壟溝覆蓋集雨模式對玉米根際土壤微生物多樣性的影響

高彥婷， 張 芮， 董 博， 李青青， 劉柯含

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

西北黃土高原半干旱區(qū)在中國旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位［1］，旱地玉米是該區(qū)農(nóng)業(yè)主要產(chǎn)業(yè)［2］。該區(qū)地下水位深，降水季節(jié)分配不均，缺水和季節(jié)性干旱是制約旱地玉米發(fā)展的主要瓶頸之一［3-4］。研究如何有效保蓄自然降水、科學(xué)合理灌溉是破解旱區(qū)玉米生產(chǎn)中降水在生育期與需水期存在嚴(yán)重時序錯位難題的關(guān)鍵［5］。壟溝覆蓋集雨栽培技術(shù)，主要采用田間溝壟相間排列、溝內(nèi)種植作物、壟上覆膜的方式來減少并收集由于無效降雨所產(chǎn)生的地表徑流，有效降低地表無效蒸發(fā)，增加農(nóng)田及作物根域土壤含水量，延長作物水分利用期，進(jìn)而實現(xiàn)提高作物產(chǎn)量和水分利用效率［6-11］的目標(biāo)。該技術(shù)作為我國半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)一種行之有效的高效節(jié)水農(nóng)業(yè)措施，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用［12-13］。

地表覆蓋（地膜、秸稈等）可人為改善農(nóng)田微氣候，為作物根際提供適宜的水熱條件。地膜覆蓋的保墑與增溫作用，能顯著增加作物產(chǎn)量和水分利用效率［14-15］，但長期覆蓋普通地膜，因其不易降解、阻礙土壤水分入滲、影響作物根系生長，導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)污染嚴(yán)重［16］，可降解膜的出現(xiàn)解決了農(nóng)田殘膜污染問題。秸稈覆蓋可提供充足的養(yǎng)分刺激土壤微生物活性［17］，增加土壤微生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性［18］。土壤微生物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)和結(jié)構(gòu)維持中起著重要作用［19］，其多樣性涉及土壤內(nèi)部物質(zhì)和能量循環(huán)［20］。研究表明，地膜覆蓋可改善土壤微生物種群［21］，改變細(xì)菌［22］和真菌［23］結(jié)構(gòu)，提高變形菌門（Proteobacteria）和酸桿菌門（Acidobacteria）相對豐度［24］。目前，壟溝集雨覆蓋栽培技術(shù)的研究主要集中在土壤理化性質(zhì)［25-28］、養(yǎng)分含量［29］、生物化學(xué)過程［30-31］、光合特性［32-33］、水分利用［34］、產(chǎn)量［35］等方面，而土壤微生物群落對壟溝覆蓋響應(yīng)的研究鮮有報道。本實驗通過壟溝覆蓋集雨種植系統(tǒng)下的玉米田間試驗，使用高通量測序技術(shù)揭示其對玉米根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2019年4—9月在甘肅省定西市灌溉試驗站西川試驗基地（37°52′N，102°50′E，海拔1958 m）進(jìn)行。該基地地處黃土高原西部丘陵區(qū)，年均氣溫6.3 ℃，太陽輻射592 kJ·cm-2·a-1，年日照時長2409 h，≥10 ℃積溫2075.1 ℃，無霜期141 d，作物一年一熟，屬典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。多年年均降雨量400 mm，且主要集中在6—9月（占年降水量的68%），潛在蒸散發(fā)量1500 mm，空氣相對濕度65.8%。試驗地土壤為黃綿土，平均孔隙率55%，體積比田間持水量23.7%，土壤平均容重1.51 g·cm-3，有機質(zhì)含量1.0%～1.5%，堿解氮32.25 mg·kg-1，全氮0.86 g·kg-1，硝態(tài)氮240.62 mg·kg-1，銨態(tài)氮14.57 mg·kg-1，有效磷19.56 mg·kg-1，速效鉀186.17 mg·kg-1，pH值8.71。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 試驗設(shè)計試驗供試玉米品種為“登義”2號，采用壟溝覆蓋種植技術(shù)（圖1），壟寬60 cm，溝寬60 cm，壟高25 cm。共設(shè)6 個處理，3 種一元集雨模式：壟覆普通黑色地膜溝不覆蓋（HL）、壟覆液態(tài)地膜溝不覆蓋（YL）、壟不覆蓋溝覆秸稈（NJ）；2種二元集雨模式：壟覆液態(tài)地膜溝覆秸稈（YJ）、壟覆普通黑色地膜溝覆秸稈（HJ）；以傳統(tǒng)平作不覆蓋（CK）為對照。每個處理3 個重復(fù)，共計18 個小區(qū)，隨機布設(shè)。播種前施肥1 次，整個生育期內(nèi)不灌水、不施肥，人工除草3次，避免破壞地膜。

圖1 壟溝覆蓋種植模式Fig.1 Ridge mulch planting patterns

1.2.2 土壤樣品采集各處理隨機選取3 株長勢一致的玉米，在每株溝側(cè)靠近根系處，去除土壤表層雜質(zhì)，用外徑4 cm 土鉆鉆取深度30 cm 左右處土壤樣品，同處理3 個測點土樣混勻后，去除可見根、雜草、石塊等，分2份：一份過2 mm篩后裝入無菌密封袋中，用冰盒低溫保存快速帶回實驗室，于-80 ℃冰箱保存用于高通量測序；另一份過1 mm篩風(fēng)干后測土壤理化性質(zhì)。

1.2.3 玉米產(chǎn)量及相關(guān)指標(biāo)收獲時統(tǒng)計各小區(qū)玉米有效穗數(shù)，并于每小區(qū)選取代表性植株6 株取其穗樣，風(fēng)干后考種，觀測記錄其穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重及千粒重。

1.2.4 土壤含水率的測定每個試驗小區(qū)分別在同一溝溝內(nèi)靠前、中、后位置離玉米根橫向距離5～10 cm處各選取1 個測點，在縱深分別為10 cm、20 cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm 處取樣，同一小區(qū)3 點同一深度測值取平均值。雨前、雨后及生育期轉(zhuǎn)變時加測，用烘干法采用烘箱（型號：DHG-9036A）在105 ℃下烘8 h測定。

1.2.5 地溫的測定在每個小區(qū)溝側(cè)中部離玉米植株根部10 cm 處并排布設(shè)一組地溫計，測量深度依次為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm。地溫讀數(shù)每隔2 h 讀1 次，讀取時間分別為08:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00。

1.2.6 水分利用效率水分利用效率（WUE）計算公式如下：

式中：Y為玉米產(chǎn)量（kg）；ET 為全生育期耗水量（mm），用土壤含水率估算，依據(jù)《灌溉試驗規(guī)范》（SL13-2004）規(guī)定，經(jīng)簡化計算公式如下：

式中：ET1-2為階段需水量（mm）；γi為第i層的土壤干體積質(zhì)量（g·cm-3）；Hi為第i層的土壤厚度（cm）；δi1、δi2分別為第i層土壤在計算時段始末的質(zhì)量含水率；I、P、K、C分別為時段內(nèi)灌水量、降雨量、地下水補給量和排水量（地表排水與下層排水之和）（mm）。其中，試驗區(qū)地下水埋深大于20 m，故K取0；試驗區(qū)屬干旱區(qū)，且試驗中全區(qū)均不灌水，即I取0；且本試驗地是平地，周圍也無河流，未發(fā)生徑流，故C按0計。降雨量采用試驗基地小型氣象站觀測的降雨數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 土樣高通量測序采用CTAB 方法提取土壤基因組DNA［36］，然后利用瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的純度和濃度［37］，取適量DNA 用無菌水稀釋，以稀釋后的基因組DNA為模版使用帶Barcode的特異引物對16S rDNA 的V4 區(qū)進(jìn)行PCR 擴增，擴增引物為515F（5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）［38］。土 壤DNA 的提取及16S rDNA 擴增子測序工作委托北京諾禾致源科技股份有限公司完成。

1.3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理玉米田間根際土壤樣品通過Illumina NovaSeq 機器測定得到下機數(shù)據(jù)（PE read）后，拼接得到Raw Tags，然后過濾低質(zhì)量和短長度的序列得到Clean Tags，最后過濾嵌合體得到用于后續(xù)分析［39］的Effective Tags。每個土壤樣品的序列數(shù)介于59878和67957之間，平均64044個。序列長度平均為253 bp。各樣品數(shù)據(jù)有效率皆大于67%，且有效數(shù)據(jù)中質(zhì)量大于Q20、Q30 的數(shù)據(jù)占比均高于97%。測序數(shù)據(jù)在諾禾致源售后工具平臺（https://magic.novogene.com/）完成處理：首先利用Uparse 軟件（Version 7.0.1001）以97%的一致性將有效數(shù)據(jù)（Effective Tags）聚類成為最小分類操作單元（OTU），然后用Mothur 方法與SILVA132 的SSUr-RNA數(shù)據(jù)庫對代表OTU進(jìn)行物種注釋分析，再在各分類水平上統(tǒng)計各樣本的群落組成，之后使用Qiime 軟件（Version 1.9.1）計算OTU、豐富度指數(shù)（Chao1）、辛普森指數(shù)（Simpson）和香濃指數(shù)（Shannon）等α多樣性指數(shù)等，并基于距離分別進(jìn)行主成分分析（PCA）和無度量多維標(biāo)定（NMDS）等β多樣性分析［36］。使用SPSS Statistics 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析，并使用Origin 2022軟件繪制圖形。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同集雨模式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

表1列出了不同集雨模式下玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀。各處理中，玉米穗長、穗粗、行粒數(shù)間均無顯著性差異（P<0.05）。但壟覆同種材料時，溝不覆秸稈處理的行粒數(shù)均不小于溝覆秸稈的處理，可能是因為覆秸稈處理的玉米過早進(jìn)入灌漿期致使孕穗期縮短，有些籽粒未來得及灌漿造成。處理HJ的穗行數(shù)和千粒重均最大，CK均最小。處理HJ、NJ穗行數(shù)間無顯著性差異，較CK分別增加11.22%、9.16%，均與CK差異顯著（P<0.05），但其余各處理間以及與處理HJ、NJ 及CK 間均無顯著性差異。各處理千粒重排序由高到低依次為：HJ>YJ>YL>HL>NJ>CK。處理HJ、YJ、YL、HL 千粒重間差異不顯著，較CK 分別增加31.31%、30.21%、28.74%、26.33%，且均顯著大于CK 與處理NJ（P<0.05），但處理NJ 與CK 間差異不顯著?？紤]因為處理NJ 與CK 未覆膜，播種后溫度較低導(dǎo)致出苗晚，而灌漿期時受氣溫降低的影響，灌漿不充分致使千粒重小于其他覆蓋處理。而壟覆同種材料下，溝覆秸稈的處理均大于溝無覆蓋的處理。即壟覆膜、溝覆秸稈均有利于玉米千粒重的累積。

表1 不同集雨模式下玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀Tab.1 Yield and yield characters of maize under different rainfall collection modes

各處理產(chǎn)量排序由高到低依次為：HJ>YL>HL>YJ>CK>NJ，且處理YL、HL的產(chǎn)量均與處理HJ差異不顯著，但均顯著高于處理NJ 和CK。其中處理HJ的產(chǎn)量較CK 提高88.02%，達(dá)到10613.5 kg·hm-2。壟覆液態(tài)膜的條件下，溝覆秸稈的處理YJ產(chǎn)量反而小于溝無覆蓋的處理YL，分析是因為覆秸稈雖然比不覆秸稈時玉米籽粒飽滿，但是由于覆秸稈處理的玉米過早進(jìn)入灌漿期致使孕穗期縮短，其行粒數(shù)較少，導(dǎo)致產(chǎn)量略低。而處理NJ 的產(chǎn)量較對照CK反而降低9.4%，究其根本原因是壟溝種植植株密度較平作小，所以平作小區(qū)穗數(shù)多于壟溝種植，這與胡敏等［40］得出的不覆膜壟溝種植模式的增產(chǎn)效果并不能補償種植稀疏而造成的減產(chǎn)效應(yīng)的結(jié)論一致。

2.2 不同集雨模式對玉米耗水量和水分利用效率的影響

由表2 可見，處理HL 耗水量最小，且與其他處理差異顯著，處理HJ耗水量次小。溝覆秸稈的處理中，耗水量從大到小依次是處理NJ>YJ>HJ，即壟覆黑色地膜保水性強于壟覆液態(tài)膜及不覆膜情況。水分利用效率從大到小依次是處理HJ>HL>YL>YJ>CK>NJ。其中，處理HJ水分利用效率較CK提高了79.83%，且除處理NJ外，其余處理水分利用效率均與CK差異顯著（P<0.05），表明壟覆膜處理保水增產(chǎn)效果均優(yōu)于平地?zé)o覆蓋情況，但壟不覆膜溝覆秸稈處理NJ 水分利用效率較對照CK 還小，根本原因是處理NJ 因種植密度小于CK 導(dǎo)致產(chǎn)量過低，而耗水量又過高。

表2 不同集雨模式下玉米耗水特性及水分利用效率Tab.2 Water consumption characteristics and water use efficiency of maize under different rainfall collection modes

2.3 不同集雨模式下玉米根際土壤微生物多樣性分析

2.3.1 測序結(jié)果稀釋曲線是從樣本中隨機抽取一定測序量的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計其所代表物種數(shù)目（即OTU數(shù)目），再以抽取的測序數(shù)據(jù)量與對應(yīng)的物種數(shù)來構(gòu)建的曲線，是用以描述組內(nèi)樣本多樣性的常見曲線，可直接反映測序數(shù)據(jù)量的合理性，并間接反映樣本中物種的豐富程度［41］。

實驗對不同集雨覆蓋模式下的6 個處理的18份土壤樣品進(jìn)行OUT數(shù)目統(tǒng)計，并構(gòu)建稀釋曲線評價測序質(zhì)量，曲線越平緩，說明OUT 數(shù)目隨測序數(shù)據(jù)的增加呈漸平緩趨勢［36］。試驗中各組稀釋曲線如圖2所示，試驗前期檢出物種數(shù)量較大，隨測序數(shù)據(jù)量的增加，樣本群落的檢出物種豐富度變化逐漸變緩，即所測數(shù)據(jù)科學(xué)合理。

圖2 稀釋曲線（相似度97%水平）Fig.2 Rarefaction curve(abundance at 97%similarity level)

2.3.2 α多樣性分析在97%一致性閾值下，統(tǒng)計不同樣本的α多樣性分析指數(shù)，如表3 所示（均一化時選取的數(shù)據(jù)量cutoff=54179）。各處理樣本文庫覆蓋率均大于98%，表明測序結(jié)果有較高可信度，能夠反映樣本的真實情況。處理YJ、YL、HJ 的Shannon指數(shù)和Simpson 均顯著（P<0.05）大于CK，說明壟覆地膜處理可顯著提高土壤微生物多樣性。各處理的土壤微生物Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)均不存在顯著性差異，但處理YJ、YL、HJ、HL 的土壤微生物Chao1指數(shù)和ACE 指數(shù)均高于CK，其中處理HJ 群落豐富度指數(shù)最高；處理NJ豐富度指數(shù)小于CK，說明壟覆地膜可提高土壤微生物群落豐富度，而壟不覆膜僅溝覆秸稈會降低微生物群落豐富度，但效果均不顯著。處理YL的Observed_species指數(shù)為最大值且顯著高于NJ，HJ 僅次于YL，處理YL、HJ 的PD_whole_tree 指數(shù)均顯著大于處理NJ，說明壟覆地膜處理與只溝覆秸稈相比可顯著提高土壤微生物群落多樣性。

表3 土壤微生物群落α多樣性Tab.3 α diversity metrics of soil microbial communities

2.3.3 β多樣性分析β多樣性可分析不同樣本的微生物群落構(gòu)成，揭示群落之間的相似性［41］。其中，主成分分析（PCA）應(yīng)用方差分解對多維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維分析，從而分析出各處理間群落組成的相似性。從土壤因子中提取前2個主成分因子分析微生物多樣性功能（圖3a），結(jié)果表明，主成分1（PC1）可以解釋所有變量方差的9.42%，主成分2（PC2）次之，為8.6%，累計貢獻(xiàn)率為18.02%。在PC1 軸上，不同處理表現(xiàn)出明顯的不同：其中處理YJ、NJ和CK全部分布于正方向上，而HJ 多部分布于負(fù)方向，說明處理HJ 與CK 的微生物群落結(jié)構(gòu)存在差異。處理CK、NJ、HL 均成簇分布于PC2 上軸，說明CK 與NJ、HL微生物群落結(jié)構(gòu)相似。而處理YJ、YL 和HJ 均分布于PC2 下軸，說明這3 組處理的微生物群落結(jié)構(gòu)都與CK存在差異。

圖3 基于OUT水平的多樣本比較分析Fig.3 Multivariate analysis based on OTU information

無度量多維標(biāo)定法（NMDS）是一種非線性模型，使樣本的物種信息反映在二維平面上，克服了線性模型［42］諸如PCA、主坐標(biāo)分析（PCoA）等的缺點?；贠UT 水平的NMDS（Stress=0.150）分析（圖3b），結(jié)果表明，處理CK和NJ均位于橫軸（MDS1）的右軸，而處理YJ、YL 和HJ 均位于MDS1 的左軸，說明處理NJ 與CK 微生物群落結(jié)構(gòu)相似度很高，而與其他處理存在差異。但在縱軸（MDS2）上，各處理間差異均不明顯。

以上分析表明，處理YJ、YL和HJ均可使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，處理NJ則基本無變化。

2.4 菌群結(jié)構(gòu)及組成

對各處理樣品排名前10 的優(yōu)勢菌門相對豐度進(jìn)行統(tǒng)計分析（圖4a）。在不同集雨覆蓋下玉米根際土壤中主要菌門有變形菌門、酸桿菌門、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）、浮霉菌門（Planctomycetes）、綠彎菌門（Chloroflexi）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、厚壁菌門（Firmicutes）、己科河菌門（Rokubacteria）等，其中變形菌門在各處理中的占比分別為33%（YJ）、33%（YL）、33%（HJ）、34%（HL）、39%（NJ）和38%（CK），為壟溝集雨種植下玉米土壤微生物中的優(yōu)勢菌。

圖4 門、綱水平物種相對豐度柱形圖Fig.4 Species relative abundance histogram at the phylum and class levels

綱水平的微生物群落組成如圖4b所示。其中，處理CK 中主要優(yōu)勢菌綱為γ-變形菌綱（Gammaproteobcteria，占比25.8%）、未命名的芽單胞菌綱（unidentified_Gemmatimonadetes，9.9%）、擬桿菌綱（Bacteroidia，8.4%）、α-變形菌綱（Alphaproteobacteria，7.7%）、未命名的酸桿菌綱（unidentified_Acidobacteria，7.6%）、δ-變形菌綱（Deltaproteobacteria，4.3%），合計占比達(dá)63.7%。與CK 相比，處理YJ、YL、HJ 和HL 中γ-變形桿菌綱豐度分別增加了5.1%、6.2%、6.1%和4.5%，而處理NJ中γ-變形桿菌綱豐度占比減少了1.2%。

2.5 土壤微生物與含水率及溫度的相關(guān)分析

不同門類細(xì)菌與土壤含水率及土壤溫度的斯皮爾曼（Spearman）相關(guān)系數(shù)如表4所示。變形菌門與含水率成顯著性負(fù)相關(guān)，芽單胞菌門與含水率成極顯著性負(fù)相關(guān)，擬桿菌門與含水率和溫度均成極顯著性負(fù)相關(guān)，浮霉菌門、綠彎菌門與含水率成顯正相關(guān)，疣微菌門與含水率成顯著性負(fù)相關(guān)，己科河菌門與溫度成極顯著性負(fù)相關(guān)，其他相關(guān)性均不顯著。

表4 含水率和溫度與優(yōu)勢菌種的相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlation coefficients between water content and temperature and dominant strains

3 討論

長期以來，地膜覆蓋因其具有增溫保墑［43］、保肥［44］、抑制雜草生長［45］、節(jié)水增產(chǎn)［46］等作用，在農(nóng)業(yè)種植中被廣泛采用。覆蓋可為作物生長發(fā)育創(chuàng)造適宜的微生態(tài)環(huán)境［47-48］，因此覆蓋對土壤環(huán)境的影響也已被廣泛研究。然而，就壟覆不同類型地膜結(jié)合溝覆秸稈的二元壟溝集雨種植對土壤微生物組成和功能的影響報道較少。為了揭示壟溝集雨種植對于土壤微生物群落的影響，試驗通過16S rRNA 高通量測序技術(shù)分析了二元壟溝集雨種植下玉米的土壤微生物群落的多樣性及群落組成。結(jié)果表明，壟溝覆蓋集雨種植模式可通過影響土壤微生物多樣性及其群落結(jié)構(gòu)來改善玉米根際土壤環(huán)境。

土壤微生物群落對土壤環(huán)境（溫度、水分和營養(yǎng)狀況等）具有高度敏感性，土壤環(huán)境的改變可能會導(dǎo)致某些微生物群落成為主導(dǎo)，而抑制其他微生物，從而導(dǎo)致群落組成和結(jié)構(gòu)的變化。因此，不同的微生物群落以不同的方式對氣候特征、土壤性質(zhì)和作物種類等作出相應(yīng)的反應(yīng)，其種類及組成結(jié)構(gòu)對于土壤質(zhì)量和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用等起著至關(guān)重要的作用，同時也受到土壤水熱等因素的影響。本研究中，壟覆地膜溝覆秸稈處理與對照相比提高了土壤微生物群落的chao1 指數(shù)，而壟不覆蓋溝覆秸稈處理則使其降低，這可能跟土壤含水率有關(guān)。不同壟溝集雨模式并未使土壤微生物優(yōu)勢物種及其組成發(fā)生太大變化，但不同程度的影響了它們的豐度。在所有處理的土壤中變形菌門為優(yōu)勢菌門，其次是酸桿菌門，這與Kang等［49］的研究結(jié)果相同。變形菌門是微生物群落中的重要門，它們能夠利用不穩(wěn)定的碳源，在富營養(yǎng)環(huán)境中具有較高的相對豐度，以上這些優(yōu)勢物種是較常見的多環(huán)芳烴類耐受及污染物［50］。此外，壟覆地膜使變形菌門的相對豐度降低，而僅溝覆秸稈則使其相對豐度增加，Yang 等［51］的研究也有類似的結(jié)果，秸稈覆蓋的變形菌相對豐度相對高于其他覆蓋處理。酸桿菌門在土壤潮濕和地溫時較少［52］。本研究結(jié)果表明各壟溝覆蓋處理均能提高酸桿菌門的相對豐度。

變形菌門和放線菌門在壟不覆膜溝覆秸稈處理中占有較高的豐度。變形菌門的增長一般是利用土壤中不穩(wěn)定的碳源，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)變形菌門可參與其他微生物細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的降解體，利用體內(nèi)脂質(zhì)代謝，因此，其在可溶性有機碳含量較低的土壤中依舊保留著較強的競爭優(yōu)勢。

壟覆地膜時土壤的α多樣性均高于裸土，Kang等［49］也報道覆膜處理提高了土壤微生物的豐度和多樣性。地膜覆蓋增強了表層土壤養(yǎng)分的有效性，豐富的活性有機碳和氮為細(xì)菌提供了活性底物，有利于細(xì)菌的繁殖［53］。NMDS顯示壟不覆蓋溝覆秸稈與平地不覆蓋土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)相似，而其他處理：壟覆普通黑色地膜溝不覆蓋、壟覆液態(tài)地膜溝不覆蓋、壟覆液態(tài)地膜溝覆秸稈、壟覆普通黑色地膜溝覆秸稈均與對照存在明顯差異。綜上所述，壟溝覆蓋改變了土壤微生物門水平和綱水平的組成，壟溝集雨模式可以影響土壤微生物群落的多樣性。

4 結(jié)論

（1）壟覆地膜的集雨模式（HJ、HL、YL）均可顯著提高玉米產(chǎn)量及水分利用效率，其中壟覆普通黑色地膜溝覆秸稈模式（NJ）下產(chǎn)量、水分利用效率分別較傳統(tǒng)平作不覆蓋提高88.02%、79.83%；而壟無覆蓋溝覆秸稈模式下玉米產(chǎn)量、水分利用效率均較對照低。

（2）壟覆地膜的集雨模式均能顯著提高玉米根際土壤微生物群落多樣性，且能改變微生物結(jié)構(gòu)，但壟無覆蓋溝覆秸稈的模式對土壤微生物群落多樣性及微生物結(jié)構(gòu)影響較小。

（3）不同壟溝覆蓋集雨種植模式下，微生物群落的優(yōu)勢菌門依次為變形菌門（占比39.3%）、酸桿菌門（16.6%）、芽單胞菌門（15.9%）；土壤優(yōu)勢菌綱依次為γ-變形桿菌綱（占比25.8%）、擬桿菌綱（8.4%）、α-變形菌綱（7.7%）。