不同施肥处理对鲁西北高产农田土壤真菌群落的影响

摘要 通过在鲁西北潮土区高产农田11年有机肥替代化肥定位试验，研究了有机肥部分替代化肥对小麦-玉米轮作体系中土壤养分及土壤真菌的影响。结果表明，有机肥替代50%的ONPK处理显著提高了土壤养分、酶活性和真菌数量。土壤速效磷较CK和NPK处理分别升高2.16倍和35.3%，土壤全氮含量提高42.4%和21.0%。ONPK处理的有机质含量较CK和NPK处理分别提高了55.2%和33.9%。冗余分析表明，速效磷、有机质和全氮含量是有机肥替代后真菌群落组成变化的主要调控因素。土壤真菌数量以ONPK处理最高，较CK和NPK处理分别增加了90.0%和1.11倍。土壤真菌优势群落依次为子囊菌门（Ascomycota）（49.1%～62.9%）、接合菌门（Zygomycota）（18.9%～38.5%）、担子菌门（Basidiomycota）（5.9%～8.6%）、壶菌门（Chytridiomycota）（2.1%～3.4%）。综上所述，增施有机肥可通过调节真菌种间互作关系，促进土壤养分累积，最终实现土壤可持续生产能力。

关键词 不同施肥处理；土壤养分；土壤真菌

中图分类号 S 154.3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）03-0159-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.03.036

Effects of Different Fertilization Treatments on Soil Fungal Communities in High-yield Farmland in Northwest Shandong Province

ZHOU  Xiao-lin，  WANG Wei， WANG Yu-xia et al

（ Dezhou Academy of Agricultural Sciences， Dezhou，Shandong  253015）

Abstract The effects of partial replacement of organic fertilizer on soil nutrients and soil fungi in wheat-maize rotation system were studied through 11-year positioning experiment in high-yield farmland in northwest Shandong Province. The results showed that the replacement of 50% ONPK treatment with organic fertilizer significantly increased soil nutrients， enzyme activities and fungi number. Compared with CK and NPK treatments， soil available P increased by 2.16 times and 35.3%， and soil total nitrogen increased by 42.4% and 21.0%， respectively. Compared with CK and NPK， the organic matter content of ONPK treatment increased by 55.2% and 33.9%， respectively. Redundancy analysis showed that the content of available phosphorus， organic matter and total nitrogen were the main regulatory factors for the change of fungal community composition after organic fertilizer replacement. The number of soil fungi in ONPK treatment was the highest， which increased by 90.0% and 1.11 times compared with CK and NPK treatment， respectively. The dominant communities of soil fungi were Ascomycota （49.1%-62.9%） and Zygomycota （18.9%-38.5%） Basidiomycota （5.9%-8.6%） and Chytridiomycota （2.1%-3.4%）. In conclusion， increased application of organic fertilizer can promote soil nutrient accumulation by regulating the interspecific interaction of fungi， and ultimately achieve sustainable soil productivity.

Key words Different fertilization treatments;Soil nutrients;Soil fungi

基金项目 国家重点研发计划“黄淮海冬小麦化肥农药减施技术集成研究与示范”（2017YFD0201700）；国家自然科学基金“麦玉两熟体系作物秸秆钾转化特征与钾素补偿机制”（41877100）。

作者简介 周晓琳（1980—），女，山东德州人，高级农艺师，硕士，从事植物营养与施肥技术研究。

通信作者，高级农艺师，硕士，从事土壤肥料研究。

收稿日期 2022-03-28

真菌是土壤中最为丰富的微生物之一，是农田生态系统中主要的分解者，在土壤能量流动、养分循环转化和控制作物病害等方面具有重要作用［1］。土壤真菌对其生存环境变化极为敏感，其多样性和群落组成受耕作、施肥和灌溉等田间管理措施的影响［2］。

为了探讨不同施肥下土壤微生物的变化规律及其相互关系，揭示减施化肥配施有机肥对土壤理化特性与真菌群落的影响，笔者以不同施肥方式为处理，研究有机肥部分替代化肥与土壤理化特性及真菌群落之间的关系，为提高耕地土壤微生物学特性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2010年10月在德州市德城区哨马营村进行。德州市属暖温带半湿润季风气候，年平均气温12.9 ℃，年降水量547.5 mm。供试土壤为非石灰性潮土，pH 8.3，有机质含量20.3 g/kg，全氮1.2 g/kg，全磷0.83 g/kg，全钾20.8 g/kg，有效磷（P2O5）37.4 mg/kg，速效钾282 mg/kg。

1.2 试验设计

共设置6个处理，分别是不施肥对照（CK）、常规氮磷钾肥（NPK）、猪粪3 000 kg/hm2+70%NPK（NPKM）、猪粪6 000 kg/hm2+50%NPK（ONPK）、秸秆还田+100%NPK（NPKJ）、秸秆还田+100%NPK+秸秆腐熟剂150 kg/hm2（NPKF）。每处理重复4次，随机区组排列，共24个小区，小区面积为50 m2（10 m×5 m）。试验地冬小麦-夏玉米轮作种植，一年两作，小麦品种为济麦22。玉米品种为郑单958，除氮肥2次追施外（尿素底肥1.3 kg，返青追肥和拔节期追肥2次追肥均为0.98 kg），其余肥料均一次性底肥施入。供试氮肥为尿素（N 46%），磷肥为过磷酸钙（P2O516%），钾肥为硫酸钾（K2O 50%）；猪粪为江阴市联业生物科技有限公司生产，猪粪养分含量为氮磷钾总养分5%，有机质45%。经折算，猪粪施用量分别为3 000和6 000 kg/hm2。各小区施肥量见表1。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品采集。

于2021年10月20日玉米收获后用土钻进行采土样，供试土样为每个小区0～20 cm土层土壤。每个小区随机采9个样点充分混匀，四分法保留1 kg左右土壤样品，每个小区3次重复，样品-70 ℃保藏。

1.3.2 土壤微生物数量及土壤养分测定方法。

采用稀释涂布计数法对土壤微生物计数［3］测定土壤中真菌数量。真菌用马丁氏培养基。对培养基进行30 min的21 ℃灭菌，倒平板备用，平板接种后，放置在30 ℃恒温箱倒置培养，5 d后统计真菌数目。pH采用pH计测定；全氮含量采用重铬酸钾-硫酸消化法测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；速效磷含量采用碳酸氢钠法测定；速效钾含量采用醋酸铵-火焰光度计法测定［4］。

1.3.3 土壤真菌高通量分析。

使用PowerSoil DNA Isolation Kit土壤DNA提取试剂盒（Mo Bio Laboratories）从样本中提取真菌总DNA，-80 ℃下储存。使用 New England Biolabs公司的NEB Next Ultra TM DNA Library Prep Kit for Illumina试剂盒构建文库，然后进行Qubit定量和文库检测，最后使用MiSeq进行上机测序［5］。对有效数据进行OTUs（Opera-tional Taxonomic Units）聚类和物种分类分析，并将OTU和物种注释结合，从而得到每个样品的OTUs和分类谱系的基本分析结果。采用Mothur软件计算细菌的Chao1指数和Shannon指数［6］。

1.4 数据分析

采用Excel 2003进行数据的统计分析和作图，用DPS 7.5进行差异显著性分析。用Canoco4.5软件对土壤细菌相对丰度和基本理化性质作冗余分析（Redundancy analysis，RDA），分析相关关系。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方式对鲁西北高产农田土壤养分的影响

从表2可以看出，NPK处理pH最低，NPKM处理与ONPK处理pH差异不显著，但均高于NPK处理。不同施肥处理的有效磷、速效钾含量随施肥处理中有机肥比例增加而增加，NPK处理最低，ONPK处理最高，其中ONPK处理有效磷含量较CK和NPK处理分别提高2.16倍和35.3%，速效钾含量较CK和NPK处理分别提高34.9%和10.8%，全氮含量较CK和NPK处理分别提高了42.4%和21.0%，有机质含量较CK和NPK处理分别提高了55.2%和33.9%。说明有机肥对提高土壤有效磷、速效钾、全氮、有机质有明显效果。

2.2 不同施肥方式对土壤真菌数量和多样性的影响

由表3可知，ONPK处理真菌数量最高，较CK和NPK处理分别增加了90.1%和1.11倍，NPKJ、NPKM处理真菌数量次之，分别比对照增加了75.4%和65.8%，说明施用有机肥和秸秆还田能够显著提高土壤中可培养真菌的数量。

Chaol丰富度指数和 Shannon多样性指数能进一步确定施肥对土壤微生物的影响。二者可以较好地反映土壤中微生物种群的丰富度和多样性［7］。由表3可知，NPK处理真菌丰富度指数最大，比对照提高了6.1%，其次是ONPK和NPKM处理，分别比对照提高了5.1%和4.0%，NPKJ、NPKF丰富度指数较低，可能是秸秆还田对真菌丰富度有影响；NPKF、ONPK处理物种多样性指数最大，分别比对照提高了4.0%和3.3%。说明施用有机肥和秸秆还田能够显著提高土壤中可培养真菌的数量，且对真菌多样性影响较大。