田勝營，李慧敏，陳金林，趙炳梓*，李丹丹，李增強(qiáng)，黃真真，馮文瀚

潮土中殘留小麥和玉米秸稈養(yǎng)分含量差異及與微生物群落組成的關(guān)系①

田勝營1,2，李慧敏2，陳金林1*，趙炳梓2*，李丹丹2，李增強(qiáng)2，黃真真1，馮文瀚1

(1 南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037；2 封丘農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家實(shí)驗(yàn)站，土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008)

黃淮海平原典型潮土上小麥和玉米收獲后的秸稈往往直接還田，但驅(qū)動(dòng)它們?cè)诓煌|(zhì)地潮土(砂質(zhì)、壤質(zhì)、黏質(zhì))中分解的微生物是否與殘留秸稈養(yǎng)分含量有關(guān)尚不清楚。本研究基于尼龍網(wǎng)袋法，通過10個(gè)月的田間培育試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)秸稈分解率、殘留秸稈養(yǎng)分含量及微生物群落組成，評(píng)估各指標(biāo)在秸稈類型和土壤質(zhì)地之間的差異，探究殘留秸稈養(yǎng)分與微生物群落組成之間的關(guān)系。結(jié)果表明：小麥和玉米秸稈的分解率均隨著土壤質(zhì)地變黏重而增大，二者在砂質(zhì)、壤質(zhì)、黏質(zhì)土壤中的平均分解率分別為73.66% 和75.43%、74.19% 和76.63%、77.68% 和78.05%。小麥殘留秸稈的平均氮、磷、鉀含量分別比玉米殘留秸稈的平均氮、磷、鉀含量低12.0%、34.4%、16.7%(<0.05)，但兩者的碳含量無顯著差異；在不同質(zhì)地潮土間，除秸稈磷含量隨土壤變黏重顯著增加外，其余養(yǎng)分含量變化不顯著?；诹字舅?PLFA)的微生物群落組成分析表明，小麥和玉米秸稈中的細(xì)菌、真菌、放線菌含量無顯著差異，但小麥秸稈中革蘭氏陽性菌(G+)含量比玉米秸稈低20.26%，而革蘭氏陰性菌(G–)含量比玉米秸稈高16.35%，同時(shí)，G+/G–、真菌/細(xì)菌、單不飽和脂肪酸/飽和支鏈脂肪酸比在兩種秸稈間存在顯著差異；小麥和玉米秸稈在黏質(zhì)潮土中的細(xì)菌、真菌、總PLFA的平均含量分別比砂質(zhì)潮土中低25.1%、30.3%、22.9%(<0.05)，而放線菌含量平均比砂質(zhì)潮土高93.8%(<0.05)。冗余分析(RDA)分析表明，小麥與玉米殘留秸稈中的微生物群落組成顯著不同，主要與其G+和G–不同有關(guān)，其中小麥秸稈的微生物群落組成主要與秸稈的C/N、C/P、C/K比值有關(guān)，而玉米秸稈則主要與秸稈的氮、磷、鉀含量和分解率有關(guān)，說明影響小麥和玉米秸稈微生物群落組成的養(yǎng)分參數(shù)不同。

土壤質(zhì)地；秸稈分解；秸稈養(yǎng)分；磷脂脂肪酸；微生物群落

秸稈中富含有機(jī)碳(C)和氮(N)、磷(P)、鉀(K)等營養(yǎng)元素，是一種重要的有機(jī)肥源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國小麥、玉米、水稻秸稈資源總量達(dá)7.2億t，占秸稈總量的86.4%，其中含有的碳、氮、磷、鉀分別為2.68億t、625.6萬t、197.9萬t、1 159.5萬t[1]。秸稈還田后，C和營養(yǎng)元素均隨著秸稈在土壤中的降解而不斷釋放，殘留在土壤中的碳、氮、磷、鉀成為土壤肥力的重要組成[2]，同時(shí)也有可能影響其中的微生物群落組成。

微生物是秸稈分解過程中的主要推動(dòng)者，其在秸稈上的數(shù)量和群落組成主要受秸稈的化學(xué)組成、土壤性質(zhì)等諸多因素的影響[3]。一方面，微生物能夠分解、吸收秸稈中的養(yǎng)分物質(zhì)用于自身生長，從而促進(jìn)秸稈的分解；另一方面，隨著秸稈的分解，其所含的有機(jī)碳和營養(yǎng)元素被逐漸釋放，營養(yǎng)條件的變化也會(huì)導(dǎo)致分解秸稈的微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[4]。Marschner 等[5]試驗(yàn)表明，秸稈中的養(yǎng)分含量顯著影響微生物的群落結(jié)構(gòu)；而在不同類型土壤間，土壤的理化性質(zhì)和微生物的遺傳背景也有所不同，這也會(huì)導(dǎo)致秸稈的分解和微生物群落的演變有一定差異[6]；仇存璞等[7]研究表明，在秸稈分解過程中，秸稈性質(zhì)和土壤條件的不同是導(dǎo)致微生物群落不同的主要原因。

黃淮海平原是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)之一，潮土為耕作區(qū)中的主要土壤類型，受黃泛區(qū)沉積物近砂遠(yuǎn)淤規(guī)律的影響，土壤質(zhì)地有所不同[8]。為探索分解秸稈的微生物在不同秸稈類型和土壤質(zhì)地間的差異，本研究采用尼龍網(wǎng)袋法，以小麥和玉米秸稈為研究對(duì)象，以黃淮海平原典型的砂質(zhì)、壤質(zhì)、黏質(zhì)潮土為秸稈分解媒介，其主要研究目的包括：①明確小麥和玉米秸稈在3種質(zhì)地潮土上的分解行為和殘留秸稈中養(yǎng)分含量及基于磷脂脂肪酸(PLFA)技術(shù)的微生物群落組成，②探究殘留秸稈養(yǎng)分和微生物群落組成之間的關(guān)系，③評(píng)價(jià)秸稈類型和潮土質(zhì)地對(duì)上述關(guān)系的影響。

式中，參數(shù)b代表信號(hào)分析的中點(diǎn)，而參數(shù)a表示以t=b為中心的范圍尺度，一般地將參數(shù)a稱為伸縮參數(shù)，參數(shù)b記作平移參數(shù)。與此同時(shí)，將記作歸一化因子，使得在參數(shù)a取值不同的情況下，小波函數(shù)能量能夠保持相等。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

本試驗(yàn)始于2012年10月的小麥季，在河南省封丘縣潘店鄉(xiāng)的中國科學(xué)院封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站(35°01′N，114°24′E)的“土壤地力提升長期田間試驗(yàn)平臺(tái)”進(jìn)行。該試驗(yàn)平臺(tái)有砂質(zhì)、壤質(zhì)、黏質(zhì)3種質(zhì)地潮土，分別采自封丘縣黃陵鎮(zhèn)(34°58′N，114°42′E)、潘店鎮(zhèn)(35°01′N，114°34′E)、黃德鎮(zhèn)(35°11′N，114°25′E)。在本次試驗(yàn)開始前，試驗(yàn)地為已經(jīng)經(jīng)過5 a沒有進(jìn)行任何試驗(yàn)的勻地，采取與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶相同的作物種植和管理方式。試驗(yàn)開始前的土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)樣品采集于2013年10月10日(玉米收獲期，即秸稈經(jīng)過約10個(gè)月分解)，將網(wǎng)袋取出后放于保溫箱內(nèi)帶回試驗(yàn)室。網(wǎng)袋內(nèi)樣品稱重后，一部分于60℃烘干測(cè)定其含水量，粉碎機(jī)磨碎后測(cè)定其C、N、P、K含量；另一部分存于-20 ℃冰箱中保存用于測(cè)定磷脂脂肪酸(PLFA)含量。

2.2.2 PLFA含量 由表6可知，分解10月后，秸稈類型和土壤質(zhì)地顯著影響了殘留秸稈中G+和G-的含量，而小麥和玉米殘留秸稈中的細(xì)菌、真菌、放線菌和總PLFA含量無顯著性差異；隨土壤質(zhì)地由砂到黏，殘留秸稈中細(xì)菌、真菌、總PLFA含量顯著降低，放線菌含量顯著升高，砂質(zhì)土壤中殘留秸稈的細(xì)菌(166.15 μg/g)、真菌(39.33 μg/g)、總PLFA(211.25 μg/g)平均含量比壤質(zhì)土壤中(137.84、31.18、177.88 μg/g)和黏質(zhì)土壤中(124.50、27.36、163.04 μg/g)高20.54%、26.15%、18.76% 和33.45%、43.74%、29.57%(<0.05)，而砂質(zhì)土壤中殘留秸稈放線菌含量(5.8 μg/g)比壤質(zhì)(8.7 μg/g)、黏質(zhì)(11.2 μg/g)土壤中低34.89%、48.36%(<0.05)。

秸稈碳或養(yǎng)分殘留率的計(jì)算公式為：

小麥和玉米秸稈80℃烘干后，各取15.0 g(<5 mm)分別放入200目的雙層尼龍網(wǎng)袋(14.0 cm×12.5 cm)，將網(wǎng)袋用封口機(jī)密封。將封口的尼龍網(wǎng)袋于2012年12月10日(小麥苗期)埋設(shè)于小麥行間，埋設(shè)深度為20 cm，各質(zhì)地土壤中均埋設(shè)3個(gè)小麥和玉米秸稈網(wǎng)袋。試驗(yàn)地采用與當(dāng)?shù)叵嗤亩←?夏玉米輪作模式。小麥和玉米秸稈的起始養(yǎng)分含量見表2。

表1 3種質(zhì)地土壤的基本理化性質(zhì)

表2 秸稈起始養(yǎng)分含量

1.3 樣品分析方法

秸稈分解率采用差重法測(cè)量，計(jì)算公式為：

以上三種接班模式雖然在能力和忠誠兩個(gè)維度上有優(yōu)劣之分，但是具體選擇哪一種模式還要充分考慮來自內(nèi)部和外部的影響因素，[4]這些因素會(huì)對(duì)接班模式的能力和忠誠度要求產(chǎn)生不同的影響，從而需要不同的接班模式。

周圍的人七嘴八舌給他出主意給他提醒他都充耳不聞，徑直朝池塘邊走去。突然看見一個(gè)和他年紀(jì)差不多的中年男人，手握一把菜刀朝他齒牙咧嘴比劃著什么。還看見在那人背后的池塘水中，有一個(gè)小女孩水已經(jīng)淹到了胸口，邊哭邊舉起雙臂，一頭拴在女孩手臂上，一頭被持刀人逮在手上的繩子正在不斷搖晃。

秸稈中微生物群落結(jié)構(gòu)采用PLFA法測(cè)定，提取方法采用修正的Bligh-Dyer法[11]。參考前人研究，將微生物分為細(xì)菌、真菌、放線菌3類[12]，具體分類標(biāo)準(zhǔn)見表3。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 16.0、IBM Stati-stics SPSS 24.0、Origin 2017和Canoco 4.5軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和作圖，數(shù)據(jù)分析采用雙因素方差分析，多重比較采用最小顯著法(LSD)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(< 0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 秸稈分解率及其中碳和養(yǎng)分殘留率

中國石油黑龍江銷售公司全力保障農(nóng)戶春耕、秋收黃金期用油，同時(shí)做好惠民、服務(wù)、激勵(lì)一系列工作，既保證了社會(huì)責(zé)任又保證了經(jīng)濟(jì)責(zé)任。

表3 表征土壤微生物類型的特征磷脂脂肪酸

玉米秸稈的分解率高于小麥秸稈的原因可能是：①小麥秸稈中含有較多難分解的纖維素和木質(zhì)素，而玉米秸稈中含有更多易分解的水溶性物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)，這可能是造成玉米秸稈分解速度更快的重要原因之一[13]；②玉米秸稈的初始C/P比低于小麥秸稈(表2)，低C/P比也能夠促進(jìn)玉米秸稈的分解[14]。不同質(zhì)地土壤中秸稈分解率的差異表明，土壤質(zhì)地能夠顯著影響秸稈的分解。李新舉等[15]研究發(fā)現(xiàn)，隨土壤黏粒數(shù)量的增多，秸稈分解速度會(huì)加快；劉四義等[16]研究表明，微生物對(duì)秸稈的分解受到土壤中養(yǎng)分含量的影響。本研究中黏質(zhì)土壤較砂質(zhì)土壤含有更多的氮素(表1)，從而能夠緩解對(duì)秸稈分解的養(yǎng)分限制，這可能是造成黏質(zhì)土壤中秸稈分解更快的原因之一。

由表4可知，秸稈類型對(duì)秸稈中碳和氮的殘留率無顯著影響，小麥和玉米秸稈的平均碳?xì)埩袈史謩e為22.17% 和21.13%，平均氮?dú)埩袈史謩e為40.09% 和42.72%；秸稈碳?xì)埩袈孰S著土壤質(zhì)地變黏重而顯著降低，而氮?dú)埩袈什皇芡寥蕾|(zhì)地影響。秸稈類型和土壤質(zhì)地均顯著影響秸稈中磷的釋放，小麥秸稈磷的平均殘留率顯著高于玉米秸稈，砂土中小麥和玉米秸稈磷殘留率分別比壤土、黏土中低20.24%、20.44% 和14.38%、21.78%。小麥秸稈的鉀殘留率顯著低于玉米秸稈，但不受土壤質(zhì)地影響。

小麥和玉米秸稈養(yǎng)分殘留率的差異可能與初始小麥秸稈較低的磷含量以及較高的鉀含量有關(guān)(表2)。不同質(zhì)地土壤中秸稈碳和磷殘留率的不同，表明土壤質(zhì)地能夠影響秸稈養(yǎng)分的釋放?？锒骺〉萚17]研究表明，在秸稈分解過程中，碳是隨秸稈分解逐漸釋放的，即分解率越大，碳?xì)埩袈试降?，與本試驗(yàn)結(jié)果相同。砂質(zhì)土壤中秸稈磷殘留率顯著小于壤質(zhì)和黏質(zhì)土壤中，這可能與質(zhì)地間不同的土壤結(jié)構(gòu)有關(guān)。有研究表明，隨土壤中黏粒含量的增加，土壤養(yǎng)分的淋溶損失風(fēng)險(xiǎn)越來越小，砂質(zhì)土壤相比壤質(zhì)、黏質(zhì)土壤，養(yǎng)分更易淋失[18]。

表4 秸稈在不同質(zhì)地土壤中分解10個(gè)月后的碳和養(yǎng)分殘留率(%)

注：表中數(shù)字為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，下同。

2.2 殘留秸稈養(yǎng)分含量和微生物群落組成

2.2.1 殘留秸稈養(yǎng)分含量 由表5可知，秸稈分解10個(gè)月后，小麥和玉米殘留秸稈的碳含量無顯著差異，而小麥殘留秸稈的平均氮(17.41 g/kg)、磷(0.82 g/kg)、鉀(0.71 g/kg)含量分別比玉米殘留秸稈氮(19.78 g/kg)、磷(1.26 g/kg)、鉀含量(0.85 g/kg)低11.99%、34.35%、16.73%(<0.05)；在各質(zhì)地土壤中，殘留秸稈碳和氮、鉀含量無顯著性差異，磷含量隨土壤質(zhì)地變黏重而顯著增大，砂土中小麥和玉米殘留秸稈磷含量分別比壤土、黏土中低21.83%、32.06% 和18.61%、20.61%；小麥和玉米殘留秸稈的氮、磷平均含量較原始秸稈(表2)分別增加61.67%、42.15% 和85.93%、30.83%(<0.05)，而碳、鉀含量分別降低10.06%、96.69% 和17.01%、92.85%(<0.05)。

王曉玥等[19]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈氮含量在秸稈分解過程中是逐漸增加的，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。秸稈氮含量增加的原因可能有以下兩點(diǎn)：①秸稈自身氮素的存在狀態(tài)，作物秸稈中的氮主要分為易分解的貯存性氮素(如硝態(tài)、銨態(tài)、小分子有機(jī)氮等)和難分解的結(jié)構(gòu)性氮素(如植物葉綠素、蛋白質(zhì)、酶等)，隨著秸稈分解過程的進(jìn)行，結(jié)構(gòu)性氮的積累造成秸稈氮含量相對(duì)增加[20]；②微生物的固氮效應(yīng)，秸稈中的微生物通過吸收利用秸稈和土壤中的無機(jī)氮，將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮，從而減少氮素淋失。玉米秸稈較高的氮含量可能與玉米秸稈上更多的真菌和放線菌有關(guān)(表6)，這兩種微生物能夠通過菌絲吸收土壤中的無機(jī)氮，從而將土壤中的氮轉(zhuǎn)移到秸稈上[21]。研究表明，秸稈中磷的礦化速率小于秸稈分解速率，秸稈中磷含量會(huì)隨秸稈的分解而增大[22]，這也是隨土壤質(zhì)地變黏重，秸稈磷含量增加的原因；玉米殘留秸稈中較高的磷含量可能與玉米秸稈的初始磷含量較高有關(guān)(表2)。鉀元素的大量釋放與其存在形態(tài)有關(guān)，鉀在作物體內(nèi)主要以易溶于水的離子態(tài)形式存在，因此在秸稈分解過程中能夠快速釋放出來[20]。小麥和玉米秸稈中鉀含量的差異可能與不同類型秸稈中其他形態(tài)鉀的含量有關(guān)。

表5 秸稈在不同質(zhì)地土壤中分解10個(gè)月后的碳和養(yǎng)分含量(g/kg)

進(jìn)一步計(jì)算的養(yǎng)分比值結(jié)果(圖2)表明，秸稈分解10個(gè)月后，在各質(zhì)地土壤中，隨土壤質(zhì)地由砂到黏，秸稈C/N、C/P、C/K呈降低趨勢(shì)，其中C/P差異性顯著；小麥殘留秸稈平均C/N(22.00)、C/P (466.62)、C/K(536.53)分別比玉米秸稈C/N(19.08)、C/P(302.29)、C/K(429.49)高15.33%、54.36%、24.92%，但C/K差異性不顯著；小麥和玉米殘留秸稈C/N、C/P較原始秸稈分別降低42.65%、34.50%和54.93%、35.57%(<0.05)，而C/K從原始的19.23和37.75顯著增大到536.53和429.49。

劉世平等[23]研究表明，在秸稈分解過程中，碳損失要大于氮損失，導(dǎo)致殘留秸稈的C/N比逐漸降低(圖2A)，而磷、鉀在秸稈分解前期釋放較快，后期釋放緩慢，因此C/P、C/K比具有先快速增大，后緩慢降低的特征，這也是隨土壤質(zhì)地由砂到黏，秸稈分解率逐漸增大，C/N、C/P、C/K比逐漸減小的原因(圖2B、2C)。

當(dāng)討論到由“數(shù)據(jù)分析”做主導(dǎo)的企業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)時(shí)，與會(huì)者們一致認(rèn)為投資和管理的焦點(diǎn)過于看重科技，卻忽略了人和分析流程。

刑事立法政策的最終目的之一是注重人文關(guān)懷，保障公民的自由。新時(shí)期公民的自由一個(gè)重要的考量指標(biāo)就是網(wǎng)絡(luò)輿情表達(dá)機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展從某種程度上顛覆了刑事立法方式和政治過程的隱秘性和封閉性，因此，公眾利用網(wǎng)絡(luò)可以了解到從未有過的知情幅度，也享受到從未有過的表達(dá)自由。利用網(wǎng)絡(luò)民意調(diào)查刑事立法政策的得與失是一種理念，是一種方法，也是一種工具。網(wǎng)絡(luò)可以為我國刑事立法政策評(píng)判提供專業(yè)、科學(xué)的方法手段了解群眾的看法、意見和要求，獲取第一手資料，建立量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以為刑事立法政策制定的科學(xué)化奠定基礎(chǔ)，有利于促進(jìn)我國刑事立法工作的開展。

秸稈中所含的礦質(zhì)元素、有機(jī)質(zhì)等微生物所必需的養(yǎng)分，能促進(jìn)微生物的生長繁殖，微生物數(shù)量的增加也能促進(jìn)秸稈分解。隨秸稈的分解，其養(yǎng)分含量和配比不斷變化，微生物的群落結(jié)構(gòu)也隨之改變。PLFA是活體生物細(xì)胞膜上的一種重要成分，不同類群微生物的標(biāo)志性PLFA不同，因此，可以通過提取、測(cè)定秸稈中PLFA的種類和數(shù)量來分析微生物的群落結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)狀況[24]。

秸稈碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定[9]；秸稈養(yǎng)分含量采用H2SO4-H2O2消煮法制備待測(cè)液，用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量，火焰光度法測(cè)定全鉀含量[10]。

經(jīng)10個(gè)月分解后，秸稈類型和土壤質(zhì)地均顯著影響秸稈分解率(圖1)。小麥秸稈的平均分解率(75.18%)顯著低于玉米秸稈(76.71%)(<0.05)，在砂土和壤土中表現(xiàn)尤為明顯。隨土壤質(zhì)地變黏重，秸稈分解率顯著增大，兩種秸稈在黏土中的平均分解率(77.87%)比壤土(75.41%)和砂土(74.55%)分別高3.26% 和4.45%(<0.05)，而壤土和砂土中的秸稈分解率無顯著差異。

表6 秸稈在不同質(zhì)地土壤中分解10個(gè)月后的PLFA含量(μg/g)

殘留秸稈中G+和G–含量的不同說明秸稈類型和土壤質(zhì)地均能顯著影響秸稈中細(xì)菌的群落組成，這與仇存璞等[7]的研究結(jié)果類似。不同質(zhì)地土壤中秸稈細(xì)菌、真菌和總PLFA含量的不同，表明土壤質(zhì)地能夠影響秸稈中的微生物數(shù)量，這與Girvan等[25]的研究結(jié)果類似。不同質(zhì)地土壤中秸稈微生物含量的差異可能與以下因素有關(guān)：①含水量不同，有研究表明土壤水分較少時(shí)，細(xì)菌的活性更強(qiáng)，數(shù)量更多[26]，砂土的持水性弱于壤土和黏土，土壤含水量的差異可能是引起細(xì)菌含量不同的原因之一；②通氣條件不同，邢肖毅等[27]研究表明，充足的氧氣能夠增加土壤中微生物數(shù)量，砂土良好的通氣性有利于微生物的生長繁殖；③秸稈分解程度不同，一方面，隨著秸稈的不斷分解，秸稈能夠?yàn)槲⑸锾峁┑奶己宛B(yǎng)分減少，導(dǎo)致微生物群落的生長逐漸減緩乃至消亡[28]，韓錦澤等[29]也發(fā)現(xiàn)隨著秸稈的不斷分解，土壤和秸稈中的微生物含量逐漸降低；另一方面，有研究表明，在秸稈分解后期，殘留秸稈中復(fù)雜化合物的分解并不是由微生物驅(qū)動(dòng)的，碳源代謝的微生物數(shù)量會(huì)隨秸稈分解逐漸降低[19]。先前研究表明[30]，在植物殘?bào)w分解中后期，放線菌的活動(dòng)會(huì)逐漸加強(qiáng)，放線菌的數(shù)量與植物殘?bào)w分解程度有顯著相關(guān)性，即植物殘?bào)w分解率越大，其放線菌含量越高。另外，砂土中秸稈的磷含量顯著低于壤土和黏土中(表5)，磷可能對(duì)放線菌含量的增加起到了積極作用[31]。

微生物的PLFA能夠反映秸稈中微生物的種類和數(shù)量，而PLFA的比值能夠表征微生物的生存狀態(tài)和營養(yǎng)狀況。由表7可知，秸稈分解10個(gè)月后，秸稈類型顯著影響了G+/G–、真菌/細(xì)菌、單不飽和脂肪酸/飽和支鏈脂肪酸的比值，小麥秸稈的G+/G–和真菌/細(xì)菌的平均比值分別比玉米秸稈低32.04% 和20.21%(<0.05)，而單不飽和脂肪酸/飽和支鏈脂肪酸比值平均比玉米秸稈高23.97%(<0.05)；土壤質(zhì)地對(duì)G+/G-、真菌/細(xì)菌比值的影響不顯著，但隨土壤質(zhì)地變黏重，單不飽和脂肪酸/飽和支鏈脂肪酸比值顯著降低，砂質(zhì)土壤中單不飽和脂肪酸/飽和支鏈脂肪酸比值分別比壤質(zhì)和黏質(zhì)土壤中高5.32% 和19.61% (<0.05)。

表7 秸稈在不同質(zhì)地土壤中分解10個(gè)月后的PLFA比值

研究發(fā)現(xiàn)，G+較G–養(yǎng)分吸收能力更強(qiáng)，更能適應(yīng)惡劣環(huán)境，其比值能反映底物的養(yǎng)分供應(yīng)能力，底物養(yǎng)分越少，G+/G–比越大，對(duì)微生物的營養(yǎng)脅迫越大；真菌/細(xì)菌比值能夠反映兩個(gè)種群的相對(duì)豐度和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其比值越高說明生態(tài)系統(tǒng)的緩沖性和抗干擾能力越強(qiáng)；單不飽和脂肪酸/飽和支鏈脂肪酸比值越高，表示土壤的通氣性越好，微生物所受的氧氣脅迫越小[32]。玉米秸稈中G+/G–、真菌/細(xì)菌比值大于小麥秸稈，而單不飽和脂肪酸/飽和支鏈脂肪酸比值小于小麥秸稈，說明玉米秸稈中的微生物受到的脅迫作用可能大于小麥秸稈，但玉米秸稈中PLFA含量并沒有低于小麥秸稈，進(jìn)一步說明小麥和玉米秸稈中微生物群落組成是不同的。Kunito等[33]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈類型能夠顯著影響秸稈中微生物群落結(jié)構(gòu)，這可能與秸稈自身的性質(zhì)有關(guān)。研究表明微生物的活性和數(shù)量會(huì)隨脅迫程度的增加而逐漸降低，黏質(zhì)土壤中秸稈較低的單不飽和脂肪酸/飽和支鏈脂肪酸比值說明黏質(zhì)土壤秸稈中的微生物受到的氧氣脅迫作用更強(qiáng)[34]，這可能是黏質(zhì)土壤中秸稈PLFA含量較低的原因之一。

2.2.3 冗余分析 選取秸稈分解率、秸稈碳、氮、磷、鉀含量及C/N、C/P、C/K比作為主要環(huán)境因子，對(duì)秸稈中微生物群落進(jìn)行冗余分析(RDA)，結(jié)果顯示，8個(gè)環(huán)境因子共同解釋了92.7% 的微生物群落組成的變異，其中RDA1和RDA2分別解釋了微生物群落86.0% 和6.7% 的變異(圖3)。由圖3A可知，小麥秸稈和玉米秸稈的微生物群落組成沿RDA1軸分開，砂質(zhì)土壤處理與黏質(zhì)、壤質(zhì)土壤沿RDA2軸分開，說明秸稈類型和土壤質(zhì)地均影響了秸稈中微生物的群落結(jié)構(gòu)。小麥秸稈的微生物群落主要受到秸稈中C/N、C/P、C/K比影響，而玉米秸稈的微生物群落主要與秸稈的氮、磷、鉀含量和分解率有關(guān)，說明殘留秸稈的養(yǎng)分狀況不同導(dǎo)致了小麥和玉米秸稈中微生物群落結(jié)構(gòu)的差異。

瑞士特納斯公司始建于1880年，是世界著名的瑞士型縱切和多軸自動(dòng)車床生產(chǎn)領(lǐng)頭羊，以制造鐘表零件起業(yè)，第一臺(tái)瑞士型縱切自動(dòng)車床誕生于此。該公司于2004年4月在上海成立，并于2007年建立售后服務(wù)與應(yīng)用中心的同時(shí)設(shè)立上海和香港兩處備件庫。目前，該公司已從最初的單軸凸輪縱切自動(dòng)機(jī)床擴(kuò)展到今天的數(shù)控縱切自動(dòng)車床和數(shù)控多軸自動(dòng)車床。

進(jìn)一步分析可知(圖3B)，PLFA 12:0、3OH-i14:0、i14:0、a15:0、i15:1、a15:1、i15:1ω9c、16:1ω7c、16:1ω9c、16:1ω11c、19:1ω6c和20:1ω9c在RDA1軸上得分值較高，也就是說秸稈類型主要影響了這些PLFA所代表的微生物，造成了微生物群落在小麥和玉米秸稈上的分異。這些微生物主要屬于G+和G-，研究表明養(yǎng)分條件的變化能顯著改變G+和G-的數(shù)量[35]，本研究中殘留玉米秸稈的N、P、K含量顯著高于小麥秸稈(表5)，這可能是造成小麥和玉米秸稈中G+和G–含量差異的主要原因。而PLFA i16:0、i17:1ω9c、i19:0、3OH-10:0、3OH-16:0、16:0Nalcohol、cy17:0、cy19:0、18:3ω6c(6,9,12)、10Me17:0、11Me18:1ω7c在RDA2軸上得分值較高，說明土壤質(zhì)地主要影響了這些PLFA所代表的微生物，造成了微生物群落在質(zhì)地間的分異。Neilson等[36]研究表明，環(huán)境條件的改變能顯著影響微生物的群落組成，本研究不同質(zhì)地間土壤性質(zhì)的不同以及所造成的殘留秸稈性質(zhì)的差異均會(huì)引起不同質(zhì)地土壤中秸稈微生物群落結(jié)構(gòu)的差異，其中秸稈類型的RDA得分(86.0%)顯著大于土壤質(zhì)地的得分(6.7%)，說明影響秸稈微生物群落組成的主要因素是秸稈類型。

3 結(jié)論

小麥和玉米秸稈在砂質(zhì)、壤質(zhì)、黏質(zhì)3種典型潮土上經(jīng)10個(gè)月分解后，隨土壤質(zhì)地變黏重，秸稈分解程度逐漸增大，小麥秸稈分解率小于玉米秸稈；秸稈碳的殘留主要受土壤質(zhì)地影響，秸稈鉀的殘留主要受秸稈類型影響，秸稈磷的殘留受土壤質(zhì)地和秸稈類型共同影響；殘留小麥和玉米秸稈中的養(yǎng)分含量是不同的，不同質(zhì)地土壤中殘留秸稈的養(yǎng)分含量也有差異；隨著土壤質(zhì)地變黏重，秸稈中細(xì)菌、真菌、總PLFA含量呈降低趨勢(shì)，而放線菌含量呈增加趨勢(shì)；RDA分析表明，不同秸稈類型和不同土壤質(zhì)地間的微生物群落均有所差異，其中秸稈類型是影響秸稈微生物群落的主要因素。綜上所述，小麥和玉米秸稈在3種質(zhì)地潮土中分解10個(gè)月后，秸稈類型和土壤質(zhì)地均影響了秸稈的分解，殘留秸稈養(yǎng)分條件的差異是導(dǎo)致其中微生物數(shù)量和群落組成不同的主要原因。

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Differences of Nutrient Contents in Residual Wheat and Maize Straws and Their Relationship with Microbial Community Composition in Fluvo-Aquic Soil

TIAN Shengying1,2, LI Huimin2, CHEN Jinlin1*, ZHAO Bingzi2*, LI Dandan2, LI Zengqiang2, HUANG Zhenzhen1, FENG Wenhan1

(1 Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2 State Experimental Station of Agro-Ecosystem in Fengqiu, State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

The wheat (L.) and maize (L.) straws are often returned to the field directly in the typical fluvo-aquic soils of the Huanghuaihai Plain, however, it is unclear whether the microorganisms that drive the straw decomposition in fluvo-aquic soils of different textures are related to the nutrient contents in the residual straws. In this study, a 10-month field decomposition experiment of wheat and maize straws with nylon bag method was conducted in fluvo-aquic soils of sandy, loam and clayey textures, the decomposition ratios of straws, the nutrient contents and the microbial community compositions in the residual straws were measured and their differences were compared and analyzed. The results showed that both the decomposition ratios of wheat and maize straws were increased with increasing clay content. The decomposition ratios of wheat and maize straws were 73.66% and 75.43%, 74.19% and 76.63%, 77.68% and 78.05% in soils of sandy, loam and clayey textures (<0.05), respectively. The average nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) contents in wheat straws were 12.0%, 34.4% and 16.7% lower than those in maize straws (<0.05), respectively, but there was no significant difference in carbon (C) contents between wheat and maize straws. The contents of C, N and K in wheat and maize straws were not influenced significantly by soil texture, but P content significantly increased with increasing clay content. The phospholipid fatty acid (PLFA) analysis showed that no significant differences in the populations of bacteria, fungi and actinomycetes were observed between wheat and maize straws. The population of gram-positive bacteria (G+) in wheat straws was 20.26% lower than that in maize straws, while the population of gram-negative bacteria (G-) in wheat straws was 16.35% higher than that in maize straws (<0.05). Meanwhile, G+/G–, fungi/bacteria, monounsaturated fatty acids/saturated branched fatty acids were significantly different between wheat and maize straws. The average populations of bacteria, fungi and total PLFA in wheat and maize straws in the clayey fluvo-aquic soil was 25.1%, 30.3% and 22.9% lower than those in the sandy one (<0.05), but the population of actinomycetes in the former was 93.8% higher than that in the latter (<0.05). Redundancy analysis (RDA) showed significantly difference was existed in microbial community compositions between wheat and maize straws, which may be attributed to the differences in G+and G–populations, among of which, the microbial community composition in wheat straws were mainly influenced by the ratios of C/N, C/P and C/K, while that in maize straws were mainly influenced by N, P, K content and decomposition ratio, suggesting different nutrient parameters that affected the microbial community compositions in wheat and maize straws.

Soil texture; Straw decomposition; Straw nutrients; PLFA; Microbial community composition

S154.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.01.008

田勝營, 李慧敏, 陳金林, 等. 潮土中殘留小麥和玉米秸稈養(yǎng)分含量差異及與微生物群落組成的關(guān)系. 土壤, 2021, 53(1): 55–63.

江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(PAPD)、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41977102)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CARS-03)資助。

(jlchen@njfu.edu.cn; bzhao@issas.ac.cn)

田勝營(1992—)，男，山東濰坊人，碩士研究生，主要從事土壤肥力提升和植物營養(yǎng)研究。E-mail：tsy0536@qq.com