不同施肥处理对鲁西北高产农田土壤真菌群落的影响_周晓琳.pdf

不同施肥处理对鲁西北高产农田土壤真菌群落的影响周晓琳,王 薇,王玉霞,赵同凯,董艳芳,杜梦杨,刘佰霖,王富建,李洪杰(德州市农业科学研究院,山东德州 253015)摘要 通过在鲁西北潮土区高产农田 11 年有机肥替代化肥定位试验,研究了有机肥部分替代化肥对小麦-玉米轮作体系中土壤养分及土壤真菌的影响。结果表明,有机肥替代 50%的 ONPK 处理显著提高了土壤养分、酶活性和真菌数量。土壤速效磷较 CK 和 NPK 处理分别升高 2.16 倍和 35.3%,土壤全氮含量提高 42.4%和 21.0%。ONPK 处理的有机质含量较 CK 和 NPK 处理分别提高了 55.2%和33.9%。冗余分析表明,速效磷、有机质和全氮含量是有机肥替代后真菌群落组成变化的主要调控因素。土壤真菌数量以 ONPK 处理最高,较 CK 和 NPK 处理分别增加了 90.0%和 1.11 倍。土壤真菌优势群落依次为子囊菌门(Ascomycota)(49.1%62.9%)、接合菌门(Zygomycota)(18.9%38.5%)、担子菌门(Basidiomycota)(5.9%8.6%)、壶菌门(Chytridiomycota)(2.1%3.4%)。综上所述,增施有机肥可通过调节真菌种间互作关系,促进土壤养分累积,最终实现土壤可持续生产能力。关键词 不同施肥处理;土壤养分;土壤真菌中图分类号 S154.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2023)03-0159-04doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2023.03.036 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Effects of Different Fertilization Treatments on Soil Fungal Communities in High-yield Farmland in Northwest Shandong ProvinceZHOU Xiao-lin,WANG Wei,WANG Yu-xia et al(Dezhou Academy of Agricultural Sciences,Dezhou,Shandong 253015)Abstract The effects of partial replacement of organic fertilizer on soil nutrients and soil fungi in wheat-maize rotation system were studied through 11-year positioning experiment in high-yield farmland in northwest Shandong Province.The results showed that the replacement of 50%ONPK treatment with organic fertilizer significantly increased soil nutrients,enzyme activities and fungi number.Compared with CK and NPK treatments,soil available P increased by 2.16 times and 35.3%,and soil total nitrogen increased by 42.4%and 21.0%,respectively.Compared with CK and NPK,the organic matter content of ONPK treatment increased by 55.2%and 33.9%,respectively.Redundancy anal-ysis showed that the content of available phosphorus,organic matter and total nitrogen were the main regulatory factors for the change of fungal community composition after organic fertilizer replacement.The number of soil fungi in ONPK treatment was the highest,which increased by 90.0%and 1.11 times compared with CK and NPK treatment,respectively.The dominant communities of soil fungi were Ascomycota(49.1%-62.9%)and Zygomycota(18.9%-38.5%)Basidiomycota(5.9%-8.6%)and Chytridiomycota(2.1%-3.4%).In conclusion,increased application of organic fertilizer can promote soil nutrient accumulation by regulating the interspecific interaction of fungi,and ulti-mately achieve sustainable soil productivity.Key words Different fertilization treatments;Soil nutrients;Soil fungi基金项目 国家重点研发计划“黄淮海冬小麦化肥农药减施技术集成研究与示范”(2017YFD0201700);国家自然科学基金“麦玉两熟体 系 作 物 秸 秆 钾 转 化 特 征 与 钾 素 补 偿 机 制”(41877100)。作者简介 周晓琳(1980),女,山东德州人,高级农艺师,硕士,从事植物营养与施肥技术研究。通信作者,高级农艺师,硕士,从事土壤肥料研究。收稿日期 2022-03-28 真菌是土壤中最为丰富的微生物之一,是农田生态系统中主要的分解者,在土壤能量流动、养分循环转化和控制作物病害等方面具有重要作用1。土壤真菌对其生存环境变化极为敏感,其多样性和群落组成受耕作、施肥和灌溉等田间管理措施的影响2。为了探讨不同施肥下土壤微生物的变化规律及其相互关系,揭示减施化肥配施有机肥对土壤理化特性与真菌群落的影响,笔者以不同施肥方式为处理,研究有机肥部分替代化肥与土壤理化特性及真菌群落之间的关系,为提高耕地土壤微生物学特性提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验地概况 试验于 2010 年 10 月在德州市德城区哨马营村进行。德州市属暖温带半湿润季风气候,年平均气温12.9,年降水量 547.5 mm。供试土壤为非石灰性潮土,pH 8.3,有机质含量 20.3 g/kg,全氮 1.2 g/kg,全磷 0.83 g/kg,全钾 20.8 g/kg,有 效 磷(P2O5)37.4 mg/kg,速 效 钾282 mg/kg。1.2试验设计共设置 6 个处理,分别是不施肥对照(CK)、常规氮磷钾肥(NPK)、猪粪 3 000 kg/hm2+70%NPK(NPKM)、猪粪 6 000 kg/hm2+50%NPK(ONPK)、秸秆还田+100%NPK(NPKJ)、秸 秆 还 田+100%NPK+秸 秆 腐 熟 剂150 kg/hm2(NPKF)。每处理重复 4 次,随机区组排列,共 24个小区,小区面积为50 m2(10 m5 m)。试验地冬小麦-夏玉米轮作种植,一年两作,小麦品种为济麦 22。玉米品种为郑单 958,除氮肥 2 次追施外(尿素底肥 1.3 kg,返青追肥和拔节期追肥 2 次追肥均为 0.98 kg),其余肥料均一次性底肥施入。供 试 氮 肥 为 尿 素(N 46%),磷 肥 为 过 磷 酸 钙(P2O516%),钾肥为硫酸钾(K2O 50%);猪粪为江阴市联业生物科技有限公司生产,猪粪养分含量为氮磷钾总养分 5%,有机 质 45%。经 折 算,猪 粪 施 用 量 分 别 为 3 000 和6 000 kg/hm2。各小区施肥量见表 1。1.3 测定项目与方法1.3.1 土壤样品采集。于 2021 年 10 月 20 日玉米收获后用土钻进行采土样,供试土样为每个小区 020 cm 土层土壤。每个小区随机采 9 个样点充分混匀,四分法保留 1 kg 左右土壤样品,每个小区 3 次重复,样品-70 保藏。1.3.2 土壤微生物数量及土壤养分测定方法。采用稀释涂安徽农业科学,J.Anhui Agric.Sci.2023,51(3):159-162 布计数法对土壤微生物计数3测定土壤中真菌数量。真菌用马丁氏培养基。对培养基进行 30 min 的 21 灭菌,倒平板备用,平板接种后,放置在 30 恒温箱倒置培养,5 d 后统计真菌数目。pH 采用 pH 计测定;全氮含量采用重铬酸钾-硫酸消化法测定;土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法测定;速效磷含量采用碳酸氢钠法测定;速效钾含量采用醋酸铵-火焰光度计法测定4。表 1 各试验小区施肥量Table 1 Fertilization amount of each test area单位:kg处理Treat-ment尿素Urea过磷酸钙Calcium superphosphate硫酸钾Potassium sulphate秸秆腐熟剂Straw decompo-sition agent猪粪有机肥Pig manure organic fertilizerCK00000NPK2.721.410.4500NPKM1.910.980.32014.99ONPK1.361.360.23029.99NPKJ2.721.410.4500NPKF2.720.700.450.7501.3.3 土壤真菌高通量分析。使用 PowerSoil DNA Isolation Kit 土壤 DNA 提取试剂盒(Mo Bio Laboratories)从样本中提取真菌总 DNA,-80 下储存。使用 New England Biolabs 公司的 NEB Next Ultra TM DNA Library Prep Kit for Illumina 试剂盒构建文库,然后进行 Qubit 定量和文库检测,最后使用MiSeq 进行上机测序5。对有效数据进行 OTUs(Opera-tion-al Taxonomic Units)聚类和物种分类分析,并将 OTU 和物种注释结合,从而得到每个样品的 OTUs 和分类谱系的基本分析结果。采用 Mothur 软件计算细菌的 Chao1 指数和 Shannon指数6。1.4 数据分析 采用 Excel 2003 进行数据的统计分析和作图,用 DPS 7.5 进行差异显著性分析。用 Canoco4.5 软件对土壤细菌相对丰度和基本理化性质作冗余分析(Redundancy analysis,RDA),分析相关关系。2 结果与分析2.1 不同施肥方式对鲁西北高产农田土壤养分的影响 从表2 可以看出,NPK 处理 pH 最低,NPKM 处理与 ONPK 处理pH 差异不显著,但均高于 NPK 处理。不同施肥处理的有效磷、速效钾含量随施肥处理中有机肥比例增加而增加,NPK处理最低,ONPK 处理最高,其中 ONPK 处理有效磷含量较CK 和 NPK 处理分别提高 2.16 倍和 35.3%,速效钾含量较CK 和 NPK 处理分别提高 34.9%和 10.8%,全氮含量较 CK和 NPK 处理分别提高了 42.4%和 21.0%,有机质含量较 CK和 NPK 处理分别提高了 55.2%和 33.9%。说明有机肥对提高土壤有效磷、速效钾、全氮、有机质有明显效果。2.2 不同施肥方式对土壤真菌数量和多样性的影响 由表3 可知,ONPK 处