不同類型地膜對花生生長及根際細(xì)菌群落影響的比較分析

于天一，楊吉順，吳正鋒，張智猛，沈浦，鄭永美，李尚霞，吳菊香，孫棋棋，吳月

不同類型地膜對花生生長及根際細(xì)菌群落影響的比較分析

于天一，楊吉順，吳正鋒，張智猛，沈浦，鄭永美，李尚霞，吳菊香，孫棋棋，吳月

山東省花生研究所，山東青島 266100

【目的】表征不同類型地膜對花生根際細(xì)菌群落和花生生長及產(chǎn)量的影響，探討根際細(xì)菌群落與花生生長和產(chǎn)量間的相互關(guān)系，為進(jìn)一步提高花生產(chǎn)量提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭O(shè)置4個(gè)處理并進(jìn)行9年定位試驗(yàn)，包括露天對照處理（LU）、黑膜處理（HEI）、降解膜處理（JI）和普通膜處理（PU）。以2022年開花期和成熟期花生根際土壤為研究對象，借助Illumina MiSeq PE300 測序平臺(tái)，以16S rRNA基因?yàn)榘袠?biāo)，研究不同類型地膜對根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能、花生生長和產(chǎn)量的影響。【結(jié)果】與對照相比，黑膜、降解膜和普通膜處理中花生產(chǎn)量分別提高-0.45%—2.34%、2.44%—14.36%和6.14%—24.69%。在開花期和成熟期，黑膜處理共改變了6種綱和屬水平的根際細(xì)菌群落相對豐度，但相關(guān)性分析結(jié)果表明這些細(xì)菌群落與花生生長和產(chǎn)量無關(guān)；降解膜處理共改變了6種綱和屬水平的根際細(xì)菌群落相對豐度，其中1綱（Blastocatellia）細(xì)菌群落與花生產(chǎn)量呈正相關(guān)；普通膜處理共改變了12種綱和屬水平根際細(xì)菌群落的相對豐度，其中1綱（Acidobacteriae）和1屬（）細(xì)菌群落與花生主莖高和側(cè)枝數(shù)相關(guān)，1綱（Clostridia）和2屬（、）細(xì)菌群落與花生產(chǎn)量相關(guān)。根際細(xì)菌群落的功能預(yù)測結(jié)果顯示，黑膜處理在開花期和成熟期降低了與氮代謝相關(guān)的氮呼吸和硝酸鹽呼吸功能；降解膜處理在開花期降低了硝酸鹽還原、氮呼吸和硝酸鹽呼吸功能，在成熟期對氮代謝功能無顯著影響；普通膜處理在開花期降低了需氧氨氧化和硝酸鹽呼吸功能，在成熟期提高了這兩種氮代謝功能。【結(jié)論】黑膜對花生產(chǎn)量和根際細(xì)菌群落影響不顯著；降解膜具備改善成熟期根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和增產(chǎn)的能力，但增產(chǎn)效果不穩(wěn)定；普通膜的增產(chǎn)和改善根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能的效果優(yōu)于降解膜。

黑膜；降解膜；普通膜；花生；根際細(xì)菌群落

0 引言

【研究意義】據(jù)估計(jì)，全球約有2 000萬公頃農(nóng)田通過覆蓋地膜來抑制雜草生長、減少土壤養(yǎng)分和水分流失、增加地溫、促進(jìn)作物早熟并提高作物產(chǎn)量[1]。普通地膜（普通膜）能夠顯著提高作物產(chǎn)量，但卻將大量微塑料和塑化劑引入到環(huán)境中[2]，對土壤環(huán)境危害嚴(yán)重[3]。黑色地膜（黑膜）由于其不透光的特性能夠抑制雜草生長并減少除草劑使用，但也將大量塑料污染物釋放到土壤中[4]。生物降解地膜（降解膜）在使用過程中能夠分解為CO2和H2O，幾乎不會(huì)引入塑料污染物，對環(huán)境友好，應(yīng)用潛力巨大[5-6]。作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，根際微生物能夠?qū)Σ煌愋偷啬ぬ幚碜鞒隹焖夙憫?yīng)。因此，根際微生物作為評價(jià)作物生長情況和土壤生態(tài)的重要指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域[7]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】自20世紀(jì)70年代以來，地膜覆蓋技術(shù)在我國作物種植中得到了全面推廣，增產(chǎn)效果顯著[8]。研究發(fā)現(xiàn)，覆膜穴播能夠?qū)⒐茸悠骄a(chǎn)量提高11.1%、出米率提高6.1%、千粒重提高5.7%，降解膜0.008 mm 70 d處理較不覆膜對照處理增產(chǎn)20.2%，普通黑膜處理較不覆膜處理增產(chǎn)10.5%[9]。翟勇全等[10]研究發(fā)現(xiàn)，與不覆膜處理相比，普通地膜處理將玉米地上部分物質(zhì)累積量、吸氮量、氮肥回收利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率提升10.82%、11.97%、31.47%和26.20%。普通膜、黑膜和生物降解膜將花生產(chǎn)量分別提高30%、11%和6%左右[4,11-12]。地膜覆蓋對生態(tài)環(huán)境的另一類影響是顯著改變了包括根際微生物在內(nèi)的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。研究表明，覆膜處理不僅增加了玉米根際土壤細(xì)菌和真菌的總OTU數(shù)、豐富度和多樣性[13]，也加劇了土壤中微生物群落的演替，影響了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[14]。此外，不同類型的地膜對土壤微生物的影響也不盡相同。路露等[15]發(fā)現(xiàn)與普通膜相比，木質(zhì)素生物降解膜能夠增加真菌壺菌門（Chytridomycota）的相對豐度，腐殖酸生物降解膜能夠增加真菌子囊菌門（Ascomycota）和細(xì)菌疣微菌門（Verrucomicrobiota）、擬桿菌門（Bacteroidota）的相對豐度。然而，關(guān)于地膜或不同類型的地膜對花生根際微生物群落影響的研究較少，少量的相關(guān)研究也局限于單一種類地膜對部分可培養(yǎng)微生物數(shù)量及土壤活性的影響。例如，普通膜能夠增加土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，降低真菌數(shù)量，提高土壤呼吸速率，利于土壤養(yǎng)分分解[16]；降解膜具備提高土壤酶活性和微生物活動(dòng)的能力[17]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】不同類型地膜對花生的增產(chǎn)效果不同，但關(guān)于不同類型地膜對花生根際細(xì)菌群落影響的比較研究較為匱乏?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過測定花生根際土壤中16S rRNA基因，比較分析黑膜、普通膜和降解膜對花生根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能以及花生生長和產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于山東省花生研究所萊西試驗(yàn)站（120.51°E，36.82°N）。土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)10.58 g·kg-1，全氮0.56 g·kg-1，全磷0.45 mg·g-1，速效磷23.33 mg·kg-1，速效鉀45.92 mg·kg-1，交換鈣2.15 g·kg-1，含水量14.05%，pH 6.48。黑膜為黑色聚乙烯薄膜，普通膜為無色聚乙烯薄膜，生物降解膜為無色纖維素生物降解薄膜。花生品種為花育22。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4個(gè)處理：無地膜覆蓋的露天對照處理（LU）、黑膜覆蓋處理（HEI）、普通膜覆蓋處理（PU）、生物降解膜覆蓋處理（JI）。每個(gè)處理的氮磷鉀肥施用量相同：氮肥（尿素）120 kg·hm-2、磷肥（鈣鎂磷肥）90 kg·hm-2、鉀肥（KCl）120 kg·hm-2。每個(gè)處理包含3個(gè)隨機(jī)分布的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)種植7壟，壟寬0.85 m，長度15 m，一壟雙行，一穴兩株，行距和株距均為0.20 m。人工播種覆膜，采用常規(guī)方法管理。自2014年起，按照上述4個(gè)處理進(jìn)行花生連作定位試驗(yàn)。

1.3 樣品采集

在開花期（2022年7月7日）和成熟期（2022年9月20日），每個(gè)小區(qū)采用對角線三點(diǎn)采樣法隨機(jī)采集三壟六穴12株植株，測定開花期植株的主莖高、側(cè)枝長和側(cè)枝數(shù)及成熟期植株的主莖高、地上干重、果針數(shù)和果干重。將緊密附著在花生根部的土壤（＜2 mm）作為根際土進(jìn)行采集，將每個(gè)小區(qū)12株花生的根際土混合均勻作為一個(gè)處理的一個(gè)重復(fù)土樣，每處理包括3個(gè)重復(fù)土樣。土壤樣品保存于-80 ℃冰箱，用于測定根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和組成。于2020—2022年成熟期（9月20日）測定花生產(chǎn)量，在每個(gè)小區(qū)的一個(gè)中間壟上量取5 m的壟長，收獲該范圍內(nèi)的所有花生果實(shí)，自然晾干后測定果實(shí)干重。每處理獲得3個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)，取平均值后折算每公頃的平均產(chǎn)量。

1.4 土壤DNA提取和16S rRNA基因的高通量測序

使用美國MP Biomedical公司的FastDNA Spin Kit for Soil試劑盒提取0.5 g花生根際土壤樣品的總DNA，使用微型分光光度計(jì)（Thermo Fisher ND-2000，Thermo Fisher Scientific，USA）測定DNA的純度和濃度。以提取的DNA樣本為模板，以341 F（5′-CCT AYG GGR BGC ASC AG-3′）和806 R（5′-GGA CTA CNN GGG TAT CTA AT-3′）為引物，對根際細(xì)菌16S rRNA基因的V3—V4區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增程序：95 ℃ 5 min；95 ℃ 30 s，50 ℃ 30 s，72 ℃1 min，35個(gè)循環(huán)；72 ℃ 10 min。PCR產(chǎn)物在濃度為1%的瓊脂糖凝膠上進(jìn)行電泳檢測，使用DNA片段回收試劑盒（北京天根生化科技有限公司）回收PCR產(chǎn)物中的DNA片段。將片段送至北京諾禾致源生物信息技術(shù)有限公司進(jìn)行測序，測序平臺(tái)為Illumina MiSeq PE300（Illumina，San Diego，CA，USA）。原始序列上傳至NCBI SRA數(shù)據(jù)庫（SRP434763）。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)分析流程參考Chen等[18]描述的方法，采用QIME（v1.9.1）對下機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量過濾、合并及去除嵌合體操作[19]。采用UPARSE（v7.1）對物種分類的OTU（Operational Taxonomic Units）進(jìn)行聚類，核苷酸相似性設(shè)置為97%[20]。比對Silva數(shù)據(jù)庫（http://www.arb-silva.de），得到每個(gè)OTU對應(yīng)的物種信息。采用QIME（v1.9.1）分析根際細(xì)菌的OTU數(shù)、Shannon指數(shù)和Chao1值。采用Bray-Curtis算法對根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主坐標(biāo)進(jìn)行分析（基于OTU）。通過SPSS軟件的單因素ANOVA和Duncan法（＜0.05）分析不同處理間花生生長參數(shù)和產(chǎn)量的差異顯著性以及根際細(xì)菌群落的多樣性、豐富度和相對豐度的差異顯著性。采用SPSS軟件的線性回歸分析OTU數(shù)與花生生長參數(shù)及產(chǎn)量間的關(guān)系。計(jì)算Spearman’s相關(guān)性系數(shù)以檢測綱和屬水平根際細(xì)菌群落與花生生長參數(shù)及產(chǎn)量的相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 花生生長和產(chǎn)量

不同類型地膜處理對花生生長及產(chǎn)量的影響見圖1。對于花生生長來講（圖1-A—G），與露天對照（LU）相比，黑膜處理（HEI）影響了花生的開花期側(cè)枝長和成熟期主莖高；降解膜處理（JI）顯著改變了成熟期主莖高和地上干重；普通膜處理（PU）影響了開花期側(cè)枝數(shù)、主莖高、成熟期主莖高、地上干重、果針數(shù)、果干重共6種生長參數(shù)。該結(jié)果說明普通膜對花生生長影響最大，黑膜和降解膜次之。3年產(chǎn)量結(jié)果顯示（圖1-H），HEI處理對花生產(chǎn)量影響不顯著；PU處理使花生產(chǎn)量顯著提高6.14%—24.69%；JI處理在2020年和2022年分別使花生產(chǎn)量顯著提高14.36%和5.55%，在2021年對花生產(chǎn)量影響不顯著。說明不同類型地膜對花生產(chǎn)量影響存在差異，普通膜的增產(chǎn)效果優(yōu)于降解膜，降解膜優(yōu)于黑膜。

圖1 不同類型地膜處理對花生生長及產(chǎn)量的影響

2.2 花生根際細(xì)菌群落測序及多樣性分析

各處理樣本根際細(xì)菌群落共檢測出75門、151綱、345目、483科、796屬和489種。獲得有效序列550 775條，其中開花期273 994條，成熟期276 781條。開花期PU處理有效序列最高，為71 518條；成熟期JI處理有效序列最高，為70 569條（圖2-A）。所有樣本的OTU總數(shù)為28 895。與LU相比，HEI處理對開花期和成熟期根際細(xì)菌群落OTU數(shù)影響不顯著；PU處理中開花期根際細(xì)菌群落OTU數(shù)降低22.29%，成熟期根際細(xì)菌群落OTU數(shù)提高12.52%；JI處理中開花期根際細(xì)菌群落OTU未受到顯著影響，成熟期根際細(xì)菌群落OTU數(shù)提高14.99%（圖2-B）。

開花期和成熟期不同類型地膜處理下花生根際細(xì)菌群落的多樣性指數(shù)見圖2-C。與LU相比，HEI處理的Shannon指數(shù)在開花期和成熟期未受到顯著影響，說明黑膜處理不影響開花期和成熟期根際細(xì)菌群落多樣性；PU處理中開花期的Shannon指數(shù)顯著降低5.86%，成熟期的Shannon指數(shù)顯著提高2.96%，說明普通膜處理顯著影響了開花期和成熟期根際細(xì)菌群落多樣性；JI處理中開花期的Shannon指數(shù)未受到顯著影響，成熟期的Shannon指數(shù)提高3.91%，說明降解膜處理僅影響了成熟期根際細(xì)菌群落多樣性。

開花期和成熟期不同類型地膜處理下花生根際細(xì)菌群落的豐富度指數(shù)見圖2-D。在開花期，HEI、PU和JI處理的Chao1值與LU處理相似，說明地膜處理對開花期根際細(xì)菌群落的豐富度無顯著影響。在成熟期，與LU相比，PU處理中Chao1值提高33.10%，但HEI和JI處理的Chao1值未受到顯著影響，說明只有普通膜處理能夠顯著提高成熟期根際細(xì)菌群落的豐富度，黑膜和降解膜處理不具備此種能力。

圖2 開花期和成熟期花生根際土壤樣本有效序列（A）、OTU數(shù)（B）、Shannon指數(shù)（C）和Chao1值（D）

開花期和成熟期根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的PCoA分析結(jié)果見圖3。第一主坐標(biāo)和第二主坐標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率分別為34.07%和11.85%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為45.92%。在開花期，PU與LU處理在第一軸上很好地分開；在成熟期，PU和JI處理與LU和HEI處理在第二軸上很好地分開。該結(jié)果說明與露天對照相比，黑膜處理對開花期和成熟期花生根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)無顯著影響，普通膜處理影響了開花期和成熟期根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，降解膜處理影響了成熟期根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。

2.3 花生根際細(xì)菌群落組成

在所有處理中，綱水平的優(yōu)勢菌群（top16，任何一個(gè)處理的相對豐度＞1%即可）相對豐度之和達(dá)到73.76%，主要為Gammaproteobacteria（16.29%）、Alphaproteobacteria（12.63%）、Bacteroidia（7.07%）和Acidobacteriae（4.65%）（圖4-A）。與LU相比，HEI處理中開花期和成熟期Clostridia的相對豐度分別提高30.29%和95%，成熟期Blastocatellia的相對豐度降低35.37%；PU處理中開花期Clostridia、p_unidentified_Bacteria.c_Acidobacteriae和Bacilli的相對豐度分別提高102.49%、85.12%和68.12%，成熟期Clostridia的相對豐度提高225%；JI處理中開花期Clostridia的相對豐度降低58.92%，成熟期Clostridia的相對豐度提高205%。據(jù)此可知，黑膜、普通膜和降解膜處理顯著改變了3、4和2綱水平根際細(xì)菌群落的相對豐度。

在所有處理中，屬水平的優(yōu)勢菌群（top13，任何一個(gè)處理的相對豐度＞1%即可）相對豐度之和為21.9%，其中相對豐度最高（5.91%），其次為（2.67%）和（2.20%）（圖4-B）。與LU相比，HEI處理中開花期的相對豐度降低34.04%，成熟期和的相對豐度分別提高41.24%和22.45%。PU處理中開花期和的相對豐度分別提高67.42%、100%和75.31%，的相對豐度降低93.42%；在成熟期和的相對豐度分別提高26.80%和34.69%，和的相對豐度分別降低75.93%和13.77%。JI處理中開花期的相對豐度降低80.41%，的相對豐度提高81.48%；成熟期的相對豐度降低68.46%，的相對豐度提高36.08%。因此，黑膜、普通膜和降解膜處理顯著改變了3、8和4屬水平根際細(xì)菌群落的相對豐度。

圖3 開花期和成熟期不同類型地膜處理的根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)PCoA分析

圖4 開花期和成熟期根際細(xì)菌群落在綱和屬水平的相對豐度（＞1%）

2.4 花生根際細(xì)菌群落與花生生長及產(chǎn)量的相關(guān)性

相關(guān)性分析結(jié)果表明，HEI處理的根際細(xì)菌群落OTU數(shù)與花生生長和產(chǎn)量無關(guān)，JI和PU處理的OTU數(shù)與開花期側(cè)枝長和成熟期產(chǎn)量顯著相關(guān)（表1）。進(jìn)一步，Spearman’s相關(guān)性分析結(jié)果表明，在開花期，PU處理中相對豐度被顯著提高的p_unidentified_ Bacteria.c_Acidobacteriae（綱水平）與被降低的花生主莖高（MS）呈負(fù)相關(guān)；JI和HEI處理的綱水平根際細(xì)菌群落與花生生長參數(shù)無關(guān)（圖5-A）。對于開花期屬水平的根際細(xì)菌群落來講（圖5-B），HEI處理的屬水平根際細(xì)菌群落與花生生長參數(shù)無關(guān)；在PU處理中，相對豐度被降低的與被降低的花生主莖高和側(cè)枝長（LBL）顯著相關(guān)；在JI處理中，相對豐度被顯著提高的與花生側(cè)枝長呈負(fù)相關(guān)，但該處理的花生側(cè)枝長并沒有受到顯著影響，說明該菌群對花生側(cè)枝長影響較小。上述結(jié)果表明，在開花期，普通膜處理影響的1綱（p_unidentified_ Bacteria.c_Acidobacteriae）和1屬（）根際細(xì)菌群落與花生主莖高和側(cè)枝數(shù)相關(guān)，降解膜和黑膜處理影響的綱和屬水平根際細(xì)菌群落與花生生長無顯著相關(guān)性。

對于成熟期綱水平根際細(xì)菌群落來講（圖5-A），HEI處理中綱水平的根際細(xì)菌群落與花生產(chǎn)量（YD）無關(guān)；在PU處理中，相對豐度被顯著提高的Clostridia 與花生產(chǎn)量呈正相關(guān)；在JI處理中，相對豐度被降低的Blastocatellia與花生產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。對于成熟期屬水平的根際細(xì)菌群落來講（圖5-B），在PU處理中，相對豐度分別被降低或提高的、與花生產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)；JI和HEI處理中屬水平根際細(xì)菌群落與花生產(chǎn)量無關(guān)。該結(jié)果說明，在成熟期，黑膜處理的花生產(chǎn)量與根際細(xì)菌群落無關(guān)；普通膜處理的花生產(chǎn)量與1綱（Clostridia）根際細(xì)菌群落呈正相關(guān)，與2屬（、）根際細(xì)菌群落呈負(fù)相關(guān)；降解膜處理的花生產(chǎn)量與1綱（Blastocatellia）根際細(xì)菌群落呈正相關(guān)。

MS：主莖高M(jìn)ain shoot height；LBL：側(cè)枝長Lateral branch length；YD：產(chǎn)量Yield

表1 花生根際細(xì)菌群落OTU數(shù)與花生生長/產(chǎn)量的相關(guān)性

*＜0.05; **＜0.01

2.5 根際細(xì)菌群落功能預(yù)測

開花期和成熟期花生根際細(xì)菌群落功能預(yù)測結(jié)果顯示，與LU相比，HEI、PU和JI處理分別影響了10、12和8種代謝功能，PU處理對根際細(xì)菌群落的代謝影響最大，HEI和JI處理次之。這些受到影響的功能主要為需氧異養(yǎng)、發(fā)酵芳香化合物降解和氮代謝相關(guān)功能。對于氮代謝相關(guān)功能來講，HEI處理在開花期和成熟期持續(xù)降低了氮呼吸和硝酸鹽呼吸功能；PU處理在開花期降低了需氧氨氧化和硝酸鹽呼吸功能，在成熟期提高了這兩種代謝功能；JI處理在開花期降低了硝酸鹽還原、氮呼吸和硝酸鹽呼吸功能，在成熟期對氮代謝功能無顯著影響（表2）。

3 討論

3.1 不同類型地膜對根際微生物群落的影響

地膜處理具備顯著改變作物根際微生物群落組成的能力。Li等[21]研究發(fā)現(xiàn)，普通膜能夠招募利于玉米生長的微生物類群，包括目水平的細(xì)菌SBR1013和S085以及科水平的真菌Aspergillaceae、Laslosphaeriaceae和Hypocreaceae；Xue等[22]研究表明，降解膜能夠富集與塑料降解相關(guān)的和以及與土壤氮代謝相關(guān)的和；劉岳飛等[23]研究發(fā)現(xiàn)，黑膜有助于形成以（屬）和（屬）為優(yōu)勢菌群的土壤環(huán)境。相似地，本研究發(fā)現(xiàn)普通膜處理顯著改變了花生根際細(xì)菌的群落組成，影響了開花期綱水平Clostridia、p_unidentified_Bacteria.c_Acidobacteriae、Bacilli和屬水平、、的相對豐度，改變了成熟期綱水平Clostridia和屬水平、、、的相對豐度。降解膜處理改變了開花期Clostridia（綱）、（屬）和（屬）的相對豐度以及成熟期Clostridia（綱）、（屬）和（屬）的相對豐度。黑膜處理調(diào)整了開花期Clostridia（綱）和（屬）的相對豐度，以及成熟期Clostridia（綱）、Blastocatellia（綱）、（屬）和（屬）的相對豐度。上述結(jié)果說明普通膜、降解膜和黑膜均能顯著改變花生根際細(xì)菌群落組成，筆者推測這種特性可能歸結(jié)于地膜覆蓋能夠影響花生根際微生態(tài)以及根際細(xì)菌的代謝底物（例如根際分泌物和土壤養(yǎng)分），進(jìn)而重構(gòu)了根際細(xì)菌群落[21,24]。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)不同類型的地膜在花生不同發(fā)育時(shí)期影響的根際微生物群落也不盡相同（除了綱水平的Clostridia）。這種現(xiàn)象可能是由于地膜合成材料的差異會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和活性的不同[22]，而不同發(fā)育時(shí)期花生根際分泌物的成分偏差也會(huì)導(dǎo)致根際細(xì)菌群落不同，最終造成作物根際生態(tài)的差異[25]。

表2 開花期和成熟期根際細(xì)菌群落的功能預(yù)測（相對豐度＞0.2%）

數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤Data are means±SE (n=3)；開花期或成熟期同行數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著（＜0.05）different letters after the data in the same row indicate significantly different among treatments at＜0.05 level at flowering stage or mature stage；粗體數(shù)字表示覆膜處理與對照處理（LU）間差異顯著The bold numbers indicate the significant differences between film treatments and LU treatment

3.2 不同類型地膜對根際微生物群落-作物相關(guān)性的影響

地膜處理的一個(gè)最為顯著的特征是通過改善土壤微生物群落組成來提高作物產(chǎn)量。例如，地膜處理富集的有益菌能夠通過促進(jìn)土壤氮和磷的循環(huán)以提高作物對氮和磷的利用效率，或者通過提高微生物群落對植物病原體的整體抗性以降低土傳病害的發(fā)生頻率，最終達(dá)到提高作物產(chǎn)量的目的[26-30]。研究顯示，普通膜和降解膜處理通過提高根際細(xì)菌的相對豐度來活化土壤氮循環(huán)、刺激作物對氮素的吸收、提高作物產(chǎn)量[22,31-33]。相似地，本研究也發(fā)現(xiàn)普通膜和降解膜處理改變的根際細(xì)菌群落在提高花生產(chǎn)量上發(fā)揮了一定作用。在普通膜處理中，Clostridia（綱）與花生產(chǎn)量呈正相關(guān)，（屬）與花生產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)（圖5）。Clostridia能夠?qū)⒗w維素、淀粉、蛋白質(zhì)和嘌呤轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸、醇、CO2和氫，有利于土壤中有機(jī)物的轉(zhuǎn)化[34]。的一部分細(xì)菌（例如）通過分泌次生代謝物來防控植物病害，另一部分細(xì)菌作為植物病害（例如）危害作物生長[35]。據(jù)此筆者推測普通膜處理可能通過富集Clostridia來加快根際有機(jī)物轉(zhuǎn)化，并通過降低中植物病原菌的相對豐度來保證花生健康，最終提高花生產(chǎn)量。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)降解膜處理中的Blastocatellia與花生產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。然而，Blastocatellia被證明具備降解復(fù)雜蛋白質(zhì)化合物的能力，通過加快土壤中有機(jī)底物的轉(zhuǎn)化來促進(jìn)作物生長[18,36]。筆者推測這種功能差異是由作物或土壤環(huán)境因素不同導(dǎo)致的。

關(guān)于在相同生境下比較分析黑膜、普通膜和降解膜對作物根際細(xì)菌群落影響的研究較少[37]。對于黑膜來講，目前尚未見到關(guān)于微生物和作物產(chǎn)量相關(guān)性的報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)黑膜處理對花生根際細(xì)菌群落多樣性、豐富度和結(jié)構(gòu)無顯著影響，改變了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，降低了細(xì)菌群落的氮代謝功能，但這些根際細(xì)菌群落與花生產(chǎn)量無關(guān)，這可能是黑膜處理對花生產(chǎn)量提升幅度不顯著的原因之一。降解膜處理對根際細(xì)菌群落豐富度無影響，但能夠改變成熟期根際細(xì)菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)，影響的1綱根際細(xì)菌群落與花生產(chǎn)量相關(guān)。普通膜處理改變了開花期和成熟期根際細(xì)菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)，影響的多種綱和屬水平的細(xì)菌群落與花生增產(chǎn)呈正相關(guān)，并可能通過提高根際細(xì)菌群落的氮代謝能力來提高土壤氮轉(zhuǎn)化效率，最終增加花生產(chǎn)量。總的來講，在提高花生產(chǎn)量、改善根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能上，普通膜優(yōu)于降解膜，降解膜優(yōu)于黑膜。

3.3 展望

除重構(gòu)作物根際微生物群落之外，地膜也通過控制雜草、保水、減少肥料淋溶和增加地溫來提高作物產(chǎn)量[1]。前期研究發(fā)現(xiàn)，厚度為0.01 mm的普通膜能夠減少花生開花期土壤總磷、有效磷和交換鈣的淋溶，提高成熟期總氮、總磷、有效磷、有效鉀的濃度以及地溫。厚度為0.01 mm的降解膜能夠保留成熟期土壤中總氮、有效磷和有效鉀的含量。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這些保留的養(yǎng)分和增加的地溫在提高花生產(chǎn)量方面發(fā)揮了較為重要的作用[25]。依此類推，本研究中使用的普通膜和降解膜可能也具備保肥和保溫的功能，而黑膜的保肥和保溫效果未知。因此，未來需要深入探索不同厚度和種類的地膜對花生根際生態(tài)（土壤養(yǎng)分、水分、地溫、根際微生物）的影響，以及這些因素與花生產(chǎn)量的關(guān)系，以期最大限度地提高花生產(chǎn)量。

4 結(jié)論

黑膜缺乏通過改善根際細(xì)菌群落來促進(jìn)花生高產(chǎn)的性能；降解膜具備重構(gòu)根際細(xì)菌群落并提高花生產(chǎn)量的能力，但增產(chǎn)效果不穩(wěn)定；普通膜通過重組根際細(xì)菌群落來提高花生產(chǎn)量的效果最為顯著。

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Comparative analysis of the effects of different types of plastic film on peanut growth and rhizobacterial community

YU Tianyi, YANG Jishun, WU Zhengfeng, ZHANG Zhimeng, SHEN Pu, ZHENG Yongmei, LI Shangxia, WU Juxiang, SUN Qiqi, WU Yue

Shandong Peanut Research Institute, Qingdao 266100, Shandong

【Objective】This study was carried out to investigate the effects of different types of plastic film on peanut rhizobacterial community and peanut growth/yield, explore the relationships between rhizobacterial community and peanut growth/yield, and provide a basis for further improving peanut yield.【Method】Four treatments were set up and conducted for 9 continuous years, including control treatment (LU), black film treatment (HEI), bio-degradable film treatment (JI) and conventional film treatment (PU). Taking the rhizosphere soil of peanut at the flowering stage and mature stage in 2022 as the research object, Illumina Miseq PE300 as the sequencing platform, and 16S rRNA gene as the target gene, effects of different types of film treatments on the structure and function of rhizobacterial community and the growth and yield of peanut were studied.【Result】Compared with LU, peanut yield was increased by -0.45%-2.34%, 2.44%-14.36% and 6.14%-24.69% in HEI, JI and PU treatment, respectively. At the flowering stage and mature stage, HEI treatment totally altered the relative abundances of 6 rhizobacterial communities at the levels of class and genus, while results of correlation analysis showed that there was no correlation between rhizobacterial community and peanut growth or yield. JI treatment totally altered 6 rhizobacterial communities at the levels of class and genus, among which, 1 class (Blastocatellia) showed positive relationship with peanut yield. PU treatment totally influenced 12 rhizobacterial communities at the levels of class and genus, of these, 1 class (Acidobacteriae) and 1 genus () were correlated with peanut main stem height and lateral branch number at the flowering stage, 1 class (Clostridia) and 2 genera (,) were correlated with peanut yield at the mature stage. The functional prediction results of rhizobacterial community showed that HEI treatment reduced the nitrogen and nitrate respiration functions at the flowering stage and mature stage; JI treatment reduced the functions of nitrate reduction, nitrogen respiration and nitrate respiration at the flowering stage, but had no significant effect on nitrogen metabolism at the mature stage; PU treatment decreased aerobic ammonia oxidation and nitrate respiration at the flowering stage, and increased these two nitrogen metabolism functions at the mature stage.【Conclusion】Black film has no significant effect on peanut yield and rhizobacterial community; Bio-degradable film can improve the structure of rhizobacterial community and yield at the mature stage, but its yield increasing effect is not stable; Conventional film possesses better improving effects than bio-degradable film in peanut yield and rhizobacterial community structure and function.

black film; bio-degradable film; conventional film; peanut; rhizobacterial community

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.004

2023-04-30；

2023-08-06

山東省自然科學(xué)基金（ZR2022QC005）、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程（CXGC2023A46，CXGC2023A22）、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展項(xiàng)目（YDZX2022131）

于天一，E-mail：tianyi_1984@126.com。楊吉順，E-mail：jsyang94@126.com。于天一和楊吉順為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者吳月，E-mail：wuyuesw@163.com

（責(zé)任編輯 岳梅）