關(guān)鍵詞：木薯；化肥減量；有機(jī)肥；根際土壤；細(xì)菌多樣性；菌群結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：S533；S154.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

木薯（Manihot esculenta Crantz）塊根淀粉含量較高，是世界第六大糧食作物，是全球近10 億人的主要食糧，也是我國(guó)工業(yè)乙醇、淀粉、變性淀粉及飼料的重要原料[1]。近年來(lái)，我國(guó)木薯原料大部分依賴(lài)進(jìn)口，是第一大木薯原料進(jìn)口國(guó)和消費(fèi)國(guó)。造成這樣的缺口主要是缺乏與高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)木薯新品種配套的栽培技術(shù)，肥料施用不科學(xué)，連作時(shí)間長(zhǎng)，且收獲經(jīng)濟(jì)效益低，限制了木薯的推廣與利用。在農(nóng)作物生產(chǎn)中，為了獲取更高的產(chǎn)量，存在重用化肥，導(dǎo)致土壤板結(jié)、肥力下降、土壤微生物的多樣性及酶活性降低等諸多負(fù)面影響[2-4]。因此，調(diào)整與優(yōu)化木薯施肥方式迫在眉睫，而減少化肥施用量，增加有機(jī)肥或添加土壤修復(fù)劑將是今后種植木薯的必然趨勢(shì)。

化肥減施配施生物有機(jī)肥模式已廣泛地應(yīng)用在各種農(nóng)作物的種植端，配施有機(jī)肥或生物有機(jī)肥可以改善根際土壤微生物群落的多樣性和群落結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[5-7]。關(guān)于化肥減施配施有機(jī)肥研究主要集中在探討對(duì)土壤肥力[8-10]、土壤酶活性[11-12]、作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量[13-15]、土壤微生物多樣性及菌群[16-18]的影響等方面。在木薯中關(guān)于化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育、酶活性、根際土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)的研究還未見(jiàn)報(bào)道。目前在木薯研究中僅見(jiàn)化肥減施雖能改變木薯根際微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)，但會(huì)導(dǎo)致木薯根際微生物的多樣性和豐度都下降[19-20]的相關(guān)報(bào)道；而在木薯中化肥減量配施有機(jī)肥的根際土壤細(xì)菌多樣性及群落結(jié)構(gòu)的變化尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

本研究以木薯品種華南12 號(hào)（SC12）為研究對(duì)象，采用高通量測(cè)序平臺(tái)Illumina Nova 6000對(duì)木薯根際土壤進(jìn)行16S rRNA 高通量測(cè)序分析，分析未施肥、施有機(jī)肥、常規(guī)施肥配施有機(jī)肥和化肥減施配施有機(jī)肥的不同模式對(duì)木薯根際土壤細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)合土壤理化性質(zhì)，分析木薯生長(zhǎng)及產(chǎn)量情況，闡明土壤細(xì)菌與環(huán)境因子的相互作用對(duì)木薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響，為木薯生產(chǎn)科學(xué)施肥、改善土壤生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)木薯提質(zhì)增效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2022年在海南省儋州市紅星隊(duì)國(guó)家木薯種質(zhì)資源圃進(jìn)行，試驗(yàn)地地理位置位于109°30'E，19°30'N。屬熱帶季風(fēng)氣候， 年降雨量為900～2000 mm。試驗(yàn)前基地土壤養(yǎng)分含量如下：有機(jī)質(zhì)為10.99 g/kg，速效鉀為26.42 mg/kg，有效磷為3.47 mg/kg，堿解氮為21.99 mg/kg。試驗(yàn)所用氮肥為尿素（N 46.2%），磷肥為鈣鎂磷肥（P₂O₅ 18%），鉀肥為硫酸鉀（K₂O 52%），商品活性有機(jī)肥（N+P₂O₅+K₂O≥5%，有機(jī)質(zhì)≥80%，總腐殖酸≥30 g/kg，腐殖質(zhì)≥300g/kg，元泰豐（包頭）生物科技有限公司生產(chǎn)。供試木薯品種為華南12 號(hào)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理：（1）CK（未施肥）；（2）T₁（有機(jī)肥）；（3）T₂（常規(guī)施肥+有機(jī)肥）；（4）T₃（化肥減施+有機(jī)肥）?；蕼p施為在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上減氮25%+減磷50% ， 常規(guī)施肥用量： N 90 kg/hm2 、P₂O₅ 90 kg/hm²、K₂O 90 kg/hm²；化肥減施用量：N 67.5 kg/hm²、P₂O₅ 45 kg/hm²、K₂O 90 kg/hm²，有機(jī)肥用量均為1500 kg/hm²。木薯種植后2個(gè)月離種莖基部15～30cm 處穴施1 次肥料。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)面積36 m²，3次重復(fù)，共12 個(gè)試驗(yàn)區(qū)。每個(gè)小區(qū)種植6行，每行6株，36株/小區(qū)，株行距1.0 m×1.0 m。小區(qū)間隔50cm，重復(fù)間隔100cm。木薯于2022 年5 月種植，2023年3月收獲。其他管理同一般常規(guī)栽培。

1.2.2 項(xiàng)目測(cè)定 （1）樣品收集及處理。木薯根際土壤樣品采集于2023年3月在海南省儋州市國(guó)家木薯種質(zhì)資源圃進(jìn)行，具體參照CAI 等[20]的方法。采樣時(shí)使用的工具、采集袋或其他物品均已滅菌。設(shè)置10個(gè)采樣點(diǎn)，按照“S”型取樣，用無(wú)菌毛刷將附著在木薯塊根表面的土壤刷于報(bào)紙上，用1 mm 土壤篩去雜質(zhì)，將所有樣品混勻作為該試驗(yàn)小區(qū)的木薯根際土樣。采集的木薯土壤樣品做好標(biāo)記后，一份用于土壤有機(jī)質(zhì)（OM）、堿解氮（AN）、速效鉀（AK）、有效磷（AP）等指標(biāo)測(cè)定；另一份置于干冰中用于細(xì)菌16SrRNA 高通量測(cè)序分析。

（2）農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量測(cè)定。2023年3月收獲木薯，分別用卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定各個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的木薯株高和莖粗；各小區(qū)分別選取木薯10株，統(tǒng)計(jì)并記錄各小區(qū)木薯的薯?xiàng)l數(shù)和鮮薯重，以實(shí)收的10株木薯鮮薯重?fù)Q算成每公頃鮮薯產(chǎn)量。

（3）土壤pH和養(yǎng)分測(cè)定。測(cè)定土壤pH、OM、AN、AK 和AP 含量，具體參照鮑士旦[21]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將采集的樣品送至廣東美格基因科技有限公司進(jìn)行16S rRNA 高通量測(cè)序。原始測(cè)序數(shù)據(jù)（rawreads）通過(guò)質(zhì)控得到最后的有效數(shù)據(jù)（clean tags）。利用美格云平臺(tái)（http：//cloud.magigene.com/）進(jìn)行細(xì)菌Alpha多樣性和Beta多樣性分析。采用Microsoft" Excel 2003處理數(shù)據(jù)和繪制表格。采用Kruskal-Wallis test 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減量配施有機(jī)肥能促進(jìn)木薯生長(zhǎng)和產(chǎn)量增加

測(cè)定各處理下收獲期木薯的植物學(xué)性狀（株高、薯?xiàng)l數(shù)、莖粗等）和產(chǎn)量。結(jié)果表明，施肥處理后木薯在株高、莖粗、薯?xiàng)l數(shù)和鮮薯產(chǎn)量均顯著高于CK 處理的木薯（表1）。以上結(jié)果表明，不同施肥處理在一定程度上促進(jìn)了木薯的生長(zhǎng)，并提高其產(chǎn)量，尤其是在化肥減量（減25% N 和減50% P）的基礎(chǔ)上配施有機(jī)肥不但不會(huì)對(duì)木薯生長(zhǎng)造成不良影響，還能顯著增加木薯的產(chǎn)量。

2.2 不同施肥處理木薯根際土壤樣品的高通量測(cè)序

利用高通量測(cè)序技術(shù)分析12個(gè)不同施肥處理的木薯根際土壤樣品，統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理（CK、T₁、T₂、T₃）樣品通過(guò)測(cè)序得到的相關(guān)指標(biāo)如表2所示。每個(gè)樣品測(cè)序的覆蓋度均大于0.992，結(jié)果表明構(gòu)建的測(cè)序文庫(kù)涵蓋了木薯土壤樣品中99%以上的細(xì)菌菌群。同時(shí)，隨著測(cè)序數(shù)據(jù)量的增加，樣品的稀釋曲線也是升高后慢慢趨于平緩（圖1），這說(shuō)明高通量測(cè)序的深度和獲得的數(shù)據(jù)量足以覆蓋樣品中細(xì)菌菌群的多樣性，可以用于后續(xù)的研究。

2.3 化肥減量配施有機(jī)肥等處理木薯根際土壤細(xì)菌α-多樣性指數(shù)分析

對(duì)各處理木薯根際土壤的OTU和α-多樣性指數(shù)進(jìn)行分析（表3）。與CK 處理相比，T₁、T₂、T₃處理土壤中OTUs、細(xì)菌類(lèi)群的豐度（Chao1和ACE）均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但T3 是施肥處理組中細(xì)菌豐度最高的。與CK 處理相比，不同處理根際土壤的Simpson 指數(shù)隨著有機(jī)肥或化肥的施用呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，而Shannon 指數(shù)隨著有機(jī)肥或化肥的施用均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。研究結(jié)果表明，施有機(jī)肥或化肥會(huì)在一定程度上改變根際土壤中微生物的豐度和多樣性，化肥減施配施有機(jī)肥雖然在細(xì)菌豐度和多樣性上均有所降低，但其豐度和多樣性最接近未施肥的土壤。

2.4 木薯根際土壤細(xì)菌OTU韋恩圖分析

木薯根際土壤細(xì)菌共同的OTUs 有885 個(gè)（圖2）。與CK 處理相比，不同施肥方式下的每個(gè)樣本特有OTUs 的數(shù)量少，分別是1600 個(gè)（T₁）、413 個(gè)（T₂）、1371 個(gè)（T₃）。與CK 處理相比，在各施肥處理中特有的OTUs 的數(shù)量均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，與總OTUs 數(shù)量減少表現(xiàn)一致。結(jié)果說(shuō)明，各施肥處理改變了木薯根際土壤細(xì)菌類(lèi)群的豐度。

2.5 化肥減量配施有機(jī)肥等處理下木薯根際土壤細(xì)菌群落的Beta多樣性分析

對(duì)各施肥處理下木薯根際土壤細(xì)菌群落進(jìn)行主坐標(biāo)分析（PCoA），結(jié)果表明主成分1（PCoA1）和主成分2（PCoA2）的貢獻(xiàn)率分別為62.10%和25.00%。如圖3 所示，樣本CK 和T₃距離較近，聚集在一起，說(shuō)明這2 個(gè)樣本細(xì)菌類(lèi)群組成結(jié)構(gòu)相似；樣本T₁和T₂距離較近，說(shuō)明這2 個(gè)樣本的細(xì)菌類(lèi)群組成結(jié)構(gòu)相似。

為了進(jìn)一步了解PCoA 的結(jié)果，對(duì)不同樣本進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果如圖4 所示，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成分成兩大類(lèi)，即T₁和T₂被聚為一個(gè)分支，T₃和CK 被聚為一個(gè)分支，說(shuō)明CK 和T₃在細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)上有較高相似度。結(jié)果表明化肥減施配施有機(jī)肥的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性組成介于常規(guī)施肥配施有機(jī)肥和未施肥之間，不同施肥處理能夠顯著改變細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)和多樣性。

2.6 化肥減量配施有機(jī)肥等處理下木薯根際土壤細(xì)菌群落組成

細(xì)菌16S rRNA高通量測(cè)序獲得序列經(jīng)注釋后，統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理樣本中細(xì)菌相對(duì)豐度及群落結(jié)構(gòu)組成。在門(mén)水平下，細(xì)菌菌落相對(duì)豐度如圖5所示， 變形菌門(mén)（ Proteobacteria） 、酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、厚壁菌門(mén)（Firmicutes）、放線菌門(mén)（Actinobacteria）、綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）是木薯根際土壤樣本的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌菌門(mén)。與CK 的木薯根際土壤細(xì)菌群落相比，變形菌門(mén)（Proteobacteria）和擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）在施肥組處理中的含量呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）在T₁和T₂施肥處理后的含量明顯下降，但在T₃中變化不大；厚壁菌門(mén)（Firmicutes）在T1 處理后的含量有所增加，但在T2 和T3 處理中呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）在T₁、T₂、T₃ 處理下的含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。放線菌門(mén)（Actinobacteria）經(jīng)各施肥處理后（T₁、T₂、T₃）的含量均明顯增加（Plt;0.05）。T₁、T₂、T₃處理的木薯根際土壤中放細(xì)菌門(mén)分別增加6.3倍、3.5倍、2.4倍。結(jié)果表明，有機(jī)肥或化肥施用并未改變主要細(xì)菌的類(lèi)群，但提高了木薯根際土壤中有益細(xì)菌類(lèi)群的相對(duì)豐度。

在屬水平上，相對(duì)豐度大于0.5%的共有14個(gè)屬。黃桿菌屬（Flavobacterium）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）和馬賽菌屬（Massilia）是木薯根際土壤細(xì)菌群落的主要菌屬（相對(duì)豐度大于10%）（圖6）。與CK 處理相比，黃桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬和馬賽菌屬的含量在T₁、T₂ 和T₃ 處理中均呈現(xiàn)顯著增加。在各施肥處理中，主要菌屬的含量也有顯著差異。黃桿菌屬在T₁、T₂ 處理下的含量相似，但與T3 處理下的含量有明顯差異，分別是T₃處理下的4.3倍和4.9 倍。類(lèi)似的結(jié)果也在馬賽菌屬中觀察到，T₁、T₂ 處理下的含量是T₃處理的19.4倍和5.4倍。然而不動(dòng)桿菌屬在T₂和T₃ 處理下的含量顯著高于T₁處理，分別是T1處理下含量的3.9倍和2.62 倍。

2.7 化肥減量配施有機(jī)肥等處理下木薯根際土壤環(huán)境因子的冗余性分析

利用RDA 分析土壤環(huán)境因子如何影響木薯根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。選擇pH、SOM、AN、AP 和AK等5個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行冗余性分析，結(jié)果如圖7所示，在門(mén)水平上，RDA1解釋了72.40%，RAD2解釋了18.50%，共解釋了90.90%以上。速效鉀、pH、速效磷對(duì)土壤細(xì)菌落結(jié)構(gòu)有著重要影響，其中速效鉀影響最大，且速效鉀含量與速效磷、堿解N、有機(jī)質(zhì)、pH 均呈正相關(guān)。

3 討論

土壤根際微生物組成及豐度受土壤質(zhì)量[22-23]、宿主植物[20， 24-25]和種植模式[26-27]等因素影響。本研究利用高通量測(cè)序分析化肥減量配施有機(jī)肥如何影響和改變木薯根際土壤細(xì)菌多樣性及菌群結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明化肥減量配施有機(jī)肥的木薯根際土壤中，在門(mén)水平上，變形菌門(mén)（Proteobacteria）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）、厚壁菌門(mén)（Firmicutes）、放線菌門(mén)（Actinobacteria）、綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）是木薯根際土壤樣本的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌菌門(mén)，與前人報(bào)道的在間作或輪作下木薯根際土壤的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)一致[9， 25， 27-28]。因此，推測(cè)在南方酸性土壤中宿主植物木薯通過(guò)分泌根系代謝物富集特定的微生物，導(dǎo)致南方木薯根際土壤下所富集細(xì)菌類(lèi)群結(jié)構(gòu)組成相似，只是在多樣性和豐度上有所不同，這說(shuō)明木薯根際土壤細(xì)菌的類(lèi)群主要受宿主植物影響和調(diào)配，而種植模式（間作或輪作）或施肥方式只能在一定程度上改變其多樣性和豐度。

本研究中，化肥減量配施有機(jī)肥的木薯根際土壤中，細(xì)菌菌群的多樣性及豐度均顯著高于施有機(jī)肥、常規(guī)施肥配施有機(jī)肥處理，這結(jié)果與靳曉拓等[8]、陸海飛[29]、孫家駿等[30]的報(bào)道一致。蔡杰等[19]研究發(fā)現(xiàn)化肥減施的木薯根際土壤中，細(xì)菌多樣性和豐度均顯著低于未施肥和常規(guī)施肥處理，導(dǎo)致這種結(jié)果是由于未添加有機(jī)肥處理。本研究中，單施有機(jī)肥、常規(guī)施肥配施有機(jī)肥和化肥減施配施有機(jī)肥都能提高有益細(xì)菌放線菌門(mén)的豐度，與王慶等[6]、姜蓉等[7]、蔡杰等[19]的研究結(jié)果一致。研究表明，土壤中放線菌數(shù)量的增加可以提高對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)利用率，同時(shí)還能抑制一些土傳病害，促進(jìn)土壤健康發(fā)展[31]。同時(shí)，本研究在屬水平上也發(fā)現(xiàn)擬桿菌門(mén)的黃桿菌屬在T1、T2 和T3 處理下的豐度顯著增加。研究表明，黃桿菌屬參與土壤中有機(jī)物的分解，對(duì)維持土壤肥力有積極作用[32]。然而，黃桿菌屬的豐度在T3處理中呈現(xiàn)最低，這可能跟減少氮和磷肥施用有關(guān)。相關(guān)研究表明，黃桿菌屬能夠通過(guò)其代謝活動(dòng)參與氮、磷循環(huán)[33-34]。Candidatus Solibacter 是分解有機(jī)質(zhì)、利用碳源的細(xì)菌屬[35]。本研究中，在T1 和T2 處理下Candidatus Solibacter 的豐度顯著低于T3 處理。綜上，合理配施有機(jī)肥不僅能為土壤提供大量的有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分，還能在一定程度上還增加土壤有益細(xì)菌的數(shù)量，改善土壤細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu)[36]，幫助其吸收轉(zhuǎn)化養(yǎng)分，為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造優(yōu)良的環(huán)境，減輕作物的連作障礙[37]。

合理施肥或配施有機(jī)肥能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量，提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。本研究中，不同施肥處理均能顯著促進(jìn)木薯生長(zhǎng)發(fā)育，增加木薯產(chǎn)量。與未施肥處理相比，化肥減施配施有機(jī)肥能夠顯著增加木薯株高和莖粗，獲得較高的木薯產(chǎn)量。這可能與配施有機(jī)肥增加了土壤中有益微生物多樣性有關(guān)，從而改變土壤細(xì)菌的菌落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤向健康發(fā)展。但化肥減量配施不同有機(jī)肥對(duì)木薯產(chǎn)量及品質(zhì)的連續(xù)影響及其機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究。隨著化肥減量施肥的倡導(dǎo)，在其基礎(chǔ)上合理配施有機(jī)肥，在木薯主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)中，逐步實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥替代化肥，實(shí)現(xiàn)化肥零增長(zhǎng)，發(fā)展綠色、可持續(xù)的木薯產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)木薯產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，具有非常重要的力量意義和應(yīng)用價(jià)值。

4結(jié)論

與未施肥相比，化肥減量配施有機(jī)肥處理不僅能顯著增加木薯株高和莖粗，還能提高木薯產(chǎn)量。與單施有機(jī)肥和常規(guī)施肥配施有機(jī)肥的木薯根際土壤相比，化肥減量配施有機(jī)肥的木薯根際土壤細(xì)菌的多樣性和豐度有顯著差異?；蕼p量配施有機(jī)肥處理木薯根際土壤中優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為變形菌門(mén)、酸桿菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、放線菌門(mén)和綠彎菌門(mén)，這與已報(bào)道的木薯根際土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌門(mén)一致?；蕼p施配施有機(jī)肥增加了擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)及放線菌門(mén)的相對(duì)豐度，降低了綠彎菌門(mén)和厚壁菌門(mén)的相對(duì)豐度。冗余性分析結(jié)果表明速效鉀是影響木薯根際土壤細(xì)菌群落的主要效應(yīng)因子，與速效磷、堿解N、有機(jī)質(zhì)、pH 等指標(biāo)呈現(xiàn)正相關(guān)。