长期不同养分缺乏对冬油菜土壤微生物群落组成及多样性的影响

为探明长期不同养分缺乏对冬油菜根际与非根际土壤细菌和真菌群落组成结构及多样性的影响,以江汉平原中稻 -冬油菜田间定位试验为研究对象,选取施磷钾肥不施氮肥(-N)、施氮钾肥不施磷肥(-P)、施氮磷肥不施钾肥(-K)和施用氮磷钾肥(NPK)4个处理,于成熟期采集各处理冬油菜非根际土壤(标记为 0)和根际土壤(标记为 1)。基于 Illumina MiSeq高通量测序技术对土壤样本的细菌 16S rDNA和真菌 ITS进行扩增、测序,并结合生物信息学分析根际和非根际土壤中细菌和真菌群落组成和多样性。结果表明:长期养分的投入缺乏造成土壤 pH和养分含量均有不同程度的降低。相比非根际土壤,冬油菜根际土壤的有机质、有效磷和速效钾含量有富集的趋势,而缓效钾差异不显著。长期平衡施肥(NPK处理)条件下,油菜根际土壤的细菌多样性比非根际土壤高,而根际真菌多样性低于非根际土壤。门分类水平上,各处理土壤中的细菌优势物种是绿弯菌门、酸杆菌门和变形菌门,平均相对丰度分别为 30.9%、25.7%和 17.6%;真菌优势物种是子囊菌门和担子菌门,平均相对丰度分别为 52.0%和 6.3%。相比 NPK处理,-N、-P和 -K处理对冬油菜根际和非根际细菌、根际真菌群落分布有显著影响,但对非根际真菌群落分布无明显作用,从而导致各处理的优势属种类型和相对丰度差异显著。冗余分析结果表明,pH、速效钾和有效磷含量对土壤细菌群落结构的影响最为显著,而有机质和碱解氮含量对真菌群落结构的影响最为明显。可见,长期不同养分缺乏会显著改变冬油菜根际细菌和真菌群落的组成结构及其多样性,尤其是缺磷、缺氮,其次是缺钾。因此,平衡施肥仍是维持农田微生物生态系统平衡与稳定的重要措施。     

不同施肥水平对青稞豌豆混作根际土壤真菌群落结构及多样性的影响

采用真菌ITS区的Illumina MiSeq高通量测序技术，并结合NMDS、RDA和Mantel test分析，探讨青稞单作(Q)、豌豆单作(W)、青稞豌豆混作(Q×W)3种模式在不施肥(0NP)、低氮磷(LNP)、高氮磷(HNP)3种施肥水平下根际土壤真菌群落结构组成及多样性的差异，同时测定其土壤理化性质，并与根际土壤真菌群落结构进行了相关性分析。结果表明：青稞、豌豆在3种种植模式下土壤均呈碱性，且在不同施肥水平下土壤理化性质差异显著。不同试验处理下共检测到18个真菌类群，子囊菌门(Ascomycota，63.5%~78.5%)、被孢霉门(Mortierellomycota，3.6%~14%)、担子菌门(Basidiomycota，1.1%~6.9%)为共有优势类群，在属水平上，Penicillium、Mortierella在青稞豌豆混作根际土壤中相对丰度最高，可能是驱动土壤有机氮、磷转化为无机氮、磷的主要真菌群落。Bipolaris、Blumeria、Fusarium、Cladosporium为土壤真菌群落丰度最高的4种潜在致病菌属，在青稞豌豆混作根际土壤中的相对丰度低于青稞单作和豌豆单作，混作模式在不同施肥水平下4种具有潜在致病性的真菌间相对丰度存在显著差异；在LNP、HNP水平下混作模式根际土壤中的真菌丰富度(ACE、Chao1)和多样性(Shannon、Simpson)指数均低于青稞单作，混作模式在LNP水平下丰富度(ACE、Chao1)指数显著低于0NP水平，但多样性(Shannon、Simpson)指数高于0NP水平；从不同试验处理属水平下真菌群落相对丰度来看，混作模式可显著增加根际土壤中有益菌群的相对丰度，通过根际土壤微生物优势种群及α多样性分析，青稞豌豆混作模式较青稞单作、豌豆单作可增加根际土壤中属水平下Penicillium、Mortierella等具有溶磷、氨化作用菌群的相对丰度，降低Bipolaris、Blumeria、Fusarium、Cladosporium等潜在致病菌群的相对丰度；相关分析表明，速效氮、速效磷、有机质是影响混作模式根际土壤真菌群落结构差异的主要驱动因子。     

荔枝园间作平托花生对土壤理化性质、酶活性和细菌群落结构及多样性的影响

研究荔枝间作平托花生对荔枝园土壤理化性质、酶活性及细菌多样性的影响,为荔枝健康栽培提供理论依据和技术支撑。分别选取荔枝/平托花生间作和荔枝单作模式下10～20 cm土层的土壤样本,测定酸性有效磷、全磷和速效钾等理化因子的含量以及蔗糖酶、蛋白酶和脲酶等酶活性,并在此基础上,利用Illumina MiSeq测序平台对荔枝/平托花生间作模式和荔枝单作模式下土壤的细菌群落进行16S rRNA V4～V5区检测。结果表明:与荔枝单作模式相比,在理化因子方面,荔枝间作平托花生模式下的速效钾含量极显著提高138.9%,碱解氮含量显著降低19.6%,pH稍降低但无显著差异性;在土壤酶活性方面,蔗糖酶、酸性蛋白酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶均极显著或显著提高;在土壤细菌群落多样性方面,Chao1、ACE和Simpson指数分别显著提高5.5%、5.2%和3.7%。在土壤细菌群落结构方面,两组样本的主要优势菌门为酸杆菌门、变形菌门、绿弯菌门和放线菌门;主要优势菌属为Gp1、Gp2、Gp3、Gp4、Gp6、芽孢杆菌属和Gaiella等菌属;间作后变形菌门、放线菌门、红游动菌属、Gaiella和黄杆菌属相对丰度明显提高,酸杆菌门、芽孢杆菌属和Gp2相对丰度显著降低。冗余分析结果表明,碱解氮、pH、全磷和有效磷是影响土壤细菌菌属结构的主要理化因子;单作模式的土壤细菌群落结构差异主要是由pH的变化引起的,而间作模式细菌群落结构主要受碱解氮的影响;此外,在酸杆菌门亚群中,Gp1、Gp2、Gp3及Gp7与pH呈正相关;Gp4、Gp5、Gp6与pH呈负相关;芽孢杆菌属与碱解氮呈正相关;Gaiella、红游动菌属和黄杆菌属等绝大多数菌属均与理化因子呈负相关。因此,荔枝园间作平托花生不仅能改善土壤理化性质以及酶活性,还能提高土壤细菌丰富度和多样性,促进荔枝根系对营养元素的有效吸收,为农民有效利用荔枝园行间空地、实现荔枝健康栽培探索出一条新的路径。     

马铃薯||玉米间作对土壤细菌多样性的影响

为探明连续马铃薯、玉米单作及间作种植对土壤细菌群落组成的影响,利用IonS5~(TM)XL高通量测序平台,分析了单作玉米(M)、单作马铃薯(P)、马铃薯||玉米间作(PM)下,土壤细菌群落组成以及多样性间的差异。结果表明:与单作相比,马铃薯||玉米间作土壤有机质含量显著升高(P0.05),但土壤全氮、碱解氮、全磷、速效钾、土壤pH等没有显著变化。所获得的56 787个土壤细菌可操作分类单元(OTUs)共分为46门、55纲、114目、208科、455属。土壤变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)细菌占总相对丰度的57.68%～65.11%,为优势菌门;间作对土壤细菌群落多样性(香农指数、辛普森指数)、丰富度(ACE指数和Chao1指数)无显著影响,但改变了基于门、属水平上的细菌群落组成。与单作马铃薯相比,间作显著降低了土壤变形菌门(Proteobacteria)相对丰度(P=0.023),提高了浮霉菌门(Planctomycetes)的相对丰度(P=0.043)。在属水平上,相对丰度较低的芽单胞菌属(Gemmatimonas)、Candidatus Solibacter属更易受到种植方式的影响;间作提高了节杆菌属(Arthrobacter)、芽球菌属(Blastococcus)和芽孢杆菌属(Bacillus)的相对丰度。随细菌群落结构变化,细菌群落功能上出现差异,通过KEGG功能预测共得到7个一级功能层, 35个二级功能层,表现出功能上的丰富性,土壤细菌群落在代谢、遗传信息处理和细胞过程方面功能活跃。7个一级功能层中的代谢功能组在马铃薯||玉米间作与马铃薯单作间有显著差异。利用前向选择,经蒙特卡罗检验表明,连续马铃薯、玉米单作及间作栽培5年后的土壤各理化性状指标与土壤细菌群落组成、多样性间的相关性均不显著。连续马铃薯||玉米间作及单作5年条件下土壤细菌群落组成的变化是由马铃薯||玉米间作作物种间互利和竞争关系而驱动的。     

茅苍术间作对连作花生土壤线虫群落的影响

以连作10年花生的红壤为基质,分别设置花生单作和花生/茅苍术间作处理,于花生成熟期采集单作花生根际土壤、间作处理花生和茅苍术根际土壤,分析土壤线虫的数量、多样性和群落结构,以揭示茅苍术间作对土壤线虫群落的影响及对花生连作障碍的缓解机制。结果表明,与花生单作相比,间作处理花生的株高、主根长、秸秆干重和荚果干重显著增加(p0.05)。茅苍术间作减少了连作花生土壤线虫的总数,显著提高了花生根际土壤食细菌线虫、食真菌线虫和捕食/杂食线虫的相对丰度,降低了植物寄生线虫的相对丰度(p0.05)。与花生单作相比,间作提高了花生根际土壤线虫的Shannon-Wiener多样性指数(H′)和均匀度指数(J),而土壤线虫群落的优势度指数(λ)显著降低。间作处理花生根际土壤线虫的瓦斯乐斯卡指数(WI)和自由生活线虫成熟度指数(MI)显著升高,植物寄生线虫成熟度指数(PPI)显著降低,而线虫通道比(NCR)无显著变化。综合分析得出,茅苍术间作可以提高花生连作土壤线虫多样性、优化土壤线虫群落结构,进而增强有益线虫的生态功能、改善花生连作障碍。     

间作刺槐对魔芋根际细菌群落结构及软腐病发生的影响

为研究间作刺槐对魔芋根际细菌群落结构的影响及其与软腐病的关系,以深入理解特定作物间作模式下的根际微生态特征。本试验设置塑料膜全隔（单作）、尼龙网网隔（半间作）和无隔（间作）3种刺槐‖魔芋根系分隔处理,采用高通量测序和荧光实时定量PCR(qRT-PCR)技术分析不同处理魔芋根系和根际土壤细菌多样性、群落组成和土壤氮循环相关基因表达丰度。结果表明,魔芋根系和根际土壤细菌α多样性指数均随着根系互作加强而明显提高。无隔处理根际细菌群落β多样性与全隔处理有明显差异。戴沃斯菌属（Devosia）、极地所菌属（Pricia）、藤黄单胞菌属（Luteimonas）、链霉菌属（Streptomyces）及溶杆菌属（Lysobacter）相对丰度值在所有处理根系和土壤中均较大;原小单孢菌属（Promicromonospora）相对丰度在网隔处理土壤中最高;链霉菌属、根瘤菌属（Rhizobium）和溶杆菌属相对丰度在网隔和无隔魔芋根系和土壤中较大。与全隔相比,无隔处理显著提高了土壤氮循环相关固氮酶基因（nifH）、亚硝酸还原酶基因（nirS）、氧化亚氮还原酶基因（nosZ）和氨单加氧酶基因（AOA amoA...     

玉米豆科覆盖作物间作对潮土酶活性和真菌群落特征的影响

黄淮海地区土地复种指数高，不具备休闲条件，致使土壤养分消耗严重，土壤微生物群落多样性下降。为改善土壤状况，本研究基于两年的玉米豆科覆盖作物（紫花苜蓿、大豆、花生）间作试验，探讨玉米豆科覆盖作物间作对土壤养分、酶活性以及真菌群落特征的影响，同时分析黄淮海平原潮土区玉米豆科覆盖作物间作的可行性。结果表明：间作条件下土壤碱解氮含量提高，土壤有机质含量无明显变化，玉米紫花苜蓿间作处理和玉米花生间作处理土壤有效磷含量表现上升趋势。所有间作处理土壤脲酶活性都高于单作玉米处理，间作花生处理和间作大豆处理的酸性磷酸酶活性较单作玉米处理分别增加了30.53%和18.70%；间作紫花苜蓿处理土壤碱性蛋白酶活性和蔗糖酶活性对比单作玉米处理有显著提高。间作紫花苜蓿处理和间作大豆处理对土壤优势菌门子囊菌门和被孢霉门的相对丰度有积极作用，其中间作紫花苜蓿处理子囊菌门的相对丰度提高了11.88%，间作大豆处理被孢霉门相对丰度增幅达45.39%，优势菌门丰度的提升有助于补充土壤氮源和碳源。玉米豆科覆盖作物间作可以补充土壤养分，改善土壤微生物群落结构，提高土壤酶活性，可能成为提高黄淮海平原潮土地区土壤质量、维持土壤稳定性的有效措施。     

间作分蘖洋葱对番茄氮素吸收和根际土壤微生物多样性的影响

  【目的】  间作分蘖洋葱能缓解番茄连作障碍,提高番茄养分吸收。本研究通过解析间作分蘖洋葱条件下番茄根际土壤中氮吸收和微生物多样性的变化,旨在揭示间作对番茄氮营养改善的生物学机制。  【方法】  设计田间和盆栽两个试验,田间试验设番茄单作、分蘖洋葱(农安)与番茄间作和分蘖洋葱(五常)与番茄间作共3个处理,测定番茄的生长指标、氮吸收量及产量,阐明间作对番茄养分吸收、分配及产量的影响。盆栽试验设番茄单作、分蘖洋葱(五常)单作、分蘖洋葱与番茄间作及无苗对照等4个处理。对番茄及分蘖洋葱的根际土壤中铵态氮、硝态氮含量及土壤酶活性测定,并采用Miseq高通量测序技术分析土壤细菌和真菌多样性变化,旨在阐明间作对根际土壤养分环境的影响。  【结果】  1) 间作后,番茄株高显著增加,番茄产量提高了8.49%～16.92%。2) 间作分蘖洋葱两品种番茄各测定指标表现为相似的变化规律。间作60天,番茄干重显著增加,间作后番茄干物质向根分配指数降低,而向地上分配指数增加,其中向茎叶分配指数降低,而向果分配指数增加。间作90天,均显著提高了氮养分向根和茎分配,而降低了氮养分向叶中分配。3) 间作37天后,番茄根际土壤中铵态氮含量显著增加,硝态氮含量显著降低,间作改变土壤铵态氮和硝态氮比例,促进了番茄的氮吸收。番茄根际土壤中脲酶和脱氢酶活性显著高于单作和无苗对照,间作分蘖洋葱根际土壤脱氢酶活性显著高于单作和无苗对照。4)间作分蘖洋葱处理提高了放线菌纲、拟杆菌纲 、黄杆菌纲、绿菌纲、绿弯菌纲、厌氧绳菌纲、异常球菌纲、芽孢杆菌纲、梭菌纲、柔膜菌纲、浮霉菌纲、α-变形菌纲、丰佑菌纲的丰度,其中间作分蘖洋葱提高了番茄根际土壤芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)等细菌的相对丰度。间作提高了番茄根际土壤青霉菌属(Penicillium)、曲霉菌属(Aspergillus)和毛壳菌属(Chaetomium)等真菌的丰度,但却降低了散囊菌属(Eurotium)和梭孢壳属(Thielavia)的丰度。间作番茄根际土壤微生物菌群结构的改变可能是促进番茄氮养分吸收的关键因素之一。  【结论】  间作两种分蘖洋葱均增加了番茄株高和干重,间作提高了番茄的氮吸收量和产量,降低了氮养分向叶中分配,而升高了氮养分向根和花果中分配,提高氮的利用。同时,间作分蘖洋葱通过改变番茄根际土壤细菌和真菌菌群结构,改善了土壤氮有效性,促进了番茄的氮吸收,为番茄产量的提高奠定了营养基础。     

黄瓜与西芹间作土壤细菌多样性及其对黄瓜枯萎病发生的影响

本试验以黄瓜与西芹间作种植模式为处理,黄瓜单作和西芹单作种植模式为对照,利用Illumina公司Miseq平台对上述不同处理土壤进行16S rDNA细菌群落多样性高通量测序分析和田间接种黄瓜枯萎病菌,探讨黄瓜与西芹间作模式土壤细菌的多样性及其对田间黄瓜枯萎病发生的影响。16S rDNA测序结果表明,黄瓜与西芹间作土壤的细菌物种总数最多,群落多样性水平最高,与对照相比显著提高了土壤细菌observed species指数、Shannon指数和Chao1指数(P0.05);Beta多样性聚类分析表明,黄瓜与西芹间作土壤的环境群落物种与黄瓜单作和西芹单作有一定差异性。在门分类水平上,共检测到45个菌门,其中变形菌门占明显优势,其次为酸杆菌门和放线菌门等;黄瓜与西芹间作土壤细菌种类所占比例最高,达98.63%。在属水平上,共检测到428类菌属,GP6、GP16、GP4、芽单胞菌属、节细菌属5属的丰度值较大;黄瓜与西芹间作土壤的节细菌属分布比例最高,红游动菌属、鞘氨醇单胞菌属和芽球菌属丰度值较大,为黄瓜与西芹间作土壤细菌明显优势菌属。田间接种黄瓜枯萎病菌试验结果表明,采用上述3种不同种植模式土壤种植黄瓜,在黄瓜苗期接种黄瓜枯萎病菌,黄瓜与西芹间作处理的黄瓜枯萎病的田间发病率较西芹单作和黄瓜单作分别降低57.03%~63.54%和66.95%~72.15%。因此,黄瓜与西芹间作增加了土壤细菌群落多样性,降低了黄瓜枯萎病的发病率,对后茬黄瓜土传病害防控具有一定科学指导意义。     

长期施肥对旱作区农田土壤细菌群落组成和多样性的影响

为阐明长期有机、无机施肥对旱作区土壤细菌群落组成及多样性的影响机制,以农田土壤生态系统为研究对象,采用单因素随机区组设计,利用长期定位试验(11年)和高通量测序的方法,研究了不施肥(对照,T0)、单施化肥(T1)、化肥配施羊粪有机肥(T2)和化肥配施生物有机肥(T3)对土壤的影响,分析了处理间土壤细菌群落组成及多样性的差异,探究了驱动土壤细菌群落组成及多样性变化的主要土壤环境因子。结果表明:与T0相比,羊粪有机肥、生物有机肥与化肥配施能显著提高土壤全氮、全磷、有机质、碱解氮、有效磷和铵态氮的含量,其中T2处理效果最显著(P<0.05)。各施肥处理下土壤放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi) 细菌为优势菌门;羊粪有机肥、生物有机肥与化肥配施处理降低了土壤放线菌门的相对丰度,增加了绿弯菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度,T2处理与T0处理间有显著差异(P<0.05)。与T1处理相比,羊粪有机肥、生物有机肥与化肥配合施用使土壤硝化螺旋菌门的相对丰度显著降低。类诺卡氏菌属(Nocardioides)、KD4-96和Subgroup_6为土壤细菌群落的优势菌属。T2处理较T3处理更显著地降低了土壤类诺卡氏菌属(41.15%)、芽球菌属(41.67%)和红杆菌属(27.45%)的相对丰度。与T0处理相比,T2处理更显著增加了细菌群落物种数、群落辛普森指数、香农指数和Chao1 指数(P<0.05)。冗余分析表明,土壤有机质(P=0.001)、pH(P=0.003)是驱动土壤细菌群落组成及多样性变化的主要因素。土壤pH以及有机质含量高低对驱动旱作区土壤细菌群落组成以及土壤细菌多样性变化均产生直接效应。因此,化肥与羊粪有机肥相结合的长期施肥管理是优化旱作区区域农田养分管理、提升土壤肥力的有效途径。