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长期施肥对黑土大豆根瘤菌群体结构和多样性的影响
生物多样性
2015, 23 (1):
68-78.
DOI: 10.17520/biods.2014148
为揭示长期施肥对黑土大豆根瘤菌群体结构和多样性的影响, 采用BOX-PCR、IGS-PCR-RFLP和16S rDNA基因序列分析法, 对分离自黑龙江省7种长期不同施肥处理的254株大豆根瘤菌进行了遗传多样性和系统发育分析, 结合土壤理化性质分析了大豆根瘤菌群体结构和多样性与土壤因子间的关系。7种处理分别为不施肥(CK)、有机肥(OM)、单施氮肥(N1)、单施2倍氮肥(N2)、氮肥+有机肥(N1+OM)、氮肥磷肥混施(N1P1)和2倍氮肥磷肥混施(N2P2)。系统发育分析结果表明, 所有供试菌株均为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium), 其中大部分菌株与日本慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)相似性最高, 少部分菌株与辽宁慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium liaoningense)相似性最高。BOX-PCR聚类分析结果表明, 供试菌株在70%相似性水平上分为15个群, 在与施肥处理相关性分析中分为3个群体, 分别对应于不施化肥处理(CK和OM)、化学氮肥处理(N1、N2、N1+OM)、氮肥磷肥处理(N1P1和N2P2)。典范对应分析结果表明, 土壤pH、速效氮和速效磷与根瘤菌群体结构相关性极显著(P=0.002, 0.004, 0.002)。不同施肥措施下大豆根瘤菌的多样性有明显差异: N2P2处理的丰富度指数和Shannon-Wiener指数显著高于其他处理; OM处理的Simpson指数最高; N1和N2处理的3种多样性指数都显著低于其他处理。通径分析结果表明, pH、速效磷对多样性指数有较高的直接正效应; 速效氮通过pH的间接负效应影响多样性指数。本研究表明, 长期施用化肥改变了根瘤菌群体结构, 单施氮肥减少大豆根瘤菌多样性, 而氮肥磷肥混施则有助于提高大豆根瘤菌多样性。
表2
不同施肥处理土壤的理化性质
正文中引用本图/表的段落
土壤理化性质测定结果显示(表2), 在长期施肥条件下各处理的土壤理化性质出现了不同程度的变化。用CANOCO 5.0软件对BOX-PCR分群结果和土壤理化性质进行典范对应分析(CCA), 结果显示(图5), 第一轴(PC1)和第二轴(PC2)轴共解释变异的47.64%。通过蒙特卡罗排列检验(Monte Carlo permutation test), 排除贡献小的因子, 发现pH、速效氮和速效磷与根瘤菌群体结构极显著相关(P=0.002, 0.004, 0.002), 具有独立解释的显著性。
以往研究表明, 土壤pH酸化会抑制土壤中腐生根瘤菌的生长(Brockwell et al., 1991, Riccillo et al., 2000), 降低丰富度指数(Andrade et al., 2002)。本研究中, 在单施氮肥的条件下, 随着氮肥的用量增加, 土壤速效氮含量越高, pH越低(表2), 根瘤菌的数量和多样性指数也随之下降, 这与以前的研究结果相一致。通径分析结果表明(表4), 速效氮主要是通过pH的间接作用影响根瘤菌多样性指数。前人研究结果显示, 长期施用化学氮肥会导致土壤酸化(Malhi et al., 1998; Guo et al., 2010), 因此可以推断, 长期单独施用化学氮肥使土壤pH显著下降, 从而进一步造成土壤中根瘤菌数量和多样性降低。
本文的其它图/表
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