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长期施肥必将导致土壤理化性质和生物学性质的改变。作为土壤细菌中的优势种群,芽孢杆菌在土壤生态系统中占据重要地位,研究其数量和多样性的变化对于评价土壤质量具有重要意义。本文以河南封丘潮土养分平衡长期定位试验地(共7个处理:OM、1/2OMN、NPK、NP、NK、PK、CK)为研究对象,于2010年12月至2011年9月分冬、春、夏、秋四季分别采集耕作层土壤样品,结合传统微生物学培养方法和现代分子生物学手段,比较不同施肥处理土壤化学性质、芽孢杆菌数量、占细菌总数的比例及其群落结构多样性等的差异,并解析它们与土壤养分之间的关系。通过探讨长期不同施肥对土壤芽孢杆菌的影响,以期为评价和优化施肥模式提供土壤微生物学支撑。 采用传统的平板计数方法比较了潮土芽孢杆菌数量对长期不同施肥的响应及其优势度的季节变化。结果发现,与不施肥对照相比,长期施肥尤其是施用有机肥和含磷肥的处理土壤有机碳与速效氮、有效磷、速效钾等的含量均趋于升高,除不施磷肥处理(NK)外其他施肥处理土壤有机碳含量在四季的增幅范围为0.91~7.00 g kg-1。长期不同施肥后土壤细菌与芽孢杆菌在数量上也发生了明显分异,且在各采样季均呈现稳定的梯度规律,即施肥处理(除NK外)显著高于不施肥处理、施有机肥处理显著高于施化肥处理、平衡施化肥处理高于缺素施肥处理,除NK外其他施肥处理与不施肥对照相比在四季的增幅范围为0.02~0.54 lg(CFU g-1)。长期施化肥处理的芽孢杆菌数量占细菌数量的比例(即优势度)在冬、夏季高于春、秋季,而施有机肥的处理在不同季节保持相对恒定。相关性分析显示,芽孢杆菌数量与土壤有机碳和有效磷含量均呈极显著相关(p<0.01)。 利用PCR-DGGE方法解析了长期施有机肥(OM)与平衡施化肥(NPK)对潮土中芽孢杆菌遗传多样性的影响。结果发现,DGGE图谱中长期不同施肥处理下芽孢杆菌的条带分布有明显差异,CK处理平均有14条条带;NPK处理最多,平均16.5条条带;OM处理最少,平均只有12.75条。聚类分析结果表明,长期平衡施化肥处理与长期不施肥对照潮土中的芽孢杆菌群落结构相似度较高,达到72%,而长期施有机肥明显改变了芽孢杆菌的群落结构。Shannon指数分析发现,NPK处理的芽孢杆菌多样性显著增加,达到2.80;OM处理的多样性指数仅为2.54,并且相比对照有减少的趋势。表明长期平衡施化肥对维持芽孢杆菌群落的多样性有十分积极的作用,而长期施有机肥则有降低芽孢杆菌多样性的趋势。 采用构建16S rDNA克隆文库的手段分析长期施有机肥(OM)与平衡施化肥(NPK)处理潮土中芽孢杆菌群落结构、多样性的变化。结果表明,长期平衡施化肥处理的多样性指数与不施肥处理相比没有显著变化;长期施有机肥显著降低了潮土中芽孢杆菌的多样性,但增加了优势种Bacillus asahii的优势度(占文库库容的25.7%)。长期平衡施化肥处理的优势种为B.niacini、B.vireti和Tumebacillus permanentifrigoris,分别占文库库容的7.1%、5.8%和8.3%;不施肥对照的优势种为B.niacini、B.vireti、B.pseudomycoides、T.permanentifrigoris,分别占文库容量的8.8%、10.6%、5.9%、5.9%。相关性分析显示,土壤有机碳含量与施有机肥处理所出现的优势种B.asahii的优势度呈极显著相关(p<0.01),与B.niacini、B.pseudomycoides却呈极显著负相关(p<0.01),与B.vireti呈显著负相关(p<0.05);土壤有效磷含量与B.niacini、B.pseudomycoides和B.vireti的优势度呈显著负相关(p<0.05);B.vireti的优势度与土壤速效钾含量呈显著负相关(p<0.05)。 综上所述,长期施肥显著改变了潮土中芽孢杆菌的群落结构和多样性。长期施有机肥更有利于提高土壤肥力、促进土壤微生物生长繁育,但在增加土壤中芽孢杆菌数量和优势种的同时,显著降低了芽孢杆菌群落的多样性;长期平衡施化肥对维持潮土微生物种群数量和多样性具有积极的意义;芽孢杆菌的数量、群落结构改变、优势菌种的种类和优势度与土壤肥力紧密相关。因此,后期需加强对芽孢杆菌功能多样性(尤其是优势菌种的功能)的研究,以便更加系统地评估长期施有机肥与施化肥对潮土中芽孢杆菌的影响。