化肥有机肥配施比例对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物的影响.pdf

化肥有机肥配施比例对油菜根际土壤利用光合同化碳化肥有机肥配施比例对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物的影响微生物的影响张乐妍1,2，陈春兰2，王逗3，王璟媛1,2，朱宝利2，秦红灵2*，龙攀1*（1湖南农业大学农学院，湖南长沙410128；2中国科学院亚热带生态研究所，湖南长沙410128；3甘肃农业大学农学院，甘肃兰州730070）摘要:【目的目的】利用同位素标记方法，研究化肥有机肥施用配比对油菜根际土壤利用光合碳细菌和真菌群落结构和多样性的影响，以了解有机肥改善根际土壤微生态环境的主要途径。【方法方法】盆栽试验在湖南中国科学院桃源农业生态试验站温室内进行，供试油菜品种为湘杂油 6 号，土壤为红壤。在等氮磷钾投入量下，设置 3 个化肥有机肥配施比例处理：31(OF25)、11(OF50)、13(OF75)，以及单施有机肥(OF100)、单施化肥(CK)处理，共 5 个处理。于油菜移栽 40 天(蕾薹期)进行土壤13CO2标记，连续标记 20 天后采集根际土壤，用气相色谱燃烧同位素比率质谱联用仪测定各类磷脂脂肪酸 PLFA 种类及其13C 值(13C微生物)，用于分析微生物种类及其相对丰度，共获得 15 种 PLFA 单体脂肪酸结构，依据13C 值计算各类微生物相对丰度和绝对含量，以其总和作为微生物总量。【结果结果】油菜根际土壤共测得 12 种利用光合同化碳细菌和 3 种真菌，细菌包括革兰氏阳性菌(G+)a15:0、i17:0，革兰氏阴性菌(G)2OH14:0、3OH14:0、cy17:0；14:0、16:0、15:0、18:0、19:0、20:0、17:0；真菌为 18:1w9tans、18:2w6c、18:1w9c。OF75 和 OF100 处理13C 标记 G+细菌、真菌 PLFA 量与CK 无显著差异，G菌分别比 CK 提高 36.41%和 62.03%。13C 标记真菌和 G+菌是利用光合同化碳的主要群落，随着有机肥比例的增加，细菌相对丰度增加，真菌相对丰度减少；G菌相对丰度增加，G+菌相对丰度减少。土壤有机碳、全磷、全氮以及氨基酸总量显著影响根际土壤微生物和利用光合沉积碳土壤微生物群落分布，而根际分泌物氨基酸量只与根际13C 土壤微生物多样性呈显著正相关。【结论结论】化肥有机肥配施比例引起土壤有机碳、全氮含量以及根系分泌物中氨基酸含量的变化，进而影响根际土壤中利用光合沉积碳微生物群落组成和多样性。当化肥和有机肥配施比例达到 13 时，油菜根际土壤微生物特征性 PLFA 含量和多样性明显优于单施化肥，表明此配比为根际土壤微生物提供了更友好的微生态环境。关键词:化肥有机肥施用比例；13C-标记；光合同化碳；PLFA 含量；微生物多样性Effect of chemical-organic fertilizer ratio on the community and diversityof using photo-assimilated carbon microorganism in rhizospheresoils of oilseed rapeZHANGLe-yan1,2,CHENChun-lan2,WANGdou3,WANGJing-yuan1,2,ZHUBao-li2,QINHong-ling2*,LONGPan1*(1 College of Agronomy,Hunan Agricultural University,Changsha,Hunan 410128,China;2 Institute of Subtropical Ecology,Chinese Academy of Sciences,Changsha,Hunan 410128,China;3 Agronomy College,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China)Abstract:【Objectives】Westudiedtheeffectsofapplicationratiosofchemicalandorganicfertilizersonthestructureanddiversityofrhizospherebacterialandfungalcommunitiesusingphoto-assimilatedcarbon,inordertounderstandthemainfactorscausingthevariationofmicrobialcommunities.【Methods】Apotexperimentwas植物营养与肥料学报2024,30(2):221231doi:10.11674/zwyf.2023302JournalofPlantNutritionandFertilizershttp:/www.plantnutrifert.org收稿日期：20230706接受日期：20230829基金项目：国家重点研发项目(2021FY100504，2021YFD1901203)；国家生态科学数据中心项目(NESDC20210204)；湖南重点领域研发计划项目(2022JJ30644)；湖南省自然科学基金面上项目(2022JJ30644)；湖南创新型省份建设专项(2021NK2028)。联系方式：张乐妍E-mail:*通信作者秦红灵E-mail:；龙攀E-mail:longpan_carriedoutinthegreenhouseofTaoyuanAgriculturalandEcologicalExperimentalStationofChineseAcademyofSciences,Hunan,China.TheoilseedrapecultivarforthetestwasXiangzayou6,andthesoilwasredsoil.UnderequalinputsofN,PandK,chemicalandorganicfertilizerNratioof1000(CK),31(OF25),11(OF50),13(OF75),0100(OF100)weremadeastreatments.Sincethe40daysoftransplanting,thetestsoilwaslabelledwith13CO2for20consecutivedays.Thentherhizospheresoilsampleswerecollectedfordeterminationofphospholipidfattyacids(PLFA)andthe13Cvaluesusinggaschromatography-combustion-isotoperatiomassspectrometry,themicrobialspeciesandtherelativeabundancewerethenacquired.Thesumofsingle13C-PLFAwasdefinedasthetotalmicroorganismamount.【Results】Atotalof12bacteriaand3fungiwereidentifiedusingphoto-assimilatedcarbon,whereinthebacteriaweregram-positive(G+)a15:0,i17:0,andgram-negative(G)2OH14:0,3OH14:0,cy17:0;14:0,16:0,15:0,18:0,19:0,20:0,17:0,andthefungiwere18:1w9tans,18:2w6c,and18:1w9c.Thecontentsof13ClabelledG+bacteriaandfungiPLFAsintreatmentsOF75andOF100werenotsignificantlydifferentfromthoseinCK,whiletheGbacteriaPLFAcontentswere36.41%and62.03%higherthanthoseinCK,respectively.13C-fungiand13C-G+werethemaincommunitiesutilizingthephoto-assimilatedcarbon,andwiththeincreaseoftheproportionoforganicfertilizers,therelativeabundanceof13C-G+bacteriaincreasedandthatof13C-fungidecreased;therelativeabundanceof13C-GbacteriaincreasedandrelativeabundanceofG+bacteriadecreased.Rhizospheresoilorganiccarbon,totalP,totalN,andtotalaminoacidssignificantlyaffectedthestructuresofmicrobialcommunities,whereastheaminoacidcontentsinrootexcretewassignificantlyandpositivelycorrelatedwiththediversityof13C-microorganismsonly.【Conclusions】Theratioofchemicalfertilizertoorganicfertilizercausedchangesintheorganiccarbonandtotalnitrogencontentsinrhizospheresoil,aswellastheaminoacidcontentsinrootexcretes,whichinturnaffectedthecompositionanddiversityofmicrobialcommunitiesutilizingphoto-assimilatedcarbonintherhizospheresoil.Whentheratioofchemicalandorganicfertilizersreached13,thecontentanddiversityofcharacteristicmicroorganismsintherhizospheresoilofoilseedrapeweresignificantlyhigherthanthatunderchemicalfertilizeralone,indicatingthemorefriendlymicro-ecologicalenvironmentformicroorganismsunderthisratio.Key words:chemical-manureapplicationratio;13C-labelling;photo-assimilatedcarbon;PLFAcontent;microorganismdiversity油菜是我国重要的油料作物，同时也是一种对氮肥需求高和对氮素缺乏敏感的作物1，适合的土壤氮素供应对油菜生长发育和稳产丰产起着不可忽视的作用2。然而，在长江流域油菜主产区不合理施肥现象较为普遍3，为了追求更高产量过量施用化肥45，而有机肥施用量急剧下降，我国 2010 年有机肥施用量仅占总施肥量的 10%6。长期过量施用化肥会导致土壤理化性质恶化、土壤退化7、土壤整体微生物群落多样性降低8。施用有机肥能够提高土壤养分含量，改善土壤理化性质，提升土壤微生物活性9。在农药化肥双减背景下，化肥有机肥配施对于保障粮油安全和环境友好具有重要意义。前人研究发现，化肥有机肥配施能够改善土壤结构10，增加土壤肥力11，有利于土壤培肥和作物增产9。土壤微生物的变化能够敏感反映土壤质量变化12，微生物群落对作物生长和土壤养分平衡起着调节作用13。王逗等14发现，长期施用有机肥能够增加细菌与真菌种群丰度和多样性，改变土壤养分循环特征。王伟华等15采用磷脂脂肪酸法 PLFA 对微生物群落进行研究，发现有机肥+化肥配施的土壤真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的 PLFA 值最高，长期化肥配施有机肥能显著增加土壤养分含量和土壤微生物量，改善微生物群落结构和活性，最终培肥地力，优化土壤微生物结构。根际是微生物数量和活性最高的区域，是土壤环境最复杂的区域，同时也是微生物与植物的相互作用最强烈的区域1617。宋以玲等18发现，在化肥减量 10%30%下，配施等量有机肥增加了根际土壤细菌和放线菌数量，显著降低了真菌数量，同时提高了根际土壤中有效养分和有机质含量。根系分泌物是根系释放到根际环境中的有机物质和一些无机离子的总称，能够为根际微生物提供丰富的营养物质和能源，驱动着根际的微生物过程19。植物光合同化碳以根际沉积物的形式进入土壤，是根际微生物222植物营养与肥料学报30卷的主要碳源和能量来源，自然条件下，通过根系分泌物向地下输送有机化合物的量约占净光合同化碳的 17%20。根际微生物对光合同化碳的利用能够显著影响土壤碳固定过程，研究化肥有机肥不同配比对根际微生物利用光合同化碳的影响，对于进一步了解根际土壤碳循环和碳固定过程具有重要意义。研究表明，合理的有机肥配比会促进有机质的积累和根际微生物的活动，进一步影响其对光合同化碳的利用能力，从而提高土壤的碳固定能力17。一些微生物可能利用有机肥中的氮素来代谢光合同化碳，从而影响土壤中的氮素循环和生物固氮过程。这对于推动农业生产和土壤健康的可持续发展至关重要。近期发展起来的稳定性同位素探针技术 SIP，能够定量研究参与光合同化碳转化的微生物群落，13C-PLFA以其操作简单、能快速处理大量样品、灵敏度高等特点，被广泛用于利用光合同化碳微生物的研究21。前人对化肥有机肥配施对土壤微生物结构的影响已经做了大量研究，本研究利用13C 标记磷脂脂肪酸法(13C-PLFA)，探究不同化肥有机肥配施对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物多样性的影响，解析影响利用光合沉积碳土壤微生物群落分布的主要环境因素，这对指导科学施肥，调控土壤微生物群落健康，保证油菜种植的可持续发展和地力提升具有重要的经济意义与研究意义。1 材料与方法1.1 试验材料供试土壤于 2017 年从中国科学院桃源农业生态试验站(11126E，2855N，海拔 92.2m)旱地采集，为亚热带第四纪红色黏土发育的典型红壤，其 020cm 土层基本理化性质为：pH4.55、有机质 13.8g/kg、全氮 0.84g/kg、全磷 0.38g/kg、全钾12.3g/kg、碱解氮 77.8mg/kg、有效磷 6.05mg/kg、速效钾 103mg/kg14。盆栽试验于 2017 年 11 月 24 日至 2018 年 1月 21 日，在中国科学院亚热带农业生态研究所(11805E，2812N)温室进行，供试作物为油菜(Brassica napusL.)，品种为湘杂油 6 号。1.2 化肥有机肥配比试验共设置化肥与有机肥 5 个配比处理，各处理按照等氮、磷、钾量原则，以纯氮量折算有机肥用量，再计算有机肥中带入的磷和钾量，不足部分由化肥补齐。依据有机肥在总氮投入中的占比0%、25%、50%、75%、100%，依次记为 CK、OF25、OF50、OF75、OF100，每个处理 4 次重复。供试化肥包括尿素、过磷酸钙(P2O5)和氯化钾(K2O)，有机肥采用经过发酵处理后自然风干的牛粪，其养分含量为 N1.09g/kg、P2O54.39g/kg、K2O18.46g/kg。1.2.1植株栽培盆栽试验采用高 20cm、直径16cm 的 PVC管制作而成的根箱装置14，将田间采集的土壤去除植物残留和杂质后过 2mm 筛，风干后与不同配比的化肥有机肥混合均匀，使土壤中肥料含量最终达到 N200mg/kg、P2O5130mg/kg、K2O200mg/kg；将混匀土壤装入种植盆中，每盆土样3.5kg。调节土壤含水量至土壤田间含水量的 75%，然后移栽 3株长势一致的 2 周龄油菜幼苗。1.3 样品采集与测定1.3.1同位素标记13CO2脉冲标记工作于油菜移栽 40 天后蕾苔期进行，将直径 15cm、高 60cm 的有机玻璃罩置于盆栽上，每天 11：0016：00 用注射器向盆中注射高纯13CO2，每 1h 充 1 次，每次充 0.1L，每天充 5 次，连续标记 20 天。油菜施肥、移栽 60天后破坏性采集根际土壤，经液氮速冻后于80 冷冻保存，研磨过 2mm 筛，于 Teflon 管中保存。1.3.2磷脂脂肪酸 PLFA 提取与测定微生物群落结构用土壤磷脂脂肪酸 phospholipidfattyacid(PLFA)表示，通过确定不同样品中 PLFA 的种类与丰度，推断出微生物群落组成的变化与差异。PLFA的提取分为三步：提取、纯化与衍生化。使用溶剂氯仿甲醇从土壤样品中提取 PLFA，随后用固相萃取法去除可能干扰分析的杂质和其他脂质化合物，将纯化的PLFA衍生化，将其转化为适合气相色谱(GC)分析的挥发性化合物，随后采用气相色谱仪测定，根据化学性质分离各个脂肪酸甲酯22。PLFA的13C 值测定采用气相色谱燃烧同位素比率质谱联用仪(系统包括 DeltaV 同位素比值质谱仪，气相色谱仪单四级杆质谱仪，配备 NIST11 谱库)测定；在标记组和对照组均能测到13C 值的 PLFA 单体共有15 种，包括 12 种细菌：14:0、16:0、15:0、18:0、19:0、20:0、17:0、a15:0、i17:0、2OH14:0、3OH14:0、cy17:0，其中 a15:0、i17:0 为革兰氏阳性菌(G+)，2OH14:0、3OH14:0、cy17:0 为革兰氏阴性菌(G)，3 种真菌：18:1w9tans、18:2w6c、18:1w9c。根据脂肪酸分子碳链长度、双键位置和官能团等信息进一步分析 15 种微生物群落 PLFAs结构特征，得2期张乐妍，等：化肥有机肥配施比例对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物的影响223到 5 类脂肪酸，分别是直链饱和脂肪酸(SATFA)、支链饱和脂肪酸(BRFA)、单键不饱和脂肪酸(MUFA)、羟基脂肪酸(OHFA)和多键不饱和脂肪酸(PUFA)，分别分析其相对丰度，计算其绝对数量。以15 种 PLFA 单体的数量总和表示总微生物生物量。1.3.3土壤理化性质测定土壤有机碳采用硫酸重铬酸钾外加热容量法测定；土壤全氮采用浓硫酸和催化剂消解AA3 流动分析仪测定；土壤全钾采用硝酸、氢氟酸和高氯酸消解火焰型原子吸收仪法测定；土壤全磷采用浓硫酸和高氯酸消煮AA3 流动分析仪测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定。1.3.4根系分泌物的提取与测定根系分泌物收集采用离位溶液培养法，再用氨基酸自动分析仪日立L8900 测定氨基酸总量；通过高效液相色谱法 HPLC检测根际土壤有机酸的总量。1.4 数据处理试验数据采用 Excel2010 进行初步处理和图表绘制，应用 SPSS25.0进行方差分析和相关分析，通过 Canoco5 进行主成分分析、冗余分析和方差分解，利用 Origin9 绘制柱状图。微生物多样性分析采用 Shannon-Wiener多样性指数(H)、Simpson 优势度指数(D)方法23。Shannon-Wiener 多样性指数(H)，计算公式为：H=PilnPi式中：Pi=Ni/N，Ni为处理 i 的特征脂肪酸个数，N 为实验中总特征脂肪酸个数。Simpson 优势度指数(D)，计算公式为：D=1P2i式中：Pi为i中特征 PLFA 占该试验中总的特征脂肪酸个数比例。2 结果与分析2.1 化肥有机肥配施对油菜根际土壤理化性状的影响由表 1 可知，随着有机肥配施比例的增加，土壤有机碳含量显著增加；其中全施有机肥(OF100)土壤有机碳含量显著高于其他各处理，较 CK、OF25、OF50、OF75 分别增加了 55.82%、56.90%、27.57%、30.62%；土壤全氮含量随有机肥配施比例增加同样也显著增加，其中 OF100 处理全氮含量显著高于其他各处理，为 1.47g/kg；根系分泌氨基酸量随着有机肥配施比例的增加也显著增加，其中 OF75 处理氨基酸含量显著高于其他处理，为 8294g；同时C/N 的值随着有机肥配施比例的增加而增加。土壤全钾和全磷随有机肥配施比例增加多未表现出显著差异，而土壤碱解氮含量随着有机肥配施比例增加呈现出显著下降的趋势；其中 OF75、OF100 较CK 显著降低，分别为 176 和 177mg/kg，分别下降了 36.47%和 36.3%。2.2 化肥有机肥配施对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物组成的影响油菜根际土壤中，利用光合同化碳的微生物特征性 PLFA 量平均占微生物特征性 PLFA 总量的2.16%，其中13C-细菌和13C-真菌特征性 PLFA 含量分别占根际总细菌和总真菌特征性 PLFA 含量的1.47%和 4.07%；利用光合同化碳的革兰氏阳性菌(13C-G+)和革兰氏阴性菌(13C-G)特征性 PLFA 含量平均占根际总 G+菌和 G菌特征性 PLFA 含量的2.46%和 1.23%。与 CK 相比，OF75、OF100 处理表 1 不同施肥处理根际土壤理化性状Table 1 Physiochemical properties of rhizosphere soil under different fertilization treatments处理Treatment有机碳Organiccarbon(g/kg)全氮TotalN(g/kg)C/N全钾TotalK(g/kg)全磷TotalP(g/kg)碱解氮AvailableN(mg/kg)有机酸Organicacids(g/kg)氨基酸Aminoacid(g/kg)CK8.760.10c1.160.11c7.630.74b13.50.20b0.420.02a27814a93923a6301139cOF258.700.19c1.080.05c8.10.38b13.60.29ab0.390.02a2644ab37214b5552279cOF5010.70.22b1.330.04b8.040.39b13.50.20b0.410.03a24127b31486bc7366391bOF7510.40.52b1.30.09b8.080.32b13.90.11a0.420.02a1765.5c2289c8294138aOF10013.60.19a1.470.01a9.310.10a13.70.14ab0.440.02a17714.2c23627c7215242b注：CK、OF25、OF50、OF75、OF100代表有机肥氮投入比例分别为0%、25%、50%、75%、100%。同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)。Note:CK,OF25,OF50,OF75,andOF100representthepercentageoforganicfertilizernitrogeninputof0%,25%,50%,75%,and100%.Differentlowercaselettersafterdatainacolumnindicatesignificantdifferencesamongtreatments(P0.05).224植物营养与肥料学报30卷13C-真菌占比显著降低，OF75 显著降低了13C-细菌、13C-G+和13C-G的特征性 PLFA 含量占比，四个有机肥配施处理均显著降低了13C-G的特征性 PLFA 占比(图 1)。随着有机肥比例从 CK 处理增加到 OF100 处理，根际利用光合同化碳的细菌和真菌，革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌 G以及微生物 PLFA 总量均呈现先降低后增加的趋势(图 2)。与 CK 相比，OF75、OF100 处理根际土壤利用光合同化碳 G菌分别增加了 36.41%和 62.03%，总微生物13C-PLFA量，以及细菌、真菌和 G+菌13C-PLFA 量与 CK 没有显著差异。随着有机肥比例的增加(从 OF25 处理到OF100 处理)，细菌/真菌值增加，而 G+菌/G菌值减少。与 CK 相比，OF75 和 OF100 细菌/真菌值分别增加了 59.21%和 59.31%，G+菌/G菌值分别减少了35.07%和 34.45%(表 2)。主成分分析(PCA)表明，与油菜根际总微生物群落分布一致，化肥有机肥配施显著影响油菜根际利用光合同化碳微生物群落结构分布，主成分 1和主成分 2 中的主要因素分别为 i17:0、18:1w9c，和 14:00、18:1w9c，它们分别解释了 71.85%和16.91%群落分布变异(图 3)。不同施肥处理油菜根际利用光合同化碳的微生物群落的分布出现了明显的空间距离，OF25 和 OF100 处理相距较近，CK、OF50、OF75 相距较近，表明 OF25 和 OF100 的微生物群落组成接近，CK、OF50、OF75 处理的微生物结构接近，与 OF25、OF100 的差异较大。2.3 不同施肥处理对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物多样性的影响由图 4 可以看出，OF25 处理利用光合同化碳的微生物多样性高于总微生物多样性，CK、OF50、OF75 处理相似，OF100 处理二者之间无明显差异。与对照相比，OF25 处理显著降低了油菜根际土壤总微生物多样性与利用光合同化碳微生物多样性，OF100 处理显著提高了总微生物多样性，OF50、OF75 处理对总微生物和利用光合同化碳微生物多样性无显著影响。由图 5 可见，真菌和 G+菌是利用光合同化碳的主要群落，与总微生物群落相比，利用光合同化碳真菌和 G+菌相对丰度较高。但随着有机肥替代化肥比例增加，细菌相对丰度增加，真菌相对丰度减少；G菌相对丰度增加，G+菌相对丰度减少。2.4 影响油菜根际土壤利用光合同化碳微生物群落分布和多样性的环境因子冗余分析(RDA)表明土壤有机碳、全氮、氨基酸总量、碱解氮是影响油菜根际土壤总微生物群落和利用光合同化碳微生物群落分布的关键环境因子(图 6)。总微生物群落 RDA1 轴的解释度为 63.72%，RDA2 轴解释度为 14.41%，共同解释了微生物群落变化的 78.13%；利用光合同化碳微生物群落 RDA1轴的解释度为 66.95%，RDA2 轴解释度为 15.53%，共同解释了微生物群落变化的 82.48%。相关性分析结果见表 3，解释比例和贡献率越高，说明该因素与土壤微生物多样性相关性越显aaaaababbbabababbbbbbabbbb0123456细菌 Bacteria真菌 Fungi革兰氏阳性菌 G+革兰氏阴性菌 G微生物的种类 Microbial speciesCKOF25OF50OF75OF10013C-PLFA 占比(%)13C-PLFA proportion图 1 不同有机氮投入比例下油菜根际土壤中利用光合同化碳微生物特征 PLFA 量(13C-PLFA)在总 PLFA 的占比Fig.1 Proportion of specific PLFAs of using photosynthetic assimilate carbon microrganisms(13C-PLFA)in the totalmicrobial PLFAs of rape rhizosphere as affected by organic nitrogen input ratios注：CK、OF25、OF50、OF75、OF100 代表有机肥氮投入占比分别为0%、25%、50%、75%、100%。柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)。Note:CK,OF25,OF50,OF75,andOF100representthetreatmentswithorganicnitrogeninputratioof0%,25%,50%,75%,and100%,respectively.Differentlowercaselettersonthebarsindicatesignificantdifferencesamongtreatments(P0.05).2期张乐妍，等：化肥有机肥配施比例对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物的影响225著。油菜根际土壤总微生物和利用光合同化碳的微生物多样性 Shannon-Wiener 指数与全氮和有机碳均极显著正相关，氨基酸总量仅与利用光合同化碳的微生物多样性显著正相关。3 讨论3.1 根际土壤微生物群落对外来碳源的利用本研究发现，真菌和 G+菌是油菜根际利用光合沉积碳的主要微生物群落。Treonis 等24在野外条件得出了一致的结论，即植物光合同化物主要是被革兰氏阳性菌和真菌利用。而 Tian 等25的研究发现革兰氏阴性菌和真菌是在非淹水和干湿交替状态下利用水稻光合同化碳的主要微生物群落。Johnson等26利用13C-CO2标记技术发现丛枝真菌能在短时间内转化利用草地植物光合同化碳，这可能是因为真菌能够利用菌丝吸收到更多的光合碳源。本研究还发现，随着有机肥替代化肥比例的增加，细菌/真菌值增加，而 G+菌/G菌值减少，说明细菌，尤其是 G菌更偏好有机肥含量高的土壤，这与 G菌更易在富营10013C-PLFA(nmol/g)PLFA(nmol/g)总量 Total content真菌 Fungi细菌 Bacteria革兰氏阳性菌 G+革兰氏阳性菌 G总量 Total content真菌 Fungi细菌 Bacteria革兰氏阳性菌 G+革兰氏阳性菌 Gbbaaaaacbaaababaabcbaababababacbaabbbaabbaabccdbccabaac9080706050403020100252015105080706050403020100201816141210864201210864200.140.120.100.080.060.040.0200.450.400.350.300.250.200.150.100.0501.00.90.80.70.60.50.40.30.20.101.00.90.80.70.60.50.40.30.20.101.81.61.41.21.00.80.60.40.20OF0OF25OF50OF75OF100OF0OF25OF50OF75OF100OF0OF25OF50OF75OF100OF0OF25OF50OF75OF100OF0OF25OF50OF75OF100处理 Treatment图 2 不同有机氮投入比例下油菜根际土壤微生物特征 PLFAs 和13C-PLFAs 含量Fig.2 Contents of characteristic PLFAs and 13C-PLFAs of microorganisms in rape rhizosphere soil as affectedby organic nitrogen input ratios注：CK、OF25、OF50、OF75、OF100 代表有机氮投入量的占比分别为0%、25%、50%、75%、100%。柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)。Note:CK,OF25,OF50,OF75,andOF100representthetreatmentswithorganicnitrogeninputratioof0%,25%,50%,75%,and100%,respectively.Differentlowercaselettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesamongtreatments(P0.05).表 2 不同有机氮投入比例下根际土壤细菌/真菌(B/F)及革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G+/G)值Table 2 The ratios of bacteria/fungi and G+/G in rhizosphere soils as affected by organic nitrogen input proportions处理Treatment总量Totalmicroorganism13C-微生物13C-microorganisB/FG+/G-B/FG+/G-CK3.190.53ab2.330.06ab0.980.12b5.370.56aOF251.940.23c2.840.67a0.770.18b5.681.81aOF502.590.20bc1.890.10b0.90.17b4.090.83bOF753.480.55a1.990.11b1.430.21a3.380.20bOF1003.230.27ab1.850.03b1.430.39a3.420.86b注：CK、OF25、OF50、OF75、OF100代表有机氮投入比例分别为0%、25%、50%、75%、100%。同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)。Note:CK,OF25,OF50,OF75,andOF100representthetreatmentswithorganicnitrogeninputratioof0%,25%,50%,75%,and100%,respectively.Differentlowercaselettersafterdatainacolumnindicatesignificantdifferencesamongtreatments(P0.05).226植物营养与肥料学报30卷养的环境中生长特性相一致2728。与细菌相比，真菌对环境的耐受力更强16，类似地，G+菌也比 G菌更容易在寡营养的环境生长，有趣的是，本研究证实真菌和 G+菌是利用光合沉积碳的主要微生物群落。本研究首次发现与外源直接投入有机碳相比，寡营养生长策略微生物更偏好利用通过光合沉积碳。3.2 有机肥替代化肥对根际微生物群落利用光合同化碳的影响本研究发现，随着有机肥替代化肥比例增加，油菜根际土壤总微生物以及利用光合同化碳微生物的特征性 PLFA 含量和多样性呈现先降低后增加的趋势，当化肥有机肥配施比例达到 13，油菜根际土壤微生物特征性 PLFA 含量和多样性明显优于单施化肥。王逗等14研究也发现，化肥有机肥 13 配比为油菜生长提供最均衡养分。土壤全氮和有机碳含量是影响油菜根际土壤微生物多样性的主要环境因子，随着有机肥配比增加，土壤有机碳含量增加，一方面是由于有机肥本身含有大量有机碳直接外源添加进入土壤29，另一方面有机肥促进了根际土壤微生物的繁殖生长，有利于外源添加碳转化为土壤有机碳，最终提高土壤有机碳含量3031。本研究进一步发现化肥有机肥 13 配比能够为根际土壤微生物提供更友好的微生态环境，可以作为油菜绿色施肥管理推荐方案。本研究还发现，根系分泌氨基酸量显著影响油菜根际土壤利用光合同化碳的微生物群落组成，氨基酸量与油菜根际土壤利用光合同化碳微生物多样性指数显著正相关。Wang 等32和 Ge 等33研究发现，氮肥施用增加的根部光合碳沉积量是促使 PLFA的13C 标记量增加的主因34。氨基酸作为重要的营养来源，促进土壤微生物生长与繁殖35，而微生物的代谢产物又反作用于植物根系对氨基酸的分泌36。本研2323OF0 OF0OF0OF25OF25OF25OF50OF50OF50OF75OF75OF100OF100OF1001.02.51.02.5OF0OF25OF25 OF25 OF50OF50 OF50OF0OF75OF100OF100OF100 PCA2(17.44%)PCA1(71.44%)PCA2(16.91%)PCA1(71.85%)Total-M13C-MOF0OF75OF75OF75图 3 不同有机氮投入比例下根际土壤微生物群落结构的主成分分析Fig.3 Principal component analysis of microbial communities in rape rhizosphere as a