不同施肥制度下食细菌线虫调控土壤有机磷矿化机制及其应用潜力研究

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食细菌线虫可以通过捕食影响含phoD基因的产碱性磷酸酶细菌群落组成或丰度,从而影响碱性磷酸酶活性及其介导的土壤有机磷矿化过程,这有助于促进土壤磷循环,提高土壤磷有效性。然而,在有机与无机肥配施下食细菌线虫影响含phoD基因的产碱性磷酸酶细菌作用碱性磷酸酶活性增加的机制及其对土壤有机磷矿化的影响机制仍是未知的。本研究以川中丘陵区广泛分布的碱性紫色土为研究对象,利用不施肥对照(CK)、化学氮、磷、钾肥(NPK)、作物秸秆与化学NPK肥配施(SNPK)和猪厩肥与化学NPK肥配施(MNPK)4种施肥方式,采用田间原位试验和高通量测序技术分析不同施肥制度下食细菌线虫属与含phoD基因的土壤产碱性磷酸酶细菌群落组成、丰度和碱性磷酸酶活性之间的关系,以探明有机与无机肥配施下可以作用于土壤碱性磷酸酶活性增加的土著食细菌线虫,并解析食细菌线虫作用土壤碱性磷酸酶活性增加的机制;通过室内线虫添加试验和Hedley磷分级相结合的方法,研究土著食细菌线虫添加对碱性磷酸酶活性和有机磷组分组成、含量的影响及其相互作用影响磷有效性的机制。主要研究结果和结论如下:(1)共鉴定出11个食细菌线虫属,拟丽突属(Acrobeloides)、真头叶属(Eucephalobus)、拟高杯侧器属(Paramphidelus)和异头叶属(Heterocephalobus)为优势属(相对丰度>10%),相对丰度分别为33.2%、26.0%、14.1%和11.1%。相对于CK处理,SNPK处理显著提高了真头叶属和异头叶属丰度(P<0.05),并且施肥处理显著提高了土壤有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、有效磷含量和碱性磷酸酶活性,但降低了p H(P<0.05)。相对于NPK处理,MNPK和SNPK处理显著提高了土壤全氮含量和碱性磷酸酶活性(P<0.05)。(2)β-多样性比较分析显示,不同施肥制度间的含phoD基因的土壤产碱性磷酸酶细菌群落组成差异显著(P=0.001),并且聚类增强树(Aggregated boosted trees,ABT)分析显示食细菌线虫优势属真头叶属对含phoD基因的土壤产碱性磷酸酶细菌群落组成影响最为显著。偏最小二乘法路径模型(Partial least squares path modeling,PLS-PM)表明碱性磷酸酶活性受到了微生物量碳和含phoD基因的土壤产碱性磷酸酶群落组成的直接正向影响,并且受到微生物量碳直接作用的真头叶属可以通过对含phoD基因的土壤产碱性磷酸酶细菌群落组成的直接正向作用间接影响碱性磷酸酶活性。在含phoD基因的土壤产碱性磷酸酶细菌相对丰度最高的5个纲中,真头叶属只与革兰氏阳氏细菌放线菌纲(Actinobacteria)和芽孢杆菌纲(Bacilli)呈显著相关(P<0.05)。同时,在含phoD基因的土壤产碱性磷酸酶细菌相对丰度最高的12个属中,只有马赛菌属(Massilia)和糖丝菌属(Saccharothrix)与碱性磷酸酶活性呈显著正相关关系(P<0.05),并且糖丝菌属与真头叶属显著正相关(P<0.05)。以上结果表明,真头叶属可能是作用于紫色土碱性磷酸酶活性增加的土著食细菌线虫,其在有机与无机肥配施下更可能通过被动机制显著正向影响含phoD基因的土壤产碱性磷酸酶细菌群落组成,进而间接促进碱性磷酸酶活性,其中糖丝菌属可能是食细菌线虫作用碱性磷酸酶活性增加的中间媒介菌。(3)食细菌线虫真头叶属添加提高土壤碱性磷酸酶活性(P<0.05)、有机碳和全氮含量,并且碱性磷酸酶与有机碳、全氮、活性无机磷、活性有机磷、中等稳定无机磷和高稳定有机磷呈显著正相关(P<0.05),活性有机磷与水溶性磷呈显著正相关(P<0.05)。PLS-PM表明碱性磷酸酶可以通过直接正向显著作用于活性有机磷和高稳定有机磷间接影响磷的有效性。其中,受到碱性磷酸酶直接作用的活性有机磷和高稳定有机磷均可以直接或分别通过作用于活性无机磷和高稳定无机磷间接影响水溶性磷含量。以上结果表明,食细菌线虫添加增加碱性磷酸酶活性,促进活性有机磷和高稳定有机磷组分的矿化可能是食细菌线虫作用磷有效性的主要机制。
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