2023, Vol. 44
2. 重庆市农业科学院果树研究所, 重庆 401329
2. Fruit Research Institute of Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China
我国是世界第一大柑橘生产国, 据统计, 2019年我国果园面积达1 227.67万hm2, 柑橘栽培面积达248.7万hm2, 位居世界前列, 柑橘产业是我国南方丘陵山区和重庆三峡库区的农业支柱产业[1, 2], 而重庆的果园土壤多为紫色土, 普遍存在有机质含量和速效养分含量低的情况.在实际生产中, 果农盲目追求高产, 重施化肥, 轻施有机肥, 导致我国果园普遍存在土壤肥力降低、土壤酸化和土壤板结等土壤退化问题和面源污染等环境问题[3], 这不仅降低了土壤质量和肥料利用率, 也对生态环境造成了负面影响.因此, 探索一种经济环保的施肥方式有利于果园的绿色可持续发展.
果树主要通过根系吸收养分, 其生长发育与根际土壤状况密切相关.根际是受根分泌物影响最大的微小区域, 每g根含有1011余个微生物, 30 000多种原核生物.植物根际微生物与植物关系极其密切, 有植物第二基因组之称[4].根际微生物对植物根释放的许多代谢物产生反应, 微生物及其产物也以各种方式与植物根际相互作用, 这种相互作用可以影响植物的生长和发育[5].果树根际微生态系统是以果树根际为核心且处于动态变化中的高度复杂的生态系统.科学调控果树根际微生态各组分之间的相互关系, 可以达到促进果树生长、提高果树产量和果实品质的目的.土壤微生物群落对土壤质量和植物生长起重要作用[6~8], 不同施肥措施能通过改变土壤理化性质, 进而影响土壤微生物群落结构.有机肥对土壤有机质的积累和微生物群落的组成具有重要作用.如猪粪能显著提高土壤有机质含量, 进而使细菌群落结构发生改变[9].有研究表明有机质能够为土壤根际微生物活动提供丰富碳源, 并能通过影响土壤微生物的生长代谢来影响土壤中有机质的归还和养分周转[10].此外, 有研究发现, 化肥减量配施有机肥可以改善土壤性质、提高土壤养分供应能力及作物产量与品质, 在保证作物产量与品质的同时减少化肥施用量[11~14]. Morugán-Coronado等[15]在研究地中海条件下肥料类型对果园土壤及作物产量的影响时发现, 施用有机肥较施用无机肥能显著提高土壤有机碳和氮含量.近年来, 众多学者陆续开展了化肥减量配施有机肥对土壤微生物影响的研究.吴宪等[16]研究发现, 潮土中细菌对化肥减量配施有机肥反应明显, 施用有机肥通过改变土壤理化性质进而改变了土壤细菌群落组成.蔡秋华等[17]和张云伟[18]等研究发现, 化肥减量配施有机肥能增加烤烟根际细菌的数量, 提高烤烟根际微生物的多样性, 改善烤烟根际微生物的群落结构.目前, 关于化肥减量配施有机肥对土壤质量、作物产量和土壤微生物群落结构的影响已取得较多的研究成果, 但其对作物根际微生物群落结构的影响研究还鲜见报道.因此, 本文以柠檬根际/非根际土壤为研究对象, 通过测定土壤理化性质、土壤酶活性、土壤呼吸速率、土壤细菌丰度和土壤细菌群落结构, 分析土壤基本理化性质与土壤细菌群落之间的相关性, 阐明不同施肥处理对土壤理化性质和土壤细菌群落的影响, 以期为紫色土区果园的合理施肥提供理论依据.
1 材料与方法 1.1 试验区概况盆栽试验位于重庆市北碚区西南大学紫色土试验站(E106°24′41″, N29°48′47″), 该地区属于亚热带季风湿润气候, 海拔为242 m, 年平均气温为18.3℃.供试土壤为紫色潮土, 采自重庆市潼南国家农业科技园区柠檬种质资源圃耕层(0~30 cm).柠檬品种为尤力克, 为柏梓镇小岭村的智能化柠檬脱毒育苗中心嫁接7个月的脱毒苗.
1.2 试验设计与样品采集本试验自2019年5月1日布设至2020年6月25日, 共设6个处理, 每个处理4次重复, 采用随机区组设计: 对照(CK)、常规施肥(FM)、有机肥(P)、新鲜有机肥(NP)、70%化肥+30%有机肥(70FP)和50%化肥+50%有机肥(50FP).供试腐熟、新鲜猪粪取自潼南温氏种猪场, 腐熟猪粪含氮量(N)为2.291%, 含磷量(P2O5)为2.21%, 含钾量(K2O)为0.88%, pH为8.89; 新鲜猪粪其含氮量(N)为2.146%, 含磷量(P2O5)为1.53%, 含钾量(K2O)为0.79%, pH为8.61.当季猪粪(120 d)碱解氮、速效磷和速效钾的缓释效率为35.3%、34.8%和41.5%.微肥来自北美农大集团生产的硼锌锰铁镁钙硅复合微量元素水溶肥料.各处理具体施肥量如表 1所示.
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表 1 各施肥处理单株柠檬总施肥量1)/g Table 1 Total amount of fertilizer applied per lemon plant under different fertilization treatments/g |
单株柠檬幼苗基肥施入纯氮(N)2.63 g、磷(P2O5)2.63 g和钾(K2O)1.83 g, 于2019年5月10日定植穴施入基肥, 按照所有施肥处理等氮施肥的标准, 将肥料与过1 cm筛的土壤充分混匀后装入盆口直径22 cm、高30 cm的PVC圆桶中, 每盆装入土壤15 kg.定植后每2~3个月, 以基肥三分之一的氮、磷和钾的量进行追肥, 整个阶段共追肥7次.土壤基本理化性质为：容重1.48 g ·cm-3、pH 5.19、ω(有机质)8.68 g ·kg-1、ω(全氮)0.68 g ·kg-1、ω(全磷)0.22g ·kg-1、ω(碱解氮)57.31 mg ·kg-1、ω(速效钾)244.12 mg ·kg-1、ω(硝态氮)3.46 mg ·kg-1、ω(铵态氮)4.82 mg ·kg-1和ω(有效磷)9.14 mg ·kg-1.
盆栽试验于2020年6月25日进行破坏性取样, 采用抖土法获得根际土, 同时收集等量的非根际土, 分别保存在无菌自封塑料袋中.将同一处理的新鲜土壤均匀混合, 过2 mm筛后剔除石砾、肉眼可见的植物残体混合根系等杂质, 一部分于4℃冰箱中保存, 以测定土壤酶活性、土壤硝态氮和铵态氮含量等指标, 一部分于-80℃冰箱保存, 以进行土壤微生物DNA提取, 剩余土样自然风干以测定土壤基本理化性质.
1.3 测试方法 1.3.1 土壤基本理化性质及土壤呼吸的测定pH以土水比1 ∶2.5, 用DMP-2mV酸度计测定; 土壤有机质(soil organic matter, SOM)采用重铬酸钾容量法测定; 土壤含水率采用烘干法测定; 土壤全氮(total nitrogen, TN)采用H2SO4-H2O2消煮-蒸馏滴定法测定, 全磷(total phosphorus, TP)采用NaOH熔融-钼蓝比色法测定, 全钾(total potassium, TK)采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法测定, 碱解氮(available nitrogen, AN)采用碱解扩散法测定, 速效钾(available potassium, AK)采用NH4Ac溶液浸提-火焰光度法测定, 速效磷(available phosphorus, AP)采用Olsen法测定, 铵态氮(ammonium nitrogen, NH4+-N)采用KCl溶液浸提-靛酚蓝比色法测定, 硝态氮(nitrate nitrogen, NO3--N)采用KCl溶液浸提-紫外分光光度法测定.
土壤呼吸速率采用静态系统中CO2释放量的测定-滴定法测定.酸性磷酸酶(acid phosphatase, ACP)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)活性采用如下方法测定：将1 g鲜土与125 mL碳酸氢钠缓冲液(50 mmol ·L-1, pH 5.0/8.0)混匀持续30 min成土壤悬浮液.随后, 取200 μL土壤悬浮液与50 μL 4-甲基磷酸基质(200 mmol ·L-1)于96孔板中25℃培养4 h.后用10 μL NaOH(10 mmol ·L-1)结束反应.
1.3.2 土壤DNA提取和浓度测定.土壤基因总DNA用Fast DNA Spin Kit for soil(MP Biomedicals公司)试剂盒提取.采用NanoDrop ND-1000UV-Vis分光光度计测定样品总DNA的浓度, 每个样品测3个平行, 计算平均值.剩余的DNA样品置于-20℃冰箱保存, 用于后续测定.
1.3.3 Real-Time PCR测定根际、非根际细菌16S rRNA基因拷贝数16S rRNA基因扩增：采用F357GC(5′-CGC CCG CCG CGC GCG GCG GGC GGG GCG GGG GCA CGG GGG GCC TAC GGG AGG CAG CAG -3′)、R518(5′-ATTACCGCGGCTGCTGG-3′)为引物以25 μL体系进行PCR扩增, 以DNA为模板.扩增体系为: ABI MixSybrGreen qPCR Master Mix(ABI, USA)12.5 μL, 引物各1 μL, DNA模板2 μL, 8.5 μL去离子水.扩增条件为: 94℃预变性3min, 随后94℃变性30 s, 55℃退火15 s, 72℃延伸30 s, 共35个循环.溶解曲线程序为65~98℃, 每0.2℃读数, 其间停留6 s. Real-Time PCR测定控制软件为ABI 7500.
1.3.4 土壤根际/非根际细菌群落结构的T-RFLP分析利用T-RFLP技术分析不同施肥制度对柠檬根际与非根际中16S rRNA基因的群落结构.PCR过程采用27F(5′-AGAGTTTGATCCT-GGCTCAG-3′)、1492R(5′-GGTTACCTTGT-TACGACTT-3′)为引物, 以50 μL体系进行PCR扩增, 以DNA为模板.扩增体系为: 25 μL Mix, 引物各1 μL, 10 μL DNA模板, 13 μL去离子水.扩增程序为：94℃预变性5 min, 随后94℃变性1 min, 56℃退火1 min, 72℃延伸2min, 共30个循环, 最后72℃延伸10 min.将扩增产物用Rsal酶进行单酶切, 后采用毛细管电泳检测被切序列片段的丰度值.
1.4 数据处理采用Excel 2010软件进行数据处理和图表绘制.采用SPSS 26.0进行数据分析, 利用ANOVA进行单因素方差分析(P＜0.05), 采用Pearson法对土壤理化性质与根际/非根际土壤细菌群落丰度及酶活性进行相关性分析.采用Canoco 5.0软件对不同施肥处理下根际/非根际土壤细菌群落结构差异性及环境因子与群落结构的相关性进行主成分(PCoA)和冗余分析(RDA).
2 结果与分析 2.1 化肥减量配施有机肥对根际/非根际土壤pH、有机质和养分含量的影响非根际土壤的pH范围为4.40~5.52(图 1), 施用有机肥处理(P、NP、70FP和50FP)的非根际土pH值显著高于CK和FM处理(P＜0.05), 其中, NP处理最高, 较CK处理提高了0.05个单位.各处理根际土pH范围为4.52~5.71, 从大到小依次为：NP＞50FP＞P＞70FP＞CK＞FM, 施用有机肥能显著提高根际土pH值, 其中, NP处理较CK处理提高了0.10个单位.各处理非根际土ω(SOM)为4.53~9.65g ·kg-1(图 1), NP处理的SOM含量最高, 较CK处理提高了113.02%; 各处理根际土ω(SOM)为5.35~12.89 g ·kg-1, 施用有机肥的处理(P、NP、70FP和50FP)SOM含量显著高于CK和FM处理, 其中50FP处理的根际土SOM含量最高, 较CK处理提高了140.94%.
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不同大写字母表示不同处理下非根际土壤差异显著, 不同小写字母表示不同处理下根际土壤差异显著(P＜0.05) 图 1 不同施肥处理对根际/非根际土壤pH值和SOM含量的影响 Fig. 1 Effects of different fertilization treatments on pH and SOM concentration of rhizosphere/non-rhizosphere soils |
非根际土壤ω(TN)为0.47~0.91 g ·kg-1, P处理的TN含量显著高于其他处理(P＜0.05), 较CK处理提高了93.62%; 根际土壤ω(TN)为0.62~0.99 g ·kg-1, 50FP和P处理的TN含量显著高于其他处理, 较CK处理提高了56.45% ~59.68%.非根际土壤ω(TN)为0.18~0.68 g ·kg-1, 化肥减量配施有机肥处理(50FP和70FP)的TP含量显著高于其他施肥处理, 较CK处理提高了250.00% ~277.78%; 根际土壤ω(TP)为0.22~0.87 g ·kg-1, P处理的TP含量最高, 显著高于其他施肥处理, 较CK处理提高了295.46%.非根际土壤ω(TK)为16.37~17.49 g ·kg-1, 施肥处理(FM、P、NP和50FP)的TK含量显著高于CK处理, 提高了4.70% ~6.84%; 根际土壤ω(TK)为16.61~19.69 g ·kg-1, FM处理显著高于其余施肥处理, 较CK处理的TK含量提高了18.54%.
非根际土壤含水率为12.61% ~22.90%(图 2), 根际土壤含水率为12.93% ~22.37%, 其中70FP和50FP处理含水率显著低于其他施肥处理(P＜0.05), 且较CK处理分别降低了37.07% ~44.93%和38.94% ~42.20%.非根际土壤ω(AN)为54.46~70.71 mg ·kg-1, FM、70FP和50FP处理AN含量显著高于其他施肥处理, 其中FM处理的AN含量最高, 化肥减量配施有机肥处理(70FP和50FP)较CK处理提高了26.61% ~26.70%; 根际土壤ω(AN)为53.37~92.63 mg ·kg-1, P、70FP和50FP处理的AN含量显著高于其他施肥处理, 其中P处理的AN含量最高, 化肥减量配施有机肥处理(70FP和50FP)较CK处理提高了55.24% ~73.22%.非根际土壤ω(NO3--N)为2.60~16.38 mg ·kg-1, 化肥减量配施有机肥处理(50FP和70FP)的NO3--N含量显著高于其余处理, 其中50FP处理的NO3--N含量最高, 较CK处理提高了529.23%; 根际土壤ω(NO3--N)为2.26~12.20 mg ·kg-1, 70FP和50FP处理的NO3--N含量显著高于其他施肥处理, 较CK处理提高了375.80% ~440.36%.非根际土壤ω(NH4+-N)为2.18~4.83 mg ·kg-1, 各处理的NH4+-N含量从大到小依次为：FM＞50FP＞NP＞CK＞P＞70FP, 其中50FP处理较CK处理提高了8.43%; 根际土壤ω(NH4+-N)为4.25~7.38 mg ·kg-1, 各处理NH4+-N含量从大到小依次为：FM＞70FP＞50FP＞P＞NP＞CK, 其中50FP处理较CK处理提高了24.85%.说明化肥减量配施有机肥能显著提高土壤根际/非根际土壤的AN和NO3--N含量.
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不同大写字母表示不同处理下非根际土壤差异显著, 不同小写字母表示不同处理下根际土壤差异显著(P＜0.05) 图 2 不同施肥处理对根际/非根际土壤含水率、AN、NO3--N和NH4+-N的影响 Fig. 2 Effects of different fertilization treatments on rate of water content, AN, NO3--N, and NH4+-N concentrations in rhizosphere/non-rhizosphere soil |
非根际和根际土壤ω(AP)分别为10.23~78.93 mg ·kg-1和9.14~96.89 mg ·kg-1(图 3), 化肥减量配施有机肥处理(50FP和70FP)的AP含量均显著高于其他施肥处理(P＜0.05), 较CK处理分别提高了590.62% ~671.55%和827.29% ~960.07%.非根际土壤ω(AK)为65.63~176.21 mg ·kg-1, 其中70FP处理的AK含量最高, 显著高于其他施肥处理, 较CK处理提高了168.49%; 根际土壤ω(AK)为47.39~224.24 mg ·kg-1, 化肥减量配施有机肥处理(70FP和50FP)的AK含量显著高于其余施肥处理, 其中50FP处理的AK含量最高, 显著高于其他施肥处理, 且较CK处理提高了373.18%.
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不同大写字母表示不同处理下非根际土壤差异显著, 不同小写字母表示不同处理下根际土壤差异显著(P＜0.05) 图 3 不同施肥处理对根际/非根际土壤AP和AK含量的影响 Fig. 3 Effects of different fertilization treatments on AP and AK concentrations in rhizosphere/non-rhizosphere soil |
非根际土壤呼吸速率变化范围(以CO2计, 下同)为0.24~0.53 mg ·(g ·h)-1, 各处理土壤呼吸速率从大到小依次为：70FP＞P＞50FP＞NP＞FM＞CK, 施加有机肥的处理(P、NP、50FP和70FP)土壤呼吸速率显著高于CK和FM(P＜0.05), 提高了12.30% ~117.30%, 其中50FP处理土壤呼吸速率较CK提高了98.66%.根际土壤呼吸变化范围为0.27~0.70 mg ·(g ·h)-1, FM、NP、70FP和50FP处理的土壤呼吸速率显著高于其他施肥处理, 其中50FP处理的土壤呼吸速率最高, 较CK处理提高了162.50%.化肥减量配施有机肥显著增强了根际/非根际土壤呼吸速率, 50FP处理能显著增强根际土壤呼吸速率.如图 4所示, 除P处理外, 其余施肥处理根际土壤呼吸速率均高于非根际, 高出幅度为5.30% ~45.00%.
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不同大写字母表示不同处理下非根际土壤差异显著, 不同小写字母表示不同处理下根际土壤差异显著(P＜0.05) 图 4 不同施肥处理对根际/非根际土壤呼吸速率的影响 Fig. 4 Effects of different fertilization treatments on rhizosphere/non-rhizosphere soil respiration rate |
各处理非根际土壤ACP活性为6.99~8.92μmol ·(d ·g)-1, 根际土壤ACP活性为5.99~7.49 μmol ·(d ·g)-1, 其中CK和FM处理的ACP活性最高, 70FP和50FP处理的ACP活性显著低于其他施肥处理(P＜0.05), 较CK处理分别降低了18.26% ~18.82%和12.88% ~13.80%.各处理非根际土壤ALP活性为11.65~18.96 μmol ·(d ·g)-1, 其中NP处理的ALP活性最高, 化肥减量配施有机肥处理(70FP和50FP)显著低于FM和P处理, 较NP处理降低了33.82% ~34.17%; 根际土壤ALP活性为6.40~16.50 μmol ·(d ·g)-1, 其中50FP处理的ALP活性显著低于CK、FM、NP和70FP处理, 且较CK降低了12.88%.如图 5所示, 除CK和70FP处理的根际ALP活性大于ACP, 其他处理的非根际土磷酸酶活性均高于根际土, 高出幅度为3.40% ~126.30%.
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不同大写字母表示不同处理下非根际土壤差异显著, 不同小写字母表示不同处理下根际土壤差异显著(P＜0.05) 图 5 不同施肥处理对根际/非根际土壤碱性磷酸酶、酸性磷酸酶活性的影响 Fig. 5 Effects of different fertilization treatments on alkaline phosphatase and acid phosphatase activities in rhizosphere/non-rhizosphere soil |
如图 6所示, 各处理的非根际土壤细菌16S rRNA基因拷贝数大小呈现：FM＞70FP＞CK＞50FP＞P＞NP, 其中NP处理比FM处理降低了66.30%.根际土壤细菌16S rRNA基因拷贝数大小为：50FP＞P＞70FP＞NP＞CK＞FM, 其中FM处理相比50FP处理降低了70.00%.
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不同大写字母表示不同处理下非根际土壤差异显著, 不同小写字母表示不同处理下根际土壤差异显著(P＜0.05) 图 6 不同施肥处理根际/非根际土壤细菌16S rRNA基因拷贝数 Fig. 6 16S rRNA gene copy number of rhizosphere/non-rhizosphere soil bacteria under different fertilization treatments |
表 2为土壤理化性质与根际/非根际土壤细菌群落丰度及酶活性的相关性分析.相关性分析结果表明, 非根际土壤细菌16S rRNA基因拷贝数与TN含量呈显著负相关关系(P＜0.05), 与pH和SOM含量呈极显著负相关关系(P＜0.01), 但与含水率呈极显著正相关关系(P＜0.01); 根际土壤细菌基因拷贝数与AN和AP含量呈显著正相关关系(P＜0.05), 与pH、SOM、TN和TP含量呈极显著正相关关系(P < 0.01).
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表 2 不同理化性质与根际/非根际土壤细菌群落丰度及酶活性的相关性1) Table 2 Correlation between different physicochemical properties and abundance and enzyme activity of non-rhizosphere bacterial community in soil rhizosphere |
根际/非根际土壤呼吸速率均与含水率呈极显著负相关关系(P＜0.01), 与SOM、TN、AP和AK含量呈极显著正相关关系(P＜0.01), 与AN和TK含量呈显著正相关关系(P＜0.05).
非根际土壤ACP活性与NO3--N、TP和AP呈显著负相关关系; 根际土壤ACP活性与含水率呈显著正相关关系(P＜0.05), 与pH和AP含量呈显著负相关关系(P＜0.05), 与SOM和TN含量呈极显著负相关关系(P＜0.01).在根际土壤中, ALP活性与SOM和AN含量呈显著负相关关系(P＜0.05), 与TN和TP含量呈极显著负相关关系(P＜0.01); 而在非根际土壤中, ALP活性与各理化指标之间的相关性均未达到显著水平(P＞0.05).
2.5 化肥减量配施有机肥对根际/非根际土壤细菌群落结构的影响采用Bray-curtis算法对细菌群落结构进行的PCoA分析结果如图 7所示, 第一主成分和第二主成分的解释率分别为33.67%和19.62%, 累计解释率为53.29%.在第一轴上, 根际土壤中70FP、NP、50FP、P和CK处理的细菌群落结构能在第一轴上很好地分开, 非根际土壤中P、FM、70FP、NP、50FP和CK处理能很好地分开.
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图 7 不同施肥处理对土壤根际/非根际群落结构的PCoA分析 Fig. 7 PCoA analysis of soil rhizosphere/non-rhizosphere community structure under different fertilization treatments |
冗余分析(RDA)结果如图 8, 从中可知环境因子对细菌群落的解释率为51.10%, 第一排序轴解释率为19.50%, 第二排序轴解释率为10.67%.SOM、TN、NO3--N、AK、TP、AN和TK都较密切, 均达显著水平(P＜0.05).其中TN解释率为15.10%, P为0.008; AK解释率为17.80%, P为0.002; NO3--N解释率为13.70%, P为0.004, 均达极显著水平(P＜0.01).环境变量对细菌群落解释率大小顺序为：AK＞TN＞NO3--N＞TP＞SOM＞TK＞AN.
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图 8 细菌群落与环境因子变化的RDA排序 Fig. 8 RDA sequencing of bacterial community and environmental factors |
土壤速效养分占土壤养分全量的比例是评判土壤养分有效性的重要指标之一[19], 也是影响作物生长的重要因素.有机无机肥合理配施能够改善根际/非根际土壤理化性质.本研究结果表明, 化肥减量配施有机肥能显著提高柠檬根际/非根际土壤AN、AP、AK和NO3--N的含量, 这与前人的研究结果一致[20, 21].这一方面是因为施加有机肥能为土壤中的微生物提供能源物质, 改变土壤微生物群落结构, 进而提高土壤NO3--N和AN的含量并改善土壤的供氮能力[22].另一方面是因为有机肥施入土壤后能提供大量的SOM, 其在微生物作用下腐解产生的有机酸对土壤磷具有活化作用, 从而使土壤AP含量提高[23].不同施肥处理能通过影响土壤肥力及作物生长情况, 进而使土壤呼吸速率发生显著变化[24].本研究结果表明, 根际/非根际土壤SOM、TN、AP和AK含量与土壤呼吸速率呈极显著正相关, 这表明施用有机肥能通过使SOM与TN等土壤养分增加, 进而促进土壤呼吸速率.这与芦思佳等[25]和吴瑞娟等[26]的研究结果一致.土壤呼吸主要包括微生物呼吸和根呼吸两部分[27, 28], 有机肥能通过提供土壤微生物活动所需碳源, 提高土壤中微生物的数量和活性[29, 30], 进而提高微生物呼吸.同时, SOM和TN等营养元素还能促进柠檬的生长, 增强柠檬根系活性, 使柠檬根呼吸增强.有研究发现, 土壤水分能够通过调控土壤通气与土壤微生物活性等因素影响土壤呼吸速率[26].本研究结果表明, 根际/非根际土壤含水率与土壤呼吸速率呈极显著负相关, 这可能是因为土壤含水率超过了田间持水量[31].
3.2 不同施肥方式对柠檬根际/非根际土壤酶活性和细菌丰度的影响土壤酶在催化土壤微生物所必需的几个重要反应、有机质形成和养分循环中起着重要作用[32].土壤酶活性在一定程度上能反映微生物的活性以及作物的生长发育状况[33, 34].根据最适pH的不同可将磷酸酶分为酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(ALP)[35].在本研究中, ACP活性与pH呈显著负相关, 这可能是因为土壤根际/非根际pH与SOM含量呈显著正相关, 同时磷酸酶与环境pH密切相关, 当施加有机肥时, 土壤SOM含量增加, 进而提高了土壤pH, 使ACP活性降低.有研究表明, 有机质对酶活性存在抑制作用[32, 35].在本研究中, 根际土壤中ACP和ALP活性均与SOM含量呈显著负相关关系, 与前人的研究结果一致[36].这可能是因为施加有机肥能够通过增加土壤pH和AP的含量, 进而降低ACP活性以及使柠檬根际微生物分泌磷酸酶下降.
化肥减量配施有机肥能够通过改变土壤生物化学环境, 直接影响土壤细菌群落丰富度.杨滨娟等[30]的研究发现, 秸秆还田配施不同比例化肥能够有效增加根际土壤细菌数量.本研究结果表明, 施加有机肥能够显著提高根际土壤细菌群落丰度, 且根际土壤细菌丰度与SOM、pH、TN和TP含量呈极显著正相关, 这与张宇等[37]的研究结果一致.这可能是因为施加有机肥能够提高土壤pH, 形成有利于土壤细菌生长的环境.同时, 有机肥本身含有大量C、N和P等养分, 能直接为土壤根际中的细菌提供生长所需养分和能量[38].
3.3 不同施肥方式对柠檬根际/非根际土壤细菌群落的影响有研究表明, 不同施肥处理导致土壤细菌群落结构差异显著[39~42].本研究结果表明, 化肥减量配施有机肥及施用新鲜有机肥的根际土壤细菌群落结构具有相似性, 并与P和CK处理有显著差异, 这说明, 施用新鲜有机肥及化肥减量配施有机肥处理会对根际土壤细菌群落结构产生影响, 和前人研究结果相同[43].施加有机肥能增加土壤SOM含量, 为细菌提供大量生长所需养分.同时施加有机肥能通过改变土壤理化性质使细菌生长环境发生变化, 不同细菌对环境要求不同, 进而使细菌群落结构发生变化.
环境因子对土壤微生物的丰度、多样性和功能有显著影响, 是土壤微生物群落组成的重要影响因素[44, 45].本研究的RDA分析表明, 显著影响非根际/根际土壤细菌群落结构的主要环境因子是SOM、TN、NO3--N、AK、TP、AN和TK, 其中TN、AK和NO3--N与细菌群落结构关系极为密切.有研究发现, 土壤TN含量与施肥关系密切, 施肥能够通过为土壤细菌群落生长直接提供大量氮素养分进而增加土壤细菌群落多样性[46].在本研究中, 化肥减量配施有机肥显著提高了柠檬根际/非根际土壤NO3--N和AK的含量, 说明化肥减量配施有机肥处理能够改变土壤细菌环境条件, 从而引起土壤细菌群落结构的变化.
4 结论化肥减量配施有机肥(50FP和70FP)能显著提高柠檬根际/非根际土壤AN、AP、AK和NO3--N的含量, 显著提高土壤呼吸速率和根际土壤细菌丰度, 其中, 50FP处理的效果更显著.不同施肥处理通过改变土壤理化性质进而间接改变了土壤微生物的群落组成, TN、AK和NO3--N是影响柠檬根际/非根际土壤细菌群落结构的主要环境因子.因此, 50%化肥+50%有机肥(50FP)是一种更高效的果园施肥方式, 更适合在该地区果园中进行推广.
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