劉株秀,劉俊杰,徐艷霞,張 武,米 剛,姚 欽,王光華

1 中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 黑土農(nóng)業(yè)生態(tài)重點實驗室, 哈爾濱 150081 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 黑龍江省畜牧研究所, 齊齊哈爾 161005 4 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院黑河分院, 黑河 164300

東北黑土是我國重要的土壤資源,在保障國家糧食安全和生態(tài)安全上具有重要地位。受耕地面積、經(jīng)濟效益和氣候特征等因素影響,大豆連作在黑龍江省北部地區(qū)普遍存在。Liu等[1]對東北地區(qū)大豆連作產(chǎn)量統(tǒng)計分析表明,大豆連作4年后不僅導致產(chǎn)量降低40%,而且土壤的生物活性顯著退化。已有研究證明,大豆連作會導致土壤理化性質(zhì)改變、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化、土壤酶活性降低和根系分泌物的化感自毒作用加劇[2- 5]。在這些限制因子中,生物因素被普遍認為是導致連作障礙發(fā)生的主要影響因子[6]。

土壤微生物是土壤的重要組成部分,在調(diào)節(jié)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能,如養(yǎng)分循環(huán)、有機質(zhì)分解、土壤結(jié)構(gòu)維持、溫室氣體產(chǎn)生和環(huán)境污染物凈化起著重要作用[7-9]。已有研究證實,土壤微生物的數(shù)量、種類和多樣性是維持土壤健康和質(zhì)量的重要因素[10]。因此,研究不同種植制度下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的演替規(guī)律,對選擇合理種植措施和改善土壤生態(tài)功能具有重要意義。

目前關(guān)于不同種植措施下,微生物群落結(jié)構(gòu)組成及多樣性變化關(guān)系研究結(jié)果存在差異。如Tang等[11]采用克隆文庫方法,對大豆連作和輪作細菌群落結(jié)構(gòu)研究表明,大豆輪作下土壤放線菌數(shù)量和多樣性指數(shù)顯著提高,而其他細菌門類則呈現(xiàn)下降趨勢。Li等[12]研究發(fā)現(xiàn),在非根際土壤中大豆連作沒有改變細菌群落結(jié)構(gòu),而在根際土中細菌群落結(jié)構(gòu)受連作和輪作影響顯著。利用高通量測序技術(shù),Xuan等[13]研究表明在水稻-玉米和水稻-綠豆的輪作體系中,細菌數(shù)量和豐富度顯著高于水稻連作處理。然而,一些研究結(jié)果顯示輪作條件下,細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性指數(shù)并沒有發(fā)生顯著變化[14-15]。他們認為不同的研究方法(DNA指紋圖譜和高通量測序)、不同的輪作體系和種植年限是導致結(jié)果不同的主要原因。

針對黑土區(qū)大豆種植面積不斷增加所導致連作障礙的問題,以往關(guān)于連作下微生物群落結(jié)構(gòu)演替的研究主要是采用分離培養(yǎng)、變性梯度凝膠電泳(DGGE)或磷脂脂肪酸(PLFA)等較低通量的研究手段,在一定程度上限制了對連作障礙下微生物群落結(jié)構(gòu)變化的深入理解[16-17]。基于此,本研究采用Illumina高通量測序?qū)邶埥”辈亢诤拥貐^(qū)大豆不同連作年限(3、5和13年)和大豆-玉米輪作體系下土壤細菌群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性分布特征進行研究,旨在揭示連作年限和輪作方式下細菌群落結(jié)構(gòu)組成及多樣性的異同關(guān)系。同時采用典范對應分析(Canonical Correspondence Analysis,CCA)和方差分解分析(Variance Partitioning Analysis,VPA)方法,闡明大豆連作細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主要環(huán)境驅(qū)動因子。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗地位于黑龍江省農(nóng)科院黑河分院(50°15′12″N,127°27′40″E),試驗地點屬中溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫-1.5℃,年平均降雨量為450—600 mm,3個連作小區(qū)面積分別為0.5 hm2,大豆-玉米輪作的試驗區(qū)面積為1 hm2,土壤類型為黑土。供試樣地長期土壤施肥和管理方式一致(每公頃化肥用量為：磷酸二胺100 kg、尿素4 kg和磷酸二氫鉀83 kg)。

1.2 試驗設(shè)計

本研究選取大豆連作3年處理(CC3)、大豆連作5年處理(CC5)、大豆連作13年處理(CC13)和大豆-玉米輪作5年處理(CR5)為供試土壤。于2015年7月7日在大豆開花期采集大豆非根際土壤。在試驗區(qū)內(nèi)采用隨機采樣方法,采集0—20 cm耕層土壤,每個樣點隨機采集10個土壤樣品作為一個重復,每個處理4次重復。土壤樣品去除枯枝、樹根及石塊等雜物后過2 mm篩,放入帶冰袋的保溫箱中,帶回實驗室4℃保存,其中部分樣品保存至-80℃冰箱中用于提取土壤微生物總DNA。

1.3 試驗方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測定

土壤pH值采用pH計測定振蕩30 min后的土壤水懸浮液(1∶2.5 w/v)。土壤全碳(TC)和全氮(TN)用元素分析儀(VarioELIII,Germany)測定。土壤全磷(TP)、速效磷(AP)利用連續(xù)流動分析系統(tǒng)(SKALAR SAN++,Netherlands)進行測定[18]。土壤全鉀(TK)和速效鉀(AK)利用火焰光度計(ICPS- 7500,Shimadzu,Japan)進行測定。此外,利用堿性水解擴散法測定土壤速效氮(AN)[19]。

1.3.2 DNA提取

采用Fast DNA?Spin Kit for Soil(MP Biomedicals, USA),按照說明書進行土壤微生物總DNA的提取。提取后的DNA用TE緩沖液(10 mmol/L Tris-HCl, 1 mmol/L EDTA, pH 8.0)溶解,并用NanoDrop? 2000(Thermo Scientific, USA)測定DNA含量及質(zhì)量,土壤DNA最后保存于-20℃冰箱中備用。

1.3.3 高通量測序

以提取的土壤微生物總DNA為模板,利用通用引物515F和907R[20]對細菌16S rRNA基因進行PCR擴增。25 μL的PCR體系中含有2.5 μL 10 × PCR buffer,2 μL 2.5 mmol/L dNTPs,0.25 μL Taq酶(5 U/μL)(TaKaRa, Dalian, China),0.5 μL正向和反向引物,2 μL樣品DNA為模板,用滅菌超純水補足至25 μL體系。PCR反應條件為：初變性95℃ 5 min；然后變性95℃ 1 min,復性63℃ 1 min和延伸72℃ 1 min,共30個循環(huán)；最后是延伸72℃ 5 min。每個樣品做3次重復,混合后利用Agarose Gel DNA purification kit(TaKaRa, Dalian, China)進行純化。PCR純化后的產(chǎn)物送到上海美吉生物公司(Shanghai, China)利用Illumina-MiSeq平臺進行雙端測序分析。

1.3.4 高通量序列分析

基于Illumina PE 300測序,首先將獲得細菌的FASTQ原始序列文件,通過QIIME Pipeline Version 1.8.0(http://qiime.org/tutorials/tutorial.html)[21]進行序列拆分和質(zhì)量控制。利用FLASH(fast length adjustment of short reads)軟件,對質(zhì)控序列進行雙端拼接,并去除序列長度小于200 bp,平均質(zhì)量得分小于20的序列信息[18]。質(zhì)控后通過Uchime algorithm[22]軟件去除嵌合體序列信息。此后,通過RDP(ribosomal database project)(http://rdp.cme.msu.edu/classifier/classifier.jsp)對有效的序列信息進行分類信息注釋。通過CD-HIT方法[23],基于97%的相似度水平進行OTUs分類單元劃分。利用PyNAST(Python Nearest Alignment Space Termination tool)[24]軟件對每個分類單元的代表性序列進行聚類分析,同時利用FastTree軟件構(gòu)建系統(tǒng)進化樹[25]。

1.3.5 統(tǒng)計分析

本研究基于獲得最小序列的CC3處理,將所有處理的序列數(shù)隨機抽平至3.0萬條,進行α和β多樣性分析。其中Chao1指數(shù)[26]和基于系統(tǒng)進化距離的PD值[27],用來分析不同種植制度下細菌多樣性指數(shù)的變化關(guān)系?；赟PSS(18.0版本)軟件,利用One-way ANOVA,對不同處理的土壤理化性狀、細菌門分類水平的相對豐度和α多樣性指數(shù)進行單因素方差分析。同時,利用R(v.3.3.1)軟件(R Development CoreTeam, 2006)進行聚類分析(Cluster analysis)、典范對應分析(CCA)和方差分解分析(VPA),以解析不同種植制度下,細菌群落結(jié)構(gòu)組成的變化特征和主要驅(qū)動因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理土壤的理化性質(zhì)

不同處理的土壤理化性質(zhì)如表1所示。與連作處理相比,除全碳(TC)和全鉀(TK)含量外,大豆-玉米輪作處理(CR5)顯著提高了土壤pH、全氮(TN)、全磷(TP)含量和速效養(yǎng)分(AP、AK和AN)含量。此外,對比不同連作年限大豆的土壤理化性狀發(fā)現(xiàn),除速效磷(AP)含量在連作3年處理(CC3)達到最高值外,大豆連作13年處理(CC13)的TC、TN和速效養(yǎng)分AN、AK含量均顯著高于連作3年(CC3)和5年(CC5)處理。

表1 不同處理對土壤理化性狀的影響

(1) CC3: 連作3年,continuous cropping 3 years; CC5: 連作5年,continuous cropping 5 years; CC13:連作13年,continuous cropping 13 years; CR5:輪作5年,cropping rotation 5 years; (2) 用 Duncan法統(tǒng)計(n=4), 同行數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)

2.2 細菌門水平相對豐度

圖1 不同種植制度下土壤細菌門水平下群落結(jié)構(gòu)組成Fig.1 Composition of soil bacterial community at phylum level with different cropping systemsCC3: 連作3年,continuous cropping 3 years, CC3- 1, CC3- 2, CC3- 3, CC3- 4為4個重復；CC5: 連作5年,continuous cropping 5 years, CC5- 1, CC5- 2, CC5- 3, CC5- 4為4個重復； CC13:連作13年,continuous cropping 13 years, CC13- 1, CC3- 2, CC13- 3, CC13- 4為4個重復； CR5:輪作5年,cropping rotation 5 years, CR5- 1, CR5- 2, CR5- 3, CR5- 4為4個重復

本研究共獲得細菌序列618029條(30087—44615),以97%的相似水平進行OTU聚類,共獲得2696個OTU,分布在37個細菌門(圖1),其中酸桿菌門(Acidobacteria)(20.13%)、放線菌門(Actinobacteria)(17.15%)、α-變形菌門(Alphaproteobacteria)(13.55%)、β-變形菌門(Betaproteobacteria)(11.74%)、綠彎菌門(Chloroflexi)(8.69%)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)(7.61%)為土壤中的優(yōu)勢菌門(相對豐度均大于5%),占獲得總細菌序列量的78.87%。

對比處理間細菌門水平相對豐度關(guān)系發(fā)現(xiàn),上述優(yōu)勢菌門中酸桿菌門和放線菌門各處理間差異不顯著；α-變形菌門在CC13處理中的相對豐度顯著高于處理CC5和CR5,而β-變形菌門在CC13處理中含量最低,與CC3、CC5和CR5對比,分別降低16.24%、18.45%和4.36%。此外,綠彎菌門和芽單胞菌門在輪作CR5處理中的豐度顯著高于其他連作處理。

不同處理中檢測到豐度較低的一些細菌門類,如浮霉菌門(Planctomycetes)、δ-變形菌門(Deltaproteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、γ-變形菌門(Gammaproteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)和裝甲菌門(Armatimonadetes),其相對豐度變化范圍在1%—5%之間。其中擬桿菌門和δ-變形菌門在輪作處理CR5中,相對豐度顯著高于連作處理；厚壁菌門和裝甲菌門的相對豐度在CC3和CC5處理中顯著高于CC13和CR5處理；而浮霉菌門在4個耕作處理中分布較穩(wěn)定,處理間差異不顯著。此外,本研究檢測到包括藍細菌(Cyanobacteria)在內(nèi)的,24個豐度很低的痕量菌門以及未分類的細菌門。

圖2 不同種植制度下部分細菌屬水平下群落結(jié)構(gòu)組成Fig.2 Composition of partial bacterial community at genus level with different cropping systems

此外,研究共檢測到552個不同細菌屬,其中43.25%的序列注釋經(jīng)RDP注釋后沒有明確的分類信息(unclassified)。共有49和140個細菌屬的相對豐度分別大于0.5%和0.1%,其中Subgroup_1的相對豐度最高,達到6.84±0.78,其次為Gemmatimonas、Gaiellales、Solibacter和SC-I- 84相對豐度分別為3.88±0.30、3.66±0.52、3.56±0.08和3.42±0.11。對比處理間細菌屬水平相對豐度關(guān)系發(fā)現(xiàn),上述優(yōu)勢菌屬中Solibacter和SC-I- 84各處理間差異不顯著；CR5處理顯著降低了Subgroup_1 和Gaiellales的相對豐度,而顯著增加了Gemmatimonas的相對豐度。此外,研究發(fā)現(xiàn)連作處理CC13和輪作處理CR5分別顯著增加了Spingomonas(豐度>1.5%)和Nitrospira(豐度>0.5%)的相對豐度(圖2)。

2.3 Alpha多樣性分析

不同耕作處理的Alpha多樣性指數(shù)變化關(guān)系如表2所示。各處理的覆蓋率均大于98%,說明本研究獲得的細菌序列覆蓋度較好,其測序深度可以滿足細菌群落結(jié)構(gòu)組成及多樣性分析。本研究將各處理間序列隨機抽平到3.0萬條,用以比較分析不同處理Alpha多樣性大小。總體可以看出,處理CC13和CR5的Alpha多樣性指數(shù),包括獲得的OTUs數(shù)量、PD值、Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)均顯著高于處理CC3和CC5,而長期連作處理CC13與輪作處理CR5間差異不顯著。該結(jié)果表明,短期大豆連作處理降低了土壤細菌多樣性指數(shù),但長期大豆連作土壤的Alpha多樣性指數(shù)有恢復的趨勢。

表2 不同處理對土壤中微生物群落多樣性的影響

(1) OTU: 可操作分類單元,operational taxonomic units; PD: 系統(tǒng)發(fā)育多樣性,phylogenetic diversity; (2) 用 Duncan法統(tǒng)計(n=4), 同行數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)

2.4 細菌群落結(jié)構(gòu)分析

圖3 不同種植制度下大豆土壤細菌群落的聚類分析 Fig.3 Cluster analysis of soybean soil bacterial community under different cropping systems

基于Bray-curtis距離細菌群落結(jié)構(gòu)變化的聚類分析圖譜如圖3所示。細菌群落結(jié)構(gòu)主要劃分為輪作處理(I群)和連作處理(II群)兩大集群,說明連作與輪作處理間細菌群落結(jié)構(gòu)差異顯著。此外,在連作處理的分布集群中,區(qū)別于CC13處理(亞類 II),短期連作的CC3和CC5處理獨立分布于另一個亞類中(亞類 I),說明隨著連作年限的進一步延長,土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的分異度增加。

利用典范對應分析發(fā)現(xiàn),土壤pH、TN、TP、AN、AP和AK是細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主要驅(qū)動因子(P<0.05),且所有相關(guān)因子均與大豆-玉米輪作處理呈正相關(guān)分布關(guān)系,其中土壤pH對細菌群落結(jié)構(gòu)的分異貢獻度最大(圖4)。此外,方差分解分析(圖4)發(fā)現(xiàn)上述土壤因子對不同種植制度引起細菌群落分異的貢獻率為77.76%,其中pH對土壤微生物群落變化的貢獻率最大,為8.49%,而土壤理化因子TN、TP和速效養(yǎng)分含量對細菌群落分異的共同解釋率為32.06%。

圖4 不同種植制度下土壤細菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子間的典范對應分析和方差分解分析Fig.4 Canonical correspondence analysis and variance partitioning analysis between soil bacterial community structure and environmental factors under different cropping systemsCCA：典范對應分析,canonical correspondence analysis; TN：全氮,total N; TP：全磷,total P; AN：速效氮,available N; AP：速效磷,available P; AK：速效鉀,available K

3 討論

連作導致土壤理化性質(zhì)惡化,養(yǎng)分失調(diào)和作物產(chǎn)量降低被廣泛報道[28-30]。本研究對比輪作和連作大豆土壤理化性質(zhì)發(fā)現(xiàn),輪作大豆的土壤pH、TN、TP和速效養(yǎng)分含量(AP、AN和AK)均顯著高于連作大豆。這與傅慧蘭等[31]和李玉潔等[32]的研究結(jié)果相一致。輪作大豆土壤速效養(yǎng)分高于連作大豆,可能與輪作體系中種植玉米有關(guān),玉米種植施肥量大,玉米茬口的殘余肥料可導致后茬大豆土壤速效養(yǎng)分增加。與不同連作年限大豆茬口相比,輪作處理下土壤TC含量沒有顯著變化,該結(jié)果與Martens[33]報道的TC含量在輪作處理中高于連作處理的結(jié)果相悖。導致這種差異的原因可能是由于本研究中大豆-玉米的輪作體系只有5年,其中玉米茬口2年,盡管玉米生物量大,玉米殘茬還田量大于大豆茬,但短短2年的玉米殘茬還田不足以導致土壤TC產(chǎn)生顯著的變化[34-35]。此外,對比不同連作年限處理間的土壤理化性狀變化發(fā)現(xiàn),CC13的土壤pH、TC、TN、TP和速效養(yǎng)分AN和AK含量均顯著高于CC3和CC5處理,說明大豆長期連作在一定程度上改善了土壤環(huán)境,提高了土壤養(yǎng)分含量。王娟英等[36]對懷牛膝連作的研究發(fā)現(xiàn),隨連作年限的不斷延長,土壤中革蘭氏陽性與陰性細菌比值的降低和一些參與土壤物質(zhì)循環(huán)和木質(zhì)素降解的微生物類群數(shù)量的提高是導致長期連作土壤養(yǎng)分有效化增強和含量提高的主要原因。

土壤微生物多樣性指數(shù)被認為是評價土壤生態(tài)功能的重要指標[37]。有研究證明輪作體系通過增加作物的種類和生物量的方式增加了土壤微生物的食物來源,進而導致土壤微生物的多樣性升高[38]。然而,目前基于不同輪作方式下微生物多樣性變化的研究結(jié)果不盡相同[39-40]。最近,Venter等[41]對不同種植方式下土壤微生物多樣性指數(shù)變化研究的文章進行綜合分析發(fā)現(xiàn),輪作體系中僅有15.1%和3.4%的微生物群落豐富度和多樣性指數(shù)呈增加的趨勢。本研究發(fā)現(xiàn),大豆-玉米輪作體系下,細菌群落alpha多樣性指數(shù)顯著高于短期連作處理CC3和CC5,而與長期連作處理CC13差異不顯著。此外,本研究發(fā)現(xiàn)細菌群落的多樣性指數(shù)與土壤pH、TP、AK、AP和AN呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.001)。然而目前基于不同種植制度下,微生物群落多樣性指數(shù)與環(huán)境因子間的相關(guān)性研究較少[42],Zak等[43]研究證實輪作下細菌多樣性指數(shù)的增加不僅是由于作為微生物外源植物殘體種類數(shù)量的增加,而土壤養(yǎng)分尤其是速效養(yǎng)分的升高是微生物多樣性增加的另一主要因素。朱琳等[44]對不同大豆連作年限的研究發(fā)現(xiàn),大豆長期連作(10年以上)處理增加了土壤微生物群落的豐富度和多樣性。此外,本研究基于大豆長期連作CC13處理下,土壤養(yǎng)分含量和多樣性指數(shù)的升高,間接佐證了關(guān)于土壤養(yǎng)分的提高導致微生物多樣性升高的研究結(jié)果。

近年來,土壤pH在細菌群落結(jié)構(gòu)形成中的重要作用得到了充分的論證[45-51]。如在細菌的大尺度空間分布研究[45-46]、不同海拔梯度研究[47-48]和一些定點長期野外試驗研究[49-50]中土壤pH均被揭示出是決定細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生演替的主導因子。本研究發(fā)現(xiàn),盡管不同耕作方式引起土壤pH的最大變異只有0.4個pH單位,基于CCA和VPA的分析結(jié)果均表明土壤pH與土壤細菌群落的相關(guān)性最高,且對細菌群落結(jié)構(gòu)變化的單獨貢獻率高于其他任一個土壤理化因子,說明種植制度改變后土壤pH的變化是引起細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生分異的主要驅(qū)動因子。Degrune等[52]對不同種植制度下細菌群落結(jié)構(gòu)研究也證實,雖然土壤pH只有0.3個單位的變化,但是土壤pH與細菌群落組成及多樣性指數(shù)存在顯著的相關(guān)性(P<0.01)。此外,CCA結(jié)果顯示TN、TP和速效養(yǎng)分AN、AP和AK與細菌群落結(jié)構(gòu)存在相關(guān)關(guān)系(P<0.01),且VPA結(jié)果得出養(yǎng)分含量對細菌群落結(jié)構(gòu)變化的解釋度達到32.06%,說明除土壤pH外,土壤養(yǎng)分是引起不同種植制度中土壤細菌群落結(jié)構(gòu)變化的另一主要貢獻因子。

Yin等[40]研究顯示,與連作相比,輪作體系顯著改變微生物的群落結(jié)構(gòu)。然而,Jiang等[15]和Venter等[41]發(fā)現(xiàn)輪作條件下微生物群落并不發(fā)生改變,且不同的研究手段和輪作方式、種植年限等因素會導致研究結(jié)果產(chǎn)生差異。本研究基于高通量測序技術(shù)的研究結(jié)果顯示,輪作和連作處理下的細菌群落結(jié)構(gòu)在聚類分析圖譜中分為二大類,而短期連作CC3、CC5和長期連作CC13處理聚為一個獨立的亞類,說明大豆-玉米輪作和連作不同年限對細菌群落結(jié)構(gòu)均有顯著影響。此外,本研究發(fā)現(xiàn)一些細菌在門水平上的相對豐度發(fā)生了顯著變化。如被普遍報道的富營養(yǎng)菌門中的擬桿菌門在長期連作和輪作處理中豐度最高,而寡營養(yǎng)菌門中的厚壁菌門在短期連作中豐度最高,說明上述菌門受種植制度影響后的豐度變化與其營養(yǎng)型關(guān)系保持一致。然而,其他富營養(yǎng)型菌門如放線菌門、β-變形菌門和γ-變形菌門的豐度沒有發(fā)生顯著變化,說明不同的種植制度在一定程度上改變了上述菌門的r型生長策略[34,53]。此外,研究發(fā)現(xiàn)具有土壤污染物降解功能的芽單胞菌屬(Gemmatimonas)[54]和將土壤中的亞硝酸氧化成硝酸鹽的硝化螺旋菌屬(Nitrospira)在輪作處理中的相對豐度顯著高于其他處理,說明輪作方式有助于降解土壤污染和提高土壤的氮肥力[55]。另外,對比三個連作處理發(fā)現(xiàn),α-變形菌門中能利用苯甲酸、水楊酸等物質(zhì)作為唯一碳源[56]的鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)的相對豐度在連作13年處理中相對豐度最高,鞘氨醇單胞菌屬能夠降解土壤有毒物質(zhì),并且有助于植物抵抗病原菌[57]。Wei等[58]對連作大豆根部微生物群落結(jié)構(gòu)數(shù)量變化關(guān)系研究發(fā)現(xiàn),長期連作顯著增加了哈茨木霉(Trichodermaharzianum)、厚垣普可尼亞菌(Pochoniachlamydosporia)和擬青霉菌(Paecilomyceslilacinus)的數(shù)量,導致長期連作土壤對大豆根部真菌病原菌和線蟲產(chǎn)生了抑制作用。上述研究結(jié)果證明,長期大豆連作改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu),有助于促使抑病土的產(chǎn)生。此外,近年來的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn),長期連作大豆的株高、生物量和產(chǎn)量均顯著高于短期大豆連作[12]。

綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)區(qū)別于連作處理,大豆-玉米輪作體系下的細菌群落結(jié)構(gòu)在聚類圖譜中被劃分為獨立的集團,說明輪作后細菌群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生了明顯的分異。一些細菌的相對豐度受種植制度影響發(fā)生了顯著變化,其中富營養(yǎng)型的擬桿菌門和寡營養(yǎng)型的厚壁菌門相對豐度的變化與其營養(yǎng)型分布關(guān)系一致,而富營養(yǎng)型放線菌門、β-變形菌門和γ-變形菌門沒有因輪作處理提高養(yǎng)分含量的情況下,而顯著增加其相對豐度。此外,與連作處理相比,CR5處理顯著提高了細菌群落的豐富度和多樣性指數(shù),說明輪作處理有助于改善土壤環(huán)境。有趣的是,本研究發(fā)現(xiàn)長期連作CC13處理顯著提高了土壤養(yǎng)分含量和細菌群落的豐富度和多樣性指數(shù),說明長期大豆連作在一定程度上改善了土壤環(huán)境,提高了土壤的保肥能力,為土壤微生物提供了營養(yǎng)和能源物質(zhì)。本研究利用高通量測序技術(shù),提供了長期連作后細菌群落多樣性升高的實例,然而關(guān)于土壤-作物-微生物三者如何介導連作退化土壤環(huán)境改善的內(nèi)在機制尚需進一步研究。