东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

摘要：

[目的]探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据.[方法]基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子.[结果]1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著.2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96％～27.34％,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长.3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构.结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素.4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动.[结论]尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响.本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据.

关键词：黑土、氮肥、nirS基因、qPCR、高通量测序、分子生态网络

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资助基金：中国科学院战略性先导科技专项B;国家自然科学基金项目;中国生物多样性监测与研究网络Sino BON

在线出版日期：2020-04-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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