长期施用有机肥潮土细菌的多样性及功能预测

摘要

[目的]细菌作为土壤中最多的微生物物种,其多样性是土壤质量和土壤健康的标志.施肥不仅为土壤细菌提供了矿质养分,也为细菌提供了不同的碳源.探究长期不同施肥下潮土细菌的多样性及其功能,对于深入理解土壤养分转化的微生物驱动过程及优化施肥管理措施具有重要意义.[方法]选取潮土上连续37年不施肥(CK)、单施化学氮肥(N)、单施有机肥(M)、有机肥和化学氮肥配施(MN)的4个处理,采用高通量测序方法分析土壤细菌丰度(16S rRNA基因拷贝数)、α多样性和β多样性,采用FAPROTAX功能预测的方法分析主要功能种群的丰度在处理间的差异,采用Mantel检验分析细菌多样性等与产量、土壤养分含量间的相关关系.[结果]长期施用有机肥显著提高了土壤细菌丰度,MN和M处理下土壤中的16S rRNA基因拷贝数分别是CK和N处理平均值的11.8和10.7倍(P＜0.05).土壤细菌多样性指数(Shannon index)和丰富度指数(Chao1 index)均在M处理下最高.潮土中变形菌门、酸杆菌门和放线菌门为优势菌门.与CK相比,施肥处理均提高了潮土拟杆菌门、厚壁菌门和疣微菌门的相对丰度.与N处理相比,MN处理显著提高了潮土变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门的丰度,降低了酸杆菌门的丰度.潮土细菌生态功能以化能异养、有氧化能异养、发酵作用、硝化作用和硝酸盐还原为主,相应种群丰度均在1％以上.MN处理下化能异养功能细菌的丰度较其他处理显著提高2.2％～4.2％.MN和M处理中起发酵作用的种群相对丰度是其他处理的3倍以上.与CK相比,3个施肥处理均显著增加了光异作用和光异养作用功能种群的相对丰度.土壤细菌β多样性和功能结构均与土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、硝态氮(NO3-N)含量及作物产量呈显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)相关.[结论]长期施用有机肥提高了潮土中细菌的数量和多样性,提高了土壤中变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门的丰度,降低了酸杆菌门的丰度.有机肥和化肥配施处理中化能异养型细菌丰度较高,可能是施用有机肥后优化土壤养分循环和响应作物产量提高的主要菌群,今后可进一步深入研究其菌群组成和功能调控.