松嫩平原是世界三大苏打盐碱土集中分布区之一^[1]，目前我国尚有80%左右的盐碱地尚未得到开发利用，潜力巨大^[2]。苏打盐渍土盐基离子主要由Na₂CO₃和NaHCO₃组成，具有浓度高、质地粘重板结、透水透气性差、养分有效性低等特点，严重影响作物的生长发育^[3]。关于苏打盐渍土改良前人做了大量的研究工作，在松嫩平原通过种植水稻改良盐碱土取得了较好的效果^[4-5]，但由于重度苏打盐渍土质地粘重，水分难于下渗洗盐，导致水稻根系生长发育受阻，严重影响地上部器官形态建成，种植效益低。在众多改良方法中化学改良措施相对于其他方法具有效果显著、成本低等优点。现阶段，国内外关于化学改良的方法已有较多报道，如利用脱硫副产物、石膏、有机肥、糠醛渣、腐殖酸尿素、硫酸铝和粉煤灰等能有效降低土壤pH和碱化度^[6-8]。虽然盐碱土改良剂的种类繁多，但改良效果差别较大。笔者前期研究已证实以硫酸铵和凹凸棒土为载体，按一定比例加入生物炭基肥、褪黑素、柠檬酸、硫酸铝、硫酸锌、硫酸亚铁、DTA-6和肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐等，制成复合型盐碱土壤改良剂，具有增加土壤团聚体数量、降低土壤Na⁺离子含量、改善土壤结构、降碱脱盐的作用，在苏打盐渍土改良方面取得了显著效果，但研究主要集中在作物产量和土壤理化性质等方面^[9-10]。关于盐渍土改良后土壤细菌群落结构与功能的研究还十分缺乏，土壤细菌群落常被认定为土壤生态系统变化的预警指标^[11]，微生物群落组成与土壤理化性状有着密切的联系，直接影响土壤改良效果^[12]，因此，本文用水稻栽培田间试验的方法，验证了施用土壤改良剂对提高水稻产量、改良土壤理化性质的效果，并用16S rDNA高通量测序技术揭示了土壤细菌群落遗传多样性对苏打盐碱土施用改良剂的响应，以期从改善土壤理化性质和细菌群落功能多样性的角度为施用改良剂改良松嫩平原苏打盐碱土、提高土壤质量提供科学依据。

1.   材料与方法

1.1   试验材料

供试作物：水稻品种（Oryza sativa）为垦稻10；该水稻品种13叶，生育期137 d。

供试肥料：硫酸铵（N 21%）、重过磷酸钙（P₂O₅ 46%）、硫酸钾（K₂O 50%），均为市场销售生产资料。

供试改良剂：以硫酸铵和凹凸棒土作为载体，按一定比例加入生物炭基肥、褪黑素、柠檬酸、硫酸铝、硫酸锌、硫酸亚铁、DTA-6和肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐等，制成复合型盐碱土壤改良剂。该改良剂由大庆市启隆农业科技有限公司生产。图1为该改良剂的应用效果图，左图为添加自来水处理，右图为自来水 + 改良剂处理，两处理所用土壤（苏打盐化草甸土）和灌水量一致。

图  1  盐碱改良剂改良苏打盐化草甸土效果

Figure  1.  Effects of soil ameliorant on the improvement of soda salinized meadow soil

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试验地概况：试验于2018年在黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古自治县敖林西伯乡进行。试验地地处黑龙江省西部干旱区，属温带大陆性季风气候，年平均降水量365 mm，年蒸发量1830.5 mm，无霜期155天左右。春季多风少雨，蒸发量大，可溶性盐汇集地表；夏季前期干热，后期降水集中且变率大，地表局部水流聚集于低平洼地，形成积水内涝，使地下水位升高；秋季多寒潮，降温急剧，为本区域土壤盐渍化的形成提供了条件。

试验地土壤为重度苏打盐化草甸土，质地为粉黏壤（国际制质地分类制）。前茬撂荒。2018年春季泡田前采集0 ~ 20 cm土层土壤样品，测定土壤养分含量，土壤有机质含量14.1 g kg⁻¹、pH 9.15（水土比5∶1）、电导率1863 μs cm⁻¹（水土比5∶1）、速效磷（P₂O₅）和速效钾（K₂O）含量分别为19.9 mg kg⁻¹和136.4 mg kg⁻¹。

1.2   试验设计

试验设置2个处理，分别为（1）CK处理：当地农民习惯施肥处理；（2）T处理：在CK基础上，基肥、返青肥、促花肥和保花肥分别增施50 kg hm⁻²、40 kg hm⁻²、15 kg hm⁻²、15 kg hm⁻²的盐碱土改良剂（前期试验结果总结出改良剂施用量），改良剂与肥料掺混后随肥料一起施用，其它栽培管理方式同CK处理。采用常规育苗，插秧密度30 cm × 13.2 cm（25穴 m⁻²）。每个处理3次重复，随机排列，共6个试验区，每个试验区面积约1000 m²（根据GPS测量面积，计算施肥量），各区单排单灌。于5月20日插秧，10月3日收获。当地习惯施肥N 150 kg hm⁻²，P₂O₅ 70 kg hm⁻²，K₂O 50 kg hm⁻²，氮肥按基肥∶返青肥∶促花肥（7.5叶）∶保花肥（10.0叶）= 45∶70∶15∶20比例施用，全部磷肥于基肥一次性施用，钾肥于基肥和促花肥施用，前后两次的比例为1∶1；基肥于秋整地时施用，返青肥、促花肥和保花肥采用撒施的施用方式。

1.3   土壤样品的采集与测试方法

1.3.1   土壤样品的采集

于水稻施保花肥（10.0叶）后10天取0 ~ 20 cm耕层土壤样品，取样前5天不灌水，每个处理3次重复，每个重复在田间随机选取10点后混合，剔除石砂和植物残渣等杂物，混合均匀，一部分用锡箔纸包裹于液氮中保存，转移至-80 ℃冰箱，用于土壤细菌多样性分析；另一部分置于室内自然风干研磨后，测定土壤电导率（雷磁DDS-307）、质量含水量（烘干法）、代换性钠含量、pH（Sartorius PB-10）^[13]和水稳性团聚体（TPF-100）^[14]。

1.3.2   土壤DNA提取及16S rRNA基因高通量测序

土壤样品送到上海派森诺生物科技股份有限公司进行16S rRNA基因高通量测序。土壤细菌16S rRNA V3-V4可变区PCR扩增以提取的土壤微生物DNA为模板，341F（5’-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）为引物，PCR扩增细菌16S rRNA基因序列的V3-V4区。PCR扩增程序：95 ℃ 5 min，95 ℃ 1 min，55 ℃ 1 min，72 ℃ 30 s，15个循环；72 ℃延伸7 min。PCR产物经1.8%琼脂糖凝胶电泳检测后，对16S rRNA基因序列V4-V5区通过Illumina MiSeq平台对群落DNA片段进行双端（Paired-end）测序。

1.4   数据分析

用Excel 2019进行数据处理，用SPSS 17.0 软件在P ≤ 0.05水平上进行单因素方差分析，用Origin 2018、STAMP（Statistical analysis of metagenomic profiles）和Canoco5软件作图。

2.   结果与分析

2.1   不同处理对水稻产量及产量构成的影响

从表1可以看出，施用改良剂处理（T）较对照田（CK）平方米穴数、每穴分蘖数和穗粒数分别增加39.2%、30.3%和9.60%（P < 0.01），由于改善了水稻生长的土壤环境，使水稻结实率和产量均有显著提高，其中结实率和产量分别增加10.7%和124.4%（P < 0.01）。

表  1  土壤改良剂对水稻产量及产量构成的影响

Table  1.  Effects of soil modifiers on rice yield and yield composition

处理 Treatment	平方米穴数 Hills per m2	每穴分蘖数 Tillers per hill	穗粒数 Grains per panicle	千粒重（g） 1000-grain weight	结实率（%） Seed setting rate	产量（t km−2） Yield
CK	17.1 ± 1.16 Bb	15.2 ± 1.65 Bb	69.8 ± 2.31 Bb	19.9 ± 0.02 Aa	71.9 ± 1.89 Bb	2.60 ± 0.31 Bb
T	23.8 ± 1.34 Aa	19.8 ± 1.43 Aa	76.5 ± 2.45 Aa	20.3 ± 0.01 Aa	79.6 ± 2.17 Aa	5.83 ± 0.24 Aa
注：同列不同字母表示达到差异显著水平，大写字母表示差异达到极显著（P < 0.01），小写字母表示差异达到显著（P < 0.05），下同。

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2.2   不同处理对土壤理化性质的影响

2.2.1   对土壤电导率、pH和交换性钠的影响

苏打盐化草甸土土壤盐基离子含量多，T处理增加土壤电导率（表2），与CK处理相比，T处理增加24.3%（P < 0.05），可见施用改良剂可显著增加土壤中的盐基离子含量；而从土壤代换性钠含量可以看出，CK处理土壤代换性钠含量显著高于T处理，与CK处理相比，T处理降低81.4%（P < 0.01），表明施用改良剂虽然增加了土壤中的盐基离子，但增加的主要是非钠离子的矿质元素。

表  2  改良剂对土壤电导率、pH和代换性钠的影响

Table  2.  Effects of soil ameliorant on electric conductivity，pH，exchangeable sodium of soil

处理 Treatment	电导率（μs cm−1） Soil electric conductivity	pH	代换性钠（cmol kg−1） Soil exchangeable sodium
CK	562.0 ± 20.3 Bb	9.02 ± 0.11 Aa	8.73 ± 0.51 Aa
T	698.5 ± 30.6 Aa	7.66 ± 0.20 Bb	1.62 ± 0.11 Bb

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2.2.2   对各粒级水稳性团聚体的影响

土壤水稳性团聚体数量和分布状况反映了土壤结构的稳定性、持水性和抗侵蚀能力。T处理提高了不同粒级水稳性团聚体的质量百分比（表3），与CK处理相比，T处理 ≥ 0.25 mm粒级的团聚体含量提高652.8个百分点，表明施用改良剂可明显改善土壤结构和微环境。

表  3  改良剂对各粒级水稳性团聚体的影响

Table  3.  Effects of soil ameliorant on the proportions of different water stable aggregate size of soil

处理 Treatment	各粒级水稳性团聚体的质量百分比（%） The proportion of different water stable aggregate size
	> 5 mm	2 ~ 5 mm	1 ~ 2 mm	0.5 ~ 1.0 mm	0.25 ~ 0.50 mm	≥ 0.25 mm的总和
CK	1.27 ± 0.33 Bb	2.44 ± 0.69 Bb	2.26 ± 0.39 Bb	2.21 ± 0.21 Bb	1.80 ± 0.69 Bb	9.99 ± 1.39 Bb
T	21.9 ± 2.33 Aa	4.05 ± 1.01 Aa	15.9 ± 2.33 Aa	14.8 ± 2.33 Aa	19.4 ± 1.69 Aa	75.2 ± 6.99 Aa

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2.3   不同处理对土壤生物学性质的影响

2.3.1   土壤样本细菌的测序取样深度及测序结果

采用随机抽样的方法抽取数据，以抽到的序列数与代表OTU构建稀释曲线（图2）。稀释曲线反映了样品的取样深度，用来评价测序量是否足以覆盖所有类群。稀释曲线是由97%相似性水平下划分的OTU进行绘制，从图中可以看出（图2a），样品曲线较平坦，更多的数据量对发现OTU的边际贡献很小，表明样本OTU的覆盖度已基本饱和，说明测序数据量合理，能够完整反映样品的菌群种类，取样深度满足分析要求。对CK处理和T处理土壤样本细菌16S rRNA的V3 ~ V4区测序，过滤掉样本原始序列中低质量序列，2个样品6个土样共获得286528条有效序列读数（图2b），平均每个样品的序列数为47755条，序列的平均长度为314 bp，其中CK处理测序量59762，远高于T处理的35747。

图  2  土壤样品细菌的稀释曲线（相似度97%）

图中CK1、CK2、CK3代表常规施肥处理（CK）的三次重复，CK为CK1、CK2和CK3处理OTUs数量的平均值；T1、T2和T3代表施用土壤改良剂处理（T）的三次重复，T为T1、T2和T3处理OTUs数量的平均值，下同。

Figure  2.  Rarefaction curves of soil bacteria in different treatments（97% sequence identity）

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采用Greengenes数据库^[15]作为OTU分类地位鉴定的模板序列，参照BOKULICH方法^[16]将丰富度低于全样本测序总量0.001%的OTU去除，进行分类地位鉴定（图3）。CK处理分类单元数量高于T处理，较CK处理相比，T处理门、纲、目、科、属和种的OTUs数量分别降低13.18%、12.33%、17.33%、19.46%、20.57%和23.68%（P < 0.05），表明施用改良剂降低了土壤细菌各分类单元的数目，进而降低了土壤细菌群落数。

图  3  不同处理土壤样品的分类单元

Figure  3.  Taxon of soil samples in different treatments

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2.3.2   土壤样品细菌Alpha多样性和丰富度分析

对原始序列进行抽平获得有效序列，对样品OTUs进行多样性分析，结果见表4。Alpha多样性指数主要关注局域均匀生物环境下的物种数目。ACE和Chao指数主要用于衡量微生物群落的丰富度，指数越大，群落丰富度越高^[17]；Shannon和Simpson指数用于估计微生物多样性，Shannon指数越大表明微生物多样性越高，Simpson指数越大表明群落优势度越高。不同处理土壤样本间Simpson指数无显著差异，而CK处理Chao和ACE指数显著高于T处理（P < 0.05），表明施用改良剂对细菌种群丰度具有抑制作用，降低细菌的物种数目；T处理土壤样本Shannon指数高于CK处理，表明施用改良剂增加了群落种类多样性，促进细菌群落的进化。

表  4  样品的Alpha多样性指数

Table  4.  The Alpha diversity index of the sample

处理 Treatment	Chao指数 Chao index	ACE指数 ACE index	Simpson 指数 Simpson index	Shannon指数 Shannon index
CK	2082 ± 55.0 Aa	2184 ± 53.9 Aa	0.9910 ± 0.0007 Aa	8.547 ± 0.024 Ab
T	1721 ± 80.2 Bb	1744 ± 80.4 Bb	0.9907 ± 0.0031 Aa	8.687 ± 0.053 Aa

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2.3.3   基于分类地位的样品土壤细菌群落分析

统计各类水平的群落组成，苏打盐渍土细菌种群的OTUs分布在22个门类中。由图4a可以看出，土壤细菌门类主要包括：变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Actinobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和绿弯菌门（Chloroflexi），所占比例为89.2%；而放线菌门（Acidobacteria）、螺旋体菌门（Saccharibacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）、俭菌总门（Parcubacteria）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）等菌门所占比例较少，仅为8.9%。分类结果表明，在优势菌门中，Proteobacteria在各样品中所占比例31.3 ~ 36.8%、Actinobacteria在各样品中所占比例19.1 ~ 26.8%、Gemmatimonadetes在各样品中所占比例11.2 ~ 28.0%，三个细菌门类在样本群落结构中占主导地位；Proteobacteria在全部样本中的丰度最大，检测到了alpha-、gamma-、beta-、delta-、epsilon 5类变形菌，其中以Alphaproteobacteria（Alpha 变形菌纲）和Gammaproteobacteria（Gamma变形菌纲）最为丰富，分别占Proteobacteria序列总数的35.2%和33.2%。

图  4  土壤优势细菌在门和属水平上的分布（a：门；b：属）

Figure  4.  The proportion of the dominant bacterial phyla and genera in soils（a: phylum；b: genus）

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如图4b可知，全部样品中丰度较高的细菌属为Gemmatimonas、Luteimonas、Acinetobacter、Lysobacter、Sphingomonas、Ramlibacter、Nocardioides、Pontibacter、Pseudomonas、Cesiribacter、Cupriavidus。另外检测到不可培养菌种类群（uncultured bacterium）所占比例为41.7%，表明土壤环境中存在大量不可培养微生物；未归入到任何菌属的序列比例为34.0%（others and ambiguous），表明试验区域土壤还保存未被认知的菌种资源。

2.3.4   处理间土壤优势菌群分布

细菌门水平：图5反映了不同样品在细菌门水平上菌群的相对丰度。2个处理分布于34个细菌门类，其中CK和T处理土壤样品含量大于1.0%的细菌优势门分别有9个和8个、相对丰度之和分别占土壤细菌总量的97.3%和98.1%。在土壤样品大于1.0%的细菌优势门类中，与CK相比，T处理的Proteobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Acidobacteria、Nitrospirae的相对丰度分别增加17.5%、40.3%、125.5%、96.0%和185.2%（P < 0.05），Gemmatimonadetes、Cyanobacteria和Parcubacteria相对丰度分别降低60.0%、88.2%和84.1%（P < 0.05），而Bacteroidetes和Saccharibacteria相对丰度无显著差异。

图  5  不同处理土壤门类水平的细菌群落比较

Figure  5.  Comparison of soil bacteria group at phylum level among different treatments

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进一步对2个处理主要微生物群落Proteobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Acidobacteria、Nitrospirae、Gemmatimonadetes、Cyanobacteria和Parcubacteria在细菌纲水平分布特征进行分析，结果见图6，α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）是Proteobacteria中最大的菌群，其次为γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）和δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria），其中T处理较CK处理分别增加19.2%、29.9%和58.5%（P < 0.05），而β-变形菌纲（Betaproteobacteria）降低82.8%（P < 0.05）。组成Actinobacteria > 1.0%的菌群有5个纲，与CK相比，T处理酸微菌纲（Acidimicrobiia）、Subgroup_6、Thermoleophilia分别增加69.0%、84.7%和91.7%（P < 0.05）、而Actinobacteria降低35.2%（P < 0.05）。组成Chloroflexi > 1.0%的菌群有6个菌纲，T处理均显著高于CK处理（P < 0.05）。组成Acidobacteria > 1.0%的菌群有6个纲，与CK相比，T处理Acidimicrobiia、Subgroup_6、Thermoleophilia、Nitriliruptoria、MB-A2-108均显著增加（P < 0.05），而Actinobacteria降低26.0%（P < 0.05）。组成Nitrospirae > 1.0%的菌群有1个纲，与CK相比，T处理Nitrospira增加186.8%（P < 0.05）。组成Gemmatimonadetes > 1%的菌群有5个纲，与CK相比，T处理Longimicrobia、S0134_terrestrial_group、Gemmatimonadetes分别降低240.2%、56.5%和218.9%（P < 0.05），而BD2-11_terrestrial_group和AKAU4049分别增加212.0%和200.0%（P < 0.05）。组成蓝藻门（Cyanobacteria）的菌群有2个纲，与CK相比，T处理Chloroplast显著降低3077.9%（P < 0.01）。组成俭菌总门（Cyanobacteria）菌门的菌群有4个纲，与CK相比，T处理Candidatus_Azambacteria、uncultured_bacterium、Candidatus_Magasanikbacteria和Candidatus_Nomurabacteria显著降低667.0%、113.1%、1714.7%和886.3%（P < 0.01）。

图  6  主要细菌门类水平群落结构及分布

a：变形菌门（Proteobacteria），b：放线菌门（Actinobacteria），c：绿弯菌门（Chloroflexi），d：酸杆菌门（Acidobacteria），e：硝化螺旋菌门（Nitrospirae），f：芽单胞菌门（Gemmatimonadetes），g：蓝藻门（cyanobacteria），h：俭菌总门（Parcubacteria）

Figure  6.  Community structure and distribution of main bacterial phyla

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细菌属水平：2个处理土壤样品细菌属分类水平相对丰度差异表现更为突出（图7），土壤菌群丰度大于0.1%共有31个细菌在属分类水平上属于不可培养（uncultured）或未能划分归类类型，其中CK和T处理不可培养（uncultured）或未能划分归类类型相对丰度占细菌总数分别为43.1%和39.8%。T处理土壤样品含量大于1.0%的细菌优势属有23个，而CK处理仅有15个，与CK相比，T处理土壤样品大于1.0%的细菌优势属Acinetobacter、Ramlibacter、Novosphingobium、Pseudomonas、Cesiribacter、Cupriavidus和Bradyrhizobium分别增加356.7%、11.92%、>25.22%、132.0%、34.99%、182.3%和70.31%，Gemmatimonas、Luteimonas、Lysobacter、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、节杆菌属（Arthrobacter）、类诺卡氏菌属（Nocardioides）和海洋杆菌属（Pontibacter）分别降低76.72%、21.0%、22.48%、8.45%、63.87%、27.87%和18.25%。

图  7  属水平的优势菌群分布特征

Figure  7.  Bacterial community structure and distribution of the Dominant bacteria at genus level

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进一步将优势菌群中的未知菌群进行归类，由图8可知，CK和T处理优势菌群属水平上的未知菌群主要隶属f_Longimicrobiaceae（CK：16.36%；T：4.7%）、f_OM1_clade（CK：8.10%；T：14.27%）、c_S0134_terrestrial_group（CK：3.54%；T：2.26%）、p_Saccharibacteria（CK：2.03%；T：2.70%）、o_Acidimicrobiales（CK：1.68%；T：1.92%）、f_JG34-KF-161（CK：1.34%；T：0.43）和c_Subgroup_6（CK：1.21%；T：1.96%）。

图  8  属水平的未知菌群结构及分布

Figure  8.  Bacterial community structure and distribution of the unclassified bacteria at genus level

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上述结果表明，施用改良剂处理（T）可调控苏打盐渍土已知和未知细菌群落及土壤微生物多样性，与CK处理相比，达到差异显著水平。

2.3.5   优势细菌类群生态功能及细菌类群组成影响因子

微生物群落的鲁棒性是微生物群落最主要的特性之一，主要表现为结构鲁棒性和功能鲁棒性，其中功能鲁棒性是指微生物群落发挥着其固有的功能，不会因为外界环境的变化而发生改变。如表5，15个优势菌群中，有10种具有脱氮或固氮功能的微生物，其中Gemmatimonas、类诺卡氏菌属（Nocardioides）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）是反硝化细菌，较CK处理相比，T处理显著降低了反硝化细菌的相对丰度；异养硝化－好氧反硝化菌除节杆菌属（Arthrobacter）外，T处理Acinetobacter、Pseudomonas、Cupriavidus相对丰度均高于CK处理；与CK处理相比，T处理提高了与固氮有关的Bradyrhizobium相对丰度，降低了与盐分有关的嗜盐海洋粘细菌（Haliangium）相对丰度。

表  5  土壤样品优势菌及功能菌分布特征

Table  5.  Characteristics of dominant and functional bacteria in the soil samples

菌种 Bacteria	主要功能 Main function	相对丰度（%） Relative abundance
		CK	T
芽单胞菌属（Gemmatimonas）	脱氮[18]	6.58	1.53
藤黄单胞菌（Luteimonas）	参与环境中的碳和氮的循环[19]	3.73	2.94
溶杆菌属（Lysobacter）	固氮作用[20]	2.73	2.12
鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）	好氧反硝化作用[21]	2.11	1.93
节杆菌属（Arthrobacter）	异养硝化－好氧反硝化菌[22]	2.08	0.75
类诺卡氏菌属（Nocardioides）	反硝化作用[23]	1.79	1.29
海洋杆菌属（Pontibacter）	嗜盐特性[24]	1.40	1.14
新鞘脂菌属（Novosphingobium）	降解碳化合物作用[25]	0.91	1.14
不动杆菌属（Acinetobacter）	异养硝化－好氧反硝化菌[26]	0.88	4.03
假单胞菌属（Pseudomonas）	异养硝化－好氧反硝化菌[26]	0.61	1.42
慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）	固氮作用[27]	0.59	1.01
贪铜菌属（Cupriavidus）	异养硝化－好氧反硝化菌[28]	0.50	1.41
嗜盐海洋粘菌属（Haliangium）	嗜盐特性[29]	0.49	0.18

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2.4   不同处理土壤理化性质与土壤优势菌属的RDA分析

为检测土壤理化性质与土壤细菌群落变化的对应关系，将土壤理化性质与土壤优势属进行RDA分析（图9）。2个处理土壤样品指标分布差异较大，其中Pseudomonas、Cupriavidus、Bradyrhizobium与土壤总团聚体数量（TUp0）和电导率（Conductivity）呈显著正相关（P < 0.05），与pH、土壤质量含水量（Moisture）和交换性Na呈显著负相关（P < 0.05）；Nacaradio、Arthrobacter、Lysobacter、藤黄单胞菌属（Luteimonas）、Haliangium、Gemmatimonas、海洋杆菌属（Pontibacter）与pH、土壤质量含水量（Moisture）和交换性钠呈显著正相关。表明施用改良剂调控细菌群落结构的土壤因子有pH、有机质含量和土壤交换性钠，影响细菌属水平因子有Pseudomonas、Cupriavidus、Bradyrhizobium。

图  9  土壤优势菌属与土壤理化性质的RDA分析

CK1、CK2、CK3为当地农民习惯施肥处理；T1、T2、T3为农民习惯施肥处理 + 盐碱土改良剂；TUp0：土壤团聚体数量；Conductv：电导率；Moisture：土壤质量含水量；Na：交换性Na；Pseudomn：假单胞菌属（Pseudomonas）；Cupriavd：贪铜菌属（Cupriavidus）；Bradyrhz：慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）；Ramlibac：沙壤土杆菌（Ramlibacter）；Novosphn：新鞘脂菌属（Novosphingobium）；Acinetob：不动杆菌属（Acinetobacter）；Sphingom：鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）；Nacardio：；Lysobact：溶杆菌属（Lysobacter）；Luteimon：藤黄单胞菌（Luteimonas）；Arthrobc：节杆菌属（Arthrobacter）；Haliangi：嗜盐海洋粘菌属（Haliangium）；Pontibac：海洋杆菌属（Pontibacter）；Gemmatim：芽单胞菌属（Gemmatimonas）。

Figure  9.  RDA analysis of environmental factors and microbial community structure

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3.   讨论

本课题组结合多年研究与示范成果，研制出一种苏打盐渍化土壤的改良剂，在田间显著降低0 ~ 20 cm土层交换性Na⁺和pH，增加土壤水稳性团聚体数量和土壤孔隙度，提高土壤通透性，解决因Na⁺高度分散而引起的土壤透性差等问题，改善土壤微生物生长繁殖环境，促进土壤微生物活动，提高土壤细菌多样性，在本研究中得到了证实；其次土壤电导率变化是由于土壤盐基离子组成的改变所引起的，赵金星和石礼文等^[9-10]研究认为施用改良剂处理土壤电导率显著增加，而交换性Na⁺显著降低，本研究在田间也表现相一致的结果，原因可能是土壤胶体发生了离子置换和水解反应，对植物和微生物毒害较多的Na⁺被置换和淋失，胶体吸附多为高价阳离子。

微生物多样性指数是评价土壤微生物群落多样性有效的方法之一。本研究结果表明，施用改良剂土壤细菌群落结构发生显著变化，较CK相比，Shannon指数增加，而Chao和ACE指数降低，表明施用改良剂增加了菌群的多样性，但降低了土壤细菌的物种数目，与李新^[30]和孙慧^[31]在内蒙古河套平原和余姚滨海地区关于微生物多样性随着盐碱程度增加而降低的结果相一致。通过RDA分析表明苏打盐渍土细菌群落的变化与土壤pH、Na⁺、质量含水量、电导率和水稳性团聚体呈显著相关。pH是影响土壤细菌群落多样性的重要环境因子之一，本研究中施用改良剂土壤pH值降低有利于细菌的生长繁殖。另外，研究表明土壤的基础呼吸随着盐分的增加而下降^[32]。在本研究中，T处理与水稳性团聚体数量呈显著正相关，与土壤质量含水量呈显著负相关（图9），因此施用改良剂降低了土壤盐渍化程度，改善土壤的通气状况，进而提高了细菌菌群的多样性。

对比施用改良剂和对照处理细菌门水平群落发现，优势菌群为Proteobacteria、Actinobacteria和Gemmatimonadetes，相对丰度所占比例高于70%，与其他学者认为的Proteobacteria、Bacteroidetes和Actinobacteria有所不同^[33]。本试验中，Proteobacteria在土壤中丰度最高，相关研究表明，Proteobacteria能以复杂的有机物和植物残体作为氮源与碳源^[34]，与植物根标环境呈显著正相关^[35]，Proteobacteria中的Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria和Deltaproteobacteria是非常重要的亚类，研究表明在土壤环境和肥力因素较好的土壤中α-、γ-和δ-变形菌具有相对较高丰度，尤其是α-变形菌在土壤肥力较高时丰度高，并对植物根标土壤养分循环起作用^[36]。本研究中T处理Proteobacteria丰度高于CK，利于改善盐渍土的土壤环境。Actinobacteria一般在偏碱性土壤中占优势，可分解植物残体转变为土壤有机质，Acidimicrobiales是放线菌门的主要优势菌群，与残体的分解和氮素循环密切相关^[37]，本研究中T处理显著提高Acidimicrobiales相对丰度，可能与施用改良剂提高土壤有效养分有关。Gemmatimonadetes一般认为与反硝化作用密切相关^[18]，本试验结果中，T处理增加了土壤团聚体数量，改善了土壤三相比，土壤反硝化作用显著降低。Nitrospirae能在盐碱土壤中产生酸性物质^[38]、Chloroflexi属于光能自养型细菌^[39]，参与碳循环过程，也是施用改良剂改善盐碱性土壤的重要组成部分。

苏打盐化草甸土环境条件下，具有较特殊的土壤微生物结构和代谢产物。现阶段利用耐盐碱的微生物修复或改良盐碱土壤已成为改良盐渍化土壤的重要方法。赵飞等^[40]和付健等^[34]通过施用微生物菌肥，降低了土壤盐渍化程度，改良土壤结构，增加植株干重和产量。为了获得高效菌株，首先要获得耐盐碱且对盐碱有去除作用的微生物菌株，本研究中属水平差异较大的为未知属，通过分析T处理显著降低了Gemmatimonadetes中的Longimicrobiaceae，增加了Acidimicrobiales中的OM1_clade，此方面内容有待进一步深度挖掘与研究。在其他优势属中，在属水平条件下可以初步判断，改良剂通过改善盐渍化土壤的物理性状，改变土壤中Pseudomonas、Cupriavidus、Bradyrhizobium 3个属水平，也为下一步培养降盐降碱菌株提供依据。

4.   结论

与CK处理相比，施用改良剂处理（T）显著提高水稻产量（P < 0.01）；增加了不同粒级水稳性团聚体的质量百分比、降低了土壤代换性钠含量和pH；提高了Shannon指数，降低了Chao和ACE指数，提高了门水平Proteobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi和Acidobacteria相对丰度，降低了Gemmatimonadetes相对丰度，提高了属水平Acinetobacter、Ramlibacter、Novosphingobium、Pseudomonas、Cesiribacter、Cupriavidus、Bradyrhizobium相对丰度，降低了Gemmatimonas、Luteimonas、Lysobacter相对丰度；RDA分析表明，T处理通过改善盐渍化土壤的物理性状，改变土壤中Pseudomonas、Cupriavidus、Bradyrhizobium 3个属水平。