长期施有机肥对设施番茄土壤稀有和丰富细菌亚群落的影响

[目的]将稀有和丰富细菌亚群落从整体群落中加以区分并探索两者分别对长期施肥的响应特征,为解析农业活动对微生物多样性与土壤功能稳定性之间的关系提供新视角.[方法]基于设施番茄长期定位试验,采集4个不同处理土壤样品:不施肥(M0)、低量有机肥5.68 t·hm-2(M1)、中量有机肥8.52 t·hm-2(M2)和高量有机肥11.36 t·hm-2(M3),利用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析稀有和丰富细菌亚群落多样性、群落组成、共现网络和潜在功能差异,阐明两者对长期施肥的响应规律,并探讨驱动稀有和丰富细菌亚群落多样性和施肥响应差异的关键环境因素.[结果]稀有细菌亚群落α和β多样性均显著高于丰富细菌亚群落,且物种组成和潜在功能也与丰富细菌差异明显.功能预测结果显示丰富细菌负责设施农田主要生态系统功能,如养分和能量代谢,而稀有细菌更多体现在辅助功能上(例如辅酶代谢),为微生物群落功能冗余做出贡献.不同细菌亚群落多样性和组成对长期施肥响应差异较大,其中,与不施肥相比,长期施用有机肥和化肥使稀有细菌亚群落丰富度显著提高19.8%—53.8%、多样性显著提高5.8%—8.0%,总相对丰度显著提高1.1-1.2倍,改变稀有细菌亚群落组成和结构,并且随着有机肥施用量增加,稀有细菌丰富度显著提升,亚群落组成和结构也发生显著变化;与之相比,长期施肥并未显著改变丰富细菌亚群落多样性,仅群落组成受到影响.同时,细菌共现性网络复杂度随有机肥施用显著增加,且稀有细菌更敏感.非度量多维度分析(NMDS)和Mantel检验结果均显示,影响稀有和丰富细菌亚群落的关键环境因子不同,其中,土壤有机质、全量氮磷有效磷、速效钾、pH、大中团聚体等多种与确定性过程相关的土壤因子显著影响丰富细菌亚群落,结构方程模型(SEM)进一步显示土壤有机质和全磷直接驱动丰富细菌多样性变化;而稀有细菌亚群落受环境过滤的影响程度明显下降,且群落分散性更强,暗示两种亚群落构建机制可能存在差异.[结论]与丰富细菌和整体群落相比,稀有细菌亚群落呈现更高的多样性和独特的群落组成,提高微生物群落功能冗余;长期施肥主要通过影响稀有细菌(即提高多样性、改变群落组成、增加网络复杂度)而非丰富细菌,从而改变细菌整体群落,并且介导稀有和丰富细菌亚群落构建的环境因素也不相同.