摘" " 要：為探明不同有機(jī)替代處理對(duì)土壤功能微生物和參與氮循環(huán)功能酶基因的影響，在山西洪洞旱地麥田長期定位試驗(yàn)基地設(shè)定有機(jī)肥（OF）和腐殖酸（HF）2種替代處理，并對(duì)其進(jìn)行研究。結(jié)果表明，不同有機(jī)替代處理對(duì)土壤真菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)的改變明顯高于細(xì)菌群落。Network分析發(fā)現(xiàn)，不同有機(jī)替代處理均增加了微生物的共現(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)邊數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)和平均鄰居數(shù)，并且細(xì)菌群落間互相作用更復(fù)雜。Streptomyces、Paenibacillus、Chaetomium和Talaromyces為植物病原菌的生物防治菌，OF處理的Streptomyces、Paenibacillus、Chaetomium和Talaromyces豐度較HF處理均有不同程度提高。植物病原菌Fusarium和Acremonium豐度在OF處理中為最低值，較HF處理分別降低33%和37%。11個(gè)參與氮循環(huán)的酶基因被發(fā)現(xiàn)，OF處理的總豐度較HF處理增加47%，特別是OF處理的酶基因EC 1.7.2.6和EC 1.7.99.-豐度較HF處理分別提升126%和95%，這將有利于氮素養(yǎng)分的供應(yīng)。此外，潛在解磷菌的豐度在不同有機(jī)替代處理中呈增加趨勢(shì)。綜上所述，有機(jī)肥替代處理較腐殖酸替代處理更能為晉南旱地小麥生長提供優(yōu)良的條件，適宜在該區(qū)域推廣。

關(guān)鍵詞：小麥；有機(jī)替代；微生物；氮循環(huán)；功能酶基因

中圖分類號(hào)：S154.3" " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2024.10.011

Effects of Different Organic Substitutes on Soil Microbial Community in Dryland Wheat Fields

QIAO Qingqing1，2， LIU Zhiguo3， JIANG Liwei4， ZHAO Xiaodong1，2， LI Tingliang4， XIE Yinghe4

（1. College of Biological Sciences and Technology， Taiyuan Normal University， Yuci， Shanxi 030619， China; 2. Shanxi Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology Security in Fenhe River Basin， Taiyuan Normal University， Yuci， Shanxi 030619， China; 3. Agricultural Industry Development Center of Pianguan County， Pianguan， Shanxi 036400， China; 4. College of Resources and Environment， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030801， China）

Abstract： In order to investigate the effects of different organic substitutes on soil functional microorganisms and functional enzyme genes involved in nitrogen cycling， organic fertilizer （OF） and humic acid （HF） were set up in a long-term location experiment based in the dryland wheat field of Hongtong， Shanxi Province. The results revealed that the changes in the diversity and structure of soil fungal communities were notably more pronounced than those in bacterial communities resulting from various organic substitutes. Network analysis showed that different organic substitutes increased the number of edges， nodes， and average neighbors in the microbial co-occurrence network， making the interactions between bacterial communities more complex. The abundance of biological control agents for plant pathogens， such as Streptomyces， Paenibacillus， Chaetomium， and Talaromyces， was higher in OF compared to the HF. The abundance of plant pathogenic fungi， Fusarium and Acremonium， showed the lowest abundance in the OF， which was 33% and 37% lower than that in the HF. A total of 11 enzyme genes involved in the nitrogen cycle showed a 47% increase in abundance in the OF compared to the HF. In particular， the abundance of enzyme genes EC 1.7.2.6 and EC 1.7.99.- increased by 126% and 95% in the OF compared to the HF， potentially enhancing nitrogen nutrient availability. In addition， the abundance of potential phosphate-solubilizing microbes also showed an increasing trend in different organic substitute treatments. In conclusion， organic fertilizer substitute provides more favorable conditions for dryland wheat growth in southern Shanxi compared to humic acid substitution， making it suitable for regional promotion.

Key words： wheat; organic substitute; microorganism; nitrogen cycling; functional enzyme gene

中國是世界上較早種植小麥的國家之一，也是世界上最大的小麥生產(chǎn)國，其小麥產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的17%[1]，自給率已超過100%[2]。然而，過度依賴或單一使用化肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化和肥力下降，降低土壤微生物的多樣性[3]，進(jìn)而威脅著糧食產(chǎn)量的提升，這明顯有悖于綠色發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展理念。因此，有機(jī)替代正逐步成為一種可持續(xù)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐方式。多項(xiàng)研究表明，有機(jī)肥與化肥配合施用可以增加土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，改善土壤肥力和結(jié)構(gòu)，從而保證農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性和作物產(chǎn)量[4-6]。Zhou等[5]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)氮肥和無機(jī)氮肥按1∶1和2∶1的比例混合施用可顯著提高蔬菜產(chǎn)量和氮素吸收率。Ren等[6]研究表明，有機(jī)肥代替化肥可提高作物產(chǎn)量。同時(shí)，腐殖酸通過調(diào)節(jié)土壤微生物群落，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤肥力，促進(jìn)作物生長[7-9]，提高小麥對(duì)養(yǎng)分的吸收與利用，進(jìn)一步提升小麥產(chǎn)量[10]。前人研究表明，相較于同等養(yǎng)分配方肥，添加腐殖酸的復(fù)合肥可促進(jìn)作物生長，改善土壤健康和肥力[11]。因此，為進(jìn)一步提升土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量，本研究選擇有機(jī)肥和腐殖酸2種有機(jī)替代方式，并對(duì)其進(jìn)行深入研究，為推動(dòng)可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。

氮元素作為作物生長繁殖的重要養(yǎng)分之一，既是合成含氮代謝產(chǎn)物的源泉，也是保證土壤肥效和質(zhì)量的關(guān)鍵因素[12]。Liu等[13]研究發(fā)現(xiàn)，與單獨(dú)使用化肥相比，牛糞與化肥的混合施用顯著增加了土壤氮含量，改善了土壤細(xì)菌和真菌群落。王偉華等[14]研究顯示，化肥配合秸稈還田或有機(jī)肥配施顯著改善了土壤養(yǎng)分含量及微生物活性。先前研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥的添加能夠?qū)⒐褷I養(yǎng)型微生物（在純礦物肥料或不施肥土壤中茁壯成長的微生物）轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚍纸鈴?fù)雜有機(jī)化合物的微生物，引起參與養(yǎng)分循環(huán)的關(guān)鍵物種變化，從而影響微生物群落，增強(qiáng)土壤肥力[15]。筆者先前的研究表明，有機(jī)替代方式對(duì)可溶性有機(jī)氮、微生物有機(jī)氮和輕組有機(jī)氮的提高均有促進(jìn)作用，并且有機(jī)肥替代部分化肥較腐殖酸替代部分化肥更有利于作物產(chǎn)量的提高[16]。相比于腐殖酸替代方式，有機(jī)肥替代對(duì)方式土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其對(duì)山西晉南旱地小麥生長的影響還有待進(jìn)一步研究。

本研究選取農(nóng)民常用的有機(jī)肥和腐殖酸肥料，基于本課題組先前的研究結(jié)果，本研究設(shè)置有機(jī)肥替代處理和腐殖酸替代處理，研究功能微生物及參與氮循環(huán)的功能基因在不同有機(jī)替代處理中的響應(yīng)特征，以期為土壤可持續(xù)發(fā)展、科學(xué)施肥和作物增產(chǎn)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)地點(diǎn)位于山西省臨汾市洪洞縣劉家垣鎮(zhèn)東梁村旱地冬麥區(qū)試驗(yàn)基地（111°35′ E，36°22′ N）。該試驗(yàn)基地自2012年開始作為長期定位試驗(yàn)基地，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.7℃，年平均日照2 450 h，無霜期180～210 d，年均降水量328～699 mm，土壤類型為石灰性褐土，耕層土壤容重為1.23 g·cm-3，全量氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)的含量分別為0.07%、0.01%、4.0%和1.4%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究于2020年9月在試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)?zāi)晗逓?個(gè)冬小麥生育期，種植冬小麥品種為臨豐3號(hào)，播種量為150 kg·hm-2。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，處理1為不施肥（CK），處理2和處理3均在施化肥（尿素：含N 46%、過磷酸鈣：含P2O5 16%、氯化鉀：含K2O 60%）的基礎(chǔ)上分別用有機(jī)肥（商品有機(jī)肥“地愛沃2號(hào)”，OF）和腐殖酸（腐殖酸水溶肥粉劑，HF）替代部分化肥，并遵循N、P、K 等養(yǎng)分量原則，具體施肥量見表1。同時(shí)，各處理均采用壟膜溝播的栽培方式，即壟上覆膜、溝內(nèi)膜側(cè)播種，播種2行，行距20 cm，壟寬35 cm，溝寬30 cm，全生育期保持地膜覆蓋，不進(jìn)行灌溉。供試土壤采集時(shí)間為2020年12月，將采集的土壤去除雜物，保存于-80 ℃冰箱中，用于高通量測(cè)序。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 微生物群落的測(cè)定 使用Power Soil 試劑盒采集土壤DNA樣本，并參照Power Soil試劑盒的技術(shù)要求對(duì)其進(jìn)行分析。采用瓊脂糖凝膠電泳法測(cè)定DNA 的純化程度和濃度，將適量試樣放入離心管內(nèi)，用無菌水將待測(cè)樣品稀釋到1 kg·m-3。對(duì)稀釋后的基因組DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，PCR擴(kuò)增步驟如下：（1）98 °C預(yù)變性1 min；（2）進(jìn)行30個(gè)循環(huán)（98 ℃變性10 s，50 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s）；（3）在72 ℃條件下，延伸5 min。細(xì)菌的擴(kuò)增引物為338F（5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'）和806R（5'- GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'），真菌的擴(kuò)增引物為ITS1F（5'-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3'）和ITS2R（5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3'）?；赑CR產(chǎn)物的濃度進(jìn)行質(zhì)量混樣，并充分混勻樣品。然后，用1×TAE緩沖液和2%瓊脂糖凝膠電泳提純PCR目標(biāo)物質(zhì)。純化步驟如下：先在紫外燈下切下含有目的DNA部分的瓊脂糖凝膠，稱量膠塊質(zhì)量，向膠塊中加入Buffer溶液，上述混合液經(jīng)過離心、洗脫等步驟后，再對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)定量。采用Thermofisher公司購買的試劑盒進(jìn)行文庫構(gòu)建，之后檢測(cè)文庫是否合格（Qubit定量），通過后進(jìn)行樣品上機(jī)測(cè)序（上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司），測(cè)序完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（原始序列的拼接、質(zhì)控和過濾，OTUs聚類分析，測(cè)序深度的檢測(cè)，群落組成的統(tǒng)計(jì)分析）。

1.3.2 功能酶基因的測(cè)定 采用宏基因組測(cè)序技術(shù)鑒定土壤功能酶基因，具體方法如下：利用Soil DNA Kit試劑盒提取土壤DNA，并對(duì)其進(jìn)行濃度和純度的檢測(cè)。使用Covaris超聲波破碎儀將DNA隨機(jī)打斷為400 bp左右長度的片段，然后進(jìn)行末端修復(fù)、產(chǎn)物純化、PCR擴(kuò)增等一系列步驟，完成文庫的構(gòu)建。對(duì)文庫的Insert size進(jìn)行初步的定量檢測(cè)，以確保Insert size符合下一步要求。為了保證文庫的可靠度，需準(zhǔn)確定量文庫的有效濃度。根據(jù)文庫實(shí)際濃度以及最終數(shù)據(jù)量需求Pooling，通過NovaSeq PE150平臺(tái)測(cè)序。數(shù)據(jù)下機(jī)后，先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)控，以獲取到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。然后對(duì)獲得的Clean Data進(jìn)行Metagenome組裝。最后，對(duì)組裝后的數(shù)據(jù)進(jìn)行基因預(yù)測(cè)，從而獲得功能基因信息。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本研究采用Microsoft Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用IBM SPSS Statistics v22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），利用美吉生物云平臺(tái)、Origin 2019、R語言進(jìn)行繪圖（Network圖除外），運(yùn)用Cytoscape 3.8.0對(duì)微生物群落種間關(guān)系進(jìn)行可視化分析，借助IBM SPSS Statistics v22.0軟件對(duì)微生物群落進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，篩選出顯著相關(guān)（Plt;0.05）的兩兩關(guān)系進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)替代處理對(duì)微生物群落多樣性的影響

本研究中，細(xì)菌和真菌分別獲得604 014條和818 403條有效序列，分別平均99 404條和53 200條reads，平均長度分別為417 bp和243 bp。測(cè)序序列在97%相似水平下進(jìn)行聚類操作，細(xì)菌和真菌分別獲得5 076個(gè)和1 084個(gè)操作分類單元（OTUs）。各處理的覆蓋度均高于99%，并且稀釋曲線最終走勢(shì)趨于平緩，表明測(cè)序結(jié)果能夠很好地反映各樣本中微生物群落的真實(shí)情況。由維恩圖（圖1-A）結(jié)果可知，HF處理特有的OTUs數(shù)最多，細(xì)菌和真菌數(shù)量分別較CK處理增加8.5%和6.5%；而OF處理特有的OTUs數(shù)最少，較CK處理分別降低19%和25%。由α多樣性結(jié)果可知（圖1-B），不同有機(jī)替代對(duì)真菌群落多樣性的影響高于細(xì)菌群落。例如，與CK處理相比，HF處理的真菌群落Chao指數(shù)增加12%，HF和OF處理的Shannon指數(shù)分別降低6%和13%，說明不同有機(jī)替代處理可以抑制土壤中真菌群落的多樣性，并且OF處理的抑制效果更為明顯。然而，不同有機(jī)替代處理的細(xì)菌群落α多樣性差異不顯著。在OTUs分類水平下，采用Bray-Curtis距離算法對(duì)不同有機(jī)替代下的土壤微生物群落進(jìn)行主坐標(biāo)分析（PCoA），細(xì)菌和真菌坐標(biāo)軸的總解釋度分別為39.56%和46.57%。聚類結(jié)果顯示，不同處理間的微生物群落各自聚集在一起，其中真菌群落的聚類效果尤為明顯。ANOSIM檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌和真菌的組間差異性均達(dá)顯著水平（Plt;0.05），并且真菌的空間變異明顯高于細(xì)菌群落（圖1-C、圖1-D）。

2.2 不同有機(jī)替代處理對(duì)微生物群落組成的影響

2.2.1 門水平微生物 在門分類水平下，Actino bacteria（30%～32%）、Proteobacteria（21%～23%）、unclassi fied_

k_norank_d_Bacteria（16%～18%）和Acidobacteria（13%～14%）為細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌門（圖2-A）。與CK處理相比，不同有機(jī)替代處理的Actinobacteria和Acidobacteria豐度呈增加趨勢(shì)，而OF和HF處理的Proteobacteria豐度分別降低4.0%和5.6%。unclassified_k_norank豐度在OF處理中降低12%，而在HF處理中不變。Ascomycota是真菌群落門水平分類下豐度最高的物種，占總體的53%～71%， OF和HF處理的豐度較CK處理分別降低9.4%和15%（圖2-B）。Basidiomycota和Mortierellomycota分別為豐度排名第2和第3的真菌門，其豐度在不同有機(jī)替代處理中均呈增加趨勢(shì)。例如，與CK處理相比，OF和HF處理的Basidiomycota豐度分別增加31%和33%。

2.2.2 屬水平微生物 選取相對(duì)豐度排名前35的屬水平細(xì)菌（圖2-C）（豐度值均在1e+3以上）和真菌（圖2-D）（豐度值均在1e+0以上）進(jìn)行研究。豐度排名前5的細(xì)菌分別依次為unclassified_k_norank_d

_Bacteria（17%～19%）、unclassified_f_Vicinamibac-teraceae（3.3%～3.8%）、Vicinamibacter（3.3%～3.8%）、Gaiella（3.2%～3.6%）和unclassified_f_Micrococcaceae（2.9%～4.1%），占總體的41%～43%。與CK處理相比，OF和HF處理的Vicinamibacter豐度分別升高10%和13%。Luteitalea、Bacillus、Streptomyces、Nocardioides和Paenibacillus的豐度變化趨勢(shì)與Vicinamibacter相同。例如，OF和HF處理的Nocardioides豐度較CK處理分別增加79%和41%。同時(shí)，與CK處理相比，OF處理的Nitrospira豐度降低8.5%，而HF處理的Nitrospira豐度增加7.4%。而Microvirga、Paludibaculum、Ilumatobacter在不同處理中的豐度變化趨勢(shì)與Nitrospira相反。

真菌中，以Solicoccozyma、Mortierella、Chaetomium、Talaromyces和unclassified_o_Xylariales為優(yōu)勢(shì)屬，占總體的49%～60%。與CK處理相比，各有機(jī)替代處理的Solicoccozyma、Mortierella和Talaromyces豐度均呈升高趨勢(shì)，尤其是OF和HF處理的Talaromyces豐度分別提升210%和137%。同時(shí)，Trichoderma、Humicola和Scytalidium豐度在不同處理中的變化趨勢(shì)與Talaromyces相同。然而，與CK處理相比，OF和HF處理的Stachybotrys、Didymella、Acremonium和Dichotomopilus豐度均呈下降趨勢(shì)，其平均降幅分別為35%和45%。此外，與CK處理相比，OF處理的 Chaetomium豐度提高17%，而HF處理的 Chaetomium豐度下降21%。與之相反，與CK處理相比，HF處理的Pseudombrophila和Fusarium豐度分別增加244%和30%，而OF處理Pseudombrophila和Fusarium豐度分別下降82%和13%。

2.3 不同有機(jī)替代處理對(duì)微生物種間關(guān)系的影響

為進(jìn)一步探明不同有機(jī)替代對(duì)微生物種間關(guān)系的影響，本研究選取各處理排名前30的屬水平微生物進(jìn)行Network關(guān)聯(lián)分析（圖3）。由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)可知，與CK處理相比，OF處理和HF處理的細(xì)菌群落間的相關(guān)關(guān)系呈增加趨勢(shì)，并且HF處理的正相關(guān)關(guān)系占比最高。同時(shí)，HF處理的聚類系數(shù)遠(yuǎn)高于其他處理。這進(jìn)一步表明HF處理更能增強(qiáng)物種之間的關(guān)聯(lián)度。與CK處理相比，HF處理的 Streptomyces與unclassified_f_Vicinamibacteraceae、Rubrobacter與unclassified_f_Geminicoccaceae種間關(guān)系從負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)檎嚓P(guān)，而Streptomyces與unclassified_f_Rhodospirillaceae、 Paludibaculum與unclassified_p_Actinobacteria種間關(guān)系由正相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)相關(guān)。OF處理下，僅有Nocardioides與unclassified_c_Deltaproteobacteria種間關(guān)系由負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)檎嚓P(guān)。值得注意的是Nocardioides與unclassified_o_Solirubrobacterales在OF處理中表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，在HF處理中呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。真菌群落的種間關(guān)系與細(xì)菌群落類似，即有機(jī)替代處理的相關(guān)關(guān)系較CK處理有所增加（圖3-D、圖3-E、圖3-F）。然而，與CK處理相比，其正相關(guān)關(guān)系較OF處理（44%）和HF處理（48%）分別下降39%和33%。經(jīng)OF處理后，unclassified_f_Didymellaceae與Solicoccozy種間關(guān)系均從正相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)相關(guān)，Trichoderma與Solicoccozyma種間關(guān)系由負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)檎嚓P(guān)。OF處理下，F(xiàn)usarium、Chaetomium和Mortierella分別與多個(gè)屬水平真菌展現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，如Fusarium與Solicoccozyma、unclassified_k_Fungi

和Trichoderma呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。HF處理下，Trichocladium與Acremonium和Pseudombrophila、Pyrenochaetopsis與Acrocalymma和Talaromyces均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.4 不同有機(jī)替代處理對(duì)氮循環(huán)功能酶基因的影響

本研究共發(fā)現(xiàn)11個(gè)參與氮循環(huán)的功能酶基因（圖4），包括2個(gè)參與硝化作用的酶基因EC 1.7.2.6和EC 1.7.99.-，3個(gè)參與異化性硝酸鹽還原作用的酶基因EC 1.7.7.2、EC 1.7.5.1和EC 1.9.6.1，3個(gè)參與亞硝酸鹽氨化的酶基因EC 1.7.1.15、EC 1.7.7.1和EC 1.7.2.2，以及3個(gè)參與反硝化作用的酶基因EC 1.7.2.1、EC 1.7.2.5和EC 1.7.2.4。與CK處理相比，HF處理的功能酶基因總豐度變化不大，但OF處理的功能酶基因總豐度增加57%。尤其是OF處理的EC 1.7.2.6豐度變化最明顯，較CK處理增加305%。3 討論與結(jié)論

3.1 不同有機(jī)替代對(duì)功能微生物的影響

植物病原菌是造成農(nóng)作物大幅減產(chǎn)的重要因素[17]。Didymella sp.、Fusarium sp.和Acremonium sp.作為常見的植物病原菌在本研究中被發(fā)現(xiàn)，Didymella sp.會(huì)引發(fā)玉米[18]和開心果[19]葉枯病，F(xiàn)usarium sp.富集會(huì)導(dǎo)致小麥和玉米等糧食作物根系病害的發(fā)生（根腐、莖腐）和根表面的損害（萎蔫）[20-21]，Acremonium sp.會(huì)引發(fā)夏威夷果速衰病[22]以及高粱、玉米、草莓壞死及枯萎[23]。本研究中，較CK處理相比，不同有機(jī)替代處理均降低了潛在植物病原菌Didymella和Acremonium豐度，而Fusarium豐度在有機(jī)肥替代處理中降低，在腐殖酸替代處理中升高。這表明各有機(jī)替代處理具有抑制植物病原菌的潛力，并且有機(jī)肥替代較腐殖酸的抑制效果相對(duì)更好。

生物防治技術(shù)是利用一種或多種微生物來抑制病原菌生命活力和繁殖能力的方法[24-25]。Streptomyces sp.和Paenibacillus sp.作為常見的生物防治菌在本研究中被發(fā)現(xiàn)，Streptomyces sp.是Actinobacteria中的一種生物防治菌，可以抵制多種病菌對(duì)植物的侵染。前人研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)浙麥冬黑斑病病原菌鏈格孢菌[26]、水稻白葉枯病菌[27]、馬鈴薯枯萎病鐮刀菌[28]等病原菌能產(chǎn)生明顯的抑制效果。Paenibacillus sp.廣泛存在于植物根際土壤中，對(duì)植物病原微生物具有拮抗作用，可以被應(yīng)用于生物防治，保護(hù)植物免受枯萎病和青枯病的侵害[29]，可通過調(diào)節(jié)根際微生物進(jìn)而抑制黃瓜枯萎病[30]。上述生物防治細(xì)菌在各有機(jī)替代處理中的豐度均呈增加趨勢(shì)，并且在有機(jī)肥替代處理中增幅最大。

Chaetomium sp.、Trichoderma sp.和Talaromyces sp.是常見的生物防治真菌。Zhang等[31]研究表明，Chaetomium sp.可以防治枯萎病，如抑制谷物幼苗和甘蔗枯萎，降低番茄枯萎病和尖孢鐮刀菌引起的枯萎病、蘋果斑病引起的枯萎病、楊樹枯萎病引起的根腐病的發(fā)病率。Trichoderma sp.可以產(chǎn)生或釋放多種化合物，激活植物免疫力，以防止病原體感染[32]，對(duì)早疫病、晚疫病、枯萎病、黑脛病、紋枯病和促倒病均有較好的生物防治作用[29]。Talaromyces sp.代謝產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)對(duì)控制土傳病害的發(fā)生具有重要作用，可以促進(jìn)玉米和水稻生長[33]，保護(hù)水稻作物免受水稻鞘枯病的危害[34]，具有較好的防治效果。Naraghi等[35]研究證實(shí)，Talaromyces sp.對(duì)于由大麗輪枝孢引起的棉花和馬鈴薯枯萎病的防治具有較好的效果。本研究中，Talaromyces和Trichoderma的豐度在不同有機(jī)替代處理中均升高；Chaetomium的豐度在有機(jī)肥替代處理中增加，而在腐殖酸處理降低。不難發(fā)現(xiàn)，相較于腐殖酸替代處理，有機(jī)肥替代處理更有利于潛在生物防治菌的生長，這將有利于對(duì)土傳病害的生物防治。

土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其多樣性和群落組成不僅反映了土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和功能，也反映了土壤肥力狀況[36-37]。Nocardioides sp.不僅可參與有機(jī)物的降解，而且具有一定的固氮能力[38]。Bacillus sp.具有解磷的能力，可分解土壤中的有機(jī)物（纖維素和木質(zhì)素），并通過分泌次生代謝物誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性[39]，抑制土壤病原體傳播，促進(jìn)植物生長[30]。Chaetomium sp.參與了土壤氮循環(huán)過程[31]，Trichoderma sp.促進(jìn)植物根系生長，提高氮磷含量[32]，Talaromyces sp.有著高效的有機(jī)磷礦化能力[33]。本研究中，上述微生物的豐度在有機(jī)肥替代處理中較腐殖酸替代處理均有較大幅的升高。這說明有機(jī)肥替代在削弱潛在土傳病害菌和增強(qiáng)土壤肥力方面展示出更強(qiáng)的協(xié)同效益[40-41]。

3.2 不同有機(jī)替代處理對(duì)微生物種間關(guān)系的影響

通過Network關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，除OF處理的真菌群落聚類系數(shù)比CK處理降低外，不同有機(jī)替代處理的平均鄰居數(shù)、網(wǎng)絡(luò)密度、聚類系數(shù)均明顯升高。這表明經(jīng)不同有機(jī)替代處理后土壤微生物群落形成了一個(gè)更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。前人研究發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分對(duì)微生物群落有很大的影響[42]。本研究中，有機(jī)肥和腐殖酸替代處理后，土壤微生物群落形成了更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如，優(yōu)勢(shì)細(xì)菌Streptomyces與unclassified_f_Vicinamibacteraceae、 Rubrobacter與unclassified_f_Geminicoccaceae由拮抗作用變?yōu)閰f(xié)同作用，從而增加了土壤微生物間的協(xié)作水平，進(jìn)而強(qiáng)化了土壤微生物抵抗環(huán)境干擾的能力[43]。生物防治菌與病原菌的拮抗效應(yīng)可以有效防治土傳病害的發(fā)生[44-45]。本研究中，有機(jī)肥替代處理下，潛在植物病原菌Fusarium、潛在生物防治菌Trichoderma和具有土壤溶磷能力的真菌Solicoccozyma呈拮抗作用。腐殖酸替代處理下，Trichocladium與植物致病菌Acremonium表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。這進(jìn)一步表明不同有機(jī)替代對(duì)土傳病害有一定的抑制潛力。同時(shí)，潛在生物防治菌Trichoderma和潛在解磷菌Solicoccozyma在有機(jī)肥替代處理中呈正相關(guān)關(guān)系。這說明微生物在不同有機(jī)替代處理中形成了更復(fù)雜的共存網(wǎng)絡(luò)，并增強(qiáng)了功能菌的互作關(guān)系。

3.3 不同有機(jī)替代對(duì)氮循環(huán)功能酶基因的影響

氮循環(huán)過程包括異化硝酸鹽還原、硝化、反硝化和固氮[46]，而酶是氮轉(zhuǎn)化過程的重要驅(qū)動(dòng)因素[47]。研究發(fā)現(xiàn)，氮循環(huán)功能基因在不同有機(jī)替代中呈增長趨勢(shì)，其中有機(jī)肥替代處理的增幅得更明顯。亞硝酸鹽還原酶EC 1.7.2.2與銨態(tài)氮的生成有關(guān)[48]。本研究中，EC 1.7.2.2的豐度在有機(jī)肥替代處理中升高，而在腐殖酸替代處理中降低。這說明有機(jī)肥替代具有增強(qiáng)銨態(tài)氮的潛力。同時(shí)，硝化過程中羥胺脫氫酶EC 1.7.2.6催化羥胺生成亞硝酸鹽，在酶基因EC 1.7.5.1的驅(qū)動(dòng)下，亞硝酸鹽進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。硝酸鹽是植物所需的主要氮源之一，促使植物合成氨基酸、蛋白質(zhì)和葉綠素，對(duì)植物的生長發(fā)育至關(guān)重要[49]。本研究中，不同有機(jī)替代處理下，EC 1.7.2.6和EC 1.7.5.1的豐度較CK明顯增加，并且有機(jī)肥替代處理的增幅遠(yuǎn)高于腐殖酸替代處理。這說明有機(jī)肥替代具有較高的供氮潛力。

3.4 結(jié)論

（1）不同有機(jī)替代處理改變了旱地麥田土壤微生物群落的多樣性和結(jié)構(gòu)，并且對(duì)真菌群落的影響更為明顯。

（2）不同有機(jī)肥替代處理調(diào)控了微生物的種間關(guān)系，增強(qiáng)了潛在生物防治菌（如Streptomyces、Paenibacillus、Chaetomium和Talaromyces）豐度，有利于提高土壤健康和作物抵抗力；抑制了潛在植物病原菌（如Fusarium和Acremonium）生長，降低了病害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，并且有機(jī)肥替代處理效果更明顯。

（3）不同有機(jī)替代（尤其是有機(jī)肥替代）處理增強(qiáng)了潛在參與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的功能微生物（EC 1.7.2.6和EC 1.7.99.-）活性，有利于氮素養(yǎng)分供應(yīng)，提高了參與氮循環(huán)過程酶基因豐度。

參考文獻(xiàn)：

[1] ZHOU Y， CHEN Z X， CHENG M P， et al. Uncovering the dispersion history， adaptive evolution and selection of wheat in China[J]. Plant Biotechnology Journal， 2018， 16（1）： 280-291.

[2] LIU H， XIONG W， MOTTALEB K A， et al. Contrasting contributions of five factors to wheat yield growth in China by process-based and statistical models[J]. European Journal of Agronomy， 2021， 130： 126370.

[3] PAN H， CHEN M M， FENG H J， et al. Organic and inorganic fertilizers respectively drive bacterial and fungal community compositions in a fluvo-aquic soil in northern China[J]. Soil and Tillage Research， 2020， 198： 104540.

[4] FERNANDEZ A L， SHEAFFER C C， WYSE D L， et al. Associations between soil bacterial community structure and nutrient cycling functions in long-term organic farm soils following cover crop and organic fertilizer amendment[J]. Science of the Total Environment， 2016， 566/567： 949-959.

[5] ZHOU J， LI B， XIA L L， et al. Organic-substitute strategies reduced carbon and reactive nitrogen footprints and gained net ecosystem economic benefit for intensive vegetable production[J]. Journal of Cleaner Production， 2019， 225： 984-994.

[6] REN J H， LIU X L， YANG W P， et al. Rhizosphere soil properties， microbial community， and enzyme activities： short-term responses to partial substitution of chemical fertilizer with organic manure[J]. Journal of Environmental Management， 2021， 299： 113650.

[7] EKIN Z. Integrated use of humic acid and plant growth promoting rhizobacteria to ensure higher potato productivity in sustainable agriculture[J]. Sustainability， 2019， 11（12）： 3417.

[8] REN H Y， ISLAM M S， WANG H Y， et al. Effect of humic acid on soil physical and chemical properties， microbial community structure， and metabolites of decline diseased bayberry[J]. International Journal of Molecular Sciences， 2022， 23（23）： 14707.

[9] DA CUNHA LEME FILHO J F， THOMASON W E， EVANYLO G K， et al. The synergistic effects of humic substances and biofertilizers on plant development and microbial activity： a review[J]. International Journal of Plant amp; Soil Science， 2020， 32（7）： 56-75.

[10] KHAN R U， KHAN M Z， KHAN A， et al. Effect of humic acid on growth and crop nutrient status of wheat on two different soils[J]. Journal of Plant Nutrition， 2018， 41（4）： 453-460.

[11] TIWARI J， RAMANATHAN A L， BAUDDH K， et al. Humic substances： structure， function and benefits for agroecosystems—a review[J]. Pedosphere， 2023， 33（2）： 237-249.

[12] LI Y L， TREMBLAY J， BAINARD L D， et al. Long-term effects of nitrogen and phosphorus fertilization on soil microbial community structure and function under continuous wheat production[J]. Environmental Microbiology， 2020， 22（3）： 1066-1088.

[13] LIU H Y， XU W， LI J Y， et al. Short-term effect of manure and straw application on bacterial and fungal community compositions and abundances in an acidic paddy soil[J]. Journal of Soils and Sediments， 2021， 21（9）： 3057-3071.

[14] 王偉華， 劉毅， 唐海明， 等. 長期施肥對(duì)稻田土壤微生物量、 群落結(jié)構(gòu)和活性的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2018， 39（1）： 430-437.

[15] HARTMANN M， FREY B， MAYER J， et al. Distinct soil microbial diversity under long-term organic and conventional farming[J]. The ISME Journal， 2015， 9（5）： 1177-1194.

[16] 姜麗偉， 謝英荷， 李廷亮， 等. 不同有機(jī)替代對(duì)黃土旱塬土壤碳、氮組分及冬小麥產(chǎn)量的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)， 2022， 36（3）： 286-293.

[17] PANTH M， HASSLER S C， BAYSAL-GUREL F. Methods for management of soilborne diseases in crop production[J]. Agriculture， 2020， 10（1）： 16.

[18] MA W D， YANG J， DING J Q， et al. Gapless reference genome assembly of Didymella glomerata， a new fungal pathogen of maize causing Didymella leaf blight[J]. Frontiers in Plant Science， 2022， 13： 1022819.

[19] MORAL J， LICHTEMBERG P S F， PAPAGELIS A， et al. Didymella glomerata causing leaf blight on pistachio[J]. European Journal of Plant Pathology， 2018， 151（4）： 1095-1099.

[20] WINTER M， SAMUELS P L， DONG Y， et al. Trichothecene production is detrimental to early root colonization by Fusarium culmorum and F. graminearum in fusarium crown and root rot of wheat[J]. Plant Pathology， 2019， 68（1）： 185-195.

[21] FERRIGO D， MONDIN M， LADURNER E， et al. Effect of seed biopriming with Trichoderma harzianum strain INAT11 on Fusarium ear rot and Gibberella ear rot diseases[J]. Biological Control， 2020， 147： 104286.

[22] YAO X F， LIU Q M， LIU Y X， et al. Managing macadamia decline： a review and proposed biological control strategies[J]. Agronomy， 2024， 14（2）： 308.

[23] RACEDO J， SALAZAR S M， CASTAGNARO A P， et al. A strawberry disease caused by Acremonium strictum[J]. European Journal of Plant Pathology， 2013， 137（4）： 649-654.

[24] GULLINO M L， ALBAJES R， NICOT P C. Integrated pest and disease management in greenhouse crops[M]. 2nd ed. Cham： Springer， 2020.

[25] CONDE-CID M， áLVAREZ-ESMORíS C， PARADELO-NU?EZ R， et al. Occurrence of tetracyclines and sulfonamides in manures， agricultural soils and crops from different areas in Galicia （NW Spain）[J]. Journal of Cleaner Production， 2018， 197（Part 1）： 491-500.

[26] 徐亦雯， 張諾， 曹瑱艷， 等. 浙麥冬黑斑病病原菌的分離鑒定及淀粉酶產(chǎn)色鏈霉菌對(duì)其生物防治效果[J]. 中國生物防治學(xué)報(bào)， 2022， 38（5）： 1280-1287.

[27] 鮑瑩， 嚴(yán)夢(mèng)圓， 吳萌， 等. 腐殖酸配施殼聚糖調(diào)控設(shè)施番茄土壤細(xì)菌群落[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2022， 41（12）： 2772-2778.

[28] CASTA?O R， BORRERO C， TRILLAS M I， et al. Selection of biological control agents against tomato Fusarium wilt and evaluation in greenhouse conditions of two selected agents in three growing media[J]. BioControl， 2013， 58（1）： 105-116.

[29] 曹坳程， 張大琪， 方文生， 等. 土傳病害防治技術(shù)進(jìn)展及面臨的挑戰(zhàn)[J]. 植物保護(hù)， 2023， 49（5）： 260-269.

[30] SHI L， DU N S， SHU S， et al. Paenibacillus polymyxa NSY50 suppresses Fusarium wilt in cucumbers by regulating the rhizospheric microbial community[J]. Scientific Reports， 2017， 7（1）： 41234.

[31] ZHANG S S， CHEN Y L， TUO Y Y， et al. Effects of lime nitrogen on the fungi community of tobacco soil and its correlation analysis[J]. IOP Conference Series： Earth and Environmental Science， 2022， 1087（1）： 012059.

[32] SALWAN R， SHARMA A， KAUR R， et al. The riddles of Trichoderma induced plant immunity[J]. Biological Control， 2022， 174： 105037.

[33] SUN X F， LIU F， JIANG W， et al. Talaromyces purpurogenus isolated from rhizosphere soil of maize has efficient organic phosphate-mineralizing and plant growth-promoting abilities[J]. Sustainability， 2023， 15（7）： 5961.

[34] ABBAS A， FU Y P， QU Z， et al. Isolation and evaluation of the biocontrol potential of Talaromyces spp. against rice sheath blight guided by soil microbiome[J]. Environmental Microbiology， 2021， 23（10）： 5946-5961.

[35] NARAGHI L， HEYDARI A， REZAEE S， et al. Biocontrol agent Talaromyces flavus stimulates the growth of cotton and potato[J]. Journal of Plant Growth Regulation， 2012， 31（4）： 471-477.

[36] MOREIRA H， PEREIRA S I A， VEGA A， et al. Synergistic effects of arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth-promoting bacteria benefit maize growth under increasing soil salinity[J]. Journal of Environmental Management， 2020， 257： 109982.

[37] MANASA M R K， KATUKURI N R， DARVEEKARAN NAIR S S， et al. Role of biochar and organic substrates in enhancing the functional characteristics and microbial community in a saline soil[J]. Journal of Environmental Management， 2020， 269： 110737.

[38] LIU S L， LI H M， XIE X Y， et al. Long-term moderate fertilization increases the complexity of soil microbial community and promotes regulation of phosphorus cycling genes to improve the availability of phosphorus in acid soil[J]. Applied Soil Ecology， 2024， 194： 105178.

[39] MAJHI B， SEMWAL P， MISHRA S K， et al. Arsenic stress management through arsenite and arsenate-tolerant growth-promoting bacteria in rice[J/OL]. International Microbiology： 1-15[2024-09-10]. https：//doi.org/10.1007/

s10123-023-00447-w.

[40] URKURKAR J S， TIWARI A， CHITALE S， et al. Influence of long-term use of inorganic and organic manures on soil fertility and sustainable productivity of rice （Oryza sativa） and wheat （Triticum aestivum） in Inceptisols[J]. The Indian Journal of Agricultural Sciences， 2010， 80（3）： 208-212.

[41] WANG Y J， XU Y， JIANG L H， et al. Effect of mild organic substitution on soil quality and microbial community[J]. Agronomy， 2024， 14（5）： 888.

[42] FERNANDEZ C W， KENNEDY P G. Revisiting the ‘Gadgil effect’： do interguild fungal interactions control carbon cycling in forest soils？[J]. New Phytologist， 2016， 209（4）： 1382-1394.

[43] SANTOLINI M， BARABáSI A L. Predicting perturbation patterns from the topology of biological networks[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2018， 115（27）： E6375-E6383.

[44] MANJUNATHA S V， NAIK M K， KHAN M F R， et al. Evaluation of bio-control agents for management of dry root rot of chickpea caused by Macrophomina phaseolina[J]. Crop Protection， 2013， 45： 147-150.

[45] SINGH S， KUMAR R， YADAV S， et al. Effect of bio-control agents on soil borne pathogens： a review[J]. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry， 2018， 7（3）： 406-411.

[46] WANG S S， NIU Q Q， ZHU P F， et al. Metagenomics analysis unraveled the influence of sulfate radical-mediated compost nitrogen transformation process[J]. Journal of Environmental Management， 2022， 317： 115436.

[47] SUN X D， YE Y Q， MA Q X， et al. Variation in enzyme activities involved in carbon and nitrogen cycling in rhizosphere and bulk soil after organic mulching[J]. Rhizosphere， 2021， 19： 100376.

[48] GUO H H， GU J， WANG X J， et al. Beneficial effects of bacterial agent/bentonite on nitrogen transformation and microbial community dynamics during aerobic composting of pig manure[J]. Bioresource Technology， 2020， 298： 122384.

[49] ISLAM S， ISLAM R， KANDWAL P， et al. Nitrate transport and assimilation in plants： a potential review[J]. Archives of Agronomy and soil Science， 2022， 68（1）： 133-150.