长期施肥对红壤性水稻土细菌多样性的影响

摘要

随着我国农业生产的发展,化学肥料的施用量不断增加。化肥的大量投入已经成为稻田系统生产力提高的主要限制因子之一,直接影响到我国的粮食安全。不同施肥制度可以导致土壤微生物种群、数量和活性变化,从而影响土壤肥力。土壤微生物中,以细菌的种类和数量最多。通过对土壤细菌多样性的研究,可以揭示不同化学肥料和施用方式对土壤微生物生态的影响规律,加深人们对细菌和所处土壤环境间相互关系的理解和认识。
　　 本研究以连续17年长期施肥制度的稻田土为研究对象,所采土样来自中国科学院桃源农业生态试验站,试验共设4个处理:(1)CK(不施肥)；(2)N(单施尿素)；(3)NPK(施尿素、过磷酸钙和氯化钾)；(4)NPKOM(在施NPK的基础上加紫云英和稻草还田)。应用16S rDNA克隆文库技术直接提取土壤微生物总DNA,分别构建细菌16S rDNA克隆文库,并开展DNA序列测定,然后进行系统发育分析。
　　 系统发育树表明427个基因型分别属于11个细菌类群:变形细菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、绿菌门(Chlorobi)。它们在克隆文库中所占比例分别为49.8％、19.3％、9.8％、7.0％、3。8％、1.6％、1.3％、1.3％、1.2％、0.8％、0.7％。此外,还有10个基因型与已知类群相似性较低,在GenBank数据库中未找到与其相似的已知细菌序列,为非确定序列。
　　 通过香农指数(Shannon-Wiener Index)反映物种的多样性,Pielou均匀度指数揭示物种的丰富度。不同施肥处理的多样性指数计算结果显示:NPK>N>NPKOM>CK。在四种不同施肥处理的土壤环境中,NPK处理土壤的细菌多样性指数最高,均匀度指数也最高；而CK处理的多样性指数和均匀度指数均最低；N处理和NPKOM处理的均匀度指数相同,而多样性指数N处理的略大于NPKOM处理。施用NPK能增加土壤细菌的多样性,改变细菌群落结构；而在NPK的基础上施用有机质(NPKOM)后可能改变了土壤环境,使某些细菌无法生存或是趋同进化,以致于和NPK相比,其细菌多样性有所下降。使用LIBSHUFF软件的分析结果表明,四个克隆文库之间都有显著性差异,这也说明与CK相比,三种施肥处理均使细菌群落结构发生改变。
　　 此外,长期施肥使细菌各个类群的结构产生了明显变化。与其它三个处理相比,施用N肥增加了α-变形细菌、γ-变形细菌、绿弯菌和酸杆菌的多样性,减少了δ-变形细菌、硝化螺旋菌和厚壁菌的多样性；与CK相比,施用NPK和施用NPKOM增加了δ-变形细菌、厚壁菌和浮霉菌的多样性；与施用NPK相比,施用NPKOM增加了α-变形细菌和硝化螺旋菌的多样性,减少了β-变形细菌、绿弯菌和疣微菌的多样性。总的来说,施肥对稻田土壤细菌群落结构和多样性产生了显著影响。