農田土壤根際微生物群落多樣性特征研究

摘 要 以藜麥、蠶豆、油菜和馬鈴薯為供試材料，設置連作藜麥（HLMA）和藜麥輪作馬鈴薯（HLMLS）、油菜（HLYC）、蠶豆（HLCD）4種不同種植模式，通過測定土壤養分含量，并利用高通量測序技術（Illumina-HiSeq）對4種種植模式下藜麥根際土壤的基因組進行測序，研究不同種植模式對作物土壤養分和細菌群落組成特征的影響。結果表明：3種輪作種植模式下全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量和pH較連作種植模式顯著下降。HLCD模式提高土壤細菌群落豐富度指數、多樣性指數和優勢度指數。細菌組成研究結果顯示，4 種種植模式下占優勢的細菌均為放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）。HLCD處理下，放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）相對豐度均顯著高于其他處理，分別達到50.48%、13.17%、11.90%、7.42%和4.50%，較HLMA處理分別增加44.21%、56.36%、36.19%、224.24%和53.16%。土壤細菌群落優勢屬以Subgroup、芽球菌屬（Blastococcus）、67-14和土壤紅桿菌屬（Solirubrobacter）為主，但不同種植模式所占土壤各細菌屬的相對豐度大小存在差異。HLCD處理下，Subgroup、芽球菌屬（Blastococcus）、67-14和土壤紅桿菌屬（Solirubrobacter）相對豐度均顯著高于其他處理，分別達到7.08%、5.48%、4.35%和3.49%，較HLMA處理分別增加51.99%、64.86%、49.89%和71.85%。聚類分析顯示HLYC和HLMLS的組成最接近，其次是HLCD，HLMA的組成與前兩者相差較大。土壤全鉀、有效氮和速效磷是土壤細菌群落優勢菌門變化的驅動因素。綜上所述，連作藜麥后輪作蠶豆、油菜和馬鈴薯可改善土壤肥力，提高細菌群落組成豐富度。

關鍵詞 連作；藜麥（Chenopodium quinoa Willd.）；高通量測序；根際土壤；群落結構

連作障礙是土壤-根系-作物系統內部生物與非生物因子綜合作用的結果，目前普遍認為作物連作將導致土壤理化特性惡化［1］，土壤微生物區系改變［2］，根系分泌物質和病原菌植物自毒作用等［3］，在生產上表現為孢囊線蟲，根腐病等病蟲害加重，土壤環境惡化，產量下降，品質降低。土壤微生物在維持土壤功能和生態系統的可持續性方面起著至關重要的作用，通常被認為是土壤健康的敏感生物指標［4-5］。前人大量研究表明土壤微生物的變化與耕作制度關系密切［6］。作物輪作被認為是最容易實施的，并被證明有利于減輕土壤病害，緩解連作障礙［7］。王立光等［8］研究發現，與胡麻連作相比，胡麻-小麥輪作降低了土壤pH，使土壤中的氮、磷、鉀得到有效利用。樊芳芳等［9］研究發現高粱/玉米輪作處理的根際土壤細菌的香農指數顯著高于高粱連作處理。隨著現代分子生物技術的發展，有關土壤微生物群落結構、功能類群、土壤微生物與環境關系等研究越來越多［10-11］。Illumina 擴增測序的16S rRNA 基因技術可以檢測出更多的微生物物種和多樣性。

藜麥（Chenopodium quinoa Wild .）是藜科藜屬草本植物，原產于南美洲安第斯山脈，具有較強的抗旱性、抗寒性和耐鹽性［12-15］，距今已有" 7 000多年的種植歷史，是古印加人民的主要糧食作物，被印加民族稱為“糧食之母”［16-17］。西藏在20世紀90年代引進并試種成功［18］。藜麥種植區主要分布于中國的甘肅、青海、內蒙古等地區。藜麥由于其較高的經濟效益和營養價值，受到越來越多種植企業的青睞，在土地資源有限的情況下藜麥連茬種植情況嚴重，出苗率低、植株生長緩慢、病蟲害加重、產量急劇下降等現象在一些藜麥種植區普遍發生。目前，關于藜麥連作機理的研究鮮見報道，尤其是比較連作和輪作種植模式對養分和土壤微生物影響的研究。因此，本試驗以藜麥、馬鈴薯、蠶豆、油菜為材料，設置藜麥連作和不同輪作等4個處理，通過測定土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等養分指標，同時采用Illumina-HiSeq高通量測序技術，分析不同輪作方式和連作處理下作物根際土壤的細菌多樣性和群落結構組成，以期明確連作和輪作處理下根際土壤細菌群落結構和多樣性變化規律，揭示藜麥連作障礙與土壤根際微生態系統之間的關系，旨在為緩解藜麥連作障礙提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究樣地位于甘南藏族自治州合作市卡加曼鄉（35 °32 ′35 ″N，104 °45 ′30 ″E），位于合作市東北部，青藏高原東部，海拔2 750 m。多年平均氣溫2.9 ℃。生長期年平均130 d，無霜期年平均40 d。年平均降水量548.7 mm。

1.2 供試材料

供試農作物分別為藜麥、蠶豆、油菜和馬鈴薯。具體情況如表1所示。

1.3 試驗方法

在試驗地選擇已連作藜麥2 a的地塊4 個。于2021年4月中旬進行翻耕、播種。第一個地塊設置為對照，繼續播種藜麥，連作第3年（HLMA）；第二、三、四地塊設置為處理，分別播種馬鈴薯（藜麥→馬鈴薯，HLMLS）、蠶豆（藜麥→蠶豆，HLCD）、油菜（藜麥→油菜，HLYC），均為單作。

試驗采用隨機區組設計，每個處理下設置3個重復，小區面積12 m2（3 m×4 m），小區間距1.5 m，區組間距1.0 m。藜麥播種量為3.75"" kg·hm-2，株距25 cm，行距30 cm。馬鈴薯播種密度為85 075株·hm-2，株距17 cm，行距60 cm。蠶豆播種量為225 kg·hm-2，株距20 cm，行距25 cm。油菜7.5 kg·hm-2，株距20 cm，行距25 cm。播種前一次性施入藜麥專用肥（N∶" P∶K=12∶22∶10，N+P+K≥45%）600"" kg·hm-2，人工覆膜穴播，整個試驗期間不施肥，其他管理如田間管理。

1.4 樣品采集

于2021年8月中旬藜麥灌漿時期采集連作3 a藜麥（HLMA），輪作油菜（HLYC）、輪作蠶豆（HLCD）、輪作馬鈴薯（HLMLS）4 種種植模式下藜麥植株的根際土壤。采用“抖土法”［19］，以藜麥植株為中心，用鐵鍬挖出完整根系，抖落吸附在根系上的土壤（非根際土），并用毛刷刷下黏在根系表面的土壤（根際土），將非根際土和根際土混合均勻，過篩，根際土保存于-80 ℃冰箱，用于后續微生物群落結構及多樣性測定，非根際土風干保存，用于后續土壤理化性質的測定。

1.5 測量指標與方法

1.5.1 土壤基本理化性質 土壤全氮采用凱氏定氮法，全磷采用分光光度法，全鉀采用原子吸收光譜法；土壤速效氮用堿解擴散法，速效磷用碳酸氫鈉法，速效鉀采用1 mol·L-1乙酸銨提取，火焰光度計法測定；pH用電位法測定（水土比為" 2.5∶1土壤溶液）［20］。

1.5.2 根際土壤樣品總RNA提取，測序文庫制備及高通量測序 參照土壤DNA提取試劑盒使用說明書對土壤樣品細菌總DNA進行提取，同時采用Nanodrop對DNA進行定量，并經1.2%瓊脂糖凝膠電泳和超微量核酸分光光度計對細菌總DNA進行濃度和純度檢測。該步驟由上海派森諾生物科技有限公司完成。

采用細菌通用引物338F （5′-ACTCCT- ACGGGAGGCAGCA-3′）和806R （5′-GGA-CTACHVGGGTWTCTAAT-3′）對16S rRNA基因序列的V3 V4區進行擴增。擴增產物經電泳檢測后，利用Illumina Hiseq 2500平臺進行高通量測序。該步驟由上海派森諾生物科技有限公司完成。

1.6 序列分析

對高通量測序的原始下機數據進行雙端拼接、過濾和去除嵌合體等。按照QIME2 data 2分析流程或V search軟件的分析流程進行去噪和OTU聚類。根據ASV/OTU在不同樣本中的分布，評估每個樣本Alpha多樣性水平。在ASV/OTU層面，計算各樣本的距離矩陣，并通過多種非監督的排序、聚類手段，結合相應統計學檢驗方法，衡量不同樣本（組）間的差異及差異顯著性。在物種分類學組成層面，通過各種非監督、監督的排序、聚類和建模手段，結合相應統計學檢驗方法，進一步衡量不同樣本（組）間的物種豐度組成差異，并嘗試尋找標志物種。上述分析工作在上海派森諾生物科技有限公司genecloud云平臺網站（www.genescloud.cn）完成。

1.7 數據分析

用Microsoft Excel 2021軟件進行數據的計算處理，結果以“平均數±標準誤”的形式表示。采用SPSS 22.0軟件的Duncan 氏法對試驗數據進行比較分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式對作物土壤養分的影響

由表2可知，HLYC、HLCD和HLMLS處理較HLMA處理降低土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效鉀、速效磷含量和土壤pH。不同輪作方式和連作處理下土壤全氮、全磷含量差異不顯著（Pgt;0.05），而HLYC、HLCD、HLMLS處理下土壤全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量和pH顯著低于HLMA處理（P＜0.05）。3 種輪作模式中，HLCD處理下土壤全氮、全磷、堿解氮含量最高，HLMLS次之，HLYC最低。說明輪作降低土壤pH，使作物對土壤氮、磷、鉀肥的利用效率得到提高，緩解連作導致的土壤堿化，其中輪作蠶豆效果最優，其次為輪作馬鈴薯。

2.2 不同種植模式下土壤樣品序列數統計

由表3可知，Hiseq測序所得數據經過質檢后，所有土壤樣品獲得細菌的有效序列總數為403 811條。不同種植模式中HLCD模式的有效序列最高，其次為HLYC和HLMA，HLMLS模式最低。各模式下有效序列比例均大于85%，說明測序質量可以反映土壤細菌群落組成情況。不同種植模式統計分析表明，HLCD模式的土壤細菌OTU種類數最高，其次為HLYC和HLMA，HLMLS模式最低，且均無顯著差異（Pgt;0.05） 。

2.3 不同種植模式對作物根際土壤細菌群落Alpha多樣性的影響

由表4可知，HLMA、HLYC、HLCD和HLMLS模式的細菌測序文庫覆蓋率均達到" 0.975%以上，說明可以測出絕大多數細菌的序列，并且測序結果具有較好的代表性。所有樣品的豐富度指數Chao1差異顯著（P＜0.05），HLCD模式的Chao1最高，表明此種植模式根際土壤細菌豐度顯著高于其他3種。HLMA、HLYC、HLCD和HLMLS模式的土壤樣品的多樣性Shannon指數和優勢度Simpson指數差異不顯著（Pgt;" 0.05），其中，HLCD模式的Shannon指數和Simpson指數最高，分別達到11.47 和0.999 0，其次為HLMA和HLYC，HLMLS模式最低，僅為11.00和0.996 6。

2.4 不同種植模式對根際土壤細菌群落組成的影響

根際土壤細菌在門水平的樣本群落結構組成如圖1所示，可以看出4種種植模式的根際土壤細菌群落在門水平上具有較高的多樣性，均在10個門以上。其中相對豐度最高的為放線菌門（Actinobacteria，35.00%～50.48%）、變形菌門（Proteobacteria，20.24%～29.51%）、酸桿菌門（Acidobacteria，8.42%～13.17%）、綠彎菌門（Chloroflexi，8.74%～11.90%）、擬桿菌門（Bacteroidetes，2.29%～7.42%）和芽單胞菌門（Gemmatimonadetes，2.93%～4.49%），也是優勢菌群；相對豐度次高的有厚壁菌門（Firmicutes，1.17%～2.45%）、髕骨細菌門（Patescibacteria，0.23%～1.68%）、棒狀桿菌門（Rokubacteria，0.51%～0.83%）和疣微菌門（Verrucomicrobia，0.35%～0.57%）。4種處理方式下根際土壤樣品細菌門類組成基本相同，但是不同種植模式下的根際土壤樣品中占比不同。HLCD種植模式的放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）相對豐度均顯著高于其他處理（P＜0.05），分別達到50.48%、13.17%、11.90%、7.42%和4.50%，較HLMA種植模式分別增加" 44.21%、56.36%、36.19%、224.24%和53.16%。HLYC種植模式的變形菌門（Proteobacteria）相對豐度顯著高于其他種植模式的（P＜0.05），達到" 29.51%，較HLMA種植模式增加45.79%。

在屬的分類水平，除未被分類的細菌屬外，不同種植模式的土壤細菌中，相對豐度排序前20的細菌菌屬分布見圖2。相對豐度最高的細菌屬有Subgroup（4.66%～7.08%） 、芽球菌屬（Blastococcus，3.32%～5.48%）、67-14（2.18%～" 4.35%）和土壤紅桿菌屬（Solirubrobacter，" 2.03%～3.49%），均為優勢屬。不同種植模式下土壤優勢細菌屬種類基本相同，但土壤各細菌屬相對豐度所占比例大小存在差異。HLCD模式的Subgroup、芽球菌屬（Blastococcus）、67-14和土壤紅桿菌屬（Solirubrobacter）相對豐度均顯著高于其他種植模式（P＜0.05），分別達到7.08%、" 5.48%、4.35%和3.49%，較HLMA種植模式分別增加51.99%、64.86%、49.89%和71.85%。

2.5 根際土壤細菌群落主成分分析

根際土壤細菌群落主成分分析（圖3）可知， 4種種植模式下細菌群落結構的變異主要受3個主坐標成分的控制，其中第1主成分（PC1） 和第2 主成分（PC2） 貢獻率分別為72.0%和21.3%。4 種種植模式中HLMA和HLMLS的群落樣本不論在第一軸的維度還是第二軸的維度都表現出較大差異，表明兩組群落樣本變異較大，且細菌群落發生明顯分化，而HLMA與其他2種種植模式的群落樣本相似。

由表5可知，與第一主成分（ PC1） 具有較高相關性的細菌屬主要有寡養單胞菌屬（Stenotrophomonas，0.37）、不動桿菌屬（Acinetobacter，" 0.25）、假單胞菌屬（Pseudomonas，0.22）、Pajaroellobacter菌屬（0.21）、鏈霉菌屬（Streptomyces，0.17）、叢毛單胞菌屬（Comamonas，" 0.15）、Lechevalieria菌屬（0.15）和鞘脂桿菌屬（Sphingobacterium，0.11），與第二主成分（PC2） 具有較高相關性的細菌屬則主要有鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas，0.12）、67-14菌屬（0.12）、RB41菌屬（0.11）、JG30-KF-CM45菌屬（0.11）、寡養單胞菌屬（Stenotrophomonas，0.16）、Subgroup_6菌屬（0.40）和KD4-96菌屬（0.14）。

2.6 聚類分析

由圖4可知，4種種植模式的根際土壤細菌在屬組成水平上可聚為3類。HLYC和HLMLS聚為第一類，HLCD和HLYC、HLMLS聚為第二類，HLMA和HLCD、HLMLS、HLYC聚為第三類。說明輪作較連作處理，作物根際土壤細菌組成差異較大。

2.7 不同種植模式的土壤養分與細菌優勢菌群相關性分析

由表6可知，細菌群落結構優勢菌門中變形

菌門（Proteobacteria）數量與土壤全磷、全鉀含量呈顯著正相關（P＜0.05，0.588、0.670），放線菌門（Actinobacteria）數量與土壤全鉀含量呈顯著負相關（P＜0.05，-0.600），酸酐菌門（Acidobacteria）數量與土壤堿解氮含量呈顯著正相關（P＜0.05，0.659），與土壤速效磷含量呈顯著負相關（P＜0.05，-0.660），綠彎菌門（Chloroflexi）數量與土壤全磷含量呈顯著負相關（P＜0.05，-0.604），與土壤堿解氮含量呈極顯著正相關（P＜0.01，0.745），芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）數量與土壤堿解氮含量呈顯著正相關" （P＜0.05，0.665），與土壤速效磷含量呈顯著負相關（P＜0.05，-0.622）。

3 討論與結論

3.1 不同處理對作物根際土壤養分的調控

土壤C、N、P是土壤基本組成部分，是反應土壤肥力的重要指標［21］。土壤化學性質是衡量土壤肥力狀況的重要指標，土壤養分的豐缺程度影響作物生長和產量水平［22］。農作物由于其自身營養特性的原因對于土壤養分并非均衡吸收，研究認為長此以往所帶來的土壤養分匱缺、比例失衡會導致連作障礙發生［23］。因此，造成作物連作障礙的重要因素之一是土壤理化性狀發生惡變［24］。而合理的農田輪作系統能促進土壤養分特征的改善。秦舒浩等［25］研究表明輪作3 種豆科植物均能提高土壤氮素的有效性。Soman等［26］研究發現相較于連作，輪作提高了土壤全氮的含量。Zuber等［27］研究表明輪作蠶豆或小麥降低了連作玉米0～20 cm土壤層pH，土壤全氮含量增加，速效磷和速效鉀含量減少。本試驗結果表明輪作蠶豆（HLCD）、油菜（HLYC）或馬鈴薯（HLMLS）后，土壤pH、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量降低。說明輪作降低土壤pH，提高土壤速效養分的利用率，從而緩解連作導致的土壤養分失衡。

3.2 不同處理對作物根際土壤細菌群落結構和多樣性的調控

土壤微生物是土壤中最活躍的部分，是土壤中物質轉化和養分循環的驅動力，參與了土壤有機質分解、腐殖質形成、土壤養分轉化和循環等多種過程［28-32］。細菌是土壤中最豐富且多樣的一類微生物，參與土壤養分轉化、有機質的形成與分解［33-35］。土壤細菌群落的結構多樣性對維持農業生態系統的穩定起著關鍵的作用［36］。作物輪作可以產生積極的環境影響，特別是微生物多樣性和真菌豐度的增加［37］。芶久蘭等［38］研究發現烤煙輪作提高了細菌OTU數量，并改變了細菌群落的相對豐度。Gong等［39］試驗研究表明輪作提高了土壤細菌OTU數量，增加細菌多樣性，尤其是有益細菌類群數量。本研究發現，輪作模式下的作物根際土壤細菌豐富度指數Chao1較HLMA均呈增大的趨勢，且差異達到顯著水平，其中HLCD模式下Chao1最大。說明與連作相比，輪作改變了土壤的微環境，使得土壤中適合寄生的細菌種類變得豐富。

不同種類的作物的分泌物成分不同，這可能會選擇性地在同一土壤中富集不同的土壤微生物［39］。尹曉雷等［40］研究表明不同輪作模式下根際土壤中放線菌門、變形菌門、綠彎菌門和酸桿菌門等具有相對較高豐度，其中放線菌門相對豐度最高。本試驗結果發現，4種處理下作物根際土壤細菌門類組成基本一致，相對豐度最高的是放線菌門，其次為變形菌門，但各優勢菌門在不同處理下的相對豐度有較大的差異，其中，與HLMA模式相比，HLCD模式下放線菌門、變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門和擬桿菌門相對豐度分別增加44.21%、56.36%、36.19%、224.24% 和" 53.16%，且差異均達到顯著水平。放線菌豐度的提高，產生大量抗生素，促進了動植物殘體在土壤中快速分解，參與土壤碳、氮、磷等養分循環［41］。說明由于輪作不同作物后，土壤優勢細菌菌群豐富度增加，導致土壤養分循環加速，土壤根際環境得到有效改善。4種種植模式根際土壤細菌屬水平分布也基本一致，優勢菌屬有Subgroup、芽球菌屬、67-14和土壤紅桿菌屬，不同優勢菌屬在不同處理下的相對豐度有所不同。以上結果表明，與連作藜麥的模式相比，藜麥輪作蠶豆可顯著提高根際土壤細菌多樣性，增加優勢菌門和屬的相對豐度。

3.3 土壤養分因子與土壤細菌優勢菌群的關系

由于土壤基質的組成、化學性質和養分利用效率受到土壤pH的影響，從而導致土壤微生物群落的組成和多樣性受到干擾［42］，因此土壤pH被認為是影響土壤微生物群落結構的重要因素。高洪軍等［43］研究表明土壤細菌群落結構主要受速效鉀、總氮和有機質含量的影響。本試驗結果表明，不同輪作模式下，土壤細菌優勢菌群結構與土壤全鉀有顯著相關性。說明土壤優勢菌群的形成受到土壤中全鉀含量的影響。

通常載荷因子結合主成分分析用來解釋不同處理下土壤微生物群落組成的差異。 本試驗的根際土壤細菌群落主成分分析結果表明4種種植模式中HLMA和HLMLS的群落樣本不論在第一軸的維度還是第二軸的維度都表現出較大差異，說明連作藜麥和輪作馬鈴薯處理下群落樣本變異較大，兩個處理下細菌群落組成發生了明顯變化。

參考文獻 Reference：

［1］ MERILES J M，VARGAS G S，HARO R，et al. Selected soil-borne fungi under glyphosate application and crop residues from a long-term field experiment［J］.Biological Agriculture and Horticulture，2008，26（2）：193-205.

［2］ ZHANG W，DU Y. Analysis of the succession of structure of the bacteria community in soil from long-term continuous cotton cropping in Xinjiang using high-throughput sequencing［J］.Archives of Microbiology，2018，200：653-662.

［3］ FREDDY A. Common bean response to tillage intensity and weed control strategies［J］.Cropping System，2001，93：556-563.

［4］ AVIDANO L，GAMALERO E，COSSA G P，et al. Characterization of soil health in an Italian polluted site by using microorganisms as bioindicators［J］.Applied Soil Ecology，2005，30：21-33.

［5］ WALDROP M P，BALSER T C，FIRESTONE M K. Linking microbial community composition to function in a tropical soil［J］.Soil Biology and Biochemistry，2000，32：1837-1846.

［6］ LIU Z X，LIU J J，YU Z H，et al. Long-term continuous cropping of soybean is comparable to crop rotation in mediating microbial abundance，diversity and community composition［J］.Soil and Tillage Research，2020，197：1-9.

［7］ HUANG H C，CHOU CH H，ERICKSON R S. Soil sickness and its control［J］.Allelopathy Journal，2006，18（1）：1-22.

［8］ 王立光，葉春雷，陳 軍，等.胡麻/小麥間作與胡麻-小麥輪作對土壤理化特性及胡麻生長的影響［J］.中國農業科技導報，2021，23（12）：161-171.

WANG L G，YE CH L，CHEN J，et al. Effects of intercropping and rotation between oil flax and wheat on soil physicochemical properties and growth of" oil" flax［J］.Journal of Agricultural Science and Technology，2021，" 23（12）：161-171.

［9］ 樊芳芳，白文斌，王 磊，等.不同調控措施對連作高粱生長及根際土壤微生物群落結構的影響［J］.河南農業科學，2020，49（10）：70-77.

FAN F F，BAI W B，WANG L，et al. Effects of different control measures on the growth and rhizosphere soil microbial community structure of continuous cropping Sorghum［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2020，" 49（10）：70-77.

［10］ TOM O D，EMMANUEL P，KEVIN P K，et al. Structure，fluctuation and magnitude of a natural grassland soil metagenome［J］.Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology，2012，6（9）：1677-1687.

［11］ 魏 鵬，安沙舟，董乙強，等. 基于高通量測序的準噶爾盆地荒漠土壤細菌多樣性及群落結構特征［J］.草業學報，2020，29（5）：182-190.

WEI P，AN SH ZH，DONG Y Q，et al. A high-throughput sequencing evaluation of bacterial diversity and community structure of the desert soil in the Junggar Basin［J］.Acta Prataculturae Sinica，2020，29（5）：182-190.

［12］ 劉文瑜，楊發榮，謝志軍，等. 不同品種藜麥幼苗對干旱脅迫的生理響應及耐旱性評價［J］.干旱地區農業研究，2021，39（6）：10-18.

LIU W Y，YANG F R，XIE ZH J，et al. Evaluation of drought tolerance and physiological response to drought stress of different varieties of quinoa seedlings［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2021，39（6）：10-18.

［13］ 楊發榮. 藜麥新品種‘隴藜1號’的選育及應用前景［J］.甘肅農業科技，2015（12）：1-5.

YANG F R. Breeding and application prospects of new variety Chenopodium quinoa cv. ‘Longli 1’［J］.Gansu Agricultural Science and Technology，2015（12）：1-5.

［14］ 楊發榮，劉文瑜，黃 杰，等. 不同藜麥品種對鹽脅迫的生理響應及耐鹽性評價［J］.草業學報，2017，26（12）：77-88.

YANG F R，LIU W Y，HUANG J，et al. Physiological responses of different quinoa varieties to salt stress and"" evaluation of salt tolerance［J］.Acta Prataculturae Sinica，2017，26（12）：77-88.

［15］ JACOBSEN S E，MUJICA A，JENSEN C R. The resistance of quinoa （Chenopodium quinoa Willd.） to adverse abiotic factors［J］.Food Reviews International，2003，" 19（1/2）：99-109.

［16］ 楊 科，劉文瑜，王旺田，等. 連作對藜麥生長和生理特性的影響［J］.江西農業學報，2021，43（2）：244-252.

YANG K，LIU W Y，WANG W T，et al. Effects of continuous cropping on growth and physiological characteristics of quinoa［J］.Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis，2021，43（2）：244-252.

［17］ 貢布扎西，旺 姆，張崇璽，等.南美藜在西藏的生物學特性研究［J］.西北農業學報，1994，3（4）：81-86.

GONGBUZHAXI，WANG M，ZHANG CH X，et al. Preliminary study of biological characteristics on quinoa in Tibet［J］.Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica，1994，3（4）：81-86.

［18］ 劉文瑜，李健榮，楊發榮，等. 鹽脅迫對40份藜麥種質種子萌發的影響及耐鹽性評價［J］.分子植物育種，2021，" 19（3）：983-995.

LIU W Y，LI J R，YANG F R，et al. Effects of salt stress on seed germination of 40 quinoa germplasm and evaluation of salt tolerance［J］.Molecular Plant Breeding，2021，19（3）：983-995.

［19］ 寧和平，劉 麗，欒振斌，等.甘南合作地區牧草生長季土壤水分氣候變化特征［J］.中國農學通報，2021，37（14）：116-122.

NING H P，LIU L，LUAN ZH B，et al. Climate change characteristics of soil moisture in forage growing season in Hezuo of Gannan Plateau［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2021，37（14）：116-122.

［20］ 鮑士旦. 土壤農化分析［M］. 北京：中國農業出版社，2000.

BAO SH D. Soil Agro-chemistrical Analysis［M］.Beijing：China Agriculture Press，2000.

［21］ CHEN M M，YIN H B，O′CONNOR P，et al. C∶N∶P stoichiometry and specific growth rate of clover colonized by arbuscular mycorrhizal fungi［J］.Plant and Soil，2010，326（1/2）：21-29.

［22］ 張成君，師尚禮，康文娟，等.不同輪作模式土壤酶活性特征及與化學性質的關系［J］.中國草地學報，2020，42（5）：92-102.

ZHANG CH J，SHI SH L，KANG W J，et al. Characteristics of soil enzyme activity and its relationship with chemical properties under different rotation pattern［J］.Chinese Journal of Grassland，2020，42（5）：92-102.

［23］ 孫小花，胡新元，陸立銀，等.黃土高原馬鈴薯不同連作年限土壤理化性質及微生物特性［J］.干旱地區農業研究，2019，37（4）：184-192.

SUN X H，HU X Y，LU L Y，et al. Soil physical and chemical properties and microbial characteristics of potato in different continuous cropping years on the Loess Plateau［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2019，" 37（4）：184-192.

［24］ 張子龍，李凱明，楊建忠，等.輪作對三七連作障礙的消減效應研究［J］.西南大學學報（自然科學版），2015，37（8）：39-46.

ZHANG Z" L，LI K M，YANG J ZH，et al. Effects of crop rotation for reducing continuous cropping obstacles in" Panaxnoto" ginseng cultivation［J］.Journal of Southwest University （Natural Science Edition），2015，37（8）：39-46.

［25］ 秦舒浩，曹 莉，張俊蓮，等.輪作豆科植物對馬鈴薯連作田土壤速效養分及理化性質的影響［J］.作物學報，2014，40（8）：1452-1458.

QIN SH H，CAO L，ZHANG J L，et al. Effect of rotation of leguminous plants on soil available nutrients and physical and chemical properties in continuous cropping potato field［J］.Acta Agronomica Sinica，2014，40（8）：1452-1458.

［26］ SOMAN C，LI D F，MICHELLE M，et al. Long-term fertilizer and crop-rotation treatments differentially affect soil bacterial community structure［J］.Plant and Soil，2017，413：145-159.

［27］ ZUBER S M，BEHNKE G D，NAFZIGER E D，et al.Crop rotation and tillage effects on soil physical and chemical properties in illinois［J］.Agronomy Journal，2015，" 107（3）：971-978.

［28］ TIEMANN L K，GRANDY A S，ATKINSON E E，et al.Crop rotational diversity enhances belowground communities and functions in an agroecosystem［J］.Ecology Letters，2015，18（8）：761.

［29］ 尹國麗，李亞娟，張振粉，等.不同草田輪作模式土壤養分及細菌群落組成特征［J］.生態學報，2020，40（5）：1542-1550.

YIN G L，LI Y J，ZHANG ZH F，et al. Characteristics of soil nutrients and bacterial community composition under different rotation patterns in grassland［J］.Acta Ecologica Sinica，2020，40（5）：1542-1550.

［30］ RAJKUMAR M，AE N，PRASAD M N，et al. Potential of siderophore-producing bacteria for improving heavy metal phytoextraction［J］.Trends in Biotechnology，2010，" 28（3）：142-149.

［31］ JANGID K. Relative impacts of land-use，management intensity and fertilization upon soil microbial community structure in agricultural systems［J］.Soil Biology and Biochemistry，2008，40（11）：2843-2853.

［32］ LI Y，FANG F，WEI J L，et al. Humic acid fertilizer improved soil properties and soil microbial diversity of continuous cropping peanut：a three-year experiment［J］.Scientific Reports，2019，9：1-15.

［33］ PAN H，CHEN M M，FENG H J，et al. Organic and inorganic fertilizers respectively drive bacterial and fungal community compositions in a fluvoaquic soil in northern China［J］.Soil and Tillage Research，2020，198：104540.

［34］ YE" Z，LI J，WANG J，et al. Diversity and co-occurrence network modularization of bacterial communities determine soil fertility and crop yields in arid fertigation agroecosystems［J］.Biology and Fertility of Soils，2021，57：809-824.

［35］ 陳佳欣，馮靜怡，李 娟，等. 生物炭與干旱脅迫對冬小麥根際土壤理化性質及細菌群落的影響［J］.西北農業學報，2023，32（11）：1725-1735.

CHEN J X，FENG J Y，LI J，et al. Effects of biochar and drought stress on soil physicochemical properties and bacterial community in winter wheat rhizosphere［J］.Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica，2023，32（11）：1725-1735.

［36］ WANG J，CHAPMAN S J，YAO H. The effect of storage on microbial activity and bacterial community structure of drained and fooded paddy soil［J］.Journal of Soils and Sediments，2015，15（4）：880-889.

［37］ LI M H，GUO J J，REN T，et al. Crop rotation history constrains soil biodiversity and multifunctionality relationships［J］.Agriculture，Ecosystem and Environment，2021，319：1-12.

［38］ 芶久蘭，顧小鳳，張 萌，等.不同烤煙種植模式對貴州土壤養分、酶活性及細菌群落結構的影響［J］.核農學報，2022，36（7）：1475-1484.

GOU J L，GU X F，ZHANG M，et al. Effects of different fluecured tobacco planting patterns on nutrients，enzyme activities and bacterial community structure in soil of Guizhou"" province［J］.Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2022，36（7）：1475-1484.

［39］ GONG X Y，SHI J B，ZHOU X G. Crop rotation with cress increases cucumber yields by regulating the composition of the rhizosphere soil microbial community［J］.Frontiers in Microbiology，2021. DOI：10.3389/fmicb.2021.631882.

［40］ 尹曉雷，李先德，林少穎，等. 不同輪作模式下土壤細菌群落特征及其對土壤全碳、全氮與溫室氣體釋放潛力的影響［J］.環境科學學報，2021，41（23）：5161-5173.

YIN X L，LI X D，LIN SH Y，et al. Effects of soil bacterial community characteristics on total carbon and total nitrogen contents and greenhouse gas emission potential under different rotation patterns［J］.Acta Scientiae Circumstantiae，2021，41（23）：5161-5173.

［41］ 鄭佳華，張 峰，楊 陽，等. 刈割留茬高度對大針茅草原土壤微生物群落結構及多樣性的影響［J］.中國草地學報，2021，43（1）：68-75.

ZHENG J H，ZHANG F，YANG Y，et al. Effects of stubble height on the structure and diversity of soil microbial community in Stipa grandis steppe［J］.Chinese Journal of Grassland，2021，43（1）：68-75.

［42］ TIE Z C，ABDULROHIMKEYOMU，BAYEMUREDUV-E P B，et al. Effect of different land uses on soil microflora and activity in Tajikistan［J］.Acta Agriculture Boreali-occidentalis Sinica，2014，23（5）：177-184.

［43］ 高洪軍，李 強，彭 暢，等.不同輪作和秸稈還田方式對黑土細菌群落結構的影響［J］.吉林農業大學學報，2022，44（3）：336-344.

GAO H J，LI Q，PENG CH，et al. Effects of crop rotation and straw return on the bacterial community structure in black soil［J］.Journal of Jilin Agricultural University，2022，44（3）：336-344.

Study on Diversity Characteristics of Microbial Community in Rhizosphere Soil of Farmland

YUAN Pengfei1， LIU Wenyu2，3， YANG Farong1，2，3， LIU Huan1，4， HUANG Jie2，3， WEI Yuming2，3， XIE Zhijun2， YANG Fumin5 and" ZHAO Baotang5

（1.Prataculture College， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China；2.Institute of Pasture and Green

Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， China；3.Gansu Quinoa Breeding and

Cultivation Technology and Comprehensive Development Engineering Research Center， Lanzhou 730070，

China;" 4.Key Laboratory" of Grassland Ecosystem， Ministry of Education， Lanzhou 730070， China；

5.College of Food Science and" Engineering， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China）

Abstract In this study， quinoa， faba bean， rape， and potato were used as tested materials， and continuous cropping of quinoa （HLMA）， and quinoa rotated with potato （HLMLS）， rapeseed （HLYC）， and faba bean （HLCD） were set as treatments. Characteristics of soil nutrients and bacterial community composition under these four quinoa planting patterns were determined by measurement of the soil nutrient content and use of high-throughput sequencing technology （Illumina-HiSeq） to sequence the rhizosphere soil genome of quinoa. Soil nutrient content and pH value decreased significantly with rotation compared with the continuous cropping pattern. Faba bean rotation increased the richness index， diversity index， and dominance index of the bacterial community in soil. For bacterial composition， the dominant bacterial phyla under the four cropping patterns were Actinobacteria， Proteobacteria， Acidobacteria， Chloroflexi， Bacteroidetes， and Gemmatimonadetes. Under HLCD treatment， the relative abundances of Actinobacteria， Acidobacteria， Chloroflexi， Bacteroidetes， and Gemmatimonadetes were significantly higher than those under other treatments， which respectively reached"" 50.48%， 13.17%， 11.90%， 7.42%， and 4.50%， increased by 44.21%， 56.36%， 36.19%，"" 224.24%， and 53.16% compared with HLMA treatment. The dominant genera of the soil bacteria were Subgroup， Blastococcus， 67-14， and Solirubrobacter， but the relative abundances of soil bacterial genera differed under different planting patterns. Under HLCD treatment， the relative abundances of Subgroup， Blastococcus， 67-14， and Solirubrobacter were significantly higher than those under other treatments， reaching 7.08%， 5.48%， 4.35%， and 3.49%， respectively. Compared with HLMA treatment， abundances increased by 51.99%， 64.86%， 49.89%， and 71.85%， respectively. The cluster analysis showed that the compositions of HLYC and HLMLS were the most similar， followed by HLCD， and the composition of HLMA was significantly different from the HLYC and HLMLS. Soil total potassium， available nitrogen， and available phosphorus were the driving factors for changes of the dominant phyla in the soil bacterial community. In conclusion， continuous cropping of quinoa followed by rotation of faba bean， rape， or potato can improve soil fertility and increase the richness of the bacterial community.

Key words Continuous cropping;Quinoa （Chenopodium quinoa Willd.）; Illumina-HiSeq;Rhizosphere soil;Community structure

Received "2022-09-14 """Returned 2022-10-14

Foundation item The National Natural Science Foundation of China （No. 31660357）; the Special Fund for Central Government to Guide Science and Technology Development of Local Governments; the Natural Science Foundation of Gansu Province （No. 21JR7RA730）; the" Special Project of Science and Technology Innovation of Gansu Academy of Agricultural Sciences （No. 2022GASS07）; the Key Research and Development Plan of Gansu Academy of Agricultural Sciences （No. 2020GAAS31）.

First author YUAN Pengfei， male， master student. Research area：crop anti-culture. E-mail：2240680875@qq.com

Corresponding"" author YANG Farong， male， research fellow. Research area：quinoa planting and breeding. E-mail：lzyfr08@163.com

（責任編輯：顧玉蘭 Responsible editor：GU Yulan）