陶龍錦，張經(jīng)博，董正武，馬曉東，涂永峰，趙冬梅，劉隋赟昊*

（1.新疆師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆特殊環(huán)境物種保護與調(diào)控生物實驗室，新疆 烏魯木齊 830054；3.新疆特殊環(huán)境物種多樣性應(yīng)用與于調(diào)控重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830054；4.新疆慧爾農(nóng)業(yè)集團股份有限公司，新疆 昌吉 831100）

棉花作為新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中的重要產(chǎn)業(yè)，對新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展有著十分重要的意義［1］。近年來，南北疆超高產(chǎn)棉田出現(xiàn)肥料過量施用和環(huán)境污染現(xiàn)象，制約我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，提高肥料利用率、降低環(huán)境污染已成為當(dāng)前熱點問題。為此，急需開發(fā)新型環(huán)境友好型肥料，改善土壤和調(diào)整施肥習(xí)慣。

緩控釋肥能有效提高肥料利用率，減少環(huán)境污染，并已應(yīng)用于棉花研究［2］。γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是一種可降解的綠色生物大分子材料，由L-谷氨酸和D-谷氨酸酰胺鍵結(jié)合而成，來源于微生物發(fā)酵，擁有巨大的開發(fā)潛力。它有良好的吸附、保水能力和生物相容性，可在生物體內(nèi)降解，廣泛用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、食品等多個領(lǐng)域，如生物絮凝劑、肥料增效劑、藥物載體和食品添加劑［3］。有研究發(fā)現(xiàn)，在草莓上施用2 次100 mg·L-1的γ-PGA 水溶肥，其產(chǎn)量比對照提高29.6%；在蜜柑葉片上噴施5 次濃度為200 mg·L-1的γ-PGA 水溶肥，其單果鮮質(zhì)量比對照提高17.4%［4-5］；采用γ-PGA作增肥劑的茄子，氮磷鉀肥表觀利用率較常規(guī)肥分別提高了17.13%~22.77%、13.25%~18.28%和1.94%~12.95%［6］；油菜、小青菜、番茄、玉米、小麥等作物施用γ-PGA都能增產(chǎn)節(jié)肥［7］。在作物生長期中，γ-PGA 的噴施會顯著增加植株株高、質(zhì)量和產(chǎn)量等，同時也會對土壤微生物產(chǎn)生影響［8］。

土壤微生物在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與能量流動中扮演著重要角色，調(diào)控著養(yǎng)分在土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）之間的循環(huán)，是聯(lián)系植物和土壤的重要因素［9］。由于土壤微生物對環(huán)境變化的敏感性，土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)、組成和多樣性可作為評價土壤質(zhì)量和肥力的重要指標(biāo)［10-11］。有研究表明，γ-PGA 可顯著促進根區(qū)微生物群落的生長［12］；在西瓜苗播種前向基質(zhì)中添加γ-PGA 可以顯著提高育苗基質(zhì)微生物活性［13］；此外一些γ-PGA 發(fā)酵液及其濃縮后的γ-PGA 顆粒肥產(chǎn)品還可以增加土壤微生物種群的數(shù)量、多樣性以及均勻度［14］?？傊?PGA 能夠改善土壤結(jié)構(gòu)、增強持水能力、減少養(yǎng)分流失、促進根區(qū)微生物群生長，這為γ-PGA 調(diào)控作物生長奠定基礎(chǔ)。目前γ-PGA 應(yīng)用于棉花增產(chǎn)及提高肥料利用率報道較多，但對棉花根際微生物影響鮮有報道。

本研究采用盆栽試驗，研究了γ-PGA 對棉花植株形態(tài)和根際微生物群落的影響，旨在闡明其作為肥料增效劑的機理，為合理施用提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗場地概況

試驗場地位于新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市沙依巴克區(qū)的新疆師范大學(xué)昆侖校區(qū)（北緯43°50′，東經(jīng)87°35′）的自然光溫室，溫室內(nèi)平均氣溫在30 ℃左右，晝夜溫差10 ℃左右，相對濕度40%左右，二氧化碳濃度532.10 mg·m-3左右，光照充足。試驗于2022 年5月10日開始進行。

1.2 試驗材料

棉花種子選用石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的新陸早80 號，生育期117 d 左右，吐絮率95.6% 以上，化肥選用氨磷鉀復(fù)合肥（NPK 為15-15-15，速效成分45%），γ-PGA 選用慧爾聚谷氨酸水溶肥（γ-PGA 含量≥5%），供試土壤為壤土，中等肥力，土壤有機質(zhì)7.5 g·kg-1，銨態(tài)氮41.2 mg·kg-1，速效磷18.5 mg·kg-1，速效鉀115 mg·kg-1，pH=7.5。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計

采用盆栽法進行試驗。選取60 個內(nèi)徑為18.5 cm，高為7.5 cm 的花盆，每盆裝入土壤1400 g。試驗共設(shè)置3 個處理，分別為未施肥處理（CK），稀釋150 倍γ-PGA 配施化肥處理（P）以及單施化肥處理（N），每個處理15 次重復(fù)。于2022 年5 月10 日開始育苗，2022 年6 月10 日定植，各施肥處理具體見表1。

表1 施肥處理Table 1 Fertilization treatment

1.3.2 棉花農(nóng)藝性狀與植物葉片酶活性的測定

于2022 年8 月5 日，每組隨機選取5 株，將植株連根拔起后，沖洗表層土壤，用卷尺測定植株高度，用游標(biāo)卡尺測量植株地徑，記錄棉花主莖葉數(shù)和果臺數(shù)，使用電子臺秤對地上與地下部分干物質(zhì)量分別稱重。

選取-80 ℃保存的棉花倒三葉測定酶活性。生化指標(biāo)的評估使用索萊寶試劑盒（北京索萊寶科技有限公司，北京，中國）。估算過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性，0.1 g 樣品中加入相應(yīng)的提取液1 mL，冰浴勻漿，收集上清加入相應(yīng)的工作液，CAT、SOD 的吸光度值分別在240、560 nm 處用分光光度計（Unico Instrument Co.，Ltd，上海，中國）測定吸光度，根據(jù)相應(yīng)公式計算，并用U·g-1表示。測定丙二醛（MDA）含量，取0.1 g樣品加入提取液冰浴勻漿，收集上清加入相應(yīng)的工作液，在450、532 和600 nm 處測定吸光度，根據(jù)相應(yīng)公式計算，以nmol·g-1表達(dá)。測定脯氨酸（Pro）含量，0.1 g 樣品加入提取液冰浴勻漿，收集上清加入相應(yīng)的工作液，在520 nm 處測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線和相應(yīng)公式計Pro 含量，以μg·mL-1表達(dá)。每個指標(biāo)測試重復(fù)3次。

1.3.3 土壤樣品的采集與測定

于2022 年8 月1 日在每個處理隨機選取3 株植株，以棉花的根為中心，半徑5 cm，深度10 cm，小心地挖取土樣，將采集的土樣混勻，剔除落雜物，鋪成四方形，劃對角線將土樣分成4 份，把對角的2 份分別合并裝入離心管中作為1 個重復(fù)，另一部分回填，每個處理各3 個重復(fù)，記為P1、N1和CK1。離心管帶回置于-80 ℃保存，用于根際微生物DNA 提取。9月5 日將棉花植株采收后重復(fù)上述操作，樣品記為P2、N2和CK2。

土壤理化性質(zhì)測定參考《土壤農(nóng)化分析》［15］進行。其中土壤pH 采用pH 計測定；土壤總有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定；土壤全氮含量采用凱氏定氮法通過CHN 元素分析儀測定；土壤全磷含量采用鉬銻抗比色法通過紫外可見分光光度計測定；土壤全鉀含量通過火焰光度計法測定；土壤速效磷采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻比色法測定；土壤速效鉀采用1 mol·L-1醋酸銨浸提-火焰原子光度計法測定；土壤銨態(tài)氮采用2 mol·L-1氯化鉀浸提-全自動流動注釋分析儀檢測。

1.3.4 土壤微生物種類多樣性測定

使用Power Soil DNA Isolation Kit 強力DNA 提取試劑盒（PowerMag ?Soil DNA isolation Kit， MO BIO）進行微生物總DNA 的提取。細(xì)菌16S rRNA（V3+V4）區(qū)域引物：正向引物5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′；反向引物5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′［16］。 真菌ITS1 區(qū)域引物：正向引物5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′；反向引物5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′［17］。本研究中所有樣品的測序和生物信息服務(wù)均在北京百邁客生物科技有限公司Illumina NovaSeq 測序平臺完成。微生物多樣性是基于 Illumina NovaSeq 測序平臺，利用雙末端測序（Paired-End）的方法， 構(gòu)建小片段文庫進行測序。通過對 Reads 拼接過濾，聚類或去噪，并進行物種注釋及豐度分析，揭示樣品的物種構(gòu)成； 進一步進行α 多樣性分析（Alpha Diversity）、β多樣性分析（Beta Diversity）、顯著物種差異分析、相關(guān)性分析、功能預(yù)測分析等，挖掘樣品之間的差異。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

用Microsoft Excel 2016 軟件對數(shù)據(jù)進行整理，采用SPSS20.0（SPSS Inc. USA）軟件One-way ANOVA 中的最小顯著性差異（LSD）法對棉花株高、莖粗、主莖葉數(shù)、果臺數(shù)、地上與地下干物質(zhì)量進行顯著性差異分析。使用R 4.0.2 對數(shù)據(jù)進行分析及作圖，用ggalluvial 軟件包繪制細(xì)菌群落豐度圖，借助Mothur （v 1.30）進行主成分分析（Principal Component Analysis， PCA），使用BugBase（https：//bugbase.cs.umn.edu/index.html）軟件對微生物組進行表型預(yù)測。

2 結(jié)果分析

2.1 聚谷氨酸配施對棉花葉片酶活性的影響

不同施肥處理的葉片酶活性如圖1 所示，相較蒸餾水對照，配施γ-PGA 可顯著提高SOD 和CAT活性，分別增幅60.25%、57.64%，單施化肥則增加SOD、降低CAT 活性。與蒸餾水對照相比，單施化肥顯著提高MDA 和Pro 含量，分別增幅16.90%、401.45%，配施γ-PGA 增幅程度次之，分別為5.90%、208.76%。

圖1 棉花葉片酶活性Fig. 1 The activities of enzymes in cotton leaves

2.2 聚谷氨酸配施對棉花植株生長的影響

與對照相比，γ-PGA 顯著促進了棉花的生長（表2）。γ-PGA 配施化肥處理的棉花株高、莖粗、主莖葉數(shù)、果枝數(shù)是蒸餾水對照的1.15、1.29、1.52、4.01 倍。單施化肥處理的棉花僅果枝數(shù)有顯著增加。與對照相比，γ-PGA 顯著促進了棉花的干物質(zhì)積累。γ-PGA 配施化肥處理的棉花地上干物質(zhì)量比對照組高7.14 g，地下干物質(zhì)量高2.83 g。單施化肥處理與對照組對比僅地下干物質(zhì)量顯著增加2.22 g。

表2 聚谷氨酸配施對棉花植株生長的影響Table 2 Effects of polyglutamic acid combined application on cotton plant growth

2.3 聚谷氨酸配施對土壤養(yǎng)分含量的影響

由表3 可見，不同的施肥處理對土壤pH 影響不大。采前各處理有機質(zhì)含量無顯著差異，采后各處理有機質(zhì)含量均有所下降且無顯著差異。采前配施γ-PGA 顯著提高土壤全磷、速效磷和速效鉀含量，單施化肥則顯著提高速效磷和速效鉀含量，其余均低于蒸餾水處理。采后各處理的全磷含量無顯著差異，配施γ-PGA 顯著提高土讓銨態(tài)氮和速效鉀含量，單施化肥則顯著提高速效磷和速效鉀含量，其余均低于蒸餾水處理。

表3 土壤理化性質(zhì)的變化Table 3 Changes in soil physical and chemical properties

2.4 聚谷氨酸配施對棉花植株根際微生物的影響

2.4.1 土壤微生物OTUs數(shù)量及微生物群落多樣性

Chao1 和ACE 指數(shù)表示微生物的豐度，數(shù)值越大說明群落豐富度越高。Shannon 和Simpson 指數(shù)表示微生物的多樣性，數(shù)值越大說明群落多樣性越高。表4 顯示：（1）細(xì)菌豐度和多樣性在采前和采后蒸餾水處理中均最高，配施γ-PGA 次之且變化不顯著；而單施化肥的處理則在采前時最低，但在采后時卻有了大幅上升，基本上與蒸餾水對照組無明顯差別。（2）真菌豐度在采前和采后配施γ-PGA 中均最高且無顯著變化，蒸餾水處理次之且大幅下降，單施化肥最低無顯著變化，采前單施化肥真菌多樣性最高，配施γ-PGA 次之，蒸餾水處理最低，采后各處理無明顯差異。

2.4.2 土壤微生物在門水平上的相對豐富度

不同配施處理下的棉花根際細(xì)菌優(yōu)勢群落門水平分布如圖2A 所示，相對豐度前5 的細(xì)菌優(yōu)勢門為變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteriota）、放線菌門（Actinobacteriota）、芽單胞菌門（Gemmatimonadota）和擬桿菌門（Bacteroidota）。采前與采后對比，配施γ-PGA：變形菌門相對豐度降低13.49%，酸桿菌門增加4.02%，放線菌門增加12.37%，芽單胞菌門增加30.08%，擬桿菌門降低6.92%。單施化肥：變形菌門降低35.68%，酸桿菌門增加108.35%，放線菌門增加3.98%，芽單胞菌門增加65.28%，擬桿菌門降低6.70%。蒸餾水處理：變形菌門降低23.4%，酸桿菌門增加49.4%，放線菌門增加30.8%，芽單胞菌門增加99.4%，擬桿菌門降低25.7%。配施γ-PGA 各菌門變化趨勢與其它處理相同但幅度較小。

圖2 各處理不同時期下微生物優(yōu)勢群落門水平分布Fig.2 Horizontal distribution of microbial dominant communities at different periods in different treatments

不同配施處理下的棉花根際真菌優(yōu)勢群落門水平分布如圖2B 所示，相對豐度前5 的真菌優(yōu)勢門為子囊菌門（Ascomycota）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota）、壺菌門（Chytridiomycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）和羅茲菌門（Rozellomycota）。采前與采后對比，配施γ-PGA：子囊菌門相對豐度下降15.35%，擔(dān)子菌門增加195.47%，壺菌門增加29.29%，被孢霉門下降10.49%。單施化肥：子囊菌門下降4.63%，擔(dān)子菌門增加77.30%，壺菌門下降0.65%，被孢霉門下降49.74%。蒸餾水處理：子囊菌門下降7.32%，擔(dān)子菌門增加48.89%，壺菌門增加184.27%，被孢霉門下降55.14%。配施γ-PGA 各菌門變化趨勢與蒸餾水處理相同。

2.4.3 土壤微生物物種群落結(jié)構(gòu)差異分析

細(xì)菌組間主成分分析如圖3A 顯示，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）貢獻(xiàn)率分別為49.54%和16.34%。采前與采后單施化肥細(xì)菌群落的相對距離最大，配施γ-PGA 次之，蒸餾水處理最小。真菌組間主成分分析如3B 顯示，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）貢獻(xiàn)率分別為69.18%和9.91%。采前與采后配施γ-PGA 真菌群落的相對距離最小，其余兩種處理相對距離較大，且配施γ-PGA 真菌群落接近9月蒸餾水處理。

圖3 不同施肥處理棉花土壤微生物群落PCA 分析Fig.3 PCA analysis of cotton soil microbial community under different fertilization treatments

2.4.4 微生物群落功能分析

圖4A 顯示的是棉花根際細(xì)菌群落的功能表型分析，包括需氧性（Aerobic），厭氧性（Anaerobic），移動元件（Contains Mobile Elements），兼性厭氧性（Facultatively Anaerobic），形成生物膜（Forms Biofilms），革蘭氏陽性（Gram Positive），革蘭氏陰性（Gram Negative），潛在致病性（Potentially Pathogenic）和脅迫耐受（Stress Tolerant）9 大類。采前與采后相比，配施γ-PGA：需氧性增加至33.33%，厭氧性增加至7.28%，兼性厭氧性降低至2.96%，脅迫耐受降低至1.56%。單施化肥：需氧性降低至27.78%，厭氧性增加至11.19%，兼性厭氧性變化不大，脅迫耐受增加至1.71%。蒸餾水處理：需氧性降低至25.62%，厭氧性增加至11.86%，兼性厭氧性增加至3.25%，脅迫耐受增加至2.81%。

圖4 微生物群落功能表型分析Fig.4 Functional phenotypic analysis of microbial community

圖4B 顯示的是棉花根際真菌群落的功能表型分析，包括未定義腐生真菌（Undefined Saprotroph），木質(zhì)腐生菌（Wood Saprotroph），糞便腐生菌（Dung Saprotroph），真菌寄生菌（Fungal Parasite），動物病原菌（Animal Pathogen），植物腐生菌（Plant Saprotroph），植物病原菌（Plant Pathogen），土壤腐生菌（Soil Saprotroph），植物內(nèi)生菌（Endophyte）和動物內(nèi)生菌（Animal Endosymbiont）等。采前與采后相比，配施γ-PGA：木質(zhì)腐生菌下降至12.03%，植物腐生菌下降至3.25%，植物病原菌增加至6.91%，植物內(nèi)生菌下降至6.56%。單施化肥：木質(zhì)腐生菌增加至11.42%，植物腐生菌下降至1.03%，植物病原菌下降至5.10%，植物內(nèi)生菌下降至1.68%。蒸餾水處理：木質(zhì)腐生菌增加至18.85%，植物腐生菌下降至2.72%，植物病原菌增加至5.70%，植物內(nèi)生菌下降至1.18%。

2.4.5 根際土壤細(xì)菌和真菌群落組成與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

為探究棉花根際土壤微生物群落對土壤理化性質(zhì)變化的響應(yīng)規(guī)律，選取細(xì)菌和真菌群落中豐度前10 的門水平與土壤理化性質(zhì)進行冗余（RDA）分析，分析結(jié)果如圖5 所示，采前與采后細(xì)菌門水平下土壤全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、銨態(tài)氮（AN）、速效磷（AP）和速效鉀（AK）的射線較長，表明其對門水平細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響較大。變形菌門采前與全氮呈負(fù)相關(guān)，采后呈正相關(guān)；放線菌門采前與全磷呈正相關(guān)，采后呈負(fù)相關(guān)；酸桿菌門采前與速效磷呈正相關(guān)，采后呈負(fù)相關(guān)。真菌門水平下采前全磷、速效磷和全鉀的射線較長，采后則是pH、有機質(zhì)、速效磷和全鉀的射線較長，表明速效磷和全鉀對真菌門水平群落結(jié)構(gòu)影響較大。子囊菌門采前和采后均與速效磷呈正相關(guān)；擔(dān)子菌門采前與全磷呈正相關(guān)，采后呈負(fù)相關(guān)；壺菌門采前和采后與全鉀均呈正相關(guān)，但采后其在全鉀射線上的投影變短。

圖5 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤理化性質(zhì)的RDA 分析Fig.5 RDA analysis of soil microbial community structure and soil physicochemical properties

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)使用γ-PGA 與化肥配施可以提高棉花葉片SOD 和CAT 活性，而單獨使用化肥會導(dǎo)致較高的Pro 和MDA 含量。黃巧義等［18］發(fā)現(xiàn)，施用γ-PGA 明顯提高菜心葉片CAT 活性與SOD 活性，與本研究結(jié)果一致。Pro 作為脫水脅迫、高溫脅迫時各種酶的保護劑，使之不受高溫破壞［19］，MDA 是在植物衰老或在干旱等逆境時，其組織或器官膜脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)的最終分解產(chǎn)物，積累越多表明組織的保護能力越弱［20］。這表明γ-PGA 可以提高棉花葉片的抗氧化能力和抗逆性能，同時減少氧化損傷。

配施γ-PGA 可顯著促進棉花生長，株高增幅45.49%，莖粗增幅13.14%，主莖葉數(shù)增幅51.88%，果枝數(shù)增幅300.75%，地上干物質(zhì)量增幅140.11%，地下干物質(zhì)量增幅111.87%。施用γ-PGA 水稻產(chǎn)量可提高13.6%，冬小麥產(chǎn)量可提高22.4%［21］，番茄穴盤苗頂噴施6 mg·L-1γ-PGA 水溶肥根鮮質(zhì)量和干質(zhì)量比對照顯著提高42.2%［22］，均與本研究結(jié)果相似。作物的生長指標(biāo)能夠反映作物的生長狀況和養(yǎng)分吸收情況［23］。配施γ-PGA 能顯著增加棉花地上部生物量，單施化肥則無明顯增長，顯示γ-PGA 可以促進作物生長。

本研究通過對棉花根際土壤理化性質(zhì)的測定發(fā)現(xiàn)，γ-PGA 的施用對土壤具有改良作用。采前與采后對比，棉花采摘后土壤pH 變化不顯著，有機質(zhì)含量均顯著下降。配施γ-PGA 后，棉花根際土壤中全氮含量下降，但銨態(tài)氮含量顯著上升。這可能是因為γ-PGA 促進了土壤中微生物的活性，促進了銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，并提高了土壤的礦化和硝化作用［24］。配施γ-PGA 和單施化肥，采后土壤全磷和速效磷含量均下降，全鉀和速效鉀含量有所上升。有研究表明，微生物菌肥在分解有機質(zhì)時需要合成蛋白質(zhì)，從而需要一定量的氮、磷元素［25］，植物的營養(yǎng)需求在不同生長階段有所不同，這可能是導(dǎo)致施肥后某些養(yǎng)分下降或上升的原因。

細(xì)菌群落是根際微生態(tài)中不可或缺的一部分，對基質(zhì)中養(yǎng)分活化和防治病害起重要作用，很多研究通過直接接種促生菌或添加有機肥來調(diào)控細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性［26］。本試驗中，配施γ-PGA 細(xì)菌豐度與多樣性低于單施化肥和蒸餾水處理；配施γ-PGA 真菌群落豐度最高且棉花采后下降不顯著，單施化肥真菌群落多樣性最高，配施γ-PGA 次之。這與Yin［14］的研究結(jié)果不一致，添加γ-PGA 可提高土壤中細(xì)菌的豐富度、多樣性和生物量，降低真菌的多樣性，但顯著提高了真菌生物量。這可能是因為施用化肥，γ-PGA 的分子鏈上具有大量游離的羧基，因而具有大量活性位點，易與氮磷鉀元素配位反應(yīng)，形成復(fù)合物［27］，且γ-PGA 有一定的抗菌性，對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均有較強的抑菌或殺菌作用［28］。

優(yōu)勢物種主導(dǎo)土壤微生物群落，了解不同水平的物種組成對于理解群落結(jié)構(gòu)形成、變化及其生態(tài)影響至關(guān)重要。變形菌門的大部分成員在固氮中發(fā)揮重要作用［29-30］。本試驗中配施γ-PGA 的采后土壤中變形菌門的下降程度最低。有研究發(fā)現(xiàn)，放線菌門細(xì)菌具有產(chǎn)生多種代謝物（如抗生素等）及分解難降解物質(zhì)（如纖維素和幾丁質(zhì)等）轉(zhuǎn)化為有機物的功能［31］。蒸餾水處理的采后土壤中放線菌門的增加程度最高，配施γ-PGA 次之，單施化肥最低。有研究表明擔(dān)子菌門對難分解碳的利用能力較強，對低養(yǎng)分環(huán)境的適應(yīng)能力比較強［32］。本試驗配施γ-PGA 顯著增加了采后土壤中擔(dān)子菌門相對豐度。被孢霉門偏愛通氣性好的土壤，并可分解木質(zhì)素和纖維素等，同時利用土壤中多糖類物質(zhì)進行代謝增長，有助于補償土壤流失的養(yǎng)分［33］。本試驗配施γ-PGA 的采后土壤中被孢霉門相對豐度下降程度最低。以上結(jié)果表明施用γ-PGA 可改善土壤條件，利于有益微生物的生存。

通過微生物功能表型分析發(fā)現(xiàn)，配施γ-PGA的采后土壤中需氧型相對豐度提高，而單施化肥和蒸餾水處理則需氧型相對豐度顯著降低，厭氧性卻顯著上升。此外，配施γ-PGA 的采后土壤中植物腐生型相對豐度下降程度較小，共生型相對豐度趨勢一致。因此，γ-PGA 不僅有助于改善土壤環(huán)境，還有利于維護根際土壤健康。

配施γ-PGA 引起的土壤理化性質(zhì)的改變對土壤微生物菌群的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。通過RDA 分析得出，棉花根系土壤的全氮、全磷、全鉀、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀是微生物群落改變主要的影響因子。有研究指出有機質(zhì)含量對土壤菌群結(jié)構(gòu)的變化有極顯著影響［34-35］。本試驗中有機質(zhì)的影響并不大，可能是因為本試驗是基于盆栽，有機質(zhì)的存儲不如大田。土壤中的速效磷和速效鉀與土壤微生物群落具有較大相關(guān)性［36］，并作為主要因素影響微生物菌落的結(jié)構(gòu)，我們的研究也反映了此點。本試驗中不同時期某些菌群的影響因子并不相同，進一步說明可通過改變土壤理化性質(zhì)來影響微生物群落。

4 結(jié)論

γ-PGA 可促進作物生長，并增強抗逆性。配施γ-PGA 明顯增加土壤速效養(yǎng)分含量和真菌群落豐度，并且在棉花采收后仍可維持在采收前的程度。配施γ-PGA 還可富集有益微生物，土壤微生物群落功能傾向于需氧型和植物共生型。