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文献解读

集思慧远客户发表《在不同的长期耕作和谷物豆类轮作下,根际和根外土壤的细菌和真菌多样性》

发布日期:2019-07-24 浏览次数:1066



Bacterial and fungal diversity in rhizosphere and bulk soil under different

long-term tillage and cereal/legume rotation

IF=4.675


摘要

土壤微生物多样性对保持土壤质量、可持续农业和生态系统功能具有重要意义。土壤管理工作可以影响农田土壤微生物的多样性和活性。本研究的目的是评价耕作和留茬管理对小麦-豌豆轮作秋收前根际和根外土壤中细菌和真菌多样性、化学性质和总碳排放的影响。处理方法包括除茬的常规耕作(T),除茬免耕(NT),留茬的常规耕作(TS),留茬免耕(NTS)。针对混合土和根际土的细菌16S rRNA(V3V4),真菌ITS(ITS2)进行测序。优势细菌(放线菌、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、浮霉菌门),真菌(子囊菌门、担子菌门)在不同处理间均表现为差异不显著。根瘤菌和稀有的克氏担孢酵母属在根际土中存在,根外土壤中并未检测到。除茬免耕和留茬免耕土壤中细菌和真菌OTU数量最高,但是不同处理间微生物群落却没有差异。纲水平细菌和真菌丰度与土壤PH,总有机碳,总氮,铵态氮和硝态氮含量都是相关的。结果表明,根外土壤具有较高的微生物种类丰度,有利于下一季微生物群落的建立。

材料方法

样品采集:四种处理方法(T\NT\TS\NTS),分别取0-10\10-30cm土样,根际土各3个生物学重复(混样平均分成3份)。

土壤理化分析:pH,总氮,总有机碳,土壤微生物量碳,氮,有效磷,硝态氮,铵态氮,土壤呼吸。

测序方案:16S(V3V4),ITS2;Illumina Hiseq 2500 PE250;测序数据量(27,260- 56,436高质量reads);双端reads拼接:PANDAseq;嵌合体去除:USEARCH v7.1;OTU聚类:UPARSE;

OTU注释:UCLUST,SORTMERNA,细菌库(SILVA),真菌库(UNITE);α多样性分析:QIIME;PAST version 2:群落相对丰度可视化,NMDS分析;统计学分析:SPSS version 19.0;


研究结果

1、土壤细菌和真菌组分

在所有处理样品中,优势门水平细菌分别为放线菌门(32.7–41.9%),变形菌门(13.9–36.9%),绿弯菌门(4.3–12.7%),酸杆菌门(3.9–10.9%),浮霉菌门(6.4–11.4%)(上图a,b);而优势门水平真菌分别是子囊菌门(42.2–88.9%),未知真菌(7.9–22.5%),担子菌门(1.1–9.0%),被孢霉门(1.2–3.2%)(下图a,b)且子囊菌门和担子菌门在根际土中丰度是高于根外土壤。不同处理间的细菌和真菌均为表现出显著差异。结果表明,无论是耕作还是作物残留处理,土壤中普遍存在的优势细菌门和真菌门的群落组成都是普遍存在的。

a/b.根外土壤中丰度top5属水平细菌(类诺卡氏菌属、Solirubrobacter、芽孢杆菌属、乳球杆菌属、链霉菌属);c/d.根外土壤中丰度top5属水平真菌(镰刀菌属、Paramyrothecium、漆斑菌属、枝顶孢属、被孢霉属);

a.根际土丰度top5属水平细菌(根瘤菌属、链霉菌属、类诺卡氏菌属、Pseudarthrobacter、乳球杆菌属);b. 根际土丰度top5属水平真菌(镰刀菌属、毛壳菌属、青霉菌属、漆斑菌属、克氏担孢酵母属)。


2.耕作和留茬管理对土壤微生物群落的影响

0-10cm土壤中细菌OTU数量:NTS > T > TS > NT,真菌:NTS = NT > TS > T,10-30cm土壤NT、T的细菌和真菌OTU数量分别增加(3.4-9%,4.9-25.3%);而在根际土中细菌OTU数量:NTS > TS > T > NT,真菌:NT > TS > NTS > T。

PERMANOVA分析结果表明,本研究采用的处理方法对土壤细菌和真菌群落结构影响不显著。ANOSIM分析结果表明各处理间细菌和真菌群落结构是高度分类的。


3.耕作和留茬管理对土壤化学性质和碳排放影响

耕作显著影响TOC(总有机碳),硝态氮,土壤微生物量碳、氮(根外0-10cm土壤),影响根外10-30cm土壤的总有机氮,有效磷,硝态氮,土壤微生物量碳。两种不同深度土壤中耕作和残茬互作管理只有对土壤微生物量碳有显著影响。

土壤的指标(pH, TOC, TN, Olsen P, NH4+ -N, NO3¯ -N, SMBC , SMBN)在0-10cm土壤的所有处理中表现为显著差异。pH和NO3¯ -N在NTS中显著减少而T中显著升高,其他指标在两种处理下正好相反。

总碳释放量:NTS > NT > TS > T,平均土壤呼吸:NTS > NT > T > TS;耕作和残茬单独对两种指标影响不显著,两种处理互作条件下对两个指标有显著影响。


4. 土壤细菌、真菌组成与化学性质的关系

土壤理化性质,总碳释放量与不同深度根外土与细菌、真菌群落结构是显著相关的。能够解释51.2%–59.9%纲水平的土壤细菌变异(a/b),35.4%-39.8.7%的真菌变异(c/d)。



解释根际土75.3%的细菌变异和62.5%的真菌变异。