吳昊，歐陽(yáng)俊峰，宋時(shí)麗，陸曉林，張振華，管永祥，張勇，戴傳超*

（1.南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇省微生物資源產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心，江蘇省微生物與功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源與環(huán)境研究所，南京 210014；3.江蘇省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，南京 210036；4.江蘇省句容藍(lán)天碧水生物科技有限公司，江蘇 句容 212402）

土壤有機(jī)質(zhì)和微生物與作物產(chǎn)量及土壤質(zhì)量關(guān)系密切[1]。隨著人口數(shù)量的增加和生活水平的提高，糧食需求量也日益增長(zhǎng)，尤其是在糧食低產(chǎn)和中產(chǎn)地區(qū)這種矛盾尤為突出。我國(guó)人均耕地有限，大多數(shù)地區(qū)的耕地貧瘠且產(chǎn)量較低[2]。因此提高耕地產(chǎn)量以滿足食物需求對(duì)我國(guó)具有重要意義。

各類有機(jī)添加物（如豆科植物、糞肥和有機(jī)肥等）被用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以提高耕地產(chǎn)量[3-6]，但這些有機(jī)添加劑對(duì)提升土壤肥力的效果有限。例如：種植豆科作物改良土壤時(shí)，需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)供植物吸收固氮，因此對(duì)土壤質(zhì)量的改良見(jiàn)效較慢[7]；植物殘?bào)w和糞肥的使用有引入病原菌和提高土壤重金屬含量的風(fēng)險(xiǎn)[3-4，8-9]。此外，商業(yè)化有機(jī)改良劑的生產(chǎn)還受到原料來(lái)源和成本的限制。因此，尋找可以快速培肥且成本低廉的土壤改良劑成為了一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

秸稈作為一種重要的農(nóng)業(yè)廢棄物，直接還田會(huì)伴隨病原菌的侵染和對(duì)養(yǎng)分的爭(zhēng)奪[10]。因此，本研究使用發(fā)酵和分解的秸稈作為土壤改良劑，即土壤改良培肥基質(zhì)（SM）?；|(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)55%，活菌數(shù)超過(guò)2×108cfu·g-1，原料廉價(jià)易得，密度低且便于運(yùn)輸。

為驗(yàn)證該基質(zhì)對(duì)土壤酶、土壤微生物和作物產(chǎn)量的影響，本課題組在我國(guó)小麥-玉米的典型低產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了不同施用量的田間試驗(yàn)。研究分析了基質(zhì)對(duì)土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的影響，土壤性質(zhì)對(duì)土壤微生物群落和多樣性的影響，以及不同投入量的基質(zhì)對(duì)小麥產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)位于中國(guó)江蘇省濱?？h黃河灣農(nóng)場(chǎng)（34°08'N，119°53'E），農(nóng)場(chǎng)每年實(shí)行小麥-玉米輪作制。該地屬溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.1 ℃，年平均降水量949.5 mm。土壤類型為潮土，有機(jī)質(zhì)含量為6.55 g·kg-1，全氮含量為0.55 g·kg-1，有效氮含量為8.67 mg·kg-1，有效磷含量為8.47 mg·kg-1，有效鉀含量為65.54 mg·kg-1，容重為1.35 g·cm-3，pH 值為8.50（土水比為1∶2.5）。

田間試驗(yàn)設(shè)置5 個(gè)處理：（1）化肥（CK，無(wú)土壤改良基質(zhì)）；（2）3 000 kg·hm-2的土壤改良基質(zhì)（SM1）；（3）6 000 kg·hm-2的土壤改良基質(zhì)（SM2）；（4）9 000 kg·hm-2的土壤改良基質(zhì)（SM3）；（5）12 000 kg·hm-2的土壤改良基質(zhì)（SM4）。所有處理的化肥用量與CK 相同。土壤改良基質(zhì)理化性質(zhì)見(jiàn)表1。5 個(gè)處理的總N、總P和總K含量見(jiàn)表2。

表1 土壤改良基質(zhì)的物理和化學(xué)指標(biāo)Table 1 Physical and chemical indexes of the soil amended substrate medium

表2 對(duì)照和不同處理的營(yíng)養(yǎng)成分（kg·hm-2）Table 2 Nutrient contents of the applied chemical fertilizer and soil amended substrate medium（kg·hm-2）

每個(gè)試驗(yàn)區(qū)均為15 m×10 m，每種處理3個(gè)重復(fù)，共15 個(gè)試驗(yàn)裂區(qū)，各裂區(qū)采用完全隨機(jī)分配。按當(dāng)?shù)馗髁?xí)慣，在上季作物收獲后，將殘留秸稈粉碎還田。土壤改良基質(zhì)于2017年7月，小麥種植前作基肥施用，小麥于2017 年10 月30 日種植。在小麥生長(zhǎng)期內(nèi)，各處理均有養(yǎng)分含量共計(jì)270 kg·hm-2N、150 kg·hm-2P2O5和75 kg·hm-2K2O的化肥施用到田間。本課題組開(kāi)發(fā)的土壤改良培肥基質(zhì)使用水稻秸稈和小麥秸稈作為原材料，秸稈干燥后濕度控制在65%以下作為堆肥材料，堆肥過(guò)程中加入枯草芽孢桿菌和黑曲霉促進(jìn)發(fā)酵（成品中均能檢測(cè)到兩種微生物的存在）。每堆堆肥的原材料重達(dá)3 t，長(zhǎng)、寬、高分別為18、1.5、1.5 m。根據(jù)堆體溫度的變化，每10～15 d 翻堆一次，加入硅鎂土促進(jìn)黏合和成型。該基質(zhì)完全由本課題組研發(fā)，并由句容藍(lán)天碧水生物科技有限公司商業(yè)化生產(chǎn)。

1.2 樣品采集

在2017 年10 月小麥種植前（S0）、2018 年3 月小麥返青期（S1）、2018 年4 月小麥拔節(jié)期（S2）和2018年6 月小麥成熟期（S3）采集土壤樣本，Zadoks 編號(hào)分別為z00、z24、z37和z92[11]。在每個(gè)樣地中隨機(jī)采集5個(gè)直徑38 mm、深度5～15 cm的土芯，同一地塊的土壤混合成一個(gè)樣本。將采集的新鮮土壤樣品分為兩個(gè)子樣本，一個(gè)子樣本儲(chǔ)存在-20 ℃用于DNA 提取，另一個(gè)子樣本立即分析土壤性質(zhì)和土壤酶活性。

在每個(gè)地塊對(duì)角線位置設(shè)置3 個(gè)等距采樣點(diǎn)用于成熟期植物樣品采集，每個(gè)采樣點(diǎn)1 m2且距離地塊邊緣至少2 m。收獲采樣點(diǎn)內(nèi)所有的小麥并記錄穗數(shù)。小麥烘干后取20 株穗用于谷粒計(jì)數(shù)，計(jì)算每株穗的平均谷粒數(shù)和每1 000粒谷粒的質(zhì)量。作物產(chǎn)量（kg·hm-2）=每平方米穗數(shù)×每穗平均谷粒數(shù)×每1 000粒谷粒質(zhì)量（g）/100。

1.3 土壤物理、化學(xué)和生物分析

制備土水比為1∶2.5（m/V）的干土懸浮液，測(cè)定土壤pH值。采用1∶5（m/V）的土壤水混合物測(cè)定土壤電導(dǎo)率（EC）。采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）。采用凱氏定氮法測(cè)定全氮（TN）。采用NaHCO3萃取-鉬藍(lán)比色法測(cè)定有效磷（AP）。采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定有效鉀（AK）。采用堿擴(kuò)散法測(cè)定有效氮（AN）。體積密度（BD）由給定體積土壤的質(zhì)量計(jì)算。根據(jù)《土壤農(nóng)化分析》[12]對(duì)上述土壤性質(zhì)進(jìn)行分析。采用氯仿熏蒸提取法測(cè)定微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）[13-14]。

土壤中轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶的活性用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[15-16]，脲酶的活性用吲哚酚比色法測(cè)定[15]。

1.4 細(xì)菌和真菌群落的定量分析

采用Step1 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)前、小麥拔節(jié)期和小麥成熟期土壤中的細(xì)菌和真菌進(jìn)行定量分析。根據(jù)CéBRON 等[17]的方法，采用SYBRGreen 實(shí) 時(shí)PCR 法，測(cè)定 土壤總DNA 中16S rDNA 和18S rDNA 的拷貝數(shù)。將枯草芽孢桿菌16S rDNA 和雜色曲霉18S rDNA 插入p-easy blunt 載體中，將連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化入DH5α。16S rDNA 通用引物為338f/518r，18S rDNA 通用引物為Fung5F/FF390R[18]。篩選Amp+平板進(jìn)行陽(yáng)性克隆轉(zhuǎn)化和測(cè)序。提取質(zhì)粒作為定量分析的標(biāo)準(zhǔn)。用10 倍梯度稀釋質(zhì)粒獲得定量標(biāo)準(zhǔn)曲線，用于SYBR-Green 實(shí)時(shí)PCR 擴(kuò)增。用無(wú)菌水代替模板DNA 作為陰性對(duì)照。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，計(jì)算每個(gè)樣本的Ct值，獲得拷貝數(shù)。

1.5 變性梯度凝膠電泳（DGGE）分析

用PCR-DGGE法對(duì)各處理成熟期土壤的16S rDNA和18S rDNA 片段進(jìn)行細(xì)菌和真菌的擴(kuò)增。使用的引物為357F-GC/517R 和NS1/GC-Fung[19]。擴(kuò)增反應(yīng)重復(fù)3 次，PCR 產(chǎn)物經(jīng)1%EB 瓊脂糖凝膠電泳驗(yàn)證。用定量軟件分析DGGE上觀察到的條帶。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)同一時(shí)期不同處理或同一處理不同時(shí)期下的產(chǎn)量、土壤性質(zhì)和土壤微生物群落進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan 法進(jìn)行多重比較?；贒GGE 譜帶，利用軟件計(jì)算Shannon 多樣性指數(shù)（H）、均勻度指數(shù)（E）和Chao-1 指數(shù)。利用Gelcompar Ⅱ軟件包對(duì)DGGE 譜帶進(jìn)行識(shí)別和聚類。利用Canoco 5 軟件進(jìn)行典型相關(guān)分析（CCA），揭示土壤性狀與細(xì)菌和真菌群落組成的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤特性和作物產(chǎn)量的變化

在本季試驗(yàn)之后，各試驗(yàn)裂區(qū)的SOM 含量總體隨著土壤中加入土壤改良培肥基質(zhì)含量的增加而增加（表3）。SM3 和SM4 處理各時(shí)期SOM 含量均顯著高于CK（P＜0.05）。在小麥拔節(jié)期，SM4 的平均SOM含量比CK 高出79.1%（表3）。TN 含量在基質(zhì)處理與CK間無(wú)顯著差異，然而基質(zhì)處理的各階段AN含量均低于CK，且4 個(gè)基質(zhì)處理之間AN 含量均無(wú)顯著差異。在小麥整個(gè)生育期內(nèi)，AP 含量隨著生長(zhǎng)期的變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，AP 含量在返青期達(dá)到最高，在成熟期降低至與播種前同一水平。在整個(gè)生育期，所有基質(zhì)處理的AK 水平都高于CK。土壤EC值在基質(zhì)處理與CK 間差異顯著（表3），4個(gè)基質(zhì)處理的EC值均顯著低于CK，特別是拔節(jié)期和成熟期。

MBC 和MBN 在拔節(jié)期含量較高，在成熟期時(shí)略有下降（表3）。在各個(gè)時(shí)期處理組的MBC 和MBN 均高于CK，MBC 含量隨著基質(zhì)用量的增加而增加，且SM4處理顯著高于CK。MBN在返青期和拔節(jié)期均是基質(zhì)處理顯著高于CK，然而在成熟期各處理與CK間差異減弱，沒(méi)有達(dá)到顯著水平。

表3 小麥生長(zhǎng)期內(nèi)土壤理化性質(zhì)Table 3 Soil physicochemical properties of wheat

土壤改良培肥基質(zhì)處理的小麥產(chǎn)量高于CK（表4）。SM4 處理的小麥產(chǎn)量最高，是CK 的1.32 倍。而SM2 處理的小麥產(chǎn)量低于SM1，這可能是由田間地形、水文等因素造成的。

表4 小麥產(chǎn)量Table 4 The yield of wheat

2.2 土壤酶活性的變化

在各個(gè)處理中，蔗糖酶活性在不同時(shí)期間存在差異?？傮w而言，同一處理的土壤蔗糖酶活性呈現(xiàn)先增加（拔節(jié)期）后減少（成熟期）的趨勢(shì)（圖1a）。在同一階段，不同基質(zhì)處理的蔗糖酶活性均顯著高于CK，且在拔節(jié)期這種差異最為顯著，拔節(jié)期SM4處理的蔗糖酶活性最高，比CK 高60.4%?？傮w而言，在返青期與拔節(jié)期，蔗糖酶活性的變化趨勢(shì)與基質(zhì)的用量呈正相關(guān)，而在成熟期基質(zhì)增加對(duì)蔗糖酶活性沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響。

在返青期，SM2～SM4 處理的脲酶活性顯著增加（圖1b）。拔節(jié)期各處理的脲酶活性均較高，可能與期間追肥有關(guān)，其中SM3 和SM4 處理的脲酶活性顯著高于CK。在成熟期，不同基質(zhì)施加量處理的脲酶活性無(wú)顯著差異。

同一處理的土壤纖維素酶活性在3 個(gè)生長(zhǎng)階段逐漸增加（圖1c）。在3個(gè)生長(zhǎng)階段中，成熟期基質(zhì)處理組的纖維素酶活均顯著高于CK，其中SM4 處理的纖維素酶活最高，比CK高出65.1%。

圖1 土壤蔗糖酶、脲酶和纖維素酶的活性Figure 1 The activities of invertase，urease and cellulase

2.3 土壤微生物群落豐度及多樣性

土壤中細(xì)菌和真菌的豐度隨著土壤改良培肥基質(zhì)施用量的增加而顯著增加（表5）。小麥拔節(jié)期，SM4 處理的真菌豐度最大，是CK 的15.8 倍。在成熟期，各處理真菌豐度均下降，但除SM1外，其余處理仍顯著高于CK?？傮w而言，土壤細(xì)菌豐度是隨基質(zhì)的增加而增加，各處理組中細(xì)菌豐度在拔節(jié)期的SM3處理中達(dá)到最高，是CK的7.8倍（表5）。

表5 土壤細(xì)菌和真菌豐度Table 5 The abundance of bacteria and fungi in soil

與細(xì)菌DGGE 指紋圖譜（圖2a）相比，真菌DGGE指紋圖譜（圖3a）在小麥成熟期不同處理之間顯示出更大的差異性。主成分分析結(jié)果顯示，各處理間真菌微生物群落分區(qū)明顯（圖3b）。與CK 和SM1 處理相比，SM3和SM4處理的土壤真菌群落有顯著差異。細(xì)菌DGGE 圖譜檢測(cè)到的條帶數(shù)比真菌的更多，但是各個(gè)處理在主成分分析結(jié)果中區(qū)分不明顯。

圖2 小麥成熟期不同處理細(xì)菌16S rRNA基因片段的DGGE圖譜（a）和主成分分析（b）Figure 2 Comparison of the DGGE profiles（a）and principal component analysis（b）of bacterial 16S rRNA genes fragments from the different treatments at the wheat ripening stage

圖3 小麥成熟期不同處理真菌18S rRNA基因片段的DGGE圖譜（a）和主成分分析（b）Figure 3 Comparison of the DGGE profiles（a）and principal component analysis（b）of fungal 18S rRNA genes fragments from the different treatments at the wheat ripening stage

各處理組真菌群落Shannon 指數(shù)和Chao-1 指數(shù)高于CK，且在SM2 和SM3 兩個(gè)基質(zhì)處理中達(dá)到顯著差異（表6）。而各處理間均勻度指數(shù)差異均不顯著。有機(jī)質(zhì)的提高進(jìn)一步提高了Shannon 和Chao-1指數(shù)，SM3 處理的Shannon 和Chao-1指數(shù)達(dá)到最高值。然而，在SM4 處理中，Shannon 和Chao-1 指數(shù)顯著低于SM3 和SM2 處理。細(xì)菌群落的各項(xiàng)指數(shù)中，只有SM2處理的均勻度指數(shù)顯著高于CK（表7），SM2處理的Shannon 和均勻度指數(shù)最大，SM3的Chao-1指數(shù)最大。

表6 成熟期不同處理的真菌群落的α多樣性指數(shù)Table 6 Alpha-diversity index of fungal communities treated with different treatments at ripening stage

表7 成熟期不同處理的細(xì)菌群落的α多樣性指數(shù)Table 7 Alpha-diversity index of bacterial communities treated with different treatments at ripening stage

2.4 土壤真菌、細(xì)菌群落組成與土壤性質(zhì)的相關(guān)性分析

采用典型相關(guān)分析法（CCA）分析了成熟期土壤真菌群落結(jié)構(gòu)與土壤性質(zhì)（SOM、pH、TN、AN、AP、AK、BD、EC、MBC、MBN）的關(guān)系（圖4），總變異系數(shù)為4.36，解釋變量占73.8%。真菌CCA 排序結(jié)果的前兩軸特征值分別為0.573 7 和0.473 9，說(shuō)明排序結(jié)果是合理的。CCA 結(jié)果表明，MBC 對(duì)真菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)有顯著影響，其次是SOM、TN、AN、AP 和BD（貢獻(xiàn)率＞10%）。但上述環(huán)境因子對(duì)細(xì)菌群落的變化無(wú)顯著影響（P＞0.05）。MBC 是影響真菌群落的主要因子（P＜0.05）。SOM 是對(duì)細(xì)菌群落影響最大的環(huán)境因素，但是細(xì)菌的CCA 結(jié)果各處理之間沒(méi)有很好區(qū)分（圖5）。

圖4 小麥成熟期不同處理真菌群落組成與土壤性質(zhì)的典型相關(guān)分析（CCA）Figure 4 Canonical correlation analysis of the fungal community compositions and soil properties from the different treatments at the wheat ripening stage

圖5 小麥成熟期不同處理細(xì)菌群落組成與土壤性質(zhì)的典型相關(guān)分析（CCA）Figure 5 Canonical correlation analysis of the bacterial community compositions and soil properties from the different treatments at the wheat ripening stage

3 討論

3.1 增施基質(zhì)對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

本研究結(jié)果顯示增施基質(zhì)提高了小麥產(chǎn)量，特別是SM4 處理的小麥產(chǎn)量與CK 相比提升幅度達(dá)到顯著水平。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)肥料和有機(jī)物料（SM）聯(lián)合配施可以維持甚至提高作物產(chǎn)量。已有的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)有機(jī)物料的投入對(duì)產(chǎn)量有正面影響，但也有一些有機(jī)物料（如綠肥和秸稈）的投入對(duì)產(chǎn)量有負(fù)面影響[20-21]。總體來(lái)說(shuō)，與CHEN等[22]在我國(guó)廣泛進(jìn)行的3種農(nóng)業(yè)措施（傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)實(shí)踐、改進(jìn)實(shí)踐、高產(chǎn)系統(tǒng)）相比，本研究SM4 處理的最大產(chǎn)量為8 276.40 kg·hm-2，達(dá)到了CHEN 等研究中改進(jìn)實(shí)踐的產(chǎn)量（8.3 Mg·hm-2），說(shuō)明施用SM 是一種快速有效的施肥措施。使用有機(jī)材料時(shí)，化肥是維持生產(chǎn)所必需的[3-4，21]。雖然本研究在所有處理中都施用了相同數(shù)量的肥料，但在今后保持作物產(chǎn)量的同時(shí)減少SM處理中的化肥施用量是可行的。SM 的施用并不是為了替代化肥，而是增加退化土壤的生產(chǎn)率。

SOM 是影響作物生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因素[1，6]。試驗(yàn)區(qū)（黃河故道）SOM 含量普遍低于江蘇省平均水平（22 g·kg-1）[23]，因此利用有機(jī)投入維持并提高該地區(qū)土壤肥力具有重要意義。與研究開(kāi)始前的未處理土壤相比，經(jīng)SM3 和SM4 處理的土壤中的SOM 分別增加了2.66 g·kg-1和2.92 g·kg-1。同樣，BEI等[3]在華北平原農(nóng)田有機(jī)投入連續(xù)4 a，結(jié)果顯示秸稈處理的農(nóng)田SOM 增加了4.05 g·kg-1，有機(jī)肥處理增加了4.04 g·kg-1，秸稈還田加有機(jī)肥處理增加了5.12 g·kg-1。與其相比，本研究的管理方式在每年增加的SOM 的數(shù)量方面具有優(yōu)勢(shì)。盡管本試驗(yàn)周期較短，但與其他培肥措施相比，SM 的應(yīng)用在改善SOM 方面已顯示出優(yōu)勢(shì)。在試驗(yàn)過(guò)程中，各處理的SOM 均呈先升高后降低的趨勢(shì)，這可能是由于一些基質(zhì)產(chǎn)品留在土層中，沒(méi)有被完全分解，這與JI 等[24]的研究結(jié)果一致，他們將這種有機(jī)質(zhì)下降的現(xiàn)象解釋為有機(jī)和無(wú)機(jī)肥料的聯(lián)合添加引起的激發(fā)效應(yīng)，這一措施刺激了土壤微生物的生長(zhǎng)，加速了SOM的分解。

3.2 增施基質(zhì)對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)的影響

基質(zhì)中的土壤速效養(yǎng)分含量較低，而有機(jī)質(zhì)和微生物成分含量較高，因此增施基質(zhì)處理對(duì)土壤養(yǎng)分供應(yīng)，特別是對(duì)土壤AN 的影響不顯著。但是基質(zhì)中養(yǎng)分的緩慢釋放仍然存在，并可以被植物快速吸收。增施基質(zhì)使土壤有機(jī)質(zhì)迅速增加，這與相應(yīng)處理的產(chǎn)量、AP 和AK 的增加一致。此外，在小麥成熟期，SM3與SM4處理的土壤AP和AK顯著高于CK。盡管豆科作物增加了土壤氮素含量，但其對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)提升的影響并不顯著[4，7]，因此豆科作物的種植并不適合應(yīng)用于需要短期快速提升土壤有機(jī)質(zhì)的場(chǎng)景。商用有機(jī)肥料或肥料也能有效改善貧瘠土壤的有機(jī)質(zhì)含量[25-26]，但由于我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)的畜牧業(yè)集約化生產(chǎn)水平較低，用于大量生產(chǎn)有機(jī)肥料的畜禽糞便等原料的獲取在地理上受到限制。因此，基質(zhì)的生產(chǎn)清潔無(wú)污染、原材料易得、應(yīng)用成本低、施肥效果全面，具有重要優(yōu)勢(shì)。

3.3 增施基質(zhì)對(duì)土壤微生物的影響

土壤微生物通過(guò)參與有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分循環(huán)和生物修復(fù)，在維持土壤功能方面發(fā)揮著重要作用[27]。不同的農(nóng)業(yè)管理措施可能會(huì)改變土壤化學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)通常與土壤微生物群落和豐度密切相關(guān)[28]。本研究結(jié)果表明，基質(zhì)處理的土壤MBC 和微生物豐度顯著增加，SM2 和SM3 處理的土壤微生物多樣性高于CK、SM1 和SM4。微生物區(qū)系多樣性的增加可能主要與纖維素降解和養(yǎng)分循環(huán)有關(guān)[29]，其特征是生長(zhǎng)過(guò)程中纖維素酶、脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性的增加。

在本研究中，基質(zhì)的使用顯著增加了脲酶活性，特別是在拔節(jié)期。而CK 處理脲酶活性也有增加，這與LIANG 等[30]的研究結(jié)果一致，但與BANDICK 等[31]的結(jié)果相反。蔗糖酶活性反映了土壤成熟程度和肥力水平。CK中較低的蔗糖酶活性表明化肥短期不會(huì)導(dǎo)致土壤熟化，蔗糖酶的活性不足也會(huì)加速籽粒敗育從而導(dǎo)致小麥減產(chǎn)[32]。小麥生長(zhǎng)期間纖維素酶活性逐漸增加，這與GAIND 等[33-34]的研究結(jié)果一致。纖維素酶活性增加可能促進(jìn)微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解并減輕未降解秸稈對(duì)作物生長(zhǎng)的抑制作用。

基質(zhì)與化肥配施能提高土壤MBC、MBN 和脲酶活性，這與ZHENG 等[35]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)，氮磷化學(xué)肥料與有機(jī)肥料的長(zhǎng)期聯(lián)合施用，顯著提高了MBC 含量，而土壤微生物生物量通常與土壤生物功能密切相關(guān)[36-37]。

許多研究表明，微生物群落的結(jié)構(gòu)和豐度與作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量密切相關(guān)[38-39]。土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量的顯著增加可能是由于向土壤中引入了大量的土壤改良培肥基質(zhì)?；|(zhì)的松散顆粒結(jié)構(gòu)和土壤性質(zhì)的改善可能為微生物的生長(zhǎng)提供了一個(gè)合適的環(huán)境[40]。與豆科作物覆蓋影響細(xì)菌群落不同[41]，本研究中DGGE結(jié)果顯示真菌群落結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)輸入的反應(yīng)比細(xì)菌更敏感，SM3 和SM4 兩處理與其他樣品在CCA 分析中區(qū)分明顯，這與LI 等[5]的研究結(jié)果一致。在本研究中，真菌比細(xì)菌具有優(yōu)勢(shì)可能是由于有機(jī)投入物和秸稈導(dǎo)致了土壤有機(jī)碳的增加[42]。DGGE 較低的分辨率可能會(huì)忽視一些低豐度微生物的變化，因此對(duì)于基質(zhì)施用過(guò)程中低豐度微生物的功能和豐度的變化還需要通過(guò)進(jìn)一步的研究來(lái)闡明。

土壤性質(zhì)對(duì)解釋土壤微生物群落組成的變化具有重要作用。本研究結(jié)果表明，MBC、SOM、TN、AN、AP、BD 對(duì)土壤真菌群落組成的影響大于其他土壤性質(zhì)。先前的研究也表明，有機(jī)碳形態(tài)的變化與土壤真菌群落組成的變化密切相關(guān)[43]。MBC 是解釋土壤真菌群落組成顯著性水平的唯一因子，占土壤真菌群落組成方差的12.6%。土壤有效養(yǎng)分（如AN 和AP）與真菌群落結(jié)構(gòu)之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。這表明土壤碳和營(yíng)養(yǎng)是影響土壤微生物群落的主要影響因子，養(yǎng)分影響真菌群落結(jié)構(gòu)已有研究報(bào)道[44]。土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體更適合真菌菌絲生長(zhǎng)。秸稈的降解降低了土壤BD，這可能是BD影響真菌群落組成的原因。

4 結(jié)論

（1）本研究報(bào)道了一種管理模式：秸稈發(fā)酵+基質(zhì)生產(chǎn)+田間施用。

（2）與傳統(tǒng)的糞肥和有機(jī)肥相比，本研究以廢棄秸稈為原料，通過(guò)菌劑發(fā)酵和降解生產(chǎn)的有機(jī)改良基質(zhì)減少了病原菌的引入風(fēng)險(xiǎn)并降低了生產(chǎn)成本，可以在全國(guó)各地推廣。

（3）田間試驗(yàn)結(jié)果表明該有機(jī)改良基質(zhì)與化肥的聯(lián)合施用顯著改善了土壤養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)，提高了微生物群落的豐度和多樣性，提高了貧瘠土壤的生產(chǎn)力。

（4）本研究使用的基質(zhì)本身作為營(yíng)養(yǎng)源，相對(duì)于僅施用化肥的處理，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)額外的養(yǎng)分，因此基質(zhì)添加帶來(lái)的額外養(yǎng)分及其對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改變等是否對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生影響還需進(jìn)一步的研究。此外，本文對(duì)細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的研究?jī)H停留在豐度和多樣性層面，對(duì)于具體的群落結(jié)構(gòu)的變化，尤其是一些低豐度微生物的變化了解得還不夠清楚，未來(lái)運(yùn)用高通量測(cè)序結(jié)合純培養(yǎng)技術(shù)研究關(guān)鍵微生物在有機(jī)添加過(guò)程中的變化和作用將有助于開(kāi)發(fā)新的微生物組產(chǎn)品，因此需進(jìn)一步探究土壤改良過(guò)程中微生物的作用和相關(guān)機(jī)制。