东北黑土微生物群落对长期施肥及作物的响应

摘要：

[目的]为表征长达35年轮作与施肥条件下东北黑土微生物群落特征,解析长期施肥及作物对土壤微生物丰度和群落结构的影响,探讨东北黑土微生物群落变化与施肥及不同作物间的相互关系,为进一步改良耕作制度与施肥方式提供依据.[方法]依托黑龙江省农业科学院长期定位试验站,选取玉米和大豆两种作物季的4个不同施肥处理:不施肥处理(CK)、有机肥处理(M)、无机肥处理(NPK)和有机肥配施无机肥处理(MNPK)的耕层土壤为研究对象,处理前加字母m表示玉米季样品,加字母s表示大豆季样品.借助Illumina Miseq高通量测序平台和Real-time PCR技术,以16S rRNA基因为分子标靶,研究作物与施肥方式对黑土中微生物群落结构和丰度的影响,分析群落变化与土壤化学性质的相关性.[结果]玉米季土壤16S rRNA基因拷贝数(6.32 × 108-8.83×108/ng DNA)比大豆季的低(0.96×109-2.30×109/ng DNA);玉米季土壤微生物多样性(ACE指数为3 674.58-4 034.84)也低于大豆季(ACE指数为4 167.47-4 887.36);玉米季的细菌丰度以Acidobacteria(24.47％-27.90％)最高,而大豆季丰度最高的是Proteobacteria(27.78％-34.40％),Bacteroidetes和Actinobacteria丰度在两季作物中差异明显.同一作物季的有机肥无机肥配施处理的16SrRNA基因拷贝数高于无机肥处理,且有机肥配施无机肥处理的微生物α多样性指数也比无机肥处理的高(sMNPK的Chaol指数比sNPK高出11.89％);不同施肥处理之间群落组成存在差异,Alphaproteobacteria在sMNPK和sNPK处理的相对丰度分别比sCK增加3.31％、5.24％;Gammaproteobacteria在sMNPK和sNPK处理均比sCK处理增加1.72％和1.2％,二者相对丰度变化大.相关性分析显示,16SrRNA基因拷贝数与土壤硝态氮和速效钾正相关;微生物菌落多样性指数与土壤全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾等化学性质密切相关.[结论]东北黑土不同作物季和不同施肥均会影响土壤微生物丰度、α[多样性和群落结构.有机肥无机肥配施能够有效改变微生物群落结构,提高微生物的丰度和多样性,并提高土壤pH,减缓土壤酸化.

关键词：施肥、作物、微生物群落结构、土壤化学性质、高通量测序、黑土

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资助基金：国家自然科学基金41573066、国家“973”计划2015CB150506、国家“863”计划2013AA102802-04、农业微生物产品质量安全风险评估专项任务GJFP2016013、国家现代农业产业技术体系建设专项CARS-04

在线出版日期：2017-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：4408-4418