不同功能菌與高羊茅互作對貧瘠土壤微生物多樣性與土壤結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的影響

中圖分類號：S154.34 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025）09-0138-11

Effects of Different Functional Microbes Interacting with Tall Fescue on Microbial Diversity， Structure and Physicochemical Properties of Infertile Soil

Tao Yutong'，Hu Yunfei1，Han Hongrui1，Li Yanyu1，Bai Jinxin1，Shi Lihao1 Luo Zhengyu1.2，Yan Dong3，Sun Huazhang3

（1. School of Ecology and Environment， Chengdu University of Technology，Chengdu 610o59，China; 2. Key Laboratory of Synergistic Control and Joint Remediation of Soil and Water Pollution for National Environmental Protection， Chengdu 61oo59， China ; 3. Gyaca Hydropower Construction Branch，Huaneng Tibet Yarlung Zangbo River Hydropower Development amp; Investment Co.，Ltd.，Lhasa 850o00，China）

AbstractInfertile soil，due to insufficient nutrients and low water retention capacity，restricts plant growth and ecosystem health.Therefore，it is essential to seek efective strategies for soil amelioration.In this study，indoor pot experiment was conducted using tal fescue （Festuca arundinacea）as material，and using gravelly soil as the cultivation substrate.Four speciesof functional microbes，Bacillussubtilis，Bacillus amyloliquefaciens，Aspergillus niger，and Trichoderma harzianum，were selected and applied to the substrate to investigate the effcts of diffrent microbes-plant interactions on rhizosphere soil microbial diversity，structure， and physicochemical properties.The correlation analysis between rhizosphere soil physicochemical properties and soil enzyme activities was performed. The results showed that inoculation with exogenous functional microbes altered the soil microbial community composition compared to the uninoculated control.After 12O days， the treatments with B . amyloliquefaciens and T. harzianum increased soil water content by 14.52% and 15.38% ，respectively，compared with the initial soil； the macroaggregate rate rose to 83.38% and 85.22% ， indicating improved soil structural stability.The T. harzianum treatment significantly increased to contents of soil organic matter，available potassum，and available phosphorus.Correlation analysis revealed significant relationships between soil physicochemical properties and soil enzyme activities.These results could provide theoretical evidences for the remediation of infertile soils.

KeywordsInfertile soil; Functional microbes；Festuca arundinacea； Soil structure； Soil physicochemi-cal properties；Microbial community

貧瘠化土壤保水能力差，土質(zhì)松散且養(yǎng)分含量低，嚴重制約植物的生長發(fā)育，對生態(tài)系統(tǒng)功能造成不良影響[1-2]。傳統(tǒng)的土壤肥力提升方式如客土和施肥雖有一定效果，但持久性差、效率低，并可能引發(fā)次生環(huán)境問題[3-4]。功能性微生物與植物互作提升土壤肥力的方式可以很好地解決土壤改良所帶來的環(huán)境影響問題。作為環(huán)境友好型修復模式，功能菌與植物能更好地形成互惠共生網(wǎng)絡(luò)，共同參與調(diào)節(jié)土壤生態(tài)系統(tǒng)，通過協(xié)同作用為土壤提供多重改良效應，促進植物生長[5]。同時，功能菌可調(diào)控土壤微生物群落組成和多樣性，推動群落結(jié)構(gòu)朝有利于土壤質(zhì)量提升的演化方向發(fā)展[6-7]。林鶴鳴等[8]研究表明，在貧瘠的山地土壤條件下，接種外生菌根真菌，可以改善土壤中的微生物種群結(jié)構(gòu)，提高土壤中細菌、真菌、放線菌的數(shù)量，推動土壤生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同演變，進而促進油松（Pinus tabulaeformis）人工林的生長。功能菌還能優(yōu)化土壤理化性質(zhì)，增加大團聚體含量、改善透氣性、提高水分保持能力、改良土壤的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)，為植物生長營造適宜的物理條件[9]。高雁等[10研究表明，微生物菌劑與植物互作顯著提高土壤中有機質(zhì)和全氮含量，豐富土壤的養(yǎng)分庫，形成微生物、植物與土壤之間的營養(yǎng)循環(huán)。盡管該修復模式在一些特定環(huán)境中已取得顯著成效，但在極端貧瘠環(huán)境（如碎石土、沙土等）中的應用研究仍相對薄弱[1]。

基于此，本研究選取根系發(fā)達、適應性強的高羊茅為修復植物，以碎石土為栽培基質(zhì)，采用室內(nèi)盆栽試驗，分別施加枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、黑曲霉菌、哈茨木霉菌，探究不同功能菌與植物互作對貧瘠土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、土壤結(jié)構(gòu)以及土壤理化性質(zhì)的影響，篩選出對貧瘠土壤改良效果較好的組合，以期為貧瘠土壤質(zhì)量的逐步提升和長期改良提供可行性措施，并可拓展功能菌與植物協(xié)同互作模式的應用領(lǐng)域。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為碎石土，含水率為（ （9.83± 0.96）% ， pH 值 8.34±0.05） ，有機質(zhì)含量（ 0.42± 0.05） g?kg^-1 、銨態(tài)氮 （23.04±0.62）mg?kg^-1 、速效磷（ 7.50±0.44^? ） mg?kg^-1 、速效鉀（ （25.47±0.91 ）mg?kg^-1 2

供試植物為抗逆性強、速生禾本科植物高羊茅（草種購于成都市草原科學研究院），種子萌發(fā)率為 90% 。

供試菌株為枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillusamyloliquefaciens）黑曲霉菌（Aspergillus niger）、哈茨木霉菌（Trichodermaharzianum），均購于上海保藏生物技術(shù)中心。

1.2 菌株處理

菌種活化：將 -80°C 冰箱內(nèi)保存的枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、黑曲霉菌和哈茨木霉菌菌株分別轉(zhuǎn)接到LB培養(yǎng)基平板上，于 37^°C 過夜活化培養(yǎng)，用滅菌接種環(huán)挑取單菌落接種于對應液體培養(yǎng)基中，于 37°C，170r?min^-1 條件下振蕩培養(yǎng) 24h ，保存?zhèn)溆谩⒖莶菅挎邨U菌、解淀粉芽孢桿菌、黑曲霉菌和哈茨木霉菌菌株分別接種至LB 液體培養(yǎng)基上，在 28^°C，170r?min^-1 條件下?lián)u床培養(yǎng)至對數(shù)期，離心棄掉上清液，無菌水反復洗滌并重懸至有效活菌數(shù)達 1×10⁸CFU?mL^-1。

1.3 試驗設(shè)計及方法

盆栽試驗于2023年7—10月在成都理工大學香樟基地日光溫室內(nèi)進行。共設(shè)置5個處理，具體見表1。用浮選法選出飽滿的高羊茅種子，并用 10% 的 H₂O₂ 浸泡 20min 后用無菌水沖洗干凈，將消毒后的高羊茅種子按每盆 0.8g 的播種量均勻播撒在裝有 2.5kg 滅菌土的塑料花盆（直徑 15cm ，高 20cm^? ）中。每盆接種 1×10⁸ CFU?mL^-1 菌懸液 100mL 至土壤中，菌懸液以無菌LB培養(yǎng)基配制，對照組（GYM-CK）接種等體積的無菌LB培養(yǎng)基 100mL ，以保證各組施加體積和培養(yǎng)基成分一致。每隔 30d 補施一次相同處理即菌劑組補施同株菌懸液 100mL ，對照組補施無菌LB 培養(yǎng)基 100mL 。每天澆水 90mL ，控制室內(nèi)溫度 20～25°C ，濕度 20%～50% ，光照時間8～12h 。分別于播種后 和 120d 采集土壤樣品。

表1試驗處理

1.4 測定指標及方法

每處理隨機挑選3盆，采集 0～20cm 土層根際土壤樣品，每盆取約 200g，3 盆土樣混勻后隨即裝入密封袋中帶回實驗室。將一部分土樣保存在 4^°C 冰箱中，用于測定土壤酶活性；另一部分在室內(nèi)自然風干，依次過 2，1，0.25mm 篩子，用于測定土壤基本化學性質(zhì)。采用環(huán)刀法測定土樣含水率；用掃描電子顯微鏡（SEM，ThermoFisherPris-maE）觀察土壤微觀結(jié)構(gòu)特征；采用濕篩法進行土壤團聚體組成測定，將風干土樣置于分級裝置中，篩孔直徑依次為 5、2、1、0.5mm 和 0.25mm ，在持續(xù)上下振蕩和水流作用下完成分級，收集并烘干各粒級土樣。最終將團聚體劃分為 gt;5.2～ 5.1～2.0.5～1.0.25～0.5mm 和 lt;0.25mm 共6個粒級，并計算各粒級團聚體的相對質(zhì)量百分比。

利用蒸餾水浸提（土水質(zhì)量比為 1：2.5 使用 pH 計測定土壤酸堿度；土壤有機質(zhì)含量采用油浴 K₂Cr₂O₇ 一濃 H₂SO₄ 加熱法測定；銨態(tài)氮含量采用 NaHCO₃ 浸提后使用AA3連續(xù)流動分析儀測定；有效磷含量采用 NaHCO₃ 浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用 NH₄OAc 浸提，火焰光度計法測定。

根際土微生物群落檢測：將 120d 的土壤樣本除去植物殘留和其他雜質(zhì)后分裝送至上海派森諾生物科技有限公司進行微生物測序和相關(guān)分析。采用Omega細菌DNA提取試劑盒提取微生物DNA，使用引物 338F （ 5^′ - ATCCCTACGGGAG-GCAGCA-3^′） 和806R（ 5^′ -GACTACHVGGGT-WTCTAAT- -3^′ ）對不同處理下植物根土細菌中的16SrRNA的V3—V4區(qū)域進行PCR擴增和測序，使用PCR通用引物ITS5F（GGAAGTAAAAGTCG-TAACAAGG） 和 的ITS1R（GCTCCGTTCT-TCATCGATGC）對植物根土真菌中ITS1區(qū)域進行擴增。

王壤酶活性測定：采用北京索萊寶科技有限公司的試劑盒測定土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、纖維素酶、硝酸還原酶活性。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用MicrosoftExcel2016整理數(shù)據(jù)，利用Image-ProPlus6.0（簡稱IPP）軟件提取電鏡掃描圖像中的像素點信息，通過SPSS26軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析并進行顯著性檢驗（ Plt;0.05） ，采用 Min-Max 歸一化公式對數(shù)據(jù)歸一化以便于進行Pearson相關(guān)性分析利用Origin2021軟件作圖。微生物生物信息學分析主要通過QIIME2軟件進行，操作分類單元（OTU）聚類使用Vsearch（v2.13.14）軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同功能菌與高羊茅互作對土壤微生物群落的影響

2.1.1 土壤微生物類群分析通過OTU分布Venn圖可以直觀地比較不同樣本之間的微生物組成，揭示其重疊和獨特性[12]。由圖1A 可知，各處理共有4個真菌OTUs，其中GYM-CK獨有的真菌OTU數(shù)量最多，為158個，GYM-JD處理為82個，GYM-K處理為64個，GYM-HC處理為59個，GYM-H處理的OTU數(shù)量最少，為44個。由圖1B可知，各處理共有69個細菌OTUs，GYM-CK獨有的細菌OTU數(shù)量最多，為863個，其次依次為GYM-JD（386個）、GYM-K（244個）、GYM-HC（215個），GYM-H獨有的細菌OTU數(shù)量最少，為203個。

等級豐度曲線在橫軸的跨度可以解釋物種豐度[13］。土壤樣品中真菌的等級豐度曲線如圖2A所示，GYM-H曲線前期下降陡峭，跨度最小，存在極高豐度的優(yōu)勢種，其后跨度依次為GYM-HC。

圖1不同處理高羊茅根際土壤真菌（A）和細菌（B）的OTU分布

圖2不同處理高羊茅根際土壤真菌（A）和細菌（B）的等級豐度曲線

2.1.2 土壤微生物群落門類組成分析 微生物群落的門類組成可以反映根際生態(tài)系統(tǒng)的多樣性水平，揭示優(yōu)勢微生物類群[14]。從圖3A看出，GYM-CK和GYM-H處理下，子囊菌門（Ascomy-cota）占絕對優(yōu)勢，均超過 95% 。GYM-JD 和GYM-HC處理下，子囊菌門所占比例約為90.67%～96.79% ，擔子菌門（Basidiomycota）和其他門類所占比例有所提高。GYM-K處理中，相對豐度最高的為擔子菌門，其次為子囊菌門和其他門類。由圖3B可得，根際土壤中優(yōu)勢細菌門類有變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Acti-nobacteriota）疣微菌門（Verrucomicrobiota）、芽單胞菌門（Gemmatimonadota）等，但同一優(yōu)勢菌門在不同功能菌處理下有所差異。

對不同處理下土壤中的微生物群落進行了標志物種分析，其相對豐度如圖4所示。在真菌群落中，GYM-CK土壤中隱菌門（Rozellomycota）、壺菌門（Chytridiomycota）、單鞭毛菌門（Monoblepha-romycota）無鞭毛菌門（Aphelidiomycota）的相對豐度較高，在細菌群落中脫硫菌門（Desulfobacte-rota）、酸桿菌門（Acidobacteriota）、黏液球菌門（Myxococcota）的相對豐度較高;GYM-K處理下土壤中擔子菌門的相對豐度較高，在細菌群落中厄魯科微生物門（Verrucomicrobiota）、隱桿菌門（Bacteroidota）、螺旋菌門（Spirochaetota）、變形菌門、厚壁菌門（Firmicutes）相對豐度較高;GYM-HC 處理下土壤中 Fungi_phy_Incertae_sedis、被孢菌門（Mortierellomycota）的相對豐度較高，在細菌中藍藻門（Cyanobacteria）、螺旋芽胞菌門（Bdell-ovibrionota）、纖維菌門（Fibrobacterota）的相對豐度較高;GYM-JD處理下土壤中毛霉門（Mucoro-mycota）的相對豐度較高，細菌群落中裝甲菌門（Armatimonadota）、帕特斯菌門（Patescibacteria）、芽孢菌門、俄勒岡菌門（Sumerlaeota）的相對豐度較高；GYM-H處理下子囊菌門的相對豐度較高，細菌群落中，浮游菌門（Planctomycetota）綠彎菌門（Chloroflexi）、僻桿菌門（Abditibacteriota）、放線菌門和奇異球菌門（Deinococcota）相對豐度占優(yōu)。

圖3不同處理高羊茅根際土壤真菌（A）和細菌（B）群落門水平相對豐度

圖4不同處理高羊茅根際土壤真菌（A）和細菌（B）物種分類

2.2 不同功能菌與高羊茅互作對土壤結(jié)構(gòu)的影響

2.2.1對土壤微觀結(jié)構(gòu)的影響膠質(zhì)是土壤中的重要組成部分，直接影響土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)[15]。如圖5所示，原狀土樣土壤大顆粒表面鋒利，小顆粒呈光滑片狀。種植高羊茅 120d 后，GYM-CK土壤大顆粒邊緣較原狀土樣圓潤，土壤小顆粒出現(xiàn)橢圓形。添加不同功能菌處理后，土壤顆粒上出現(xiàn)大小不一、分布不均的絨毛狀膠質(zhì)：GYM-K土壤小顆粒呈絨毛狀，且在膠質(zhì)的作用下逐步黏附為大顆粒；GYM-JD出現(xiàn)大量絨毛狀膠質(zhì)，分散分布、面積居中；GYM-H絨毛狀小顆粒團聚為較大顆粒，但聚集分布；GYM-HC小顆粒大量黏附在大顆粒上，膠質(zhì)分布更為廣泛，顆粒表面的鋒利邊緣逐漸消失，土壤質(zhì)地逐漸向好。

2.2.2 對土壤團聚體含量的影響土壤團聚體是生

物和非生物物質(zhì)共同作用的產(chǎn)物，它影響土壤的物理、化學和生物學性質(zhì)，團聚體又分為大團聚體（ gt;0.25mm 和微團聚體（ lt;0.25mm [16]。圖6顯示，添加不同功能菌對土壤大團聚體的形成產(chǎn)生了明顯效果。處理 60d 時， GYM-CK，GYM-K，GYM-JD GYM-H和GYM-HC處理的 lt;0.25mm 粒徑的團聚體占比分別為 30.94%.27.23%.25.54%.27.07% 和23.80% ;而在處理 120d 時，各處理 lt;0.25mm 粒徑的團聚體占比分別為 30.31%.23.30%.16.62%.21.59% 和 14.78% 。進一步分析發(fā)現(xiàn)，添加解淀粉霉菌最終明顯增加了 0.25～2mm 粒徑團聚體占比；而添加哈茨木霉菌則明顯增加了土壤中 0.25～5mm 粒徑團聚體占比。這兩種功能菌處理的大團聚體含量較其他處理更高，大團聚體含量占比分別提高至 83.38% 和85.22% ，土壤結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

圖5不同處理下的土壤電鏡掃描圖

圖6 不同功能菌處理對不同粒徑土壤團聚體含量的影響2.3 不同功能菌與高羊茅互作對土壤理化性質(zhì)的影響

2.3.1對土壤含水率的影響土壤含水率對植物生長起著重要的作用。從圖7看出，隨著處理時間的延長，各處理土壤含水率均有明顯提高，且添加功能菌處理組含水率均高于GYM-CK。處理 60d 時，GYM-CK土壤含水率為 13.54% ，GYM-K，GYM-JD，GYM-H，GYM-HC 處理的土壤含水率分別為 15.03%.17.35%.16.19%.15.59% 和17.95% ，各處理土壤含水率表現(xiàn)為 GYM-HCgt; GYM-JDgt;GYM-Hgt;GYM-Kgt;GYM-CK 。處理120d時，各處理土壤含水率表現(xiàn)為 GYM-HCgt; GYM-JDgt;GYM-Hgt;GYM-Kgt;GYM-CK ，其中添加解淀粉芽孢桿菌和哈茨木霉菌的處理與GYM-CK均差異顯著，較GYM-CK分別提升3.71個和4.41個百分點，表明這兩種功能菌可以有效提升土壤含水率。

圖7 不同處理下的土壤含水率

同一時間柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著（ Plt;0.05） ，下同。

2.3.2對土壤 pH 值的影響土壤的 pH 值直接影響?zhàn)B分的有效性[17]。由圖8可以看出，處理60d時， GYM-CK，GYM-K，GYM-JD，GYM-H GYM-HC 處理的土壤 pH 值分別為8.18、7.74、8.52、8.28和8.22，各加菌處理組與對照均無顯著差異。處理120d時， JD、GYM-H、GYM-HC的土壤 pH 值分別為8.85、8.75、8.84、8.04、8.23 ，其中 GYM-H，GYM-HC 處理組土壤 pH 值較GYM-CK顯著下降，更接近中性，其余各處理組則整體表現(xiàn)為弱堿性。

2.3.3對土壤有機質(zhì)含量的影響土壤有機質(zhì)是土壤中的主要養(yǎng)分來源之一，也是微生物的主要能量來源[18]。從圖9中可以看出，處理 60d 時，GYM-K、GYM-JD、GYM-H、GYM-HC處理的有機質(zhì)含量分別為 1.43，2.28，1.59，2.82，g?kg^-1 ，均高于GYM-CK，其中GYM-HC處理組提高幅度最大，與對照差異達顯著水平。處理 120d 時，有機質(zhì)含量表現(xiàn)為 GYM-HCgt;GYM-JDgt;GYM- Kgt;GYM-Hgt;GYM-CK 。GYM-JD與GYM-HC處理均顯著高于GYM-CK。以上結(jié)果表明，不同功能菌的添加明顯提高了土壤有機質(zhì)含量，特別是GYM-HC處理，其有機質(zhì)含量在兩個時間段都明顯高于其他處理。

圖8 不同處理下的土壤 pH 值

圖9不同處理下的土壤有機質(zhì)含量

2.3.4對土壤銨態(tài)氮、速效鉀及有效磷含量的影響銨態(tài)氮是植物生長發(fā)育的重要氮源之一，對于維持土壤中的微生物群落和促進氮循環(huán)也起到關(guān)鍵作用[19]。由圖10A看出，處理 60d 時，各處理土壤銨態(tài)氮含量都維持在 50～60mg?kg^-1 之間，GYM-HC處理略優(yōu)于其他處理，但處理間差異均不顯著。處理 120d 時，各處理土壤銨態(tài)氮含量降至 20～40mg?kg^-1 之間，GYM-JD、GYM-HC、GYM-K處理表現(xiàn)略優(yōu)，但處理間也無顯著差異。

圖10不同功能菌處理對土壤銨態(tài)氮（A）、速效鉀（B）及有效磷（C）含量的影響

速效鉀是植物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素之一，其充足供應有助于提高植物對逆境的抗御能力。圖10B顯示，添加不同功能菌處理后土壤速效鉀含量顯著提高。處理60d時，GYM-JD、GYM-HC、GYM-K和GYM-H處理較GYM-CK分別提高 95.66%.89.95%.78.47% 和 31.73% ，差異均達顯著水平，GYM-JD 和GYM-HC處理土壤速效鉀含量顯著高于GYM-K和GYM-H處理。處理 120d 時，各處理土壤速效鉀含量均有所降低，但依然呈現(xiàn) GYM-JDgt;GYM-HCgt;GYM-Kgt;GYM-Hgt;GYM-CK。

有效磷對植物生長和土壤養(yǎng)分具有重要影響[20]。圖10C顯示，添加不同功能菌均顯著提高土壤有效磷含量。處理 60d 時，加菌處理組土壤有效磷含量都維持在 15～30mg?kg^-1 范圍內(nèi)，均顯著高于對照組，各處理表現(xiàn)為 GYM-Kgt;GYM- HCgt;GYM-JDgt;GYM-Hgt;GYM-CK ;處理 120d 時，表現(xiàn)為 GYM-HCgt;GYM-JDgt;GYM-Hgt;GYM-Kgt; GYM-CK，不同處理間差異均達顯著水平。

2.4不同功能菌處理下高羊茅土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性各指標間的相關(guān)性分析

如圖11所示，土壤含水率與銨態(tài)氮和速效鉀呈顯著正相關(guān)，與有效磷呈極顯著正相關(guān)；土壤大團聚體含量與速效鉀、有效磷及過氧化氫酶呈極顯著正相關(guān)，與堿性磷酸酶和蔗糖酶呈顯著正相關(guān)；土壤 pH 值與堿性磷酸酶呈極顯著負相關(guān)，與蔗糖酶呈顯著正相關(guān)；土壤有機質(zhì)與速效鉀、有效磷以及過氧化氫酶呈極顯著正相關(guān)，與堿性磷酸酶和脲酶顯著正相關(guān)；銨態(tài)氮與速效鉀呈顯著正相關(guān)；速效鉀與有效磷、過氧化氫酶、脲酶呈極顯著正相關(guān)，與堿性磷酸酶呈著正相關(guān);過氧化氫酶與蔗糖酶呈著正相關(guān)；堿性磷酸酶與硝酸還原酶呈極顯著正相關(guān)，與脲酶和纖維素酶呈顯著正相關(guān)；蔗糖酶與纖維素酶呈極顯著負相關(guān)；纖維素酶與硝酸還原酶呈顯著正相關(guān)。

圖11土壤理化性質(zhì)和土壤酶活力各指標間的相關(guān)系數(shù)熱圖

和 ^** 分別表示在0.05和0.01水平上相關(guān)顯著。

S-MO：土壤含水率;S-MA：土壤大團聚體（ gt;0.25mm ）；SOC：土壤有機質(zhì)； NH₄⁺ -N：銨態(tài)氮;AK：速效鉀;AP：有效磷；S-CAT：土壤過氧化氫酶;S-ALP：土壤堿性磷酸酶;S-SC：土壤蔗糖酶;S-UE：土壤脲酶;S-CL：土壤纖維素酶;S-NR：硝酸還原酶。

3 討論

土壤微生物是維系土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡和循環(huán)的關(guān)鍵因素，不同類群的微生物在養(yǎng)分循環(huán)、有機質(zhì)分解等方面發(fā)揮著重要作用[21]。引人外源微生物可以改變原有微生物群落的組成和多樣性，促進有益菌群的定殖并抑制病原菌的生長，從而優(yōu)化土壤微環(huán)境，提高土壤肥力水平[22]。本研究表明，不同處理土壤微生物群落呈現(xiàn)出明顯差異，通過施加不同種類的功能菌，一定程度上抑制或取代了部分原有土壤微生物，導致細菌和真菌OTU數(shù)量下降，但引入了較多新的OTU類群，豐富了群落組成。特別是在GYM-HC和GYM-JD處理下，真菌群落表現(xiàn)出較為豐富和均勻的特征。哈茨木霉菌屬子囊菌門，在真菌群落中占據(jù)主導地位，與被孢菌門共同發(fā)揮作用，這些真菌能夠分解植物殘體和有機物，促進土壤有機質(zhì)的降解過程，并與植物根系形成共生關(guān)系，極大地促進了土壤中有機質(zhì)和養(yǎng)分的增加[23-24]。在細菌群落中，藍藻門、螺旋芽胞菌門和纖維菌門相對豐度較高，這些細菌具有良好的固氮能力和分解能力，有利于養(yǎng)分的積累與釋放。添加解淀粉芽孢桿菌后，毛霉菌門在真菌群落中占據(jù)優(yōu)勢，這些真菌能在不利的土壤環(huán)境中定殖良好[25]，參與土壤中有機物的分解和礦化過程，促進土壤中養(yǎng)分的釋放。而解淀粉芽孢桿菌屬芽孢菌門，在細菌群落中豐度較高，表明其在貧瘠土壤中具有較強的定殖能力。GYM-K處理下，擔子菌門在真菌群落中占據(jù)主導地位，在養(yǎng)分含量較高的土壤中，擔子菌門的種類和數(shù)量通常會更豐富和多樣[26]。在細菌群落中，隱桿菌門、變形菌門和厚壁菌門相對豐度較高，其生態(tài)適應性強，但它們之間可能存在生態(tài)位的重疊，導致資源的過度利用或者競爭，而不利于單個菌群的生長和活動[27]。在GYM-H處理下，真菌群落中子囊菌門占據(jù)較大優(yōu)勢，而在細菌群落中，浮游菌門、藍藻門、僻桿菌門和放線菌門豐度占優(yōu)，對土壤氮磷鉀元素的循環(huán)有積極影響，但它們之間可能存在競爭關(guān)系影響其在土壤中的功能發(fā)揮[28]

良好的土壤結(jié)構(gòu)對于維持土壤肥力至關(guān)重要。本研究結(jié)果顯示，添加不同功能菌后，土壤顆粒表面出現(xiàn)了絨毛狀膠質(zhì)。膠質(zhì)作為土壤中重要的黏結(jié)物質(zhì)，能夠?qū)⑼寥李w粒黏結(jié)成具有一定穩(wěn)定性的團聚體結(jié)構(gòu)[29]。本試驗添加解淀粉芽孢桿菌和哈茨木霉菌后，土壤大團聚體（ gt;0.25mm ）含量明顯增加，是因為微生物的代謝產(chǎn)物一—多糖和其他有機物對土壤顆粒的膠結(jié)作用有利于形成穩(wěn)定的團聚體[30]，相比之下，添加枯草芽孢桿菌和黑曲霉菌的土壤顆粒表面雖然也形成了一定膠黏物質(zhì)，但其分布有限，對大團聚體含量和含水率的改善效果不顯著，其對土壤結(jié)構(gòu)的具體影響有待進一步研究。

土壤養(yǎng)分是植物生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，其含量和有效性直接影響土壤肥力以及植物的生長發(fā)育[31]。適宜的土壤 pH 值有利于養(yǎng)分的有效性和植物根系對養(yǎng)分的吸收利用。本研究中，施加黑曲霉菌和哈茨木霉菌處理120d時的土壤pH 值較對照組顯著降低，這兩種真菌可能分解有機物質(zhì)，釋放出有機酸與土壤中的堿性物質(zhì)反應，從而降低土壤的 pH 值。同時，哈茨木霉菌的添加對土壤有機質(zhì)的增加效果在 60d 最為顯著。然而，隨著時間的推移，所有處理組在120d時土壤有機質(zhì)含量普遍下降，由于定期追加微生物菌劑，推測在試驗后期階段，可能存在微生物過度繁殖的現(xiàn)象，導致它們更加積極地參與有機質(zhì)的分解，從而加速土壤有機質(zhì)的流失[32]。不同功能菌對土壤速效鉀、有效磷含量均有顯著提高，對土壤銨態(tài)氮的影響并不顯著。在處理 120d 時土壤速效鉀、有效磷含量下降，這一趨勢可能與土壤貧瘠有關(guān)，高羊茅作為植被在貧瘠環(huán)境下建植，會對土壤中的養(yǎng)分進行大量吸收，以滿足其自身的生長需求[33] 。

本研究發(fā)現(xiàn)土壤酶活性與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)，與已有研究結(jié)果一致[34]。有機質(zhì)與過氧化氫酶、堿性磷酸酶和脲酶之間存在協(xié)同調(diào)控和相互作用[35]。有機質(zhì)中富含的化合物（如磷酸酯化合物、尿素等）分解產(chǎn)生的有機物可為過氧化氫酶提供電子，參與氧還原反應。堿性磷酸酶參與有機化合物的水解，而有機物水解產(chǎn)物可提供底物給脲酶。因此，土壤中有機質(zhì)含量較高時，過氧化氫酶、堿性磷酸酶和脲酶活性也較高。此外，速效鉀、有效磷、過氧化氫酶、堿性磷酸酶和脲酶在改良土壤養(yǎng)分中協(xié)同作用[36]，證明添加不同功能菌可提高土壤酶活性和養(yǎng)分利用率，促進植物生長。植物生長促進根際分泌物釋放，進而促進微生物代謝和繁殖，提高酶活性，形成土壤、作物和微生物之間良性循環(huán)。此外本研究發(fā)現(xiàn)，過氧化氫酶與蔗糖酶，堿性磷酸酶與硝酸還原酶、脲酶、纖維素酶，纖維素酶與硝酸還原酶間均存在顯著相關(guān)性，表明這些酶不僅具有自身專一性，還在養(yǎng)分循環(huán)過程中相互影響，促進土壤養(yǎng)分的利用。

4結(jié)論

本研究分析了不同功能菌與高羊茅互作 60～ 120d 根際土微生物群落多樣性的動態(tài)變化、土攘結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)改善情況，得出：外源功能菌的引入能改變原有土壤微生物群落的組成和多樣性。其中解淀粉芽孢桿菌處理和哈茨木霉菌處理能顯著提高土壤含水率、增加土壤大團聚體含量，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，且哈茨木霉菌處理顯著提高了土壤有機質(zhì)、速效鉀和有效磷含量。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性有顯著相關(guān)關(guān)系。

外源功能微生物與植物互作是一種行之有效的新型修復貧瘠土壤的方法，但本試驗只對不同功能菌與高羊茅互作的宏觀表征進行了分析，其內(nèi)部的機理仍需進一步深入討論。在未來的研究中，應注重從分子水平和微生物群體層面上進行更深入的探索，全面解析外源功能微生物與植物互作的機制；應注重功能菌株或菌株組合的優(yōu)化，充分發(fā)揮微生物的協(xié)同作用，以為貧瘠土壤修復和可持續(xù)發(fā)展提供更多理論依據(jù)。

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