• ISSN 1008-505X
  • CN 11-3996/S

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

双季稻田冬闲期土壤细菌数量及结构对施氮的响应

聂江文 王幼娟 吴邦魁 刘章勇 朱波

引用本文:
Citation:

双季稻田冬闲期土壤细菌数量及结构对施氮的响应

    作者简介: 聂江文 Tel:0716-8066541,E-mail:13437203646@163.com;
    通讯作者: 朱波, E-mail:1984zhubo@163.com
  • 基金项目: “十三•五”国家重点研发计划粮食丰产增效工程(2016YFD0300208);国家自然科学基金项目(31501274,31870424);湖北省教育厅优秀中青年科技创新团队(T201404);主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心开放基金项目(2015MS001);中国科协青年人才托举工程(YESS20160040)。

Response of soil bacterial quantity and community to nitrogen fertilization in double-cropping rice field during winter fallow period

    Corresponding author: ZHU Bo, E-mail:1984zhubo@163.com
  • 摘要: 【目的】研究不同施氮水平对湖南双季稻区冬闲期土壤细菌结构与数量的影响,为双季稻区水稻可持续生产提供理论依据。【方法】依托湖南省双季稻区连续8年的定位试验,选取3个氮肥水平处理:CK(不施氮肥)、N1(施N 100 kg/hm2)、N2(施N 200 kg/hm2),取稻田冬闲期5—20 cm耕层土样,采用高通量测序和荧光定量PCR方法测定了土壤细菌数量与结构。【结果】与CK相比,N1、N2处理显著增加了双季稻产量,提升了冬闲期土壤总氮、全碳含量,降低了土壤pH、硝态氮及碳氮比 (P < 0.05)。N1和N2处理的细菌16s rDNA基因拷贝数分别为CK的48.25和 40.31倍。施氮显著增加土壤总细菌丰度,土壤细菌丰度与土壤全氮、碳氮比呈显著正相关,与土壤全碳呈显著负相关。施氮改变了冬闲期稻田土壤细菌的多样性及群落结构。与CK相比,N1处理提高了稻田土壤微生物多样性;N2处理显著增加稻田土壤细菌丰富度,但显著降低稻田土壤细菌多样性。此外,3个处理土壤菌群相对丰度最高的是Proteobacteria(变形菌门),达40.16%~51.16%。N2处理的变形菌门相对丰度显著高于CK与N1,N1处理的变形菌门相对丰度显著低于CK。3个处理属水平细菌相对丰度较高的是Anaerolineaceae_uncultured(厌氧绳菌属) 和Nitrospira(硝化螺旋菌属),其相对丰度分别为8.6%~14.56%和8.16%~11.46%。Spearman相关性分析显示,11个优势门菌群数量均与土壤化学性质存在显著相关性。稻田11个优势菌群的数量与土壤化学性质显著相关。【结论】湖南双季稻区施氮降低冬闲期稻田土壤pH和C/N比,低施氮水平可增加稻田微生物多样性,高施氮量虽然增加稻田细菌丰富度,但降低了微生物多样性。
  • 图 1  不同施氮水平下土壤细菌16s rDNA基因拷贝数

    Figure 1.  Copies of bacterial 16s rDNA genes in soils with different nitrogen application rates

    图 2  不同处理土壤OTUs的稀释性曲线 (相似度97%)

    Figure 2.  Rarefaction curves of the OTUs number at 97% similarity for different soil samples

    图 3  不同施氮水平下土壤细菌门 (a) 和属 (b) 的相对丰度

    Figure 3.  Relative abundance of soil bacteria at phylum (a) and genus (b) affected by different nitrogen application rates

    表 1  不同施氮水平下水稻产量 (kg/hm2)

    Table 1.  Rice yields affected by different nitrogen application rates

    处理Treatment早稻Early rice晚稻Late rice
    CK4057 ± 216 b6901 ± 494 b
    N1 4965 ± 86.3 a7779 ± 533 a
    N25171 ± 144 a7737 ± 298 a
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant difference among treatments (P < 0.05).
    下载: 导出CSV

    表 2  不同氮肥水平下双季稻田土壤化学性质

    Table 2.  Chemical properties of double cropping rice fields affected by different nitrogen application rates

    处理
    Treatment
    pH总氮 (g/kg)
    Total N
    碱解氮 (mg/kg)
    Available N
    NO3-N
    (mg/kg)
    NH4+-N
    (mg/kg)
    碳氮比
    C/N
    全碳 (g/kg)
    Total C
    CK7.63 ± 0.03 a3.27 ± 0.04 b230.53 ± 6.12 a10.55 ± 0.23 a10.05 ± 2.32 b11.22 ± 0.14 a36.71 ± 0.06 b
    N17.28 ± 0.03 b3.71 ± 0.06 a230.18 ± 42.49 a6.53 ± 0.23 b6.14 ± 2.32 c10.63 ± 0.21 b39.44 ± 1.0 a
    N27.22 ± 0.02 b3.65 ± 0.04 a240.45 ± 7.18 a5.43 ± 0.22 c29.72 ± 2.31 a10.88 ± 0.08 b39.74 ± 0.25 a
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant difference among treatments (P < 0.05).
    下载: 导出CSV

    表 3  不同施氮水平下土壤细菌测序结果、丰富度及多样性

    Table 3.  Sequencing, reichness and diversity indices of soils with different nitrogen application rates

    处理
    Treatment
    测序结果Sequencing群落丰富度指数Community richness群落多样性指数Community diversity
    序列数
    Reads
    操作单元
    OTU
    覆盖度
    Coverage
    Ace物种丰富度指数
    Chao l
    香农指数
    Shannon
    辛普森指数
    Simpson
    CK1851317320.98261933 ± 44 b 1948 ± 61 ab6.55 ± 0.02 b0.0031 ± 0.0001 b
    N12401617880.98911935 ± 36 b1937 ± 47 b6.63 ± 0.02 a0.0026 ± 0.0001 c
    N22190217690.98581966 ± 44 a1957 ± 54 a6.45 ± 0.02 c0.0044 ± 0.0002 a
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant difference among treatments (P < 0.05).
    下载: 导出CSV

    表 4  土壤优势菌群门相对丰度与土壤化学性质的 Spearman 相关性分析

    Table 4.  Spearman's correlation coefficients between soil dominant bacteria (phylum) and soil physiochemical characteristics

    细菌门
    Phylum
    pH全氮
    Total N
    碱解氮
    Alk.-hydr. N
    硝态氮
    NO3-N
    铵态氮
    NH4+-N
    碳氮比
    C/N
    全碳
    Total C
    Proteobacteria 0.03 0.68 0.66 –0.74 0.69 –0.45 0.70
    Chloroflexi –0.90** 0.54 –0.59 –0.24 –0.69 –0.77 0.35
    Nitrospirae 0.35 0.53 0.88* –0.78 0.95 –0.25 0.7
    Acidobacteria –0.90** 0.65 –0.47 –0.37 –0.58 –0.75 0.48
    Bacteroidetes –0.89* 0.46 –0.66 –0.15 –0.65 –0.61 0.26
    Actinobacteria –0.65 0.88* 0.17 –0.76 0.05 –0.90** 0.72
    Chlorobi 0.90** –0.67 0.45 0.39 0.56 0.76 –0.50
    Gemmatimonadetes –0.53 –0.35 –0.90** 0.64 –0.90** 0.05 –0.54
    Latescibacteria –0.91** 0.55 –0.58 –0.25 –0.68 –0.78 0.36
    Parcubacteria 0.53 –0.92** –0.44 0.89* –0.32 0.72 –0.92**
    Cyanobacteria 0.44 –0.89* –0.53 0.99** –0.42 0.78 –0.93**
    Firmicutes 0.52 0.36 0.92** –0.64 0.93** –0.06 0.55
    注(Note):*—P < 0.05; **—P < 0.01.
    下载: 导出CSV
  • [1] 汤国平, 熊强强, 钟蕾, 等. 双季早稻氮素亏缺补偿效应的形成及其生理机制初探[J]. 核农学报, 2017, 31(8): 1585–1593. Tang G P, Xiong Q Q, Zhong L, et al. Primary research on the formation and its physiological mechanism of nitrogen deficiency compensatory effects in double-season early rice[J]. Acta Agriculturae Nucleatae Sinica, 2017, 31(8): 1585–1593.
    [2] 贺帆, 黄见良, 崔克辉, 等. 实时实地氮肥管理对不同杂交水稻氮肥利用率的影响[J]. 中国农业科学, 2008, 41(2): 470–479. He F, Huang J L, Cui K H, et al. Effect of real-time and site-specific nitrogen management on various hybrid rice[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(2): 470–479. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2008.02.021
    [3] 曾祥明, 韩宝吉, 徐芳森, 等. 不同基础地力土壤优化施肥对水稻产量和氮肥利用率的影响[J]. 中国农业科学, 2012, 45(14): 2886–2894. Zeng X M, Han B J, Xu F S, et al. Effect of optimized fertilization on grain yield of rice and nitrogen use efficiency in paddy fields with different basic soil fertilities[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(14): 2886–2894. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.14.011
    [4] 王晓维. 施氮与间作对红壤旱地作物生产力、氮素利用及土壤生态环境的影响[D]. 南昌: 江西农业大学硕士学位论文, 2015.
    Wang X W. Effect of nitrogen fertilizer intercropping on crop productivity, nitrogen utilization and soil ecological environment in dry land red soil[D]. Nanchang: MS Thesis of Jiangxi Agricultural University, 2015.
    [5] 冯涛, 杨京平, 孙军华, 等. 两种土壤不同施氮水平对稻田系统的氮素利用及环境效应影响[J]. 水土保持学报, 2005, 19(1): 64–67. Feng T, Yang J P, Sun J H, et al. Effect of different nitrogen application levels on nitrogen utilization of paddy field system and environment impact under two soils[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2005, 19(1): 64–67. doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2005.01.016
    [6] 宋亚娜, 林艳, 陈子强. 氮肥水平对稻田细菌群落及N2O排放的影响[J]. 中国生态农业学报, 2017, 25(9): 1266–1275. Song Y N, Lin Y, Chen Z Q. Effect of nitrogen fertilizer level on bacterial community and N2O emission in paddy soil[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(9): 1266–1275.
    [7] 郑永美, 王春晓, 刘岐茂, 等. 氮肥对花生根系生长和结瘤能力的调控效应[J]. 核农学报, 2017, 31(12): 2418–2425. Zheng Y M, Wang C X, Liu Q M, et al. Effect of nitrogen fertilizer regulation on root growth and modulating ability of peanut[J]. Acta Agriculturae Nucleatae Sinica, 2017, 31(12): 2418–2425. doi: 10.11869/j.issn.100-8551.2017.12.2418
    [8] 陈欢, 曹承富, 张存岭, 等. 长期施肥砂姜黑土微生物学特征差异及评价[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(6): 1563–1571. Chen H, Cao C F, Zhang C L, et al. Difference and assessment in microbial characteristics of lime concretion black soil affected by long-term fertilization[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(6): 1563–1571. doi: 10.11674/zwyf.2015.0623
    [9] Acostamartínez V, Burow G, Zobeck T M, et al. Soil microbial communities and function in alternative systems to continuous cotton[J]. Soil Science Society of America Journal, 2010, 74(4): 1181–1192. doi: 10.2136/sssaj2008.0065
    [10] 何莉莉, 杨慧敏, 钟哲科, 等. 生物炭对农田土壤细菌群落多样性影响的PCR-DGGE分析[J]. 生态学报, 2014, 34(15): 4288–4294. He L L, Yang H M, Zhong Z K, et al. PCR-DGGE analysis of soil bacterium community diversity in farmland influenced by biochar[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(15): 4288–4294.
    [11] 徐永刚, 宇万太, 马强, 等. 长期不同施肥制度对潮棕壤微生物生物量碳、氮及细菌群落结构的影响[J]. 应用生态学报, 2010, 21(8): 2078–2085. Xu Y G, Yu W T, Ma Q, et al. Effects of long-term fertilizations on microbial biomass C and N and bacterial community structure in an aquic brown soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(8): 2078–2085.
    [12] Zhou J, Guan D, Zhou B, et al. Influence of 34-years of fertilization on bacterial communities in an intensively cultivated black soil in northeast China[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2015, 90: 42–51.
    [13] Ramirez K S, Lauber C L, Knight R, et al. Consistent effects of nitrogen fertilization on soil bacterial communities in contrasting systems[J]. Ecology, 2010, 91(12): 3463–3470. doi: 10.1890/10-0426.1
    [14] 秦杰, 姜昕, 周晶, 等. 长期不同施肥黑土细菌和古菌群落结构及主效影响因子分析[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(6): 1590–1598. Qin J, Jiang X, Zhou J, et al. Characteristics and driving factors of soil bacterial and archaeal communities under long-term fertilization regimes in black soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(6): 1590–1598. doi: 10.11674/zwyf.2015.0626
    [15] 杨亚东, 王志敏, 曾昭海. 长期施肥和灌溉对土壤细菌数量、多样性和群落结构的影响[J]. 中国农业科学, 2018, 51(2): 290–301. Yang Y D, Wang Z M, Zeng Z H. Effects of long-term different fertilization and irrigation managements on soil bacterial abundance, diversity and composition[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(2): 290–301. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.02.009
    [16] Cole J R, Chai B, Farris R J, et al. The ribosomal database project (RDP-Ⅱ): sequences and tools for high-throughput rRNA analysis[J]. Nucleic Acids Research, 2005, 33: 294–296.
    [17] Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science, 2010, 327(5968): 1008–1010. doi: 10.1126/science.1182570
    [18] Saha S, Prakash V, Kundu S, et al. Soil enzymatic activity as affected by long term application of farmyard manure and mineral fertilizer under a rainfed soybean-wheat system in N-W Himalaya[J]. European Journal of Soil Biology, 2008, 44(3): 309–315. doi: 10.1016/j.ejsobi.2008.02.004
    [19] 徐国伟, 吕强, 陆大克, 等. 干湿交替灌溉耦合施氮对水稻根系性状及籽粒库活性的影响[J]. 作物学报, 2016, 42(10): 1495–1505. Xu G W, Lü Q, Lu D K, et al. Effect of wetting and drying alternative irrigation coupling with nitrogen application on root characteristic and grain-sink activity[J]. Acta Agronomica Sinica, 2016, 42(10): 1495–1505.
    [20] 李珣, 吕小红. 施氮处理对不同株型水稻根系氮代谢相关生理特性的影响[J]. 江苏农业科学, 2017, 45(21): 72–75. Li X, Lü X H. Effects of nitrogen application on the physiological characteristics of nitrogen metabolism in different rice Roots[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2017, 45(21): 72–75.
    [21] Shen J P, Zhang L M, Guo J F, et al. Impact of long-term fertilization practices on the abundance and composition of soil bacterial communities in Northeast China[J]. Applied Soil Ecology, 2010, 46(1): 119–124. doi: 10.1016/j.apsoil.2010.06.015
    [22] 杨亚东, 张明才, 胡君蔚, 等. 施氮肥对华北平原土壤氨氧化细菌和古菌数量及群落结构的影响[J]. 生态学报, 2017, 37(11): 3636–3646. Yang Y D, Zhang M C, Hu J W, et al. Effects of nitrogen fertilizer application on abundance and community structure of ammonia oxidizing bacteria and archaea in a North China agricultural soil[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(11): 3636–3646.
    [23] Chen X, Zhang L M, Shen J P, et al. Soil type determines the abundance and community structure of ammonia-oxidizing bacteria and archaea in flooded paddy soils[J]. Journal of Soils & Sediments, 2010, 10(8): 1510–1516.
    [24] 丁建莉, 姜昕, 关大伟, 等. 东北黑土微生物群落对长期施肥及作物的响应[J]. 中国农业科学, 2016, 49(22): 4408–4418. Ding J L, Jiang X, Guan D W, et al. Responses of micropopulation in black soil of northeast China to long-term fertilization and crops[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(22): 4408–4418. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.013
    [25] 袁红朝, 吴昊, 葛体达, 等. 长期施肥对稻田土壤细菌、古菌多样性和群落结构的影响[J]. 应用生态学报, 2015, 26(6): 1807–1813. Yuan H Z, Wu H, Ge T D, et al. Effects of long-term fertilization on bacterial and archaeal diversity and community structure within subtropical red paddy soils[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(6): 1807–1813.
    [26] 袁红朝, 秦红灵, 刘守龙, 等. 长期施肥对红壤性水稻土细菌群落结构和数量的影响[J]. 中国农业科学, 2011, 44(22): 4610–4617. Yuan H Z, Qin H L, Liu S L, et al. Response of abundance and composition of the bacterial community to long-term fertilization in paddy soils[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(22): 4610–4617. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2011.22.007
    [27] Flie B A, Eyhorn F, Mader P. ‘DOK’ long-term farming system trial: microbial biomass, activity and diversity affected the decomposition of plant residues[A]. Rees R M, Campell B C. Sustainable management of organic matter[M]. Wallingford: CABI Publishing, 2001. 363–369.
    [28] Böhme L, Langer U, Böhme F. Microbial biomass, enzyme activities and microbial community structure in two European long-term field experiments[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2005, 109: 141–152. doi: 10.1016/j.agee.2005.01.017
    [29] 王佩雯, 朱金峰, 陈征, 等. 高通量测序技术下连作植烟土壤细菌群落与土壤环境因子的耦合分析[J]. 农业生物技术学报, 2016, 24(11): 1754–1763. Wang P W, Zhu J F, Chen Z, et al. Coupling analysis based on high throughput sequencing technology of soil bacterial community and soil environmental factors in continuous cropping tobacco soil[J]. Journal of Agricultural Biotechnology, 2016, 24(11): 1754–1763.
    [30] 周岚, 杨永, 王占海, 等. 玉米-大豆轮作及氮肥施用对土壤细菌群落结构的影响[J]. 作物学报, 2013, 39(11): 2016–2022. Zhou L, Yang Y, Wang Z H, et al. Influence of maize-soybean rotation and N fertilizer on bacterial community composition[J]. Acta Agronomica Sinica, 2013, 39(11): 2016–2022.
    [31] Fierer N, Bradford M A, Jackson R B. Toward an ecological classification of soil bacteria[J]. Ecology, 2007, 88(6): 1354–1364. doi: 10.1890/05-1839
    [32] Deangelis K M, Brodie E L, Desantis T Z, et al. Selective progressive response of soil microbial community to wild oat roots[J]. ISME Journal, 2009, 3(2): 168–178. doi: 10.1038/ismej.2008.103
    [33] 高圣超, 关大伟, 马鸣超, 等. 大豆连作条件下施肥对东北黑土细菌群落的影响[J]. 中国农业科学, 2017, 50(7): 1271–1281. Gao S C, Guan D W, Ma M C, et al. Effects of fertilization on bacterial community under the condition of continuous soybean monoculture in black soil in Northeast China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(7): 1271–1281. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.07.010
    [34] 于海玲. 施氮量对土壤微生物群落组成特征的影响研究[D]. 长春: 吉林农业大学博士学位论文, 2017.
    Yu H L. Study on the effect of nitrogen application rate on the composition of soil microbial community[D]. Changchun: PhD Dissertation of Jilin Agricultural University, 2017.
    [35] 王伏伟, 王晓波, 李金才, 等. 施肥及秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响[J]. 中国生态农业学报, 2015, 23(10): 1302–1311. Wang F W, Wang X B, Li J C, et al. Effects of fertilization and straw incorporation on bacterial communities in lime concretion black soil[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(10): 1302–1311.
    [36] Liu J, Sui Y, Yu Z, et al. High throughput sequencing analysis of biogeographical distribution of bacterial communities in the black soils of northeast China[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2014, 70(2): 113–122.
    [37] Lauber C L, Strickland M S, Bradford M A, et al. The influence of soil properties on the structure of bacterial and fungal communities across land-use types[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2008, 40(9): 2407–2415.
    [38] 李妙婉. 一体化脱氮除磷曝气生物滤池处理生活污水的效能及微生物种群结构研究[D]. 济南: 济南大学硕士学位论文, 2014.
    Li M W. The research of the integrative aeration biological filter of phosphorus and nitrogen removal for efficiency of processing sewage and microbial population structure[D]. Jinan: MS Thesis of University of Jinan, 2014.
  • [1] 胡晓婧刘俊杰于镇华魏丹周宝库陈雪丽王光华 . 长期施用化肥对东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(11): 1-9. doi: 10.11674/zwyf.19063
    [2] 李艳玲宋阿琳卢玉秋王恩召唐治喜刘雄舵范分良 . 不同土壤玉米根际挥发性有机物组成和微生物群落特征. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(10): 1633-1645. doi: 10.11674/zwyf.18412
    [3] 闫贵欣陈碧云许鲲高桂珍吕培军伍晓明李锋李俊 . 甘蓝型油菜ACCase、 DGAT2和PEPC基因对氮素用量的应答. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(6): 1370-1378. doi: 10.11674/zwyf.2012.12094
    [4] 朱坚石丽红田发祥霍莲杰纪雄辉 . 湖南典型双季稻田氨挥发对施氮量的响应研究. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(5): 1129-1138. doi: 10.11674/zwyf.2013.0512
    [5] 王蓉朱杰金涛刘章勇 . 稻虾共作模式下稻田土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的特征. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(11): 1-13. doi: 10.11674/zwyf.18414
    [6] 叶丽萍钟凤林林义章林琳琳 . 外源NO对铜胁迫下小白菜SBPase基因表达特性及其光合速率的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(3): 736-743. doi: 10.11674/zwyf.14554
    [7] 毛云飞于文章王增辉杨恒峰张佳腾高付凤陈学森毛志泉沈向 . 土施维生素B6对苹果园土壤微生物多样性的影响. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(2): 394-403. doi: 10.11674/zwyf.17323
    [8] 丁建莉姜昕马鸣超关大伟赵百锁魏丹曹凤明李力李俊 . 长期有机无机肥配施对东北黑土真菌群落结构的影响. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(4): 914-923. doi: 10.11674/zwyf.16357
    [9] 武其甫武雪萍李银坤吴会军闫鹏张彦才李若楠王丽英王小彬蔡典雄 . 保护地土壤N2O排放通量特征研究. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(4): 942-948. doi: 10.11674/zwyf.2011.0479
    [10] 杜少平马忠明薛亮 . 密度、氮肥互作对旱砂田西瓜产量、品质及氮肥利用率的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(1): 154-161. doi: 10.11674/zwyf.2013.0118
    [11] 庄振东李絮花 . 腐植酸氮肥对玉米产量、氮肥利用及氮肥损失的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(5): 1232-1239. doi: 10.11674/zwyf.15512
    [12] 周江明赵琳董越勇徐进边武英毛杨仓章秀福 . 氮肥和栽植密度对水稻产量及氮肥利用率的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(2): 274-281. doi: 10.11674/zwyf.2010.0203
    [13] 邓兰生张承林 . 滴灌施氮肥对盆栽玉米生长的影响. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(1): 81-85. doi: 10.11674/zwyf.2007.0114
    [14] 巨晓棠谷保静 . 我国农田氮肥施用现状、问题及趋势. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(4): 783-795. doi: 10.11674/zwyf.2014.0401
    [15] 王小利周建斌郑险峰李生秀 . 控释氮肥养分控释效果及合理施用研究. 植物营养与肥料学报, 2003, 9(4): 390-395. doi: 10.11674/zwyf.2003.0402
    [16] 曾希柏谢德体青长乐侯光炯 . 氮肥施用量对莴笋光合特性影响的研究. 植物营养与肥料学报, 1997, 3(4): 323-328. doi: 10.11674/zwyf.1997.0406
    [17] 华水金杨宇虹赵菊英王光贤王利云王学德 . 氮肥对水田与旱地烤烟烟叶氮浓度和相关酶活性的影响. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(4): 689-694. doi: 10.11674/zwyf.2007.0424
    [18] 熊又升陈明亮喻永熹邓波儿 . 间歇淋洗干湿交替条件下氮肥的氮行为研究. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(2): 153-158. doi: 10.11674/zwyf.2001.0206
    [19] 李秧秧邵明安 . 小麦根系对水分和氮肥的生理生态反应. 植物营养与肥料学报, 2000, 6(4): 383-388. doi: 10.11674/zwyf.2000.0404
    [20] 李进平谢志坚涂书新许汝冰陈振国王学龙曹仕明李建平于洋张允政 . 烤烟烟碱合成及其氮素来源与移栽期和氮肥的关系研究. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(3): 714-719. doi: 10.11674/zwyf.2010.0329
  • 加载中
图(3)表(4)
计量
  • 文章访问数:  665
  • HTML全文浏览量:  403
  • PDF下载量:  91
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-05
  • 网络出版日期:  2019-06-29
  • 刊出日期:  2019-06-01

双季稻田冬闲期土壤细菌数量及结构对施氮的响应

    作者简介:聂江文 Tel:0716-8066541,E-mail:13437203646@163.com
    通讯作者: 朱波, 1984zhubo@163.com
  • 1. 主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心,湖北荆州 434025
  • 2. 长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心/湖北省涝渍灾害与湿地农业重点实验室,湖北荆州 434025
  • 基金项目: “十三•五”国家重点研发计划粮食丰产增效工程(2016YFD0300208);国家自然科学基金项目(31501274,31870424);湖北省教育厅优秀中青年科技创新团队(T201404);主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心开放基金项目(2015MS001);中国科协青年人才托举工程(YESS20160040)。
  • 摘要: 【目的】研究不同施氮水平对湖南双季稻区冬闲期土壤细菌结构与数量的影响,为双季稻区水稻可持续生产提供理论依据。【方法】依托湖南省双季稻区连续8年的定位试验,选取3个氮肥水平处理:CK(不施氮肥)、N1(施N 100 kg/hm2)、N2(施N 200 kg/hm2),取稻田冬闲期5—20 cm耕层土样,采用高通量测序和荧光定量PCR方法测定了土壤细菌数量与结构。【结果】与CK相比,N1、N2处理显著增加了双季稻产量,提升了冬闲期土壤总氮、全碳含量,降低了土壤pH、硝态氮及碳氮比 (P < 0.05)。N1和N2处理的细菌16s rDNA基因拷贝数分别为CK的48.25和 40.31倍。施氮显著增加土壤总细菌丰度,土壤细菌丰度与土壤全氮、碳氮比呈显著正相关,与土壤全碳呈显著负相关。施氮改变了冬闲期稻田土壤细菌的多样性及群落结构。与CK相比,N1处理提高了稻田土壤微生物多样性;N2处理显著增加稻田土壤细菌丰富度,但显著降低稻田土壤细菌多样性。此外,3个处理土壤菌群相对丰度最高的是Proteobacteria(变形菌门),达40.16%~51.16%。N2处理的变形菌门相对丰度显著高于CK与N1,N1处理的变形菌门相对丰度显著低于CK。3个处理属水平细菌相对丰度较高的是Anaerolineaceae_uncultured(厌氧绳菌属) 和Nitrospira(硝化螺旋菌属),其相对丰度分别为8.6%~14.56%和8.16%~11.46%。Spearman相关性分析显示,11个优势门菌群数量均与土壤化学性质存在显著相关性。稻田11个优势菌群的数量与土壤化学性质显著相关。【结论】湖南双季稻区施氮降低冬闲期稻田土壤pH和C/N比,低施氮水平可增加稻田微生物多样性,高施氮量虽然增加稻田细菌丰富度,但降低了微生物多样性。

    English Abstract

    • 水稻 (Oryza sativa) 是我国重要的粮食作物之一,稻田土壤质量的可持续性对水稻持续高产稳产有着极其重要的作用。氮肥的施入对水稻产量的提升有着巨大的贡献[1]。据统计,稻田氮肥施用量达到我国氮肥总消费量的30%以上[2]。虽然稻田氮肥的大量施入可以在短期内迅速提升水稻产量,但不合理的施氮措施将导致氮肥的利用效率低下[3]、土壤板结、土壤性质改变[4]、氮素流失加快[5]以及温室气体排放增加[6],对生态环境造成严重的影响。此外,无机氮肥在为作物生长提供必需养分的同时[7],对土壤微生物的群落结构和数量也产生重要影响[8],土壤微生物作为农田生态系统的重要组分,对于促进土壤有机质的分解以及土壤养分的转化具有关键作用,进而维持土壤质量的可持续和土壤的健康发展[9]

      研究发现,不同的种植制度、施肥措施和土壤理化性质的改变等均会对土壤细菌群落数量及结构造成影响[10-11],其中,影响最为显著的是氮肥施用与土壤pH的改变。Zhou等[12]研究表明,土壤pH下降、细菌菌群的结构和数量变化与长期氮肥施用有关;RAMIREZ等[13]研究发现,高氮量肥料的施用会导致土壤中细菌群落组成发生明显变化,并造成土壤中主要细菌生活史的改变;秦杰等[14]采用高通量测序方法研究表明,在长期不同施肥条件下土壤细菌和古菌的群落结构都发生了显著改变。目前大量的科研工作主要集中于施氮对作物生育期内土壤理化性质的影响以及土壤肥力生物学特征的评价,而对施氮后冬闲期土壤质量的评价较为少见,缺少施用氮肥后对冬闲期稻田土壤的细菌数量与结构影响的研究。

      以3种氮肥水平下的双季稻田耕层土壤为研究对象,采用real-time PCR技术和高通量测序技术 (Illumina HiSeq),探讨不同施氮处理对稻田冬闲期土壤细菌的数量及群落结构产生的影响,并分析土壤菌群与环境因子的相关关系,为进一步了解施氮对双季稻田土壤细菌群落结构的变化的影响和双季稻区水稻可持续生产提供理论依据。

      • 试验在湖南省华容县长江大学试验基地 (东经112º55′、北纬29º52′) 进行。当地气候为亚热带季风湿润气候,年均气温16℃~18℃,≥ 10℃积温5000℃~5800℃,无霜期260~310 d,年降雨量1200~1700 mm。试验土壤类型为长江沉积物发育形成的紫潮泥水稻土。试验前土壤肥力指标如下:有机质含量49.2 g/kg、全氮含量3.11 g/kg、碱解氮273 mg/kg、有效磷16.4 mg/kg、速效钾69 mg/kg、pH 7.7。

        长期施氮试验始于2008年,耕作制度为冬闲–双季稻,试验设计:双季不施氮 (CK)、每季各施N 100 kg/hm2(N1)、每季各施N 200 kg /hm2(N2)。每季磷肥 (P2O5) 施用量均为75 kg/hm2,钾肥 (K2O) 均为100 kg/hm2,氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、磷酸二氢钙和硫酸钾。每个处理3次重复,小区面积29.7 m2 (长9.0 m、宽3.3 m),随机区组排列。

      • 于2016年3月稻田冬闲期 (田间表层无水) 采集5—20 cm土样,每个小区随机选取3个样点,剔除样品中所含的石砂和植物残渣等大块杂物,混合均匀后用聚乙烯封口袋储存。用于土壤微生物群落分析的土样用锡箔纸包裹后迅速转移至液氮中,冷藏于–80℃冰箱;用于测定铵态氮和硝态氮的鲜土壤样品装入聚乙烯封口袋冷藏于4℃冰箱;剩余土壤样品待自然风干后测定土壤pH、全碳和全氮含量。

        采用酸度计法测定土壤pH (土水比1∶2.5);采用 2 mol/L KCl浸提—靛酚蓝比色法测定铵态氮;采用双波长紫外分光光度法测定硝态氮;采用碱解扩散法测定碱解氮;用元素分析仪 (型号Costech ECS 4024 CHNSO,NC Technologies,意大利) 测定全氮和全碳。

      • 用DNA试剂盒 (MOBIO Laboratories Inc.,Carlsbad,CA,USA) 法提取0.25 g鲜土中的总DNA。DNA纯化及检测参考文献[15]进行。

      • 使用Illumina Hiseq平台进行PCR扩增和测序,测序引物选择16s rDNA基因V4区338F (5′-ACTC CTACGGGAGGCAGCA-3′) 和806R (5′-GGACTA CVSGGGTATCTAAT-3′),两端引物都加有barode序列标签 (12 mer)。PCR扩增体系参考文献[15]配制。

      • 使用ABI 7500 (ABI,USA) 实时荧光定量PCR系统测定细菌16s rDNA基因丰度。反应体系:SybrGreen qPCR Master Mix (2X) 15.5 µL,引物338F (10 μmol/L) 0.8 µL,引物806R (10 μmol/L) 0.8 µL,Template (cDNA) 2 µL,补加ddH2O至20 µL。PCR循环条件:95℃ 10 min;95℃ 15 s,40个循环,55℃ 1 min,40个循环。

      • 高通量测序所得的数据进行优化、去杂和OTU分类 (相似度 > 97%),具体方法参考文献[15]。然后进行分类学分析,即以Silva的16s rDNA基因数据库 (http://www.arb-silva.de/) 为参考数据库,进行RDP (Ribosomal database project) Classifier[16]序列比对,最低置信度为0.80。

      • 采用Excel 2007和SPSS 19.1软件对数据进行方差分析及作图,并使用SPSS 19.1软件对土壤化学性质与土壤微生物群落数量及结构进行相关性分析。

      • 表1所示,不同施氮处理下双季稻产量存在显著差异 (P < 0.05)。与CK相比,N2和N1均显著增加了早稻、晚稻产量,而N1与N2间产量不存在显著差异。

        表 1  不同施氮水平下水稻产量 (kg/hm2)

        Table 1.  Rice yields affected by different nitrogen application rates

        处理Treatment早稻Early rice晚稻Late rice
        CK4057 ± 216 b6901 ± 494 b
        N1 4965 ± 86.3 a7779 ± 533 a
        N25171 ± 144 a7737 ± 298 a
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 不同施氮处理稻田冬闲期土壤化学性质存在显著差异 (表2)。不同施氮处理土壤pH为7.22~7.63之间。与CK相比,施氮显著降低了冬闲期土壤pH。与CK相比,施氮肥 (N1、N2) 显著提升了土壤的总氮、全碳,降低了硝态氮、碳氮比 (P < 0.05),对碱解氮的影响不显著。与CK相比,N1处理显著降低了冬闲期土壤的铵态氮含量,而N2处理显著增加了稻田冬闲期土壤铵态氮。

        表 2  不同氮肥水平下双季稻田土壤化学性质

        Table 2.  Chemical properties of double cropping rice fields affected by different nitrogen application rates

        处理
        Treatment
        pH总氮 (g/kg)
        Total N
        碱解氮 (mg/kg)
        Available N
        NO3-N
        (mg/kg)
        NH4+-N
        (mg/kg)
        碳氮比
        C/N
        全碳 (g/kg)
        Total C
        CK7.63 ± 0.03 a3.27 ± 0.04 b230.53 ± 6.12 a10.55 ± 0.23 a10.05 ± 2.32 b11.22 ± 0.14 a36.71 ± 0.06 b
        N17.28 ± 0.03 b3.71 ± 0.06 a230.18 ± 42.49 a6.53 ± 0.23 b6.14 ± 2.32 c10.63 ± 0.21 b39.44 ± 1.0 a
        N27.22 ± 0.02 b3.65 ± 0.04 a240.45 ± 7.18 a5.43 ± 0.22 c29.72 ± 2.31 a10.88 ± 0.08 b39.74 ± 0.25 a
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 施加氮肥显著增加了稻田冬闲期土壤的总细菌丰度 (图1)。CK、N1、N2处理每克干土中细菌16s rDNA的基因拷贝数依次为1.7×108、80×108、67×108,N1处理是CK的48.25倍,N2处理是CK的40.31倍。土壤16s rDNA基因丰度与土壤化学性质的 Spearman 相关性分析结果显示,稻田土壤细菌数量与土壤全氮呈极显著正相关(0.89**),与土壤全碳呈显著正相关(0.87*),与土壤碳氮比呈显著负相关(–0.86*),而与其他四个土壤化学性质指标无相关性。

        图  1  不同施氮水平下土壤细菌16s rDNA基因拷贝数

        Figure 1.  Copies of bacterial 16s rDNA genes in soils with different nitrogen application rates

      • 表3所示,对16s rDNA基因测序所得的序列进行分析,每个样品含18513~24016条序列数,1732~1788个OTUs数。样品测序覆盖度在0.9826~0.9891,所获得样品稀释性曲线如图2,曲线均趋于平坦饱和,表明在此测序深度所得序列数据量可以充分反映冬闲期土壤样品微生物信息。

        表 3  不同施氮水平下土壤细菌测序结果、丰富度及多样性

        Table 3.  Sequencing, reichness and diversity indices of soils with different nitrogen application rates

        处理
        Treatment
        测序结果Sequencing群落丰富度指数Community richness群落多样性指数Community diversity
        序列数
        Reads
        操作单元
        OTU
        覆盖度
        Coverage
        Ace物种丰富度指数
        Chao l
        香农指数
        Shannon
        辛普森指数
        Simpson
        CK1851317320.98261933 ± 44 b 1948 ± 61 ab6.55 ± 0.02 b0.0031 ± 0.0001 b
        N12401617880.98911935 ± 36 b1937 ± 47 b6.63 ± 0.02 a0.0026 ± 0.0001 c
        N22190217690.98581966 ± 44 a1957 ± 54 a6.45 ± 0.02 c0.0044 ± 0.0002 a
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant difference among treatments (P < 0.05).

        图  2  不同处理土壤OTUs的稀释性曲线 (相似度97%)

        Figure 2.  Rarefaction curves of the OTUs number at 97% similarity for different soil samples

        表3表明,N2处理的Ace指数显著高于CK、N1处理(P<0.05),CK与N1差异不显著。各处理Chao l指数在1937~1957之间,CK与施氮处理间差异不显著,N2处理显著高于N1(P<0.05)。虽然Ace指数与Chao1指数因算法不同而导致结果略有差异,但两者的结果都说明了施氮并没有改变土壤细菌的丰富度,但不同施氮水平间存在差异。香农(Shannon)指数和辛普森(Simpson)指数结果显示,N2处理香农指数显著低于CK,但其辛普森指数显著高于CK;N1处理香农指数显著高于CK,但其辛普森指数显著低于CK。这说明与CK相比,N1处理对稻田土壤细菌的丰富度无显著影响,但会提高稻田土壤细菌的多样性;N2处理显著增加了稻田土壤细菌的丰富度,但显著降低了稻田土壤细菌的多样性。

      • 图3a 显示,Proteobacteria (变形菌门) 是所有处理中门水平相对丰度最高的群落,达40.16%~51.16%,随后依次是Chloroflexi (绿弯菌门) 13.69%~19.73%、Nitrospirae (硝化螺旋菌门) 8.16%~11.46%、Acidobacteria (酸杆菌门) 5.65%~12.25%、Bacteroidetes (拟杆菌门) 4.32%~5.23%、Actinobacteria (放线菌门) 2.25%~2.68%、Chlorobi (绿菌门) 1.68%~2.52%、Gemmatimonadetes (芽单胞菌门) 1.6%~2.13%、Latescibacteria 0.92%~1.51%、Parcubacteria 0.72%~1.05%、Cyanobacteria (蓝藻门) 0.71%~2.71%、Firmicutes (厚壁菌门) 0.47%~0.97%。其中,N1处理的绿弯菌门、酸杆菌门以及放线菌门细菌的相对丰度均显著高于CK,而N1处理的变形菌门、硝化螺旋菌门以及拟杆菌门细菌的相对丰度均略低于CK;N2处理的变形菌门和硝化螺旋菌门细菌的相对丰度均显著高于CK及N1,但其绿弯菌门和酸杆菌门细菌相对丰度均显著低于CK及N1。可见,施氮改变了稻田土壤细菌门水平群落结构。

        图  3  不同施氮水平下土壤细菌门 (a) 和属 (b) 的相对丰度

        Figure 3.  Relative abundance of soil bacteria at phylum (a) and genus (b) affected by different nitrogen application rates

        3个施氮处理土壤细菌相对丰度最高的10个属水平菌群分类如图3b所示,属水平菌群相对丰度最高的是Anaerolineaceae_uncultured (厌氧绳菌属) 和Nitrospira (硝化螺旋菌属),其相对丰度分别是8.6%~14.56% 和8.16%~11.46%。随后依次是Sva0485_norank (2.71%~4.5%)、Nitrosomonadaceae_uncultured (3.05%~3.54%)、43F-1404R_norank (1.98%~4.99%)、Sh765B-TzT-29_norank (2.97%~3.11%)、Subgroup_6_norank (1.89%~6.06%)、B1-7BS_norank (1.93%~2.24%)、Alcaligenaceae_uncultured (1.82%~1.91%)、GR-WP33-30_norank (1.58%~1.88%)。其中,N1处理硝化螺旋菌属相对丰度显著高于N2及CK (P < 0.05),N2处理硝化螺旋菌属相对丰度显著低于CK。可见,不同施氮水平均改变了稻田土壤细菌的属水平群落结构。

      • 土壤化学性质与土壤优势门水平菌群相对丰度的Spearman相关性分析显示 (表4),11个优势门水平菌群均与土壤化学性质存在显著的相关性。绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、绿菌门和Latescibacteria与土壤pH呈显著负相关;放线菌门与土壤总氮呈显著正相关,Parcubacteria和蓝藻门与土壤总氮呈显著负相关;硝化螺旋菌门和厚壁菌门与土壤碱解氮呈显著正相关,芽单胞菌门与土壤碱解氮呈显著负相关;Parcubacteria和蓝藻门与土壤硝态氮呈显著正相关;芽单胞菌门与土壤铵态氮呈显著负相关,厚壁菌门与土壤铵态氮呈显著正相关;放线菌门与土壤碳氮比呈显著负相关;Parcubacteria和蓝藻门与土壤全碳呈显著负相关。

        表 4  土壤优势菌群门相对丰度与土壤化学性质的 Spearman 相关性分析

        Table 4.  Spearman's correlation coefficients between soil dominant bacteria (phylum) and soil physiochemical characteristics

        细菌门
        Phylum
        pH全氮
        Total N
        碱解氮
        Alk.-hydr. N
        硝态氮
        NO3-N
        铵态氮
        NH4+-N
        碳氮比
        C/N
        全碳
        Total C
        Proteobacteria 0.03 0.68 0.66 –0.74 0.69 –0.45 0.70
        Chloroflexi –0.90** 0.54 –0.59 –0.24 –0.69 –0.77 0.35
        Nitrospirae 0.35 0.53 0.88* –0.78 0.95 –0.25 0.7
        Acidobacteria –0.90** 0.65 –0.47 –0.37 –0.58 –0.75 0.48
        Bacteroidetes –0.89* 0.46 –0.66 –0.15 –0.65 –0.61 0.26
        Actinobacteria –0.65 0.88* 0.17 –0.76 0.05 –0.90** 0.72
        Chlorobi 0.90** –0.67 0.45 0.39 0.56 0.76 –0.50
        Gemmatimonadetes –0.53 –0.35 –0.90** 0.64 –0.90** 0.05 –0.54
        Latescibacteria –0.91** 0.55 –0.58 –0.25 –0.68 –0.78 0.36
        Parcubacteria 0.53 –0.92** –0.44 0.89* –0.32 0.72 –0.92**
        Cyanobacteria 0.44 –0.89* –0.53 0.99** –0.42 0.78 –0.93**
        Firmicutes 0.52 0.36 0.92** –0.64 0.93** –0.06 0.55
        注(Note):*—P < 0.05; **—P < 0.01.
      • 施加氮肥除了可以显著提高水稻产量,还对土壤的化学性质产生显著影响。本研究中,各施肥处理土壤pH在7.22~7.63之间,与CK相比,施氮均显著降低稻田土壤pH。而多数研究结果表明,氮肥的过量施用会导致土壤pH降低,土壤酸化[14,17-18],这与本研究结果相一致。与CK相比,施氮肥 (N1、N2) 能显著提升土壤的总氮、全碳,但降低了土壤的硝态氮、碳氮比 (P < 0.05),这与秦杰等[14]的研究结果相似,氮肥的投入可提升土壤的供氮能力,与此同时氮肥影响水稻的生长,促进水稻根系的生长并逐年累积在稻田土壤中,造成土壤全碳的增加。施氮促进根系的生长[19],并且会导致根系硝酸还原酶活性增加[20],消耗土壤中的硝态氮,从而导致施氮条件下硝态氮降低。与不施氮肥 (CK) 相比,N1处理显著降低了土壤铵态氮水平,N2处理显著增加了土壤铵态氮,这可能是由于氮肥的投入促进了水稻对土壤速效氮的吸收,而N2处理本身施氮量高于N1处理,其氮肥供应能力也强于N1处理。

      • 土壤微生物活性可用土壤细菌的数量来表征。本研究中不同施肥处理细菌16s rDNA基因拷贝数为每克干土1.7 × 108~80 × 108个,远低于Shen等[21]在水稻田中1010数量级的细菌数量和杨亚东等[22]发现华北平原小麦土壤细菌数量 5.74 × 109~7.5 × 109,这可能与土壤类型[23]和种植作物[24]有关。在旱地土壤中,长期施用氮肥往往降低或不会显著影响细菌数量[22, 24]。本研究发现施氮显著增加冬闲期稻田土壤细菌的数量,且细菌数量与土壤全氮和全碳含量呈显著相关,袁红朝等[25-26]在水稻土的研究结果也是如此。其主要原因是施氮为水稻的根系生长提供了充足的氮营养,促进根系生长,水稻收割后根系可为土壤细菌提供持久全面的养分和更多的碳源、能源,更利于土壤细菌的生长[27-28]。而旱地与水稻田的土壤类型不同可能是导致施氮造成不同影响的主要原因[23]

        施氮改变了细菌的多样性指数,但不同氮水平对其影响并不一致。王佩雯等[29]研究发现,烟草连作条件下土壤细菌群落多样性对施肥的响应并不明显,而Zhou等[12]研究发现,长期施用氮肥导致东北黑土土壤微生物多样性降低。周岚等[30]研究发现,低氮与不施氮相比,土壤细菌的多样性及丰富度差异不大,但高氮与低氮及不施氮肥间存在较大差异,说明不同施氮水平对于土壤细菌的多样性及丰富度的影响并不一致,与本研究结果相一致。

      • 变形菌门、绿弯菌门、硝化螺旋菌门、酸杆菌门、拟杆菌门和放线菌门是三个施氮处理中的优势门类群,所有处理中变形菌门相对丰度均高达40%以上,表明变形菌门有较强的适应能力。Fierer等[31]和Deangelis等[32]的研究推测,变形菌门在各种植物的根际土壤中快速增长是其在各种植物根际微生物中占优势的主要原因。袁红朝等[26]、高圣超等[33]研究结果表明施氮增加变形菌门的相对丰度,而本研究显示施高量氮显著增加变形菌门的相对丰度,但是低氮则略微降低其丰度,这与于海玲[34]的研究相一致。硝化螺旋菌门是一种与生物固氮相关的细菌,本研究中,硝化螺旋菌门对于氮肥的响应与变形菌门一致。此外,酸杆菌门在本研究中也是优势菌落,这与前人[15]研究结果相一致,且酸杆菌门的活性与土壤pH密切相关[31],而本研究结果显示,施低量氮略微增加了酸杆菌门的相对丰度,而高氮则显著降低其丰度,这与王伏伟等[35]研究结果相一致,表明土壤中酸杆菌门不仅受到土壤pH的影响,还可能与其他理化性质存在一定的关系[36]。土壤中的放线菌门能够加速动植物残体的分解,同时在氮循环过程中也发挥着一定的作用[37]。本研究结果显示,施氮显著增加放线菌门的相对丰度,且放线菌门与土壤全氮呈显著正相关,这与王伏伟等[35]研究相一致。

        李妙婉[38]发现厌氧绳菌属和硝化螺旋菌属是曝气生物滤池处理污水过程中的优势微生物群落,与本研究结果相一致,可见厌氧绳菌属和硝化螺旋菌属有着极强的适应能力,可适应不同生态环境。此外,相关性分析显示11个优势门水平菌群均与土壤化学性质存在显著相关性。这与袁红朝等[26]、高圣超等[33]、秦杰等[14]的研究结果相一致,施肥是导致土壤中微生物结构与数量改变的主要原因之一。本研究仅对双季稻种植制度冬闲期的土壤微生物进行了研究,缺少早稻季及晚稻季土壤微生物对氮肥响应的研究,今后将更加系统地对双季稻系统土壤微生物进行研究。

      • 施氮降低了冬闲期稻田土壤的pH和C/N比,显著增加了稻田冬闲期土壤细菌数量。但是较高的施氮水平会降低土壤细菌的群落结构及多样性。因此,对于湖南双季稻区可持续发展应适当减少无机氮肥的施用。

    参考文献 (38)

    目录

      /

      返回文章
      返回