文献解读 | 微生物制剂和微生物肥料投入对花生连作系统土壤微生物群落结构和多样性的影响

文章题目：Effects of microbial agent and microbial fertilizer input on soil microbial community structure and diversity in a peanut continuous cropping system

文章链接：doi: 10.1016/j.jare.2023.11.028

发表时间：2023.11

发表期刊：J Adv Res

IF：10.7

研究背景：花生连作的流行与土地资源、气候条件、种植习惯和经济效益等因素有关。过去的研究表明，不间断栽培的障碍主要来自土壤养分的枯竭、土壤理化特性的退化、土壤微生物群落结构的改变以及植物的自毒性等因素。而肥料，特别是化学肥料，经常用于克服持续种植的障碍。而众所周知，土壤微生物的丰度和多样性对土壤肥力和植物发育至关重要。微生物肥料含有活性微生物和微生物生命活动的基质，可以通过减少板结、化肥效应和土壤传播疾病，提高作物产量，恢复土壤平衡。

研究对象：花生根际土壤样本

研究方法：α-多样性（Chao1, ACE, Shannon index, Simpson index）、β-多样性（PLS-DA）、物种组成分析（门水平）、组间差异比较（属水平）

主要研究内容及结果：

1、实验分组

为研究微生物制剂和微生物肥料对土壤微生物群落的影响，本实验通过不同的处理方式将研究对象分为4组：CF（复合肥料）、CF+MA（复合肥料+微生物制剂）、CF+MF（复合肥料+微生物肥料）、CF+MM（复合肥料+微生物制剂+微生物肥料）。试验结果表明，CF + MA、CF + MF和CF + MM处理显著提高了花生产量。

2、不同处理组的α-多样性比较

细菌和真菌observed OTUs的Good’s coverage显示高水平覆盖（99%），这意味着检测多样性的结果接近样本实际的微生物多样性情况。

CF + MA处理的细菌Chao1、ACE指数最高，且与CF、CF + MF有显著差异。CF + MA、CF + MF、CF + MM处理的真菌Simpson、Shannon指数均显著低于CF组。该结果表明，施用微生物剂可有效提高土壤细菌群落的丰富度，而施用微生物肥和微生物剂均可降低土壤真菌群落的多样性。

3、不同处理组细菌和真菌的群落结构比较

图2a和2b分别显示了20个重要的细菌、真菌分类群，比如Proteobacteria或Zygomycota。

图3说明不同处理组最常见的细菌门相同，但这些细菌门的比例在四个处理组之间有所不同。微生物肥料和微生物制剂的使用会导致某些细菌门类的存在增加，比如Actinobacteria，以及某些真菌门类的存在减少，比如Ascomycota。图4和图5分别展示了不同处理组之间这些细菌或真菌在门水平上的相对丰度变化。

图2 GraPhlAn层级树

图3不同处理组花生根际土壤细菌（左）和真菌（右）门水平的相对丰度

图4不同处理组细菌门水平分类群的相对丰度

图5不同处理组真菌门水平分类群的相对丰度

4、群落组成热图

对四种不同类型土壤样品的细菌和真菌组成分析基于各处理组的前50个属。通过热图来直观地表示这些属的相对丰度。结果显示在细菌属组成上CF和CF + MA组聚类在一起，而CF + MF和CF + MM组聚类在一起；而真菌属CF + MA、CF + MF和CF + MM组聚类在一起，并与CF组明显分离。此外，四个处理组的细菌组成在优势属及其各自的丰度方面表现出显著差异。图7、8分别展示了不同处理组之间这些细菌或真菌在属水平上的相对丰度变化。

图6不同处理组群落组成相似性的热图聚类（a细菌, b真菌）

图7不同处理组细菌属水平分类群的相对丰度

图8不同处理组真菌属水平分类群的相对丰度

5、PLS-DA分析

PLS-DA分析表明，不同处理组的土壤样品在微生物群落组成上具有明显的区分。细菌群落和真菌群落的聚类趋势相似，可分为CF型群落、CF+MM群落、CF+MA/CF+MF型群落 3种不同的类型。这些发现表明，不同的施肥方式可能会对微生物群落结构产生强烈的影响。基于此，作者评估了各属的重要系数（VIP），并在表4和表5中给出了十大关键细菌属和十大关键真菌属。

图9不同处理组微生物群落的PLS-DA分析

文章结论

微生物制剂和微生物肥料可以改变花生根际土壤的微生物群落结构。潜在有益细菌（Bradyrhizobium, Rhizobium, Burkholderia）和真菌（Trichoderma, Cladophialophora的丰度可能增加，而致病真菌（Penicillium, Fusarium）的丰度可能减少，从而显著促进植物生长和花生产量。

参考文献

Ahsan T, Tian P C, Gao J, et al. Effects of microbial agent and microbial fertilizer input on soil microbial community structure and diversity in a peanut continuous cropping system [J]. J Adv Res, 2023.

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