施肥方式对设施番茄产量及土壤细菌多样性、群落结构的影响.pdf-

资源描述：

148 2023 年第 64 卷第 1 期收稿日期 2022 02 23 基金项目连云港市财政专项 QNJJ1907 作者简介刘晓梅女助理研究员主要从事作物栽培与植物营养研究工作 E mail liuxiaomei2011 163 com 通信作者任立凯男副研究员主要从事作物栽培与农业资源利用研究工作 E mail 2949823 qq com 文献著录格式刘晓梅苏文英纪伟等施肥方式对设施番茄产量及土壤细菌多样性群落结构的影响 J 浙江农业科学 2023 64 1 148 152 DOI 10 16178 j issn 0528 9017 20220146 施肥方式对设施番茄产量及土壤细菌多样性群落结构的影响刘晓梅苏文英纪伟梁长东任立凯连云港市农业科学院江苏连云港 222000 摘要为研究不同施肥方式对设施番茄产量及土壤细菌多样性群落结构的影响通过田间试验以不施肥 CK 为对照测定化肥 T1 中药渣有机肥配施化肥 T2 复合微生物肥料配施化肥 T3 生物有机肥配施化肥 T4 4 种施肥方式下设施番茄的产量并对不同施肥方式下土壤进行 16S rRNA 高通量测序分析研究表明 T2 T3 T4 处理组番茄产量均显著高于 T1 CK 处理组 T2 处理组土壤 Chao1 指数物种数进化多样性指数显著高于 CK 处理组 T4 处理组的物种数进化多样性指数也显著高于 CK 处理组施用不同肥料增加了变形菌门 Proteobactreia 相对丰度同时中药渣有机肥复合微生物肥料生物有机肥配施化肥均增加了放线菌门 Actinobacteria 的相对丰度基于主坐标分析 PCoA T3 T2 和 CK 处理组物种构成较为相似而 T4 T1 处理组细菌群落构成差异较大综合分析认为生物有机肥配施化肥不仅可以提高番茄产量还能够丰富土壤细菌多样性改变土壤细菌群落结构起到改良土壤的作用关键词施肥方式番茄产量品质细菌多样性群落结构中图分类号 S626 文献标志码 A 文章编号 0528 9017 2023 01 0148 05 近年来由于设施蔬菜栽培有较高的经济效益其栽培面积一直呈上升趋势已成为农业增效农民增收的重要途径在我国农业结构化调整中占据重要位置截至 2014 年江苏省设施蔬菜为主的设施农业面积达到 75 7 万 hm 2 占耕地面积比重达 16 5 1 其中苏北设施蔬菜以产值高的茄果类蔬菜为主其面积占江苏 65 以上 2 然而由于肥料使用过多连作与重茬等不合理的种植方式导致土壤盐渍化酸化等问题突出土壤结构被破坏养分含量失衡微生物群落结构改变蔬菜品质与产量逐年下降 3 因此逐步优化施肥方式成为今后设施蔬菜可持续发展的必然选择土壤微生物作为土壤生态链中的关键组成部分直接参与土壤结构的形成推动着土壤养分循环和能量流动在维持土壤生态功能中扮演着重要角色 4 其中细菌在土壤微生物数量中占有绝对优势决定着土壤微生物总量的分布影响着有机物的分解和转化 5 设施蔬菜种植过程中土壤微生物多样性群落组成和结构的变化可以作为土壤受损程度和质量变化的重要预警指标了解土壤微生物及功能群的变化对揭示设施蔬菜栽培条件引起的土壤质量退化微生物学机制及保持设施土壤可持续性具有重要意义目前有关设施番茄土壤微生物的研究主要围绕种植模式套种轮作 6 9 养分吸收 10 11 管理模式 12 等方面关于不同施肥方式对设施番茄土壤微生物多样性及群落结构的研究还相对较少本研究以不施肥为对照 CK 分析了化肥 T1 中药渣有机肥配施化肥 T2 复合微生物肥料配施化肥 T3 生物有机肥配施化肥 T4 4 种施肥方式对设施番茄产量的影响并利用 Illumina MiSeq 平台对这 4 种施肥方式下土壤进行 16S rRNA 高通量测序分析探讨不同施肥方式对土壤中微生物多样性和群落结构的变化情况阐明不同施肥方式对设施番茄土壤细菌群落及各类群刘晓梅等施肥方式对设施番茄产量及土壤细菌多样性群落结构的影响 149 间的关系为本地区设施番茄合理施肥提供参考依据 1 材料与方法 1 1 供试材料试验在江苏省连云港市农业科学院东辛试验基地塑料大棚中进行供试土壤基本理化性状为 pH 7 9 有机质含量 19 98 g kg 1 全氮 1 9 g kg 1 全磷 1 8 g kg 1 全钾 14 3 g kg 1 供试作物番茄为粉果由淮安市农业科学研究院提供供试肥料为 15 金正大复合肥 N 15 P 2 O 5 15 K 2 O 15 中药渣有机肥含有机质 45 N 1 78 P 2 O 5 0 92 K 2 O 2 63 由江苏好徕斯肥业有限公司提供 25 复合微生物肥料 N 10 P 2 O 5 7 K 2 O 8 含枯草芽孢杆菌 0 2 亿 g 1 有机质 6 由江苏肥之星生物科技有限公司提供生物有机肥含巨大芽孢杆菌固氮类芽孢杆菌胶冻样类芽孢杆菌共 0 2 亿 g 1 有机质 40 由扬州森大肥业有限公司提供 1 2 试验设计试验共设 5 个处理 T1 每 667 m 2 复合肥 160 kg T2 每 667 m 2 复合肥 50 kg 中药渣有机肥 1 000 kg T3 每 667 m 2 复合微生物肥料 250 kg T4 每 667 m 2 生物有机肥 1 200 kg CK 不施肥处理组每个处理设 4 次重复共 16 个小区每小区面积为 12 6 m 2 每个小区种植三垄每垄 2 行每行 8 棵行间距 35 cm 株距 30 cm 完全随机区组设计开花坐果后每两周追肥 1 次每 667 m 2 追施复合肥 10 kg 共 7 次每 667 m 2 中微量元素肥顺欣 N 15 P 2 O 5 15 K 2 O 30 TE 10 kg 共 7 次 1 3 土壤样品采集与分析土壤样品采集时间为 2019 年 7 月 19 日用环刀取各处理耕层 0 20 cm 土壤样品每小区多点混合采样去除植物根系和石块装入无菌袋中带回实验室 80 冰箱保存用于土壤微生物 DNA 提取 1 4 各项指标测定于采收期测定每个小区番茄植株产量并计算产量土壤细菌群落分析由上海派森诺生物科技股份有限公司上海完成采用 Illumina MiSeq 平台对细菌群落 DNA 片段进行双端 Paired end 测序 1 5 计算和统计方法采用 QIIME 进行土壤细菌群落相关指标分析采用 Excel 2012 软件制图采用 SAS 9 0 对番茄产量及土壤细菌多样性进行显著性分析采用 Qiime 软件计算 Bray Curtis 距离使用 R 软件绘制主坐标分析图进行多样本比较分析 2 结果与分析 2 1 番茄产量从表 1 可以看出 T2 T3 T4 处理组番茄产量显著高于 T1 和 CK 处理组三者之间无显著差异相较于 CK 处理组 T1 T2 T3 T4 分别增产 12 1 35 3 39 1 41 5 其中 T4 处理组的番茄产量最高每 667 m 2 为 4 628 kg 表 1 不同处理番茄产量处理每 667 m 2 产量 kg T1 3 668 b T2 4 426 a T3 4 549 a T4 4 628 a CK 3 272 b 注同列数据后不同小写字母表示差异显著 P 0 05 表 2 同 2 2 土壤细菌群落 OTU 聚类分析基于 16S rRNA 的高通量测序共获得有效序列 1 811 453 其中 T1 处理组样品平均有效序列数为 113 814 T2 处理组样品平均有效序列数为 126 531 T3 处理组样品平均有效序列数为136 999 T4 处理组样品平均有效序列数为 120 436 CK 处理组样品平均有效序列数为 106 038 对每组样品随机抽取 91 276 条序列进行抽平在 0 95 相似水平下进行聚类得到每组样本 OTU 数 T1 土壤中细菌群落 OTU 数量是 10 379 T2 土壤中细菌群落 OTU 数量是 10 146 T3 土壤中细菌群落 OTU 数量是 8 811 T4 土壤中细菌群落 OTU 数量是 10 644 CK 土壤中细菌群落 OTU 数量是 9 417 各处理共同的 OTU 数为 2 055 特有的 OTU 数相对较多分别为 4 636 3 729 3 270 4 509 3 712 占各处理土壤细菌群落 OTU 数量的 44 7 36 8 37 1 42 4 39 4 2 3 土壤细菌 Alpha 多样性分析土壤样品的 Alpha 多样性结果见表 2 5 个土壤样本覆盖率均达到 99 4 以上说明测序深度较高基本能覆盖样品中所有物种能够真实反映土壤细菌群落组成细菌群落结构丰富度和多样性150 2023 年第 64 卷第 1 期表 2 不同处理下土壤细菌菌群丰度多样性指标样品 Chao1 指数香浓指数物种数辛普森指数进化多样性指数样品覆盖度均匀度 T1 4 472 39 ab 10 55 a 4 343 40 ab 0 997 3 a 292 53 ab 0 996 9 a 0 873 2 a T2 4 980 75 a 10 74 a 4 745 73 a 0 998 5 a 303 62 a 0 994 8 a 0 879 8 a T3 4 644 79 ab 10 41 a 4 386 13 ab 0 997 8 a 286 17 ab 0 994 8 a 0 860 6 a T4 4 922 42 ab 10 55 a 4 739 27 a 0 996 4 a 305 20 a 0 995 5 a 0 864 0 a CK 4 102 42 b 10 43 a 3 980 60 b 0 998 2 a 265 00 b 0 997 2 a 0 881 4 a 主要是由代表 OTUs 统计的物种数表征菌群丰度的 Chao1 指数进化多样性以及反映菌群多样性的香浓指数和辛普森指数来表示从表 2 可以看出 T2 处理组土壤 Chao1 指数物种数进化多样性显著高于 CK 处理组 T4 处理组的物种数进化多样性指数也显著高于 CK 处理组 T1 T3 处理组与 CK 无显著差异 2 4 土壤细菌群落的 Beta 多样性分析基于 Bray Curtis 距离对不同施肥处理下土壤成分进行主坐标分析 PCoA 结果显示第 1 主成分 PC1 和第 2 主成分 PC2 的贡献率分别为 29 2 和 19 3 图 1 主坐标分析二维图中不同样本的距离越近不同样本中物质组成多样性越相似样本 T3 T2 和 CK 距离相近说明两个样本间的物种组成多样性较为相似 T4 T1 与 CK 的距离较远说明 T4 T1 与 CK 样本的细菌群落多样性差异较大 2 5 土壤细菌群落结构分析在门水平上不同施肥方式下土壤样品中优势细菌从高到低依次为变形菌门 Proteobactreia 放线菌门 Actinobacteria 酸杆菌门 Acidobacteria 芽单图 1 不同施肥处理下土壤细菌群落的 PCoA 分析胞菌门 Gemmatimonadetes 拟杆菌门 Bacteroidetes 绿弯菌门 Chloroflexi 厚壁菌门 Firmicutes 图 2 与 CK 相比各施肥处理中变形菌门相对丰度均升高 T2 T3 T4 处理组中放线菌门的相对丰度升高 T2 T3 处理组中的酸杆菌门芽单胞菌门的相对丰度升高仅 T1 处理组中厚壁菌门的相对丰度升高仅 T2 处理组中绿弯菌门的相对丰度升高 T1 T4 处理组中拟杆菌门的相对丰度升高图 2 门水平上细菌相对丰度在属水平上不同施肥方式下土壤样品中优势菌属基本相似分别为苍白杆菌属 O c h r o b a c t r u m MND1 Vibrionimonas 芽单胞菌属 G e m m a t i m o n a s RB41 Gaiella 鞘脂单胞菌属 S p h i n g o m o n a s S u b g r o u p 10 I a m i a 图 3 与 CK 相比各施肥处理中 V i b r i o n i m o n a s 链霉菌属 S t r e p t o m y c e s 水沉刘晓梅等施肥方式对设施番茄产量及土壤细菌多样性群落结构的影响 151 积物杆菌属 I l u m a t o b a c t e r 的相对丰度均升高 G a i e l l a 的相对丰度均降低 T2 T3 T4 处理组中 Subgroup 10 H a l i a n g i u m 的相对丰度升高 T1 T3 T4 处理组中苍白杆菌属 P e l o m o n a s 的相对丰度升高 T2 T3 中 RB41 芽单胞菌属消化螺菌属 N i t r o s p i r a MND1 的相对丰度升高 T2 T4 中 I a m i a 类诺卡氏菌属 N o c a r d i o i d e s 交替赤杆菌属 A l t e r e r y t h r o b a c t er 的相对丰度升高仅 T1 中乳酸菌属 L a c t o b a c i l l u s L a c h n o s p i r a c e a e NK4A136 group 劳尔氏菌属 R a l s t o n i a 的相对丰度升高仅 T3 中溶杆菌属 L y s o b a c t e r 鞘氨醇单胞菌属 S p h i n g o m o n a s 的相对丰度升高图 3 属水平上细菌相对丰度 3 小结与讨论土壤微生物群落结构受植物微生物与土壤理化环境互作的影响 13 本研究分析了不同施肥方式对设施番茄产量及土壤细菌多样性群落结构的影响从土壤样品的 Alpha 多样性分析结果可以看出中药渣有机肥生物有机肥配施化肥土壤细菌丰度显著高于不施肥处理组与孙家骏等 14 研究结果相似这是因为适量施用有机肥能够显著提高土壤中有机质氮磷钾等养分含量有利于微生物繁殖一定程度上提高了土壤微生物的多样性改变土壤细菌群落结构 15 然而施用化肥以及复合微生物肥料配施化肥土壤细菌丰度和多样性与不施肥处理无显著差异这与蔡杰等 16 的研究一致其研究发现未施肥区与常规化肥施肥区土壤微生物多样性相似大量研究表明不同施肥方式能够影响土壤微生物类群的相对丰度 16 18 在本研究中不同施肥方式下土壤中的优势菌门基本相似分别为变形菌门放线菌门酸杆菌门芽单胞菌门绿弯菌门拟杆菌门这与之前的研究结果相似 19 20 但各处理中优势菌门的相对丰度具有一定差异这说明土壤微生物群落结构和多样性受植物种类土壤类型等因素的影响 16 各施肥处理土壤中变形菌门相对丰度均升高中药渣有机肥复合微生物肥料生物有机肥配施化肥处理组土壤中放线菌门的相对丰度升高与王庆等 21 姜蓉等 22 靳晓拓等 23 的研究结果一致放线菌是一类具有重要生物活性的功能性微生物它在各种生态环境中广泛存在能产生种类繁杂和富含生物活性的次级代谢产物还能产生各类酶有机酸等有助于分解有机物和矿物质 24 同时它具有良好的抗菌活性和耐盐碱作用 25 26 中药渣有机肥复合微生物肥料生物有机肥配施化肥通过提高土壤有益微生物的多样性改变土壤微生物的群落结构维持土壤微生物稳态促进番茄生长从而增加番茄的产量本研究中相较于不施肥处理组中药渣有机肥复合微生物肥料生物有机肥配施化肥均能显著提高番茄产量基于土壤细菌群落的 PCoA 发现不同施肥方式下土壤微生物群落分成两大类 T3 T2 和 CK 距离相近说明两个样本间的物种构成较为相似 T4 T1 与其他样本的距离较远说明 T4 T1 样本的细菌群落构成与其他样本差异较大这说明生物有机肥配施化肥不仅显著增加土壤微生物的丰度还改变了微生物的群落结构中药渣有机肥仅显著提高了土壤微生物的丰度其微生物群落结构并无太大的变化施用化肥仅改变了土壤微生物群落构成微生物的丰度多样性并无太大变化这与之前桑文等 27 的研究结果不同 152 2023 年第 64 卷第 1 期综上所述不同施肥方式不仅可以影响设施番茄土壤细菌的多样性与相对丰度也能在一定程度上改变土壤的细菌群落结构本研究中生物有机肥配施化肥对设施番茄的施用效果最好不仅可以提高番茄产量还能够丰富土壤细菌多样性改变土壤细菌群落结构起到改良土壤的作用参考文献 1 夏礼如李岩孟力力江苏设施蔬菜产业发展主要风险因子分析及应对措施 J 江苏农业科学 2017 45 18 332 333 2 王蓉王礼焦孙潇潇连云港市设施蔬菜施肥与土壤养分状况分析 J 山西农业科学 2016 44 2 204 208 231 3 王光飞廖开志马艳等中药渣有机肥耦合高效水溶肥改良不同肥力设施番茄土壤效果 J 中国土壤与肥料 2021 5 103 111 4 NANNIPIERI P ASCHER J CECCHERINI M T et al Microbial diversity and soil functions J European Journal of Soil Science 2003 54 4 655 670 5 ZIMMERMAN A R Abiotic and microbial oxidation of laboratory produced black carbon biochar J Environmental Science and Technology 2010 44 4 1295 1301 6 马宁宁李天来设施番茄长期连作土壤微生物群落结构及多样性分析 J 园艺学报 2013 40 2 255 264 7 李兰君刘玳含刘建斌等连作对设施番茄土壤微生物及酶活性的影响 J 江苏农业科学 2018 18 130 134 8 刘会芳韩宏伟王强等不同蔬菜与番茄轮作对设施土壤微生物多样性酶活性及土壤理化性质的影响 J 微生物学报 2021 61 1 167 182 9 杨波王昊陈永伟等蚯蚓生物套种套养对设施番茄生长品质及根际土壤微生物的影响 J 山东农业科学 2021 53 12 118 123 10 何志刚娄春荣王秀娟等氮钾配施对设施番茄土壤微生物群落及土壤养分和盐分的影响 J 北方园艺 2017 9 148 153 11 高利娟张猛魏建林等磷肥减施对设施番茄根系形态磷吸收及土壤微生物量磷含量的影响 J 天津农业科学 2019 25 8 16 22 12 任春晖王远宏常若葵等不同管理模式下设施番茄土壤微生物变化 J 浙江农业科学 2018 59 11 2028 2031 13 郑灏杨志坚冯金玲等不同林下套种模式对油茶幼林根区土壤化学特性及微生物的影响 J 福建农林大学学报自然科学版 2015 44 2 147 153 14 孙家骏付青霞谷洁等生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性和微生物群落的影响 J 应用生态学报 2016 27 3 829 837 15 SADET BOURGETEAU S HOUOT S DEQUIEDT S et al Lasting effect of repeated application of organic waste products on microbial communities in arable soils J Applied Soil Ecology 2018 125 278 287 16 蔡杰张洁喻珊等施肥方式对木薯根际土壤细菌多样性与群落结构特征的影响 J 福建农林大学学报自然科学版 2022 51 1 15 20 17 张义杰张帅粟珊等石林县三七仿生种植对根际土壤微生物多样性的影响 J 云南农业大学学报自然科学 2021 36 3 487 493 18 张信娣史永军陈银科光合细菌和有机肥对土壤主要微生物类群的影响 J 中国土壤与肥料 2007 3 59 62 19 孙瑞波郭熙盛王道中等长期施用化肥及秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响 J 微生物学通报 2015 42 10 2049 2057 20 ZHOU J GUAN D W ZHOU B K et al Influence of 34 years of fertilization on bacterial communities in an intensively cultivated black soil in northeast China J Soil Biology and Biochemistry 2015 90 42 51 21 王庆海江波岳忠娜等化肥减量对麦田土壤微生物量及微生物区系的影响 J 麦类作物学报 2012 32 3 484 487 22 姜蓉徐智汤利化肥减量配施不同有机肥对设施菊花土壤微生物功能多样性的影响 J 云南农业大学学报自然科学 2017 32 5 895 902 23 靳晓拓马继勇周彦妤等化肥减量配施有机肥下芒果园土壤细菌多样性及群落结构特征 J 热带作物学报 2019 40 6 1205 1212 24 刘晓飞侯艳马京求等放线菌的筛选及应用研究进展 J 饲料研究 2020 43 3 140 143 25 PAN T HE H R LI C et al S t r e p t o m y c e s d a q i n g e n s i s sp nov isolated from saline alkaline soil J International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2016 66 3 1358 1363 26 SHAH A M SHAKEEL U REHMAN HUSSAIN A et al Antimicrobial investigation of selected soil actinomycetes isolated from unexplored regions of Kashmir Himalayas India J Microbial Pathogenesis 2017 110 93 99 27 桑文赵亚光张凤华化肥减量配施有机液体肥对土壤微生物群落结构多样性的影响 J 西南农业学报 2020 33 11 2584 2590 责任编辑汪亚芳

展开阅读全文