• ISSN 1008-505X
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不同有机肥对植烟红壤真菌群落结构及功能的影响

何冬冬 魏欣琪 林紫婷 郭吴晔 陈志厚 陈让友 陈星 谢小丹 刘泓

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不同有机肥对植烟红壤真菌群落结构及功能的影响

    作者简介: 何冬冬 E-mail:595889086@qq.com;
    通讯作者: 谢小丹, E-mail:546666753@qq.com ; 刘泓, E-mail:fjauliuhong@163.com
  • 基金项目: 福建省烟草公司南平公司项目(NYK2016-03-03);福建农林大学科技创新项目(KFA17404A)。

Effects of different organic fertilizers on fungal community structure and functional groups in tobacco-planting red soil

    Corresponding author: XIE Xiao-dan, E-mail:546666753@qq.com ;LIU Hong, E-mail:fjauliuhong@163.com
  • 摘要:   【目的】  了解不同有机肥配施化肥对植烟土壤真菌群落结构和功能类群的影响,明确土壤中与养分循环相关的真菌对施用不同有机肥的响应,为指导合理施肥、减缓连作障碍和土传病害提供科学依据。  【方法】  选择烤烟品种‘云烟87’为试验作物,以当地农业废弃物为原料堆制有机肥,设置6个处理三次重复随机区组田间试验。处理为单施化肥 (CK)、鸡粪有机肥 (T1)、芝麻饼肥 (T2)、菜籽饼肥 (T3)、牛粪 (T4)、稻草 (T5),所有处理氮磷钾总量和比例用化肥调整为一致。采用高通量测序结合FUNGuild分析方法测定分析烟草不同生长阶段各处理的土壤真菌群落结构、多样性、组成及群落功能。  【结果】  结合UPGMA聚类分析和主坐标分析 (PCoA) 发现,相比T2和T3处理,T5、T4和T1处理在烟草旺长期对土壤真菌群落结构的影响较大;成熟期T2与T3处理对土壤真菌群落结构的影响逐渐增大,且超过T4和T5处理。相比CK,T2、T3及T5处理中腐生营养型真菌比例分别显著提高了262.0%、64.0%和198.0%。其中T5处理土壤中腐生营养型真菌所占比例超过病理营养型真菌,成为其主要优势菌群;T1、T2及T4处理的土壤共生营养型真菌分别显著增加了80.0%、320.0%和85.71%。T1、T2和T4处理分别提高了土壤中植物病原菌Microidium (93.63%)、Monographella (408.98%)、Gibberella (559.22%) 的相对丰度,结合其致病性分析,仅Monographella会侵染烟草,有根腐病的致病风险。  【结论】  相比单施化肥处理,有机肥会导致土壤真菌群落结构发生变化,且不同有机肥的影响程度和时期均有不同,主要是增加了土壤腐生营养型真菌的比例,更有利于土壤生态系统的稳定和健康。5种供试有机肥处理,稻草配施化肥最有利于降低长期烟稻轮作的土传病害风险,提高土壤肥力,鸡粪和菜籽饼次之;芝麻饼和牛粪在提高腐生营养型和共生营养型真菌比例的同时也会增加烟稻轮作中水稻赤霉病及烟草根腐病风险。
  • 图 1  基于Weighted Unifrac距离的不同处理中真菌群落UPGMA聚类分析

    Figure 1.  UPGMA cluster analysis of soil fungal community under different treatments based on Weighted Unifrac distance

    图 2  基于Weighted Unifrac距离的不同有机肥处理中真菌群落PCoA分析

    Figure 2.  PCoA analysis of soil fungal community under different treatments based on Weighted Unifrac distance

    图 3  烤烟旺长期 (左) 和成熟期 (右) 不同处理土壤真菌门水平相对丰度

    Figure 3.  Relative abundance of soil fungi (phyla) under different treatments at vigorous growth stage (Left) and maturing stage (Right)

    图 4  烤烟旺长期 (上) 成熟期 (下) 不同处理根际土壤真菌类群 (LDA > 3.0) 的分类进化树图

    Figure 4.  Taxonomic cladogram of soil fungi groups (LDA-score > 3.0) under different treatments at vigorous growing stage (Up) and maturing stage (Bottom)

    表 1  试验土壤基本化学性质

    Table 1.  Basic information of soil chemical properties of tested soil

    pH有机质(g/kg)
    OM
    碱解氮(mg/kg)
    Avail. N
    有效磷(mg/kg)
    Avail. P
    速效钾(mg/kg)
    Avail.K
    交换性钙(mg/kg)
    Exch.Ca
    交换性镁(mg/kg)
    Exch. Mg
    5.0840.27189.5270.25302.40595.5378.99
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    表 2  有机肥养分含量 (%)

    Table 2.  Nutrient status of organic fertilizers

    有机肥Compost全氮
    Total
    N
    全磷
    Total P2O5
    全钾
    Total K2O
    稻草Rice straw1.010.171.30
    鸡粪Chicken manure2.181.232.72
    牛粪Cow dung1.290.660.61
    菜籽饼肥Rapeseed cake4.602.481.40
    芝麻饼肥Sesame cake6.492.511.40
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    表 3  不同有机肥处理根际土壤中真菌多样性指数

    Table 3.  Fungal diversity indices in rhizosphere soils under different compost treatments

    生长期Growth stage处理TreatmentGoodscoverageObservedspeciesChao1ACEShannonSimpson
    旺长期Vigorous growthCK0.997 876100310264.500.13
    T10.996 1066* 1203 ns 1238*4.38 ns0.16 ns
    T20.997 801 ns 925 * 959 ns4.44 ns0.11*
    T30.995 1050* 1553 ns 1358*4.05 ns0.19*
    T40.997 849 ns 950 ns 982 ns4.41 ns0.14 ns
    T50.996 801 ns 926 ns 963 ns4.16 ns0.12 ns
    成熟期Mature growthCK0.9861799230825165.300.13
    T10.987 1870 ns 2362 ns 2488 ns5.45 ns0.14 ns
    T20.990 1526 ns 1909 ns 1949 ns6.12 *0.06*
    T30.992 1270* 1561 * 1579**5.05 ns0.13 ns
    T40.990 1359* 1711 ns 1812*4.80 ns0.16 ns
    T50.991 1569 ns 1858 ns 1904 ns5.57 ns0.10 ns
    注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rapeseed cake with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer;组间差异分析采用 Wilcox 秩和检验 Difference between groups are determined using Wilcox rank sum test;ns—无显著差异 No significant difference;*–P < 0.05; **–P < 0.01.
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    表 4  不同处理优势真菌菌属

    Table 4.  Dominant fungi under different treatments (genus)

    生长期Growthstage处理Treatment优势菌属 (相对丰度 > 1%) Dominant fungi (Relativeabundance > 1%)
    旺长期Vigorous growthCKMicroidium (18.50%)、Conocybe (5.57%)、Crustoderma (1.98%)、Coralloidiomyces (1.20%)
    T1Microidium (35.82%)、Conocybe (1.50%)、Acremonium (1.84%)、Magnaporthe (1.10%)
    T2Microidium (18.33%)、Conocybe (3.93%)
    T3Microidium (19.07%)、Conocybe (4.67%)
    T4Microidium (34.16%)、Conocybe (7.34%)、Mortierella (1.47%)
    T5Microidium (12.25%)、Conocybe (12.75%)
    成熟期Mature growthCKMicroidium (9.99%)
    T1Microidium (6.04%)、Xanthoria (1.84%)
    T2Gibberella (3.65%)、Microidium (18.12%)、Melanconiella (6.26%)、Xanthoria (2.26%)、Entoloma (4.62%)、Crustoderma (2.27%)、Monographella (1.10%)
    T3Microidium (10.68%)、Melanconiella (2.33%)
    T4Gibberella (14.15%)、Microidium (7.54%)、Xanthoria (4.62%)、Crustoderma (1.98%)、Synchytrium (1.16%)
    T5Microidium (7.38%)、Melanconiella (1.90%)、Dictyophora (1.13%)
    注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake compost with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rape seedcake compost with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung compost with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer.
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    表 5  不同处理烟草根际土壤三种营养类型真菌的相对丰度 (%)

    Table 5.  Relative abundance of soil fungal group in the three trophic modes under different treatments

    生育期Growth stage处理Treatment病理营养型Pathotroph腐生营养型Saprotroph共生营养型Symbiotroph
    旺长期Vigorous growthCK20.3 ± 7.2 b11.2 ± 0.7 b6.1 ± 0.3 a
    T140.3 ± 4.7 a6.8 ± 0.8 c6.1 ± 1.0 a
    T220.2 ± 2.7 b10.4 ± 0.5 b4.3 ± 0.3 b
    T320.9 ± 1.2 b9.9 ± 0.8 b4.8 ± 0.1 b
    T436.5 ± 6.0 a12.5 ± 0.9 a4.9 ± 1.0 b
    T513.2 ± 1.9 b14.6 ± 0.5 a2.5 ± 0.1 c
    成熟期Mature growthCK12.5 ± 1.1 b5.0 ± 1.2 d3.5 ± 0.2 d
    T19.7 ± 1.6 b6.5 ± 2.3 cd6.3 ± 0.2 b
    T225.8 ± 3.9 a18.1 ± 1.1 a14.7 ± 1.7 a
    T314.8 ± 7.6 b8.2 ± 2.3 c5.4 ± 0.2 bc
    T413.4 ± 2.0 b6.2 ± 0.3 cd6.5 ± 1.7 b
    T510.8 ± 0.5 b14.9 ± 1.6 b3.8 ± 0.3 cd
    注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake compost with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rapeseed cake compost with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung compost with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer;同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among treatments at the 0.05 level.
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    表 6  烤烟旺长期不同处理主要真菌群落功能分组与相对丰度 (%)

    Table 6.  Relative abundance of main soil fungal functional groups under different treatments in vigorous growth stage

    营养方式
    Trophic mode
    功能分组Functional groupCKT1T2T3T4T5
    病理营养型Pathotroph植物病原菌
    Plant pathogen
    19.97 ± 7.30 b39.9 ± 4.74 a19.76 ± 2.57 b20.36 ± 1.08 b36.25 ± 6.05 a13.00 ± 1.88 b
    动物寄生真菌Animal parasite0.10 ± 0.02 ab0.11 ± 0.03 ab0.02 ± 0.01 b0.27 ± 0.23 a0.05 ± 0.04 b0.07 ± 0.02 b
    动物病原菌Animal pathogen0.36 ± 0.08 b1.95 ± 0.42 a0.33 ± 0.09 b0.44 ± 0.17 b0.37 ± 0.04 b0.16 ± 0.03 b
    线虫寄生真菌Fungal parasite0.36 ± 0.11 bc1.98 ± 0.44 a0.22 ± 0.10 bc0.57 ± 0.20 b0.25 ± 0.07 bc0.16 ± 0.02 c
    腐生营养型Saprotroph粪腐生真菌
    Dung saprotroph
    0.96 ± 0.16 a0.34 ± 0.11 b0.68 ± 0.06 ab0.54 ± 0.35 b0.51 ± 0.11 b0.43 ± 0.04 b
    凋落物腐生真菌Litter saprotroph0.40 ± 0.09 a0.01 ± 0.00 c0.36 ± 0.03 a0.01 ± 0.00 c0.00 ± 0.00 c0.19 ± 0.03 b
    土壤腐生真菌Saprotroph0.20 ± 0.02 abc0.28 ± 0.05 ab0.31 ± 0.04 a0.16 ± 0.01 bc0.26 ± 0.14 ab0.12 ± 0.03 c
    未定义腐生真菌Undefined saprotroph8.17 ± 0.67 c4.17 ± 0.37 d9.26 ± 0.67c8.68 ± 0.59 c10.84 ± 0.72 b14.10 ± 0.50 a
    木质腐生真菌Wood saprotroph2.61 ± 0.18 a2.67 ± 0.52 a0.98 ± 0.11 b0.87 ± 0.16 b1.33 ± 0.21 b0.34 ± 0.01 c
    共生营养型Symbiotroph动物内共生真菌Animal endosymbiont0.08 ± 0.03 ab0.08 ± 0.02 ab0.14 ± 0.04 a0.10 ± 0.09 ab0.04 ± 0.02 b0.02 ± 0.00 b
    丛植菌根真菌Arbuscular mycorrhizal4.86 ± 0.33 a3.41 ± 0.56 b3.07 ± 0.27 b3.71 ± 0.12 b3.74 ± 1.05 b2.00 ± 0.05 c
    外生菌根真菌Ectomycorrhizal0.16 ± 0.03 ab0.51 ± 0.46 a0.19 ± 0.02 ab0.15 ± 0.02 ab0.37 ± 0.06 ab0.05 ± 0.00 b
    内生真菌Endophyte0.77 ± 0.07 bc2.02 ± 0.41 a0.91 ± 0.03 b0.58 ± 0.18 bcd0.47 ± 0.09 cd0.37 ± 0.05 d
    地衣共生真菌Lichenized0.263 ± 0.03 ab0.175 ± 0.01 bc0.13 ± 0.00 cd0.31 ± 0.05 a0.32 ± 0.12 a0.07 ± 0.01 d
    注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake compost with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rapeseed cake compost with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung compost with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer;同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among treatments at the 0.05 levels.
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    表 7  烤烟成熟期不同处理主要真菌群落功能分组与相对丰度 (%)

    Table 7.  Relative abundance of main soil fungal functional groups under different treatments in mature growth stage

    营养模式
    Trophic mode
    功能分组Functional groupCKT1T2T3T4T5
    病理营养型Pathotroph动物病原菌Animal pathogen0.54 ± 0.25 b0.56 ± 0.35 b0.73 ± 0.05 b1.24 ± 0.37 a0.44 ± 0.10 b0.63 ± 0.02 b
    线虫寄生真菌Fungal parasite0.22 ± 0.05 bc0.16 ± 0.05 c0.53 ± 0.02 a0.55 ± 0.07 a0.17 ± 0.04 c0.28 ± 0.07 b
    植物病原菌
    Plant pathogen
    12.00 ± 0.98 b9.23 ± 1.41 b25.27 ± 3.91 a14.09 ± 7.30 b13.24 ± 2.15 b10.41 ± 0.46 b
    腐生营养型Saprotroph未定义腐生真菌Undefined saprotroph3.35 ± 1.23 d5.01 ± 2.34 bcd14.39 ± 1.39 a6.31 ± 1.81 bc3.46 ± 0.57 cd6.70 ± 1.31 b
    粪腐生真菌
    Dung saprotroph
    0.33 ± 0.11 b0.28 ± 0.01 b0.30 ± 0.03 b0.25 ± 0.09 b0.27 ± 0.03 b6.82 ± 1.41 a
    土壤腐生真菌Soil saprotroph0.40 ± 0.10 b0.32 ± 0.07 b0.43 ± 0.09 b0.62 ± 0.21 b0.39 ± 0.04 b6.89 ± 1.39 a
    木质腐生真菌Wood saprotroph1.32 ± 0.06 c1.00 ± 0.21 c3.38 ± 0.43 a1.69 ± 0.52 c2.46 ± 0.58 b1.30 ± 0.15 c
    共生营养型Symbiotroph动物内共生真菌Animal endosymbiont0.11 ± 0.02 b0.06 ± 0.00 c0.17 ± 0.01 a0.15 ± 0.02 a0.03 ± 0.02 d0.03 ± 0.01 d
    内生真菌Endophyte0.49 ± 0.04 b0.52 ± 0.08 b0.91 ± 0.03 a0.98 ± 0.20 a0.41 ± 0.06 b0.59 ± 0.08 b
    丛植菌根真菌Arbuscular mycorrhizal1.81 ± 0.06 c2.21 ± 0.29 bc5.43 ± 0.76 a2.94 ± 0.56 b0.94 ± 0.27 d1.60 ± 0.39 cd
    外生菌根真菌Ectomycorrhizal0.63 ± 0.04 c1.50 ± 0.18 b5.86 ± 0.48 a0.53 ± 0.16 c0.40 ± 0.15 c0.46 ± 0.13 c
    地衣共生真菌Lichenized0.53 ± 0.09 d2.01 ± 0.21 bc2.36 ± 0.81 b0.86 ± 0.39 cd4.72 ± 1.25 a1.07 ± 0.24 cd
    注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake compost with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rapeseed cake compost with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung compost with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer;同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among treatments at the 0.05 level.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-07

不同有机肥对植烟红壤真菌群落结构及功能的影响

    作者简介:何冬冬 E-mail:595889086@qq.com
    通讯作者: 谢小丹, 546666753@qq.com
    通讯作者: 刘泓, fjauliuhong@163.com
  • 1. 福建农林大学资源与环境学院,福建福州 350002
  • 2. 南平市烟草公司烟科分所,福建南平 353000
  • 3. 福建省烟草公司,福建福州 350003
  • 基金项目: 福建省烟草公司南平公司项目(NYK2016-03-03);福建农林大学科技创新项目(KFA17404A)。
  • 摘要:   【目的】  了解不同有机肥配施化肥对植烟土壤真菌群落结构和功能类群的影响,明确土壤中与养分循环相关的真菌对施用不同有机肥的响应,为指导合理施肥、减缓连作障碍和土传病害提供科学依据。  【方法】  选择烤烟品种‘云烟87’为试验作物,以当地农业废弃物为原料堆制有机肥,设置6个处理三次重复随机区组田间试验。处理为单施化肥 (CK)、鸡粪有机肥 (T1)、芝麻饼肥 (T2)、菜籽饼肥 (T3)、牛粪 (T4)、稻草 (T5),所有处理氮磷钾总量和比例用化肥调整为一致。采用高通量测序结合FUNGuild分析方法测定分析烟草不同生长阶段各处理的土壤真菌群落结构、多样性、组成及群落功能。  【结果】  结合UPGMA聚类分析和主坐标分析 (PCoA) 发现,相比T2和T3处理,T5、T4和T1处理在烟草旺长期对土壤真菌群落结构的影响较大;成熟期T2与T3处理对土壤真菌群落结构的影响逐渐增大,且超过T4和T5处理。相比CK,T2、T3及T5处理中腐生营养型真菌比例分别显著提高了262.0%、64.0%和198.0%。其中T5处理土壤中腐生营养型真菌所占比例超过病理营养型真菌,成为其主要优势菌群;T1、T2及T4处理的土壤共生营养型真菌分别显著增加了80.0%、320.0%和85.71%。T1、T2和T4处理分别提高了土壤中植物病原菌Microidium (93.63%)、Monographella (408.98%)、Gibberella (559.22%) 的相对丰度,结合其致病性分析,仅Monographella会侵染烟草,有根腐病的致病风险。  【结论】  相比单施化肥处理,有机肥会导致土壤真菌群落结构发生变化,且不同有机肥的影响程度和时期均有不同,主要是增加了土壤腐生营养型真菌的比例,更有利于土壤生态系统的稳定和健康。5种供试有机肥处理,稻草配施化肥最有利于降低长期烟稻轮作的土传病害风险,提高土壤肥力,鸡粪和菜籽饼次之;芝麻饼和牛粪在提高腐生营养型和共生营养型真菌比例的同时也会增加烟稻轮作中水稻赤霉病及烟草根腐病风险。

    English Abstract

    • 化肥在我国农业生产中起着十分重要的作用,但是长期不合理施用化肥也会对土壤肥力产生了一定的负面影响[1-2],土壤有机质含量下降、养分失调、生物活性降低等问题已经影响到烟草的正常生长发育[3]。适量施用有机肥可有效改善土壤结构,调节土壤水、肥、气、热、生物活性[4-5],是减肥增效、培肥土壤的重要措施[6]。但有机肥养分释放缓慢,单独施用无法满足作物在旺盛生长阶段对养分的需求[7]。研究表明,有机肥与无机肥联合施用既能提供全面的养分,又能及时满足作物生长对养分的需求,此外还能提高烟草品质,降低重金属污染的风险[8-10]。邹高寿[11]通过田间试验发现,有机肥占施肥总量20%左右时,能改善植烟土壤的理化性质并增加生物活性,烟草的产量、产值、品质都较好。何光道[12]研究结果表明,化肥配施牛粪可以增加土壤有机质,提高脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶的活性,促进烤烟生长,提高烤烟产量,且增施牛粪4500 kg/hm2时效果最好。杨方[13]通过研究发现,采用部分有机肥替代化肥可以有效改良植烟土壤结构,促进烤烟生长,对烤烟的经济性状、化学成分都能起到促进作用,其中以施用25%有机肥效果最好。

      土壤作为农作物生长的载体,为作物提供基本的生态系统服务,包括养分循环、水分调节、有机物料的转化以及土传病害的控制等[14],土壤微生物群落在几乎所有的土壤化学和生物过程中都起着不可或缺的作用[15]。土壤微生物作为反映土壤质量的重要指标,对土壤环境变化十分敏感[16]。与土壤物理化学性质相比,土壤微生物指标可更快地预测土壤质量的变化。真菌作为土壤微生物群落的重要组成,在分解动植物残体、积累有机质、抑制病虫害等维持土壤质量和生产力等方面发挥着重要功能[17-18]。赵立光等[19]研究认为,减少化肥比例,配施生物有机肥可持续提高烤烟的产值和品质,改善土壤微生物区系,降低病原菌数量。张瑞平等[20]研究认为,生物有机肥与95%常规用量化肥配施时植烟土壤真菌丰富度和多样性均降低,可维持土壤微生态平衡,有效控制烤烟土传病害。然而,一直以来,由于真菌基因组远比细菌复杂、基因组测序信息更少,因而无法有效地将真菌功能与其物种分类联系起来[21-22]。目前关于有机肥配施化肥对土壤真菌,尤其是植烟土壤真菌群落结构和功能的认识尚不明晰。近年来,FUNGuild被广泛应用于土壤真菌群落及功能的研究[23-25]。我们利用该技术研究了不同有机肥对植烟土壤真菌群落结构和功能的影响,为烟田土壤改良及减肥增效提供科学依据。

      • 试验在福建省南平市延平区南山镇华兴街村长期定位试验点 (26°37′33″N,118°19′38″E) 进行,土壤质地为砂壤土,排灌方便,种植制度为烟稻轮作,供试烟草品种为云烟87。试验区东南沿海丘陵区,海拔99.0 m,典型的亚热带湿润季风气候,年均降雨量达1463.4 mm,气温为20.4℃。试验地土壤基本养分状况见表1

        表 1  试验土壤基本化学性质

        Table 1.  Basic information of soil chemical properties of tested soil

        pH有机质(g/kg)
        OM
        碱解氮(mg/kg)
        Avail. N
        有效磷(mg/kg)
        Avail. P
        速效钾(mg/kg)
        Avail.K
        交换性钙(mg/kg)
        Exch.Ca
        交换性镁(mg/kg)
        Exch. Mg
        5.0840.27189.5270.25302.40595.5378.99
      • 分别以鸡粪、芝麻饼、菜籽饼、牛粪和稻草为主要原料发酵堆制有机肥,有机肥主要养分含量见表2。试验采用6个处理3次重复的随机区组设计,共18个小区,每个面积为62 m2,分5行,种植75株烟草。以单施化肥为对照 (CK),有机肥处理分别为:鸡粪 + 化肥 (T1)、芝麻饼肥 + 化肥 (T2)、菜籽饼肥 + 化肥 (T3)、牛粪 + 化肥 (T4)、稻草 + 化肥 (T5)。各处理的N∶P2O5∶KO2 = 1∶0.9∶3,施氮量为N 141 kg/hm2,总氮量的30%由有机肥提供,各处理氮磷钾用量一致,氮不足部分以尿素调节,磷不足部分以过磷酸钙调节,钾不足部分以硫酸钾调节。其他农事操作均统一按当地烟草管理技术方案执行。

        表 2  有机肥养分含量 (%)

        Table 2.  Nutrient status of organic fertilizers

        有机肥Compost全氮
        Total
        N
        全磷
        Total P2O5
        全钾
        Total K2O
        稻草Rice straw1.010.171.30
        鸡粪Chicken manure2.181.232.72
        牛粪Cow dung1.290.660.61
        菜籽饼肥Rapeseed cake4.602.481.40
        芝麻饼肥Sesame cake6.492.511.40
      • 分别于烟苗移栽后83天 (旺长期) 和移栽后138天 (成熟期) 对植烟土壤进行取样,各处理旺长期样品分别标记为CK-1、T1-1、T2-1、T3-1、T4-1、T5-1;成熟期样品分别标记为CK-2、T1-2、T2-2、T3-2、T4-2、T5-2。每个处理随机选取有代表性的三株植株,采用抖根法采集根际土[26-27],充分混匀后,用四分法取样,样品放入冰盒中带回,于–20℃保存,用于提取DNA进行土壤真菌群落分析。

      • 取0.25 g (精确到0.0001 g) 土壤样品,利用生工Ezup柱式土壤DNA抽提试剂盒提取土壤样品的DNA。利用Nano Drop ND-2000 (Thermo Fisher Scientific,Wilmington,MA) 以及1%的琼脂糖凝胶电泳对提取的DNA进行质量检测。采用引物ITS5-1737F (5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3′) 和ITS2-2043R (5′-GCTGCGTTCTT CATCGATGC-3′) 扩增DNA中真菌ITS1区[28]。利用Illumina Hiseq 2500平台 (北京诺禾致源科技股份有限公司) 进行测序分析微生物群落结构。每个样品三次重复。

      • 根据Barcode序列和PCR扩增引物序列从Hiseq高通量测序原始序列中分出各样品数据,利用FLASH软件[29]对每个样品的正反向序列进行拼接,对拼接后的序列进行质控并修剪低质量的序列。质控后获得的有效数据 (EffectiveTags) 利用UPARSE生成OTU表,选取OTUs的代表性序列,利用SILVA[30]的SSUrRNA数据库进行物种注释 (阈值0.8~1.0)。

      • 使用QIIME软件计算Observed species、Chao1、Shannon、Simpson、ACE、Goodscoverage指数,使用R软件 (版本2.15.3) 进行Alpha多样性指数组间差异分析。采用wilcox检验分析Alpha多样性指数组间差异。基于Unifrac距离矩阵参数对各样品进行主坐标分析 (Principal coordinates analysis,PCoA) 及非加权配对算术平均法聚类分析 (Unweighted Pair-group Method with Arithmetic Mean,UPGAM)。用Linear discriminant analysis effect size (LEfSe) 比较各个处理样品间的菌属[31]。利用FUNguild[23]对土壤真菌群落进行群落功能预测分析、丰度分析及多样性分析,以了解不同处理中真菌的差异。

      • 利用FUNGuild数据库将测序获得的真菌标志基因 (marker) 序列信息与真菌的生态功能相关联,FUNGuild中的数据库主要来源于已有文献中对真菌功能的研究,目前共包含9476个条目,其中的66%是在属水平上进行注释,34%是在种水平上进行。根据营养方式将真菌分为三大类:1) 病理营养型 (Pathotroph),通过损害宿主细胞来获取营养 (包括吞噬型真菌phagotrophs);2) 共生营养型 (Symbiotroph),通过与宿主细胞交换资源来获取营养;3) 腐生营养型 (Saprotroph),通过降解死亡的宿主细胞来获取营养。在这三个营养模式中,又进一步细分为12个功能分组[32] (guilds),按它们对环境资源的吸收利用方式划分为不同类群。

      • 数据处理采用IBMStatistics SPSS23.0软件进行One-wayANOVADuncan分析,使用R软件 (Version2.15.3) 对真菌Alpha多样性指数进行wilcox秩和检验分析。本文用以描述土壤真菌群落α多样性的指数[33]包括Shannon指数、Simposn指数以及物种丰富度指数Observedspecies、Chao1和ACE (AbundanceCoverage-basedEstimator)。丰富度指数用于估计种群中实际存在的物种数,表示一个群落或生境内物种的复杂程度,值越高表明群落内物种数量越多。Shannon指数表示物种的丰富度和均匀度。Simposn指数表示群落或生境内优势种的地位和作用,其值越高表明群落内物种数量分布越不均匀,优势种地位越突出。使用R软件进行Alpha多样性指数组间差异分析,取P < 0.05水平判断显著性差异。

      • 对18个土壤样本 (6个处理 × 3个重复) 测序,旺长期共获得1273335个有效数据 (Effective Tags),平均每个样本有1048个OTUs,成熟期共获得1207726个有效数据,平均每个样本有1853个OTUs。由UPGMA聚类分析结果可以看出,不同有机肥处理的土壤真菌群落结构均发生了明显变化 (图1)。旺长期T2-1与CK-1距离最近,T3-1次之,T1-1及T4-1则产生了较远的距离,T5-1与CK-1距离最远。成熟期各处理中的样本与旺长期的样本都产生了明显的距离。与旺长期相反,成熟期T4-2、T5-2与CK-2距离较近,T1-2、T2-2及T3-2与CK-2距离相对较远。通过主坐标分析 (图2),可以得到与UPGMA聚类分析一致的结论:旺长期T2与T3处理对土壤真菌群落的影响较小,T1、T4及T5处理对土壤真菌群落的影响较大。而成熟期,相比T4和T5处理,T2与T3处理对土壤真菌群落结构造成了更大的影响。

        图  1  基于Weighted Unifrac距离的不同处理中真菌群落UPGMA聚类分析

        Figure 1.  UPGMA cluster analysis of soil fungal community under different treatments based on Weighted Unifrac distance

        图  2  基于Weighted Unifrac距离的不同有机肥处理中真菌群落PCoA分析

        Figure 2.  PCoA analysis of soil fungal community under different treatments based on Weighted Unifrac distance

      • 表3所示,各处理的测序深度指数 (Good’ scoverage指数) 均高于98%,说明此次的测序数据量合理,能较真实地反映样本中真菌的多样性情况。

        表 3  不同有机肥处理根际土壤中真菌多样性指数

        Table 3.  Fungal diversity indices in rhizosphere soils under different compost treatments

        生长期Growth stage处理TreatmentGoodscoverageObservedspeciesChao1ACEShannonSimpson
        旺长期Vigorous growthCK0.997 876100310264.500.13
        T10.996 1066* 1203 ns 1238*4.38 ns0.16 ns
        T20.997 801 ns 925 * 959 ns4.44 ns0.11*
        T30.995 1050* 1553 ns 1358*4.05 ns0.19*
        T40.997 849 ns 950 ns 982 ns4.41 ns0.14 ns
        T50.996 801 ns 926 ns 963 ns4.16 ns0.12 ns
        成熟期Mature growthCK0.9861799230825165.300.13
        T10.987 1870 ns 2362 ns 2488 ns5.45 ns0.14 ns
        T20.990 1526 ns 1909 ns 1949 ns6.12 *0.06*
        T30.992 1270* 1561 * 1579**5.05 ns0.13 ns
        T40.990 1359* 1711 ns 1812*4.80 ns0.16 ns
        T50.991 1569 ns 1858 ns 1904 ns5.57 ns0.10 ns
        注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rapeseed cake with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer;组间差异分析采用 Wilcox 秩和检验 Difference between groups are determined using Wilcox rank sum test;ns—无显著差异 No significant difference;*–P < 0.05; **–P < 0.01.

        相比CK处理,T1 及T3处理中土壤真菌Observed species指数分别提高了21.73%和19.86% (P < 0.05),ACE指数分别提高了20.74%和32.43% (P < 0.05)。T2处理中虽然土壤真菌Chao1指数和Simposn指数分别降低了7.83%和55.38%,但Shannon指数提高了15.43%。

      • 旺长期样品中检测到的真菌主要归类为6个真菌门 (图3),其中接合菌门 (Zygomycota,24.76%~56.00%)、子囊菌门 (Ascomycota,21.01%~49.91%) 是所有样品共有的优势菌门 (相对丰度 > 5%)。在属水平上,鉴定出超过260个真菌类群,其中各处理共有的优势菌属 (相对丰度 > 1%) 有MicroidiumConocybe,此外,不同处理的优势菌属如表4所示。烟草生长进入成熟期,土壤样本在门水平上共检测到7个真菌类群 (图3),各处理共有的优势菌门主要为接合菌门 (Zygomycota,29.01%~59.87%) 和子囊菌门 (Ascomycota,29.76%~45.35%)。在属水平上,共发现超过380个真菌分类单元,其中Microidium是各处理共有的优势菌属 (相对丰度 > 1%),此外,不同处理的优势菌属如表4所示。

        图  3  烤烟旺长期 (左) 和成熟期 (右) 不同处理土壤真菌门水平相对丰度

        Figure 3.  Relative abundance of soil fungi (phyla) under different treatments at vigorous growth stage (Left) and maturing stage (Right)

        表 4  不同处理优势真菌菌属

        Table 4.  Dominant fungi under different treatments (genus)

        生长期Growthstage处理Treatment优势菌属 (相对丰度 > 1%) Dominant fungi (Relativeabundance > 1%)
        旺长期Vigorous growthCKMicroidium (18.50%)、Conocybe (5.57%)、Crustoderma (1.98%)、Coralloidiomyces (1.20%)
        T1Microidium (35.82%)、Conocybe (1.50%)、Acremonium (1.84%)、Magnaporthe (1.10%)
        T2Microidium (18.33%)、Conocybe (3.93%)
        T3Microidium (19.07%)、Conocybe (4.67%)
        T4Microidium (34.16%)、Conocybe (7.34%)、Mortierella (1.47%)
        T5Microidium (12.25%)、Conocybe (12.75%)
        成熟期Mature growthCKMicroidium (9.99%)
        T1Microidium (6.04%)、Xanthoria (1.84%)
        T2Gibberella (3.65%)、Microidium (18.12%)、Melanconiella (6.26%)、Xanthoria (2.26%)、Entoloma (4.62%)、Crustoderma (2.27%)、Monographella (1.10%)
        T3Microidium (10.68%)、Melanconiella (2.33%)
        T4Gibberella (14.15%)、Microidium (7.54%)、Xanthoria (4.62%)、Crustoderma (1.98%)、Synchytrium (1.16%)
        T5Microidium (7.38%)、Melanconiella (1.90%)、Dictyophora (1.13%)
        注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake compost with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rape seedcake compost with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung compost with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer.

        Linear discriminant analysis effect size (LEfSe) 分析结果见图4,从门水平到属水平各个分类单位,共鉴定到175个相对丰度有显著差异的真菌类群,旺长期和成熟期样本分别占81个和94个,其中属于门水平的分别有5个和3个。旺长期,CK处理中壶菌门 (Chytridiomycota) 和球囊菌门 (Glomeromycota) 的相对丰度分别比其他处理高20.92%~57.03%、29.74%~143%;T1处理中子囊菌门 (Ascomycota) 的相对丰度高于其他处理;T5处理中接合菌门 (Zygomycota) 和担子菌门 (Basidiomycota) 的相对丰度分别比其他处理显著高出21.24%~126.14%、56.06%~319.73% (P < 0.05)。成熟期,T2处理中担子菌门 (Basidiomycota) 和球囊菌门 (Glomeromycota) 的相对丰度分别比其他处理显著高149.80%~296.44%、84.70%~475.39%;T4处理中壶菌门 (Chytridiomycota) 的相对丰度相比其他处理高出24.42%~244.93% (P < 0.05)。

        图  4  烤烟旺长期 (上) 成熟期 (下) 不同处理根际土壤真菌类群 (LDA > 3.0) 的分类进化树图

        Figure 4.  Taxonomic cladogram of soil fungi groups (LDA-score > 3.0) under different treatments at vigorous growing stage (Up) and maturing stage (Bottom)

        在属水平上,旺长期和成熟期分别鉴定到15个和24个相对丰度有显著差异的生物标志菌属 (Biomarker)。旺长期,CK处理中CrustodermaCoralloidiomyces及柄孢壳属 (Podospora) 的相对丰度显著高于其他处理 (P < 0.05);T1处理中粉孢亚属 (Microidium)、枝顶孢属 (Acremonium) 的相对丰度显著高于其他处理 (P < 0.05);T2处理中Ophiosphaerella、枝孢属 (Cladosporium) 和Paludomyces的相对丰度显著高于其他处理;T4处理中被孢霉属 (Mortierella)、赤霉属 (Gibberella)、花褶伞属 (Panaeolus)、Leucangium和石黄衣属 (Xanthoria) 的相对丰度显著高于其他处理;T5处理中锥盖伞属 (Conocybe) 和Sarcopodium的相对丰度显著高于其他处理。成熟期,CK处理中Paranamyces的相对丰度明显高于其他处理 (p < 0.05);T1处理中Mortierella、鹅膏菌属 (Amanita)、XalocoaBetamyces、叶黑粉菌属 (Entyloma)、Sarcoppodium、卷霉属 (Circinella) 的相对丰度明显高于其他处理 (P < 0.05);T2处理中黑盘孢属 (Melanconiella)、粉褶蕈属 (Entoloma)、Crutoderma、明梭孢属 (Monographella)、Leucangium、丝齿菌属 (Hyphodontia) 的相对丰度明显高于其他处理;T3处理中的Conocybe、镰刀菌属 (Fusarium)、Acremonium、木霉属 (Trichoderma) 的相对丰度明显高于其他处理 (P < 0.05);T4处理中Xanthoria和香菇属 (Lentinula) 的相对丰度明显高于其他处理 (P < 0.05);T5处理中竹荪属 (Dictyophora)、Helicoma、小诺壶属 (Nowakowskiella)、Ophidiomyces的相对丰度明显高于其他处理 (P < 0.05)。以上结果表明不同有机肥配施化肥处理下,土壤真菌群落组成发生了明显变化,各处理土壤均发展出特异性标志菌属。

      • 在旺长期,各处理中被鉴定出属于病理营养型、腐生营养型、共生营养型三大功能分类的OTU占总量的百分比分别为37.54% (CK)、53.20% (T1)、34.94% (T2)、35.59% (T3)、53.87% (T4) 及30.25% (T5),其余为目前FUNGuild数据库还无法鉴定的真菌功能类群。各处理均以病理营养型比例占主要优势,但T5处理腐生营养型和病理营养型所占比例相当 (表5)。

        表 5  不同处理烟草根际土壤三种营养类型真菌的相对丰度 (%)

        Table 5.  Relative abundance of soil fungal group in the three trophic modes under different treatments

        生育期Growth stage处理Treatment病理营养型Pathotroph腐生营养型Saprotroph共生营养型Symbiotroph
        旺长期Vigorous growthCK20.3 ± 7.2 b11.2 ± 0.7 b6.1 ± 0.3 a
        T140.3 ± 4.7 a6.8 ± 0.8 c6.1 ± 1.0 a
        T220.2 ± 2.7 b10.4 ± 0.5 b4.3 ± 0.3 b
        T320.9 ± 1.2 b9.9 ± 0.8 b4.8 ± 0.1 b
        T436.5 ± 6.0 a12.5 ± 0.9 a4.9 ± 1.0 b
        T513.2 ± 1.9 b14.6 ± 0.5 a2.5 ± 0.1 c
        成熟期Mature growthCK12.5 ± 1.1 b5.0 ± 1.2 d3.5 ± 0.2 d
        T19.7 ± 1.6 b6.5 ± 2.3 cd6.3 ± 0.2 b
        T225.8 ± 3.9 a18.1 ± 1.1 a14.7 ± 1.7 a
        T314.8 ± 7.6 b8.2 ± 2.3 c5.4 ± 0.2 bc
        T413.4 ± 2.0 b6.2 ± 0.3 cd6.5 ± 1.7 b
        T510.8 ± 0.5 b14.9 ± 1.6 b3.8 ± 0.3 cd
        注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake compost with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rapeseed cake compost with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung compost with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer;同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among treatments at the 0.05 level.

        从功能分组看,共鉴定出14个主要功能分组 (表6),且各处理均是植物病原真菌所占比例最高。

        表 6  烤烟旺长期不同处理主要真菌群落功能分组与相对丰度 (%)

        Table 6.  Relative abundance of main soil fungal functional groups under different treatments in vigorous growth stage

        营养方式
        Trophic mode
        功能分组Functional groupCKT1T2T3T4T5
        病理营养型Pathotroph植物病原菌
        Plant pathogen
        19.97 ± 7.30 b39.9 ± 4.74 a19.76 ± 2.57 b20.36 ± 1.08 b36.25 ± 6.05 a13.00 ± 1.88 b
        动物寄生真菌Animal parasite0.10 ± 0.02 ab0.11 ± 0.03 ab0.02 ± 0.01 b0.27 ± 0.23 a0.05 ± 0.04 b0.07 ± 0.02 b
        动物病原菌Animal pathogen0.36 ± 0.08 b1.95 ± 0.42 a0.33 ± 0.09 b0.44 ± 0.17 b0.37 ± 0.04 b0.16 ± 0.03 b
        线虫寄生真菌Fungal parasite0.36 ± 0.11 bc1.98 ± 0.44 a0.22 ± 0.10 bc0.57 ± 0.20 b0.25 ± 0.07 bc0.16 ± 0.02 c
        腐生营养型Saprotroph粪腐生真菌
        Dung saprotroph
        0.96 ± 0.16 a0.34 ± 0.11 b0.68 ± 0.06 ab0.54 ± 0.35 b0.51 ± 0.11 b0.43 ± 0.04 b
        凋落物腐生真菌Litter saprotroph0.40 ± 0.09 a0.01 ± 0.00 c0.36 ± 0.03 a0.01 ± 0.00 c0.00 ± 0.00 c0.19 ± 0.03 b
        土壤腐生真菌Saprotroph0.20 ± 0.02 abc0.28 ± 0.05 ab0.31 ± 0.04 a0.16 ± 0.01 bc0.26 ± 0.14 ab0.12 ± 0.03 c
        未定义腐生真菌Undefined saprotroph8.17 ± 0.67 c4.17 ± 0.37 d9.26 ± 0.67c8.68 ± 0.59 c10.84 ± 0.72 b14.10 ± 0.50 a
        木质腐生真菌Wood saprotroph2.61 ± 0.18 a2.67 ± 0.52 a0.98 ± 0.11 b0.87 ± 0.16 b1.33 ± 0.21 b0.34 ± 0.01 c
        共生营养型Symbiotroph动物内共生真菌Animal endosymbiont0.08 ± 0.03 ab0.08 ± 0.02 ab0.14 ± 0.04 a0.10 ± 0.09 ab0.04 ± 0.02 b0.02 ± 0.00 b
        丛植菌根真菌Arbuscular mycorrhizal4.86 ± 0.33 a3.41 ± 0.56 b3.07 ± 0.27 b3.71 ± 0.12 b3.74 ± 1.05 b2.00 ± 0.05 c
        外生菌根真菌Ectomycorrhizal0.16 ± 0.03 ab0.51 ± 0.46 a0.19 ± 0.02 ab0.15 ± 0.02 ab0.37 ± 0.06 ab0.05 ± 0.00 b
        内生真菌Endophyte0.77 ± 0.07 bc2.02 ± 0.41 a0.91 ± 0.03 b0.58 ± 0.18 bcd0.47 ± 0.09 cd0.37 ± 0.05 d
        地衣共生真菌Lichenized0.263 ± 0.03 ab0.175 ± 0.01 bc0.13 ± 0.00 cd0.31 ± 0.05 a0.32 ± 0.12 a0.07 ± 0.01 d
        注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake compost with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rapeseed cake compost with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung compost with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer;同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among treatments at the 0.05 levels.

        病理营养型真菌在T1、T4处理中的含量分别为40.27%和36.46%,显著高于CK处理的20.30% (P < 0.05)。主要是由于T1处理中植物病原真菌、动物病原真菌及真菌寄生菌的相对丰度显著高于CK处理 (P < 0.05);T4处理中植物病原真菌比例较CK处理高44.91% (P < 0.05)。相比CK处理,腐生营养型真菌的比例在T5、T4处理中分别提高了30.87%和11.84%,在T1处理中则降低了39.23%。此外,各处理的腐生营养型真菌均以未定义腐生真菌功能分组所占比例最大,T4和T5处理中未定义腐生真菌的相对丰度均显著高于CK处理 (P < 0.05)。T1处理中未定义腐生真菌、粪腐生真菌和凋落物腐生真菌的含量显著低于CK处理 (P < 0.05);T2处理中木质腐生真菌的相对丰度显著低于CK处理 (P < 0.05);T3处理中粪腐生真菌、凋落物腐生真菌及木质腐生真菌的相对丰度均显著低于CK处理 (P < 0.05)。共生营养型真菌在CK和T1处理中的含量最高,显著高于其他处理 (P < 0.05)。CK处理中丛枝菌根真菌的相对丰度显著高于其他处理 (P < 0.05),内生真菌的相对丰度显著高于T5处理但低于T1处理 (P < 0.05),地衣共生真菌显著高于T2和T5处理 (P < 0.05)。

        在成熟期,各处理中被鉴定出属于病理营养型、腐生营养型、共生营养型三大功能分类的OTU占总量的百分比分别为21.04% (CK)、22.47% (T1)、58.55% (T2)、28.35% (T3)、26.13% (T4) 及29.45% (T5),其余真菌在目前的FUNGuild数据库暂时无法鉴定。从营养类型看,T5处理的土壤真菌已经从以病理营养型为主转化为以腐生营养型为主,其余处理的土壤真菌则仍是以病理营养型为主。

        在功能分组上,共鉴定出12个主要功能分组 (表7),各处理中均以植物病原真菌所占比例最大。

        表 7  烤烟成熟期不同处理主要真菌群落功能分组与相对丰度 (%)

        Table 7.  Relative abundance of main soil fungal functional groups under different treatments in mature growth stage

        营养模式
        Trophic mode
        功能分组Functional groupCKT1T2T3T4T5
        病理营养型Pathotroph动物病原菌Animal pathogen0.54 ± 0.25 b0.56 ± 0.35 b0.73 ± 0.05 b1.24 ± 0.37 a0.44 ± 0.10 b0.63 ± 0.02 b
        线虫寄生真菌Fungal parasite0.22 ± 0.05 bc0.16 ± 0.05 c0.53 ± 0.02 a0.55 ± 0.07 a0.17 ± 0.04 c0.28 ± 0.07 b
        植物病原菌
        Plant pathogen
        12.00 ± 0.98 b9.23 ± 1.41 b25.27 ± 3.91 a14.09 ± 7.30 b13.24 ± 2.15 b10.41 ± 0.46 b
        腐生营养型Saprotroph未定义腐生真菌Undefined saprotroph3.35 ± 1.23 d5.01 ± 2.34 bcd14.39 ± 1.39 a6.31 ± 1.81 bc3.46 ± 0.57 cd6.70 ± 1.31 b
        粪腐生真菌
        Dung saprotroph
        0.33 ± 0.11 b0.28 ± 0.01 b0.30 ± 0.03 b0.25 ± 0.09 b0.27 ± 0.03 b6.82 ± 1.41 a
        土壤腐生真菌Soil saprotroph0.40 ± 0.10 b0.32 ± 0.07 b0.43 ± 0.09 b0.62 ± 0.21 b0.39 ± 0.04 b6.89 ± 1.39 a
        木质腐生真菌Wood saprotroph1.32 ± 0.06 c1.00 ± 0.21 c3.38 ± 0.43 a1.69 ± 0.52 c2.46 ± 0.58 b1.30 ± 0.15 c
        共生营养型Symbiotroph动物内共生真菌Animal endosymbiont0.11 ± 0.02 b0.06 ± 0.00 c0.17 ± 0.01 a0.15 ± 0.02 a0.03 ± 0.02 d0.03 ± 0.01 d
        内生真菌Endophyte0.49 ± 0.04 b0.52 ± 0.08 b0.91 ± 0.03 a0.98 ± 0.20 a0.41 ± 0.06 b0.59 ± 0.08 b
        丛植菌根真菌Arbuscular mycorrhizal1.81 ± 0.06 c2.21 ± 0.29 bc5.43 ± 0.76 a2.94 ± 0.56 b0.94 ± 0.27 d1.60 ± 0.39 cd
        外生菌根真菌Ectomycorrhizal0.63 ± 0.04 c1.50 ± 0.18 b5.86 ± 0.48 a0.53 ± 0.16 c0.40 ± 0.15 c0.46 ± 0.13 c
        地衣共生真菌Lichenized0.53 ± 0.09 d2.01 ± 0.21 bc2.36 ± 0.81 b0.86 ± 0.39 cd4.72 ± 1.25 a1.07 ± 0.24 cd
        注(Note):CK—单施化肥 Chemical fertilizer;T1—鸡粪配施化肥 Chicken manure with chemical fertilizer;T2—芝麻饼肥配施化肥 Sesame cake compost with chemical fertilizer;T3—菜籽饼肥配施化肥 Rapeseed cake compost with chemical fertilizer;T4—牛粪配施化肥 Cow dung compost with chemical fertilizer;T5—稻草配施化肥 Straw compost with chemical fertilizer;同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among treatments at the 0.05 level.

        相比CK处理,T2处理中病理营养型真菌含量提高了106.18% (P < 0.05),其余添加有机肥的处理未出现明显差异。T2处理中植物病原真菌及真菌寄生菌的比例较CK处理分别提高了110.58%和138.46%。

        相比CK处理,有机肥的添加使腐生营养型真菌的数量提高24.0%~262.0%,其中T2、T3和T5处理达到显著水平 (P < 0.05);腐生营养型功能分组中,未定义腐生真菌占功能分组的比例最大,其中T2处理中的未定义腐生真菌、木质腐生真菌的相对丰度显著高于CK处理;T3处理中的未定义腐生真菌的相对丰度显著高于CK处理;T4处理中的木质腐生真菌的相对丰度显著高于CK处理;T5处理中未定义腐生真菌、粪腐生真菌、土壤腐生真菌的相对丰度显著高于CK处理。

      • 真菌作为土壤微生物的重要组成部分,在调节土壤养分转化、动植物残体分解及抑制植物病原菌等生物化学过程发挥着关键功能,对维持土壤质量及促进植物生长等有重要作用。不同有机肥可以通过对土壤真菌群落的影响进而影响土壤健康。本研究发现,有机肥配施化肥可以改变土壤真菌群落结构,但不同有机肥对土壤真菌群落结构的影响程度不同,这与张宇亭、陶磊等[34-35]的研究结果一致。本研究中,与其它有机肥相比,芝麻饼肥和菜籽饼肥在烟草旺长期对土壤真菌群落结构的影响较小,但随着时间延长至烟草成熟期,芝麻饼肥和菜籽饼肥的影响逐渐突显,差异达显著水平。芝麻饼肥和菜籽饼肥中有机碳以复杂、难降解利用形态为主[36],说明较为复杂、难降解利用的有机碳需要一定的时间才能对土壤真菌群落产生影响。相关研究表明,土壤细菌倾向利用易获得性有机质,真菌则倾向于利用更复杂的有机物,且对不同有机肥施用的响应更为敏感[37]。本研究中,鸡粪、牛粪及稻草等处理由于水溶性有机碳含量相对较高,在烟草旺长期对真菌群落的影响较大,随着水溶性有机碳的消耗,其影响开始减弱。有机肥配施化肥可以改变土壤微生物群落结构从而对其参与的有机质分解、养分转化循环等土壤生态功能过程产生影响,进而影响土壤生态系统的可持续发展。

        不同有机肥配施化肥在改变土壤真菌群落结构的同时,也改变了土壤真菌群落的生态功能。本研究表明,不同有机肥与化肥合理配施可以提高土壤腐生营养型真菌和共生营养型真菌所占比例,这有利于降低土传病害风险。在旺长期,各处理均以病理营养型真菌为优势菌群,其中又以植物病原菌为主,显示出年际连作产生了连作障碍,尤其表现在病原菌数量的急剧增加。添加有机肥后,各处理中腐生营养型真菌的比例从旺长期低于单施化肥 (牛粪、稻草处理除外),到成熟期均高于对照 (24.0%~262.0%)。尤其是稻草处理,其腐生营养型真菌 (14.9%) 所占比例逐渐超过病理营养型真菌 (10.80%) 成为其主要优势菌,这可能是由于稻草施用量最大,含有的大量纤维素与木质素对土壤中与有机质降解过程相关的真菌影响更明显[38-39]。结合LEfSe分析结果发现,各有机肥处理土壤鉴定出的生物标志菌属有57.14%属于腐生营养型真菌,且主要集中于成熟期,包括鸡粪处理中AcremoniumMortierellaBetamycesCircinella;芝麻饼肥处理中OphiosphaerellaMelanconiellaEntolomaCrutodermaHyphodontia;菜籽饼肥处理中ConocybeFusariumAcremoniumTrichoderma;牛粪处理中MortierellaPanaeolusLentinula;稻草处理中ConocybeDictyophoraHelicomaOphidiomyces。这也与施用的有机肥中土壤水解性氮含量的增加有关,一些研究表明土壤有效态氮含量的增加对pH在4.5~6.8范围土壤的腐生营养型真菌有积极影响[40-41]。本试验中,成熟期有机肥处理土壤水解性氮含量较单施化肥处理显著增加3.0%~12.15%,pH范围为5.12~5.47。有研究表明,相比有机碳,土壤真菌对氮的响应更加敏感[42]。土壤中腐生真菌数量的增加可以促进土壤有机质降解,提高土壤养分含量及养分利用率[43-44]

        同样,有机肥处理土壤中共生营养型真菌含量在成熟期均高于单施化肥处理,以菌根真菌、地衣共生菌两个功能相对丰度的增加为主,其中鸡粪、芝麻饼肥及牛粪处理均达到显著水平 (P < 0.05)。结合LEfSe分析结果,AmanitaEntolomaLeucangiumXanthoria等丛枝菌根真菌、地衣共生菌均集中于鸡粪、芝麻饼肥及牛粪处理中。说明有机肥的施用有利于共生营养型真菌的生长,鸡粪、芝麻饼肥及牛粪处理效果相对更好。相关研究表明,共生真菌能够增强作物获取养分的能力[34-45],在促进作物生长及提高作物质量等方面有重要作用[46-48]。有利于提高作物产量、促进土壤养分平衡和循环提高土壤肥力,从而实现农业可持续发展。

        鸡粪、牛粪及芝麻饼肥的施用在提高土壤有益真菌数量的同时也导致了土壤病理营养型真菌数量的增加。有研究表明,虽然堆肥可以降低鸡粪、牛粪中的病原菌数量,但是仍具有一定的风险[49-50]。烤烟旺长期鸡粪、牛粪处理及成熟期芝麻饼肥处理的土壤中病理营养型真菌的比例显著高于单施化肥处理。其中被鉴定为植物病原菌的OTU主要是鸡粪处理的Microidium、芝麻饼肥处理的Monographella及牛粪处理的Gibberella。其中,Microidium为子囊菌门锤舌菌纲白粉菌目白粉菌科粉孢亚属,是白粉病病原菌。本研究中Microidium的优势菌种为Microidiumphyllanthi,目前研究并未在烟草中分离到该病原菌,其宿主主要为叶下株属 (Phyllanthusspp)[51]Monographella属于子囊菌门子囊菌纲炭角菌目黑盘孢科,本研究中其优势菌种为Monographella cucumberina,是根腐病病原菌,会导致烟株根系和基部茎皮层腐烂[52-55],该菌对向日葵、番茄、三色堇、罗勒属植物等宿主有致病性[53, 56]Gibberella属于子囊菌门粪壳菌纲肉座菌目丛赤壳科赤霉属,本研究中其优势菌种有禾谷镰刀菌 (Gibberella intricans) 和木贼镰刀菌 (Gibberella zeae),目前相关研究并未发现GibberellaintricansGibberellazeae对烟草有致病性,但是Gibberellazeae会导致赤霉病危害水稻、小麦、大麦、玉米等禾谷类作物[57-58]

        需要指出的是,由于FUNGuild是基于已发表的文章数据,虽然具有较高的准确性,但仍然有大量真菌的生态功能处于未知状态。因此,有很多经有机肥处理后发生明显变化的土壤真菌无法确定其生态功能的重要性,对该部分真菌的研究仍有待进一步深入。

      • 不同有机肥均会影响土壤真菌群落结构,芝麻饼肥和菜籽饼肥对土壤真菌群落结构的影响较缓慢但时间更长久,而在烟草旺长期鸡粪、牛粪及稻草有机肥对真菌群落的影响较大。不同有机肥处理均发展出了各自特有的生物标志性菌属,且有机肥配施化肥处理可提高土壤腐生营养型及共生营养型真菌比例,有利于降低长期烟稻轮作的土传病害风险,促进土壤养分平衡,提高土壤肥力,维持农田生态系统的可持续发展。

    参考文献 (58)
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