第４１卷第７期２０２１年４月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４１，Ｎｏ．７Ａｐｒ．，２０２１基金项目：国家自然科学基金项目（４１６７１２２６）；中国 十二五 国家科技支撑计划课题（２０１５ＢＡＤ２２Ｂ０２）；宁夏旱作农业可持续集约化技术研究与示范（２０１９ＢＢＦ０３０１１）；陕西省博士后项目（２０１７ＢＳＨＥＤＺＺ１４０）
收稿日期：２０１９⁃０４⁃１３；㊀㊀网络出版日期：２０２１⁃０１⁃２７
∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉａｚｈｋ＠１２６．ｃｏｍ
ＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１９０４１３０７３９
刘子涵，黄方园，黎景来，张鹏，杨宝平，丁瑞霞，聂俊峰，贾志宽．覆盖模式对旱作农田土壤微生物多样性及落结构的影响．生态学报，２０２１，４１（７）：２７５０⁃２７６０．ＬｉｕＺＨ，ＨｕａｎｇＦＹ，ＬｉＪＬ，ＺｈａｎｇＰ，ＹａｎｇＢＰ，ＤｉｎｇＲＸ，ＮｉｅＪＦ，ＪｉａＺＫ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆａｒｍｌａｎｄｍｕｌｃｈｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓｏｎｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｒｙｌａｎｄ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２１，４１（７）：２７５０⁃２７６０． 覆盖模式对旱作农田土壤微生物多样性及落结构的影响
刘子涵１，２，３，黄方园１，２，３，黎景来１，张㊀鹏１，２，３，杨宝平２，３，丁瑞霞２，３，聂俊峰２，３，贾志宽１，２，３，∗
１西北农林科技大学农学院，咸阳㊀７１２１００２中国旱区节水农业研究院，咸阳㊀７１２１００３农业部西北黄土高原作物生理生态与耕作重点实验室，咸阳㊀７１２１００
摘要：土壤微生物是表征土壤质量的敏感指标，采用ＩｌｌｕｍｉｎａＨｉＳｅｐ技术分析不同覆盖方式对半湿润易旱区农田土壤微生物落结构及多样性的影响，以期从微生物的角度评价农田不同覆盖措施对土壤质量的影响㊂设３种覆盖模式：平作塑料薄膜覆盖（Ｐ）㊁平作秸秆覆盖（Ｓ）和垄膜沟播覆盖（Ｒ），以平作不覆盖为对照（ＣＫ），研究不同覆盖模式下土壤微生物落变化，分析各土壤理化因子与微生物落之间的关系㊂研究结果表明各覆盖处理显著改变了土壤微生物的落结构和多样性㊂所有土壤样品中，细菌落的优势菌门是变形菌门（Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）㊁酸杆菌门（Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ）㊁放线菌门（Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ），丰度分别为２９．６９％㊁２８．２８％和２０．７６％，ＣＫ处理下较高的土壤ｐＨ和低ＮＯ３⁃Ｎ含量抑制了土壤中酸杆菌门（Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ）的生长繁殖，而放线菌门（Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）相对丰度为所有处理中最高㊂真菌落的优势菌门是子囊菌门（Ａｓｃｏｍｙｃｏｔａ）㊁担子菌门（Ｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ），丰度分别为５９．６５％和２０．９６％，Ｓ处理下过低的土壤温度抑制了担子菌门（Ｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）生长和繁殖，其相对丰度为所 有处理中最低㊂与ＣＫ相比，Ｐ和Ｒ处理显著提高土壤细菌的多样性和丰富度；Ｓ和Ｒ处理下土壤真菌多样性和丰富度显著增加，而Ｐ处理的土壤真菌多样性和丰富度均无显著差异㊂斯皮尔曼相关分析表明土壤细菌多样性主要受土壤含水量（ＳＭ）和硝态氮含量（ＮＯ３⁃Ｎ）影响，而土壤真菌多样性主要受土壤温度（ＳＴ）㊁全氮（ＴＮ）和硝态氮含量（ＮＯ３⁃Ｎ）影响；ＲＤＡ分析表明微生物落结构的变化主要受ＳＭ㊁ＳＴ㊁ＮＯ３⁃Ｎ和ＴＮ含量的影响㊂总的来说，Ｒ处理下土壤细菌和真菌的多样性和丰富度较ＣＫ处理显著提高，该处理下土壤中担子菌门（Ｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）和球囊菌（Ｇｌｏｍｅｒｏｍｙｃｏｔａ）相对丰度为所有处理中最高，两者分别形成的外生菌根和从生菌根不但促进了根部养分的吸收，而且提高了作物的抗逆性，且结果证明该处理的作物产量为最高，因此在半湿润旱作区推荐采用垄膜沟播覆盖种植方式㊂
关键词：农田覆盖；微生物落；高通量测序；土壤理化性质
Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆａｒｍｌａｎｄｍｕｌｃｈｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓｏｎｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｒｙｌａｎｄ
ＬＩＵＺｉｈａｎ１，２，３，ＨＵＡＮＧＦａｎｇｙｕａｎ１，２，３，ＬＩＪｉｎｇｌａｉ１，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ１，２，３，ＹＡＮＧＢａｏｐｉｎｇ２，３，ＤＩＮＧＲｕｉｘｉａ２，３，ＮＩＥＪｕｎｆｅｎｇ２，３，ＪＩＡＺｈｉｋｕａｎ１，２，３∗
１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｙａｎｇ７１２１００，Ｃｈｉｎａ２ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ７１２１００，Ｃｈｉｎａ３ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｒｏｐＰｈｙｓｉｅｃｏｌｏｇｙａｎｄＴｉｌｌａｇｅＳｃｉｅｎｃｅｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎｌｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ７１２１００，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｅｓａｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｆｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｏｉｌ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ＩｌｌｕｍｉｎａＨｉＳｅｑｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｕｌｃｈｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｓｅｍｉ⁃ｈｕｍｉｄｄｒｙｌａｎｄｆａｒｍｌａｎｄｓｏｉｌｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｓｅｍｕｌｃｈｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｏｎｔｈｅｓｏｉｌｑｕａｌｉｔｙｆｒｏｍａｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ．Ｔｈｅｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｕｌｃｈｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇｆｉｌｍｍｕｌｃｈｉｎｇ（Ｐ），ｓｔｒａｗｍｕｌｃｈｉｎｇ（Ｓ），ａｎｄ
ｒｉｄｇｅａｎｄｆｕｒｒｏｗｍｕｌｃｈｉｎｇ（Ｒ），ｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｉｌｌａｇｅｗｉｔｈｏｕｔｍｕｌｃｈｉｎｇａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＣＫ）．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｅａｃｈｍｕｌｃｈｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｃｈａｎｇｅｄｔｈｅｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｔｙ．ＴｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｐｈｙｌａｏｆｂａｃｔｅｒｉａｌｉｎｔｈｅｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓａｍｏｎｇａｌｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｅｒｅＰｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ，Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ，ａｎｄＡｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａｗｉｔｈａｂｕｎｄａｎｃｅｓｏｆ２９．６９％，２８．２８％，ａｎｄ２０．７６％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＡｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａｈａｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｒｅｌａｔｉｖｅａｂｕｎｄａｎｃｅｕｎｄｅｒＣＫ，ｂｕｔａｈｉｇｈｓｏｉｌｐＨａｎｄｌｏｗＮＯ３⁃ＮｃｏｎｔｅｎｔｉｎｈｉｂｉｔｅｄｔｈｅｇｒｏｗｔｈａｎｄｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＡｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａｉｎｔｈｅｓｏｉｌ．ＴｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｐｈｙｌａｏｆｆｕｎｇｉｗｅｒｅＡｓｃｏｍｙｃｏｔａａｎｄＢａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａｗｉｔｈａｂｕｎｄａｎｃｅｓｏｆ５９．６５％ａｎｄ２０．９６％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｌｏｗｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｕｎｄｅｒｔｈｅＳｉｎｈｉｂｉｔｅｄｔｈｅ
ｇｒｏｗｔｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＢａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ，ａｎｄｉｔｓｒｅｌａｔｉｖｅａｂｕｎｄａｎｃｅｗａｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｍｏｎｇａｌｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＣＫ，ＰａｎｄＲｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｒｉｃｈｎｅｓｓｏｆｓｏｉｌｂａｃｔｅｒｉａ，ｗｈｉｌｅＳａｎｄＲｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｓｏｉｌｆｕｎｇｉｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｒｉｃｈｎｅｓｓ，ａｎｄＰｈａｄｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｓｏｉｌｆｕｎｇｉｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｒｉｃｈｎｅｓｓ．Ｓｐｅａｒｍａｎᶄｓｒａｎｋｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｏｉｌｂａｃｔｅｒｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙｗａｓｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ（ＳＭ）ａｎｄｎｉｔｒａｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｓ（ＴＮ），ａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｆｕｎｇｉｄｉｖｅｒｓｉｔｙｗａｓｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＳＴ），ｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｎｄｎｉｔｒａｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＮＯ３⁃Ｎ）．Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓａｆｆｅｃｔｅｄｍａｉｎｌｙｂｙｔｈｅｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ，ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｎｉｔｒａｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｎｄｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ．Ｉｎｇｅｎｅｒａｌ，ｔｈｅｄｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓａｎｄａｂｕｎｄａｎｃｅｓｏｆｓｏｉｌｂａｃｔｅｒｉａａｎｄｆｕｎｇｉｗｅｒｅｓ
ｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｕｎｄｅｒＲｔｈａｎＣＫ．ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅａｂｕｎｄａｎｃｅｓｏｆＢａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａａｎｄＧｌｏｍｅｒｏｍｙｃｏｔａｗｅｒｅｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｕｎｄｅｒＲｉｎａｌｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｅｃｔｏｍｙｃｏｒｒｈｉｚａａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｍｙｃｏｒｒｈｉｚａｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｓｅｐｈｙｌａｃａｎｅｎｈａｎｃｅｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｒｏｏｔｎｕｔｒｉｅｎｔｓａｓｗｅｌｌａｓｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｙｃｒｏｐｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｒｏｐｙｉｅｌｄｓｗｅｒｅｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｕｎｄｅｒＲ．Ｒｉｄｇｅａｎｄｆｕｒｒｏｗｍｕｌｃｈｉｎｇｉｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄａｓｔｈｅｐｌａｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｓｅｍｉ⁃ｈｕｍｉｄｄｒｙｆａｒｍｉｎｇａｒｅａ．
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｆａｒｍｌａｎｄｍｕｌｃｈｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙ；ＩｌｌｕｍｉｎａＨｉｓｅｑｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ；ｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
作为土壤中最活跃的部分，微生物表现出多样的代谢功能，直接或间接参与了大量的生物化学反应，在陆地生态系统中起着不可或缺的作用［１⁃３］㊂研究表明，微生物落在调节养分循环㊁影响植物生产力和生态系统稳定性方面发挥着至关重要的作用［４⁃６］，并且微生物对植被和土壤性质的改变均能迅速做出反应［７⁃８］㊂因此，土壤微生物多样性和落结构的变化可被作为重要和敏感的指标
来表征土壤健康的短期和长期变化［３，９］㊂中国北方旱地面积约占全国土地总面积的５６％和农业生产的４６％［１０］，是中国农业生产的重要地区之一㊂然而，水资源短缺㊁土壤肥力差是限制西北旱作区农业生产的主要因素［１１］㊂因此，如何降低土壤水分蒸发，充分利用有限的自然降水，提高作物对有限水分的利用效率是解决该地区作物产量的关键所在㊂农田覆盖通过抑制土壤蒸发，极大地提高了作物的水分利用效率，已被广泛用于提高旱地农业生态系统的生产力［１２⁃１７］㊂但前人研究多集中于农田覆盖对土壤水分㊁土壤养分和作物产量的影响，而对农田覆盖条件下土壤微生物落的变化了解较少㊂目前已有部分研究发现农田覆盖措施通过影响土壤结构㊁土壤微气候（土壤水分㊁土壤温度等）和土壤养分，可显著影响土壤微生物落结构和多样性㊂陈月星等［１８］㊁董立国等［１９］和Ｈｕａｎｇ等［２０］研究表明，地表覆盖生草或秸秆均显著影响了土壤细菌落结构及其多样性和丰富度㊂Ｌｉｕ等［８］发现地膜覆盖处理可显著改变温带半干旱地区土壤真菌落组成，而侯晓杰等［２１］研究表明地膜覆盖显著降低了东北黑土地的土壤微生物功能多样性㊂然而，现有研究多集中于单一覆盖材料或模式对土壤细菌或真菌落结构一方面的影响，不同覆盖材料或模式间的比较鲜有报道㊂此外，土壤细菌和真菌落对农田覆盖的响应并不一致，
１５７２㊀７期㊀㊀㊀刘子涵㊀等：覆盖模式对旱作农田土壤微生物多样性及落结构的影响㊀
２５７２㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀
隔音房制作因此要了解农田覆盖对土壤微生物落结构的影响，需同时研究不同农田覆盖模式下土壤细菌和真菌落多样性和组成的变化㊂
本研究基于３年连续田间试验，在西北旱作区的设置了３种不同覆盖方式：平作地膜覆盖（Ｐ）㊁平作秸秆覆盖（Ｓ）和垄膜沟播覆盖（Ｒ），以平作不覆盖为对照（ＣＫ）㊂应用ＩｌｌｕｍｉｎａＨｉＳｅｑ测序技术分析土壤细菌和真菌落组成和多样性，比较不同覆盖模式下的土壤微生物落的变化，目的是探明连年农田不同地表覆盖对土壤微生物多样性和落组成的影响差异，并结合相关的土壤理化性质（即ｐＨ：土壤酸碱度，ＳＭ：土壤水分，ＳＴ：土壤温度，ＳＯＭ：土壤有机质，ＮＯ３⁃Ｎ：土壤硝态氮和ＴＮ：土壤全氮）变化，明确土壤微生物落变化与土壤理化性状之间的关系，从而为西北旱作区农田覆盖栽培技术的合理应用提供理论依据㊂
１㊀材料与方法
１．１㊀试验区概况
本试验在陕西杨凌西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院试验田（３４ʎ２０ᶄＮ，１０８ʎ０４ᶄＥ）进行㊂该试验区海拔４６６．７ｍ，多年平均降水量５８５．０ｍｍ，７月至９月期间多年平均降雨量为３８０ｍｍ，年蒸发量９９３．２ｍｍ㊂年均气温１３．５ħ，年均日照时数为２１９６ｈ，无霜期２２０天㊂属暖温带半湿润易旱区，土壤类型为塿土㊂０ ２０ｃｍ土层土壤全氮含量１．
２１ｇ／ｋｇ，有机质含量１１．９７ｇ／ｋｇ，全氮含量１．３１ｇ／ｋｇ，速效氮含量５３．３５ｍｇ／ｋｇ，速效磷含量２１．３５ｍｇ／ｋｇ，速效钾含量１４２．９７ｍｇ／ｋｇ㊂容重为１．２８ｇ／ｃｍ３㊂耕作方式为春玉米连作㊂１．２㊀试验设计
试验采用完全随机区组设计，设３个覆盖处理：（１）平作地膜覆盖（Ｐ）：覆盖方式为平膜全覆盖，膜宽１２０ｃｍ；（２）平作秸秆覆盖（Ｓ）：秸秆为玉米秸秆，整秆均匀覆盖，覆盖量为９０００ｋｇ／ｈｍ２；（３）垄膜沟播覆盖（Ｒ）：沟㊁垄宽均为６０ｃｍ，垄高１５ｃｍ，其中垄上覆盖地膜，膜宽７０ｃｍ，沟内种植区不进行覆膜；以传统平作不覆盖为对照（ＣＫ），共４个处理，每个处理３次重复，每个小区面积５８．８ｍ２（１４ｍˑ４．２ｍ）㊂地膜为聚乙烯塑料地膜（天水天宝塑业有限责任公司生产），厚度０．０１ｍｍ㊂上季作物收获后，将各覆膜（Ｐ㊁Ｒ）处理的旧地膜全部移除，秋季整地后重新覆盖地膜㊂覆盖后沿地膜带垂直方向每隔２００ｃｍ压一土带，防大风揭膜㊂在Ｓ处理中，上季作物收获后，移除不能分解腐烂的秸秆，秋天整地后重新覆盖秸秆㊂所有处理覆盖时间均为秋季作物收获后（８月中旬）覆盖㊂
试验始于２０１３年，作物为春玉米，品种为大丰３０，于每年４月中下旬进行播种，８月中旬收获㊂各处理播种密度均为６７，０００株／ｈｍ２（行距６０ｃｍ，株距２５ｃｍ），用鹰嘴播种（施肥）器人工播种，播种深度为４ ５ｃｍ㊂播种时各处理用人工鹰嘴播种（施肥）器施用基肥（Ｎ１４０ｋｇ／ｈｍ２和Ｐ２Ｏ５１５０ｋｇ／ｈｍ２），玉米播种后６５天后在玉米棵间进行追肥（Ｎ１
４０ｋｇ／ｈｍ２），施肥深度为４ ５ｃｍ，全生育期不灌水㊂试验期间所有处理没有发生病虫害，并根据情况进行人工除草㊂
１．３㊀土壤取样
在大田试验第３年的２０１６年７月１日（播后７４天，玉米吐丝期）进行取样，直径５ｃｍ的土钻远离植物根部以 Ｓ 形取样收集９个重复样品（０ ２０ｃｍ土层的土壤），然后混合均化作为每个重复小区的复合样品㊂将样品过２ｍｍ筛，移除根系和其他其他肉眼可见的杂物㊂每个样品分成三部分：一部分鲜土用于硝态氮（ＮＯ３⁃Ｎ）的测定；一部分分装到５０ｍＬ离心管中，立即放入－８０ħ冰箱中保存，用于土壤微生物ＤＮＡ的提取；剩余土样风干后用于土壤ｐＨ㊁土壤有机质（ＳＯＭ）㊁土壤全氮（ＴＮ）等指标的测定㊂
１．４㊀土壤理化性质测定
土壤水分与温度：取土样的同时用烘干法测定０ ２０ｃｍ土壤水分（ＳＭ），每个小区３次重复㊂同时用地温计在取样前后连续３天测定５㊁１０㊁１５㊁２０ｃｍ的土壤温度（ＳＴ），以５ ２０厘米的土壤温度的平均值作为每个小区的土壤温度㊂
土壤ｐＨ：取风干土１０ｇ，按土ʒ水＝１ʒ２．５的倍数加入２５ｍＬ水后剧烈震荡摇匀后，静置３０ｍｉｎ，用ｐＨ计测定［２２］㊂
紧定衬套土壤养分测定：土壤有机质采用重铬酸钾氧化法测定［２２］；土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定［２２］；土壤硝态氮含量采用流动分析仪进行测定：取新鲜土样５ｇ，加入５０ｍＬ１．０ｍｏｌ／ＬＫＣｌ振荡３０ｍｉｎ，然后过滤提取物，使用流动分析仪（Ａｕｔｏａｎａｌｙｚｅｒ３，ＢｒａｎＬｕｅｂｂｅ，德国）测定硝态氮浓度㊂
１．５㊀ＤＮＡ提取和ＩｌｌｕｍｉｎａＨｉＳｅｑ测序
土壤微生物ＤＮＡ使用ＦａｓｔＤＮＡ试剂盒（ＭＰＢｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ，ＵＳＡ）提取㊂应用带有ｂａｒｃｏｄｅ的特异引物序列（细菌：３４１Ｆ５ᶄ⁃ＣＣＴＡＣＧＧＧＲＳＧＣＡＧＣＡＧ⁃３ᶄ和８０６Ｒ５ᶄ⁃ＧＧＡＣＴＡＣＶＶＧＧＧＴＡＴＣＴＡＡＴＣ⁃３ᶄ；真菌：Ｆ２０４５５ᶄ⁃ＧＣＡＴＣＧＡＴＧＡＡＧＡＡＣＧＣＡＧＣ⁃３ᶄ和Ｒ２３９０５ᶄ⁃ＴＣＣＴＣＣＧＣＴＴＡＴＴＧＡＴＡＴＧＣ⁃３ᶄ）扩增相应土壤细菌１６ＳｒＲＮＡＶ３⁃Ｖ４区域和真菌ＩＴＳ基因㊂扩增体系包括：２ˑＫＡＰＡＨｉＦｉＨｏｔｓｔａｒｔＲｅａｄｙＭｉｘ１５μＬ，正反向引物各１μＬ，１０ｎｇＤＮＡ模板，最后用ｄｄＨ２Ｏ补足至３０μＬ㊂ＰＣＲ扩增条件为：９５ħ预变性３ｍｉｎ；然后９４ħ变性２０ｓ，５８ħ退火
３０ｓ，７２ħ延伸３０ｓ持续２４个循环；最后７２ħ延伸１５０ｓ结束㊂扩增子使用ＡｘｙＰｒｅｐＤＮＡ凝胶提取试剂盒（ＡｘｙｇｅｎＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，ＵｎｉｏｎＣｉｔｙ，ＣＡ，Ｕ
ＳＡ）从２％琼脂糖凝胶中提取并使用ＱｕｂｉｔｄｓＤＮＡＨＳＡｓｓａｙＫｉｔ（Ｐｒｏｍｅｇａ，ＵＳＡ）纯化ＤＮＡ㊂将纯化的扩增子以等摩尔浓度合并，然后根据标准方案在ＩｌｌｕｍｉｎａＨｉＳｅｑＰＥ２５０平台上进行配对末端测序（２´２５０ｂｐ）㊂ＩｌｌｕｍｉｎａＨｉＳｅｑ测序在上海锐翌生物科技有限公司完成㊂ＰＡＮＤＡｓｅｑ软件用于合并来自原始ＤＮＡ片段的配对序列读数［２３］㊂使用ＵＳＥＡＲＣＨｖ５．２．３２对序列进行进一步分析，通过聚类相似序列的差异小于３％来过滤和去噪数据㊂对微生物生态学管道软件的定量分析被用来通过将聚类ＯＴＵｓ的读数组合为９７％相似性来选择操作分类单元（ＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＴａｘｏｎｏｍｉｃＵｎｉｔｓ，ＯＴＵ）［２４］㊂
１．６㊀数据分析采用单因素方差分析法分析土壤理化性状，以确定处理之间的差异（显著差异在９５％的置信水平下确定）㊂当检测到显著性时（Ｐ＜０．０５水平），使用邓肯法进行多重比较㊂使用ＱＩＩＭＥ软件计算阿尔法多样性㊂用Ｃｈａｏ１估计法和Ｓｈａｎｎｏｎ多样性指数计算细菌落估计的丰富度和多样性㊂使用Ｃａｎｏｃｏ５．０软件进行冗余分析（Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓ，ＲＤＡ），以辨别微生物落组成与环境参数之间的相关性㊂在ＲＤＡ中选择ｍａｎｕａｌｆｏｒｗａｒｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎ程序以使用具有９９９个排列的蒙特卡罗测试来确定环境变量参数的显著性㊂Ｓｐｅａｒｍａｎ的等级相关性用于测试微生物落组成与土壤理化性质之间的关联㊂使用ＳＰＳＳ１８．０（ＳＰＳＳＩｎｃ．，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ，ＵＳＡ）进行所有统计分析和Ｓｐｅａｒｍａｎ等级相关性分析㊂
２㊀结果与分析
２．１㊀土壤理化性质
连续覆盖３年后，各处理的土壤理化性质发生了显著变化（表１）㊂覆盖处理（Ｐ㊁Ｓ和Ｒ）显著降低了土壤ｐＨ（Ｐ＝０．０１）；与ＣＫ相比，Ｒ和Ｓ处理ＴＮ和ＮＯ３⁃Ｎ含量（Ｐ＜０．０１）分别显著提高１２．８４％㊁７．９６％和１４．９５％㊁２５．１３％，而Ｐ处理下玉米营养生长旺盛，过度消耗地力，土壤ＴＮ含量较ＣＫ显著降低５．０８％；覆盖模式对ＳＯＭ影响不显著，各处理下土壤ＳＯＭ含量在１５．００ １５．５８ｍｇ／ｋｇ；Ｐ和Ｒ处理均显著提高了ＳＭ和ＳＴ，春玉米产量较ＣＫ分别显著提高１７．４％和１６．６９％（图１）㊂秸秆覆盖对ＳＭ㊁ＳＴ和产量影响不显著㊂
２．２㊀土壤微生物落多样性及与土壤理化特性的关系
采用操作分类单元（ＯＴＵ）水平方法计算不同覆盖条件下微生物落丰富度和多样性（表２）可知，各覆盖处理（Ｐ，Ｓ和Ｒ）下土壤细菌的ＯＴＵ㊁Ｃｈａｏ１指数和Ｓｈａｎｎｏｎ多样性指数较ＣＫ处理均有提高㊂而真菌丰富度和多样性对覆盖模式的响应不同，除Ｐ处理外，其他覆盖处理（Ｓ和Ｒ）的Ｃｈａｏ１指数㊁ＯＴＵ和Ｓｈａｎｎｏｎ多样性指数均显著高于ＣＫ，而Ｐ处理下土壤真菌多样性和丰富度与ＣＫ处理相比差异不显著㊂Ｓｐｅａｒｍａｎ相关系数分析表明，细菌落
的ＯＴＵ和Ｓｈａｎｎｏｎ多样性指数与ＳＭ均呈显著正相关，ＯＴＵ和Ｃｈａｏ１指数与ＮＯ３⁃Ｎ含量呈极显著正相关；真菌落的ＯＴＵ㊁Ｃｈａｏ１指数和Ｓｈａｎｎｏｎ指数均与ＳＴ呈显著负相关，和ＴＮ㊁ＮＯ３⁃Ｎ含量均呈显著正相关（图２）㊂
３５７２㊀７期㊀㊀㊀刘子涵㊀等：覆盖模式对旱作农田土壤微生物多样性及落结构的影响㊀
表１㊀０ ２０ｃｍ土层土壤理化性质
Ｔａｂｌｅ１㊀Ｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｍｅａｓｕｒｅｄｉｎｔｈｅ０ ２０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ脱水拖把
处理ＴｒｅａｔｍｅｎｔｓｐＨＴＮ／（ｇ／ｋｇ）ＳＯＭ／（ｇ／ｋｇ）ＮＯ３⁃Ｎ／（ｍｇ／ｋｇ）ＳＭ／％ＳＴ／ħＰ７．３７ʃ０．２６ｂ０．８２ʃ０．０８ｄ１５．４４ʃ１．３３ａ１２．６０ʃ０．７９ｂｃ１４．５５ʃ０．７４ａ２８．７３ʃ０．８４ａＳ７．３６ʃ０．１４ｂ０．９３ʃ０．０４ｂ１５．５８ʃ１．２４ａ１３．７５ʃ０．５３ａｂ１２．９２ʃ０．６８ｃ２５．８６ʃ１．０６ｂＲ７．２９ʃ０．３３ｂ０．９７ʃ０．０７ａ１５．４３ʃ１．４５ａ１４．９６ʃ０．６６ａ１３．７５ʃ０．６７ｂ２７．５７ʃ０．９７ａｂ
ＣＫ７．５３ʃ０．２２ａ０．８６ʃ０．１０ｃ１５．００ʃ１．６４ａ１１．９６ʃ０．９４ｃ１２．
４７ʃ０．５８ｃ２６．８９ʃ０．８４ｂＰ＝０．０１Ｐ＜０．０１ｎｓＰ＝０．０１２Ｐ＜０．０１Ｐ＝０．０１㊀㊀Ｐ：平作地膜覆盖Ｐｌａｓｔｉｃｆｉｌｍｍｕｌｃｈｉｎｇ；Ｓ：平作秸秆覆盖Ｓｔｒａｗｍｕｌｃｈｉｎｇ；Ｒ：垄膜沟播覆盖Ｒｉｄｇｅｓａｎｄｆｕｒｒｏｗｓｗｉｔｈｏｎｌｙｔｈｅｒｉｄｇｅｓｍｕｌｃｈｅｄｗｉｔｈｐｌａｓｔｉｃｆｉｌｍ；ＣＫ：裸地平作ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｉｌｌａｇｅｗｉｔｈｏｕｔｍｕｌｃｈｉｎｇ．ｐＨ：土壤酸碱度ｓｏｉｌａｃｉｄｉｔｙ；ＴＮ：全氮ｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ；ＳＯＭ：有机质Ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ；ＮＯ３⁃Ｎ：硝态氮Ｓｏｉｌｎｉｔｒａｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎ；ＳＭ：土壤含水量ｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ；ＳＴ：土壤温度（在该表中使用土壤５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍ和２０ｃｍ处温度的平均值）ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｓｏｆ５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍ，ａｎｄ２０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｔａｂｌｅ）结果表示为平均值ʃ标准误，
同列数据后不同字母表示差异达到５％
的显著水平图１㊀不同覆盖处理的玉米产量Ｆｉｇ．１㊀Ｃｏｒｎｙｉｅｌｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｕｌｃｈｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ㊀Ｐ：平作地膜覆盖Ｐｌａｓｔｉｃｆｉｌｍｍｕｌｃｈｉｎｇ；Ｓ：平作秸秆覆盖Ｓｔｒａｗｍｕｌｃｈｉｎｇ；Ｒ：垄膜沟播覆盖Ｒｉｄｇｅｓａｎｄｆｕｒｒｏｗｓｗｉｔｈｏｎｌｙｔｈｅｒｉｄｇｅｓｍｕｌｃｈｅｄｗｉｔｈｐｌａｓｔｉｃｆｉｌｍ；ＣＫ：裸地平作ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｉｌｌａｇｅ
ｗｉｔｈｏｕｔｍｕｌｃｈｉｎｇ２．３㊀土壤微生物落结构及与土壤理化特性的关系
电动车遮阳棚
通过对所有土壤样品进行质量测序，细菌落和真
菌落分别获得１４３０２５和１３９８２６个序列㊂每个样本
的细菌序列数量为３３１５５ ３８４１１（平均值＝３５７５６），而
真菌序列的数量为３３４３８ ３６８００（平均值＝３４９５７）㊂
由图３可知，细菌的优势门是变形菌门
（Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）㊁酸杆菌门（Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ）和放线菌门（Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ），它们的相对丰度范围分别为２８．９２％ ３０．５５％㊁２５．６６
％ ３０．４８％和１７．８５％ ２７．３％㊂真菌落的优势门是子囊菌门（Ａｓｃｏｍｙｃｏｔａ）㊁担子菌门
（Ｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）㊁球囊菌门（Ｇｌｏｍｅｒｏｍｙｃｏｔａ）和接合菌门（Ｚｙｇｏｍｙｃｏｔａ），它们的相对丰度范围分别为４９．７８％ ６４．３６％，１３．５２％ ３３．４４％，５．５５％ ７．７５％和３．９３％ １０．２７％㊂另外，在所有样品中均发现了低丰度的壶菌门（Ｃｈｙｔｒｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）㊂表２㊀不同覆盖处理土壤微生物的丰富度和多样性指数
Ｔａｂｌｅ２㊀Ｒｉｃｈｎｅｓｓａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎｄｅｘｏｆｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｕｌｃｈｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ细菌Ｂａｃｔｅｒｉａ真菌ＦｕｎｇｉＯＴＵＣｈａｏ１ＳｈａｎｎｏｎＯＴＵＣｈａｏ１ＳｈａｎｎｏｎＰ２４６７ʃ５３．９１ａ３２４０ʃ６４．８２ａ９．７２ʃ０．１１ａ４２７ʃ１４．１５ｂ４６３ʃ１３．６４ｂ６．４２ʃ０．２７ｂＳ２４７３ʃ３７．７０ａ３３００ʃ６３．７４ａ９．５５ʃ０．８９ａｂ５８９ʃ２７．７７ａ６３４ʃ２３．９ａ７．１７ʃ０．２８ａＲ２５２１ʃ４７．５８ａ
３３２２ʃ６８．６１ａ９．７３ʃ０．１０ａ５５０ʃ２３．２３ａ６１５ʃ２８．７８ａ７．０５ʃ０．２９ａＣＫ２２７６ʃ５３．９２ｂ３０３３ʃ１０４．０７ｂ９．４５ʃ０．０８ｂ４７６ʃ１８．２３ｂ５１４ʃ１７．０９ｂ６．１４ʃ０．２５ｂ
Ｐ＝０．００５Ｐ＝０．０２１Ｐ＝０．０３５Ｐ＜０．０１Ｐ＜０．０１Ｐ＝０．０１５㊀㊀ＯＴＵ：操作分类单元ＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＴａｘｏｎｏｍｉｃＵｎｉｔｓ；Ｃｈａｏ１：Ｃｈａｏ１指数Ｃｈａｏ１ｉｎｄｅｘ；Ｓｈａｎｎｏｎ：Ｓｈａｎｎｏｎ多样性指数Ｓｈａｎｎｏｎｄｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎｄｅｘ
此外，Ｓｐｅａｒｍａｎ等级相关分析（表３）表明土壤理化特性显著影响了微生物落组成㊂在细菌落组成中，酸杆菌门的相对丰度与ＴＮ㊁ＮＯ３⁃Ｎ和ＳＯＭ呈显著正相关，与ｐＨ呈显著负相关㊂芽单胞菌门（Ｇｅｍｍａｔｉｍｏｎａｄｅｔｅｓ）和拟杆菌（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ）的相对丰度均与ＴＮ呈显著正相关㊂此外，ＮＯ３⁃Ｎ也和拟杆菌呈
４５７２㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀
４１卷㊀
图２㊀土壤微生物多样性与环境因子的斯皮尔曼相关系数
Ｆｉｇ．２㊀Ｓｐｅａｒｍａｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓ
∗：Ｐ＜０．０５；∗∗：Ｐ＜０．０１；ＳＭ：土壤含水量ｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ；ＳＴ：土壤温度（在该表中使用土壤５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍ和２０ｃｍ处温度的平均值）ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｓｏｆ５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍ，ａｎｄ２０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｔａｂｌｅ）结果表示为平均值ʃ标准误；ＯＴＵ：
操作分类单元ＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＴａｘｏｎｏｍｉｃＵｎｉｔｓ；Ｃｈａｏ１：Ｃｈａｏ１指数Ｃｈａｏ１ｉｎｄｅｘ；Ｓｈａｎｎｏｎ：Ｓｈａｎｎｏｎ多样性指数Ｓｈａｎｎｏｎｄｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｉｎｄｅｘ图３㊀不同处理土壤微生物落在门分类水平下的组成和相对丰度
Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓａｔｔｈｅｐｈｙｌａｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｌｅｖｅｌ
显著正相关㊂对于真菌落而言，ＳＴ显著影响担子菌门和接合菌门，并与前者呈显著正相关，后者
与之相反㊂球囊菌门与ＴＮ和ＮＯ３⁃Ｎ呈显著正相关，与ｐＨ则呈显著负相关㊂壶菌门的相对丰度与ＳＭ呈显著正相关㊂由此可知土壤温度和氮含量是改变微生物落组成的主要因素㊂
电子差速器采用冗余分析（ＲＤＡ）进一步分析各土壤环境因子与微生物落结构之间的关系㊂图４为细菌落结构与土壤理化性质之间的关系，蒙特卡洛置换检验表明（表４），土壤ＳＭ（Ｆ＝１０．１，Ｐ＝０．００１）㊁ＳＴ（Ｆ＝４．５，Ｐ＝０．０１２）和ＴＮ（Ｆ＝３．７，Ｐ＝０．０２５）是细菌落变异的三个最重要的贡献者㊂所有的环境变量共同解释了样本间细菌落变异的８６．７％，影响大小顺序为ＳＭ＞ＳＴ＞ＴＮ＞ＮＯ３⁃Ｎ＞ｐＨ＞ＳＯＭ㊂ＲＤＡ的前两个排序轴分别解释了
５
５７２㊀７期㊀㊀㊀刘子涵㊀等：覆盖模式对旱作农田土壤微生物多样性及落结构的影响㊀ca1476
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