楊彥明,周 祎,張博文,張興隆,劉景輝,3,鄭海春

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古土壤肥料和節(jié)水農(nóng)業(yè)工作站,內(nèi)蒙古呼和浩特 010019； 3.全國(guó)農(nóng)業(yè)科研杰出人才及其創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引 言

東北黑土區(qū)是我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)之一[1]。黑土屬不可再生資源，由于自然、人為因素導(dǎo)致黑土耕層變薄、犁底層上移、土壤硬化、肥力下降，嚴(yán)重制約黑土可持續(xù)生產(chǎn)能力[2-4]。土壤微生物參與土壤中氧化、固氮、硫化等生化過程，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解及養(yǎng)分循環(huán)，其多樣性是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要依據(jù)之一[5-8]。旋耕、翻耕等措施均可影響土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤微生物豐富度和多樣性，調(diào)節(jié)土壤生態(tài)功能。相關(guān)研究表明，深松改變土壤結(jié)構(gòu)，改善微生物的生存環(huán)境，顯著提高土壤微生物遺傳多樣性，并影響微生物功能多樣性。土壤是微生物的主要生存空間，深松改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)，如孔隙大小、養(yǎng)分的有效性、氧氣供給及水分等。微生物生存環(huán)境改變，導(dǎo)致群落豐富度及結(jié)構(gòu)多樣性的改變。土壤微生物群落構(gòu)成、生物量及活動(dòng)方式對(duì)土壤發(fā)育有關(guān)系密切，其主要參與土壤有機(jī)物質(zhì)的礦化和腐殖質(zhì)化過程，同時(shí)通過同化作用合成多糖和復(fù)雜有機(jī)物，影響土壤的結(jié)構(gòu)和耕性。土壤微生物的代謝產(chǎn)物還能促進(jìn)土壤中難溶性物質(zhì)的溶解，參與土壤中各種物質(zhì)的氧化-還原反應(yīng)，促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)元素的有效性[9-12]。

Badin[13]、Nunan等[14]、Ranjard等[15]研究表明，土壤各物理環(huán)境因子中，土壤溫度、充氣孔隙度、土壤容重對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響較大，微生物群落結(jié)構(gòu)與充氣孔隙度相關(guān)性最高。劉淑梅等針對(duì)砂姜黑土開展不同耕作方式試驗(yàn)結(jié)果表明，相較于旋耕，深松處理微生物生物量氮顯著降低37.9%，碳氮比增加138%[16]。而尹寶重等研究發(fā)現(xiàn)0～10 cm土層深松處理與旋耕處理微生物量差異不顯著，除播種至返青期外，其余時(shí)期10～40 cm土層均低于旋耕[17]。戴亮研究表明，深松較旋耕翻耕顯著提高0～10 cm土層土壤微生物量碳含量，但低于免耕[18]。Roger-Estrade等[19]研究認(rèn)為，耕作措施對(duì)土壤團(tuán)聚體造成的機(jī)械損傷使微生物更容易被捕食，進(jìn)而改變其群落結(jié)構(gòu)及多樣性。傳統(tǒng)耕作方式對(duì)土壤擾動(dòng)大，使土壤微生物群落多樣性和數(shù)量顯著下降[20]。Andrade等[21]研究表明，隨耕作強(qiáng)度的降低，土壤微生物群落豐富度和多樣性增加。Zhang等[22]研究表明，免耕提高了0～10 cm土層細(xì)菌比例。Carpenter-Boggs等[23]研究表明，免耕較翻耕可提高土壤微生物數(shù)量及活性。深松對(duì)土壤擾動(dòng)較翻耕小，并可有效打破犁底層，降低土壤容重，調(diào)節(jié)土壤固液氣三相比[24-25]，較免耕可避免土壤板結(jié)、表土富營(yíng)養(yǎng)化、土傳病蟲害加重等問題[26-27]。李景[28]研究表明，深松覆蓋較翻耕提高了土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體的細(xì)菌多樣性，對(duì)>2 mm和0.25～1 mm粒級(jí)細(xì)菌多樣性影響顯著[29]。趙亞麗等[29]研究表明，深松處理細(xì)菌數(shù)量較翻耕提高40.1%。目前，耕作方式對(duì)土壤細(xì)菌群落影響的相關(guān)研究多集中于免耕、旋耕、翻耕，但不同深松年限、深度對(duì)黑土細(xì)菌群落影響的研究鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)通過深松年限與深度結(jié)合，研究其對(duì)黑土玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制，為黑土區(qū)構(gòu)建最佳耕層結(jié)構(gòu)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016～2018年在內(nèi)蒙古扎賚特旗農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)(46°52′58″N,122°32′9″E)進(jìn)行。該地區(qū)屬溫帶大陸性氣候，年均氣溫5.0 ℃，年均降水量432.8 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 855 h，無霜期126～154 d，玉米生育期內(nèi)降雨及平均氣溫見圖1。試驗(yàn)地土壤類型為黑土，pH=7.47，養(yǎng)分含量為總有機(jī)碳25.88 g·kg-1，全氮1.96 g·kg-1，全磷0.66 g·kg-1，全鉀33.9 g·kg-1，堿解氮167 mg·kg-1，速效磷11.4 mg·kg-1，速效鉀161 mg·kg-1。

圖1 2016-2018年玉米生育期降雨及氣溫變化Fig.1 Rainfall and temperature during the maize growing season in 2016-2018

1.2 供試材料

玉米品種為恒育498，施用的化肥為尿素(含N量為46%)、磷酸二銨(含N量為18%，含P2O5量為46%)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以翻耕為對(duì)照，設(shè)不同深松深度和年限處理(表1)。小區(qū)面積10 m×13.2 m=132 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。5月10日播種，播前深松，播種量37.5 kg·hm-2，行距65 cm，株距25 cm，保苗數(shù)60 000株·hm-2；尿素、磷酸二銨基施(施用量分別為150 kg·hm-2、225 kg·hm-2)；2016-2017年5月26日、7月13日各灌水1次，灌水量900 m3·hm-2，2018年不灌水；10月10日收獲測(cè)產(chǎn)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤樣品采集。于2017年、2018年玉米抽雄期(8月20日)，采用對(duì)角線法采集土樣(0～20 cm土層)，每小區(qū)選取5點(diǎn)，每點(diǎn)選擇5株生長(zhǎng)相對(duì)一致個(gè)體(每小區(qū)共25株)，將根系挖出，抖下根系附著疏松土壤，用毛刷收集與根系緊密結(jié)合的土壤，混勻并過1 mm篩，后裝入聚乙烯無菌袋中，冷藏保存，由北京百邁客生物科技有限公司進(jìn)行土壤微生物DNA提取及測(cè)序。每小區(qū)再選取5點(diǎn)，使用土鉆鉆取0～20 cm土樣，10個(gè)小區(qū)、3次重復(fù)共計(jì)取土30份，后送至內(nèi)蒙古雜糧工程中心實(shí)驗(yàn)室用于土壤pH、EC等指標(biāo)測(cè)定。

表1 各處理實(shí)施方案Table 1 The planning of experimental treatments

1.4.2 土壤理化性質(zhì)分析。土壤水分采用鋁盒烘干法測(cè)定[30]；土壤溫度采用TZS-qutTCW土壤環(huán)境測(cè)定儀測(cè)定；土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定[30]；土壤三相比氣象比(%)、土壤三相結(jié)構(gòu)距離(STPSD)、廣義土壤結(jié)構(gòu)指數(shù)(GSSI)參照王恩姮等[31]研究提到的方法進(jìn)行計(jì)算；土壤pH按照土水質(zhì)量比1∶2.5，用酸度計(jì)測(cè)定(Ohaus Starter3100)[32]；土壤EC按照土水質(zhì)量比1∶5，用電導(dǎo)率儀(Ohaus Starter3100c)測(cè)定[32]。

1.4.3 土壤微生物基因DNA的提取。使用PowerSoil?DNA Isolation Kit土壤DNA提取試劑盒(Mo Bio Laboratories)從土壤樣本中提取微生物總DNA。DNA的質(zhì)量通過260 nm/280 nm和260 nm/230 nm的比率進(jìn)行評(píng)估。然后在-80 ℃下儲(chǔ)存DNA。

1.4.4 DNA擴(kuò)增及測(cè)序。用無菌水稀釋樣品至1 ng·μl-1，以稀釋后的基因組DNA為模板，使用帶Barcode的特異引物，New England Biolabs公司的Phusion?High-Fidelity PCR Master Mix with GC Buffer，和高效高保真酶進(jìn)行PCR。使用正向引物(338F，5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′)、反向引物(806R，5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)，結(jié)合適配序列和條形碼序列擴(kuò)增細(xì)菌16S rRNA基因的V3-V4區(qū)。通過Vahts TM DNA純化第一步PCR產(chǎn)物。在40 μl反應(yīng)中進(jìn)行第二輪PCR，反應(yīng)中含有20 μl 2×Phμsion HF MM、8 μl ddH2O、每種引物10 μm和第一步的10 μl PCR產(chǎn)物。PCR產(chǎn)物經(jīng)磁珠純化，用Quant-iTTMdsDNA HS試劑對(duì)所有的PCR產(chǎn)物進(jìn)行定量。使用Illumina Hiseq 2500平臺(tái)(2×250對(duì)末端)對(duì)純化的匯集樣本進(jìn)行了細(xì)菌rRNA基因的高通量測(cè)序分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理分析

將優(yōu)化序列進(jìn)行聚類，劃分操作分類單元(OTU)，并根據(jù)OTU的序列組成得到其物種分類(以97%為劃定閾值)，獲得各樣品在門、綱、目、科、屬、種水平上的細(xì)菌群落組成，并使用Excel 2003繪制門、屬水平物種分類柱形圖；使用Mothur軟件計(jì)算各樣品的α多樣性指數(shù)，統(tǒng)計(jì)各樣品在97%相似度水平下的Ace、Chao1、Shannon、Simpson指數(shù)及覆蓋度；以O(shè)TUs豐富度對(duì)序列數(shù)作圖，進(jìn)行稀釋分析，繪制稀釋曲線；采用R的vegan軟件包進(jìn)行主坐標(biāo)分析(PCoA)、RDA分析，其中主坐標(biāo)分析(PCoA)根據(jù)樣本OTUs組成之間weighted unifrac距離矩陣。方差分析使用SAS9.0軟件實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤細(xì)菌群落alpha多樣性結(jié)果分析

由表2分析，各處理Shannon、Chao1、ACE指數(shù)均低于CK，同一深松深度下，隨深松年限增加，各處理土壤細(xì)菌群落多樣性及豐富度表現(xiàn)為深松2 年高于1年；土壤細(xì)菌群落多樣性及豐富度QS3較QS2提高，而SS3較SS2降低土壤細(xì)菌多樣性、提高豐富度；CS3土壤細(xì)菌多樣性及豐富度均低于CS2。相同深松年限，深松1 年各處理以CS1表現(xiàn)最優(yōu)，深松3年土壤細(xì)菌多樣性及豐富度分別為QS3、SS3最高。連續(xù)深松可顯著改變耕層結(jié)構(gòu)，影響土壤固、液、氣三相比，進(jìn)而對(duì)土壤水、肥、氣、熱特性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致土壤微生態(tài)環(huán)境改變。深松1年，超深松具有較好的長(zhǎng)效性，效果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。連續(xù)深松2～3年時(shí)，淺松效果最佳。

表2 2018年土壤樣品測(cè)序覆蓋度及α多樣性Table 2 Soil sample sequencing coverage and alpha diversity in 2018

2.2 土壤細(xì)菌群落組成及年際間群落結(jié)構(gòu)差異

由圖2發(fā)現(xiàn)，2018年，土壤微生物相對(duì)豐度均>1%的優(yōu)勢(shì)菌門依次為：變形菌門(Proteobacteria，40.9%～45.4%)、酸桿菌門(Acidobacteria，17.3%～21.5%)、放線菌門(Actinobacteria，7.97%～12.7%)、綠彎菌門(Chloroflexi，6.09%～9.36%)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes，6.78%～8.56%)、擬桿菌門(Bacteroidetes，4.92%～7.17%)、疣微菌門(Verrucomicrobia，1.73%～2.38%)、硝化螺旋菌門(Nitrospirae，1.66%～2.36%)。2018年各處理土壤細(xì)菌群落中，綠彎菌門、芽單胞菌門、疣微菌門及硝化螺旋菌門相對(duì)豐度較2017年提高，而擬桿菌門、厚壁菌門(Firmicutes)、奇古菌門(Thaumarchaeota)、藍(lán)藻門(Cyanobacteria)則降低。

由圖3可知，在屬水平上，2018年相對(duì)豐富>1%菌屬共8個(gè)，依次為鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)、RB41、溶桿菌屬(Lysobacter)、硝化螺菌屬(Nitrospira)、Bryobacter、交替赤桿菌屬(Altererythrobacter)、H16、芽單胞菌屬(Gemmatimonas)。2017年相對(duì)豐富>1%菌屬共6個(gè)，依次為鞘氨醇單胞菌屬、假黃單胞菌屬(Pseudoxanthomonas)、Blastocatella、溶桿菌屬、節(jié)細(xì)菌屬(Arthrobacter)、Phreatobacter。2017～2018年，各處理均以鞘氨醇單胞菌屬相對(duì)豐度最高，且2018年各處理該菌屬相對(duì)豐度較2017年提高10.3%～73.3%，以QS1各處理增幅最大。由此可見，連續(xù)多年淺松對(duì)上述優(yōu)勢(shì)菌屬相對(duì)豐度影響最大。溶桿菌屬、Acidibacter、Arenimonas、Blastocatella、CL500-29marinegroup、Flavisolibacter、Sphingobium、Terrimonas相對(duì)豐度在兩年內(nèi)均處于較高水平，可見，上述菌屬在土壤環(huán)境中相對(duì)穩(wěn)定。

2.3 不同深松方式根際土壤微生物群落的差異性

按照相對(duì)豐度>0.1%為標(biāo)準(zhǔn)劃分劃分優(yōu)勢(shì)菌群[33]，2018年門水平下，各處理放線菌門相對(duì)豐度較CK降低，SS3降幅最大(圖2)。除QS3外，各深松處理變形菌門相對(duì)豐度較CK提高，以SS3表現(xiàn)最優(yōu)。除CS2外，各處理較CK提高芽單胞菌門、降低硝化螺旋菌門相對(duì)豐富。除SS3外，各處理Latescibacteria相對(duì)豐度較CK降低，降幅0.24%～43.9%，以QS2降幅最大。QS3、SS3、CS3較CK可顯著提高酸桿菌門、綠菌門相對(duì)豐度，達(dá)9.83%、30.3%。各連續(xù)深松處理較CK降低疣微菌門、螺旋體菌相對(duì)豐度，SS3、CS3較CK降幅最大，為12.7%、20.9%。較CK相比，超深松處理降低了裝甲菌門相對(duì)豐度，而深松處理則提高了裝甲菌門相對(duì)豐度。相同深松深度，年限增加，酸桿菌門相對(duì)豐度上升，放線菌門相對(duì)豐度下降。相同深松年限，深度增加，Latescibacteria相對(duì)豐度先升高后降低。

2018年各處理鞘氨醇單胞菌屬、溶桿菌屬、Arenimonas、Stenotrophobacter、Blastocatella相對(duì)豐度較CK有所提高，鏈霉菌屬(Streptomyces)、倫茨氏菌屬(Lentzea)、類諾卡氏菌屬(Nocardioides)相對(duì)豐度降低(圖3)。相同深度，RB41相對(duì)豐度隨深松年限增加逐漸提高，倫茨氏菌屬、類諾卡氏菌屬隨深松年限增加逐漸降低，Chthoniobacter、Flavisolibacter、Blastocatella、中慢生根瘤菌屬(Mesohizobium)相對(duì)豐度先升高后降低。相同年限，隨深度增加，氣微菌屬(Aeromicrobium)相對(duì)豐度逐漸降低，RB41、Terrimonas相對(duì)豐度先升高后降低。

2.4 各處理細(xì)菌群落PCoA及PLS-DA分析

Anosim分析結(jié)果顯示，深松各處理間細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異未達(dá)到顯著水平(R=0.027，P=0.335)，表明深松處理后土壤細(xì)菌群落可在作物生育中期(深松90 d后)恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，各處理間趨于一致。通過PCoA分析(圖4)，2018年各處理與2017年相比，各處理間距離減小，表明各處理組間差異減小，結(jié)合圖1分析，2018年玉米生育期內(nèi)降雨量較大，表明降雨量提高，深松處理間差異減少。根據(jù)PLS-DA分析(圖5)，按照深松年限及深度分組，各組分在第二排序軸上可區(qū)分。按照深松深度分組，CK、深松25 cm各樣本分布于第二排序軸負(fù)端，深松35 cm、45 cm各樣本分布于第二排序軸正端，在第一排序軸上深松35 cm、45 cm各樣本分別分布于正端、負(fù)端。按照深松年限分組，CK、深松2年各樣本分布于第二排序軸負(fù)端，深松1年、3年各樣本分布于第二排序軸正端，在第一排序軸上深松1年、3年各樣本分別分布于負(fù)端、正端。按照深松年限分組中，CK與深松2年各處理相似性較高，按照深松深度分組各處理與CK間相似性低于按照深松年限分組，表明深松深度對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響大于深松年限。

注：剔除未分類、未培養(yǎng)菌屬后，提取相對(duì)豐度>0.1%的前40名菌屬制圖。Note:Deleting unclassified and uncultured species,and extracting the top 40 drawing the genus with>0.1% of relative abundance.圖3 2017-2018年各處理根際土壤細(xì)菌屬水平群落組成Fig.3 Bacterial community composition at gunes rank in rhizosphere soil in 2017-2018

2.5 細(xì)菌群落多樣性指數(shù)與土壤理化因子的關(guān)系

各處理土壤溫度與Shannon、Ace、Chao1指數(shù)呈極顯著(P<0.01)或顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05，表3)，與Simpson指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；各指數(shù)與土壤土壤含水量關(guān)系不顯著，表明土壤細(xì)菌群落受土壤溫度影響大于土壤含水量。土壤氣象比例與Ace、Chao1指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。土壤EC與Simpson指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤EC可一定程度上代表土壤含鹽量，試驗(yàn)地土壤含鹽量適中，未造成脅迫，可能由于隨著土壤含鹽量增加，細(xì)菌可利用的養(yǎng)分增加，進(jìn)而提高了細(xì)菌豐富度與多樣性。

圖4 基于weighted unifrac距離的土壤微生物群落的PCoA分析Fig.4 PCoA analysis of microbial communities based on weighted unifrac distance

圖5 2018年土壤微生物群落PLS-DA分析Fig.5 PLS-DA analysis of microbial communities in 2018

表3 細(xì)菌群落多樣性、豐富度與土壤性質(zhì)的相關(guān)性Table 3 Correlations between bacterial community diversity and richness with soil factors

采用Mantel test分析土壤理化性質(zhì)與細(xì)菌群落變化之間的關(guān)系(表4)，結(jié)果表明，8個(gè)土壤物理特性與細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有一定相關(guān)性，但差異未達(dá)到顯著水平。通過RDA分析(圖6)，兩排序軸解釋了細(xì)菌15.3%的變異，Tem、pH、GSSI對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響較大。變形菌門與Tem、STPSD、EC呈正相關(guān)關(guān)系，與GSSI、Gas呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。酸桿菌門、裝甲菌門、擬桿菌門、螺旋體菌門與土壤GSSI、Wat、Bulk、Gas呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。放線菌門、疣微菌門、硝化螺旋菌門、綠彎菌門與土壤GSSI、Wat、Bulk、Gas呈正相關(guān)關(guān)系。芽單胞菌門與土壤pH呈正相關(guān)關(guān)系，與Tem、EC呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。2018年降雨充沛，各處理土壤含水量高，對(duì)水分較為敏感的菌群群落趨于穩(wěn)定，表明進(jìn)一步提高土壤含水量對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響較小。

表4 土壤理化性質(zhì)與細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的Mantel test分析Table 4 Mantel test of the correlations between soil properties and bacteria community structures in Mollisols

注：Water：土壤含水量；tem：土壤溫度；bulk：土壤容重；gas：土壤氣象比例；Pro：變形菌門；Aci：酸桿菌門；Act：放線菌門；Chlorof：綠彎菌門；Gem：芽單胞菌門；Bac：擬桿菌門；Ver：疣微菌門；Nit：硝化螺旋菌門.Note: Water: soil moisture; tem: Soil temperature; bulk: soil bulk density; gas: Soil meteorological ratio; Pro:Proteobacteria; Aci:Acidobacteria; Act:Actinobacteria; Chlorof:Chloroflexi; Gem:Gemmatimonadetes; Bac:Bacteroides; Ver:Verrucomicrobia; Nit:Nitrospirae.圖6 2018年土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤性質(zhì)的RDA分析Fig.6 RDA analysis between bacterial community composition and soil properties in 2018

3 討 論

3.1 環(huán)境因子對(duì)根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

相關(guān)研究表明，深松可以改善微生物的生存環(huán)境，提高土壤微生物遺傳多樣性，Bending等[34]研究認(rèn)為，氣候因子和土壤類型等因素對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響大于耕作，氣溫及降雨等氣候因子可顯著影響作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而對(duì)根際土壤微生物群落產(chǎn)生影響[35-36]。Bardgett等[37]研究表明，季節(jié)變化可通過土壤礦物氮、土壤含水量顯著影響PLFA圖譜。樊曉剛[38]研究表明，土壤溫度對(duì)微生物群落影響最顯著，其次為耕作方式和土壤含水量。本研究的環(huán)境因子中，土壤溫度、充氣孔隙度、土壤容重對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生影響，根據(jù)PCoA分析，2018年細(xì)菌群落豐富度及多樣性與土壤溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤含水量相關(guān)性不顯著，與土壤三相比中氣象比呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。本研究還證實(shí)，土壤含水量的增加并未顯著影響土壤細(xì)菌群落豐富度和多樣性。

3.2 連續(xù)深松對(duì)土壤細(xì)菌群落Alpha多樣性影響

本研究表明，各深松處理較翻耕降低了根際土壤細(xì)菌群落多樣性及豐富度，這與李景[25]、趙亞麗等[26]研究結(jié)果不同，與Lienhard等[39]研究結(jié)果相同。本研究中SS1處理與對(duì)照的α多樣性產(chǎn)生顯著差異，其它處理差異不顯著，表明連續(xù)深松、增加深度對(duì)土壤微生物群體總數(shù)影響較小。焦永吉等[40]研究表明煙草傳統(tǒng)耕作方式下連作3年以下，土壤微生物的多樣性和活性較高。傳統(tǒng)耕作降低土壤黏粒含量、土壤含水量，有利于提高優(yōu)勢(shì)菌群的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而提高提高細(xì)菌群落Shannon指數(shù)、降低Simpson指數(shù)[39]。Musyoki等[41]、Zhao等[42]研究表明，土壤微生物豐富度及多樣性與土壤總有機(jī)碳、氮呈正相關(guān)關(guān)系，深松改善土壤環(huán)境的同時(shí)易造成土壤有機(jī)碳活化及分解，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳、氮含量降低，土壤細(xì)菌可利用的養(yǎng)分來源逐漸減少，生理活動(dòng)受到抑制。深松與翻耕相比，未翻轉(zhuǎn)土層，而翻耕將20 cm以下肥沃土壤翻至表層，為土壤細(xì)菌提供更多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

3.3 連續(xù)深松對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

研究表明，無機(jī)氮含量、土壤C/N等因子對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也具有較大影響[43-45]，土壤中的有機(jī)質(zhì)與速效氮對(duì)細(xì)菌的豐富度和Shannon指數(shù)具有正相關(guān)效應(yīng)，pH值與AMF的豐富度指數(shù)和Shannon指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[46]。由RDA分析可知，本研究選取的環(huán)境因子可解釋門水平各種群15.3%的方差變化，深松較CK可提高變形菌門相對(duì)豐度，變形菌門相對(duì)豐度與本研究涉及的指標(biāo)體系相關(guān)關(guān)系不顯著，其變化與土壤化學(xué)、生物學(xué)因子的相關(guān)關(guān)系仍需進(jìn)一步明確。本研究結(jié)果表明芽單胞菌門與土壤含水量呈負(fù)相關(guān)，這與DeBruyn等[47]結(jié)果相同，深松促進(jìn)水分下滲，降低耕層土壤含水量，進(jìn)而提高芽單胞菌門相對(duì)豐度。放線菌門與土壤GSSI、土壤三相比氣象比例呈正相關(guān)關(guān)系，各深松處理較CK可提高土壤GSSI、氣象比例，但降低了兩菌門相對(duì)豐度。大部分放線菌門為腐生細(xì)菌[48]，可能由于深松處理實(shí)施時(shí)間較早，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，放線菌門菌群營(yíng)養(yǎng)來源減少，相對(duì)豐度降低。溶桿菌屬、Arenimonas、鞘氨醇單胞菌屬均屬于變形菌門，分別具有生防細(xì)菌、氫自養(yǎng)反硝化[49]、代謝芳香化合物的作用，各深松處理較翻耕可提高上述菌屬相對(duì)豐度。鏈霉菌屬可產(chǎn)生目前已知的90%的抗生素，類諾卡氏菌屬內(nèi)生于植物可產(chǎn)生鐵載體，倫茨氏菌屬[50]屬嗜酸絲狀放線菌，在真菌拮抗中起著重要作用，三菌屬均屬放線菌門，深松較翻耕降低三菌門相對(duì)豐度，且倫茨氏菌屬、類諾卡氏菌屬隨深松年限增加進(jìn)一步降低，對(duì)土壤有機(jī)物的降解，微生物資源的保護(hù)，鐵代謝及對(duì)致病真菌的拮抗具有一定不利影響。Flavisolibacter、Blastocatella與土壤重金屬離子代謝相關(guān)，中慢生根瘤菌屬(Mesohizobium)屬固氮細(xì)菌[51]，上述菌門相對(duì)豐度隨深松年限提高先增加后降低，深松2年各處理相對(duì)豐度最高，有利于氮素固定。

4 結(jié) 論

不同深松方式在土壤濕潤(rùn)年份對(duì)根際土壤細(xì)菌群落影響低于干旱年份，且濕潤(rùn)年份，各深松處理較旋耕降低玉米根際土壤微生物群落豐富度和多樣性。細(xì)菌群落豐富度及多樣性與土壤溫度呈顯著正相關(guān)，但與土壤含水量相關(guān)性不顯著，與土壤氣象比例呈顯著負(fù)相關(guān)。根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)受土壤溫度、pH、GSSI影響較大。深松較翻耕可提高變形菌門，芽單胞菌門相對(duì)豐度，降低放線菌門、硝化螺旋菌門相對(duì)豐度。深松較翻耕可提高溶桿菌屬(Lysobacter)、Arenimonas、鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)相對(duì)豐度，有利于提高生防、反硝化及代謝芳香化合物等生態(tài)功能，降低鏈霉菌屬(Streptomyces)、類諾卡氏菌屬(Nocardioides)、倫茨氏菌屬(Lentzea)相對(duì)豐度，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)降解、微生物資源的保護(hù)、鐵代謝及對(duì)真菌的拮抗作用具有一定不利影響，且類諾卡氏菌屬相對(duì)豐度隨深松年限提高而降低，鐵代謝較差的土壤不宜連續(xù)深松。中慢生根瘤菌屬相對(duì)豐度隨深松年限提高先增加后降低，合理制定深松年限有利于提高土壤固氮作用，促進(jìn)土壤培肥。