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黄土区农田土壤细菌和真菌群落对长期施氮的响应特征黄土区农田土壤细菌和真菌群落对长期施氮的响应特征张薇1，王润泽1，李彤彤1，郭苗苗1，郭胜利1,2，王蕊1,2*（1西北农林科技大学水土保持研究所，陕西杨凌712100；2中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌712100）摘要:【目的目的】细菌和真菌是调控土壤生态功能的重要因素，摸清细菌和真菌群落的变化有助于深入理解微生物在生态功能中的调节作用。【方法方法】黄土区渭北旱塬定位监测试验始于 1984 年。2022 年选择其中 5 个不同施氮(N)量处理小区：0、45、90、135 和 180kg/hm2(分别记作 N0、N45、N90、N135 和 N180)，采集 020cm土层样品，采用 16SrRNA 和 ITS 高通量测序方法，分析细菌和真菌群落结构及其功能变化，同时测定土壤碳组分、微生物活性、根系生物量及土壤酶活性等。【结果结果】随着施氮量增加，土壤微生物量从 113mg/kg 增加到 177234mg/kg，微生物活性从 4.92g/(m2s)增加到 5.837.26g/(m2s)，土壤植物根系量从 1.73t/hm2增加到 2.322.98t/hm2。施氮处理土壤细菌群落丰富度(Chao1)和多样性(Shannon)显著降低，分别下降 4.0%12.3%和 1.6%1.8%，但真菌群落丰富度和多样性无显著变化。施氮处理土壤变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门相对丰度分别下降了 2.4%16.4%、2.1%26.3%、24.1%50.0%，细菌中座囊菌纲、伞菌纲相对丰度分别下降了 29.4%58.8%、44.4%88.9%，而放线菌门、酸杆菌门、绿湾菌门等细菌相对丰度提高了 10.4%34.7%、37.8%54.1%、14.3%28.6%，子囊菌门、银耳纲等真菌的相对丰度分别提高了 8.3%73.8%、18.2%45.5%。施氮后，土壤有机碳含量由 6.50g/kg 提升到 7.007.35g/kg，可溶性有机碳含量由 22.43mg/kg提高到 27.6034.87mg/kg，NO3-N 含量由 1.38mg/kg 提高到1.782.25mg/kg，C/N 由 8.90 下降到8.647.74，微生物的硝化作用显著提高了 14.3%39.6%，好氧氨氧化功能提高了 25.1%48.2%，参与碳循环功能的木糖苷酶活性提高了 13.5%39.3%，纤维二糖水解酶活性提高了 50.3%126.8%。细菌丰富度和多样性变化与土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳、NO3-N 含量和 C/N 有关。施氮条件下细菌变形菌门丰度降低与土壤可溶性有机碳(DOC)含量升高有关，而放线菌丰度升高与 SOC、DOC 和 NO3-N 含量的升高有关，但子囊菌和担子菌的丰度变化与土壤理化性质间的关系不显著。【结论结论】在黄土高原地区，细菌群落结构对氮肥施用的响应较真菌更为敏感。细菌群落组成的变化与土壤有机碳、可溶性有机碳和 NO3-N 呈显著正相关，与全氮和C/N 呈显著负相关。此外，氮肥施用增加了土壤中与碳循环相关的功能菌丰度，促进了木糖苷酶和纤维二糖水解酶的分泌。关键词:施氮量；全氮；碳氮比；酶活性；微生物群落结构Responses of bacterial and fungal community to long-term nitrogenapplication in Loess PlateauZHANGWei1,WANGRun-ze1,LITong-tong1,GUOMiao-miao1,GUOSheng-li1,2,WANGRui1,2*(1 Institute of Soil and Water Conservation,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China;2 Institute of Soil andWater Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources,Yangling,Shaanxi 712100,China)Abstract:【Objectives】Thecommunityvariationofbacteriaandfungiarecrucialfactorsdecidingsoilecologicalfunctions.Westudiedtheresponseofbacterialandfungalcommunitiesandtheirfunctionalrolestolong-termnitrogenapplicationlevelsinLoessPlateau,China.【Methods】Thesoilsampleswerecollectedin2022fromthefiveNapplicationtreatmentplotsofalong-termexperiment,whichwasintheStateKeyAgro-EcologicalExperimentalStationinChangwuCounty,establishedin1984.TheNapplicationratesinthefiveselectedtreatmentswere0,45,90,135,and180kg/hm2(denotedasN0,N45,N90,N135,andN180).The植物营养与肥料学报2024,30(2):232241doi:10.11674/zwyf.2023388JournalofPlantNutritionandFertilizershttp:/www.plantnutrifert.org收稿日期：20230904接受日期：20231116基金项目：国家重点研发项目(2021FY100502)；国家自然科学基金项目(42107360)。联系方式：张薇E-mail:；*通信作者王蕊E-mail:bacterialandfungalcommunitystructures,soilenzymeactivitiesrelatedtocarboncycling,andsoilpropertiesweredetermined,andthechangesrelativetotheinitialofexperimentwerecalculated.【Results】Napplicationledtosignificantchangesinsoilchemicalpropertiesandmicrobialpopulationandcommunitystructures.Comparedtotheinitials,longtermNapplicationincreasedsoilmicrobialbiomasscarbonfrom113.0to177.5234.0mg/kg,microbialactivityfrom4.92to5.837.26g/(m2s),andplantrootbiomassfrom1.73to2.322.98t/hm2,decreasedbacterialcommunityrichnessanddiversityindex(Chao1andShannon)by4.0%12.3%and1.6%1.8%,respectively,didnotchangedfungalcommunitiesobviously.NapplicationsignificantlydecreasedtherelativeabundanceofProteobacteria,Gemmatimonadetes,Bacteroidetes,Dothideomycetes,andAgaricomycetesby2.4%16.4%,2.1%26.3%,24.1%50.0%,29.4%58.8%,and44.4%88.9%,respectively,butincreasedtherelativeabundanceofActinobacteria,Acidobacteria,Chloroflexi,Ascomycota,andTremellomycetesby10.4%34.7%,37.8%54.1%,14.3%28.6%,8.3%73.8%,and18.2%45.5%.NapplicationelevatedsoilorganicC(SOC)frominitial6.50g/kgto7.007.35g/kg,dissolvedorganicC(DOC)from22.43mg/kgto27.6034.87mg/kg,NO3-Nfrom1.38mg/kgto1.782.25mg/kg,anddecreasedC/Nfrom8.90to8.647.74.WiththeincreaseofNapplicationrate,thesoilnitrificationincreasedby14.3%to39.6%,aerobicammoniaoxidationfunctionsincreasedby25.1%48.2%,andtheactivitiesofxylanaseincreasedby13.5%to39.3%,andthatofcellobiosehydrolaseincreasedby50.3%to126.8%.ThechangesofsoilbacterialrichnessanddiversitywerecorrelatedwiththatofSOC,DOC,NO3-N,andC/Nratios.TheProteobacteriaabundancewasnegativelylinkedtoDOClevels,ActinobacteriaabundancewaspositivelyassociatedwithSOC,DOC,andNO3-Ncontents,AscomycotaandBasidiomycotaabundanceswerenotsignificantlycorrelatedwithsoilphysiochemicalproperties.【Conclusions】InLoessPlateau,bacteriastructuresaremoresensitivethanfungalstructuretoNapplicationrate.Thechangesofbacterialcommunitycompositionarepositivelycorrelatedwithsoilorganicmatter,dissolvedorganiccarbonandNO3-N,andnegativelycorrelatedwithtotalnitrogenandC/N.Nitrogenapplicationincreasedtheabundanceoffunctionalbacteriarelatedtocarboncycleinsoilandpromotedthesecretionofxylosidaseandcellobiohydrolase.Key words:nitrogenapplicationrate;totalnitrogen;C/N;enzymaticactivity;microbialcommunitystructure微生物是陆地生态功能的重要影响因素，在调控土壤养分的“源”和“库”过程中发挥着重要作用13。不同土壤微生物类群能感知土壤性质的改变，从而做出差异化的响应45。氮肥的持续施用虽然提高了土地生产力，但也显著改变微生物栖息的微环境6。近年来，虽然我国实行了氮肥增效减施行动，但 2022 年中国氮肥施用量仍高达 1654.1 万 t7。因此，探究施氮条件下微生物群落的变化有助于农田土壤培肥和健康措施的制定。细菌和真菌可以调控土壤生物化学过程和生态系统功能，但氮肥对细菌和真菌群落的影响尚未明确。有报道指出，细菌和真菌多样性均随氮肥施用量增加呈降低趋势8，且施氮量越高多样性的降低幅度越大9。也有部分研究发现短期施氮降低细菌多样性，对真菌多样性无显著影响10，但也存在施氮显著增加细菌和真菌多样性的结论11。此外也有学者发现施氮对细菌和真菌多样性均无显著影响12。对于细菌和真菌群落组成而言，施氮增加肉座菌目、被孢霉目等真菌及放线菌门、绿弯菌门等细菌的丰度，降低变形菌门、酸杆菌门和厚壁菌门的丰度13，但也有研究指出施氮降低放线菌门、酸杆菌门等细菌丰度，增加厚壁菌门和拟杆菌门等细菌丰度14，另有部分关于施氮在门水平对细菌和真菌群落组成无显著影响的报道12。此外，施氮对细菌和真菌各类群间关系的影响研究，也存在降低共现网络的复杂性10与提高共现网络的复杂性15的不一致报道。黄土高原水土流失严重，土壤肥力匮乏，大量氮肥投入土壤中以保证粮食产量16。但是，黄土区细菌和真菌的群落结构和功能对长期施氮的响应并不清楚。本研究基于长期氮肥管理试验，测定不同施氮量(0、45、90、135、180kg/hm2)的细菌和真菌特性、土壤微生物活性(79 月休闲季土壤呼吸量)、碳氮养分含量等理化性质；分析土壤细菌和真菌群2期张薇，等：黄土区农田土壤细菌和真菌群落对长期施氮的响应特征233落结构对施氮的响应特征；辨析土壤理化性质与微生物特性、碳代谢功能之间的关系。1 材料与方法1.1 研究区及长期定位试验概况陕西长武农田生态系统国家野外科学观测研究站长期氮肥管理试验于 1984 年建立。该试验地点位于黄土高原沟壑区长武县十里铺村(10740E，3512N，海拔 1200m)，属于典型旱作雨养农业区，无灌溉条件；19572018 年年均降水量为580mm，79 月份降水量占年降水量的 49.0%左右；平均气温为 9.1，年日照时数 2230h，日照率为51.0%，年辐射总量为 484kJ/cm2。土壤为黏壤质黑垆土，1984 年布设试验时土壤有机碳 6.5g/kg，全氮 0.6g/kg，pH8.4，CaCO3含量 10.5%，黏粒(0.002mm)含量 24.0%。试验共设 24 个肥料处理，每个处理 3 次重复，共 72 个小区，区组随机排列，小区长 6m，宽 4m，小区间距 0.3m，区组间距0.8m，四周路宽 1m。种植制度为冬小麦(TriticumaestivumL.)连作，所用化肥为尿素、重过磷酸钙，不施用钾肥，氮磷肥全部在播种前撒施地表后耕翻入土，后期不再追肥。1.2 土壤样品采集于 2022 年 7 月小麦收获后，选取同一施磷水平(P39kg/hm2)下 5 个氮肥施用量处理：N0、45、90、135、180kg/hm2(N0、N45、N90、N135、N180)小区，采集 020cm 土层样品。每个小区以“S”形采样法采集 5 钻土样，制成混合样品，共计 15 个样品。新鲜土样通过 2mm 筛后，剔除根系残体，用冷藏箱带回实验室：一部分样品在80 保存供土壤微生物群落结构测定；另一部分样品 4 保存供微生物量碳、土壤酶活性、硝态氮(NO3-N)等理化性质的测定；剩余样品在室温下风干，用于土壤 pH、有机碳、氮素含量等理化性质的测定。根系在小麦成熟后，利用根钻在行间和行上各采集三钻，将根系拣出，冲洗干净，7080 烘干至质量恒定，再分别称量和记录17。1.3 土壤理化性状分析土壤有机碳(soilorganiccarbon，SOC)测定利用 H2SO4K2CrO7外加热法18，全氮(totalnitrogen，TN)测定利用凯氏定氮法19，土壤微生物量碳(soilmicrobialbiomasscarbon，SMBC)采用氯仿熏蒸萃取法20，土壤 NO3-N 用 2mol/LKCl 溶液浸提鲜土样后，用流动分析仪测定(SAN+，Skalar，Holland)。土壤微生物量碳的测定方法中未用氯仿熏蒸步骤测定的碳含量即为土壤可溶性有机碳(dissolvedorganiccarbon，DOC)。土壤酶活性采用微孔板荧光法测定21。土壤水分采用恒温箱烘干法，有机质芳香程度(SUV254)采用紫外可见分光光度计测定 254nm 处的紫外吸光度22。土壤微生物活性为 79 月土壤呼吸速率的平均值。7 月到 9 月为休闲季节，土壤呼吸值为微生物呼吸，可表征微生物活性23，选择晴好天气在 9：0011：00 利用土壤碳通量测量系统 LI-8100(LI-COR，Lincoln，NE，USA)测定土壤呼吸速率，大约每10 天测定 1 次。1.4 DNA 提取和高通量测序采用 FastDNASPINKitforsoil 试剂盒和 MPFastPrep-24 核酸提取仪提取土壤中的 DNA，使用带 Barcode 的特异引物进行 PCR 扩增：338F(5ACTCCTACGGGAGGCAGCAG3)和 806R(5GGACTACHVGGGTWTCTAAT3)扩增细菌16SrRNA 基因 V3V4 区域，ITS1(5ACTCCTACGGGAGGCAGCAG3)和 ITS2(5GGACTACHVGGGTWTCTAAT3)扩增真菌 ITS 基因区域24。纯化扩增产物并制备序列文库，然后用Qubit2.0Fluorometer(ThermoScientific)和 AgilentBioanalyzer2100 系统检测文库质量。在北京诺禾致源科技股份有限公司利用 IlluminaHiSeq2500PE250 平台进行高通量测序。将双末端序列根据Barcode 序列和 PCR 扩增引物标签拆分出各个样品的数据，将每个样品的序列借助 FLASH(V1.2.7，http:/ccbjhu.edu/software/FLASH)进行拼接，然后根据 QME25质控流程进行质量控制。根据 UCHIME算法26去除嵌合体序列，然后将剩余的序列利用UParse 软件27以 97%的相似度聚类划分 OTU。对于OTU 的每一个代表序列，使用 RDPClassifier 算法与 GreenGene 数据库以 80%的置信阈值进行物种注释分析。最后以数据量最少的样品为标准对得到的OTU 丰度数据进行均一化处理，后续的 alpha 和beta 多样性分析均基于均一化处理后的数据。此外，细菌的功能预测是通过 PICRUSt 生物信息软件包实现，根据 16S 测序数据进行基于 KEGG 数据库的功能预测28。1.5 数据分析方法采用 SPSS2.0 软件对土壤性状和微生物群落-、234植物营养与肥料学报30卷-多样性指数进行单因素方差分析(ANOVA)，并进行 F 显著性检验。采用 R(4.3.0)对微生物数据进行整理，通过 ggplot2 包绘制门、纲水平排名前 10 的细菌和真菌群落相对丰度图和土壤微生物群落丰富度(Chao1 指数)及多样性(Shannon 指数)、功能结构，利用“vegan”包绘制主坐标分析图(PCoA)，用“corrplot”数据包绘制微生物群落结构与土壤理化性状的相关关系图。2 结果与分析2.1 施氮对土壤生物理化性质的影响施氮显著影响土壤生物理化性质(表 1)。土壤有机碳、可溶性有机碳、全氮和 NO3-N 随施氮量的增加呈上升趋势；土壤碳氮比(C/N)随施氮量增加而降低。与 N0 处理相比，N180 处理土壤有机碳和可溶性有机碳的上升幅度最高，分别提高 13.0%(6.50s.7.35g/kg)和 55.0%(22.43s.34.87mg/kg)；而N180 处理显著降低 C/N(13.0%)。N45、N90 与N135 处理下微生物量碳较 N0 处理(112.96mg/kg)分别升高 79.0%(202.58mg/kg)、73.0%(195.65mg/kg)和 107.0%(234.00mg/kg)。土壤微生物活性(土壤呼吸量)随着施氮量的增加而增加，与 N0 相比，N45、N135、N90、N180 处理分别提高 18.0%、29.1%、35.4%、47.6%；施氮使木糖苷酶活性提高了 13.5%39.3%，纤维二糖水解酶活性提高了 50.3%126.8%(图 1)。施氮使土壤 pH 显著降低。2.2 施氮对细菌和真菌群落结构及功能的影响氮肥施用量影响细菌群落的丰富度和多样性，对真菌群落无显著影响(图 2)。N45 和 N180 处理显著降低细菌丰富度(Chao1)，分别降低 4.0%和12.3%。细菌多样性(Shannon)随着施氮量的增加而降低，降低幅度为 1.6%1.8%，其中 N180 处理的降幅达到显著性水平。对于群落结构而言，长期施氮改变细菌群落结构，且施氮量之间存在显著差异，但真菌群落结构在各施氮量间无显著差异(图 3)。与N0 处理相比，施氮量越高对细菌的影响越大(图 4、图 5)，N180 处理显著降低变形菌门(Proteobacteria，2.4%16.4%)，芽单胞菌门(Gemmatimonadetes，2.1%26.3%)，拟杆菌门(Bacteroidetes，24.1%50.0%)，增加放线菌门(Actinobacteria，10.4%34.7%)和酸杆菌门(Acidobacteria，37.8%54.1%)及绿湾菌门(Chloroflexi，14.3%28.6%)的相对丰度。与细菌相比，真菌受氮肥影响较弱，不同施氮量之间对真菌群落结构的影响差异不大。施氮显著提高子囊菌门(Ascomycota，8.3%73.8%)、座囊菌纲(Dothideomycetes，29.4%58.8%)、伞菌纲(Agaricomycetes，44.4%88.9%)和银耳纲(Tremel-lomycetes，18.2%45.5%)的相对丰度。此外，施氮也显著影响了参与碳氮循环过程的相关功能菌的丰度。化能异养、好氧化能异养等功能菌丰度占据总功能菌丰度的 30%左右，且在不同施氮量处理中相对丰度变化存在差异，其中硝化作用菌丰度(14.3%表 1 长期不同施氮量土壤化学和生物性质Table 1 Chemical and biological properties of soils under different nitrogen application rates土壤性质SoilpropertyN0N45N90N135N180土壤有机碳Soilorganiccarbon(g/kg)6.500.89c7.000.52b7.170.52b7.310.74a7.350.81a可溶性有机碳Dissolvedorganiccarbon(mg/kg)22.430.95d27.601.65c30.570.41b32.000.62ab34.870.42apH8.470.02a8.400.03b8.380.02b8.350.01b8.380.03b全氮TotalN(mg/kg)0.780.01d0.830.02c0.870.02b0.890.01ab0.910.05aNO3-N(mg/kg)1.380.02e1.780.05d1.930.06c2.100.11b2.250.11a碳氮比C/N8.900.19a8.640.25a8.240.21a7.860.18b7.740.27b植物根系量Plantrootmass(t/hm2)1.730.19c2.320.34b2.820.26a2.980.19a2.530.33ab土壤呼吸量Soilrespirationg/(m2d)4.920.19d5.830.22c6.660.09b6.350.33bc7.260.30a微生物量碳Microbialbiomasscarbon(mg/kg)112.9649.32b202.5873.09a195.6556.79a234.0038.51a177.4963.67ab紫外吸光度SUV25410.530.84a9.600.22b8.911.00c8.790.57d8.610.46e土壤水分WFPS(%)39.4011.78a38.4512.00a37.6812.8a36.7212.60a37.1812.43a注：表格数值为平均值标准差。同行数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著(P0.05)。Note:Thevaluesareaveragestandarddeviation.Differentlowercaselettersaferdatainthesamerowindicatesignificantdifferenceamongtreatments(P0.05).SUV254UVabsorbanceat254nm;WFPSWater-filledporespace.2期张薇，等：黄土区农田土壤细菌和真菌群落对长期施氮的响应特征23539.6%)、好氧氨氧化功能菌丰度(25.1%48.2%)和芳香烃降解功能菌丰度随着施氮量的增加而升高(图 6)。3 讨论施氮对细菌和真菌多样性的影响存在差异。长期施氮显著降低了细菌的多样性和丰富度，但施氮条件下真菌的多样性和丰富度并无显著变化(图 2)。其原因可能与细菌比真菌具有更强的生境关联性有关，而真菌具有更强的抵抗外界干扰的能力29。本研究中，施氮使土壤 NO3-N 含量从 1.38mg/kg 增加到1.782.25mg/kg，C/N 值从 8.90 降低到 8.647.74(表 1)，刺激了特定微生物类群大量繁殖，从而缩小其他物种的生存空间30，这种竞争排斥作用降低了细菌多样性。其次，施氮促进植物生长，根系生物量从 1.73t/hm2提高到 2.322.98t/hm2(表 1)，土壤水分含量从 39.40%降低到 38.45%36.72%，降aaaaaaabaaba aa磷酸酶Phosphatase木糖苷酶Xylosidase葡萄糖苷酶Glucosidase纤维二糖水解酶Cellobiohydrolase乙酰基氨基葡萄糖苷酶Glucosaminidase1601208040N0N45N90N135N1800b酶活性 Enzyme activity nmol/(gh)aaaa aabaababa图 1 不同施氮量下土壤胞外酶活性Fig.1 Soil enzyme activity as affected by nitrogenapplication levels注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05).Note:Differentlowercaselettersabovethebarsindicatesignificantdifferenceamongtreatments(P0.05).425045004750N0N45N90N135N180N0N45N90N135N180N0N45N90N135N180处理 TreatmentN0N45N90N135N18010.010.110.210.38001000120014004.85.05.25.45.6abababaaaabaaaaaaaaaaChao1Chao15000细菌 Bacterial真菌 Fungi5.8ShannonShannon图 2 不同施氮量下土壤细菌和真菌 alpha 多样性Fig.2 The richness(Chao1)and diversity(Shannon)of bacteria and fungi among different nitrogen application levels注：箱体中间实线代表中值，方框上下边缘、方框外上下实线分别代表上下 25%的数值、90%和 10%的数值。箱体上不同小写字母表示不同处理间具有显著差异(P0.05)。Note:Thesolidlineinsidetheboxesrepresentthemedianvalues,theupperandlowerframesoftheboxes,theupperandlowersolidlinesoutsidetheboxesrepresenttheupperandlower25%,the90%and10%values,respectively.Differentlowercaselettersabovetheboxesindicatesignificantdifferenceamongtreatments(P0.05).236植物营养与肥料学报30卷0.100.0500.050.100.100.0500.050.10PCo1(25.48%)PCo2(20.84%)N0N45N90N135N180N0N45N90N135N180R2=0.79P=0.010.200.20.400.20.4PCo1(27.19%)PCo2(17.72%)P=0.05细菌 BacterialR2=0.10真菌 Fungi图 3 不同施氮量下土壤细菌和真菌群落结构(PCoA)Fig.3 Principal coordinate analysis(PCoA)of soil bacterial and fungi community as affected by nitrogen application levels变形菌门Proteobacteriaabbab放线菌门Actinobacteriaccbba酸杆菌门Acidobacteriabaabaabbab芽单胞菌门Gemmatimonadetesaaa a a厚壁菌门Firmicutesaababbb拟杆菌门Bacteroidetes浮霉菌门Planctomycetesbcaacb绿弯菌门Chloroflexicbcabcba a aa aaa aaa疣微菌门Verrucomicrobia奇古菌门Thaumarchaeota门 Phylumba abaaabbb酸杆菌纲Acidobacteria-变形菌纲-Proteobacteria放线菌纲Actinobacteriababababa芽单胞菌纲Gemmatimonadetesabbab-变形菌纲-Proteobacteriaabbab-变形菌纲-Proteobacteriaabbab芽孢杆菌纲Bacilliaaa a a-变形菌纲-Proteobacteria奇古菌纲Thaumarchaeotaccdbdaaabbbabbbb全噬菌纲Holophagae纲 Class相对丰度 Relative abundance(%)N0N45N90N135N180401816141210864503020100图 4 不同施氮量下土壤细菌的相对丰度Fig.4 The relative abundance of bacteria as affected by nitrogen application levels注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)。Note:Differentlowercaselettersabovethebarsindicatesignificantdifferenceamongtreatments(P0.05).2期张薇，等：黄土区农田土壤细菌和真菌群落对长期施氮的响应特征237低了土壤中可利用底物的运移，而真菌具有更宽的碳/氮养分化学计量适应范围和水分适应性3132。上述土壤理化性状变化对真菌无显著影响。Xing 等33研究发现，施氮不仅提高细菌多样性，而且也显著增加真菌的多样性。这可能与土壤养分的背景值存在较大差异有关，Xing 等33研究中的供试土壤有机碳(13.83g/kg)和全氮(1.98g/kg)显著高于本研究的相应值(土壤有机碳 6.50g/kg，全氮 0.6g/kg)，因此施用氮肥后没有造成养分竞争引起的多样性降低。施氮肥对细菌和真菌群落结构的影响也存在差异。细菌的群落结构不仅因施氮而变化，并且还会因施氮量而改变，但真菌群落并不因施氮而变化05101520253035404505101520253530子囊菌门Ascomycota担子菌门Basidiomycota接合菌门Zygomycota球囊菌门Glomeromycota壶菌门Chytridiomycota座囊菌纲Dothideomycetes银耳纲Tremellomycetes锤舌菌纲Leotiomycetes接合菌门未分类纲Incertaesedis Zygomycota伞菌纲Agaricomycetes盘菌纲Pezizomycetes散囊菌纲Eurotiomycetes球囊菌纲Glomeromycetes壶菌亚纲Chytridiomycetes粪壳菌纲Sordariomycetes纲 Class门 Phylumcbacbaaabbbbccaaa a aaaa a a aababcbaaa aaaaaaaaaaaaaa aa acddbacbcacbabbbaaaababbabN0N45N90N135N180相对丰度 Relative abundance(%)图 5 不同施氮量下土壤真菌相对丰度Fig.5 The relative abundance of fungi in soils as affected by nitrogen application levels注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)。Note:Differentlowercaselettersabovethebarsindicatesignificantdifferenceamongtreatments(P0.05).化能异养Chemoheterotrophy好氧化能异养Aerobic chemoheterotrophy硝化作用Nitrification掠食型或寄生型Predatory or exoparasitic好氧氨氧化Aerobic ammonia oxidation几丁质溶解Chitinolysis有氧亚硝酸盐氧化Aerobic nitrite oxidation 硫磺化合物呼吸作用Respiration of sulfur compounds硫酸盐的呼吸作用Sulfate respiration芳香族化合物的降解Aromatic compound degradation相对丰度 Relative abundance(%)129630a aaaaa aaaaabccdabccdaaaaabcccaaaaaaabbaaaaaaaaaaaN0N45N90N135N180abab图 6 不同施氮量水平下土壤中细菌功能基因的相对丰度(前 10 位)Fig.6 The relative abundance of functional genes of bacteria as affected by nitrogen application rates(top 10)注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)。Note:Differentlowercaselettersabovethebarsindicatesignificantdifferenceamongtreatments(P0.05).238植物营养与肥料学报30卷(图 3图 5)。细菌和真菌群落组成变化的差异源于对土壤环境变化的敏感性不同。已有土壤性质变化对细菌影响更大的报道34，证实了本研究中细菌群落发生显著变化而真菌群落无明显变化的结论。细菌群落的变形菌门相对丰度随着土壤可溶性有机碳升高而降低，而放线菌门丰度随着土壤有机碳、可溶性有机碳和 NO3-N 的升高而升高。施氮条件下可溶性有机碳含量的大幅升高促进了放线菌、厚壁菌和子囊菌等主要利用易分解有机碳组分的微生物的生长3536。但真菌因对土壤环境变化不敏感，所以群落组成的变化(子囊菌升高，担子菌降低)与土壤理化性质间的关系不显著(图 7)。施氮显著改善了木糖苷酶和纤维二糖水解酶等与碳氮循环过程相关的胞外酶活性。本研究中木糖苷酶和纤维二糖水解酶分别升高 13.5%39.3%和50.3%126.8%，这与施氮改变细菌和真菌群落结构有关。施氮增加了酸杆菌、放线菌和子囊菌等具有编码纤维素酶、半纤维素酶和木糖苷酶功能基因的微生物类群丰度37；随之分泌更多木糖苷酶和纤维二糖水解酶，从而提高了土壤微生物中与碳循环相关的功