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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4
土壤理化性质对大豆根瘤菌多样性的通径分析
正文中引用本图/表的段落
土壤各理化指标与3种多样性指数相关性结果表明(表4), 速效磷、pH和有机质与3种多样性指数均为不显著正相关, 而速效氮与3种多样性指数均为不显著负相关。采用通径分析方法进一步分析各理化指标对多样性指数直接和间接的作用, 结果显示(表4): 土壤速效磷对3种多样性指数均为直接正效应, 分别为1.166、0.976和0.801; pH值对3种多样性指数均为直接正效应, 分别为1.100、0.360和1.144; 速效氮对3种多样性指数的直接效应分别为0.462、-0.521和-0.039, 其对丰富度指数和Simpson指数的直接效应小于pH的间接效应(-0.836, -0.870)。由此可见, 速效磷和pH对多样性指数有直接影响, 速效氮主要通过pH的间接负效应影响多样性指数。
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。
磷是影响共生固氮的非常重要的营养元素, 豆科植物的结瘤、固氮酶的活性与土壤中磷的供应水平成正相关(Hellsten et al., 2001)。有关磷肥对土壤微生物特别是对根瘤菌的影响研究较少, 但已发现磷肥会影响土壤中某些微生物的菌群结构和组成(Jorquera et al., 2013), 如Li等(2012)认为Mesorhizo- bium属的分布与速效磷含量有关。本研究中磷肥与氮肥配施用处理根瘤菌的3种多样性指数显著高于单施氮肥处理(表3), 通径分析结果(表4)进一步证实了速效磷含量对3种多样性指数均有较高的直接正效应(表4), 表明了磷肥有助于提高大豆根瘤菌的多样性。
本文的其它图/表
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