





中国农业科学 ›› 2026, Vol. 59 ›› Issue (19): 4250-4262.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2026.19.005
王璐莹(
), 杨杰, 卢海涛, 王欣, 赵英龙, 杨杰, 王贵彦(
)
收稿日期:2026-03-12
接受日期:2026-06-09
出版日期:2026-10-01
发布日期:2026-10-10
通信作者:
联系方式:
王璐莹,E-mail:1343971834@qq.com。
基金资助:
WANG LuYing(
), YANG Jie, LU HaiTao, WANG Xin, ZHAO YingLong, YANG Jie, WANG GuiYan(
)
Received:2026-03-12
Accepted:2026-06-09
Published:2026-10-01
Online:2026-10-10
摘要:
【目的】探究不同轮作模式对土壤微生物群落特征和共现网络的影响,为改善土壤微环境,提升土壤生态系统稳定性与抗逆能力提供了理论依据。【方法】以华北平原冬小麦-夏玉米复种连作(WMWM)为对照,设置春甘薯与冬小麦-夏玉米轮作(SPWM)、春花生与冬小麦-夏玉米轮作(PWM)和春谷子与冬小麦-夏玉米轮作(MWM)3种轮作模式。基于6年田间定位试验,利用扩增子测序和随机森林等方法,系统分析不同轮作系统对土壤微生物多样性、群落组成、共现网络及其与土壤性质和产量的影响。【结果】与冬小麦-夏玉米复种连作(WMWM)相比,轮作显著提升了土壤微生物α多样性。其中,春甘薯与冬小麦-夏玉米轮作(SPWM)的细菌ACE指数较对照显著增加22.8%,春谷子与冬小麦-夏玉米轮作(MWM)的真菌ACE指数较对照显著增加52.2%,春花生与冬小麦-夏玉米轮作(PWM)和春谷子与冬小麦-夏玉米轮作(MWM)的细菌和真菌的Simpson指数和Shannon指数较冬小麦-夏玉米复种连作(WMWM)均显著增加。主成分分析(PCA)分析表明,多样化作物轮作改变了土壤微生物群落结构,形成了相对独特的微生物群落。轮作提高了变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)等优势细菌及子囊菌门(Ascomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)等优势真菌的相对丰度。春花生与冬小麦-夏玉米轮作(PWM)和春谷子与冬小麦-夏玉米轮作(MWM)的变形菌门(Proteobacteria)相对丰度分别较对照提高12.8%和14.0%;春甘薯、春花生和春谷子与冬小麦-夏玉米轮作的子囊菌门(Ascomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)相对丰度比对照显著提高34.9%、42.7%和46.2%;同时,轮作增加了微生物共现网络的节点数,提高了平均聚类系数和模块化程度,正向互作比例提升。相关分析结果表明,细菌多样性、群落结构和共现网络与土壤全氮、铵态氮、硝态氮、有机碳显著相关,而真菌多样性、群落结构和共现网络与土壤全氮、速效钾、速效磷、铵态氮、微生物生物量氮显著相关。随机森林预测模型表明,铵态氮、硝态氮、真菌群落丰度、真菌多样性和真菌共现网络是影响产量的关键因素。【结论】多样化作物与冬小麦-夏玉米轮作通过优化土壤微生物群落结构,改善微生物共现网络结构,有效增强土壤生态系统的稳定性与复杂性,可为提升粮田土壤生态系统稳定性与抗逆能力提供理论依据。
王璐莹, 杨杰, 卢海涛, 王欣, 赵英龙, 杨杰, 王贵彦. 多样化轮作对土壤微生物群落特征和共现网络的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(19): 4250-4262.
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表1
不同处理土壤微生物群落α多样性指数"
| 处理 Treatment | 丰富度指数Richness index | 多样性指数Diversity index | |||
|---|---|---|---|---|---|
| ACE | Chao1 | Simpson | Shannon | ||
| 细菌 Bacteria | WMWM | 5221.6±46.12c | 5199.8±158.68b | 0.997±0.0002b | 10.2±0.13b |
| SPWM | 6411.7±70.69a | 6010.2±167.58a | 0.998±0.00006a | 10.5±0.01a | |
| PWM | 5970.6±57.62b | 5577.0±327.35ab | 0.998±0.00009a | 10.5±0.01a | |
| MWM | 6036.4±63.34b | 6018.5±45.08a | 0.998±0.00003a | 10.5±0.03a | |
| 真菌 Fungi | WMWM | 176.3±2.53d | 173.1±3.62d | 0.982±0.0008b | 6.4±0.05c |
| SPWM | 330.9±4.65b | 324.3±3.69b | 0.983±0.003ab | 7.0±0.04b | |
| PWM | 309.0±3.80c | 279.5±6.58c | 0.988±0.0005a | 7.1±0.05b | |
| MWM | 369.1±9.44a | 365.9±3.96a | 0.988±0.001a | 7.3±0.04a | |
表2
作物轮作对微生物网络拓扑特性的影响"
| 处理 Treatment | 细菌Bacteria | 真菌Fungi | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| WMWM | SPWM | PWM | MWM | WMWM | SPWM | PWM | MWM | |
| 节点Node | 48 | 62 | 69 | 80 | 41 | 51 | 59 | 62 |
| 模组化Modularization | 0.27 | 0.45 | 0.66 | 0.62 | 0.52 | 0.40 | 0.59 | 0.63 |
| 平均聚类系数Average clustering coefficient | 0.24 | 0.20 | 0.35 | 0.15 | 0.33 | 0.20 | 0.36 | 0.31 |
| 平均度数Average degree | 1.50 | 1.61 | 2.08 | 1.25 | 2.50 | 1.96 | 1.72 | 1.61 |
| 密度Density | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.16 | 0.06 | 0.04 | 0.03 | 0.03 |
| 平均加权度Average weighted degree | 8.70 | 9.65 | 12.50 | 7.50 | 15.00 | 11.77 | 10.35 | 9.68 |
| 正向链接Positive link (%) | 66 | 50 | 45 | 46 | 49 | 47 | 50 | 54 |
| 负向链接Negative link (%) | 34 | 50 | 55 | 54 | 51 | 53 | 50 | 46 |
表3
不同轮作模式土壤理化性质、夏玉米生物量和产量"
| 处理 Treatment | 全氮 Total nitrogen (g·kg-1) | 铵态氮 Ammonium nitrogen (mg·kg-1) | 硝态氮 Nitrate nitrogen (mg·kg-1) | pH | 有机碳 Organic carbon (g·kg-1) | 速效磷 Available phosphorus (mg·kg-1) | 速效钾 Available potassium (mg·kg-1) | 微生物 生物量碳 Microbial biomass carbon (mg·kg-1) | 微生物 生物量氮 Microbial biomass nitrogen (mg·kg-1) | 生物量 Biomass (kg·hm-2) | 产量 Yield (kg·hm-2) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| WMWM | 1.25± 0.01c | 2.23± 0.06c | 28.79± 0.45c | 7.55± 0.03b | 11.9± 0.36c | 39.62± 0.05c | 122.74± 0.74c | 130.64± 1.84d | 31.79± 0.62c | 18666.86± 151.74d | 8773.43± 71.32d |
| SPWM | 1.38± 0.04b | 3.77± 0.35b | 34.82± 0.20b | 7.43± 0.01c | 14.76± 0.19a | 43.17± 0.50b | 132.69± 1.07b | 166.34± 1.52b | 34.82± 0.20b | 20936.11± 69.96b | 9839.97± 32.88b |
| PWM | 1.49± 0.03ab | 3.83± 0.15b | 35.64± 0.27b | 7.07± 0.01d | 12.87± 0.53bc | 45.74± 0.22a | 132.63± 1.00b | 149.06± 1.39c | 38.23± 0.40a | 21400.86± 138.93a | 10058.41± 65.30a |
| MWM | 1.41± 0.02a | 4.85± 0.09a | 38.14± 0.39a | 7.69± 0.03a | 13.46± 0.29b | 43.47± 0.25b | 146.39± 1.19a | 181.84± 2.74a | 34.3± 0.34b | 19657.68± 102.56c | 9239.11± 48.21c |
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