长摘要
目的: 保护性耕作可减少水土流失, 保持土层结构, 改善土壤理化性质, 促进微生物的繁殖, 增加土壤微生物多样性。目前, 保护性耕作对土壤微生物多样性影响的研究有一定的报道, 但黄土高原旱作麦田长期保护性耕作下土壤原核微生物群落的特点鲜见报道。本研究对长期保护性耕作麦田为研究研究对象, 采用Illumina Hiseq 2500高通量测序平台对不同保护性耕作措施对土壤原核微生物群落和土壤环境的影响进行研究, 探寻保护性耕作技术应用的新理论和新策略, 为在微生物水平上研究黄土高原旱作地区保护性耕作技术提供重要理论支撑。
方法: 以位于山西省临汾市实施保护性耕作26年的小麦田为试验基地, 设3种不同耕作措施, 分别为免耕覆盖(NTS, 26年连续免耕覆盖)、深松免耕覆盖(SNTS, 连续深松覆盖4年后免耕22年的免耕覆盖)和传统耕作(TT1, 26年连续传统耕作)], 于灌浆期采集小麦根际土壤, 一部分用于测定土壤理化性状, 一部分土采用Illumina Hiseq 2500高通量测序方法进行土壤原核微生物的组成及群落结构测定, 并进CCA分析和多样性指数与环境因子间的相关性分析。
结果: 1)NTS和SNTS处理比TT1处理显著提高了土壤全氮、碱解氮、速效磷及速效钾的含量, 降低了土壤pH, 提高了土壤贮水能力和水分含量, 降低了0~10 cm土层的土壤容重, 但提高了10~20 cm土层的土壤容重; 同时, SNTS处理显著增加了土壤的有机质含量。2)Illumina Hiseq高通量16S rRNA基因V4区测序结果表明: NTS和SNTS处理比TT1处理显著降低了绿弯菌门的相对丰度; NTS比SNTS处理显著降低了土壤中疣微菌门和绿弯菌门的相对丰度; NTS处理显著增加了土壤原核微生物群落的多样性, 但未显著改变原核微生物群落的丰度; SNTS对原核微生物群落的多样性和丰富度均未有显著改变; NTS处理的显著性差异物种(Biomarker)高于其他2个处理; 其他原核微生物门的相对丰度, 在3个处理间尚未有明显差异。3)聚类分析可见: NTS和SNTS处理与TT1处理的微生物群落结构差异较大; NTS处理与SNTS处理间的微生物群落结构差异较小。4)CCA分析可知: 土壤pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量对土壤原核微生物群落遗传多样性的变化起着重要作用; 与TT1处理相比, NTS和SNTS处理在一定程度上改变了土壤原核微生物群落结构, 但仍存在结构的相似性。
结论: 黄土高原旱作区长期免耕覆盖、连续深松覆盖免耕覆盖以及传统耕作下, 0~20 cm土层土壤中主要优势菌群为变形菌门、酸杆菌门和放线菌门, 均未出现独有种群。与传统耕作相比, 保护性耕作的原核微生物差异物种(Biomarker)明显多于传统耕作。不同耕作措施虽在一定程度上不会改变土壤原核微生物的组成和种类, 但会影响其相对分布。黄土高原旱作区长期保护性耕作措施, 提高了土壤有机质含量、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量, 降低了土壤pH, 改善了土壤性状。其中, pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量是影响土壤原核微生物群落遗传多样性重要理化因子。长期进行免耕覆盖和深松免耕覆盖对黄土高原旱地麦田土壤微生物多样性、丰富度以及土壤肥力因子等的正效作用明显。
