中国农业科学 2008,41(12):4119-4126
Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2008.12.023
收稿日期:2008-02-25;接受日期:2008-07-15
基金项目:国家科技支撑计划课题(2006BAD05B06,2006BAD 02A 14-13)
作者简介:辜运富(1977-),男,四川广汉人,博士,研究方向为农业微生物.Tel:0835-2882710;E-mail:gungyf@yahoo.com.cn.通讯作者张
小平(1962-),男,四川南充人,教授,博士,研究方向为农业微生物.Tel:0835-2882330;E-mail:aumdwsb@sicau.edu.cn

不同施肥处理对石灰性紫色土微生物数量
及氨氧化细菌群落结构的影响
辜运富1,云 翔1,张小平1,涂仕华2,孙锡发2,Kristina Lindstr m 3
(1四川农业大学资源与环境学院微生物学系,中国四川雅安625014;2四川省农业科学院土壤肥料研究所,中国成都 610066;
3赫尔辛基大学应用化学与微生物学系,赫尔辛基00014,芬兰)
摘要:【目的】通过测定不同施肥制度下的微生物数量和氨氧化细菌群落结构特点,认识长期施肥对石灰性
紫色水稻土培肥和肥力演化的重要作用.【方法】利用稀释平板法以及最大或然法(MPN 法)和变性梯度凝胶电
泳法(DGGE)分别研究农家肥(M),氮肥+农家肥(NM),氮磷肥+农家肥(NPM),氮磷钾肥+农家肥(NPKM),
无肥(CK),氮肥(N),氮磷肥(NP)和氮磷钾肥(NPK)等不同施肥制度对微生物数量和氨氧化细菌群落结构
的影响.【结果】与对照无肥处理相比,施肥能增加微生物数量并改变氨氧化细菌的群落结构.无机肥配施农家
肥的土壤微生物数量及氨氧化细菌的群落结构丰富度均比施用无机肥的处理高.主成分分析将 8 种施肥处理划分
成两个主成分.植稻土壤,主成分1为NP,NM,NPM和NPKM,主成分2为CK,N,M和NPK;植麦土壤,主成分1
为M,NM,NPM和NPKM,主成分2为CK,N,NP和NPK.主成分1的氨氧化细菌群落结构丰富度高于主成分2.水
稻收获后土壤的氨氧化细菌群落结构丰富度高于小麦收获后土壤.【结论】施肥会改变石灰性紫色水稻土微生物
的数量以及氨氧化细菌的种群结构,无机肥(N,NP,NPK)配施农家肥更有利于提高微生物的数量以及氨氧化细
菌的种群结构进而维持土壤生物肥力状况.
关键词:长期施肥;石灰性紫色水稻土;微生物数量分析;DGGE;氨氧化细菌群落结构
Effect of Different Fertilizer Treatments on Soil
Microbes and Ammonium Oxidizing Bacterial Community in
a Calcareous Purple Paddy Soil
GU Yun-fu1, YUN Xiang1, ZHANG Xiao-ping1, TU Shi-hua2, SUN Xi-fa2, Kristina Lindstr m3
(1College of Resource and Environment, Sichuan Agricultural University, Yaan 625014, Sichuan, China; 2Soil and Fertilizer Institute,
Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China; 3Department of Applied Chemistry and Microbio1ogy,
University of Helsinki 00014, Finland)
Abstract: 【Objective】 In order to better understand the important role of different fertilizer systems on soil fertility buildup
and evolution, the soil microbes and ammonium oxidizing bacterial community under different long term fertilizer treatments were
studied. 【Method】 Based on the N, P, K long-term fertilizer application field experiment on a calcareous purple paddy soil which
was set up in 1982 in Chuanshan district, Suining city, Sichuan province by the Soil and Fertilizer Institute of Sichuan Academy of
Agricultural Sciences, the influence of M, MN, MNP, MNPK, CK, N, NP and NPK fertilizer treatments on soil microbes and
ammonium oxidizing bacterial community structure were analyzed by using the dilution plate counting method or most probable
number method (MPN) and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), respectively. 【Result】 The treatments receiving any
fertilizer application tended to increase the number of soil microbes and alter the ammonium oxidizing bacterial community
4120 中 国 农 业 科 学 41卷
compared with the control (no fertilizer treatment). Among the eight fertilizer treatments, soil samples from the treatments of
chemical fertilizers in combination with farmyard manure acquired higher soil microbial numbers and more complex ammonium
oxidizing bacterial community structure than those receiving chemical fertilizers alone. The principal component analyses (PCA) of
ammonium oxidizing bacterial community structure showed that the eight fertilizer treatments were grouped into two PCAs. In the
soil after rice harvested, PCA1 included NP, NM, NPM and NPKM fertilizer treatments, PCA2 included of CK, N, M and NPK
fertilizer treatments. In the soil after wheat harvested, PCA1 included by M, NM, NPM and NPKM fertilizer treatments. PCA2
included CK, N, NP and NPK fertilizer treatments. The richness of ammonium oxidizing bacterial community in PCA1was higher
than that in PCA2 and also higher in the soil after rice harvested than that after wheat harvested. 【Conclusion】 The results indicated
that different fertilizer treatments resulted in changes of soil microbe number and ammonium oxidizing bacterial community.
Furthermore, chemical fertilizers (N, NP, NPK) combined with farmyard manure were beneficial to increase the soil microbes, enrich
ammonium oxidizing bacterial community, and maintain the soil bio-fertility.
Key words: Long-term fertilization; Calcareous purple paddy soil; Soil microbes; DGGE; Ammonium oxidizing bacterial
community
0 引言
【研究意义】农田生态系统中土壤生物多样性是
物质和能量转化,循环,利用的基础,是生态系统稳
定性和可持续性的保障[1].随着对微生物在农田生态
系统中重要功能认识的不断深入,用土壤微生物生物
量,种群结构以及土壤酶活性等土壤微生物参数来评
价土壤的健康和质量愈来愈受到人们的关注[2-3].氨氧
化细菌被认为是影响硝化作用速率的主要因素[4],是
研究土壤微生物生态学的模式生物[5],广泛用于土壤
质量的监测[6-8].施肥是影响土壤质量及其可持续利用
最深刻的农业措施之一,会对土壤结构,生物肥力和
生产力产生重要影响[3].研究不同施肥处理下土壤微
生物数量以及氨氧化细菌群落结构的差异,对于建立
石灰性紫色土的合理施肥制度,保护土壤生物肥力,
维持土壤质量具有重要意义.【前人研究进展】土壤
微生物特性与土壤质量关系密切,对土壤微生物多样
性研究具有重要意义[9].20世纪90年代中期以来,土
壤质量的微生物学特性及分子生态足迹作为对生态系
统演变的灵敏响应不断得到注意[10-12].人们在重视研
究长期施肥对土壤物理与化学性质影响的同时[13-14],
也不断加强了长期施肥对土壤微生物学特性影响的研
究.Tiquia等[15]研究了地膜覆盖以及施肥对土壤营养
成分,微生物活性以及根际细菌群落结构的影响研究.
Crecchio[16],Phillips[17]和钟文辉[18]等研究了长期耕作,
使用杀虫剂和除草剂以及施肥等不同农业措施对土壤
理化性质,微生物活性以及氨氧化细菌群落结构的影
响.研究结果表明,土壤微生物学特性对各种不同农
业措施产生明显的响应,可以反映土壤质量的变化.
【本研究切入点】中国幅员辽阔,自然条件复杂,植
被类型众多,农业历史悠久,土壤类型丰富,目前,
有关长期施肥对土壤微生物数量特征和特殊生理类群
微生物群落结构影响的研究还不多,关于不同施肥处
理对石灰性紫色土中微生物数量以及氨氧化细菌群落
结构的影响的研究更无报道.【拟解决的关键问题】
在国家科技支撑计划项目的支持下,笔者于2005年
10月和2006年5月,采集8种不同施肥处理下的石
灰性紫色水稻土土样,利用稀释平板计数,最大或然
法(MPN)分析不同施肥处理下石灰性紫色土中土壤
微生物数量,利用变性梯度凝胶电泳法(DGGE)分
析氨氧化细菌群落结构,以期建立该类土壤长效合理
施肥制度,保护土壤微生物,维持土壤质量.
1 材料与方法
1.1 试验点及试验处理
试验在四川省农业科学院土壤肥料研究所于20
世纪80年代初建立的"水稻氮,磷,钾长期定位施肥"
基地进行.试验基地位于四川省遂宁市船山区联盟乡
二村五组,气候为亚热带湿润季风气候,全年气候温
和,光照较少,雨量充沛,四季分明.试验始于1982
年,土壤为原生钙质紫色土属,遂宁组母质,二泥田
土种.供试土壤当时的基本理化性质见表1.试验采
用完全随机区组设计方案,设置10个处理:①农家肥
(主要成分为猪厩肥,有机质含量1.5 g·kg-1,M);
②NM;③NPM;④NPKM;⑤CK(无肥区);⑥N;
⑦NP;⑧NPK.各处理每种肥料的施用量为,农家肥
(M):3×104 kg·ha-1;氮肥(N):55.2 kg·ha-1;磷
肥(P2O5):13.2 kg·ha-1;钾肥(KCl):31.5 kg·ha-1.
每种处理设4次重复,共32个小区,小区面积4.4 m×3
m.整个试验小区之间用水泥板隔开,重复之间留有
12期 辜运富等:不同施肥处理对石灰性紫色土微生物数量及氨氧化细菌群落结构的影响 4121
表1 钙质紫色土定位试验点的最初养分状况
Table 1 Nutrient status of the calcareous purple soil from the long-term fertilizer experiment prior to study
土样类型
Soil type
pH 有机质
OM
(g·kg-1)
全氮
TN
(g·kg-1)
全磷
TP
(g·kg-1)
全钾
TK
(g·kg-1)
碱解氮
Alkali-hydrolyzable
nitrogen
(mg·kg-1)
有效磷
Available
phosphorus
(mg·kg-1)
有效钾
Available
potassium
(mg·kg-1)
缓效钾
Slowly available
potassium
(mg·kg-1)
钙质紫色水稻土
Calcareous purple paddy soil
8.6 15.9 1.09 1.35 26.89 66.3 3.9 130.6 699.4
排水沟.采用小麦-水稻轮作.
1.2 取样方法
于2005年10月水稻收割后和2006年5月小麦收
割后,在田间采用"梅花型"布点取样,用土钻采取
0～20 cm的土样,混匀,用无菌PET树脂袋封装带回
实验室.立即进行土壤微生物数量的分析以及土壤中
DNA的提取.另取一部分放于室内风干,研细过2 mm
筛,用于土壤理化性质的分析.其它放在-20℃的冰
箱里保存以备后续分析.
1.3 土壤微生物数量的测定[19]
土壤微生物数量采用固体平板法进行分离测定.
细菌,真菌,放线菌分别用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,
马丁氏培养基和改良高氏l号培养基;自生固氮菌用
阿须贝氏培养基进行选择性培养,稀释平板法计数;
硝化细菌,反硝化细菌,氨氧化细菌,纤维素分解菌
均采用各生理类群的特定液体培养基进行选择性培
养,利用MPN法计数.
1.4 土壤氨氧化菌群落结构的PCR-DGGE分析[20]
1.4.1 主要仪器和试剂 DGGE所用仪器the
D-codeTM Universal Mutation Detection System
(Bio-Rad Co.).引物扩增16S rDNA V3高变区,第
一轮PCR扩增所用引物为CTO189Abf,CTO189Cf
和CTO654r,第二轮PCR扩增所用引物为P338f-GC
和P518r.引物均由上海生工生物工程技术服务有限
公司合成,具体引物序列参见文献[20].
1.4.2 土壤微生物总DNA提取 采用Fast DNA SPIN
Kit For Soil(Bio-Rad Co.)的试剂盒方法,称取0.5 g
-20℃保存的土壤样品,按试剂盒给定步骤进行土壤
微生物总DNA的提取.
1.4.3 氨氧化菌 16S rDNA 的 PCR 扩增 采用
Nested-PCR程序.
第一次PCR:所用引物为扩增氨氧化细菌16S
rDNA的引物CTO189Abf,CTO189Cf和CTO654r.
反应体系为:PCR Master Mix(TIANGEN BIOTECH.
BEIJING)25 l,每种引物0.5 l(25 pmol· l-1),0.5
l 10倍稀释的土壤总DNA,加ddH2O至终体积50 l.
为减少扩增过程中的非特异性产物,采用Touch-down
PCR程序,反应程序:94℃预变性5 min,94℃ l min,
65～55℃50 s(每个循环温度降低0.5℃),72℃1.30
min,20个循环,然后在其它条件不变的情况下,在
55℃的退火温度下继续扩增15个循环,72℃ 7 min,
最后于4℃恒定保存.
第二次PCR:第一次PCR产物1：10稀释后作模
板进行,引物为P338f-GC和P518r,体系:10×PCR
buffer 缓冲液5 l,MgCl2(25 mmol· l-1)3 l,dNTP
(2.5 mmol· l-1)1 l,P338F-GC(25 pmol· l-1)0.5 l,
P518R(25 pmol· l-1)0.5 l,Taq DNA聚合酶(5 u· l-1)
0.5 l,模板DNA 1 l,加ddH2O至终体积50 l.反
应程序是在第一轮PCR的基础上,退火温度变为在前
20个循环中为63～53℃,后15个循环为53℃,其它
步骤与第一轮PCR相同.
取PCR产物各3 l,1.0%琼脂糖凝胶电泳检测
(D-code TM,Bio-Rad),Bio-Rad公司凝胶成像系
统(Gel Doc Documentation System)观察.
1.4.4 PCR 产物的变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析
取第二次PCR产物15 l进行DGGE分析,变性剂梯
度范围为20%～50%,聚丙烯酰胺凝胶浓度为8%
(100%的变性剂为尿素7 mol和40%的去离子甲酰
胺).在1×TAE缓冲液中,50 V 30 min进胶,再在
150 V 60℃下电泳5 h.电泳后采用银染法对凝胶进行
染色.然后用数码相机拍照.DGGE指纹图谱分析借
助于Bio-Rad公司的凝胶成像系统(Quantity One,
Bio-Rad,USA)分析样品电泳条带.
在图像处理过程中,对于在DGGE电泳图上是肉
眼可见,但被软件忽略掉的一些小条带进行了手动处
理,条带的密度由该软件自动算出.
1.5 数据处理
微生物数量测定数据的处理利用Excel软件完成,
数据之间的方差分析以及氨氧化细菌DGGE图谱的主
成分分析利用SPSS12.0完成.
4122 中 国 农 业 科 学 41卷
2 结果与分析
2.1 长期不同施肥对土壤微生物数量的影响
各种不同施肥处理,水稻和小麦收获后土壤微生
物数量的测定结果分别见表2和表3.
从表2和表3可以看出,土壤微生物数量以N,P,
K配施农家肥(NPKM)的最高,对照不施肥处理(CK)
最低,施氮(N)处理土壤次低.但本试验中,不施
农家肥处理(NP,NPK)的土壤微生物数量增加并不
明显,只是高于不施肥(CK)和不施氮肥(N)的处
理.分析原因是农家肥虽然营养元素比较全面,但各
矿质营养元素的含量较少,不能满足土壤各类微生物
的需要.对比不施肥(CK)处理,各种施肥处理均能
增加土壤中的微生物数量.另外各施肥处理中,无机
肥配施农家肥处理的土壤微生物数量比施用无机肥处
理的土壤要高.
表2 水稻收获后不同施肥处理对土壤微生物数量的影响
Table 2 Effect of long-term fertilization on the number of soil microbes after rice harvest (cfu·g-1)
处理
Treatment
细菌
Bacteria
(×106)
放线菌
Actinomycetes
(×104)
真菌
Fungi
(×103)
自生固氮菌
Azotobacteria
(×104)
纤维素降解菌
Cellulose decomposing
bacteria (×105)
硝化细菌
Nitrifiers
(×105)
氨氧化菌
Ammonifers
(×105)
M 1.96c 2.94ab 0.91b 0.92ab 0.94ab 1.03c 4.71b
NM 2.12c 3.48a 1.07ab 0.92ab 0.97ab 1.31b 6.86a
NPM 2.78b 3.78a 1.33a 0.97ab 1.07ab 1.57a 6.85a
NPKM 3.99a 3.82a 1.51a 1.13a 1.23a 1.70a 6.27a
CK 1.45d 1.23c 0.92b 0.48c 0.58b 0.86c 1.16d
N 1.68c 1.88bc 0.65b 0.61bc 0.67b 0.54d 3.06c
NP 1.75c 2.05bc 1.04ab 0.67bc 0.73b 0.87c 3.05c
NPK 2.45bc 2.35b 1.29a 0.78bc 0.85b 0.94c 4.01b
数据后具有相同字母表示差异不显著(Duncan 新复极差法测验P=0.01).下表同
The same letter after the numbers mean the treatments are not significantly different (P=0.01, LSR test). The same as Table 3

表3 小麦收获后不同施肥处理对土壤微生物数量的影响
Table 3 Effect of different fertilization on the number of soil microbes after wheat harvest (cfu·g-1)
处理
Treatments
细菌
Bacteria
(×106)
放线菌
Actinomycetes
(×104)
真菌
Fungi
(×103)
自生固氮菌
Azotobacteria
(×104)
纤维素降解菌
Cellulose decomposing
bacteria (×105)
硝化细菌
Nitrifiers
(×105)
氨氧化菌
Ammonifers
(×105)
M 2.68a 1.02ab 2.37a 0.98b 1.17b 3.97bc 2.88c
NM 3.54a 0.99a 3.19a 0.97b 1.28b 4.03bc 3.25b
NPM 3.76a 1.03ab 3.36a 1.01ab 1.34ab 4.45b 3.73a
NPKM 4.07a 1.25ab 3.24a 1.25a 1.67a 5.79a 3.92a
CK 2.09a 0.65ab 1.75a 0.67c 0.57c 1.35d 0.78e
N 2.43a 0.27b 1.83a 0.77bc 0.87c 1.64d 1.13d
NP 2.91a 0.89a 2.32a 0.69c 0.89c 2.20d 2.63c
NPK 3.38a 0.98a 3.22a 0.84bc 0.94b 3.29c 2.68c
试验点长期采用水稻-小麦轮作方式,每季作物种
植后的土壤微生物数量有所差异.具体表现在:种植
水稻后土壤中放线菌和氨氧化菌数量高于种植小麦后
的土壤;细菌,真菌和硝化细菌表现为种植水稻的土
壤高于种植小麦的土壤.而对于纤维素降解菌和固氮
菌来说,二者在土壤种植不同作物后,变化不大.结
果显示,不同作物对土壤中的微生物数量有不同影响.
原因是不同作物能够分泌不同的根系分泌物,而土壤
中的各种微生物对这些分泌物具有不同的响应作用.
从而表现出不同的数量变化特点.
三大类微生物中,以细菌的数量最大,放线菌次
之,真菌的数量最少.特殊生理类群的细菌中,自生
12期 辜运富等:不同施肥处理对石灰性紫色土微生物数量及氨氧化细菌群落结构的影响 4123
固氮菌数量最少,植稻后土壤氨氧化细菌数量最多,
植麦后土壤硝化细菌数量对大.
2.2 不同施肥处理对土壤氨氧化细菌多样性的影响
2.2.1 土壤氨氧化细菌群落DGGE图谱分析 应用
DGGE技术对PCR产物进行分离,通过指纹图谱可以
看到分离为若干条带(图1),不同土壤样品出现的
带型有一定差别,对DGGE图谱进行统计发现:供试
土壤在DGGE图谱中电泳条带数目,强度和迁移率均存
在一定程度的差异,充分显示了氨氧化细菌的多样性.
图谱中,不同处理土壤样品间具有一些共同的条
带(箭头所示),说明供试土壤间可能存在共同的氨
氧化细菌类群,但这些公共条带的亮度不相同,显示
土壤氨氧化细菌在DNA水平上有一定的改变.就8
种施肥处理而言.通过指纹条带数目的多寡可以看出,
不论是淹水种稻后还是旱季种植小麦后,长期无机肥
与农家肥配施的土壤DNA条带数量相对其它施肥处
理明显偏多,说明长期无机肥配施农家肥能够增加土
壤中氨氧化细菌种群丰富度,而不施肥或者只施无机
肥处理,不利于土壤中氨氧化细菌的生长,故条带减
少,种群丰富度降低.造成该现象的原因是在施用无
机肥基础上,配施农家肥可以改善土壤的营养条件,
为氨氧化细菌提供更佳的生境条件及更多的营养物
质,从而促进种类和数目的增加.
另外,通过DGGE图谱可以看出,种植水稻和小
麦后土壤中氨氧化细菌的群落结构既有相似之处也有
所差异,相似之处在于不管种植哪种作物,DGGE图
谱的C区域都会由于条带数目过多而出现明显的
"Smear"区域,该区域无机肥配施农家肥处理(NM,
NPM,NPKM)的颜色均深于无肥(CK)及无机肥处
理(N,NP,NPK);水稻收获后土壤DGGE图谱中
的"Smear"区域颜色深于小麦收获后土壤DGGE图
谱中的相应区域.说明水稻收获后土壤的氨氧化细菌
群落结构丰富度高于小麦收获后土壤,原因可能是由
于水稻收获前土壤落干过程刺激了氨氧化细菌的大量
繁殖,而小麦收获前由于气温较高,土壤干燥而抑制
了土壤氨氧化细菌的生长.
2.2.2 土壤氨氧化细菌DGGE图谱的主成分分析 为
进一步了解8种不同施肥处理对氨氧化细菌群落结构
的影响,利用主成分分析法对不同施肥处理下的氨氧
化细菌群落结构DGGE图谱进行统计分析,结果如图
2-A和图2-B所示.可看出,在种植水稻和小麦时,
不同施肥处理对氨氧化细菌群落结构具有不同的影
响.各施肥处理均被分成两个主要主成分.水稻收获
后,土壤的主成分1为NP,NM,NPM与NPKM,
主成分2为CK,N,M和NPK;而小麦收获后,土
壤的主成分1为M,NM,NPM与NPKM,主成分2
为CK,N,NP和NPK.通过对比相应施肥处理下的
氨氧化细菌群落结构丰富度,可以看出主成分1与氨
氧化细菌群落结构丰富度呈正相关关系,主成分2与
氨氧化细菌群落结构丰富度呈负相关关系.在种植水
稻的情况下,主成分1和2的特征值分别占了总方差
的49.89%和27.96%.而在种植小麦的情况下,主成
图1 种植水稻和小麦后土壤氨氧化细菌的DGGE指纹图谱(A,水稻;B,小麦)
Fig. 1 DGGE profile of ammonium oxidizing bacterial communities of the soil after rice (A) and wheat (B)
4124 中 国 农 业 科 学 41卷
图2 不同施肥处理下氨氧化细菌DGGE图谱的主成分分析(A. 水稻;B. 小麦)
Fig. 2 Ordination plots of the principal component analyses based on the DGGE profile of AOB: (A) rice and (B) wheat under
different fertilizer treatments
分1和2的特征值分别占了总方差的64.14%和
13.46%.
3 讨论
3.1 不同施肥处理对石灰性紫色土上种植水稻和小
麦后微生物数量的影响
农业实践管理措施是影响土壤中各种微生物数
量,活性及群落结构等的重要因素,如灌溉,氮肥施
用和种植处理等因素都会影响到土壤中各种微生物的
数量和结构[21].本试验表明,不同施肥处理以及作物
种植制度都会对土壤中的各种微生物数量形成影响.
表现为施肥能增加土壤中微生物的数量,无机肥配施
农家肥处理表现更显著,以NPK配施农家肥处理的各
种微生物数量最高.众多研究表明,农家肥或者有机
肥的施入,可以增加土壤的有机质,从而改善土壤的
物理结构,从而增加土壤中各种微生物的数量.本试
验结果与该结论相似.NPK配施农家肥能够在增加土
壤有机质的前提下,提供更为全面的营养物质,所以
该处理的土壤微生物数量也最高.值得一提的是,前
人研究显示[22-23],施氮与对照(CK)相比,会减少土
壤中的微生物数量,但在本试验中,施氮能提高土壤
中各种微生物的数量.原因可能是施氮能够促进作物
的发育,从而得到更多的根系分泌物,进而提高土壤
中微生物数量.
不同作物可以分泌不同的根系代谢产物,对土壤
中的微生物具有选择性作用.本试验表明石灰性紫色
土中,种植水稻和小麦后土壤具有不同的微生物数量.
3.2 不同施肥处理及种植稻,麦对土壤氨氧化细菌群
落结构的影响
PCR-DGGE技术是研究环境样品非(难)培养微
生物的有效方法,可以从土壤微生物宏基因组的角度
揭示其多样性.土壤微生物多样性会对农业管理措施
产生及时而准确的响应.宋亚娜等[24]研究证实不同作
物种植体系会影响根系土壤氨氧化细菌的群落结构.
袁飞等[25]研究发现,土壤不同,氨氧化细菌的种群结
构和优势种属也不一样,认为这主要与土壤环境不同
有关,其中土壤pH是最重要的影响因素.本试验中,
不同施肥制度下土壤的pH变化不大(数据已另文发
表),而氨氧化细菌群落结构明显不一样,显示施肥
是影响土壤中氨氧化细菌群落结构变化的重要因素.
本试验8种施肥处理中,施用农家肥能够明显增加土
壤中氨氧化细菌的种群结构,土壤中氨氧化细菌群落
结构丰富度的变化特点依次:无机肥配施农家肥处理
>不施肥对照处理(CK)>无机肥处理.说明农家肥
对于氨氧化细菌的发育具有促进作用.原因可能是由
于农家肥能够增加土壤的营养元素,改善土壤的团粒
结构,进而为氨氧化细菌提供更好的生境条件.稻麦
轮作是研究区常用的作物种植方式,两种作物种植后
土壤的氨氧化细菌DGGE图谱既有差异又有相似之
处,说明水稻和小麦种植会对土壤中的氨氧化细菌产
生一定的影响,原因是由于淹水种稻改变了土壤环境
条件,由小麦季的氧化状况变为水稻季的还原(嫌气)
状况,同时两种作物分泌不同的代谢产物,对土壤中
的氨氧化细菌具有选择性作用.但不管种植哪种作物
12期 辜运富等:不同施肥处理对石灰性紫色土微生物数量及氨氧化细菌群落结构的影响 4125
都不能改变石灰性紫色水稻土本身的类型.而研究表
明,土壤中微生物的种群结构主要受该土壤类型以及
所在地区的气候条件影响[26],所以氨氧化细菌种群结
构在种植水稻和小麦的情况下变化并不明显,具有相
似性.通过主成分分析,不同作物种植下,8种施肥
处理均被分成2个主成分,但各主成分的组成因子却
各不相同,说明石灰性紫色土上种植水稻和小麦会形
成不同的氨氧化细菌群落结构.本试验通过对长期不
同施肥处理下土壤微生物数量及群落结构的变化进行
分析,以期在石灰性紫色土区建立长效合理施肥制度,
保护土壤生物,改善石灰性紫色土的土壤质量.
4 结论
4.1 长期施肥会改变石灰性紫色土壤中微生物数量
及氨氧化细菌群落结构,无机肥特别是NPK肥配施农
家肥不但可以提高土壤中的微生物数量也能明显提高
氨氧化细菌的群落结构丰富度,说明无机肥配施有机
肥更有利于保护土壤微生物,维持土壤生物肥力.
4.2 各施肥处理均被分成两个主要主成分.水稻收获
后,土壤主成分1为NP,NM,NPM与NPKM,主
成分2为CK,N,M和NPK;小麦收获后,土壤主
成分1为M,NM,NPM与NPKM,主成分2为CK,
N,NP和NPK.通过对比相应施肥处理下的氨氧化细
菌群落结构丰富度,可以看出主成分1与氨氧化细菌
群落结构丰富度呈正相关关系,主成分2与氨氧化细
菌群落结构丰富度呈负相关关系.
致谢: DGGE实验在浙江大学环境与资源学院土水资源
与环境研究所完成,特此致谢!

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(责任编辑 李云霞)