有機肥對羊草草原土壤細(xì)菌群落多樣性的影響

商麗榮，萬里強，李向林

有機肥對羊草草原土壤細(xì)菌群落多樣性的影響

商麗榮，萬里強，李向林

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193）

【】以呼倫貝爾天然羊草草原退化打草場為研究對象，揭示不同有機肥處理對土壤養(yǎng)分狀況和土壤細(xì)菌群落多樣性的影響，為羊草草原的改良、恢復(fù)及合理利用提供科學(xué)依據(jù)。田間試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，共7個處理分別為：對照（ck），蚯蚓糞15 t·hm-2（a1）、30 t·hm-2（a2）、45 t·hm-2（a3），菌渣15 t·hm-2（b1）、30 t·hm-2（b2）、45 t·hm-2（b3）。本研究采用 Miseq高通量測序技術(shù)，分析不同有機肥處理對土壤細(xì)菌群落多樣性的影響機制。同時結(jié)合土壤化學(xué)性質(zhì)，探究不同有機肥處理下細(xì)菌群落變化的環(huán)境驅(qū)動因子。不同有機肥處理可以改善土壤養(yǎng)分狀況并形成明顯的細(xì)菌群落。a3處理的土壤有效磷含量較對照顯著增加37.3%。b3和a3處理土壤有效鉀含量較對照顯著增加62.99%和40.53%。b3處理下的地上生物量顯著高于其他處理（244.11 g·m-2）。此外，施蚯蚓糞和菌渣顯著增加了土壤中細(xì)菌群落的豐富度。與ck相比，a1和b2處理下豐富度指數(shù)顯著增加。在門水平上，21個樣品共獲得31個類群。其中放線菌門（Actinobacteria），變形菌門（Proteobacteria），酸桿菌門（Acidobacteria），疣微菌門（Verrucomicrobia）和綠彎菌門（Chloroflexi）為優(yōu)勢類群，相對豐度共占細(xì)菌群落的85%以上。a2處理的放線菌最為豐富（36.79%）。變形菌門（Proteobacteria）在b1和b3處理中含量較高（23.29%，22.32%）。酸桿菌門（Acidobacteria）在a1處理中最高（20.69%）。而LEfSe表明在b3處理下檢測到更多的細(xì)菌分類群（17個進化枝，1個綱，1個目，4個科和11個屬）。另外，土壤有效氮（=0.001）、有效鉀（=0.005）和有機質(zhì)（=0.006）對土壤中的細(xì)菌群落組成有極顯著的影響（＜0.01），全鉀（=0.014）對土壤細(xì)菌群落組成有顯著影響（＜0.05）。說明有效氮、有效鉀、有機質(zhì)和全鉀是細(xì)菌群落的主要驅(qū)動因素。有機肥在羊草草原的應(yīng)用改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。蚯蚓糞和菌渣在45 t·hm-2施肥量情況下提高了速效養(yǎng)分含量，也提高了羊草草原土壤細(xì)菌群落的生物多樣性，有利于草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

有機肥；土壤養(yǎng)分；土壤細(xì)菌群落；羊草草原

0 引言

【研究意義】呼倫貝爾草原總面積近866.7萬hm2，其中羊草草原占37.3%[1]，是該地區(qū)主要的草牧業(yè)生產(chǎn)基地。近年來，由于連年打草和放牧利用，草地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分大量輸出，導(dǎo)致草原普遍存在嚴(yán)重的退化現(xiàn)象[2-3]。土壤肥力下降被認(rèn)為是中國北方草原生產(chǎn)力低下的主要原因之一[4]，長期以來，施肥已被廣泛用作維持土壤肥力和作物生產(chǎn)力的管理措施[5]。合理施肥會改變土壤pH，影響土壤微生物活性和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程[6-7]，進而提高牧草產(chǎn)量和品質(zhì)[8-9]。有機肥料來自動物或植物物質(zhì)，由于其豐富的有機物質(zhì)和平衡的營養(yǎng)物質(zhì)，可在一定程度上改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)及微生物狀況[10-12]。【前人研究進展】研究表明，有機改良劑可以刺激植物生長和微生物活動[13]，并為微生物提供底物。施肥改變了土壤微生物活性和群落結(jié)構(gòu)，并引起土壤生物學(xué)特性的差異，進而影響土壤結(jié)構(gòu)和土壤肥力[14]。此外，施有機肥能顯著改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性[15]，提高微生物的生物量和代謝活性[16]。RAJKUMAR等[17]研究發(fā)現(xiàn)土壤微生物群落是影響地上部植物營養(yǎng)、發(fā)育和抗性的關(guān)鍵因素。【本研究切入點】以往相關(guān)領(lǐng)域的研究主要是針對氮、磷、鉀等不同肥料及配比施用對植被及土壤微生物的影響，草地過多施用化肥易引起土壤板結(jié)、水體富營養(yǎng)化、重金屬污染，最終導(dǎo)致草原土壤酸化、營養(yǎng)失衡、生物多樣性減少、草地生產(chǎn)力降低等問題[18]。施用有機肥能改善土壤質(zhì)量、改變土壤微生物組成，提高土壤生產(chǎn)力[19]。目前普遍認(rèn)為，有機肥料對土壤中微生物的豐度具有更顯著的影響[20]。本研究所用蚯蚓糞有機肥是蚯蚓消化當(dāng)?shù)剞r(nóng)場的牲畜糞便后的產(chǎn)物，菌渣有機肥是種植蘑菇后殘留的基質(zhì)。因此，有必要開展不同有機肥處理對土壤微生物群落多樣性的影響研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗以呼倫貝爾天然羊草草原退化打草場為研究對象，采用 Miseq高通量測序技術(shù)，探討兩種有機肥不同水平下土壤細(xì)菌群落多樣性的響應(yīng)機制，并結(jié)合土壤化學(xué)性質(zhì)揭示其驅(qū)動因素，為呼倫貝爾天然羊草草原退化打草場的恢復(fù)和合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市海拉爾區(qū)謝爾塔拉鎮(zhèn)，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測站內(nèi)羊草草原打草場（49°25′N，119°70′ E），是大興安嶺西麓丘陵向蒙古高原的過渡區(qū)，屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，土壤為栗鈣土；海拔649.6 m，最高氣溫為36.2℃，最低氣溫為-48.5℃，年均氣溫-2.4℃，≥10℃年積溫1 500—1 800℃，無霜期為110 d左右；年平均降雨量350—400 mm，多集中在7—9月，且雨熱同期[21]。植被類型是以羊草為建群種的典型草原，主要優(yōu)勢種有羊草（）、貝加爾針茅（Roshev.）、糙隱子草（）等，伴生種有早熟禾（）、展枝唐松草（）和寸草苔（C.A.）等。

2018年6月中旬雨季及牧草旺盛生長季前期，在地勢平坦、草地群落特征相似的區(qū)域設(shè)置樣地（試驗前為打草場），試驗包括對照（ck），蚯蚓糞15 t·hm-2（a1）、30 t·hm-2（a2）、45 t·hm-2（a3），菌渣15 t·hm-2（b1）、30 t·hm-2（b2）、45 t·hm-2（b3）共7個處理。蚯蚓糞（有機質(zhì)含量26.1%、全氮10.65 g·kg-1、速效磷282.23 mg·kg-1、速效鉀2839.20 mg·kg-1、含水量1%）和菌渣（有機質(zhì)含量24.6%、全氮12.39 g·kg-1、速效磷382.01 mg·kg-1、速效鉀690.70 mg×kg-1、含水量1%）由該觀測站提供，蚯蚓糞有機肥主要是蚯蚓消化牛糞，菌渣有機肥是種植蘑菇后的基質(zhì)，人工撒施于地表。田間試驗采用單因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計，每個處理重復(fù)3次，小區(qū)面積3 m×5 m，小區(qū)間距為1 m，共21個試驗小區(qū)。

1.2 樣品采集

在每個小區(qū)選取4個點用土鉆取0—20 cm土層樣品，混合為一個土樣。去除石塊和根系等雜物后將所有樣品密封在無菌塑料袋中，以冰封存并立即送至實驗室。將土壤樣品過2 mm篩，一部分自然風(fēng)干用于分析土壤化學(xué)性質(zhì)，另一部分裝入離心管中冷凍用于土壤微生物的分析。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測定 土壤全氮采用凱氏定氮法；土壤全磷采用NaOH堿熔-鉬銻抗比色法；土壤全鉀采用原子吸收火焰光度計法；土壤速效氮采用堿解擴散法；采用0.05 mol×L-1NaHCO3鉬銻抗分光光度法測定土壤速效磷含量；采用NH4OAc浸提-原子吸收火焰分光光度計法測定土壤速效鉀含量；采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤有機質(zhì)含量；土壤pH值以水（土水比1﹕5）為浸提液，用多參數(shù)袖珍傳感器（PT 162）測定[22-24]。

1.3.2 土壤微生物DNA提取和PCR擴增 土壤DNA采用Power Soil ? DNA Isolation Kit試劑盒提取，提取步驟按照試劑盒說明書進行。用1%的瓊脂糖凝膠電泳進行檢測，使用核酸定量儀（Nano Drop ND-2000）檢測提取DNA的濃度和純度。

選擇細(xì)菌V3-V4區(qū)的16S rDNA序列進行PCR擴增，擴增引物為338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAG CAG-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAA T-3′）。PCR擴增體系為5×Buffer 4 μL，dNTPs（2.5 mmol×L-1）2 μL，F(xiàn)orward Primer(5 μmol×L-1) 0.8 μL，Reverse Primer（5 μmol×L-1）0.8 μL，Polymerase 0.4 μL，BSA 0.2 μL，Template DNA 10 ng，ddH2O 20 μL。擴增程序為：95℃預(yù)變性3 min，27個循環(huán)（95℃變性30 s，55℃退火30 s , 72℃延伸45 s），最后72℃延伸 10 min （PCR儀：ABI GeneAmp? 9700型）。

1.3.3 Illumina Miseq 測序 使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR產(chǎn)物，利用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit （Axygen Biosciences，Union City，CA，USA）進行純化，Tris-HCl洗脫，2%瓊脂糖電泳檢測。利用QuantiFluorTM-ST（Promega，USA）進行檢測定量。根據(jù)Illumina MiSeq平臺（Illumina，San Diego，USA）標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程將純化后的擴增片段構(gòu)建PE 2*300的文庫。利用Illumina公司的Miseq PE300平臺進行測序（上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司）。

1.4 測序數(shù)據(jù)處理

對下機原始測序序列使用Trimmomatic 軟件質(zhì)控，使用FLASH軟件進行拼接利用。（1）設(shè)置50 bp的窗口，如果窗口內(nèi)的平均質(zhì)量值低于20，從窗口前端位置截去該堿基后端所有序列，之后再去除質(zhì)控后長度低于50 bp的序列；（2）根據(jù)重疊堿基overlap將兩端序列進行拼接，拼接時overlap之間的最大錯配率為0.2，長度需大于10 bp。去除無法拼接的序列。（3）根據(jù)序列首尾兩端的barcode和引物將序列拆分至每個樣本，barcode需精確匹配，引物允許2個堿基的錯配,去除存在模糊堿基的序列，最后獲得用于后續(xù)分析的高質(zhì)量序列。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用UPARSE軟件，根據(jù)97%的相似度對序列進行OTU聚類，并在聚類的過程中去除單序列和嵌合體。利用RDP classifier對每條序列進行物種分類注釋，選用Silva數(shù)據(jù)庫，得到OUT的分類學(xué)信息。利用Mothur 1.30.1 軟件在97% 相似水平上進行α多樣性指數(shù)分析。

使用IBM SPSS 20.0（SPSS Inc.，USA）進行土壤化學(xué)性質(zhì)和α多樣性（Shannon，Ace，覆蓋度）分析，并使用單因素方差分析比較不同處理之間差異的顯著性（＜0.05）。LEfSe（http://huttenhower.sph. harvard.edu/galaxy/root?tool_id=lefse_upload）根據(jù)分類學(xué)組成對樣本按照不同的分組條件進行線性判別分析（LDA），找出對樣本劃分產(chǎn)生顯著性差異影響的群落或物種。其余部分使用R語言分析作圖。

2 結(jié)果

2.1 土壤養(yǎng)分及地上生物量的變化

蚯蚓糞和菌渣有機肥對土壤速效磷和速效鉀產(chǎn)生了明顯的影響（表1），導(dǎo)致土壤pH趨于中性且a3處理顯著高于其他處理。施用蚯蚓糞和菌渣分別使土壤有效磷和有效鉀含量顯著增加（＜0.05）。此外，a3處理的有效磷含量增高，而b3處理的有效鉀的含量最高。通過蚯蚓糞和菌渣處理提高了土壤可利用養(yǎng)分，表明蚯蚓糞和菌渣對化學(xué)性質(zhì)有明顯的影響。此外，在b3處理下，地上生物量顯著高于其他處理（表1）。

2.2 土壤細(xì)菌序列及其多樣性指數(shù)

利用Illumina Mi Seq平臺測序結(jié)果顯示，在所有土壤樣品中，總共獲得1 405 452個序列讀數(shù)。除去短的、低質(zhì)量、單體、重復(fù)和嵌合體之外，保留了955 201個有效序列。基于97%的相似性，在所有樣品中獲得總共3 481個OTU，劃分為31個門，75個綱，153個目和298個科。所將數(shù)據(jù)抽平一次，每個樣品得到35 708條高質(zhì)量序列（表2）。

試驗結(jié)果表明，所有處理的覆蓋指數(shù)均大于0.98，這也說明測序能力能夠比較真實地反映土壤樣本的細(xì)菌群落特征（表2）。與ck處理相比，b2處理中觀察到的OTU數(shù)量顯著（＜0.05）增加了7.19%。同時，a1處理的Shannon多樣性指數(shù)最高（6.53），其次是b2處理（6.51）。此外，ck的豐富度指數(shù)Ace顯著（＜0.05）低于a1和b2，分別降低了7.07%和7.23%。

表1 不同有機肥處理的土壤化學(xué)性質(zhì)和地上部生物量

數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（n=3）；同列數(shù)值后不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。ck，無施肥處理，a1、a2、a3分別為蚯蚓糞施肥量15、30、45 t·hm-2，b1、b2、b3分別為菌渣施肥量15、30、45 t·hm-2。下同

Data are means ± standard deviation (n=3); Different small letters mean significant differences (＜0.05). ck, no fertilization treatment, a1, a2, a3 are the amount of vermicompost application 15, 30 and 45 t·hm-2, b1, b2, b3 are the amount of mushroom residues application 15, 30 and 45 t·hm-2. The same as below

表2 不同有機肥處理下土壤細(xì)菌測序及群落α多樣性指數(shù)

2.3 細(xì)菌群落組成

在門水平上共得到31個類群，所有樣品中的前5個主要門是放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（）、酸桿菌門（Acidobacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和綠彎菌門（Chloroflexi），它們占細(xì)菌群落相對豐度的85%以上（圖1）。在這些占優(yōu)勢的門中，放線菌在a2處理中最為豐富（36.79%），但在a1處理中最少（31.57%）。相反，酸桿菌門在a1處理中最高（20.69%），在a2處理中最低（13.92%）。變形菌門作為第二豐富的門，在b1和b3處理中含量較高（23.29%，22.32%）。而疣微菌門在a3處理中占比最多（12.72%），綠彎菌門在b2處理中最為豐富（10.59%）。

2.4 細(xì)菌群落差異分析

PLS-DA顯示不同施肥處理的土壤細(xì)菌群落有所不同（圖2）。不同水平的蚯蚓糞和菌渣處理下形成不同的細(xì)菌群落。此外，a1、a2、b3和其他處理清楚地分開并沿著comp1左右分布。而a3和ck處理之間沒有明顯差異，類似的a2和b3處理的群落組成相似。

圖1 不同有機肥處理細(xì)菌門的組成結(jié)構(gòu)

圖2 不同有機肥處理的土壤細(xì)菌群落PLS-DA圖

為了確定與不同有機肥水平相關(guān)的特定細(xì)菌分類群，我們使用線性判別分析（LDA）效應(yīng)大小（LEfSe）比較了ck、a1、a2、a3、b1、b2和b3處理中的細(xì)菌群落。進化圖中不同分類級別的每個圓圈表示該級別的分類，黃色表示豐度沒有顯著變化，圓形直徑的大小表示相對豐度。如圖3所示，26個細(xì)菌進化枝在統(tǒng)計學(xué)上有顯著差異，LDA得分為2或更高。根據(jù)LEfSe的LDA，與其他處理相比，在b3處理中LEfSe檢測到更多的細(xì)菌分類群（17個進化枝，1個綱，1個目，4個科和11個屬），即Limnochordia（綱到科）、Pseudomonadaceae（科到屬）、（屬）、（屬）、（屬）、（屬）、Microbacteriaceae（科到屬）、（屬）、（屬）、（屬）、（屬）。在b1處理中，Thermoactinomycetaceae（科）和（屬）的相對豐度顯著高于其他6種處理。相比之下，科水平的FFCH13075和屬水平的在a3處理中更高。類似地，在a2處理中富集Nocardioidaceae（科），Polyangiaceae（科）和（屬）（圖3）。

2.5 不同處理的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系

結(jié)果表明，在屬水平，RDA基于物種的相對豐度檢測到土壤特性與細(xì)菌群落之間的關(guān)系。表明第一和第二種RDA成分能夠解釋細(xì)菌13.72%變化，第一個成分（RDA 1）解釋了細(xì)菌菌群總變異的7.70%；第二個成分（RDA 2）解釋了細(xì)菌菌群總的6.02%的變化（圖4）。此外，RDA表明不同的環(huán)境變量對整個細(xì)菌群落有不同的影響（表3）。分析結(jié)果表明，有效氮（=0.001），有效鉀（=0.005）和有機質(zhì)（=0.006）對土壤中的細(xì)菌群落組成有極顯著的影響（＜0.01），全鉀（=0.014）對土壤細(xì)菌群落組成有顯著影響（＜0.05）。

表3 基于屬水平的細(xì)菌群落和環(huán)境因子之間相關(guān)性的P值

3 討論

結(jié)果表明，不同有機肥處理對土壤細(xì)菌群落Ace指數(shù)和地上草產(chǎn)量有顯著影響（表1）。CHU等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在砂質(zhì)壤土中通過施用有機肥，有機碳和土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分也顯著增加。本試驗結(jié)果表明，施用蚯蚓糞和菌渣有機肥后有效地提高有效磷和有效鉀的含量（表1），這與草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中大多數(shù)施肥試驗所得結(jié)果一致[26-28]。而有機肥料施用下土壤pH、總養(yǎng)分和有機質(zhì)含量并沒有顯著變化，表明這些指標(biāo)在短期內(nèi)變化不明顯，CHEN等也得出類似的結(jié)論[29]。此外，與其他處理相比，菌渣（b3）處理顯著增加了牧草的總生物量，這與有機肥料可顯著影響草產(chǎn)量的觀點較為一致[30]。這些都表明蚯蚓糞和菌渣有機肥的施用會增加有機物質(zhì)營養(yǎng)庫和草地的有效養(yǎng)分含量，并顯著提高了牧草產(chǎn)量[31]。

圖4 屬水平上不同有機肥處理的土壤細(xì)菌的相對豐度和土壤化學(xué)性質(zhì)的RDA分析

微生物群落的生物多樣性和豐富性對于土壤生態(tài)系統(tǒng)的完整性、功能性和長期可持續(xù)性至關(guān)重要，但它們通常也會因農(nóng)業(yè)擾動而發(fā)生變化[32]。在本研究中，施用蚯蚓糞（a1）和菌渣（b2）有機肥導(dǎo)致土壤細(xì)菌豐富度指數(shù)（Ace）顯著增加（表2）。然而，細(xì)菌群落多樣性Shannon指數(shù)在不同有機肥處理之間沒有顯著變化，這與前人的研究結(jié)果類似[33]。這可能是由于施用有機肥會對土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)特性尤其是對土壤pH和微生物群落有明顯的影響機制。本試驗中，所用蚯蚓糞有機肥主要是蚯蚓消化畜禽糞便后的產(chǎn)物，通常呈堿性，因此施用于土壤后常使其pH值趨于中性；而菌渣有機肥主要是種植蘑菇后的基質(zhì)，其中大量的菌絲體富含氨基酸、纖維素、碳?xì)浠衔锖臀⒘吭亍Ｒ虼耍球炯S和菌渣有機肥在土壤中的施用能顯著改變微生物種群，進而影響微生物群落的一系列活動。

雖然細(xì)菌群落的相對豐度和多樣性方面對于有機肥的施用有著不同的響應(yīng)機制，但我們的研究結(jié)果表明，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)由于蚯蚓糞和菌渣有機肥的不同梯度而發(fā)生顯著的變化，這與土壤和植物特征的變化是一致的。對門的豐度分析表明，放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、綠彎菌門（Chloroflexi）和芽單胞菌門（Gemmatimonadtes）是所有處理中的前6位優(yōu)勢門（圖1），大致與先前的研究類似[21,34]。放線菌作為細(xì)菌門占比最大的一類門，在有機物分解和腐殖質(zhì)形成過程中起著關(guān)鍵作用[35-36]，并且它可以產(chǎn)生多種抗生素來保護土壤和植物根部免受病原微生物的侵害[37]，CHEN等[38]基于長期施肥試驗報道了相似的豐度變化趨勢。其次是變形菌門（Proteobacteria），包括可以固氮和各類代謝物的細(xì)菌，其中許多可以利用光合作用來儲存能量。而酸桿菌門（Acidobacteria）是一種新近分離的細(xì)菌，目前對它們的研究很少，但它們在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。疣微菌門（Verrucomicrobia）則是主要存在于水生、土壤環(huán)境或人類糞便中的一類門，ZHAO等[32]也指出，長期高水平化學(xué)肥料施用下的疣微菌門（Verrucomicrobia）比低水平化學(xué)肥料或無化學(xué)肥料的施用更為豐富，因其涉及有機碳的利用[39]，可以提高葉片的光合作用效率，增強牧草的物質(zhì)積累。綠彎菌門（Chloroflexi）含有綠色色素，與保水能力和地上生物量呈顯著正相關(guān)，可有效降解纖維素[40-41]。

任何環(huán)境因素的改變都可能在一定程度上改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[42]。根據(jù)本試驗結(jié)果，PLS-DA評分圖清楚地區(qū)分了不同有機肥料處理下土壤細(xì)菌微生物群落之間的差異（圖2）。這些結(jié)果與大多數(shù)長期施肥試驗的研究結(jié)果一致[43]，即施用不同水平的蚯蚓糞和菌渣有機肥會不同程度地影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。本試驗中，在a2處理中觀察到最豐富的Nocardioidaceae、Polyangiaceae（科）和（屬）（圖3），可以產(chǎn)生抗生素和降解的纖維素[44]。而a3處理下最豐富的是（屬）和（科），（屬）可以產(chǎn)生有機營養(yǎng)素、發(fā)酵有機酸、蛋白質(zhì)提取物和一些碳水化合物。此外，本試驗結(jié)果表明，蚯蚓糞有機肥的施用會影響土壤微生物活動，從而影響土壤和植物生長的一系列活動。施用不同水平的菌渣有機肥后，科水平的和屬水平的在b1富集，LEfSe的分析則表明在b3處理下土壤的生物菌群最為豐富（圖3）。并且這些微生物進化枝（、、和）都與纖維素降解、呼吸代謝和碳水化合物的合成密切相關(guān)[45]。假單胞菌（）具有分解蛋白質(zhì)和脂肪的能力，迅速分解土壤中的腐殖質(zhì)，可為植物提供養(yǎng)分[46]。本試驗研究結(jié)果表明，施用有機肥可以促進有機物的分解，并影響土壤微生物區(qū)系。

此外，有機肥對土壤影響引起的環(huán)境因素變化對群落中不同微生物群的貢獻不同（圖4）。許多研究還表明，土壤環(huán)境因素影響微生物群落結(jié)構(gòu)[32,47-48]。例如，WEI等[49]根據(jù)35年的糞肥和化肥施用試驗，結(jié)果表明SOC和TN是影響微生物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因素。然而，WANG等[50]表明土壤pH、有機質(zhì)和有效磷含量是影響玉米根際細(xì)菌群落的重要因素。本試驗中，RDA揭示了全鉀、有效氮、有效鉀和有機質(zhì)是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和組成的關(guān)鍵因素（圖4，表3）。說明施用蚯蚓糞和菌渣增加了有效養(yǎng)分和有機質(zhì)含量的同時也影響細(xì)菌群落的組成，而氮和有機質(zhì)作為土壤微生物的主要能源，對塑造細(xì)菌群落至關(guān)重要。

4 結(jié)論

在羊草草原土壤中，施用45 t·hm-2蚯蚓糞和菌渣有機肥不僅增加了土壤有效磷和有效鉀含量，而且提高了羊草草原土壤細(xì)菌群落的Ace指數(shù)、地上生物量和放線菌的豐度。蚯蚓糞和菌渣有機肥在45 t·hm-2施肥量下對羊草草原的改良效果最好和產(chǎn)量最高。然而，有機肥長期施用對土壤有效養(yǎng)分和菌群的具體影響機制還有待進一步深入研究。

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Effects of Organic Fertilizer on Soil Bacterial Community Diversity inSteppe

SHANG LiRong, WAN LiQiang, LI XiangLin

(Institute of Animal Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193)

【】In order to provide a practical and scientific basis for improvement, restoration and reasonable use of degraded grassland, the effects of different organic fertilizers on soil nutrient status and soil bacterial diversity were revealed in the naturalsteppe degraded grassland in Hulunbeier. 【】The field experiments were designed by single factor randomized block design, and the seven treatments were as follows: the control (ck), vermicompost 15 t·hm-2(a1), 30 t·hm-2(a2), 45 t·hm-2(a3), mushroom residues 15 t·hm-2(b1), 30 t·hm-2(b2), 45 t·hm-2(b3). Combined with the physical and chemical properties of soil, this study used the high-throughput sequencing technology of Miseq to analyze the effects of different organic fertilizer treatments on the diversity of soil bacterial communities, and to explore the environmental drivers of bacterial community changes under different organic fertilizer treatments. 【】The results showed that organic fertilization improved the soil nutrient status and shaped the distinct bacterial communities. Compared with ck, the AP content increased significantly by 37.27% under a3 treatment. AK content under b3 and a3 treatments increased significantly by 62.99% and 40.53% compared with the control, respectively. And aboveground biomass was significantly higher than other treatments under b3 treatment (244.11 g·m-2). Moreover, vermincompost and mushroom residues fertilizers significantly increased the richness of the bacterial community. Compared with ck, the richness index increased significantly under a1 and b2 treatments. At the phylum level, a total of 31 taxa were obtained from 21 samples. Actinobacteria, Proteobacteria, Acidobacteria, Verrucomicrobia and Chloroflexi were the dominant groups, and relative abundances account for the bacterial community 85% or more. Actinomycetes were the most abundant under a2 treatment (36.79%). Proteobacteria was higher under b1 and b3 treatments (23.29% and 22.32%, resptectively). Acidobacteria was the highest under a1 treatment (20.69%). And LEfSe showed that more bacterial taxonomic groups were detected under b3 treatment (17 clades, 1 class, 1 order, 4 families and 11 genera). In addition, AN (=0.001), AK (=0.005), and SOM (=0.006) had extremely significant effects on the composition of bacterial communities in the soil (＜0.01), while TK (=0.014) had not. The composition of soil bacterial community had a significant effect (＜0.05). It showed that AN, AK, SOM and TK were the main driving factors of bacterial community.【】Organic fertilizer changed the soil bacterial community structure insteppe. Our results indicated vermicompost and mushroom residues at 45 t·hm-2increased available nutrient content, but also enhanced the biodiversity of soil bacterial communities in the grasslands of, which contributed to the sustainable development of grassland agro-ecosystems.

organic fertilizer; soil nutrient; soil bacterial community;steppe

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.13.010

2019-08-12；

2019-12-25

國家重點研發(fā)計劃（2016YFC0500608-2）、國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-34）

商麗榮，E-mail：slr2738156002@163.com。通信作者萬里強，Tel：13264058879；E-mail：wanliqiang@caas.cn。通信作者李向林，Tel：13501062212；E-mail：lxl@caas.cn

（責(zé)任編輯 林鑒非，李云霞）