土壤改良基质对土壤性状及微生物群落的影响_吴昊.pdf

农业环境科学学报Journal of AgroEnvironment Science2022，41（12）:2742-27512022年12月开放科学OSID土壤改良基质对土壤性状及微生物群落的影响吴昊1，欧阳俊峰1，宋时丽1，陆晓林1，张振华2，管永祥3，张勇4，戴传超1*（1.南京师范大学生命科学学院，江苏省微生物资源产业化工程技术研究中心，江苏省微生物与功能基因组学重点实验室，南京210023；2.江苏省农业科学院资源与环境研究所，南京 210014；3.江苏省农业技术推广总站，南京 210036；4.江苏省句容蓝天碧水生物科技有限公司，江苏 句容 212402）Effects of the application of soil amended substrate medium on soil properties and microbial communitiesWU Hao1,OUYANG Junfeng1,SONG Shili1,LU Xiaolin1,ZHANG Zhenhua2,GUAN Yongxiang3,ZHANG Yong4,DAI Chuanchao1*（1.Jiangsu Key Laboratory for Microbes and Functional Genomics,Jiangsu Engineering and Technology Research Center for Industrializationof Microbial Resources,College of Life Sciences,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China;2.Institute of Agricultural Resourcesand Environment,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China;3.General Station of Jiangsu Agricultural TechnologyExtension,Nanjing 210036,China;4.Jurong Blue Sky Biological Technology Co.,Ltd.,Jurong 212402,China）Abstract：A one-year field study was conducted to study the effects of the combined application of chemical fertilizer and soil amendedsubstrate medium（SM）,made from fermented and decomposing straw,on wheat yield and the soil microbial community in a typically low-yielding wheat-maize rotation area of the Yellow River died-riverway.The wheat yield and soil microbial community were subjected to fivetreatments：chemical fertilizer（CK,no soil amended substrate medium）,3 000 kghm-2soil amended substrate medium（SM1）,6 000 kghm-2soil amended substrate medium（SM2）,9 000 kghm-2soil amended substrate medium（SM3）,and 12 000 kghm-2soil amendedsubstrate medium（SM4）.In all the treatments,same amounts of chemical fertilizer were used.On treatment,the crop yield,soil properties,nutrition,and microbial community were analyzed.The results showed that the SM input increased the wheat production with the highest收稿日期：2022-10-10录用日期：2022-12-06作者简介：吴昊（1996），男，硕士研究生，从事环境微生物研究。E-mail：*通信作者：戴传超E-mail：基金项目：江苏省农业科技自主创新资金项目（CX（17）1001，JAST1F）Project supported：Jiangsu Agriculture Science and Technology Innovation Fund（CX（17）1001，JAST1F）摘要：为了研究发酵腐熟的秸秆作为有机添加基质（SM）与化肥联合施用对小麦产量和土壤微生物群落及多样性的影响，本研究对我国小麦-玉米典型低产区黄河故道（以沙壤土为主）进行了基质不同施用量的田间试验，试验包括5个处理：化肥（CK，无土壤改良基质），3 000 kghm-2的土壤改良基质（SM1），6 000 kghm-2的土壤改良基质（SM2），9 000 kghm-2的土壤改良基质（SM3），12 000 kghm-2的土壤改良基质（SM4），所有处理的化肥用量与CK相同。研究分析了不同SM添加下小麦产量，土壤性状和营养及微生物群落结构的变化。结果显示该有机改良剂提高了小麦产量，产量最高达到了8 276.40 kghm-2，是CK组的1.32倍。同时也增加了16S和18S基因的拷贝数，峰值分别达到CK的15.3倍和7.8倍，并改变了真菌的微生物群落结构，提高了微生物群落的多样性。随着SM的施用量增加，土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和土壤多种酶活也同步增加。典型相关分析结果表明微生物生物量碳和有机质对土壤真菌群落结构的影响最为显著。研究表明，SM作为有机改良剂可以提高黄河故道由于河流冲击形成的低产沙壤土地区的小麦产量。关键词：农田改造；小麦产量；贫瘠土壤；微生物群落；土壤性状中图分类号：S512.1；X172文献标志码：A文章编号：1672-2043（2022）12-2742-10doi:10.11654/jaes.2022-1010吴昊，欧阳俊峰，宋时丽，等.土壤改良基质对土壤性状及微生物群落的影响J.农业环境科学学报,2022,41（12）：2742-2751.WU H,OUYANG J F,SONG S L,et al.Effects of the application of soil amended substrate medium on soil properties and microbialcommunitiesJ.Journal of Agro-Environment Science,2022,41（12）：2742-2751.吴昊，等：土壤改良基质对土壤性状及微生物群落的影响2022年12月土壤有机质和微生物与作物产量及土壤质量关系密切1。随着人口数量的增加和生活水平的提高，粮食需求量也日益增长，尤其是在粮食低产和中产地区这种矛盾尤为突出。我国人均耕地有限，大多数地区的耕地贫瘠且产量较低2。因此提高耕地产量以满足食物需求对我国具有重要意义。各类有机添加物（如豆科植物、粪肥和有机肥等）被用于农业生产以提高耕地产量3-6，但这些有机添加剂对提升土壤肥力的效果有限。例如：种植豆科作物改良土壤时，需要很长时间来供植物吸收固氮，因此对土壤质量的改良见效较慢7；植物残体和粪肥的使用有引入病原菌和提高土壤重金属含量的风险3-4，8-9。此外，商业化有机改良剂的生产还受到原料来源和成本的限制。因此，寻找可以快速培肥且成本低廉的土壤改良剂成为了一个重要的研究领域。秸秆作为一种重要的农业废弃物，直接还田会伴随病原菌的侵染和对养分的争夺10。因此，本研究使用发酵和分解的秸秆作为土壤改良剂，即土壤改良培肥基质（SM）。基质的有机质含量超过55%，活菌数超过2108cfug-1，原料廉价易得，密度低且便于运输。为验证该基质对土壤酶、土壤微生物和作物产量的影响，本课题组在我国小麦-玉米的典型低产区进行了不同施用量的田间试验。研究分析了基质对土壤理化性质和生物学性质的影响，土壤性质对土壤微生物群落和多样性的影响，以及不同投入量的基质对小麦产量的影响。1材料与方法1.1 试验地点与试验设计试验区位于中国江苏省滨海县黄河湾农场（3408N，11953E），农场每年实行小麦-玉米轮作制。该地属温带季风气候，年平均气温14.1，年平均降水量 949.5 mm。土壤类型为潮土，有机质含量为6.55 gkg-1，全氮含量为 0.55 gkg-1，有效氮含量为8.67 mgkg-1，有效磷含量为8.47 mgkg-1，有效钾含量为65.54 mgkg-1，容重为1.35 gcm-3，pH值为8.50（土水比为1 2.5）。田间试验设置5个处理：（1）化肥（CK，无土壤改良基质）；（2）3 000 kghm-2的土壤改良基质（SM1）；（3）6 000 kghm-2的土壤改良基质（SM2）；（4）9 000kghm-2的土壤改良基质（SM3）；（5）12 000 kghm-2的土壤改良基质（SM4）。所有处理的化肥用量与CK相同。土壤改良基质理化性质见表 1。5 个处理的总N、总P和总K含量见表2。每个试验区均为15 m10 m，每种处理3个重复，共15个试验裂区，各裂区采用完全随机分配。按当being 8 276.40 kghm-2,which is 1.32 times higher than the CK.Soil fertilization also increased the 16S and 18S gene copies andmicrobial diversity,of which the 15.3 folds and 7.8 folds were highest as the control,respectively.Increase in SM applicationproportionately increased the soil microbial biomass carbon,microbial biomass nitrogen,and various enzyme activities.The composition ofsoil fungal community was reported to be different for SM and CK.The study thus finds that microbial biomass carbon and soil organicmatter are the main soil characteristics leading to the changes of the soil fungal community structure.Our research demonstrates anamendment strategy using SM as a source of organic matter for the improvement of sandy loam that has the potential to increase crop yieldin alluvial sediments of the Yellow River.Keywords：farmland renovation;wheat yield;poor soil;microbial community;soil property表1 土壤改良基质的物理和化学指标Table 1 Physical and chemical indexes of the soil amendedsubstrate medium指标IndexN/（gkg-1）P/（gkg-1）K/（gkg-1）湿度/%pH体积密度/（gcm-3）有效菌落数/（cfug-1）总孔隙度/%含量Content0.180.070.06406.57.50.40.8210860表2 对照和不同处理的营养成分（kghm-2）Table 2 Nutrient contents of the applied chemical fertilizer andsoil amended substrate medium（kghm-2）营养元素Nutritive elementN（无机）N（有机）P（无机）P（有机）K（无机）K（有机）CK270-150-75-SM127032150137511SM227065150257522SM327097150387532SM42701301505075432743农业环境科学学报第41卷第12期地耕作习惯，在上季作物收获后，将残留秸秆粉碎还田。土壤改良基质于2017年7月，小麦种植前作基肥施用，小麦于2017年10月30日种植。在小麦生长期内，各处理均有养分含量共计270 kghm-2N、150 kghm-2P2O5和75 kghm-2K2O的化肥施用到田间。本课题组开发的土壤改良培肥基质使用水稻秸秆和小麦秸秆作为原材料，秸秆干燥后湿度控制在65%以下作为堆肥材料，堆肥过程中加入枯草芽孢杆菌和黑曲霉促进发酵（成品中均能检测到两种微生物的存在）。每堆堆肥的原材料重达3 t，长、宽、高分别为18、1.5、1.5 m。根据堆体温度的变化，每1015 d翻堆一次，加入硅镁土促进黏合和成型。该基质完全由本课题组研发，并由句容蓝天碧水生物科技有限公司商业化生产。1.2 样品采集在2017年10月小麦种植前（S0）、2018年3月小麦返青期（S1）、2018 年 4 月小麦拔节期（S2）和 2018年6月小麦成熟期（S3）采集土壤样本，Zadoks编号分别为z00、z24、z37和z9211。在每个样地中随机采集5个直径38 mm、深度515 cm的土芯，同一地块的土壤混合成一个样本。将采集的新鲜土壤样品分为两个子样本，一个子样本储存在-20 用于DNA提取，另一个子样本立即分析土壤性质和土壤酶活性。在每个地块对角线位置设置3个等距采样点用于成熟期植物样品采集，每个采样点1 m2且距离地块边缘至少2 m。收获采样点内所有的小麦并记录穗数。小麦烘干后取20株穗用于谷粒计数，计算每株穗的平均谷粒数和每1 000粒谷粒的质量。作物产量（kghm-2）=每平方米穗数每穗平均谷粒数每1 000粒谷粒质量（g）/100。1.3 土壤物理、化学和生物分析制备土水比为1 2.5（m/V）的干土悬浮液，测定土壤pH值。采用1 5（m/V）的土壤水混合物测定土壤电导率（EC）。采用重铬酸钾氧化法测定土壤有机质（SOM）。采用凯氏定氮法测定全氮（TN）。采用NaHCO3萃取-钼蓝比色法测定有效磷（AP）。采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定有效钾（AK）。采用碱扩散法测定有效氮（AN）。体积密度（BD）由给定体积土壤的质量计算。根据 土壤农化分析12对上述土壤性质进行分析。采用氯仿熏蒸提取法测定微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）13-14。土壤中转化酶和纤维素酶的活性用3，5-二硝基水杨酸比色法测定15-16，脲酶的活性用吲哚酚比色法测定15。1.4 细菌和真菌群落的定量分析采用Step1实时荧光定量PCR系统对试验前、小麦拔节期和小麦成熟期土壤中的细菌和真菌进行定量分析。根据 CBRON 等17的方法，采用 SYBR-Green实时 PCR 法，测定土壤总 DNA 中 16S rDNA 和18S rDNA 的拷贝数。将枯草芽孢杆菌 16S rDNA 和杂色曲霉18S rDNA插入p-easy blunt载体中，将连接产物转化入DH5。16S rDNA通用引物为338f/518r，18S rDNA通用引物为Fung5F/FF390R18。筛选Amp+平板进行阳性克隆转化和测序。提取质粒作为定量分析的标准。用10倍梯度稀释质粒获得定量标准曲线，用于SYBR-Green实时PCR扩增。用无菌水代替模板DNA作为阴性对照。通过与标准曲线比较，计算每个样本的Ct值，获得拷贝数。1.5 变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析用PCR-DGGE法对各处理成熟期土壤的16SrDNA和18S rDNA片段进行细菌和真菌的扩增。使用的引物为357F-GC/517R和NS1/GC-Fung19。扩增反应重复3次，PCR产物经1%EB琼脂糖凝胶电泳验证。用定量软件分析DGGE上观察到的条带。1.6 统计分析采用SPSS 20.0统计软件对同一时期不同处理或同一处理不同时期下的产量、土壤性质和土壤微生物群落进行统计分析，采用 Duncan 法进行多重比较。基于DGGE谱带，利用软件计算Shannon多样性指数（H）、均匀度指数（E）和 Chao-1指数。利用 Gelcompar 软件包对 DGGE 谱带进行识别和聚类。利用Canoco 5软件进行典型相关分析（CCA），揭示土壤性状与细菌和真菌群落组成的关系。2结果与分析2.1 土壤特性和作物产量的变化在本季试验之后，各试验裂区的SOM含量总体随着土壤中加入土壤改良培肥基质含量的增加而增加（表3）。SM3和SM4处理各时期SOM含量均显著高于CK（P0.05）。在小麦拔节期，SM4的平均SOM含量比CK高出79.1%（表3）。TN含量在基质处理与CK间无显著差异，然而基质处理的各阶段AN含量均低于 CK，且 4 个基质处理之间 AN 含量均无显著差异。在小麦整个生育期内，AP含量随着生长期的变化呈现先升高后降低的趋势，AP含量在返青期达到最高，在成熟期降低至与播种前同一水平。在整个生2744吴昊，等：土壤改良基质对土壤性状及微生物群落的影响2022年12月育期，所有基质处理的AK水平都高于CK。土壤EC值在基质处理与CK间差异显著（表3），4个基质处理的EC值均显著低于CK，特别是拔节期和成熟期。MBC和MBN在拔节期含量较高，在成熟期时略有下降（表3）。在各个时期处理组的MBC和MBN均高于 CK，MBC含量随着基质用量的增加而增加，且SM4处理显著高于CK。MBN在返青期和拔节期均是基质处理显著高于CK，然而在成熟期各处理与CK间差异减弱，没有达到显著水平。土壤改良培肥基质处理的小麦产量高于CK（表4）。SM4处理的小麦产量最高，是CK的1.32倍。而SM2 处理的小麦产量低于 SM1，这可能是由田间地形、水文等因素造成的。2.2 土壤酶活性的变化在各个处理中，蔗糖酶活性在不同时期间存在差异。总体而言，同一处理的土壤蔗糖酶活性呈现先增加（拔节期）后减少（成熟期）的趋势（图1a）。在同一阶段，不同基质处理的蔗糖酶活性均显著高于CK，且在拔节期这种差异最为显著，拔节期SM4处理的蔗糖酶活性最高，比CK高60.4%。总体而言，在返青期与拔节期，蔗糖酶活性的变化趋势与基质的用量呈正相关，而在成熟期基质增加对蔗糖酶活性没有产生显著影响。在返青期，SM2SM4处理的脲酶活性显著增加（图1b）。拔节期各处理的脲酶活性均较高，可能与期间追肥有关，其中 SM3和 SM4处理的脲酶活性显著高于CK。在成熟期，不同基质施加量处理的脲酶活性无显著差异。同一处理的土壤纤维素酶活性在3个生长阶段逐渐增加（图1c）。在3个生长阶段中，成熟期基质处理组的纤维素酶活均显著高于CK，其中SM4处理的纤维素酶活最高，比CK高出65.1%。2.3 土壤微生物群落丰度及多样性土壤中细菌和真菌的丰度随着土壤改良培肥基注：用单因素方差分析检验各处理间的显著性，P0.05。同一列不同大写字母表示不同时期同一处理间的差异显著，不同小写字母表示同一时期不同处理间的差异显著。Note：Significance among treatments is tested using one-way ANOVA at P0.05.Different capital letters indicate the significant differences in differentstages of the same treatment，and different lowercase letters indicate the significant differences in the same stage between treatments.时期Stage种植前Beforegermination（S0）返青期Regreening（S1）拔节期Stemelongation（S2）成熟期Ripening（S3）处理TreatmentCKSM1SM2SM3SM4CKSM1SM2SM3SM4CKSM1SM2SM3SM4CKSM1SM2SM3SM4有机质SOM/（gkg-1）7.730.67Ab6.310.99Bb9.300.24Aa10.301.55Ba12.351.22Aa6.491.50Ab8.820.33Aab10.112.13Aa13.991.83Aa15.283.06Aa7.090.37Ab7.961.35ABb7.831.52Bb11.361.36Ba12.700.65Aa6.620.53Ab8.171.02ABb8.820.51ABb9.210.64Ba9.470.33Ba总氮TN/（mgkg-1）716.626.1Ba709.011.6Ba707.834.9Ba708.935.1Ba704.325.8Ba618.337.3Ca645.954.0Ca673.78.2Ca646.628.7Ca634.446.1Ca1 083.092.0Aa1 058.879.5Aa1 091.257.7Aa1 120.332.2Aa1 077.588.0Aa658.394.8Ca708.571.3Ca616.558.8Ca723.124.1Ca706.289.7Ca有效氮AN/（mgkg-1）13.740.33Aa9.770.65Ab10.090.40Aab10.980.76Aab11.740.22Aab12.020.60Ba8.100.55Bb7.451.41Bb11.270.84Aab7.000.85Bb14.650.63Aa9.760.65Ab10.100.15Ab10.981.12Ab11.120.99Ab13.264.77ABa10.050.57Ab10.330.86Aab10.850.85ABab12.360.65Aab有效磷AP/（mgkg-1）6.641.04Bb5.120.51Bb8.603.69Aab8.820.27Ba9.921.58Ba8.540.32Ab7.000.51Ab9.841.34Ab16.182.56Aa13.510.23Aa4.181.16Bb6.872.24ABab9.033.37Aab10.005.66ABab10.922.36ABa5.061.94Bc7.433.51Abc7.161.33Abc7.833.01Bab9.841.35Ba有效钾AK/（mgkg-1）45.764.60Bc67.6922.97Aabc74.814.19Aa66.522.98Bb69.248.77Bab55.003.99Ab54.328.80Bb49.249.42Bb76.949.42Ba104.6722.43Aa47.0716.65Bc48.575.52Bc80.182.87Ab129.6210.62Aa68.022.87Bbc46.676.15Bb67.843.01Aa74.3512.99Aa66.574.44Ba79.273.80ABa容重BD/（gcm-3）1.340.02Aa1.270.13Bc1.290.01Bb1.300.30Ab1.290.10Ab1.380.12Aa1.260.20Bc1.260.05Ac1.280.03Ab1.260.03Bc1.350.10Aa1.300.33ABab1.320.22ABab1.270.06Abc1.230.36ABc1.380.10Aa1.330.33Aab1.280.24ABbc1.290.03Abc1.260.21ABc电导率EC/（Scm-1）37011Ba18612Bcd25710Ab1969Bc16810Cd35513Ba1828Bc27219Ab1524Cc37011Aa43145Aa28849Ab26323Ab29646Ab26621Bb452110Aa20031Bb25818Ab16816Bb18612CbpH8.170.20Aa7.950.05Aa8.020.23Aa8.010.16Aa8.070.25Aa7.980.03Aa8.020.14Aa8.260.06Aa7.990.12Aa8.070.13Aa8.040.14Aa8.160.05Aa8.080.15Aa7.960.17Aa8.040.19Aa7.880.17Aa7.890.19Aa7.920.10Aa7.970.06Aa7.970.20Aa微生物量碳MBC/（mgkg-1）104.025.0Ac129.38.6Cc181.512.4Cb237.624.4Aa255.343.3Aa159.550.1Ab143.19.7Bb262.218.9Ba203.457.7Aab240.248.6Aa125.713.9Ac151.821.9Bc199.068.7BCbc301.368.0Aa272.932.0Aab143.146.5Ab240.234.1Aa320.29.5Aa255.383.3Aa247.147.2Aa微生物量氮MBN/（mgkg-1）8.31.6Cd10.42.9Ccd16.33.3Bbc20.56.2Cab25.94.1Ba10.12.4Cc16.51.0Bb17.92.2Bab21.02.4Ca19.00.2Cab18.50.7Bc30.73.1Ab36.22.3Aa38.81.7Aa33.41.2Ab27.41.7Aab25.11.3Aab23.02.2Bb28.31.9Ba26.33.7Bab表3 小麦生长期内土壤理化性质Table 3 Soil physicochemical properties of wheat2745农业环境科学学报第41卷第12期质施用量的增加而显著增加（表 5）。小麦拔节期，SM4处理的真菌丰度最大，是CK的15.8倍。在成熟期，各处理真菌丰度均下降，但除SM1外，其余处理仍显著高于CK。总体而言，土壤细菌丰度是随基质的增加而增加，各处理组中细菌丰度在拔节期的SM3处理中达到最高，是CK的7.8倍（表5）。与细菌DGGE指纹图谱（图2a）相比，真菌DGGE指纹图谱（图3a）在小麦成熟期不同处理之间显示出更大的差异性。主成分分析结果显示，各处理间真菌微生物群落分区明显（图3b）。与CK和SM1处理相比，SM3和SM4处理的土壤真菌群落有显著差异。细菌DGGE图谱检测到的条带数比真菌的更多，但是各个处理在主成分分析结果中区分不明显。各处理组真菌群落Shannon指数和Chao-1指数高于CK，且在SM2和SM3两个基质处理中达到显著差异（表 6）。而各处理间均匀度指数差异均不显注：用单因素方差分析检验各处理间的显著性，P0.05。同一列的不同字母表示不同处理之间的差异显著。下同。Note：Significance among treatments was tested using one-way ANOVA at P0.05.Different letters indicate the significant differences amongtreatments.The same below.表4 小麦产量Table 4 The yield of wheat处理TreatmentCKSM1SM2SM3SM4穗数Spike number/（穗 m-2）468.035.6b543.796.8a538.714.3ab528.373.0ab550.091.5a谷粒数Grain number（粒 穗-1）35.82.6a36.64.4a34.84.3a37.83.3a38.03.7a千粒质量Thousand-grain weight/g37.30.2c38.70.3b38.20.3b38.50.6b39.60.4a产量Yield/（kghm-2）6 249.39475.31b7 700.601 371.61ab7 160.81190.03ab7 688.841 061.90ab8 276.401 377.45a用单因素方差分析检验各处理间的显著性，P0.05。同一时期的不同字母表示不同处理之间的差异显著Significance among treatments was tested using one-way ANOVA at P10%）。但上述环境因子对细菌群落的变化无显著影响（P0.05）。MBC是影响真菌群落的主要因子（P0.05）。SOM是对细菌群落影响最大的环境因素，但是细菌的CCA结果各处理之间没有很好区分（图5）。3讨论3.1 增施基质对小麦产量的影响本研究结果显示增施基质提高了小麦产量，特别是 SM4处理的小麦产量与 CK相比提升幅度达到显著水平。研究发现，无机肥料和有机物料（SM）联合配施可以维持甚至提高作物产量。已有的研究发现，大多数有机物料的投入对产量有正面影响，但也有一些有机物料（如绿肥和秸秆）的投入对产量有负面影响20-21。总体来说，与CHEN等22在我国广泛进行的3种农业措施（传统农业实践、改进实践、高产系统）相比，本研究SM4处理的最大产量为8 276.40 kghm-2，达到了 CHEN 等研究中改进实践的产量（8.3 Mghm-2），说明施用SM是一种快速有效的施肥措施。使用有机材料时，化肥是维持生产所必需的3-4，21。虽然本研究在所有处理中都施用了相同数量的肥料，但在今后保持作物产量的同时减少SM处理中的化肥施用量是可行的。SM的施用并不是为了替代化肥，而是增加退化土壤的生产率。SOM 是影响作物生产力和土壤质量的关键因素1，6。试验区（黄河故道）SOM含量普遍低于江苏省平均水平（22 gkg-1）23，因此利用有机投入维持并提高该地区土壤肥力具有重要意义。与研究开始前的未处理土壤相比，经 SM3 和 SM4 处理的土壤中的SOM分别增加了2.66 gkg-1和2.92 gkg-1。同样，BEI等3在华北平原农田有机投入连续4 a，结果显示秸秆处理的农田SOM增加了4.05 gkg-1，有机肥处理增加了4.04 gkg-1，秸秆还田加有机肥处理增加了5.12 gkg-1。与其相比，本研究的管理方式在每年增加的SOM的数量方面具有优势。尽管本试验周期较短，但与其他培肥措施相比，SM的应用在改善SOM方面已显示出优势。在试验过程中，各处理的SOM均呈先升高后降低的趋势，这可能是由于一些基质产品留在土层中，没有被完全分解，这与JI等24的研究结果一致，他们将这种有机质下降的现象解释为有机和无机肥料的联合添加引起的激发效应，这一措施刺激了土壤微生物的生长，加速了SOM的分解。3.2 增施基质对土壤营养的影响基质中的土壤速效养分含量较低，而有机质和微生物成分含量较高，因此增施基质处理对土壤养分供图4 小麦成熟期不同处理真菌群落组成与土壤性质的典型相关分析（CCA）Figure 4 Canonical correlation analysis of the fungal communitycompositions and soil properties from the different treatments atthe wheat ripening stage图5 小麦成熟期不同处理细菌群落组成与土壤性质的典型相关分析（CCA）Figure 5 Canonical correlation analysis of the bacterialcommunity compositions and soil properties from the differenttreatments at the wheat ripening stage-0.60.8-0.61.02748吴昊，等：土壤改良基质对土壤性状及微生物群落的影响2022年12月应，特别是对土壤AN的影响不显著。但是基质中养分的缓慢释放仍然存在，并可以被植物快速吸收。增施基质使土壤有机质迅速增加，这与相应处理的产量、AP和AK的增加一致。此外，在小麦成熟期，SM3与SM4处理的土壤AP和AK显著高于CK。尽管豆科作物增加了土壤氮素含量，但其对土壤有机质提升的影响并不显著4，7，因此豆科作物的种植并不适合应用于需要短期快速提升土壤有机质的场景。商用有机肥料或肥料也能有效改善贫瘠土壤的有机质含量25-26，但由于我国粮食主产区的畜牧业集约化生产水平较低，用于大量生产有机肥料的畜禽粪便等原料的获取在地理上受到限制。因此，基质的生产清洁无污染、原材料易得、应用成本低、施肥效果全面，具有重要优势。3.3 增施基质对土壤微生物的影响土壤微生物通过参与有机质转化、养分循环和生物修复，在维持土壤功能方面发挥着重要作用27。不同的农业管理措施可能会改变土壤化学性质，这些性质通常与土壤微生物群落和丰度密切相关28。本研究结果表明，基质处理的土壤MBC和微生物丰度显著增加，SM2和 SM3处理的土壤微生物多样性高于CK、SM1和 SM4。微生物区系多样性的增加可能主要与纤维素降解和养分循环有关29，其特征是生长过程中纤维素酶、脲酶和转化酶活性的增加。在本研究中，基质的使用显著增加了脲酶活性，特别是在拔节期。而CK处理脲酶活性也有增加，这与 LIANG 等30的研究结果一致，但与 BANDICK 等31的结果相反。蔗糖酶活性反映了土壤成熟程度和肥力水平。CK中较低的蔗糖酶活性表明化肥短期不会导致土壤熟化，蔗糖酶的活性不足也会加速籽粒败育从而导致小麦减产32。小麦生长期间纤维素酶活性逐渐增加，这与GAIND等33-34的研究结果一致。纤维素酶活性增加可能促进微生物对有机质的降解并减轻未降解秸秆对作物生长的抑制作用。基质与化肥配施能提高土壤MBC、MBN和脲酶活性，这与ZHENG等35的研究结果一致，他们发现，氮磷化学肥料与有机肥料的长期联合施用，显著提高了MBC含量，而土壤微生物生物量通常与土壤生物功能密切相关36-37。许多研究表明，微生物群落的结构和丰度与作物的生长和产量密切相关38-39。土壤细菌和真菌数量的显著增加可能是由于向土壤中引入了大量的土壤改良培肥基质。基质的松散颗粒结构和土壤性质的改善可能为微生物的生长提供了一个合适的环境40。与豆科作物覆盖影响细菌群落不同41，本研究中DGGE结果显示真菌群落结构对有机输入的反应比细菌更敏感，SM3和 SM4两处理与其他样品在 CCA分析中区分明显，这与 LI 等5的研究结果一致。在本研究中，真菌比细菌具有优势可能是由于有机投入物和秸秆导致了土壤有机碳的增加42。DGGE 较低的分辨率可能会忽视一些低丰度微生物的变化，因此对于基质施用过程中低丰度微生物的功能和丰度的变化还需要通过进一步的研究来阐明。土壤性质对解释土壤微生物群落组成的变化具有重要作用。本研究结果表明，MBC、SOM、TN、AN、AP、BD对土壤真菌群落组成的影响大于其他土壤性质。先前的研究也表明，有机碳形态的变化与土壤真菌群落组成的变化密切相关43。MBC是解释土壤真菌群落组成显著性水平的唯一因子，占土壤真菌群落组成方差的 12.6%。土壤有效养分（如 AN和 AP）与真菌群落结构之间存在很强的相关性。这表明土壤碳和营养是影响土壤微生物群落的主要影响因子，养分影响真菌群落结构已有