氮輸入對庫爾勒香梨園土壤細菌群落的影響

摘 要：【目的】為梨園的合理施肥及可持續健康發展提供參考?！痉椒ā恳詭鞝柪障憷鎴@0 ～ 20 cm 土層土壤樣品為材料，通過分析細菌群落物種組成的相對豐度、α 多樣性指數，研究了0、150、300、450 kg/hm2 共4個施氮水平對庫爾勒香梨園土壤細菌群落的影響?！窘Y果】電導率、碳氮比、全氮含量及硝態氮含量對門水平細菌群落的影響達顯著水平，硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、全碳含量、碳氮比及電導率對屬水平細菌群落的影響達顯著水平。施用氮肥后，放線菌門Actinobacteria、類諾卡氏屬Nocardioides 的相對豐度有所下降，且與土壤氮養分含量以及pH 值顯著或極顯著負相關；施用氮肥后，厚壁菌門Firmicutes、異常球菌- 棲熱菌門Deinococcus-Thermus、己科河菌門Rokubacteria、A4b、動孢菌屬Kineosporia 的相對豐度有所增加，芽孢桿菌屬Bacillus、鹽單胞菌屬Halomonas 在膨果期的相對豐度在施用氮肥后有所增加，其中己科河菌門的相對豐度與土壤碳氮養分含量以及pH 值有顯著或極顯著相關性，A4b 的相對豐度與有機碳含量顯著或極顯著正相關，動孢菌屬的相對豐度與土壤氮養分含量以及pH 值顯著或極顯著正相關，芽孢桿菌屬的相對豐度與全氮含量、銨態氮含量顯著正相關；綠彎菌門Chloroflexi 以及在膨果期的酸桿菌門Acidobacteria、考克氏菌屬Kocuria、游球菌屬Planococcus 的相對豐度隨施氮量的增加呈先增加、后降低的趨勢，綠彎菌門、酸桿菌門的相對豐度與有機碳含量顯著或極顯著正相關。在膨果期，隨施氮量的增加，細菌群落的Pielou 均勻度指數、Shannon 指數均表現為先增加、后降低的趨勢，300 kg/hm2 處理下最高；各處理Chao1 指數和Observed species 指數均表現為在成熟期最高。相關性分析結果表明細菌群落多樣性主要受氮組分含量、有機碳含量以及pH 值的影響。【結論】添加氮肥可以影響土壤細菌群落的組成及其多樣性，因此適當控制氮素的供給以及調節土壤碳氮比、pH 值等，可改善土壤微生物群落結構，維持土壤品質的穩定和微生物區系的健康。

關鍵詞：庫爾勒香梨；施氮量；細菌群落；土壤養分

中圖分類號：S661.2 文獻標志碼：A 文章編號：1003—8981（2024）01—0247—19

土壤微生物是土壤生態系統中的重要部分，在物質循環和營養元素轉化過程中發揮重要作用[1-2]，是體現土壤品質與健康水平的重要因素[3]。在微生物群落的組裝過程中，環境因素（如pH 值以及土壤有機質、速效氮等養分狀況）起到了十分重要的作用[2，4-6]，是導致微生物群落結構發生變化的主要原因之一[7]。施肥方式可直接或間接改變農田生態系統的養分供應狀況，從而對土壤的生物學特性產生影響[8]。因此，通過施肥調控土壤微生物群落結構可有效改善果園土壤肥力狀況。

在植物生長發育過程中氮素是必不可少的元素之一[9]，且氮素與土壤微生物群落活動以及結構變化緊密相關[8]。添加氮素會增加土壤微生物多樣性[10-11]，但隨施氮水平提高，微生物多樣性呈下降趨勢[8，12]。長期過量添加氮素會降低微生物數量，改變群落結構[13]。但也有研究結果表明，不同施肥措施下土壤微生物群落多樣性受到的影響較小，短期添加氮素并未顯著影響土壤微生物的代謝能力和植物生產力[14-15]。

庫爾勒香梨Pyrus brestschneideri 為中國新疆特有梨樹品種，近年來其種植面積不斷擴大[16-17]。過量施用氮肥是中國梨農的普遍做法，導致了梨樹和土壤的氮素過量[18-19]。雖然施氮可以提高產量，但是過量施用在一定程度上為土壤生態環境帶來潛在的威脅[20]，如導致土壤微生物多樣性減少[21]、土壤養分狀況惡化、環境污染加劇等[8，13]，嚴重制約了庫爾勒香梨產業的可持續發展。目前，有關不同施氮量條件下庫爾勒香梨園土壤細菌群落結構的變化及其與土壤理化性質相關性的研究鮮見報道。本研究中以6 ～ 8 a 樹齡的庫爾勒香梨為試驗對象，設置4 個施氮水平，采用高通量測序技術，研究施氮量對庫爾勒香梨園土壤細菌群落結構組成及其多樣性的影響，探討土壤細菌群落結構變化與土壤理化性質的相關性，旨在了解施氮量對庫爾勒香梨園土壤生態環境的影響，優化庫爾勒香梨園施肥措施，為推進庫爾勒香梨產業可持續健康發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于新疆巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市南郊阿瓦提農場（86°07′12″E，41°40′28″N）庫爾勒香梨園，海拔902 m，為暖溫帶大陸性干旱氣候。該地區的年平均氣溫10.5 ～ 11.8 ℃，年降水量50 ～ 55 mm，年均日照達2 800 ～ 3 000 h，日照總輻射量為5 700 ～ 6 400 MJ/cm2，有效積溫4 100 ～ 4 400 ℃，無霜期210 ～ 239 d。試驗區土壤類型為草甸土（土壤質地偏砂質），土壤中有機質含量14.11 g/kg、堿解氮含量53.82 mg/kg、有效磷含量22.75 mg/kg、速效鉀含量217 mg/kg，pH 值7.84。樹齡為6 ～ 8 a，株行距為2 m×4 m，1 125 株/hm2。

1.2 試驗設計

2019—2021 年，挑選無病害且果實發育正常的36 棵健康果樹作為樣株并標記。設置4 個施氮處理，分別為不施氮（N0）、低氮量（N1）、中氮量（N2）和高氮量（N3），具體的施肥方案見表1。單株視為1 次重復，重復9 次。

氮肥（尿素，含N 量46%），于萌芽前期基施60% 的施用量（N0 處理除外），于果實膨大前期（5 月30—6 月1 日）追施其余40% 的施用量。磷肥（重過磷酸鈣，含P2O5 量46%）和鉀肥（硫酸鉀，含K2O 量51%）均于萌芽前期基施。施基肥與追肥均采用環狀溝施法（20 ～ 40 cm），施肥后各處理均進行常規田間管理，不同處理的生長條件與其他栽培管理保持一致。

1.3 土樣采集與處理

于2021 年的庫爾勒香梨坐果期（6 月1 日施肥前）、膨果期（8 月1 日）、成熟期（9 月15 日）采集土壤樣品。每個處理采集3 棵果樹的土樣，采集土樣時，先去除地表凋落物，然后分別在施肥溝兩側用土鉆法采集0 ～ 20 cm 土層土樣，將施肥溝兩側同層土樣混合為1 個土樣，將土樣經初步破碎并混勻后，保存于封口的自封袋中，并放入盛有干冰的保鮮箱中，運回實驗室。將土壤樣品去除植物根系和大的石塊后，過2 mm 篩混勻。將所有樣品分為2 個部分，一部分放于4 ℃冰箱中保存，并在1 周內送至上海派森諾生物科技有限公司用于測定土壤細菌群落各項指標，另一部分用于土壤理化指標測定。

1.4 測定方法

全碳含量使用元素分析儀測定；有機碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定；全氮含量采用半微量凱氏法測定；采用2 mol/L 氯化鉀溶液浸提后，使用流動分析儀測定銨態氮和硝態氮含量；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；pH 值采用pH 計測定（水土質量比為2.5∶1）；電導率使用電導儀測定[22]。無機碳含量為全碳含量與有機碳含量的差值；碳氮比為有機碳含量與全氮含量的比值。

土壤DNA 提取與PCR 擴增以及高通量16SrRNA 基因測序分析均由上海派森諾生物科技有限公司完成。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 2019 軟件對土壤理化性質數據進行統計分析。運用QIIME2 2019.4、R 語言軟件進行物種組成的相對豐度、α 多樣性指數分析，以及基于Bray-Curtis 距離矩陣進行PCoA 分析。用Kruskal-Wallis 檢驗及Dunn’s 事后檢驗，對不同處理間的物種組成相對豐度及α 多樣性指數進行比較，并進行顯著性標記。在Genescloud 平臺（https：//www.genescloud.cn）進行土壤理化性質與細菌群落α 多樣性指數的相關性分析、土壤理化性質與細菌門（屬）水平優勢物種相對豐度的相關性分析、土壤理化性質對細菌群落結構影響的冗余分析（redundancy analysis，RDA），并繪圖。

2 結果與分析

2.1 施氮對土壤細菌群落的影響

2.1.1 細菌群落門水平結構

挑選相對豐度在前10 位的菌門來分析土壤細菌群落組成的變化（ 圖1）。其中：放線菌門Actinobacteria 的相對豐度最高， 為25% ～ 40%，變形菌門Proteobacteria 的相對豐度為30% ～ 37%，厚壁菌門Firmicutes 的相對豐度為9% ～ 11%，綠彎菌門Chloroflexi 的相對豐度為5% ～ 10%，酸桿菌門Acidobacteria、芽單胞菌門Gemmatimonadetes、擬桿菌門Bacteroidetes 的相對豐度也能夠維持在大于1% 的水平，其余菌門相對豐度均在1% 以下。

由圖1 可以看出：與N0 處理相比，施用氮肥后放線菌門的相對豐度整體表現為不同程度上的下降，坐果期N1、N2 處理除外；與N0 處理相比，施用氮肥后厚壁菌門的相對豐度整體上有所增加，其中在膨果期N1 處理較N0 處理顯著增加了258.9%（P ＜ 0.05），N2、N3 處理較N0 處理分別增加了23.3%、24.7%；綠彎菌門的相對豐度整體表現為隨氮肥施用量的增加先增加后減小，在坐果期、膨果期、成熟期3 個時期均表現為N2處理下的相對豐度最高，且較N0 處理分別增加了40.0%、59.1%、55.0%； 在膨果期N2、N3 處理的土壤酸桿菌門的相對豐度較N0 處理均有所提高，其中N2 處理的相對豐度最高，且較N1 處理顯著增加了310.2%（P ＜ 0.05），較N0 處理增加了152.9%；異常球菌- 棲熱菌門Deinococcus-Thermus 整體表現為施用氮肥后相對豐度較N0 處理有一定程度的增加，其中在坐果期N3 處理較N0 處理顯著增加了512.8%（P ＜ 0.05）；己科河菌門Rokubacteria 整體表現為施用氮肥后相對豐度較N0 處理有一定程度的增加，其中在膨果期N2 處理的相對豐度最高，較N0 處理顯著增加了335.4%（P ＜ 0.05），N1、N3 處理較N0 處理分別增加了83.2%、241.8%。

2.1.2 細菌群落屬水平結構

挑選相對豐度排名在前20 位的菌屬來分析土壤細菌群落組成的變化（圖2）。相對豐度大于1% 的屬共有12 個，其中芽孢桿菌屬Bacillus 的相對豐度為2% ～ 7%，鹽單胞菌屬Halomonas、考克氏菌屬Kocuria、溶桿菌屬Lysobacter 的相對豐度為2% 左右，A4b、動孢菌屬Kineosporia、Subgroup_6、類諾卡氏屬Nocardioides、KD4-96、海桿菌屬Marinobacter、游球菌屬Planococcus、四折疊球菌屬Quadrisphaera 的相對豐度維持在大于1% 的水平，其余菌屬的相對豐度均在1% 以下。

在坐果期、膨果期、成熟期3 個時期中，各施氮處理部分菌屬的變化主要體現在膨果期：芽孢桿菌屬的相對豐度表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加，N1 處理較N0 處理顯著增加了338.5%（P ＜ 0.05），N2 處理、N3 處理較N0 處理分別增加了108.1%、183.0%；鹽單胞菌屬的相對豐度表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加，N1 處理較N0 處理顯著增加了1 203.9%（P ＜ 0.05），N2 處理、N3 處理較N0 處理分別增加了81.1%、82.0%；考克氏菌屬的相對豐度表現為N1 處理、N2處理較N0 處理分別增加了90.8%、57.8%，N3處理較N1 處理顯著降低了64.2%（P ＜ 0.05）；游球菌屬的相對豐度表現為N3 處理較N1 處理顯著降低了97.9%（P ＜ 0.05），較N0 處理、N2 處理分別降低了23.5%、25.6%。

類諾卡氏屬的相對豐度在各時期均表現為施用氮肥后較N0 處理有所降低，其中在膨果期N1處理較N0 處理顯著降低了65.3%（P ＜ 0.05），N2 處理、N3 處理較N0 處理分別降低了56.2%、52.8%；A4b 的相對豐度在各時期整體表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加；動孢菌屬的相對豐度在各時期整體表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加（膨果期、成熟期的N2 處理除外），主要體現在坐果期施氮處理較N0 處理分別增加了167.3%、226.6%、168.0%；溶桿菌屬在坐果期表現為施用氮肥后較N0 處理有所降低，在膨果期表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加（N1 處理除外）。

2.1.3 細菌群落α 多樣性

細菌群落α 多樣性指數分析結果表明，細菌16S-rRNA 測序文庫覆蓋度整體在90% 以上，表明各處理測序數據達到飽和，其結果能反映真實樣本條件（圖3）。各施肥處理間細菌群落α 多樣性的變化主要體現在膨果期，其中該時期的Pielou均勻度指數、Shannon 指數均表現為N2 處理下最高， 較N1 處理分別顯著增加了5.9%、7.9%（P ＜ 0.05），較N0 處理分別增加了2.2%、1.6%，說明在N2 處理下細菌群落更均勻，多樣性更高。各處理的Chao1 和Observed species 指數均表現為在成熟期最高；在N0 處理、N1 處理下Pielou均勻度指數、Shannon 和Simpson 指數也表現為在成熟期最高，其中N0 處理下Pielou 均勻度指數、Shannon 指數和Simpson 指數較坐果期分別顯著增加了9.6%、12.7%、0.3%（P ＜ 0.05）。Goodcoverage 指數間的差異無顯著性。

為進一步分析微生物群落結構的差異，使用Bray-Curtis 距離算法來進行PCoA 分析（圖4）。從圖4 可以看出，坐果期、膨果期以及成熟期主坐標成分的最大解釋度分別是19.3%、30.9%、18.0%，不同氮添加濃度下土壤細菌群落存在部分分異，但是其相異度未達顯著水平。采用Permanova檢驗方法進行組間差異分析，結果表明3 個時期下各施肥處理間均無顯著差異：在坐果期，P（N0-N1）=0.10，P（N0-N2）=0.10，P（N0-N3）=0.11，P（N1-N2）=0.10，P（N1-N3）=0.10，P（N2-N3）=0.10；在膨果期，P（N0-N1）=0.12，P（N0-N2）=0.11，P（N0-N3）=0.10，P（N1-N2）=0.10，P（N1-N3）=0.10，P（N2-N3）=0.09； 在成熟期，P（N0-N1）=0.08，P（N0-N2）=0.08，P（N0-N3）=0.22，P（N1-N2）=0.10，P（N1-N3）=0.31，P（N2-N3）=0.10。由此可知，氮添加對細菌群落結構無顯著影響，3 個生育期的土壤樣品均較為分散，說明施氮水平對樣品菌落組成結構的影響較弱。

2.2 土壤細菌群落與土壤理化性質的相關性

2.2.1 細菌群落α 多樣性與土壤理化性質的相關性

庫爾勒香梨園土壤理化性質測定結果見表2。

對土壤理化指標與細菌群落α 多樣性指數進行相關性分析，結果見表3。在坐果期：Simpson指數與全氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量顯著正相關（P＜ 0.05），與pH 值極顯著正相關（P＜ 0.01），與碳氮比顯著負相關（P ＜ 0.05）；Pielou 均勻度指數與pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）。在膨果期，Simpson 指數與硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、有機碳含量、全碳含量以及pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）。在成熟期，Chao1 指數、Observed species 指數均與有機碳含量顯著負相關（P ＜ 0.05），Good’s coverage 指數與有機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05）。

2.2.2 細菌群落優勢物種（門水平）與土壤理化性質的相關性

冗余分析結果顯示（圖5），在坐果期、膨果期、成熟期，土壤理化性質分別解釋了門水平細菌群落變異的94.4%、82.2%、85.5%。其中：坐果期電導率對門水平細菌群落的影響達顯著水平（P ＜ 0.05）；膨果期碳氮比對門水平細菌群落的影響達極顯著水平（P ＜ 0.01），全氮含量及硝態氮含量對門水平細菌群落的影響達顯著水平（P ＜ 0.05）。

將相對豐度排名前10 位細菌菌門的相對豐度與土壤理化性質指標進行相關性分析，結果見表4。在坐果期：放線菌門的相對豐度與電導率極顯著負相關（P ＜ 0.01）；變形菌門的相對豐度與電導率顯著正相關（P ＜ 0.05）；綠彎菌門的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01）；酸桿菌門的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜0.01），與無機碳含量極顯著負相關（P ＜ 0.01）；芽單胞菌門的相對豐度與無機碳含量顯著負相關（P ＜ 0.05）；擬桿菌門的相對豐度與無機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與電導率顯著正相關（P ＜ 0.05）；己科河菌門的相對豐度與有機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05），與無機碳含量極顯著負相關（P ＜ 0.01）；異常球菌- 棲熱菌門的相對豐度與無機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與硝態氮含量、電導率顯著正相關（P ＜ 0.05）。

在膨果期：放線菌門的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、全碳含量、無機碳含量極顯著負相關（P ＜ 0.01），與堿解氮含量、pH 值顯著負相關（P ＜ 0.05）；綠彎菌門的相對豐度與有機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05）；酸桿菌門的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）；芽單胞菌門的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、全碳含量以及pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）；己科河菌門的相對豐度與有機碳含量、全碳含量以及pH 值極顯著正相關（P ＜ 0.01），與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量以及無機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05）；Patescibacteria 的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、無機碳含量、全碳含量以及pH 值極顯著負相關（P ＜ 0.01）。

在成熟期：放線菌門的相對豐度與硝態氮含量、堿解氮含量、pH 值以及電導率顯著負相關（P ＜ 0.05）；變形菌門的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量以及pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）；綠彎菌門、Patescibacteria 的相對豐度與有機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05）。

2.2.3 細菌群落優勢物種（屬水平）與土壤理化性質的相關性

冗余分析結果顯示（圖6），在坐果期、膨果期、成熟期，土壤理化性質分別解釋了屬水平細菌群落變異的74.7%、88.7%、92.7%。其中，坐果期硝態氮含量、堿解氮含量、碳氮比及電導率對細菌屬水平群落的影響達顯著水平（P ＜ 0.05），膨果期硝態氮含量、銨態氮含量、全碳含量以及碳氮比對細菌屬水平群落的影響達顯著水平（P ＜ 0.05）。

將相對豐度排名前12 位菌屬的相對豐度與土壤理化性質指標進行相關性分析，結果見表5。在坐果期：溶桿菌屬的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量極顯著負相關（P ＜0.01），與全碳含量、pH 值顯著負相關（P ＜ 0.05）；A4b 的相對豐度與有機碳含量顯著正相關（P ＜0.05）；動孢菌屬的相對豐度與全氮含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與硝態氮含量、堿解氮含量、pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）；Subgroup 6 的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與無機碳含量極顯著負相關（P ＜ 0.01）；類諾卡氏屬的相對豐度與硝態氮含量顯著負相關（P ＜0.05）；KD4-96 的相對豐度與無機碳含量極顯著負相關（P ＜ 0.01），與全氮含量、堿解氮含量以及pH 值顯著負相關（P ＜ 0.05）；海桿菌屬的相對豐度與硝態氮含量、堿解氮含量顯著正相關（P ＜ 0.05）；四折疊球菌屬的相對豐度與全氮含量及堿解氮含量顯著正相關（P ＜ 0.05）。

在膨果期：芽孢桿菌屬的相對豐度與全氮含量、銨態氮含量以及無機碳含量顯著正相關（P ＜0.05）；溶桿菌屬的相對豐度與硝態氮含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與堿解氮含量顯著正相關（P ＜ 0.05）；A4b 的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01）；Subgroup 6 的相對豐度與有機碳含量以及pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）；類諾卡氏屬的相對豐度與全氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、無機碳含量、全碳含量以及pH 值極顯著負相關（P ＜ 0.01），與硝態氮含量顯著負相關（P ＜ 0.05）。

在成熟期：A4b 的相對豐度與有機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05）；類諾卡氏屬的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、全碳含量以及pH 值極顯著負相關（P ＜ 0.01），與無機碳含量及電導率顯著負相關（P ＜ 0.05）；KD4-96 的相對豐度與無機碳含量及全碳含量顯著負相關（P ＜ 0.05）。

3 結論與討論

土壤理化性狀能顯著影響微生物的群落組成：電導率、碳氮比、全氮含量及硝態氮含量對門水平細菌群落的影響達顯著水平；硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、全碳含量、碳氮比及電導率對屬水平細菌群落的影響達顯著水平。在土壤中放線菌門、類諾卡氏屬相對豐度的變化受到土壤氮含量的影響，增加土壤氮含量會導致其降低；施用氮肥后，厚壁菌門、異常球菌- 棲熱菌門、己科河菌門、A4b、動孢菌屬的相對豐度有所增加，芽孢桿菌屬、鹽單胞菌屬在膨果期的相對豐度有所增加；綠彎菌門以及在膨果期的酸桿菌門、考克氏菌屬、游球菌屬的相對豐度隨施氮量的增加呈先增加、后降低的趨勢，說明適量施氮（N2 處理）可以增加其豐度。各施肥處理間細菌群落α 多樣性的變化主要體現在膨果期，其中Pielou 均勻度指數、Shannon 指數均表現為隨施氮量的增加先增加、后降低的趨勢，N2 處理下最高，說明在N2 處理下細菌群落更均勻，多樣性更高，適量施氮可以增加細菌群落多樣性。各處理Chao1指數和Observed species 指數均表現為在成熟期最高，說明在香梨生長后期細菌群落更均勻，多樣性更高。相關性分析結果表明，細菌群落多樣性主要受氮組分含量、有機碳含量以及pH 值的影響。綜上所述，添加氮肥可以影響土壤細菌群落的組成和α 多樣性。因此，為了維持土壤品質的穩定和微生物區系的健康，應控制氮素的供給以及調節土壤碳氮比、pH 值等。

3.1 施氮對土壤細菌群落組成（門水平）的影響

各處理下土壤細菌優勢菌門（平均豐度大于1%）為放線菌門、變形菌門、厚壁菌門、綠彎菌門、酸桿菌門、芽單胞菌門、擬桿菌門。其中相對豐度最大的有放線菌門（25% ～ 40%）、變形菌門（30% ～ 37%），這與以往學者的研究結果一致[23-26]。但相對豐度的差異較大，這可能是因為農田土壤質地和作物類型不同[27]。

在富含營養的環境中，放線菌門的生長速率多會加快，從而有利于土壤中營養物質的積累，促進其他富營養型細菌的活動[14]。但也有研究結果表明，放線菌門在土壤中具有較強的耐脅迫能力，對貧瘠環境有較強的適應能力，適宜在養分含量較低的環境中繁殖[25，28-29]，這可能是因為在不同的土壤環境條件下，放線菌門對養分的需求不同。本研究中，放線菌門的相對豐度整體表現為施用氮肥處理較N0 處理在不同程度上有所下降（坐果期N1 處理、N2 處理除外）。李金融等[30] 經研究發現，放線菌門在養分、水分含量較低的環境中生長較好，并與土壤養分含量表現為負相關。本研究中，各時期土壤氮養分含量均表現為隨施氮量增加而增加。在膨果期放線菌門的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、全碳含量、無機碳含量極顯著負相關（P ＜ 0.01），與堿解氮含量、pH 值顯著負相關（P ＜ 0.05）；在成熟期放線菌門的相對豐度與硝態氮含量、堿解氮含量、pH 值以及電導率顯著負相關（P ＜ 0.05）。說明施用氮肥可能會使土壤中放線菌門的相對豐度有所下降，同時說明放線菌門的相對豐度與土壤氮養分含量的關系密切，并且對氮素循環有重要的作用[31]。

變形菌門是微生物中物種最為豐富的菌門，提高變形菌門的豐度對土壤氮素有效轉化有促進作用[32]，而氮循環直接影響土壤pH 值[33]，變形菌門中的細菌多喜好富含營養的生存環境，且與土壤碳循環有關[34]。本研究中，在庫爾勒香梨果實成熟期，土壤中變形菌門的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量以及pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05），說明變形菌門的相對豐度與土壤氮養分含量及pH值關系密切。

厚壁菌門、綠彎菌門、酸桿菌門的相對豐度均表現為施氮處理較N0 處理有所增加，其中膨果期厚壁菌門的相對豐度表現為在N1 處理下最高，酸桿菌門的相對豐度表現為在N2 處理下最高，綠彎菌門的相對豐度在3 個時期均表現為在N2 處理下最高。厚壁菌門、酸桿菌門二者在養分循環和有機物降解中有至關重要的作用[35-37]，其中：厚壁菌是用來檢測糞便污染的標志物[38]，在有機物分解過程中扮演著重要的角色，對纖維素降解有加速效果，并且對土壤碳循環具有積極的促進作用；酸桿菌在非根際土壤樣品中可形成大量種群[35]。綠彎菌為異養寡養菌，具備將大分子有機物降解為小分子有機物的能力，并且可以在中性pH 值環境中旺盛生長[39]。相關分析結果表明：在坐果期，綠彎菌門的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），酸桿菌門的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01）；在膨果期，綠彎菌門的相對豐度與有機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05），酸桿菌門的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01）；在成熟期，綠彎菌門的相對豐度與有機碳含量顯著正相關（P＜ 0.05）。說明綠彎菌門、酸桿菌門的相對豐度與土壤有機碳含量關系密切，在養分循環中有至關重要的作用。

施用氮肥后，己科河菌門的相對豐度整體表現為較N0 處理有一定程度的增加，其中膨果期N2 處理相對豐度最高。相關分析結果表明：在坐果期，己科河菌門的相對豐度與有機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05），與無機碳含量極顯著負相關（P ＜ 0.01）；在膨果期，己科河菌門的相對豐度與有機碳含量、全碳含量以及pH 值極顯著正相關（P ＜ 0.01），與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量以及無機碳含量顯著正相關（P ＜ 0.05）。說明己科河菌門與土壤碳、氮養分關系密切，在養分循環中同樣有至關重要的作用。綜上所述，各時期土壤氮養分含量均表現為隨施氮量增加而增加，同時部分菌門的相對豐度隨施氮量的增加呈先增加、后降低的趨勢，說明適量施氮，增加土壤氮養分含量，可以增加部分菌門的相對豐度，但繼續增施氮肥可能會使其相對豐度有所下降。

通過相關性分析還發現：在坐果期，擬桿菌門的相對豐度與無機碳含量極顯著正相關（P ＜0.01），異常球菌- 棲熱菌門的相對豐度與無機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01）；在膨果期，芽單胞菌門的相對豐度與有機碳含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），Patescibacteria 的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、無機碳含量、全碳含量以及pH 值極顯著負相關（P ＜ 0.01）。進一步說明細菌群落組成受土壤養分含量的影響較多，添加氮肥可能通過影響土壤理化性質，來改變土壤細菌群落組成。本研究中與pH 值相關的細菌群落優勢物種（門水平）較多：放線菌門的相對豐度與pH 值顯著負相關；變形菌門、己科河菌門、酸桿菌門、芽單胞菌門的相對豐度與pH 值顯著或極顯著正相關。前人的研究結果表明，pH 值是對土壤微生物群落結構具有重要影響的理化因素之一[40]，與本研究結果相似。

3.2 施氮對土壤細菌群落組成（屬水平）的影響

各處理下土壤細菌優勢菌屬（平均豐度大于1%）共有12 個，其中相對豐度最大的是芽孢桿菌屬，其相對豐度為2% ～ 7%，鹽單胞菌屬、考克氏菌屬、溶桿菌屬的相對豐度為2% 左右。A4b、動孢菌屬、Subgroup 6、類諾卡氏屬、KD4-96、海桿菌屬、游球菌屬、四折疊球菌屬的相對豐度能夠維持在大于1% 的水平，其余菌屬的相對豐度均在1% 以下。

在坐果期、膨果期、成熟期3 個時期中，各施氮處理部分菌屬的變化主要體現在膨果期，其中芽孢桿菌屬、鹽單胞菌屬、考克氏菌屬的相對豐度表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加。芽孢桿菌屬為革蘭氏陽性菌，芽孢的生成使其對高溫、紫外線、電離輻射等多種環境壓力具備較強的抵抗力[41]，生長溫度為4 ～ 70 ℃ [42-43]，在極堿和強酸環境（耐受pH 值2 ～ 11[44-45]）中均可良好生長。本研究中，在膨果期，芽孢桿菌屬的相對豐度表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加，N1 處理較N0 處理顯著增加了338.5%，N2處理、N3 處理較N0 處理分別增加了108.1%、183.0%。相關性分析結果表明，在膨果期芽孢桿菌屬的相對豐度與全氮含量、銨態氮含量顯著正相關（P ＜ 0.05），說明施用氮肥，提高土壤養分含量，可以增加土壤中芽孢桿菌屬的相對豐度。芽孢桿菌屬為根際促生菌，其在土壤養分轉化過程中以及病菌拮抗中起到重要的調控作用[46-49]。

類諾卡氏屬細菌分布廣泛，其中海洋環境來源最多，其次是根際土壤環境，其細胞革蘭氏染色陽性，菌株生長過程中需要氧氣，不耐受酸性環境，喜中等溫度，更適應中性pH 值環境，具有一定的耐鹽性，并且能夠將多種有機化合物當作碳源[50]。本研究中類諾卡氏屬的相對豐度在各時期均表現為施用氮肥后較N0 處理有所降低。相關性分析結果表明：坐果期，類諾卡氏屬的相對豐度與硝態氮含量顯著負相關（P ＜ 0.05）；在膨果期，類諾卡氏屬的相對豐度與全氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、無機碳含量、全碳含量以及pH 值極顯著負相關（P ＜ 0.01），與硝態氮含量顯著負相關（P ＜ 0.05）；在成熟期，類諾卡氏屬的相對豐度與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量、全碳含量以及pH 值極顯著負相關（P ＜ 0.01）。說明土壤中類諾卡氏屬相對豐度的變化受到土壤氮含量的影響，增加土壤氮含量可能會導致其相對豐度的降低。

溶桿菌屬細菌，可以對線蟲和植物病害發揮生物防控作用[51]，并且具備滑動性以及溶菌活性等獨特的能力，以上特點使溶桿菌屬細菌在生物防治病原菌及線蟲方面具備強大的優勢[51]。本研究中，在坐果期溶桿菌屬的相對豐度表現為施用氮肥后較N0 處理有所降低，其與全氮含量、硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量極顯著負相關（P ＜ 0.01），與全碳含量、pH 值顯著負相關（P ＜ 0.05）；在膨果期，溶桿菌屬的相對豐度表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加（N1 處理除外），其與硝態氮含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與堿解氮含量顯著正相關（P ＜ 0.05）。說明土壤中溶桿菌屬相對豐度的變化可能受到土壤氮含量的影響。在果樹生育期內土壤溶桿菌屬相對豐度的變化存在差異，可能是因為坐果期與膨果期這2個時期土壤環境（如溫度、水分含量等）不同，同時在旺盛生長期，土壤微生物對土壤養分的分解和代謝加快，根系生長代謝旺盛，根系分泌物增多，釋放土壤養分，可促進微生物繁殖，其具體原因有待進一步深入研究。

本研究中A4b 的相對豐度在各時期整體表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加，動孢菌屬的相對豐度在各時期整體表現為施用氮肥后較N0 處理有所增加（膨果期、成熟期N2 處理除外）。通過相關性分析發現：A4b 的相對豐度在各時期均與有機碳含量顯著或極顯著正相關；動孢菌屬的相對豐度在坐果期與全氮含量極顯著正相關（P ＜ 0.01），與硝態氮含量、堿解氮含量、pH值顯著正相關（P ＜ 0.05）。這進一步說明細菌群落組成受土壤養分的影響較多，添加氮肥可能通過影響土壤理化性質，改變土壤細菌群落組成。本研究中與土壤pH 值相關的土壤細菌群落優勢物種（屬水平）較多：溶桿菌屬、KD4-96、類諾卡氏屬的相對豐度與pH 值顯著或極顯著負相關；動孢菌屬、Subgroup 6 的相對豐度與pH 值顯著正相關。前人的研究結果表明，pH 值是對土壤微生物群落結構具有重要影響的理化因素之一[40]，與本研究結果相似。

3.3 施氮對土壤細菌群落多樣性的影響

已有大量關于添加氮后土壤微生物多樣性變化的研究報道，但不同的施肥模式對土壤微生物群落多樣性指數有不同的影響。本研究結果顯示，各施肥處理間細菌群落α 多樣性的變化主要體現在膨果期，在其余各時期無顯著差異，在膨果期Pielou 均勻度指數、Shannon 指數均表現為隨施氮量增加先增加、后降低的趨勢，均為N2 處理下最高，各時期土壤氮養分含量均表現為隨施氮量增加而增加，說明適量施氮，增加土壤氮養分含量，可以增加細菌群落的多樣性，但繼續增施氮肥，增加土壤氮養分含量，可能會使細菌群落多樣性有所下降，適量施氮可以增加細菌多樣性。在坐果期、膨果期、成熟期3 個時期中，各處理Chao1指數和Observed species 指數均表現為在成熟期最高，在N0 處理、N1 處理下Pielou 均勻度指數、Shannon 指數和Simpson 指數也表現為在成熟期最高?？赡苁且驗樵谕⑸L期，梨樹對養分的需求量增加，微生物對土壤養分的分解和代謝加快；同時，香梨果實生長后期，土壤溫度回升，大分子有機物分解，根系生長迅速、代謝旺盛，根系分泌物增多，釋放土壤養分，可促進微生物繁殖，從而導致香梨果實旺盛生長期土壤中細菌多樣性有所變化。但通過PCoA 分析發現，不同施肥處理下細菌群落的組成結構較為相似，無顯著變化，施肥水平未顯著影響細菌群落多樣性，這與Fierer等[14] 的研究結果相一致，表明不同施肥措施對土壤微生物群落多樣性的影響較小，土壤微生物群落多樣性存在顯著差異可能主要是根系分泌物和土壤養分共同作用的結果[52]，也可能與不同施肥制度下細菌對土壤的適應能力不同有關[53]。

土壤微生物的多樣性和土壤的理化性質緊密相關。前人[4-5，54] 的研究結果表明pH 值以及土壤養分（比如有機質和速效氮等）含量對土壤中細菌群落多樣性的變化有重要影響，與本研究結果相似。在坐果期Simpson 指數與全氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量顯著正相關（P ＜ 0.05），在膨果期Simpson 指數與硝態氮含量、銨態氮含量、堿解氮含量顯著正相關（P ＜ 0.05），說明土壤氮養分含量是影響細菌多樣性變化的重要因素，適當增加氮素供給可獲得更多樣的微生物群落結構，其次土壤速效氮養分可被微生物直接利用，參與土壤氮代謝過程，影響土壤微生物的活動[5，54]，從而間接影響土壤細菌多樣性。在膨果期Simpson 指數與有機碳含量、全碳含量顯著正相關（P＜ 0.05），在成熟期Chao1 指數、Observed species 指數均與有機碳含量顯著負相關（P ＜ 0.05），說明土壤碳養分含量也是影響細菌多樣性變化的重要因素，控制土壤碳供給可以更好地調節微生物群落結構。通過相關性分析發現：在坐果期Simpson 指數與pH 值極顯著正相關（P ＜ 0.01），Pielou 均勻度指數與pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）；在膨果期Simpson 指數與pH 值顯著正相關（P ＜ 0.05）?？梢娡寥纏H 值也是影響土壤細菌群落多樣性變化的主要影響因子之一，可以通過改變土壤pH 值來調控土壤細菌群落多樣性的變化[55]。

3.4 影響土壤細菌群落結構的因素

通過冗余分析發現：坐果期，土壤電導率對門水平細菌群落的影響達顯著水平（P ＜ 0.05）；膨果期，碳氮比對門水平細菌群落的影響達極顯著水平（P ＜ 0.01），全氮含量、硝態氮含量對門水平細菌群落的影響達顯著水平（P ＜ 0.05）。坐果期，硝態氮含量、堿解氮含量、碳氮比及電導率對屬水平細菌群落的影響達顯著水平（P ＜ 0.05）；膨果期，硝態氮含量、銨態氮含量、全碳含量以及碳氮比對屬水平細菌群落的影響達顯著水平（P＜ 0.05）。趙鳳艷等[56] 的研究結果顯示，土壤中銨態氮含量、電導率、pH 值以及全碳含量均為使設施番茄土壤細菌群落產生變化的關鍵環境因素。土壤有機碳含量、硝態氮含量等也顯著影響了土壤細菌群落結構組成[57]，說明細菌群落的變化更多取決于土壤養分供應，同時土壤基礎理化性質直接影響土壤微生物的生存環境及其養分供給能力，可通過調節土壤理化性狀，如適當施用氮肥以及調節土壤碳氮比等，來改善土壤微生物群落結構[54，58-59]。

本研究中僅分析了施用氮肥后土壤細菌多樣性及其群落結構的變化，后續將增加對功能基因、基因組、代謝網絡等的深入分析，進一步探究施氮影響土壤細菌多樣性及其群落結構的機制。

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[ 本文編校：聞 麗]

基金項目：新疆維吾爾自治區“三農”骨干人才培養項目（2022SNGGGCC017）；新疆維吾爾自治區重點實驗室開放課題（2021D04005）；國家自然科學基金項目（31960639）。