馬曉英，馬 琨 ，周 艷，冶秀香，楊金娟，牛紅霞，馬 玲

(1.寧夏科技發(fā)展戰(zhàn)略和信息研究所，銀川 750001；2.寧夏大學(xué) 西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國家重點實驗室培育基地，銀川 750021；3.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，銀川 750021)

化肥和有機肥是耕地土壤養(yǎng)分的主要來源，但長期應(yīng)用無機肥而不輸入有機肥是導(dǎo)致土壤有機質(zhì)流失，土壤結(jié)構(gòu)惡化，生物活性降低，土壤肥力下降的主要原因[1]。有機肥、無機肥的配合施用不但有助于植物營養(yǎng)供給，而且能通過土壤有機質(zhì)的補充保持土壤肥力[2]。因此，有機肥與無機肥的配合施用是發(fā)展可持續(xù)肥料管理策略的一種有效途徑。

土壤微生物在土壤有機質(zhì)分解和碳、氮等養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用[3]。有研究認為，采用有機、無機肥配施的方法，可以調(diào)控長期連作棉田土壤微生物區(qū)系和組成結(jié)構(gòu)比例[4]；黃砂壤上有機、無機肥配施可以增加土壤細菌豐富度、多樣性和均勻度指數(shù)，提高微生物功能多樣性[5]。Zhong和Cai[6]報道，礦質(zhì)肥料的施用增加了微生物的生物量和多樣性。有機和無機肥料的施用也會影響土壤微生物的多樣性、組成、豐富度和功能；其中，有機和無機肥料施用下，氮肥是驅(qū)動相對豐度較高的土壤細菌分類群變化的重要因素，有機物料引起細菌分類群的變化則主要體現(xiàn)在豐度較低的細菌群落上[7]。Wang等[8]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)36a無機肥處理下，土壤細菌多樣性呈下降趨勢，而在有機肥處理下，細菌的多樣性呈上升趨勢。單獨施用有機肥或與無機肥料配合施用都會增加土壤細菌多樣性[9]，但稻田中水稻秸稈的翻壓施用卻沒影響細菌多樣性[10]。在土壤有機碳和養(yǎng)分缺乏的狀況下，有機肥的施用增強了土壤細菌和真菌群落，對土壤放線菌沒有影響，而化學(xué)肥料的影響則與之相反[11]。因此，土壤細菌群落受不同施肥措施的影響可能會產(chǎn)生不同的響應(yīng)。

寧夏中部干旱區(qū)，水資源相對緊缺，區(qū)域土壤有機碳含量偏低[12]。利用傳統(tǒng)有機、無機結(jié)合的培肥方式，隨外源有機物的類型及輸入數(shù)量的高低變化，會對旱作區(qū)土壤細菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生何種影響？ 因此，本研究選擇連續(xù)8a 有機、無機肥定位培肥試驗農(nóng)田土壤，利用Illumina MiSeq平臺的高通量測序方法，假設(shè)連續(xù)中長期有機、無機相結(jié)合的培肥方式在促進土壤肥力提升的同時，會顯著影響土壤細菌多樣性、改變土壤細菌群落結(jié)構(gòu)組成，土壤細菌的優(yōu)勢種群會因外源有機碳輸入數(shù)量及類型而產(chǎn)生顯著差異。研究旨在揭示農(nóng)田培肥措施與土壤細菌群落間的相互關(guān)系，以期為旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中施肥制度選擇以及土地生產(chǎn)力的提升，提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏吳忠市同心縣王團鎮(zhèn)旱作節(jié)水示范園區(qū)(105°59′E，36°51′N)，該區(qū)域年均降雨量200 mm，年均蒸發(fā)量2 325 mm。供試土壤為灰鈣土，試驗前0～20 cm土壤基礎(chǔ)理化性狀為：全氮0.25 g·kg-1、全磷0.45 g·kg-1、有機碳2.77 g·kg-1、堿解氮11.06 mg· kg-1、速效磷10.86 mg·kg-1、速效鉀97.08 mg·kg-1、pH 8.74。

1.2 試驗設(shè)計

試驗開始于2011年4月，采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為90 m2(15 m×6 m)，3次重復(fù)，2011-2018年，采用馬鈴薯(Solanumtuberosum)-馬鈴薯-油用向日葵(HelianthusannuusLinn.)-馬鈴薯-油用向日葵-玉米(ZeamaysLinn.)-玉米-玉米輪作方式，滴灌量150 m3。設(shè)6個處理，分別為不施肥(T0)、單施化肥[(化學(xué)氮、磷、鉀肥配施)，T1]、化肥與牛糞配合施用(T2)、化肥與羊糞配合施用(T3)、化肥與生物有機肥配合施用(T4)和化肥與黃腐酸鉀配合施用(T5)。

馬鈴薯、玉米的氮、磷、鉀(化學(xué))肥施用量分別為(N)391.35 kg·hm-2、(P2O5)195.6 kg·hm-2、(K2O)210 kg·hm-2；油用向日葵氮、磷、鉀(化學(xué))肥施用量分別為(N) 391.35 kg·hm-2、(P2O5) 195.6 kg·hm-2、(K2O )98 kg·hm-2。牛糞、羊糞基施量為37 500 kg·hm-2·a-1，折合有機碳用量分別為10 110 kg·hm-2·a-1、12 555 kg·hm-2·a-1；生物有機肥、黃腐酸鉀施用量為1 200 kg·hm-2·a-1，折合有機碳用量分別為210 kg·hm-2·a-1、350 kg·hm-2·a-1。70%的化學(xué)氮肥及全部磷、鉀肥和有機肥作基肥，剩余30%的氮肥作追肥，各施肥處理中化學(xué)肥料的氮、磷、鉀總量相同。2018年作物收獲時，采用多點取樣法采集0～20 cm土層土壤樣品，每小區(qū)采集2個土壤樣本，各小區(qū)土壤樣本獨立，共采集36個土壤樣本，放入冰盒帶回實驗室。一部分土樣過1 mm篩，存放于 -80 ℃冰箱，用于土壤細菌多樣分析，另一部分土樣風(fēng)干后用于土壤理化性質(zhì)測定。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤基本理化性狀測定 土壤全氮、有機質(zhì)、堿解氮、全磷、速效磷、速效鉀、pH測定分別采用半微量開氏法、重鉻酸鉀容量法、堿解擴散法、硫酸-高氯酸消煮 鉬銻抗比色法、Olsen法、NH4OAc浸提 火焰光度法測定，pH水土質(zhì)量比為5∶1[13]。

1.3.2 土壤微生物細菌總DNA的提取與檢測 土壤細菌DNA的提取采用Fast DNA Spin Kit(MP Biomedicals,Santa Ana,CA,USA)試劑盒，按照說明書步驟進行。選擇細菌16S rDNA V3-V4 區(qū) (前引物序列ACTCCTACGGGAGGCAGCA，后引物序列GGACTACHVGGGTWTCTAAT，擴增片段大小為500 bp。

反應(yīng)體系為：Q5反應(yīng)緩沖液 (5×)， Q5高保真GC緩沖液 (5× )， 0.25 μL，Q5高保真DNA聚合酶 (5 U/μL )，2 μL (2.5 mmol/L ) dNTPs、上下游引物 (10 μmol/L ) 各1.0 μL，2 μL DNA模板和8.75 μL ddH2O。擴增程序： 98 ℃ 預(yù)變性2 min，98 ℃ 變性15 s，55 ℃退火 30 s，72 ℃ 延長30 s，72 ℃終延伸5 min，10 ℃持續(xù)25～30個循環(huán)。對擴增子純化后使用PicoGreen dsDNA Kit 分析試劑盒(Invitrogen,Carlsbad,CA,USA ) 進行定量，通過20 g/L瓊脂糖凝膠電泳對擴增產(chǎn)物進行檢測，再利用AXYGEN公司的凝膠回收試劑盒對目標片段進行切膠回收。

采用Illumina公司的TruSeq Nano DNA LT Library Prep Kit制備測序文庫，質(zhì)檢合格后的文庫利用Illumina MiSeq PE25測序平臺進行雙末端PE測序，委托天津諾和致遠生物科技股份有限司完成。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用QIIME (Quantitative Insights Into Microbial Ecology,v1.8.0 ) 和R (v3.2.0 ) 軟件，調(diào)用USEARCH序列比對工具，對前述獲得的序列按97%相似度水平的OTUs (Operational Taxonomic Units ) 代表序列進行生物學(xué)信息統(tǒng)計分析。利用Mothur軟件在97%的相似度水平下進行OTUs聚類，統(tǒng)計獲得OTU的個數(shù)，得到每個OUT所對應(yīng)的物種分類學(xué)信息，統(tǒng)計觀察樣本數(shù)，計算樣品的覆蓋率指數(shù)。Mothur軟件計算Simpson和Shannon多樣性指數(shù)，Chao1和Ace豐富度指數(shù)，PD-whole tree等Alpha多樣性指數(shù)。通過UniFrac分析，評估樣本的Beta多樣性，根據(jù)樣本之間的加權(quán)(Weighted)的UniFrac距離矩陣進行NMDS分析，繪制樣本聚類樹。細菌群落樣本組成之間的差異采用非度量多維尺度分析(Non-metric Multidimensional scaling，NMDS)和相似度分析檢驗(ANOSIM)，通過基于999個排列的ANOSIM計算與NMDS相關(guān)的r值，NMDS和ANOSIM的計算均基于R 軟件Vegan 程序包。采用Microsof Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)處理，利用DPS 7.05軟件進行單因素(LSD)方差分析比較差異顯著性(P<0.05)，采用 Canoco 5.0軟件進行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機與無機肥配施對土壤基本理化性狀的 影響

連續(xù)有機、無機培肥8 a后，除土壤C/N外(F=1.06，P=0.377)，土壤主要理化性狀指標均極顯著受到土壤培肥方式的影響(P>0.001)(表1)；與T0相比，化肥配施較高量外源有機碳(T2、T3)下，土壤全氮分別增加64.00%和 56.00%；化肥配施較低量外源有機碳(T4、T5)下，土壤全氮均增加28.00%；但低量外源有機碳輸入下，土壤全氮的增幅明顯低于外源高量有機碳輸入處理。土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)也表現(xiàn)出與土壤全氮類似的變化趨勢。可見，土壤全氮、堿解氮質(zhì)量分數(shù)的高低，明顯受到外源有機碳輸入數(shù)量及類型的影響，有機、無機相結(jié)合的培肥措施整體上增強土壤氮的容量和強度，以化肥配施高量外源有機碳(肥)的效果最好。

不同培肥措施下土壤全磷與T0間均顯著差異，但各培肥處理間無明顯差別。與T0相比，土壤速效磷質(zhì)量分數(shù)也表現(xiàn)出與全磷類似趨勢。其中化肥配施高量外源有機碳處理下(T2、T3)，土壤速效磷較T0分別增加1.24倍、1.14倍，但T2、T3之間無顯著差異。外源低量有機碳輸入下，化肥配施生物有機肥、黃腐酸鉀肥料的處理與單施化肥處理間土壤速效磷也無顯著差異。不同培肥措施下土壤pH較T0下降0.07～0.14；T2、T3處理較T0土壤pH也分別降低2.51%、 2.05%。較高量外源有機碳輸入下，化肥配施牛糞(T2)、羊糞(T3)較化肥配施低量有機碳(T4、T5)土壤的pH僅分別下降0.61%～1.22%、 1.71%～2.32%。

土壤C/N是衡量土壤碳、氮營養(yǎng)平衡狀況的指標[14]。與T0相比，試驗中有機與無機相結(jié)合的培肥措施均降低了土壤C/N，其下降平均在 4.41%～15.10%。分析認為，試驗中不同有機、無機培肥措施在促進土壤有機碳和全氮累積的同時，引起了土壤C/N的變動；由于土壤C/N的變化與土壤養(yǎng)分循環(huán)與周轉(zhuǎn)直接相關(guān)，因此，土壤有機質(zhì)、有機氮的分解礦化以及土壤無機氮素的有效性必然與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化間存在著緊密的聯(lián)系。

表1 有機肥與無機肥配施對土壤理化性狀的影響Table 1 Effects of organic and inorganic fertilizer application on soil physicochemical properties

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達顯著差異(P<0.05)。下同。

Note:Different lowercase letters within a column indicated significant difference(P<0.05).The same below.

2.2 有機與無機肥配施對土壤細菌群落多樣性及組成的影響

表2中土壤有機、無機培肥措施下各處理土壤樣品細菌文庫的覆蓋率均超過0.97，說明土壤細菌的物種信息得到了較充分的體現(xiàn)，測序結(jié)果能反映土壤細菌群落的真實情況。土壤細菌群落豐富度指數(shù)(Chao1指數(shù)、Ace指數(shù))、多樣性指數(shù)(Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù))在各處理之間均無顯著差異(P>0.05)。這說明與對照相比，連續(xù)8 a的土壤培肥措施總體上并未顯著改變細菌群落的豐富度及多樣性。

表2 有機肥與無機肥配施對細菌多樣性及豐富度的影響Table 2 Effects of organic fertilizer and inorganic fertilizer application to soil bacterial communitiy diversity and richness index

試驗中總計36個土壤樣品共獲得的細菌序列46 531條，3 494個細菌OTUs，分屬于58門67綱143目271科639屬435種。相對豐度較高的前10門中變形菌門 (Proteobacteria)，放線菌門 (Actinobacteria)、酸桿菌門 (Acidobacteria)、擬桿菌門 (Bacteroidetes)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)的相對豐度均較高(圖1)。除了未確定門的其他細菌類群外，其余5門中綠灣菌門(Chloroflexi)所占比例分別為3.22%～ 4.86%，厚壁菌門(Firmicutes)為0.69%～ 6.11%、梭桿菌門(Fusobacteria)為0.006 8%～1.068%、疣微菌門(Verrucomicrobia)為 1.26%～ 1.61%、奇古菌門為(Thaumarchaeota) 0.82%～1.79%，所占比例均較低。

變形菌門中，除T4與T0間的相對豐度無明顯差異外， T1、T2、T3、T5處理與T0相比，相對豐度分別提高5.18%、19.83%、11.91%、 9.90%，所占比例達37.76%～ 43.03%，變形菌門為優(yōu)勢門(圖1)。與對照(T0)相比，外源較高量有機碳與化肥配施處理(T2、T3)的變形菌門相對豐度平均增幅為11.91%～19.83 % ，明顯高于低量外源有機碳和化肥配施以及單施化肥處理的增加幅度。酸桿菌門也表現(xiàn)出類似的趨勢，但外源較低量有機碳配施化肥的情況下，酸桿菌門相對豐度卻表現(xiàn)出較對照降低的趨勢，平均下降為10.52%～14.41%。不同處理下基于門水平上擬桿菌門相對豐度較對照處理都呈上升的趨勢；較低量外源有機碳和化肥配施處理中，其相對豐度為13.88%～15.40%，與較高量外源有機碳與化肥配施處理下的相對豐度相比，擬桿菌門的相對豐度反而高出了10.70%、24.14%。

土壤細菌基于門水平上的相對豐度方差分析結(jié)果表明(圖1)，門水平上，單施化肥處理下，相對豐度較高的前10個門中土壤放線菌門(P= 0.001)、酸桿菌門(P=0.002)、芽孢桿菌門(P=0.013)、綠灣菌門(P=0.001)與對照間有極顯著性差異。牛糞配施化肥處理的土壤變形菌門 (P=0.008 66)、放線菌門(P=0.002 7) 、綠灣菌門(P=0.000 13)與對照間有極顯著差異；而羊糞配施化肥下，則表現(xiàn)為變形菌門(P=0.032)、綠灣菌門(P=0.046)有顯著性差異。較高量有機碳及化肥配施下，細菌前10門的相對豐度中，除綠灣菌門(P=0.008 197)在牛糞配施化肥、羊糞配施化肥間有極顯著差異外，其他菌門間的相對豐度無明顯差異。較低量有機碳及化肥配施下，細菌前10門的相對豐度中各菌門的相對豐度間均無明顯差異，基于門水平上的細菌組成比較相似；但與對照相比，T4、T5處理也僅表現(xiàn)為綠灣菌門(P=0.026、P=0.029)有顯著性差異。變形菌門、放線菌門、酸桿菌門、擬桿菌門、芽單胞菌門是寧夏中部旱作區(qū)不同有機、無機培肥模式下土壤的優(yōu)勢菌群；與對照相比，各有機、無機培肥方式下的土壤樣品主要菌門的相對豐度之間存在差異。

根據(jù)Beta多樣性距離矩陣進行層次聚類分析，比較土壤細菌群落的相似性和差異關(guān)系可以看出(圖1)，6個處理可聚為4大類,其中T0、T1處理分別單獨聚為一類； T2和 T3處理的細菌群落聚類關(guān)系較近，聚為一類； T4、T5在聚類關(guān)系上也較近?？傮w上，低量外源有機碳配施化肥處理下土壤菌群結(jié)構(gòu)相似度與T0處理間較近，其與高量外源有機碳和化肥配施以及單施化肥處理間的差異較大；牛糞配施化肥與羊糞配施化肥處理間的土壤菌群結(jié)構(gòu)相似度較高。外源有機碳量的高低及有機肥料類型會對土壤細菌群落相似性產(chǎn)生影響。

圖1 基于加權(quán)配對算術(shù)平均法的土壤細菌群落聚類分析及門水平上分類學(xué)組成和分布Fig.1 The clustering analysis of soil bacterial communities,the taxonomic composition and the distribution based on the phylum level by the method of Weighted Paired Arithmetic Mean(PGMA)

圖2 不同有機與無機培肥方式影響下的土壤細菌Beta多樣性非度量多維尺度分析Fig.2 Analysis of soil bacterial beta diversity of Nonmetric Multidimensional scaling(NMDS) under the treatment of organic fertilizer and chemical fertilizer application

采用非度量多維尺度分析(NMDS)來反映土壤細菌群落的Beta多樣性，結(jié)果表明(圖2)，對于基于門水平上的土壤細菌群落，不同有機與無機肥配施措施下各采樣點彼此間距離較近。整體上，T2、T3與T0的距離較T1和T4與T0間的距離稍遠，這說明中長期有機、無機培肥措施下，高量外源有機碳配施化肥(T2、T3)對土壤細菌Beta多樣性的影響較其他處理略高。通過對999個排列組合的相似性(ANOSIM)分析發(fā)現(xiàn)，與T0相比，有機、無機肥配施各措施對土壤細菌Beta多樣性的影響均顯著。其中T1與T0相比(ANOSIM，R=0. 94，P<0.01)、T2與T0相比(ANOSIM，R=1.00，P<0.01)、T3與T0相比(ANOSIM，R=0. 67，P<0.01)、T4與T0相比(ANOSIM，R=0.29，P<0.01)、T5與T0相比(ANOSIM，R=0. 35，P<0.01) 均有顯著性差異。但低量外源有機碳配施化肥的T4、T5之間(ANOSIM，R=-0.003，P=0.487)無顯著性差異。高量外源有機碳配施化肥的T2、T3之間(ANOSIM，R=0.33，P=0.006)有顯著性差異?？梢?，有機、無機相結(jié)合的培肥方式以及外源有機碳類型在持續(xù)培肥下會對土壤細菌群落組成產(chǎn)生顯著影響。

2.3 有機與無機肥配施下土壤細菌群落與土壤性質(zhì)的相關(guān)分析

主成分分析(PCA)分析顯示了不同有機、無機培肥方式下，土壤理化性質(zhì)與基于門水平上細菌相對豐度之間的關(guān)系(圖3)。第一排序軸、第二排序軸能分別在累積變量61.53%和17.14%上解釋相對豐度較高的前十門細菌群落的空間變化。變形菌門、酸桿菌門、芽單胞菌門的相對豐度與土壤pH、土壤堿解氮呈負相關(guān)；厚壁菌門、梭菌門、奇古菌門的相對豐度與土壤pH、土壤堿解氮呈正相關(guān)；擬桿菌門的相對豐度與土壤有機碳間有正相關(guān)關(guān)系(圖3-A)。圖3-B中，土壤細菌群落的Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)以及ACE和Chao1豐富度指數(shù)均與土壤有機碳和堿解氮呈負相關(guān)。第一排序軸、第二排序軸分別解釋了土壤細菌豐富度、多樣性變化的87.82%和 9.67%。第一排序軸對不同有機、無機培肥措施下的土壤細菌豐富度及多樣性的變化解釋量要比第二、三、四排序軸解釋量的總和還要大。

Chao1.Chao1指數(shù) Chao1 index;ACE.ACE指數(shù) ACE index；Shannon-香濃指數(shù) Shanno index;Simpson-辛普森指數(shù) Simpson index；pH；TN.土壤全氮 Total nitrogen；TP.土壤全磷 Total phouphorus);AP.土壤速效磷 Available phosphorus；AN.土壤堿解氮 Available nitrogen；AK.土壤速效鉀 Available potassium；OC.土壤有機碳 Organic carbon；C/N.土壤碳氮比 Ratio of soil carbon and nitrogen；N/P.土壤氮磷比 Ratio of soil nitrogen and phosphorus

圖3 基于門水平上土壤壤細菌相對豐度、多樣性與土壤理化性狀間的主成分分析
Fig.3 Principal component analysis(PCA) between relative abundance,diversity and richness of
soil bacterial communities based on phylum level and soil physical and chemical characteristics

3 討 論

3.1 有機與無機肥配施對土壤理化性質(zhì)的影響

試驗結(jié)果表明，連續(xù)8 a有機、無機相結(jié)合的培肥方式，顯著提高了土壤主要理化性狀指標中各養(yǎng)分的含量，化肥配施牛糞(T2)、羊糞(T3)等較高量外源有機碳處理對土壤有機碳質(zhì)量分數(shù)增加的效果較為顯著。相關(guān)研究也證實，單施化肥、有機肥配施化肥均能顯著提高土壤氮、磷等養(yǎng)分含量[15]；氮肥、磷肥結(jié)合的長期定位試驗顯著增加了土壤總氮、有效氮、有效磷、總有機碳的含量[16]。分析認為，由于土壤有機質(zhì)具有儲存營養(yǎng)物質(zhì)，驅(qū)動微生物活動和養(yǎng)分循環(huán)、促進土壤物理性質(zhì)和保水能力等功能[17]。因此，培肥過程中，隨外源輸入有機碳數(shù)量的增加，有機、無機結(jié)合的方法促進了植物枯落物、植物地下作物根茬以及根系分泌物來增加碳的輸入量，而輸入較高量外源有機肥也可以直接為土壤提供豐富的有機碳源。Hai等[17]也認為，長期有機肥施用對土壤有機質(zhì)的正效應(yīng)可歸因于有機肥的施用增加了土壤可提取的不穩(wěn)定態(tài)及礦物結(jié)合態(tài)有機質(zhì)庫的緣故。因此，土壤有機質(zhì)是直接和間接地影響土壤物理、化學(xué)、生物和土壤性質(zhì)的主要因子[18]。

土壤C/N可以反映土壤碳和氮循環(huán)中的復(fù)合效應(yīng)影響，通常用作估算土壤有機質(zhì)質(zhì)量的參數(shù)，其與土壤硝化和有機質(zhì)的分解有關(guān)[19]。本試驗中，有機肥、化肥配施有降低土壤C/N值的趨勢，但各處理間無顯著差異。相關(guān)研究認為，低C/N的有機物質(zhì)輸入可以導(dǎo)致土壤碳的正啟動效應(yīng)[19]。這意味著，可能由于牛糞、羊糞、生物有機肥往往具有相對較低的C/N，在化學(xué)氮肥施用量一定的情況下，隨外源有機碳的輸入，土壤微生物的分解速率加快。此外，土壤低C/N增加與碳循環(huán)有關(guān)酶的活性，相應(yīng)加速纖維素、木質(zhì)素和其他難以分解碳源的降解，進一步提高碳的有效性和氮相關(guān)的酶活性，通過提高氮的礦化速率，增加無機氮的含量[20]。這也就解釋為什么外源有機肥配施化肥情況下，土壤C/N在不同培肥方式下均較低的原因。

3.2 有機肥與無機肥配施對土壤細菌群落多樣性的影響

通常認為，有機和無機肥料的施用會影響土壤微生物的多樣性、組成、豐富度和功能，各種有機物料的施用會對微生物多樣性產(chǎn)生不同的影響[21]。由于土壤細菌是土壤生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，在土壤化學(xué)、物理性質(zhì)，包括養(yǎng)分循環(huán)、有機物分解等方面伴有重要的角色。因此，伴隨著施肥而引起土壤化學(xué)性狀的改變就會影響細菌群落的組成和多樣性[22]。已有報道發(fā)現(xiàn)，糞肥施用可以緩解長期施用無機肥導(dǎo)致的細菌多樣性下降[23]。但本研究結(jié)果表明，連續(xù)8 a不同有機、無機配施的土壤培肥措施下土壤細菌的多樣性和豐度與對照處理間均無顯著差異。這與楊亞東等[24]在長期施肥(11 a)和灌溉對土壤細菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)影響中發(fā)現(xiàn)，施有機肥和化肥處理的細菌群落ACE、Chao1 和香濃指數(shù)差異均不顯著的研究結(jié)果是一致的。但張凱煜等[25]研究認為，肥料類型、施肥活動與土壤微生物群落組成及其多樣性緊密相關(guān)，由于向土壤中人為大量輸入外源物質(zhì)從而導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性改變，有可能是導(dǎo)致土壤細菌群落多樣性下降的主要原因。樊曉剛等[26]認為，土壤微生物通常具有比較穩(wěn)定的多樣性特征，其多樣性一般比較穩(wěn)定，在土壤培肥過程中，短期土壤培肥，對土壤微生物的影響作用比較有限。隨培肥措施的應(yīng)用，盡管土壤氮、磷、鉀等無機元素和有機質(zhì)等可利用性增加，能為更多的微生物提供生長和繁殖的條件，但由于土壤物理、化學(xué)性質(zhì)(例如土壤類型、pH、含鹽量)、作物品種、作物與微生物間的交互作用差異僅對特定細菌的發(fā)育產(chǎn)生較大影響[27]。 此外，目前的研究證實，土壤細菌的多樣性主要由土壤pH和空間距離決定[28]。土壤 pH 是土壤微生物生物量和細菌群落多樣性的限制因素[24]。因此，試驗中同一試驗地的不同有機、無機培肥措施下盡管已實施8 a，但土壤pH的差異只有0.07～0.22，這可能是導(dǎo)致不同處理下土壤細菌多樣性只有極小差別，無顯著性差異的原因。

耕地土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的變化明顯依賴于土壤的理化性質(zhì)，如土壤pH[29]、土壤類型[30]和土壤有機物含量的變化[31]。因此，在不同的土壤培肥措施下土壤優(yōu)勢菌群就可能存在變化。本試驗結(jié)果表明，有機、無機相結(jié)合的土壤培肥措施下，土壤變形菌門是優(yōu)勢菌門，土壤變形菌門、 放線菌門、酸桿菌門相對豐度均較高，無論高量或低量外源有機物與化肥配施均提高土壤變形菌門的相對豐度，降低土壤放線菌門的相對豐度。Liu等[29]結(jié)果也證實畜禽糞便與化肥配合施用下土壤酸桿菌門，變形菌門、放線菌門、擬桿菌門和芽單胞菌門是土壤中普遍存在的主要類群。長期施用有機肥料和化學(xué)肥料下土壤綠灣菌門、變形菌門和酸桿菌門的相對豐度的總和超過總序列的70%，是不同處理下的主要菌門[32]。施用化肥能引起某些細菌種群的變化，無機化肥的施用可導(dǎo)致a-變形桿菌和g-變形桿菌的增殖，降低古細菌和氯酸桿菌的相對豐度[16]。分析認為，有機與無機肥配施增加土壤有機碳、全磷、速效磷等土壤養(yǎng)分，能消弱環(huán)境因子對土壤細菌群落的影響。例如，試驗中在有機與無機培肥結(jié)合后放線菌門相對豐度反而降低，是因為土壤中放線菌門的優(yōu)勢多傾向于土壤有機質(zhì)含量較低的土壤中，而外源土壤有機碳的輸入及有機碳累積抑制了土壤放線菌門細菌的增長[32]；變性菌門、擬桿菌門、酸桿菌門的細菌更適合于土壤養(yǎng)分含量相對較豐富的土壤，而導(dǎo)致相對豐度增加的趨勢。

相關(guān)研究證實，絕大多數(shù)優(yōu)勢菌門都與土壤化學(xué)因子有一定的相關(guān)性[33]。本研究中，擬桿菌門的相對豐度與土壤有機碳呈正相關(guān)；相對豐度較高的變形菌門等細菌類群與土壤pH、土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)呈負相關(guān)。這同侯建偉等[34]在研究中得出變形菌門相對豐富度與土壤堿解氮呈顯著負相關(guān)(P<0.05)是一致的，但與土壤 pH 和 C/N與變形菌門極顯著正相關(guān)的結(jié)論正好相反。侯建偉等[34]認為，由于細菌是土壤中最重要的分解者，因此長期無機或有機肥料的施用會導(dǎo)致能有效利用土壤營養(yǎng)物質(zhì)的特定微生物的富集。通常而言，變形菌門細菌是一種營養(yǎng)豐富的共生性細菌，多存在于富含土壤有機碳的土壤條件下[28]。因此，化肥配施下，外源有機碳種類以及添加量高低導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量的增加，可能是通過影響土壤 pH、堿解氮等因子與土壤細菌菌群的相互作用，從而促進參與分解過程的土壤細菌碳同化強弱來改變其群落組成的相對豐度。

4 結(jié) 論

變形菌門是中、長期有機、無機培肥措施下土壤細菌群落的優(yōu)勢菌門，受外源有機碳輸入數(shù)量及有機肥類型的影響，基于門水平上土壤細菌群落結(jié)構(gòu)組成的相對豐度發(fā)生改變，但土壤細菌群落的豐富度和多樣性在不同處理間無顯著差異。

土壤pH、土壤堿解氮、有機碳含量高低是驅(qū)動基于門水平上土壤主要細菌類群相對豐度高低變化的主要影響因素。有機與無機相結(jié)合的培肥方式對提高土壤肥力，促進旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中合理施肥制度選擇具有重要作用。