土壤含水量對(duì)滇中植煙土壤氮素礦化及微生物功能多樣性的影響

王政　劉威　王閣　韋建玉　趙園園

摘要：為揭示土壤含水率對(duì)滇中典型清香型烤煙產(chǎn)區(qū)植煙土壤氮素礦化及土壤微生物功能多樣性的影響，通過室內(nèi)培養(yǎng)法研究不同水分條件［50%（Y-50%）、65%（Y-65%）、80%（Y-80%）］培養(yǎng)下，云南大理植煙土壤細(xì)菌和真菌群落功能多樣性的差異。結(jié)果表明：（1）培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，Y-50%、Y-65%、Y-80%處理土壤硝態(tài)氮含量分別為92.15、94.59、89.30 mg/kg；銨態(tài)氮含量分別為14.04、14.81、13.40 mg/kg，均表現(xiàn)為Y-65%＞Y-50%＞Y-80%。（2）細(xì)菌中6個(gè)優(yōu)勢(shì)菌門的相對(duì)豐度在各處理間有顯著差異，Y-50%處理放線菌門相對(duì)豐度顯著高于其他處理，Y-65%、Y-80%處理土壤變形菌門、厚壁菌門、浮霉菌門相對(duì)豐度差異不顯著，但顯著高于Y-50%處理；子囊菌門占土壤真菌總OTU數(shù)的90%以上，Y-80%處理相對(duì)豐度明顯大于其他處理。（3）冗余分析結(jié)果表明硝態(tài)氮、銨態(tài)氮對(duì)不同土壤含水率處理樣本細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的影響強(qiáng)度為Y-65%＞Y-80%＞Y-50%＞CK，而對(duì)不同土壤含水率處理樣本真菌群落結(jié)構(gòu)組成的影響強(qiáng)度大致相同，但均大于CK處理。（4）KEGG代謝通路分析結(jié)果表明，各處理細(xì)菌預(yù)測(cè)功能種類差異較小，豐度差異較大，一級(jí)功能層以代謝最為活躍，各處理2級(jí)功能層子功能基因相對(duì)豐度變化明顯；與固氮過程相關(guān)的nifK、nifD、nifH、anfH固氮酶基因相對(duì)豐度表現(xiàn)為Y-65%處理最高。綜上，通過土壤含水率控制可以有效調(diào)節(jié)土壤氮素礦化動(dòng)態(tài)以及氮循環(huán)相關(guān)功能基因、微生物群落功能多樣性的變化，Y-65%處理土壤礦質(zhì)氮含量以及與氮礦化相關(guān)功能微生物的相對(duì)豐度均高于其他處理。

關(guān)鍵詞：土壤含水率；氮素礦化；功能基因；微生物群落結(jié)構(gòu)；功能多樣性

中圖分類號(hào)：S572.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）21-0239-10

氮素是煙草生長(zhǎng)發(fā)育過程中的必需元素之一，煙株生長(zhǎng)發(fā)育所需要的氮素大量來源于土壤有效氮［1-2］，土壤微生物在土壤氮礦化中起著非常重要的作用，它們是有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的處理者和植物養(yǎng)分的活性庫，通過其生物活動(dòng)將有機(jī)態(tài)氮礦化分解成無機(jī)態(tài)氮，從而被植物根系所吸收［3-4］。在全球變暖背景下，土壤的水熱環(huán)境發(fā)生極大變化，而土壤濕度作為影響土壤氮礦化的重要外部因子，其變化勢(shì)必會(huì)引起根際土壤微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而影響微生物活性、微生物豐度和群落結(jié)構(gòu)，因此土壤氮素礦化特征對(duì)水分條件變化響應(yīng)的研究備受矚目［5］。云南作為典型的清香型烤煙產(chǎn)區(qū)，烤煙大田前期多光少雨氣溫偏高，而中后期寡照多雨氣溫偏低［6］。不同生育期氣候條件的差異導(dǎo)致后期土壤氮素礦化量過大，使得煙株生長(zhǎng)后期氮素營(yíng)養(yǎng)難以調(diào)控，上部葉煙堿含量過高，煙葉可用性下降［7］。烤煙生育期內(nèi)雨熱條件的不同使其最適土壤相對(duì)含水量也不同，勢(shì)必會(huì)引起土壤可礦化氮量的差異。土壤濕度通過改變土壤通氣狀況，改變微生物群落結(jié)構(gòu)及活性［8］，影響氮素礦化過程中的硝化、氨化和反硝化作用。在一定范圍內(nèi)，土壤氮礦化量與土壤含水量呈顯著正相關(guān)［9］，但超過限度，嫌氣的土壤環(huán)境反硝化作用較強(qiáng)，氮礦化速率顯著下降［10］。根際溶氧量的增加能夠提升土壤硝化勢(shì)、pH值和氧化還原電位，刺激土壤氮的礦化作用［11］。微生物對(duì)氧濃度耐受程度的差異，引起煙草根際土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量以及各種厭氧菌、好氧菌以及兼性厭氧菌的分布變化［12-13］。近年來，水分對(duì)植煙土壤氮素礦化的影響也有部分研究，但國(guó)內(nèi)關(guān)于水分條件的變化對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響這方面的報(bào)道較少。本研究采用室內(nèi)模擬培養(yǎng)的方法，分析云南大理植煙土壤氮素礦化作用對(duì)水分的響應(yīng)特征，并且基于高通量測(cè)序技術(shù)挖掘水分條件變化對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的作用機(jī)制，進(jìn)而從微生物功能基因多樣性角度深入探討土壤氮礦化過程及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，探索水分影響土壤氮礦化的微生物學(xué)機(jī)制，以期為制定合理的土壤水分管理措施、有效調(diào)控優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)所需要的土壤氮素供應(yīng)量提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)的供試土壤取自具有清香型代表產(chǎn)區(qū)的云南省大理白族自治州洱源縣鳳羽鎮(zhèn)（99°57′E，25°58′N），其屬北亞熱帶高原季風(fēng)氣候，該區(qū)年均氣溫為13.49 ℃，年均降水量75.76 mm，降水主要集中在7—8月。試驗(yàn)地面積為1 333.30 m2，地形為山坡梯田，土壤質(zhì)地為壤土，種植模式為烤煙連作。試驗(yàn)于2022年8—10月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地進(jìn)行。煙株移栽前采集試驗(yàn)地2～20 cm耕層土壤，按“S”形設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，將各點(diǎn)土樣混合，室內(nèi)自然風(fēng)干后去除石礫和動(dòng)植物殘?bào)w等，磨細(xì)過0.01 mm篩。取一部分土壤供基礎(chǔ)理化性質(zhì)的測(cè)定，其余儲(chǔ)存于4 ℃冷藏柜，用于室內(nèi)培養(yǎng)。供試土壤的理化性質(zhì)：全氮含量2.24 g/kg，堿解氮含量90.84 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量44.73 g/kg，硝態(tài)氮含量22.96 mg/kg，銨態(tài)氮含量6.20 mg/kg，pH值5.57，田間持水量268.1 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

試驗(yàn)設(shè)置50%（H-50%）、65%（H-65%）、80%（H-80%）共3個(gè)田間持水量水平，于35 ℃恒溫培養(yǎng)35 d，各處理重復(fù)3次。稱取過0.01 mm篩的土樣25.00 g裝入100 mL容量瓶中，加入蒸餾水調(diào)節(jié)至設(shè)定含水量。調(diào)節(jié)方法是將土樣在容量瓶底均勻鋪開，計(jì)算好所需的含水量，用注射器均勻加入。瓶口用塑料薄膜密封，薄膜上扎2個(gè)小孔，保持通氣條件。期間每隔3 d通過稱重法補(bǔ)充瓶?jī)?nèi)水分。于培養(yǎng)的第7、14、21、28、35天破壞性取樣，測(cè)定土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量。土壤微生物群落功能多樣性分析使用第35天采集的土樣。

1.3 土壤指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算

土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)具體測(cè)定方法如下：pH值按照土水質(zhì)量比1 ∶2.5混合后用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定；全氮（total nitrogen，TN）含量測(cè)定采用硫酸-催化劑消解-凱氏定氮法［14］；土壤有機(jī)質(zhì)（soil organic matter，SOM）含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法［15］；用環(huán)刀法測(cè)定土壤田間持水量［16］；土壤硝態(tài)氮（nitrate nitrogen，NO-3-N）、銨態(tài)氮（ammonia nitrogen，NH+4-N）含量測(cè)定均使用試劑盒，根據(jù)試劑盒使用說明書（蘇州科銘生物技術(shù)有限公司）進(jìn)行操作。

1.4 土壤微生物群落分析

1.4.1 DNA提取和PCR擴(kuò)增

土壤總DNA的提取采用HiPure Soil DNA Kit試劑盒（型號(hào)：D3142，廣州美基生物科技有限公司生產(chǎn)），并用帶有barcode的特異引物對(duì)提取的細(xì)菌和真菌基因組進(jìn)行PCR擴(kuò)增。用341F（5′-CCTACGGGGGCWCAG-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTATCTAAT-3′）引物對(duì)細(xì)菌16S rDNA基因在V3～V4可變區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增［17］；用ITS3-KYO2（5′-GATGAAGACGAGYRAA-3′）和ITS4（5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′）引物對(duì)真菌ITS2區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增［18］。擴(kuò)增后的PCR產(chǎn)物經(jīng)2%濃度的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)合格后進(jìn)行純化，構(gòu)建測(cè)序文庫，最后將純化產(chǎn)物使用Novaseq PE250測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行上機(jī)測(cè)序。

1.4.2 OTU聚類與物種注釋

用Usearch軟件對(duì)獲得的基因序列進(jìn)行大規(guī)模篩選，并以97%的相似性將序列聚類成為操作分類單元（operational taxonomic units）［19］，使用QIIME軟件包挑選序列集合中豐度最高的序列作為各個(gè)OTU的代表序列，這些代表性序列集合用RDP Classifier的Nave Bayesian assignment算法，與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行物種注釋（設(shè)定置信度的閾值為0.8～1.0），獲得各分類水平上的群落組成。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2011進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用Origin 2021作圖，通過SPSS 17.0用多重比較法（LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（α=0.05）。基于已分類的OTU，利用QIIME軟件計(jì)算細(xì)菌、真菌α多樣性（Coverage指數(shù)、Chao1指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon指數(shù)）。利用R軟件包（R Studio）對(duì)細(xì)菌和真菌群落進(jìn)行主坐標(biāo)分析（principal coordinate analysis，PCoA）［20］，并繪制門分類學(xué)水平和屬分類學(xué)水平下的群落結(jié)構(gòu)圖。使用Canoco 5.0軟件將優(yōu)勢(shì)菌屬與硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量進(jìn)行冗余分析（redundancy analysis，RDA），以說明土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量以及不同土壤含水率之間的關(guān)系［21-22］。利用PICRUSt2軟件進(jìn)行16S rRNA基因數(shù)據(jù)功能預(yù)測(cè)，參考KEGG（kyoto encyclopedia of genes and genomes）數(shù)據(jù)庫，得到KO（KEGG Orthology）功能的豐度預(yù)測(cè)表及KEGG代謝途徑（KEGG pathway）豐度表。

土壤硝化速率=（各時(shí)段土壤NO-3含量-初始土壤NO-3含量）/培養(yǎng)天數(shù)；

土壤銨化速率=（各時(shí)段土壤NH+4含量-初始土壤NH+4含量）/培養(yǎng)天數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 植煙土壤氮素礦化與土壤含水量的關(guān)系

2.1.1 土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量

圖1-a、圖1-b分別為土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量隨培養(yǎng)濕度的動(dòng)態(tài)變化。從整個(gè)硝態(tài)氮含量變化過程來看，硝態(tài)氮的礦化主要發(fā)生在培養(yǎng)的21 d之前，其含量隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，在培養(yǎng)后期達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。3種水分條件下，Y-65%處理土壤硝態(tài)氮含量高于其他2個(gè)水分條件，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，Y-50%、Y-65%、Y-80%各處理土壤硝態(tài)氮含量分別為92.15、94.59、89.30 mg/kg，表現(xiàn)為Y-65%＞Y-50%＞Y-80%。整體變化趨勢(shì)為土壤硝態(tài)氮含量隨田間持水量的增加先增加，超過一定范圍，硝態(tài)氮含量隨田間持水量的增加而下降。銨態(tài)氮的礦化主要發(fā)生在培養(yǎng)的14 d之前，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，銨態(tài)氮含量呈速增、速降、平緩的變化規(guī)律，最終穩(wěn)定在較低水平。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，銨態(tài)氮含量分別為14.04、14.81、13.40 mg/kg，在一定范圍內(nèi)，土壤含水率的增加有利于有機(jī)氮向銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化，超過一定范圍，銨態(tài)氮含量隨田間持水量的增加而下降。硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)為Y-65%＞Y-50%＞Y-80%。

2.1.2 土壤氮素礦化速率

圖2-a、圖2-b分別為土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮礦化速率隨含水率的動(dòng)態(tài)變化。硝化速率、銨化速率總體表現(xiàn)為培養(yǎng)前期（0～7 d）逐漸增大，培養(yǎng)中后期（7-35 d）快速下降。Y-65% 處理土壤硝化速率、銨化速率最大，分別為5.97、3.54 mg/（kg·d）。

2.2 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 微生物物種Venn圖分析

不同樣本中16S rRNA和ITS的OTU分析結(jié)果顯示，各樣本間共有的細(xì)菌、真菌OTU數(shù)分別為1 435、189個(gè)。各處理細(xì)菌、真菌總OTU數(shù)較CK均減少，各處理真菌OTU數(shù)表現(xiàn)為Y-50%＞Y-80%＞Y-65%，各樣本細(xì)菌OTU數(shù)表現(xiàn)為Y-65%>Y-80%>Y-50%。

2.2.2 微生物群落在門水平上的組成

在細(xì)菌和真菌分類學(xué)數(shù)據(jù)庫中OTU進(jìn)行分類學(xué)注釋后，得到微生物群落結(jié)構(gòu)組成（圖4），放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、厚壁菌門（Firmicutes）、浮霉菌門（Planctomycetes）、酸桿菌門（Acidobacteria）為細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌門（相對(duì)豐度＞5%）。由表1可知，Y-50% 處理放線菌門相對(duì)豐度顯著高于其他處理，Y-65%、Y-80%處理變形菌門、厚壁菌門、浮霉菌門相對(duì)豐度差異不顯著，但顯著高于Y-50%處理。不同濕度培養(yǎng)條件的土壤平均相對(duì)豐度大于1%的真菌群落有3個(gè)：子囊菌門（Ascomycota）、綠藻門（Chlorophyta）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota）。其中子囊菌門占土壤真菌總OTU數(shù)的90%以上，Y-80% 處理其相對(duì)豐度明顯大于其他處理。

不同處理土壤細(xì)菌、真菌群落優(yōu)勢(shì)菌屬存在差異（圖5），細(xì)菌群落中水恒桿菌屬（Mizugakiibacter）、出芽菌屬（Gemmata）為Y-65%處理的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬，鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、苔蘚桿菌屬（Bryobacter）為 Y-50% 處理的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬，硝基菌屬（Nitrolancea）為 Y-80% 處理的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬。真菌群落中錐毛殼屬（Coniochaeta）、油瓶霉屬（Lecythophora）為Y-65%處理的優(yōu)勢(shì)真菌屬，球毛殼屬（Chaetomium）、青霉屬（Penicillium）為CK處理優(yōu)勢(shì)真菌屬，Y-80%主要優(yōu)勢(shì)真菌屬為Aspergillus。

2.3 土壤微生物群落α和β多樣性分析

本研究利用Illumina MiSeq平臺(tái)對(duì)不同含水率的土壤微生物群落進(jìn)行測(cè)序分析，利用各樣本在不同測(cè)序深度時(shí)的微生物sobs指數(shù)構(gòu)建稀釋曲線（圖6-a、圖6-b），隨著測(cè)序深度的增加稀釋曲線趨于平緩，測(cè)序數(shù)據(jù)量能夠覆蓋本研究中絕大部分土壤微生物群落，可以進(jìn)行下一步分析。

對(duì)不同濕度培養(yǎng)條件的土壤細(xì)菌和真菌群落α多樣性指數(shù)進(jìn)行差異分析，結(jié)果（表2）表明，各處理土壤細(xì)菌和真菌群落豐富度和多樣性存在差異。

Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)用來評(píng)價(jià)群落的多樣性，Chao指數(shù)用來反映群落的豐富度，Coverage指數(shù)反映群落覆蓋度。細(xì)菌α多樣性指數(shù)顯示，CK處理的土壤細(xì)菌群落Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)顯著高于其他處理，但不同含水率條件下土壤Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)差異不顯著；不同含水率下土壤的Coverage指數(shù)無顯著差異，但顯著優(yōu)于CK。真菌α多樣性指數(shù)顯示：CK處理Chao指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon指數(shù)和OTU數(shù)均顯著高于其他處理，說明CK處理真菌群落豐富度和多樣性最高；各含水率中，Y-65%處理Simpson指數(shù)、coverage指數(shù)最高，Y-80%處理土壤Shannon指數(shù)、OTU數(shù)最高，Y-50%處理土壤Chao指數(shù)最高。

細(xì)菌群落主坐標(biāo)分析結(jié)果如圖8所示，PC1軸和PC2軸對(duì)樣本組成差異的貢獻(xiàn)值分別為71.79%和23.18%。可以看出，Y-65%、Y-80%處理各樣

本都聚集到一個(gè)象限，樣本間重復(fù)性良好，變異較小，與CK、Y-50%處理樣本距離較遠(yuǎn)，表明WHC65、WHC80條件培養(yǎng)的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似，且未發(fā)生明顯分化，但與CK、Y-50%處理相比群落結(jié)構(gòu)差異較大。由真菌群落主坐標(biāo)分析結(jié)果可知，Y-50%、Y-65%、Y-80%各處理樣本組內(nèi)重復(fù)性一般，與CK處理距離較遠(yuǎn)，不同土壤含水率培養(yǎng)的土壤與CK相比真菌群落結(jié)構(gòu)差異較大。說明水分對(duì)土壤微生物細(xì)菌與真菌群落結(jié)構(gòu)有明顯影響。

2.4 土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量與微生物相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步解析土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量與微生物之間的關(guān)系，利用RDA冗余分析，分析兩者之間的相關(guān)性。圖8-a、圖8-b分別為土壤微生物中相對(duì)豐度排名前10的細(xì)菌和真菌與土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量指標(biāo)之間的關(guān)系。分析結(jié)果如下：硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量顯著影響細(xì)菌、真菌群落結(jié)構(gòu)，細(xì)菌中的鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、Mizugakiibacter、鏈霉菌屬（Streptomyces）、Gemmatirosa、出芽菌屬（Gemmata）和真菌中的曲霉屬（Aspergillus）、Arthrographis與硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量呈正相關(guān)。而細(xì)菌中的芽孢桿菌屬、Gaiella和真菌中的毛殼屬（Chaetomium）、Cladorrhinum、交鏈孢霉屬（Alternaria）與硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量呈負(fù)相關(guān)。硝態(tài)氮、銨態(tài)氮對(duì)各處理細(xì)菌群落的影響強(qiáng)度為 Y-65%＞Y-80%＞Y-50%＞CK；而硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量對(duì)不同土壤含水率處理樣本真菌群落結(jié)構(gòu)組成的影響強(qiáng)度大致相同，均大于CK處理。

2.5 PICRUSt功能預(yù)測(cè)分析

2.5.1 功能基因代謝通路特征

基于PICRUSt2軟件進(jìn)行菌群功能分析，得到不同樣品細(xì)菌的功能預(yù)測(cè)信息（圖9）。一級(jí)功能層共5類生物代謝功能：細(xì)胞過程、有機(jī)系統(tǒng)、代謝、遺傳信息處理、環(huán)境信息處理，其中占主導(dǎo)功能的是代謝，其次為遺傳信息處理和環(huán)境信息處理。2級(jí)功能層共預(yù)測(cè)出35種子功能，其中最主要的為圖9所示的24種。

2.5.2 氮素循環(huán)相關(guān)基因變化

將PICRUSt2預(yù)測(cè)的KO結(jié)果與KEGG數(shù)據(jù)庫中與氮代謝相關(guān)的65個(gè)直系同源基因（ KEGG Orthology） 比對(duì)，獲得各處理預(yù)測(cè)的氮循環(huán)相關(guān)基因，預(yù)測(cè)結(jié)果表明參與氮循環(huán)過程的相關(guān)基因共有29個(gè)。氨單加氧酶的編碼基因amoABC是硝化過程主要的功能基因，Y-65% 處理3種基因的相對(duì)豐度明顯大于其他處理。Y-65%處理固氮作用過程的固氮酶基因nifK、nifD、nifH、anfH相對(duì)豐度最高。反硝化作用過程中一氧化氮還原酶基因norB、亞硝酸還原酶基因nirK、氧化亞氮還原酶基因nosZ的相對(duì)豐度在Y-65%處理最高，硝酸還原酶基因narG相對(duì)豐度在Y-50%處理最高。

3 討論

本研究表明，銨態(tài)氮含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈速增、平緩、速降的變化規(guī)律，最終穩(wěn)定在較低水平，而硝態(tài)氮含量則隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，與前人研究結(jié)果［23］一致。細(xì)菌群落可能存在適宜其生長(zhǎng)的水分條件的生態(tài)位［24］。變形菌門大多是兼性或?qū)Ｐ詤捬蹙哂休^強(qiáng)的氧化脅迫耐受能力［25］，變形菌門可以利用有機(jī)碳為土壤提供固氮能力并促進(jìn)土壤養(yǎng)分碳、硫循環(huán)［26-27］，本研究發(fā)現(xiàn)，變形菌門的相對(duì)豐度隨含水率的升高逐漸升高，說明其更適應(yīng)含水率較高的生長(zhǎng)環(huán)境，而放線菌門的相對(duì)豐度則隨含水率的升高逐漸降低，Barnard等也發(fā)現(xiàn)在干旱條件時(shí)放線菌門的相對(duì)豐度較大［28］，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。Sorokin等在綠彎菌門中發(fā)現(xiàn)的亞硝酸鹽氧化菌（nitrite oxidizing bacteria，NOB）通過與氨氧化菌 （ammonia-oxidizingbacteria，AOB）的協(xié)同作用將NH+4-N轉(zhuǎn)化為NO-3-N，即硝化作用［29］。該協(xié)同作用的過程即AOB先將NH+4-N氧化為NO-2-N，NOB再將NO-2-N進(jìn)一步氧化為NO-3-N ［30］，目前的研究結(jié)果表明綠彎菌門參與了NO-2的氧化這一硝化過程［31］。Y-80%處理綠彎菌門相對(duì)豐度顯著高于其他水分條件，但硝態(tài)氮含量卻較低，可能是因?yàn)樵谌毖鯒l件下發(fā)生了反硝化作用，反硝化細(xì)菌以NO-3為最終受體，將NO-3還原為NO-2，最終還原為N2［32］，導(dǎo)致硝態(tài)氮含量降低。研究表明 NH+4-N、NO-3-N含量與厚壁菌門相對(duì)豐度呈正相關(guān)［33］，本研究對(duì)門水平細(xì)菌群落相對(duì)豐度進(jìn)行差異性分析可知，Y-65%樣本厚壁菌門相對(duì)豐度高于其他處理，這可能是 Y-65% 處理土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量最高的重要原因。芽孢桿菌屬作為反硝化功能菌［34］，相對(duì)豐度表現(xiàn)為CK>Y-65%>Y-50%>Y-80%，與硝態(tài)氮含量隨水分變化規(guī)律不相符，可能是由于溶解氧、pH值等外界因素能夠間接對(duì)反硝化過程產(chǎn)生影響［35］。Mizugakiibacte、出芽菌屬及硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量在Y-65%處理相對(duì)豐度明顯高于其他處理，這一結(jié)果與冗余分析結(jié)果Mizugakiibacter、Gemmata相對(duì)豐度與硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量呈正相關(guān)一致。

水分條件的變化對(duì)固氮、硝化、反硝化微生物的豐度表現(xiàn)出具有類群特異性的提升作用。nirK和nirS作為催化反硝化過程的關(guān)鍵基因，其豐度隨含水率的增加呈拋物線形變化，Y-65%處理相對(duì)豐度最高，可能是因?yàn)樵谠鰷貤l件下，水分的增加造成了過度還原的條件，使反硝化底物濃度降低，反硝化微生物活性受到抑制［36］。固氮作用相關(guān)的固氮酶基因nifK、nifD、nifH、anfH均表現(xiàn)為Y-65%明顯高于其他處理，這與Y-65%處理土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量最高的研究結(jié)果相一致。

本研究通過室內(nèi)模擬培養(yǎng)的方法解析了不同土壤含水率條件對(duì)氮素礦化及土壤微生物指標(biāo)的影響，土壤氮礦化相關(guān)的環(huán)境因子較多，多環(huán)境因子間是否存在交互作用及其對(duì)土壤氮礦化關(guān)鍵過程的影響值得深入探討、研究，未來有必要注重分析土壤氮礦化功能微生物群落組成、活性、核心菌群、群落組裝過程等對(duì)不同環(huán)境因子的綜合響應(yīng)，在基因組和轉(zhuǎn)錄組水平上將功能基因與土壤性質(zhì)、養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)相結(jié)合，揭示土壤氮素礦化過程的微生物作用機(jī)制以及環(huán)境因子變化對(duì)其產(chǎn)生的影響，為改進(jìn)優(yōu)質(zhì)煙葉種植過程中氮素管理策略提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

土壤含水量對(duì)云南滇中大理植煙土壤氮素礦化、土壤細(xì)菌和真菌群落功能多樣性影響顯著。Y-65% 處理土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量高于其他2個(gè)水分條件，厚壁菌門作為與硝態(tài)氮、銨態(tài)氮礦化相關(guān)的優(yōu)勢(shì)菌種，其相對(duì)豐度在 Y-65% 處理最高。KEGG代謝通路分析結(jié)果表明，各處理細(xì)菌預(yù)測(cè)功能種類差異較小，豐度差異較大。細(xì)菌群落中參與氮循環(huán)的29個(gè)相關(guān)功能基因在不同含水率條件下相對(duì)豐度發(fā)生明顯變化，固氮作用相關(guān)的固氮酶基因nifK、nifD、nifH、anfH相對(duì)豐度表現(xiàn)為 Y-65% 明顯大于其他處理。

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收稿日期：2023-01-02

基金項(xiàng)目：廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司項(xiàng)目（編號(hào)：2021450000340021）。

作者簡(jiǎn)介：王 政（1979—），男，碩士，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)研究及管理工作。E-mail：16627843@qq.com。

通信作者：趙園園，博士，講師，主要從事煙草栽培生理研究。E-mail：zhaoyy2019@henau.edu.cn。