輪作模式對(duì)冬小麥土壤氨氧化微生物群落多樣性和組成的影響

侯喜慶,禹桃兵,王培欣,臧華棟,曾昭海,楊亞?wèn)|

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作制度重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193

華北平原是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地,集約化的冬小麥-夏玉米種植模式需要投入大量水肥資源來(lái)維持作物產(chǎn)量,引發(fā)了肥料利用率降低、溫室氣體排放加劇等農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1]。由于溫室氣體排放的不斷加劇,導(dǎo)致了極端天氣頻發(fā),對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的潛在威脅[2]。同時(shí),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)又是環(huán)境溫室氣體產(chǎn)生的重要部分,來(lái)源于農(nóng)田的氧化亞氮(N2O)排放約占全球人類活動(dòng)N2O總排放的50%[3]。農(nóng)田土壤的N2O排放主要由反硝化作用和硝化作用等途徑產(chǎn)生,且施用氮肥會(huì)促進(jìn)土壤N2O的產(chǎn)生和排放[4—5]。因此,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫室氣體減排及其微生物調(diào)控成為農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展和緩解氣候變化的熱點(diǎn)問(wèn)題。

作為農(nóng)田管理的重要措施,灌溉[10]、施肥制度[11]和種植制度[12—13]等均會(huì)引起氨氧化微生物群落組成和結(jié)構(gòu)的變化。有研究表明,長(zhǎng)期施肥增加了AOA群落泉古菌門(Crenarchaeota)和AOB群落硝化螺旋菌屬(Nitrosospira)的相對(duì)豐度[14];而楊亞?wèn)|等[15]的研究發(fā)現(xiàn)增施氮肥僅提高了AOB數(shù)量,對(duì)AOA數(shù)量沒(méi)有顯著影響。此外,Song等[16]發(fā)現(xiàn)種植模式影響氨氧化微生物群落組成,并且玉米根際土壤中AOB群落組成與蠶豆根際土壤中不同。Wattenburger等[12]發(fā)現(xiàn)玉米-大豆輪作土壤的AOB豐度高于其他輪作土壤,并在根際和非根際土壤中發(fā)現(xiàn)存在生態(tài)位分化現(xiàn)象。因此,不同作物種植歷史及當(dāng)前作物的根際效應(yīng)均會(huì)對(duì)氨氧化微生物群落產(chǎn)生影響,引起氨氧化微生物群落組成和多樣性發(fā)生改變。

研究表明,長(zhǎng)期豆科作物與禾本科作物輪作不僅能夠提高或維持作物產(chǎn)量,還能提高土壤微生物的群落多樣性[17]。但豆科作物輪作對(duì)后茬作物土壤中氨氧化微生物群落的影響及其受后茬作物的根際調(diào)控機(jī)制尚不清楚。因此,本研究基于豆科作物與冬小麥輪作定位試驗(yàn),測(cè)定了4種豆禾輪作模式及常規(guī)麥玉模式中冬小麥根際和非根際土壤氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌群落組成和多樣性,為華北平原豆禾輪作種植制度優(yōu)化及溫室氣體減排提供微生物調(diào)控方面的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間定位試驗(yàn)起始于2016年6月,在河北省滄州市吳橋縣中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)吳橋?qū)嶒?yàn)站基地(37°41′N,116°36′E)進(jìn)行。該地區(qū)位于黑龍港流域中部,屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,日照充足,年均降雨量562 mm,年均氣溫12.6 ℃,全年積溫(≥0 ℃)為4826 ℃,無(wú)霜期為201 d。供試土壤為中壤質(zhì)潮土,試驗(yàn)開(kāi)始前0—20 cm土層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分為:有機(jī)質(zhì)16.09 g/kg,全氮1.02 g/kg,速效磷20.31 mg/kg,速效鉀87.49 mg/kg,土壤pH值為8.0。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)置5種輪作種植模式,分別為夏紅小豆-冬小麥(AW)、夏綠豆-冬小麥(MW)、夏花生-冬小麥(PW)、夏大豆-冬小麥(SW)和夏玉米-冬小麥(CW)輪作種植模式,其中CW作為對(duì)照。試驗(yàn)田自建立以來(lái)未改變種植模式。每種種植模式3次重復(fù),共15個(gè)小區(qū),小區(qū)面積為52 m2(8 m × 6.5 m)。

供試作物品種分別為紅小豆“白紅7號(hào)”、綠豆“白綠8號(hào)”、花生“豫花9719”、大豆“中黃35”、玉米“鄭單958”和小麥“濟(jì)麥22”。夏季作物于2018年6月15號(hào)播種,玉米采用機(jī)械播種,行距60 cm,株距22 cm;豆科作物采用人工播種,行距40 cm,株距15 cm。冬小麥于2018年10月20日播種,行距12 cm,播量為300 kg/hm2。為發(fā)揮豆禾輪作模式的氮效應(yīng)作用,試驗(yàn)期間所有作物均采用不施肥管理。夏季作物播種前澆底墑水60 mm,生育期不再進(jìn)行灌溉。冬小麥播種前澆底墑水60 mm,拔節(jié)期灌溉60 mm。豆科作物出苗后進(jìn)行間苗,定期進(jìn)行中耕除草和病蟲害防治,其他農(nóng)事管理根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求操作。

1.3 土壤樣品采集及土壤理化性質(zhì)測(cè)定

于2019年4月23日冬小麥拔節(jié)期采集冬小麥根際和非根際土壤樣品。采用抖土法收集冬小麥根際土壤,每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20—30株冬小麥,整株拔出后輕輕抖動(dòng)根部,抖落的土壤作為非根際土,隨后用細(xì)毛刷將根系表面的土壤掃下來(lái)作為根際土。土壤樣品裝于封口袋中,封口時(shí)將空氣排凈,迅速放入裝有干冰的保溫箱內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室。用無(wú)菌鑷子除去碎石和細(xì)根等雜物后過(guò)2 mm篩,將土壤樣品分成兩部分,一部分自然風(fēng)干,用于理化性質(zhì)測(cè)定;另一部分放入-80 ℃冰箱保存,用于DNA提取。

土壤理化性質(zhì)測(cè)定參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》[18]進(jìn)行。土壤pH采用電位法測(cè)定(土∶水=1∶2.5),土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定,全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定,速效磷采用碳酸氫鈉提取法,速效鉀采用原子吸收分光光度法,銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用2 mol/L CaCl2溶液浸提,用流動(dòng)分析儀測(cè)定。

1.4 土壤DNA提取及amoA基因的擴(kuò)增

用E.Z.N.A.? Soil DNA Kit For Soil(Omega,美國(guó))試劑盒提取土壤總DNA,用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)提取的DNA,并用NANO Quant(Tecan,瑞士)檢測(cè)DNA的濃度和純度。選用引物Arch-amoAF(5′-STA ATG GTC TGG CTT AGA CG-3′)/Arch-amoAR(5′-GCG GCC ATC CAT CTG TAT GT-3′)[19]和amoA-1F(5′-GGG GTT TCT ACT GGT GGT-3′)/amoA-2R(5′-CCC CTC KGS AAA GCC TTC TTC-3′)[20]分別擴(kuò)增AOA和AOB的aomA基因。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)基因擴(kuò)增(PCR)擴(kuò)增體系為50 μL:5.0 μL 10 ×ExTaq緩沖液、4.0 μL dNTP、1.0 μL上游引物(10 μM)、1.0 μL下游引物(10 μM)、0.5 μLExTaqDNA聚合酶和2.0 μL DNA模板,最后加ddH2O至50 μL。PCR擴(kuò)增條件為95 ℃預(yù)變性3 min,94 ℃變性45 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸45 s,循環(huán)35次。AOA和AOBaomA基因PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用濃度為2%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)其大小和質(zhì)量。

1.5 高通量測(cè)序及序列篩選

用NANO Quant(Tecan,瑞士)測(cè)定回收AOA和AOBaomA基因的PCR產(chǎn)物濃度,并將其稀釋至同一濃度。采用Illumina MiSeq測(cè)序平臺(tái)對(duì)AOA和AOBamoA基因進(jìn)行雙末端測(cè)序,由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。用QIIME軟件1.8.0對(duì)不同樣本AOA和AOBamoA基因測(cè)序的原始序列進(jìn)行質(zhì)控篩選,30個(gè)樣本AOA和AOBamoA基因測(cè)序分別得到1518234和1383621條優(yōu)化序列。根據(jù)標(biāo)簽和引物序列區(qū)分不同處理AOA和AOBamoA基因序列信息,利用UPARSE 7.0軟件在97%相似水平下對(duì)操作分類單元(OTU)的代表序列進(jìn)行聚類分析,利用基于核糖體數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目(RDP)的RDP-classifier貝葉斯算法在功能基因組數(shù)資源據(jù)庫(kù)(FGR)中以97%的相似水平對(duì)AOA和AOBamoA基因的OTU代表序列進(jìn)行注釋。利用MOTHUR軟件1.30.1按最小樣本序列數(shù)(保留了在3個(gè)樣本中序列數(shù)都≥5的OTU和序列數(shù)總和≥20的OTU)對(duì)各樣本進(jìn)行抽平分析[21]。經(jīng)抽平后各樣本分別得到25853條AOAamoA基因序列和29506條AOBamoA基因序列。以Shannon指數(shù)(多樣性)、ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)(豐富度)代表氨氧化微生物群落的Alpha多樣性。

1.6 數(shù)據(jù)分析

對(duì)輪作模式和根際效應(yīng)及其互作效應(yīng)進(jìn)行雙因素方差分析,并用Duncan法對(duì)根際土和非根際土中不同輪作模式間的土壤理化性質(zhì)和氨氧化微生物多樣性及組成相對(duì)豐度差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)(P<0.05),所用軟件為SPSS 25.0。群落Alpha多樣性圖和群落豐度圖均由Origin 2021完成。利用主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)來(lái)分析不同處理微生物群落結(jié)構(gòu)差異及其與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系,計(jì)算和作圖用R 4.1.2中“vegan”包完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作模式冬小麥根際與非根際土壤理化性質(zhì)

方差分析結(jié)果表明(表1),冬小麥根際和非根際土壤的理化性質(zhì)存在顯著差異,且輪作模式顯著影響土壤理化性質(zhì),根際效應(yīng)對(duì)土壤pH、有機(jī)碳、速效鉀、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均有極顯著影響(P<0.001)。根際土中,豆禾輪作(AW、MW、PW、SW)顯著增加有機(jī)碳和硝態(tài)氮含量,但顯著降低土壤pH(P<0.05)。豆禾輪作的土壤有機(jī)碳和硝態(tài)氮含量分別介于11.48—11.92 g/kg和1.78—3.96 mg/kg之間,而CW模式的有機(jī)碳和硝態(tài)氮含量分別為9.63 g/kg和0.38 mg/kg。MW模式的土壤速效鉀和銨態(tài)氮含量均顯著高于其他模式(P<0.05)。非根際土中,豆禾輪作顯著增加土壤全氮和銨態(tài)氮含量,其中MW模式顯著增加速效鉀含量(P<0.05)。

表1 不同輪作模式冬小麥根際和非根際土壤理化性質(zhì)

2.2 不同輪作模式冬小麥根際與非根際土壤氨氧化微生物群落Alpha多樣性

方差分析表明(圖1),除AOB群落的Shannon指數(shù)外,輪作模式對(duì)AOA和AOB群落的Alpha多樣性均有顯著影響(P<0.001),根際效應(yīng)對(duì)AOA和AOB群落的Alpha多樣性均有顯著影響(P<0.05)。對(duì)于AOA群落而言(圖1),根際土中,AW模式的Shannon指數(shù)最高,比CW模式高8.0%(P<0.05),而AW和MW模式的ACE指數(shù)比CW模式分別低11.9%和15.6%(P<0.05),且Chao1指數(shù)比CW模式分別低11.2%和16.1%(P<0.05)。非根際土中,Shannon指數(shù)與根際土中有相同趨勢(shì),AW模式最高,比MW和CW模式分別高16.4%和4.7%(P<0.05);AW和CW模式的ACE指數(shù)分別比MW和PW模式高14.5%—18.9%和11.9%—16.2%(P<0.05);AW和CW模式的Chao1指數(shù)比其他3種模式分別高11.7%—19.8%和8.3%—16.1%(P<0.05)。

圖1 不同輪作模式冬小麥根際和非根際土氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌群落的Alpha多樣性

對(duì)于AOB群落而言(圖1),根際土中,CW模式的Shannon指數(shù)比其他模式高0.1%—5.7%;CW模式的ACE指數(shù)比AW、MW、PW和SW模式分別高29.3%、52.6%、16.0%和31.4%(P<0.05);CW模式的Chao1指數(shù)比其他模式高23.9%—48.4%,且AW、PW和SW模式的Chao1指數(shù)顯著高于MW模式(P<0.05)。非根際土中,AW模式的Shannon指數(shù)比MW和PW模式分別高5.9%和6.6%(P<0.05),CW模式的Chao1指數(shù)比AW、PW和SW模式分別高15.8%、8.2%和10.0%(P<0.05)。

2.3 不同輪作模式冬小麥根際與非根際土壤氨氧化微生物群落組成

對(duì)AOA和AOBamoA基因序列進(jìn)行OTU聚類分析后分別得到58和52個(gè)OTUs。根際土中AW、MW、PW、SW和CW模式分別獲得55、55、55、54和57個(gè)AOAamoA基因OTUs以及39、42、43、38和47個(gè)AOBamoA基因OTUs;非根際土中AW、MW、PW、SW和CW模式分別獲得56、50、53、56和57個(gè)AOAamoA基因OTUs以及39、40、38、40和42個(gè)AOBamoA基因OTUs。由圖2所示,不同輪作模式AOA群落的優(yōu)勢(shì)類群主要由OTU57(Norank_Crenarchaeota)、OTU58(Norank_Crenarchaeota)和OTU59(Norank_Crenarchaeota)組成,其相對(duì)豐度分別為56.6%、15.4%和4.5%。根際土中,PW模式中AOA群落OTU57的相對(duì)豐度比CW模式低15.0%(P<0.05),而AW、MW、PW和SW模式中AOA群落OTU58的相對(duì)豐度比CW模式分別高70.2%、68.0%、109.3%和79.9%(P<0.05)。非根際土中,各輪作模式中AOA群落的優(yōu)勢(shì)類群及其相對(duì)豐度與根際土中相似,但僅OTU58和OTU5(Norank_Crenarchaeota)的相對(duì)豐度在不同輪作模式間存在顯著差異,其中豆禾輪作模式中AOA群落OTU58和OTU5的相對(duì)豐度比CW模式分別高57.4%—90.8%和43.4%—134.7%(P<0.05)。

圖2 不同輪作模式冬小麥根際和非根際土壤氨氧化古菌群落組成

如圖3所示,AOB群落的優(yōu)勢(shì)類群主要由OTU143(Norank_AOB)、OTU139(Norank_AOB)、OTU3(Norank_Nitrosomonadales)、OTU52(Nitrosospira)、OTU56(Norank_Bacteria)、OTU22(Norank_AOB)、OTU95(Norank_Nitrosomonadales)、OTU153(Nitrosospira)和OTU76(Norank_Nitrosomonadales)組成,其相對(duì)豐度分別為13.8%、10.3%、8.9%、8.1%、6.5%、6.4%、6.2%、5.8%和4.9%。根際土中,AW模式中AOB群落OTU76的相對(duì)豐度比MW和CW模式分別高193.1%和372.1%(P<0.05),MW模式中AOB群落OTU95的相對(duì)豐度比SW模式高124.6%(P<0.05)。非根際土中,AW模式中AOB群落OTU76的相對(duì)豐度比SW和CW模式分別高192.0%和132.6%(P<0.05),MW模式中AOB群落OTU3的相對(duì)豐度比CW模式高161.6%(P<0.05)。

圖3 不同輪作模式冬小麥根際和非根際土壤氨氧化細(xì)菌群落組成

2.4 不同輪作模式冬小麥根際與非根際氨氧化微生物群落Beta多樣性及影響因素

主成分分析(PCA)結(jié)果如圖4所示,根際土中主軸1(PC1)和主軸2(PC2)分別解釋了72.1%和15.8%的AOA群落變異,以及34.4%和22.1%的AOB群落變異。非根際土中主軸1和主軸2分別解釋了79.3%和8.8%的AOA群落變異,以及30.1%和20.5%的AOB群落變異?？偟膩?lái)看,不同輪作模式的AOA和AOB群落結(jié)構(gòu)存在差異。其中,根際土中豆禾輪作模式的AOA和AOB群落與CW模式在主軸1和主軸2上有分離,而非根際土中豆禾輪作模式的AOB群落與CW模式在顯著分離現(xiàn)象(P<0.05)。

圖4 不同輪作模式冬小麥根際和非根際土壤氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌群落的主成分分析

圖5 不同輪作模式冬小麥根際和非根際土壤氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌群落與環(huán)境因子的冗余分析

3 討論

3.1 輪作模式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

本研究中,與麥玉輪作相比豆禾輪作增加了冬小麥根際土有機(jī)碳和硝態(tài)氮含量,但降低了土壤pH值,增加了非根際土全氮和銨態(tài)氮含量。有研究表明,將豆科作物摻入連續(xù)的禾本科作物輪作系統(tǒng)會(huì)增加表層土壤全氮、有機(jī)碳等養(yǎng)分含量[22—23]。豆科作物的秸稈C/N比較小,其殘茬中的含氮量較非豆科作物(玉米)高,土壤氮素礦化程度更高,進(jìn)而引起土壤中全氮含量的增加[22]。作物輪作影響土壤中碳循環(huán)過(guò)程,進(jìn)而影響最終的土壤有機(jī)物(包括SOC)的形成。這是因?yàn)樽魑餁埐?、作物凋落葉以及根系分泌物為土壤提供較高的碳輸入,進(jìn)而導(dǎo)致有機(jī)碳含量的增加[23]。此外,豆科作物與禾本科長(zhǎng)期輪作可以防止土壤疏水成分的過(guò)度降解,其機(jī)理是通過(guò)在土壤疏水結(jié)構(gòu)域中摻入較不穩(wěn)定的有機(jī)化合物保護(hù)其免受微生物的礦化作用,從而增加有機(jī)碳含量[24]。無(wú)機(jī)氮含量是體現(xiàn)土壤供氮能力大小的有效指標(biāo),豆科殘茬能增加土壤無(wú)機(jī)氮并提高后茬作物的氮利用率[25]。豆禾輪作,尤其是AW和MW模式,土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均高于麥玉輪作,表明其無(wú)機(jī)氮的比例高于麥玉輪作,這是由于豆科作物的固氮作用導(dǎo)致無(wú)機(jī)氮的積累、富氮?dú)埩粑锏牡V化以及豆禾輪作過(guò)程中土壤累積了更多的礦物結(jié)合有機(jī)氮(MAOM-N),而MAOM-N是無(wú)機(jī)氮的重要來(lái)源[25—26]。結(jié)合來(lái)看,豆科作物加入輪作系統(tǒng)在上述情況下是可以增加土壤中養(yǎng)分含量的。

3.2 輪作模式對(duì)氨氧化微生物群落Alpha多樣性和組成的影響

輪作模式中不同作物對(duì)土壤氨氧化微生物多樣性和組成的影響不同,是由于不同作物的根系形態(tài)和根系分泌物有差異。有研究表明,種植玉米和種植大豆的土壤細(xì)菌群落有明顯的差異,長(zhǎng)期輪作也會(huì)導(dǎo)致這種差異[27]。前人利用OTU水平的物種組成來(lái)評(píng)估微生物群落組成的相對(duì)豐度和頻率存在的差異,將其作為微生物群落結(jié)構(gòu)和生理學(xué)之間的橋梁[28]。本研究也分析了不同種植模式下氨氧化微生物的OTU組成,發(fā)現(xiàn)不同輪作模式下AOA群落中占主導(dǎo)地位的OTUs屬于泉古菌門(Crenarchaeota),AOB群落中占主導(dǎo)地位的OTUs屬于亞硝化單胞菌目(Nitrosomonadales),并且在不同輪作模式下AOA和AOB群落OTUs的相對(duì)豐度是波動(dòng)變化的,少數(shù)OTUs的相對(duì)豐度在不同輪作模式中表現(xiàn)出顯著差異(圖2和3)。這是由于作物會(huì)分泌不同的分泌物,招募了不同的微生物組[29],進(jìn)而導(dǎo)致了輪作模式間氨氧化微生物群落組成的動(dòng)態(tài)變化。

研究表明,豆科參與輪作系統(tǒng)會(huì)顯著提高土壤微生物的多樣性[17]。但在本研究中,豆禾輪作中夏綠豆-冬小麥模式根際和非根際土中AOA群落Alpha多樣性指數(shù)均偏低,而其他豆禾輪作模式與夏玉米-冬小麥模式間沒(méi)有明顯差異,是因?yàn)檩喿髯魑锒鄻有缘突蜉喿髂晗掭^短[30],不同豆科作物輪作模式間雖存在差異,但未體現(xiàn)出顯著趨勢(shì)。夏玉米-冬小麥模式中AOB群落ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)高于其他輪作模式,說(shuō)明夏玉米-冬小麥模式AOB群落多樣性與豆禾輪作模式相似的情況下,其群落豐富度更高。有研究表明,與大豆根際土壤相比,玉米根際土壤有較高的微生物群落多樣性,主要是因?yàn)槎箍谱魑锔看嬖诟鼍軌蚪档图?xì)菌的相對(duì)豐度[31]。另外,AOA和AOB群落的差異沒(méi)有廣泛反映在Shannon多樣性和群落豐富度指標(biāo)中,是由于這些指標(biāo)不能完整地體現(xiàn)出微生物群落之間的差異[32]。

3.3 輪作模式對(duì)氨氧化微生物群落Beta多樣性的影響

農(nóng)田中AOA和AOB存在著生態(tài)位分化。有研究表明根際和非根際土壤的AOA和AOB群落存在差異,主要是因?yàn)樽魑锔祷钚院头置谖飼?huì)造成根際和非根際土壤微環(huán)境的差異,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)著土壤微生物群落的組裝和系統(tǒng)發(fā)育[40]。本研究結(jié)果也表明AOA和AOB群落在根際和非根際土中存在差異,且其群落結(jié)構(gòu)受到不同環(huán)境因素的影響。根際土壤中,AOA群落主要受土壤pH和有機(jī)碳的影響,而非根際土壤中AOA群落變化受有機(jī)碳和全氮驅(qū)動(dòng),說(shuō)明在根際和非根際土壤中,每種生態(tài)位都有可能的獨(dú)特作用[7]。不同輪作模式改變了冬小麥根際土和非根際土壤的有機(jī)碳、全氮和土壤pH,而這些因子也是影響AOA和AOB群落的重要因素[41],這進(jìn)一步表明輪作模式中作物差異可以影響AOA和AOB的群落組成和結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

輪作模式驅(qū)動(dòng)了冬小麥根際和非根際土壤中氨氧化微生物的群落組成及結(jié)構(gòu)變化。豆禾輪作顯著增加氨氧化古菌群落泉古菌門(Crenarchaeota)OTU58的相對(duì)豐度,夏紅小豆-冬小麥和夏綠豆-冬小麥模式分別顯著增加氨氧化細(xì)菌群落變形菌門(Proteobacteria)OTU76的相對(duì)豐度和OTU95、OTU3的相對(duì)豐度。根際土壤中土壤pH和有機(jī)碳含量增加是導(dǎo)致豆禾輪作模式與麥玉模式氨氧化古菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生分離的重要環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子,而非根際土壤中全氮、銨態(tài)氮含量變化是引起豆禾輪作模式與麥玉模式氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生分離的主要環(huán)境因子。綜上所述,研究結(jié)果表明,豆禾輪作種植引起的土壤pH和速效氮含量變化驅(qū)動(dòng)氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生演變,且根際與非根際土壤中氨氧化微生物存在生態(tài)位分離。