不同叶面肥营养调控下黄芪根际土壤微生物群落结构和功能多样性研究

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蒙古黄芪[Astragalus membranaceus(Fisch.)Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao]为豆科黄芪属多年生草本植物,是我国传统补气类中药材,具有较高的药用价值。科学施肥技术是影响黄芪品质和产量的重要因素,相比传统的土壤施肥,叶面施肥有用量少、效果明显等特点。作为植物与土壤之间重要的通讯媒介,土壤微生物在植物生长中起着重要作用,肥料在很大程度上可以改变土壤微生物群落的组成,合理的肥料配施可以通过提供适当的养分和调节根际微生物群落来促进黄芪生长。本研究选取内蒙古赤峰市和包头市黄芪种植基地,采集不同叶面肥喷施后黄芪根际土壤为样品,采用Illumina NovaSeq高通量测序和BIOLOGEco微平板法评估根际微生物的群落结构和功能多样性,并测定相关土壤理化性质及酶活性,探讨在不同营养元素调控下黄芪根际微生物群落与功能多样性的变化特点,为黄芪规范化种植提供依据。主要结果如下:1.高通量测序结果表明,蒙古黄芪根际土壤真菌共有15个门、54个纲、125个目、267个科、449个属,主要包括座囊菌纲(Dothideomycetes,25.82%-54.96%)、粪壳菌纲(Sordariomycetes,19.63%-38.27%)、被孢霉纲(Mortierellomycetes,3.69%-11.36%)、伞菌纲(Agaricomycetes,0.73%-8.48%)、银耳纲(Tremellomycetes,1.63%-2.69%)。大量元素及全量元素叶面肥喷施均可显著提升土壤真菌群落多样性和丰富度。全量元素和微量元素叶面肥处理可以引起土壤真菌群落结构明显变化,全量元素叶面肥处理中粪壳菌目(Sordariales)、被孢霉纲为造成土壤真菌群落结构显著差异的类群,微量元素叶面肥处理中粪壳菌纲、散囊菌纲(Eurotiomycetes)和链格孢属(Alternaria)为造成土壤真菌群落结构出现显著差异的类群。大量元素叶面肥喷施后土壤真菌网络平均路径长度、网络图密度最高,真菌群落网络结构更加复杂。2.高通量测序结果表明,黄芪土壤细菌共有57个门、91个纲、209个目、392个科、783个属,主要包括放线菌纲(Actinobacteria,13.91%-25.65%)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria,10.65%-17.12%)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,13.25%-19.24%)、拟杆菌纲(Bacteroidia,8.13%~15.00%)、芽孢杆菌纲(Bacilli,2.69%-6.53%)。大量元素和全量元素叶面肥处理的土壤细菌群落分布均匀、群落多样性高。大量元素叶面肥处理可以引起土壤细菌群落结构出现明显变化,土壤红杆菌目(Solirubrobacterales)、根瘤菌目(Rhizobiales)和硝化螺旋菌目(Nitrospirales)是引起根际土壤细菌群落结构显著变化的类群。微量元素叶面肥处理的土壤细菌网络平均连接度、网络图密度和聚类系数均有所增加,能加强土壤细菌之间的联系。3.施用不同营养元素叶面肥对土壤微生物群落功能多样性有显著影响,在六类碳源中,微生物对氨基酸和碳水化合物的利用率最高,而酚酸类和胺类的利用率最低。微量元素可以增加土壤微生物群落碳源代谢均匀度与多样性,从而提升土壤微生物功能多样性。4.不同样地和叶面肥处理下大部分土壤因子差异显著,各土壤因子间密切相关,样地及叶面肥处理均可显著影响土壤理化性质及酶活性,其中对土壤速效钾的影响最大。两样地的土壤pH值、速效钾和脲酶活性是造成土壤真菌、细菌群落结构差异的主要土壤因子,土壤因子对土壤真菌多样性的影响较大,而叶面肥处理对土壤细菌多样性的影响较大。土壤因子和叶面肥处理均影响黄芪土壤微生物群落功能多样性,且土壤因子的影响较大,其中羧酸类和氨基酸类与有机碳、碱解氮呈显著正相关,胺类和酚酸类与脲酶活性呈显著正相关,土壤温度与羧酸类呈显著负相关。
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