1、农业环境科学学报Journal of AgroEnvironment Science2022，41（12）:2629-26412022年12月赵雨鑫，廖洪凯，龙健，等.秸秆类型对强还原土壤细菌群落及多样性的影响J.农业环境科学学报,2022,41（12）：2629-2641.ZHAO Y X,LIAO H K,LONG J,et al.Effect of reductive soil disinfestation incorporated with straw types on soil bacterial communitydiversityJ.Journal of Agro-Environ
2、ment Science,2022,41（12）：2629-2641.开放科学OSID秸秆类型对强还原土壤细菌群落及多样性的影响赵雨鑫1，廖洪凯1*，龙健1，李娟2，冉泰山1，杨国梅1（1.贵州师范大学贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室，贵阳 550001；2.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵阳 550001）Effect of reductive soil disinfestation incorporated with straw types on soil bacterial community diversityZHAO Yuxin1,LIAO Hongkai1*,LON
3、G Jian1,LI Juan2,RAN Taishan1,YANG Guomei1（1.Key Laboratory for Information System of Mountainous Areas and Protection of Ecological Environment of Guizhou Province,GuizhouNormal University,Guiyang 550001,China;2.Department of Geography and Environmental Science,Guizhou Normal University,Guiyang5500
4、01,China）Abstract：The aim of this research is to compare the effects of reductive soil disinfestation（RSD）incorporated with different types of strawon continuous-cropping soil properties and bacterial communities.RSD treatments incorporating dried corn straw（CS）,dried miscanthusstraw（MS）,a dried cor
5、n and miscanthus straw mixture（CMD）,and a fresh corn and miscanthus straw mixture（CMW）were set up,withchemical fumigation and flooding as controls,to evaluate the dynamic changes in physicochemical properties and bacterial communitiesduring soil incubation.The results showed that different RSD treat
6、ments increased soil organic matter and labile organic carbon content收稿日期：2022-10-27录用日期：2022-11-25作者简介：赵雨鑫（2000），女，河北邯郸人，硕士研究生，从事土壤环境研究。E-mail：*通信作者：廖洪凯E-mail：基金项目：国家自然科学基金项目（42167017）；贵州省科学技术基金重点项目（黔科合基础20201Z036）；贵州省百层次创新人才项目（黔科合平台人才20206010）Project supported：The National Natural Science Foundati
7、on of China（42167017）；The Key Program of Science and Technology of Guizhou Province，China（20201Z036）；Guizhou Province 100-level Talent Project（20206010）摘要：为对比不同类型秸秆对强还原处理土壤（RSD）理化指标和微生物变化特征的影响，本研究设置了晾干的玉米秸秆（CS），晾干的芒草秸秆（MS），晾干的玉米和芒草秸秆混合（CMD），新鲜的玉米和芒草秸秆混合（CMW）4个处理，并以化学熏蒸和仅淹水处理作为对照，以评估不同强还原物料处理土壤培养过程中理
8、化性质和细菌群落的动态变化。结果表明：在培养期间不同RSD处理增加了土壤有机质和活性有机碳含量，土壤pH呈先升高后降低的趋势，且土壤硝态氮的累积降幅达到83%98%。与单一秸秆相比，混合晾干秸秆RSD处理显著提高了细菌群落多样性，其中Shannon指数的增幅为49%，而混合新鲜秸秆处理对细菌群落多样性的影响呈先升高后降低的变化趋势。在培养期间，变形菌门（Proteobacteria）是总细菌群落的优势菌门，其相对丰度在CMW组先降低后升高，而在CMD组降低了51%。在细菌属水平上，CMD组伯克氏菌目中未分类的属（UC-Burkholderiales）、丛毛单胞菌科中未分类的属（UC-Comam
9、onadaceae）、厌氧黏细菌属（Anaeromyxobacter）和假单胞菌属（Pseudobacteroides）相对丰度于培养结束时期显著高于其他处理。Mantel检验表明具有特征性的细菌类群（如Anaeromyxobacter和Pseudobacteroides）与土壤pH、有效磷含量呈正相关，且Anaeromyxobacter与硝态氮含量呈显著正相关关系。研究表明，不同强还原物料组成及晾干程度均对土培过程中细菌群落组成及其多样性产生显著影响。关键词：强还原土壤处理；秸秆类型；连作；土壤理化性质；细菌群落中图分类号：S154.3文献标志码：A文章编号：1672-2043（2022）1
10、2-2629-13doi:10.11654/jaes.2022-1079农业环境科学学报第41卷第12期近年来，在经济效益和市场需求的双重驱动下，高投入、高产出的集约化农业种植产业逐渐成为主流模式。然而该模式在提高作物产量的同时，也出现了以土传病害和土壤退化为主的连作障碍问题1。由此不同土壤灭菌法被相继发明，其中化学熏蒸灭菌是防治土传病害最有效、最直接的方法，在国内外已有较长的应用历史2，但该方法存在一定的次生危害，并且对染病土壤改善作用的持续性偏弱。为解决这一问题，强还原土壤灭菌法（reductive soil disinfestation，RSD）自21世纪在荷兰3和日本4相继发展起来，此
11、方法也被定义为厌氧土壤灭菌法或生物土壤灭菌法，可以作为化学熏蒸灭菌的替代方法5-6。RSD的基本原理是夏季或秋季温度较高的环境下，在发生连作障碍的土壤中加入易分解且易获取的有机物料，与土壤充分混合均匀，同时灌溉至田间最大持水量并覆盖塑料薄膜以诱导厌氧土壤条件，培养23周，从而达到改良连作土壤的效果7。这种方法已被应用于番茄8-9、草莓10-11、西瓜12-13等多种作物生产过程中出现连作障碍土壤的改良。RSD改良退化土壤的成效，一方面是通过影响土壤理化性质，提高土壤肥力实现。经过RSD处理能有效提高土壤pH，降低氧化还原电位14-15，提高土壤铵态氮和有机质含量，有效消除土壤中积累的硝态氮16
12、-17，并且通过处理后硫酸根等盐离子浓度降低可以改善土壤酸化和次生盐渍化18。另一方面RSD可以影响土壤微生物区系，促进有益微生物的定殖，这是改良土壤的关键所在19-20，如土壤细菌群落中属于厚壁菌门的细菌种群增加，而厚壁菌门中大多数为厌氧菌21，能在物料降解过程中产生对病原微生物有毒的有机酸16。RSD能够培养多种具有抑制病害和分解有机物料能力的核心微生物群，有助于土壤微生物活性及功能多样性的恢复22。土壤微生物是土壤微环境中最活跃的成分，也是土壤健康的重要指标，对保持土壤质量起着关键作用23，因此，关注RSD处理过程中土壤微生物群落的变化特征尤为重要。值得注意的是，由于不同有机物料性质组成
13、差异（如C/N等），对RSD处理土壤理化性质和微生物群落也会产生较大影响。例如，LIU等17对比RSD处理添加不同可降解性的有机物料对微生物区系的影响，结果表明富含易氧化有机碳及C/N低的有机物料更利于土壤功能微生物的增殖，TAN等16的研究发现施入不同C/N及添加量的秸秆会影响某些微生物群落的生长繁殖。然而，现阶段关于不同类型及晾干程度的物料对土壤理化性质及其微生物群落影响方面的研究报道较少，如新鲜秸秆含有较多的水溶性碳水化合物，包括葡萄糖和麦芽糖24，可能在RSD过程中与晾干秸秆对土壤性质和微生物群落产生差异影响。基于此，本研究选取不同C/N及晾干程度秸秆作为供试对象，并以化学熏蒸为对照，
14、系统分析不同处理对土壤理化指标变化的影响，结合16S高通量测序手段，研究细菌群落组成和多样性的变化特征，从而为优化RSD处理物料选择及其处理效能提供一定科学参考。1材料与方法1.1 供试材料供试土壤取自贵阳市花溪区温室大棚（262158N，1063939E），该土壤有连续五年单作草莓的历史，土壤退化较为严重。土壤样品取自020 cm深度，去除残留的植物根系和石块等杂质，然后将通过2 mm筛的土壤进行风干和研磨。土壤的理化性质：土壤pH为 7.58，总氮含量为6.72 gkg-1，总磷含量为0.90 gkg-1，土壤有机质含量为28.11 gkg-1，活性有机during the incubat
15、ion period,soil pH showed a trend of increasing first and then decreasing,and the cumulative decrease in soil nitratenitrogen reached 83%-98%.RSD with a combination of straws improved bacterial community diversity compared to the addition of a singlestraw,and the Shannon index increased by 49%.In co
16、ntrast,fresh straw first increased then decreased the bacterial community diversity.Proteobacteria was the dominant phylum in the total bacterial community.The relative abundance of Proteobacteria decreased first andthen increased in the CMW group,while decreasing by 51%in the CMD group.At the genus level,the relative abundance of UC-Burkholderiales,UC-Comamonadaceae,Anaeromyxobacter,and Pseudobacteroides were significantly increased in the mixed dry strawgroup at the end of the culture.Mantel t