缓控释肥处理下油橄榄土壤微生物多样性特征分析.pdf

/缓控释肥处理下油橄榄土壤微生物多样性特征分析秃玉翔 胡青 辛培尧 陆斌 郭永清 赵敏 郝佳波 赵川 徐亮(西南林业大学园林园艺学院 云南 昆明 云南省林业和草原科学院 云南 昆明 西南林业大学国家林业和草原局西南风景园林工程技术研究中心 云南 昆明 西南林业大学西南地区生物多样性保育国家林业和草原局重点实验室 云南 昆明)摘要:为了探究油橄榄健康施肥和实现土壤可持续化经营管理提供理论和实践依据 采用 高通量测序技术对不同缓释肥处理下的油橄榄种植地 和 土层土壤微生物多样性及群落特征进行研究 结果显示:()细菌 隶属于 门 纲 目 科 属 真菌 隶属 门 纲 目 科 属()变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门为优势细菌门 子囊菌门、担子菌门和被包霉门为优势真菌门 假单胞菌属、索利红杆菌属、和红色杆菌属为优势细菌属 镰刀菌属、无茎真菌属、瓶毛壳属、小囊菌属和葡孢霉属为优势真菌属()施肥处理能明显促进土壤中 土层的真菌和 土层的细菌生长 而抑制 细菌生长()细菌和真菌群落分布与土层相关性较小 各个处理下土壤细菌群落结构差异不明显 而真菌则存在明显差异 研究表明 施用缓控释肥能够有效增加土壤中微生物多样性 尤其是混合施肥效果更明显 半焦肥 颗力浮丸的组合可作为生产实践中的优选参考方案关键词:油橄榄 缓控释肥 微生物群落结构 微生物多样性中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():()()第 卷 期 年 月 西 部 林 业 科 学 收稿日期:基金项目:云南省科技厅重大科技专项计划()云南省种子种业联合实验室项目()云南省科技厅高层次科技人才及创新团队选拔专项()第一作者简介:秃玉翔()男 硕士研究生 主要从事园艺植物遗传育种研究:通信作者简介:胡青()女 博士 副研究员 主要从事经济林培育和土壤肥力研究:()():油橄榄()为木犀科()木犀榄属()的一种常绿小乔木植物原产在地中海沿岸一带的小亚细亚等地区 与油茶()、棕榈 ()和椰子()合称世界四大木本油料作物 油橄榄 世纪 年代开始引种至我国 现在云南、甘肃、四川等主产区大规模种植 云南油橄榄种植区大多为黏重酸性土壤 透气性差、易板结、保肥能力差等因素使其生长受到制约 严重阻碍了油橄榄植株的健康生长 导致其产量低 因此 亟需探究适合的肥料和合理的施肥方案以改变土壤环境现状使之更适宜油橄榄生长 提高产量高效施肥既能提高肥料利用效率 又能保持土壤长期可持续生产 新型缓控释肥料中的天然活性有机物质具有络合性、吸附性等特点 在进入土壤后能够激发土壤微生物活性 从而促进有机氮(微生物氮)和无机氮的交换 新型缓控释肥料比普通化肥具有更高的利用率 能够减少化肥用量从而保护环境 成为替代传统化肥的最佳作物用肥土壤微生物是土壤生物中最为活跃的部分 能够运输和供应养分以及调节土壤环境 是植物体生长中不可或缺的部分 其种类和数量能够反映出该环境下其群落的多样性水平 能够表现出土壤微生态的稳定程度 土壤微生物的活跃程度与土壤肥力存在一定关联 研究表明土壤微生物丰富程度能够决定土壤品质与作物的适宜程度和对作物的养分供应状况 土壤微生物多样性是影响土壤生产力的重要因素 土壤微环境越复杂 功能就越稳定冯军等以栽培方式结合不同施肥水平对比发现 秸秆覆盖缓释肥减量 与沟垄覆盖缓释肥减量 的方式更利于油菜的土壤微生物生长 任宏芳等对气候变化背景下缓释肥处理的麦田土壤进行微生物测序分析 发现气候环境变化较缓释肥处理对土壤微生物影响更大 进一步认识了影响土壤微生物结构和特征的内外因素 唐亚福发现苹果施加活化腐植酸缓释肥后均能够增加土壤细菌数量及种类 但是会减少真菌及群落结构 这些研究均能说明缓释肥的使用能够显著影响土壤中的微环境变化 且表现出缓释肥在生产中具有良好的使用前景 但国内关于缓释肥对油橄榄土壤微生物多样性的影响还鲜有报道 本研究对 生的油橄榄施用不同组合方案的缓控释肥 通过分析不同施肥处理下油橄榄不同土层的微生物多样性 揭示新型缓释肥组合对油橄榄土壤微生物群落结构的影响 以期为油橄榄种植地的土壤质量管理和合理施肥提供参考 材料与方法 试验区概况试验区为丽江市玉龙纳西族自治县大具乡田园油橄榄基地()平均海拔 该区域土壤 含有机质 /、碱解氮 /、有效磷 /、速效钾 /容重 /孔隙度 土质为粉壤土 地处玉龙雪山北麓、金沙江畔的干热河谷区 年降水量 年活动积温 月极高温 月极低温 年均气温约 试验材料于 年 月在试验地选取 生油橄榄“柯基”()进行施肥试验肥料为生物质活性半焦矿物肥料和控释肥组合使用 半焦肥为包头市新木集团生产的将生物激素应用于生物肥料的新型肥料 控释肥为精耕天下(深西 部 林 业 科 学 年圳)生态科技有限公司出品的大颗粒网络控释肥商品名为“力浮丸”试验设计试验设置 个处理组 包括不施肥对照处理()每组重复 次 每组施肥处理 棵树(表)施肥采用环状施肥 深度 试验期间各处理管护措施保持一致 施肥 后对土壤进行取样 土壤样品采集及测序于 年 月进行土样采集 在各试验处理点内 先除去地面枯枝落叶 再依据“”型取样法在各个取样点分别挖出剖面 分别水平采集 土层()、土层()土壤样品 去除植物碎屑和碎石后 分别将每组取样点中的同一土层样品混合 按顺序将处理组与对应样品编号(表)后放于冷藏箱内带回试验室保存在 下 后续送样至杭州研趣信息技术有限公司进行土壤微生物 提取、扩增及高通量测序表 施肥处理方案与土壤样品编号 处理组编号方案土层深度/样品编号 半焦肥 颗力浮丸 半焦肥 颗力浮丸 半焦肥 颗力浮丸 半焦肥 颗力浮丸 半焦肥 颗力浮丸 半焦肥 半焦肥 半焦肥 半焦肥 半焦肥 颗力浮丸()半焦肥 颗力浮丸 数据处理及分析根据 引物和 划分样品 使用在线软件 进行 拼接 使用 软件将大于 相似度的序列聚类为分类单元()并去除嵌合体后得到有效序列数 真菌采用 (:/)数据库、细菌采用 (:/)数据库对 同源性的 代表序列进行物种注释 之后对所有样品做均一化处理 后续分析均使用处理后的数据进行采用 统计测序数据 使用软件()绘制出物种结构柱状图 计算 多样性并进行分析 包括、和 等多样性指数 得到样品内物种 信息后 使用 脚本的 包制作花瓣图 包绘制聚类热图 包绘制 分析的二维排序图 结果与分析 不同施肥处理下土壤微生物群落差异不同施肥处理下土壤微生物中共有与特有的 信息如图 所示 从细菌 花瓣图(图)可知 特有的细菌 数量最多的是 最少的是 在 土层样品中 所有施肥处理的土样中细菌特有 数均大于对照样品()在 土层中 除了 其余细菌 数均小于对照样品()说明施肥处理后 细菌增加而 细菌则被抑制 从真菌 花瓣图(图)可知 特有的真菌 数量最多的是土样 最少的是土样 在两个土层中 所有施肥处理的土壤样品中真菌特有 数均大于对照样品 不同施肥下土壤微生物 多样性由表 所示 在细菌群落丰富度方面 土壤中施肥处理后的各样品 指数均高于对照样品()处理、的促进效果更为明显 处理 与对照样品相比促进效果并不显著 施肥样品的 指数除了处理、较对照样品()高 其中处理 较为显著 其余各样品均低于对照样品 只有施用少量半焦肥的情况下可以促进一部分细菌生长 但差异并不显著 在多样性方面 施肥处理的 土壤中细菌 指数、指数、指数、指数和 指数较对照样品 第 期 秃玉翔等:缓控释肥处理下油橄榄土壤微生物多样性特征分析均显著升高 表明施肥处理能够提高 土壤中细菌多样性 土壤中细菌 指数、指数、指数、指数和 指数较对照样品显著降低图 不同处理下土壤 花瓣图 表 不同施肥处理下土壤细菌 多样性指数 样品编号 注:表示有效序列量 指数表征丰富度 指数表征物种数 和 指数表征多样性 指数表征均匀度 指数表征覆盖度 下同西 部 林 业 科 学 年 如表 所示 在真菌群落丰富度方面 施肥处理后的各样品 指数均高于对照样品 与对照样品 相比促进效果相对较低 土壤施肥处理后的各样品 指数均高于对照样品 和 的促进效果更为明显 与对照样品相比促进效果相对较低 在多样性方面 施肥处理后 土壤中真菌除 外其余各样品的 指数、指数、指数和 指数显著高于对照样品 而 指数略低 土壤中真菌的 指数、指数、指数和 指数较对照样品显著升高 而 指数略微降低表 不同施肥处理下土壤真菌 多样性指数 样品编号 不同施肥处理土壤微生物优势种类相对丰度油橄榄所有土样中共检测出细菌 门 纲 目 科 属 真菌 门 纲 目 科 属 由图 可知 所有土样中的丰度前 的优势菌门为变形菌门()、放线菌门()、酸杆菌门()、厚壁菌门()、绿弯菌门()和芽单胞菌门()与对照样品相比 所有 施肥样品的变形菌门丰度降低 酸杆菌门和芽单胞菌门丰度上升 同时所有施肥样品 土壤中的变形菌门丰度升高 而绿弯菌门、酸杆菌门和放线菌门丰度降低由图 可知 土壤中真菌主要由子囊菌门()、担子菌门()和被包霉门()组成 与对照土样相比 所有施肥后 样品的子囊菌门的丰度显著降低担子菌门和被包霉门等均显著增加 处理 号对 土壤的子囊菌门、担子菌门和被包霉门丰度影响均不大 的施肥土样与对照土样相比 所有施肥土样的子囊菌门和被包霉门的丰度均显著增加 而担子菌门的丰度急剧减少 第 期 秃玉翔等:缓控释肥处理下油橄榄土壤微生物多样性特征分析图 不同施肥处理土壤细菌门水平相对丰度 图 不同施肥处理土壤真菌门水平相对丰度 西 部 林 业 科 学 年 如表 所示 不同施肥处理分别促进不同的菌群生长 镰刀菌属()在处理 所占比例最大 为 无茎真菌属()在处理 所占比例最大 为 瓶毛壳属()在处理 所占比例最大 为 小囊菌属()在处理 所占比例最大 为 葡孢霉属()在处理 所占比例最大为 与 对照土样相比 每组施肥处理中半焦肥的增加呈现出一增一减的趋势 所有施肥的土样中镰刀菌属中除了处理、丰度略微降低 其余均显著升高 无茎真菌属丰度均存在降低趋势 不同处理下呈现出大幅度的无规律变化处理、和 降低最明显 瓶毛壳属丰度在 中明显升高 其余均显著降低 小囊菌属除了在处理 和 中丰度升高 其余显著降低 葡孢霉属在处理、中丰度大幅度升高其余均降低 与对照土样相比 所有施肥后的 土壤中 镰刀菌属除了处理 丰度略有降低其余均明显升高 无茎真菌属除了处理、和 丰度显著降低 其余均有明显的上升趋势 但在只施半焦肥的处理中随着半焦肥施用量增加呈现出一升一降的结果 瓶毛壳属除了处理 升高 其余均明显降低 小囊菌属除了处理、和 降低 其余明显升高 其中处理 最明显 葡孢霉属除了处理、和 降低 其余显著升高 并且随半焦肥增加 丰度降低幅度减小表 不同施肥处理下土壤属水平真菌群落相对丰度 样品编号镰刀菌属无茎菌属瓶毛壳属小囊菌属葡孢菌属 注:优势真菌属为镰刀菌属()、无茎菌属()、瓶毛壳属()、小囊菌属()、葡孢菌属()如表 所示 假单胞菌属()在处理 所占比例最大 为 在处理 所 占 比 例 最 大 为 索 利 红 杆 菌 属()在 处 理 所 占 比 例 最 大 为 在处理 中所占比例最大为 红色杆菌属()在处理 中所占比例最大 为 与对照土样相比 所有施肥处理后均使 土壤中的假单胞菌属和红色杆菌属丰度显著降低 而、索利红杆菌属和 略微增加但并不显著 与对照土样相比 所有施肥处理后均使 土壤中的假单胞菌属丰度显著升高 红色杆菌属丰度明显降低、索利红杆菌属和 的丰度变化并不显著 第 期 秃玉翔等:缓控释肥处理下油橄榄土壤微生物多样性特征分析表 不同施肥下土壤属水平细菌群落相对丰度 样品编号假单胞菌属 科未定名索利红杆菌属 纲未定名红色杆菌属 注:优势细菌为假单胞菌属()、索利红杆菌属()、红色杆菌属()不同施肥处理土壤微生物群落的相似性微生物物种丰度热图可以反映样品之间的物种组成和差异 也可以对物种进行聚类分析 由细菌属水平上的物种丰度热图(图)可知 处理、和 在物种组成上较为相似 处理、和 在物种组成上较为相似 处理 与、和 物种组成上具有较大的差异 处理 的假单胞菌属()、土微茵属()、红色杆菌属()及游动微菌属()组成比例较大 而、和 处理的 土层则较小如图 所示 土壤真菌在属水平上的热图分析表明 号与和 号的不同土层之间物种组成差异较大 处理与 处理()的不同土层之间物种组成差异较小 处理 和 在真菌群落组成上较为相似 不同施肥处理的样品在不同深度的土层中优势真菌属存在较为明显的差异 聚类比较分散 说明真菌的群落组成在属水平上与土层相关性较小 不同施肥处理土壤微生物物种差异特征图 所示 在土壤细菌 分析结果中 各样品之间分离均不明显 各处理间的土壤细菌群落结构差异较小 其中:处理 和 、和 距离最近 处理 与对照样品 距离较远分离明显 处理 土壤中细菌群落结构存在明显差异 土壤真菌 分析中 样品间分离明显 且与对照处理 和 也存在明显差异 其中:处理 与对照样品差异最明显 处理下土壤真菌群落结构差异明显 处理 与 处理 与 的距离最近 差异不明显 处理 和 处理对土壤真菌群落结构影响较小西 部 林 业 科 学 年图 不同施肥处理下土壤细菌群落属水平上的物种丰度热图 图 不同施肥处理土壤真菌群落属水平上的物种丰度热图 第 期 秃玉翔等:缓控释肥处理下油橄榄土壤微生物多样性特征分析图 不同处理下土壤微生物群落结构 分析注:图中横纵坐标各表示一个主成分 百分比为各主成分对样品差异的贡献值 在细菌中 为 、为 真菌中主成分 为 、为 比值越小 说明样品之间的群落组成越近似 讨论与结论 讨论本研究结果显示 不同土层中的微生物群落结构及物种多样性方面存在差异 土层微生物多样性指数显著高于 土层 此结果与赵彬阳等在研究枯落物输入变化条件下云南松()林地土壤特征研究中的微生物数量结果相似 而细菌种类远大于真菌 只是不同微生物种类的丰度变化有所差异 曾维军等在探究菌塘土壤营养变化与其微生物多样性变化时也得出相似的结果 这可能是由于土壤表层部分的物质难以渗入深层土壤 使得土壤表层养分充足 同时有机质的输入能够激发土壤细菌的分解能力 从而促进了其大量生长和繁殖 本研究结果表明施肥处理后的土壤微生物数量相比不施肥处理都有所增加 这主要是由于施用的肥料中含有的有机物质能使微生物更容易获得养分 从而为土壤微生物提供额外的代谢营养元素混合施肥能全面供给作物生长所需养分 改良作物对养分的吸收条件从而提高肥效 增强土壤的可持续利用 马肖发现使用缓释肥与化肥混施的方式能影响土壤菌群中与植物养分吸收有关的菌群来促进植物养分吸收 包明琢等发现在磷肥中加生物炭能够有效改善杉木 ()林分的土壤养分 总体上能够丰富土壤微生物种类 在本试验结果中 混施方案的微生物数量明显优于单施方案 并且能够改善种植地 土层土壤细菌群落多样性和 土层真菌群落多样性 其中在 号(半焦肥 颗力浮丸)方案中体现出最明显的优势 该结果与前人研究结果基本相似 因此 今后在油橄榄生产栽培中可考虑以该方案作为复合缓释肥的开发与推广应用对象 以达到改善土壤性质、增加产量的目的 使其发挥最大效用 同时 该施肥方案会促进镰刀菌属真菌的大量生长 因此在推广该施肥方案时 也需要采取预防和防治苗木产生根腐病害的措施 具体可参考庞跃刚等的防治方法土壤中的放线菌可以大量分解土壤中的植物有机残体 还能改善土壤的团粒结构 是生产抗生素和生长调节剂等最实用的资源 已成为植物病害防治、生长环境改善及维持土壤资源持续发展的重要措施之一 有研究发现 土壤中的放线菌对水稻()、番茄()和金银花()等多种植物具有良好的防病与促生作用 本研究经施肥处理后 土层土壤中的放线菌丰度显著增加 放线菌丰度增加的原因可能是:一方面 由于在自然条件下 一部分微生物通过产生代谢产物供其他细菌使用 促进土壤中的元素释放 形成化学循环 同时产生放线菌 另一方面 由于气温较高 放线菌会形成特殊的代谢机制并产生独特的次生代谢物 这些次生代谢物中含有的有机酸和氨基酸等小分子化合物能够供给放线菌适应环境以维西 部 林 业 科 学 年持自身的物种多样性镰刀菌属在自然界中分布广泛 作为植株根腐枯萎病主要病原菌 在作物致病源头中扮演重要角色 因其所致病害在如豇豆 ()和花魔芋()等农作物以及牛膝()和藏红花()等中药材及其他 多种植物中都有发生 在本试验中 镰刀菌属除了在处理、丰度略微降低 其余土样均能促进生长 尤以其在处理 中所占比例最大 这说明其在 号方案(半焦肥)表层土壤中生长最活跃 因此 号方案(半焦肥)对作物存在很大的病害隐患 不建议在实际生产中应用 结论缓释肥处理下的油橄榄种植地 和 土层的土壤微生物多样性较为丰富 个优势细菌门相互之间表现出的差异不明显 个优势真菌门表现出在施用缓释肥后会引起不同菌门丰度变化 所有施肥处理均表现为能够促进土壤中 土层的真菌和 土层的细菌生长而抑制 土层细菌生长 半焦肥力浮丸组合施用较单独施用可明显提高细菌和真菌多样性 细菌和真菌的群落优势属随施肥的种类和水平变化表现出明显差异 半焦肥 颗力浮丸处理在提高油橄榄土壤微生物多样性方面表现最佳参考文献:杨从华宁德鲁石卓功等.油橄榄在云南的果实生长发育特性分析.经济林研究():.赵丽芳.丽江市油橄榄良种“贝拉”栽培技术简介.南方农业():.牛二利吴文俊王伟等.油橄榄耐酸砧木品种及其高成活率嫁接组合筛选.浙江林业科技():.:.张旭升郭鹏杰张瀛澜等.不同植被恢复模式下矿区复垦土壤真菌群落组成及多样性.菌物学报():.李蒙朱思远袁童瑶等.生物有机肥对基质肥力、酶活性及番茄生长和品质的影响.西南农业学报():.鲍佳书汤玉洁刘俊萍等.不同品种薄壳山核桃林地土壤微生物多样性及群落组成.中南林业科技大学学报():.高传俊杨晨曦高欣等.种植模式对科尔沁沙地土壤微生物群落的影响.干旱区资源与环境():.张琦冯可常智慧等.灌丛化对林草交错带植物和土壤微生物的影响.植物生态学报():.冯军石超 等.不同降水下覆盖与缓释肥减量对油菜土壤微生物群落结构的影响.环境科学():.任宏芳王璐郝兴宇等.缓释肥处理下麦田土壤细菌和真菌群落对气候变化的响应.中国土壤与肥料():.唐亚福.大颗粒活化腐植酸缓释肥的研制及在苹果上的应用.泰安:山东农业大学.子桂才李庆华李晓玲等.花芽分化期低温环境对 个油橄榄品种开花结实的影响/.分子植物育种.().:/./.季新月王兆山李金花等.油橄榄砧木田园 号嫁接对阿波桑娜叶片和果实形态及生理性状的影响.西北农林科技大学学报(自然科学版)():.赵彬阳黎建强邢学霞等.枯落物输入变化条件下云南松林地土壤呼吸特征研究.西部林业科学():.曾维军王晶杨彝华等.印度块菌成熟期菌塘土壤营养与微生物多样性变化的研究.西部林业科学():.孙慧吴中能苗婷婷等.不同施肥处理对杨树林地土壤微生物群落的影响.中国农学通报():.:.马肖.缓释肥与硅肥配施对油菜产量、品质及土壤细菌的影响.长沙:湖南农业大学.包明琢曲雪铭高倩倩等.磷肥和生物炭配施对杉木林地土壤微生物的影响.西北林学院学报():.庞跃刚李柳青.核桃根腐病和枝枯病的发生与防治.现代农村科技():.沈鹏飞王威雁李彤等.陕西洛川苹果园不同覆盖措施对土壤性质、细菌群落及果实产量和品质的影响.园艺学报():.下转第 页 第 期 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