摘要
根际是植物-土壤-微生物相互作用最为强烈的区域，根际微生物在土壤物质循环和能量流动中发挥重要作用。不合理施用氮肥，不仅影响作物生长，还造成土壤质量下降，施用生物有机肥是促进作物生长和增加农田土壤肥力的重要措施。目前关于根际微生物对化肥和生物有机肥的响应机制尚不十分清楚，因此开展化肥和生物有机肥对作物根际微生物影响的研究具有重要意义。本研究通过冬小麦盆栽试验，利用Illumina HiSeq测序方法，探究化肥和生物有机肥对华北平原冬小麦根际土壤微生物的影响。主要研究结果如下: (1)生物有机肥有利于增加根际土壤有机质、总氮、铵态氮、速效磷和速效钾含量。其中，盆栽试验一结果显示，抽穗期生物有机肥处理根际土壤有机质比对照和尿素处理分别增加15.04％和18.54％，灌浆期生物有机肥处理根际土壤速效磷含量分别比对照和尿素处理增加了66.14％，速效钾则分别增加了12.50％和27.35％。盆栽试验二结果表明，单施生物有机肥处理根际土壤有机质含量比对照提高16.49％，而减少50％氮肥配施生物有机肥(50％NF+BOF)处理根际土壤铵态氮、硝态氮和速效磷含量显著高于其他处理。根际土壤铵态氮、速效磷（配施处理除外）和速效钾（试验二施肥处理除外）含量高于非根际，而根际土壤硝态氮含量低于非根际。 (2)生物有机肥能够增加冬小麦地上部生物量、根系生物量以及籽粒产量。盆栽试验一生物有机肥处理地上部生物量相较对照和尿素处理分别提高了16.09％和21.96％，而籽粒产量分别增加了21.48％和44.53％。盆栽试验二表明，与对照相比，化肥和生物有机肥配施以及单施生物有机肥均提高了地上部生物量、根系生物量和籽粒产量，其中50％NF+BOF处理比对照分别增加了51.48％、27.15％和61.28％。生物有机肥能够提高氮素吸收量和氮素利用效率。 (3)生物有机肥可以增加根际土壤微生物量碳和微生物量氮含量。盆栽试验一结果显示，开花期生物有机肥处理根际土壤微生物量碳含量比对照增加22.32％，微生物量氮含量增加10.14％。盆栽试验二结果表明，50％NF+BOF处理根际土壤微生物量碳含量显著高于其他处理，其中相比对照和常量氮肥(100％NF)处理分别增加41.72％和42.24％，而根际土壤微生物量氮比对照和100％NF处理分别增加60.09％和44.97％。根际土壤微生物量碳和微生物量氮含量通常高于非根际。生物有机肥能够增加根际土壤α-葡糖苷酶、β-葡糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨肽酶和酸性磷酸酶活性。根际土壤胞外酶活性高于非根际。 (4)生物有机肥增加了冬小麦根际土壤细菌多样性，尿素降低了细菌多样性。灌浆期生物有机肥处理根际土壤Shannon多样性指数最高，分别比对照和尿素处理增加0.79％和1.60％，而尿素处理根际土壤Shannon多样性指数最低。门水平优势类群为变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria），目水平优势类群为鞘脂单胞菌（Sph ingomonadales）和鞘脂杆菌目（Sphingobacteriales）。生物有机肥增加了根际富营养型细菌的相对丰度，尿素增加了贫营养型细菌的相对丰度。灌浆期生物有机肥处理根际变形菌门（Proteobacteria）相对丰度显著高于尿素处理，而酸杆菌门(Acidobacteria)则明显低于尿素处理。灌浆期生物有机肥处理根际鞘脂单胞菌目（Sphingomonadales）和鞘脂杆菌目（Sphingobacteriales）相对丰度均显著高于尿素处理。土壤pH、总氮、硝态氮、速效磷和速效钾是影响根际土壤细菌群落结构特征的重要因子。 根据上述研究结果，本研究发现冬小麦根际微生物对生物有机肥和尿素表现出相反的响应机制。生物有机肥促进富营养型细菌生长，使得根际土壤微生物多样性、微生物碳氮含量和胞外酶活性升高，有利于冬小麦生物量积累以及对氮素的吸收利用，从而进一步促进根际富营养型微生物的生长。与生物有机肥相反，尿素有利于根际贫营养型细菌生长，使得根际土壤微生物多样性、微生物碳氮含量和胞外酶活性未明显增加，不利于冬小麦生物量积累以及对氮素的吸收利用，从而进一步促进根际贫营养型微生物的生长。同时，本研究还发现根际微生物对生物有机肥和尿素的上述响应机制主要发生在冬小麦灌浆期。 本研究只分析了根际土壤细菌群落的整体变化，并未对具有特殊功能的微生物进行研究，这些微生物参与重要的土壤代谢途径，化肥和生物有机肥能够改变功能微生物多样性和结构特征，进一步会导致土壤肥力以及生态系统功能变化，因此这方面的内容有待进一步研究。化肥和生物有机肥配施是一种有效的施肥措施，但本文只探讨了单施尿素和生物有机肥对根际土壤微生物的影响，没有开展化肥和生物有机肥配施对根际微生物群落影响的研究，因此未来进行这方面的研究工作是十分必要的。
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