中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (3): 520-536.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.009
王钊(), 张冰, 董思奇, 胡雨翕, 齐书宇, 冯国忠, 高强, 周雪(
)
收稿日期:
2024-02-13
接受日期:
2024-03-14
出版日期:
2025-02-01
发布日期:
2025-02-11
通信作者:
联系方式:
王钊,E-mail:zaozaowang93@163.com。
基金资助:
WANG Zhao(), ZHANG Bing, DONG SiQi, HU YuXi, QI ShuYu, FENG GuoZhong, GAO Qiang, ZHOU Xue(
)
Received:
2024-02-13
Accepted:
2024-03-14
Published:
2025-02-01
Online:
2025-02-11
摘要:
【目的】探究氮肥施用对相同气候条件下黑土和风沙土根际微生物的影响,明确群落结构、网络关键物种及指示物种差异响应情况,为指导精准施肥和绿色生产提供科学依据。【方法】依托于吉林省梨树县玉米连作体系氮肥施用的长期定位试验(12年),设置3个氮肥水平0(N0)、168 kgN·hm-2(N168)和312 kgN·hm-2(N312),利用高通量测序技术,探究黑土和风沙土根际微生物组成、结构及功能的差异。【结果】长期氮肥施用显著降低了黑土和风沙土根际微生物的Alpha多样性并改变了群落结构,在黑土和风沙土中均为N312处理影响最大,显著降低了2.6%—7.5%的Alpha多样性,整体表现为氮肥施用对风沙土的影响大于黑土;物种分析结果显示,氮肥施用显著增加了拟杆菌门(Bacteroidetes)和Patescibacteria菌门的相对丰度,显著降低了厚壁菌门(Frimicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度,在黑土和风沙土中均为N312处理影响最大(80%—90%);共现性网络分析发现,氮肥施用对风沙土网络结构的影响大于黑土,同时显著影响了黑土中43%的关键物种和风沙土中全部的关键物种;随机森林的计算结果表明,氮肥施用对风沙土中指示物种的影响大于黑土,与N0相比,N168和N312处理在黑土中无特异性指示物种,而在风沙土中含有两个特异性指示物种,分别为隶属于放线菌门的Intrasporangiaceae科和变形菌门的Noviherbaspirillum属;PICRUSt2功能预测发现,氮肥施用显著影响黑土中88.5%和风沙土中96.2%的氮转化相关功能基因,均为氮肥施用量越高影响越大。【结论】氮肥施用显著降低了根际微生物群落多样性,改变群落结构及物种组成特征,造成了氮转化相关功能基因的显著差异。氮肥的施用对风沙土根际微生物整体的影响大于黑土,且施用量越高影响越大。因此,在黑土和风沙土中进一步推进氮肥减量对维持农田根际微生物群落结构稳定具有重要意义。
王钊, 张冰, 董思奇, 胡雨翕, 齐书宇, 冯国忠, 高强, 周雪. 长期施用氮肥对黑土和风沙土根际微生物群落结构及功能的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 520-536.
WANG Zhao, ZHANG Bing, DONG SiQi, HU YuXi, QI ShuYu, FENG GuoZhong, GAO Qiang, ZHOU Xue. Effects of Long-Term Nitrogen Fertilizer Application on the Rhizosphere Microbial Community Structure and Function in Black Soil and Sandy Soil[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(3): 520-536.
表1
不同施氮量黑土微生物门水平相对丰度(%)"
处理 Treatment | 放线菌门 Actinobacteria | 变形菌门 Proteobacteria | 酸杆菌门 Acidobacteria | 绿弯菌门 Chloroflexi | 芽单胞菌门 Gemmatimonadete | 拟杆菌门 Bacteroidetes | 疣微菌门 Verrucomicrobia | Patescibacteria | 厚壁菌门 Frimicutes | 浮霉菌门 Planctomycetes |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
BN0 | 36.82 | 29.79 | 10.33 | 8.89 | 5.31 | 2.38 | 1.78 | 0.86 | 0.72 | 0.64 |
BN168 | 40.77 | 29.89 | 8.45 | 6.25 | 4.48 | 3.39 | 1.64 | 1.38 | 0.53 | 0.45 |
BN312 | 42.12 | 32.79 | 6.04 | 4.73 | 4.29 | 4.87 | 1.18 | 1.82 | 0.46 | 0.28 |
BN168-BN0 | 3.95*** | 1.21 | -1.88*** | -2.64*** | -0.83*** | 0.99*** | -0.16 | 0.52*** | -0.19 | -0.19*** |
BN312-BN0 | 5.28*** | 2.98 *** | -4.29*** | -4.16*** | -1.01*** | 2.47*** | -0.62** | 0.96*** | -0.26* | -0.36*** |
表2
不同施氮量风沙土微生物门水平相对丰度(%)"
处理 Treatment | 放线菌门 Actinobacteria | 变形菌门 Proteobacteria | 酸杆菌门 Acidobacteria | 绿弯菌门 Chloroflexi | 拟杆菌门 Bacteroidetes | 芽单胞菌门 Gemmatimonadete | Patescibacteria | 疣微菌门 Verrucomicrobia | 厚壁菌门 Frimicutes | 浮霉菌门Planctomycetes |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
SN0 | 47.99 | 27.08 | 7.53 | 6.88 | 2.37 | 3.25 | 0.94 | 1.11 | 1.02 | 0.33 |
SN168 | 39.94 | 38.70 | 6.99 | 3.16 | 4.01 | 2.46 | 1.34 | 1.07 | 0.75 | 0.37 |
SN312 | 48.78 | 33.25 | 4.96 | 1.69 | 4.64 | 1.90 | 2.45 | 0.37 | 0.67 | 0.38 |
SN168-SN0 | -8.05*** | 11.62*** | -0.54 | -3.72** | 1.64*** | -0.79 | 0.39*** | -0.04 | -0.25** | 0.04 |
SN312-SN0 | 0.79 | 6.17*** | -2.57*** | 5.19*** | 2.23*** | -1.35*** | 1.51*** | -0.74** | -0.33** | 0.05 |
表3
不同施氮量黑土和风沙土微生物共现性网络拓扑参数"
处理 Treatment | 节点数 Node | 边数 Edge | 平均度 Average degree | 平均加权度 Average weighted degree | 图密度 Density | 模块化 Modularity | 正相关 Positive correlation (%) | 负相关 Negative correlation (%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
BN0 | 62 | 136 | 3.198 | 3.152 | 0.038 | 0.905 | 50.74 | 49.26 |
BN168 | 35 | 123 | 2.964 | 2.939 | 0.036 | 0.896 | 61.79 | 38.21 |
BN312 | 58 | 106 | 2.437 | 2.391 | 0.028 | 0.894 | 50.94 | 49.06 |
SN0 | 67 | 129 | 2.835 | 2.777 | 0.034 | 0.895 | 54.26 | 45.74 |
SN168 | 60 | 117 | 2.819 | 2.774 | 0.032 | 0.867 | 51.28 | 48.72 |
SN312 | 60 | 105 | 2.386 | 2.358 | 0.027 | 0.867 | 53.33 | 46.67 |
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