% (95% CI:1.84%~10.33%)，當(dāng)降水量≤500 mm時(shí)促進(jìn)效果不顯著。

2.7 不同年均溫度下動(dòng)物類糞便施用對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和豐富度指數(shù)的影響

基于不同年均溫度分析（圖6），施用動(dòng)物類糞便對(duì)土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)均具有顯著促進(jìn)作用（P<0.05），相較于不施肥，土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)的增加率隨著年均溫度的升高而降低，在年均溫度≤5 ℃時(shí)，正效應(yīng)最顯著，增加了26.39% (95% CI: 8.29%~47.52%)，其次為年均溫度5~15 ℃和≥15℃，分別增加24.62% (95% CI:15.65%~34.29%)、7.85% (95% CI: 3.60%~12.28%)。當(dāng)年均溫度≤5℃時(shí)，土壤細(xì)菌Chao l 豐富度指數(shù)增加5.32% (95% CI:4.81%～5.82%)，年均溫度5~15 ℃ 時(shí)增加8.88% (95% CI: 4.93%～12.98%)，年均溫度≥15 ℃時(shí)增加4.58% (95% CI:0.34%~8.99%)。

圖6 不同年均溫度下施用動(dòng)物糞便對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響Fig. 6 Effects of animal manure application on soil bacterial diversity index at different annual temperatures

相較于單施無(wú)機(jī)肥，土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)增加率隨年均溫度升高而降低（P<0.05），當(dāng)年均溫度≤5 ℃時(shí)增加率達(dá)41.16% (95% CI:27.55%~56.24%)，年均溫度5~15 ℃和≥15 ℃ 時(shí)增加率略低，分別為25.97% (95% CI:16.28%~34.48%)、6.95% (95% CI:4.19%～9.78%)。土壤細(xì)菌Chao l 豐富度指數(shù)分析表明，年均溫度5~15 ℃時(shí)增加率最高，達(dá)到5.24% (95% CI: 0.34%~10.41%)，其 次 為 年 均 溫 度≥15℃時(shí)，達(dá)4.87%(95% CI: 1.66%~8.18%)，年均溫度≤5 ℃時(shí)增加率最低，僅為1.82% (95% CI: 0.40%~3.25%)。

3 討論

土壤微生物群落在維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用，對(duì)復(fù)雜化、模塊化微生物網(wǎng)絡(luò)的形成以及對(duì)提高土壤肥力、維持健康土壤微生態(tài)具有促進(jìn)作用[27-28]。通過(guò)系統(tǒng)搜集中國(guó)各地區(qū)施用動(dòng)物類糞便與土壤微生物多樣性和豐富度相關(guān)的文獻(xiàn)，以不施肥和單施無(wú)機(jī)肥作為對(duì)照，選擇目前研究土壤微生物多樣性和豐富度最具代表性的2 個(gè)數(shù)量指標(biāo)：Shannon 多樣性指數(shù)（Shannon 值越大，說(shuō)明群落多樣性越高）、Chao l 豐富度指數(shù)（Chao l值越大，表明物種總數(shù)越多），通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析已發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合Meta 分析方法，以不同影響因素為條件分析有機(jī)碳源物料輸入后土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)響應(yīng)特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與不施肥、單施無(wú)機(jī)肥相比，動(dòng)物類糞便（雞糞、牛糞、豬糞）施用顯著提高了土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)和Chao l豐富度指數(shù)（P<0.05），且對(duì)Shannon 多樣性指數(shù)促進(jìn)效果更佳。相關(guān)研究表明，施用雞糞對(duì)豆科作物根際微生物的豐富度和多樣性具有顯著的促進(jìn)作用[29]；長(zhǎng)期施用豬糞對(duì)禾本科作物根際土壤微生物群落豐富度、均勻度和功能多樣性具有顯著的促進(jìn)作用[30]；施用牛糞可以顯著提高禾本科作物土壤微生物多樣性和豐富度，且經(jīng)牛糞處理的微生物多樣性指數(shù)最高，并與微生物總量的變化趨勢(shì)一致，而單施化肥和不施肥，土壤微生物多樣性與總量的變化不顯著[31]。分析其原因主要有：①動(dòng)物類糞便施用有利于調(diào)節(jié)土壤pH，改善土壤孔隙狀況和土壤團(tuán)聚作用，增加土壤透氣性，增強(qiáng)保水保肥能力，促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、提高細(xì)菌基質(zhì)的有效性、促使植物根系分泌物和和土壤中可溶性有機(jī)碳含量增加，促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)繁殖[32-35]；②引入一些外源有益微生物種群，增加土壤微生物多樣性和豐富度，提高根際土壤微生物代謝活性以及土壤酶活性，引起根際區(qū)系微生物群落的變化，營(yíng)造物種豐富、功能多樣化的土壤環(huán)境[36-38]；③雞糞、牛糞、豬糞等動(dòng)物糞便屬熱性肥料，具有豐富的有機(jī)質(zhì)，氮、磷、鉀含量相對(duì)較高，還具有碳氮比（C/N）低的特點(diǎn)，土壤C/N 與有機(jī)質(zhì)分解速度呈反比關(guān)系，在生命活動(dòng)過(guò)程中，土壤微生物需要碳和氮提供能量和物質(zhì)構(gòu)建生物體，且有機(jī)質(zhì)分解速度的快慢對(duì)提高土壤微生物多樣性起著關(guān)鍵作用[39-41]；④施用動(dòng)物類糞便可有效地提高土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的含量，促使土壤真菌、細(xì)菌的磷酸脂肪酸（phospholipid-derived fatty acids, PLFA）含量顯著增加[42-43]。

對(duì)動(dòng)物類糞便施用下土壤微生物多樣性變化的研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于不施肥與單施無(wú)機(jī)肥，施用動(dòng)物類糞便能促使西北地區(qū)、南方地區(qū)及北方地區(qū)的土壤細(xì)菌Shannon 多樣性指數(shù)和Chao l 豐富度指數(shù)多樣性顯著提高；土壤微生物多樣性和豐富度會(huì)受到年均氣溫、年均降水量等氣候條件的影響。本研究表明，降水量于500~1 500 mm 時(shí)施用動(dòng)物類糞便對(duì)土壤微生物多樣性和豐富度的提升效果最強(qiáng)；總體上看，年均溫度5~15 ℃時(shí)，土壤微生物多樣性指數(shù)的提升最強(qiáng)，表明施用動(dòng)物類糞便下，在該溫度范圍內(nèi)微生物的生長(zhǎng)繁殖最為旺盛。綜合考慮區(qū)域、降水量以及年均溫度三者關(guān)系，可知相比于不施肥或單施無(wú)機(jī)肥，在年均降水量大于500 mm、年均溫度大于5 ℃的南方地區(qū)和北方地區(qū)，施用動(dòng)物類糞便對(duì)土壤微生物多樣性和豐富度的促進(jìn)效果最強(qiáng)。土壤微生物多樣性和豐富度對(duì)動(dòng)物類糞便施用的響應(yīng)特征受多種生物因子以及非生物因子的交互影響[44-46]。土壤微生物的組成和種群結(jié)構(gòu)受時(shí)空、氣候和營(yíng)養(yǎng)條件等非生物選擇以及物種間競(jìng)爭(zhēng)和權(quán)衡等影響[47-48]；不同區(qū)域非生物結(jié)構(gòu)、微生物相對(duì)豐度、微生物活性和微生物群落組成可能存在相當(dāng)大的差異[49]；土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與自然條件存在交互性和協(xié)同效應(yīng)，不同區(qū)域多樣化的植被類型、自然條件、干濕條件、土壤理化性質(zhì)、土壤類型、酶活性、通氣性、溫度和pH等對(duì)土壤微生物多樣性具有顯著的影響[50-52]；一定范圍內(nèi)氣溫和降水量較高可促進(jìn)大量細(xì)菌繁殖，而較低僅促進(jìn)小部分物種繁殖[53]；微生物代謝程度與溫度和降水量的高低相關(guān)，適宜的溫度和降水量可促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)導(dǎo)致微生物量提高[54]。

已有研究中大部分文獻(xiàn)數(shù)據(jù)量缺乏或沒有詳細(xì)的描述，同時(shí)影響土壤微生物多樣性的因素很多且關(guān)系復(fù)雜，利用Meta 分析評(píng)價(jià)施用動(dòng)物類糞便對(duì)其影響因素時(shí)，還有多種因素未能詳盡的考慮。此外，在土壤微生物與環(huán)境條件、環(huán)境條件與環(huán)境條件之間存在復(fù)雜的交互作用，今后可結(jié)合網(wǎng)狀Meta 分析、Meta 回歸以及結(jié)構(gòu)方程模型等方法，深入分析造成動(dòng)物類糞便施用下土壤微生物多樣性變化的主要影響因子，明確其作用機(jī)制，有助于生產(chǎn)實(shí)踐中改善動(dòng)物類糞便施用的推廣策略，以發(fā)揮施用動(dòng)物類糞便對(duì)改善土壤質(zhì)量和降低土傳病害的潛力。

Meta 分析結(jié)果表明，與不施肥與單施無(wú)機(jī)肥相比，單施動(dòng)物類糞便或配施無(wú)機(jī)肥下土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)顯著增加，其中單施動(dòng)物類糞便對(duì)其增加效果最好，且雞糞、牛糞和豬糞對(duì)細(xì)菌多樣性和豐富度的貢獻(xiàn)高；建議在茄科、禾本科、豆科作物上實(shí)施動(dòng)物類糞便配施技術(shù)；且不同區(qū)域、年均降水量、年均溫度等均對(duì)其具有顯著的影響，因此應(yīng)結(jié)合區(qū)域因素、氣候因素等條件因地制宜制定施肥方案，以達(dá)到肥料的最佳利用，并對(duì)作物、土壤、環(huán)境等起到良好的調(diào)節(jié)作用。此外應(yīng)進(jìn)一步對(duì)動(dòng)物類糞便配施無(wú)機(jī)肥技術(shù)下土壤微生物多樣性和豐富度的變化特征進(jìn)行相關(guān)研究，探究土壤微生物多樣性和豐富度對(duì)動(dòng)物類糞便與無(wú)機(jī)肥配合施用的響應(yīng)特征，對(duì)構(gòu)建土壤微生態(tài)，營(yíng)造“健康”土壤環(huán)境，進(jìn)一步發(fā)揮其在改善土壤質(zhì)量和提高土壤可持續(xù)利用的優(yōu)勢(shì)。