土壤盐分含量对设施蔬菜根际微生物群落结构的影响_蔡树美.pdf

土壤盐分含量对设施蔬菜根际微生物群落 结构的影响 蔡树美1 2 3 诸海焘1 2 3 俞晓梅4 张德闪1 2 3 徐四新1 2 3 1 上海市农业科学院生态环境保护研究所 上海 201403 2 农业农村部上海农业环境与耕地保育科学观测实验站 上海 201403 3 上海市设施园艺技术重点实验室 上海 201403 4 长江大学园艺园林学院 湖北 荆州 434000 摘 要 目的 为解析土壤盐分含量对滨海盐碱地设施蔬菜土壤微生态的影响 探明设施蔬菜根际土壤离子组成及 微生物群落组成对盐分的响应过程 方法 研究 以 2个品种蔬菜 长香丝瓜 上海青 为试材 分析了不同土壤含 盐量下 高盐 4 g kg 1 中盐 2 4 g kg 1 低盐 2 g kg 1 2种蔬菜根际土壤主要盐基离子组成的差异 并利 用 qPCR及高通量测序技术 调查 了 2种品种蔬菜在不同土壤含盐量下根际微生物群落丰度及多样性的差异 结果 设施菜田土壤主要盐基阳离 子 Na 与 K Mg2 与 SO42 和 HCO3 均显著相关 主要盐基阴离 子 SO42 与 K Na Ca2 Mg2 HCO3 及 Cl 均显著相关 高盐条件下设施蔬菜根际土壤中水溶 性 Na 和 Cl 含量高于低盐胁迫 且高盐条件下 长香丝瓜根际土壤 中 SO42 HCO3 及 Cl 含量均显著低于上海青 随着土壤含盐量的增加 设施蔬菜根际土壤中细菌和 真菌数量总体呈现先上升后下降的趋势 不同土壤含盐量对真菌群落结构的影响大于细菌 对比低盐和高盐条件下设 施 菜 田 土 壤 微 生 物 群 落 结 果 显 示 两 组 之 间 细 菌 有 2个 菌 属 鞘 氨 醇 单 胞 菌 属 Sphingomonas与 norank f Methyloligellaceae 真菌 有 8个菌属 腐质霉 属 Humicola与被孢霉 属 Mortierella等 的相对丰度存在显著 差异 中盐和高盐条件下 长香丝瓜和上海青根际土壤优势真菌腐质霉 属 Humicola和新赤壳 属 Neocosmospora丰度占 比均大幅提升 结论 高盐条件下长香丝瓜和上海青根际土壤水溶 性 Na 和 Cl 含量均升高 设施蔬菜通过招募根际 土壤中芽孢杆菌 属 Bacillus 腐质霉 属 Humicola和新赤壳 属 Neocosmospora等优势耐盐微生物来增强根系对土壤盐胁 迫的适应性 关 键 词 土壤含盐量 设施蔬菜 微生物群落 离子组成 中图分类号 S642 2 文献标识码 A 文章编号 0564 3945 2024 05 1453 09 DOI 10 19336 ki trtb 2023030302 蔡树美 诸海焘 俞晓梅 张德闪 徐四新 土壤盐分含量对设施蔬菜根际微生物群落结构的影 响 J 土壤通报 2024 55 5 1453 1461 CAI Shu mei ZHU Hai tao YU Xiao mei ZHANG De shan XU Si xin Effects of Soil Salinity on Microbial Community Structure in Rhizosphere of Greenhouse Vegetables J Chinese Journal of Soil Science 2024 55 5 1453 1461 研究意义 盐碱地是我国重要的后备耕地资 源 但恶劣的土壤生态环境限制了盐碱地的开发利 用 特别是在滨海地区 土壤盐碱化严重影响了区 域农业生产 土壤盐碱化不仅改变了土壤的理化性 质 造成土壤板结 渗水性差 作物根系难以下扎 引起僵苗 枯萎 而且直接影响微生物种群 数量 和活性 使得土壤微生态区系失衡 1 2 为了坚 守 18 亿亩耕地红线 维持耕地占补平衡 有效利用我国 近 5 0亿亩的盐碱耕地 研发简易实用的滨海盐碱地 改良技术方法尤为重要 选育耐盐作物品种 发挥 生物资源优势是当前滨海盐碱地改良利用的重要策 略 3 根际微生物能有效促进植物的抗逆能力 一些 根际有益微生物能够显著促进作物在盐胁迫下的生 长 具有开发为盐碱地增产专用微生物肥料的潜力 为利用农业微生物技术提高盐碱耕地作物产量提供 了资源节约型 环境友好型的新思路 前人研究 进展 前人研究中已知根际微生物增强植物耐盐的 机理 主要包括微生物能够协助植物重建离子和渗 透平衡 微生物可以减少胁迫反应对植物造成的细 胞损伤 以及能够恢复植物在盐胁迫条件下的生 收稿日期 2023 03 03 修订日期 2023 11 12 基金项目 上海市科技创新行动计划 20392003400 上海市科技兴农重点攻关项目 202202080012F01101 上海市农业科学院卓越团队计划 沪农科卓2022 008 和上海市农业科学院生态所应用技术研究专项 生科创 YJ 2022 03 资助 作者简介 蔡树美 1984 女 江苏溧阳人 博士 副研究员 主要从事植物逆境生理研究 E mail caishumei 通讯作者 E mail htzhu123 第 55 卷第 5 期 土 壤 通 报 Vol 55 No 5 2024年 10月 Chinese Journal of Soil Science Oct 2024 长 4 6 尽管高渗透强度和离子毒性作用抑制了土壤 微生物的活性 但许多研究表明某些微生物类群在 频繁暴露于盐胁迫条件下可以有效诱导植物生物化 学和形态学发生改变 进而增强植物对盐胁迫的耐 受性 7 已报道的能够增强植物耐盐的微生物种类 包括细菌界变形杆菌门 厚壁菌门及放线菌门等以 及真菌界子囊菌门 球囊菌门等 8 这些微生物互作 介导的盐胁迫下作物养分利用效率的主要替代策略 包括诱导作物吲哚乙酸产生 增强植物生根系统 促进有机酸分泌以及刺激胞外多糖等复杂化合物积 累等 9 10 本研究切入点 目前 国内外研究作物 耐盐机制大多从植物对环境的适应性角度探讨 主 要围绕着不同盐分含量下种子萌发 生物量积累 渗透调节 抗氧化系统等方面的变化进行研究 11 13 在根际微生物群落对不同含盐量的响应方面报道相 对较少 且研究多以水稻 棉花 向日葵 林木等 常见耐盐植物为研究对象 14 16 对于不同含盐量下蔬 菜等经济作物根际土壤微生物的变化研究相对较少 蔬菜耐盐性较弱 一般只能在含盐量 为 0 8 以下的 土壤中生长 17 滨海地区土壤重度盐碱化问题对蔬 菜的生产力和营养品质形成较大的威胁 长期限制 着滨海地区蔬菜的播种面积和产品质量的提升 但 设施蔬菜生产效益高 其盐碱地栽培为滨海盐碱地 生态化 高值化利用提供了新的途径 同时 蔬菜 根际微生物群落是盐碱地改良利用的重要生物资源 对蔬菜根际微生物的研究也可为滨海盐碱土的改良 和治理提供新的思路 因此 探究不同品种蔬菜响 应土壤含盐量变化的根际反馈作用机制显得尤为重 要 拟解决的问题 本试验从耐盐根际环境出发 通过比 较 2种蔬菜作物在不同土壤含盐量条件下根 际土壤离子组成和微生物群落变化的研究 探讨土 壤盐分对不同品种蔬菜作物根际反馈作用机制 为 进一步研究蔬菜耐盐根际效应奠定理论基础 并为 滨海地区选育耐盐蔬菜品种资源提供一定的理论 依据 1 材料与方法 1 1 试验区概况 试验区位于上海市奉贤区五四农场六队园艺场 121 73 24 E 30 87 96 N 受亚热带海洋性季 风气候影响 年平均气 温 16 1 年平均降水量 为 1191 5 mm 常年无霜 期 225 d 试验区土壤为滨海 盐土 围垦年 限 50 a以上 设施大棚棚龄 为 6 a 试 验地设施大棚土壤基础理化性状见表1 表 1 供试土壤基础理化性状 Table 1 Physicochemical parameters of the soil with different salt levels 盐分等级 Salt level 有机质 g kg 1 Organic matter 可溶性总盐 g kg 1 Total dissolved salt 碱解氮 mg kg 1 Alkali hydrolyzale nitrogen 有效磷 mg kg 1 Available phosphorus 速效钾 mg kg 1 Available potassium pH 高盐区 25 85 0 92 5 26 1 06 133 92 9 31 100 40 10 61 321 50 54 45 7 64 0 16 中盐区 29 15 2 33 2 85 0 33 167 00 18 39 98 90 8 63 293 50 13 44 7 76 0 03 低盐区 23 42 1 02 1 86 0 23 71 19 1 25 100 15 7 28 175 20 14 42 7 83 0 16 1 2 供试材料与试验设计 试验选用二因素裂区试验设计 主因素 为 3个 盐分梯度 副因素 为 2个耐盐蔬菜品种 根据前期 土壤本底调查数据 设 置 3个土壤盐分梯度 LS 低 盐 4 g kg 1 并根据试验区园艺场前期初步筛选获得 的耐盐蔬菜品种 选 择 1个耐盐瓜菜品种 C1 长香 丝瓜 Luffa cylindrica L 以 及 1个耐盐叶菜品种 C2 上海青 Brassica chinensis L 作为供试作物 试验共 计 6个处理 分别记 为 LSC1 LSC2 MSC1 MSC2 HSC1和 HSC2 每个处理分别选取符合盐 分梯度条件且前茬种植作物品种及施肥结构保持一 致 的 3个大棚作 为 3个重复 共计选 取 18个大棚开 展试验与跟踪调查 上海青的茬口安排为一年五茬 本茬播种时间 为 2022年 5月 30日 种植行 距 30 cm 株 距 10 cm 生长期 为 45 d 施肥结构为 基施复合 肥 N P2O5 K2O 15 15 15 450 kg hm 2 追 施 1次 15 15 15复合 肥 450 kg hm 2 长香丝瓜的茬口安排 为一年一茬 本茬移栽时间 为 2022年 3月 24日 种植行 距 60 cm 株 距 30 cm 施肥结构为 基施菜 籽 饼 4500 kg hm 2和 15 15 15复合 肥 750 kg hm 2 追 施 1次高钙复合肥 N P2O5 K2O Ca 12 5 30 20 240 kg hm 2和 4次 15 15 15复合肥 每次用 量 450 kg hm 2 其余田间管理均参照园艺场常规管理进行 1 3 样品采集与检测 土壤样品采集 2022年 8 月 22 日 用土钻对角 线 5 点取样法采集 0 20 cm 耕层土样 去除杂质均 匀混合后四分法留取 1 5 kg 自然风干 研磨过筛 1454 土 壤 通 报 第 55 卷 用于土壤理化性质测定 同时 采用抖根法采集根 际土壤样品 选取长势一致的作物 将作物根系上 的附着土壤作为根际土壤 挑出根系 石块 虫体 等杂物 用手轻抖根系剩余土壤装于无菌自封袋 过筛后装于离心管 80 保存 用于测定土壤中细 菌 真菌的丰度和多样性 土壤理化性质测定 土壤可溶性总盐含量用烘 干残渣法测定 土壤 pH 值测定采用 pH 计法 土水 比 1 2 5 土壤有机质含量测定采用重铬酸钾外 加热法 土壤有效磷含量测定采用钼蓝比色法 碱 解氮含量测定采用碱解扩散法 速效钾含量测定采 用火焰光度法 土壤中水溶性八大离子测定方法为 K Na 用火焰光度计法测定 Ca2 Mg2 用 EDTA 络 合 滴 定 法 测 定 CO32 HCO3 用 标 准 H2SO4滴定法测定 SO42 用 EDTA 络合滴定法测定 Cl 用标准硝酸银滴定法测定 18 土壤微生物群落丰度测定 采用实时荧光定 量 qPCR 方法测定土壤细菌 真菌丰度 采用 MIO BIO PowerSoil DNA Isolation Kit 试剂盒 Carlsbad USA 提取土壤 总 DNA 提取过程按试剂盒说明书 进行 经 DNA 浓度和纯度检测后 利用 ABI GeneAmp 9700 型 PCR 分别针对细菌 16S rRNA 真 菌 ITS 进行 PCR引物扩增 细菌引物 为 338F 5 ACTCCTACGGGAGGCAGCAG 3 和 806R 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 真菌引物为 ITS1F 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 和 ITS2R 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 PCR 反应体系 为 20 L 5 TransStart FastPfu 缓冲 液 4 L 2 5 mmol L 1 dNTPs 2 l 上游引物 5 mol L 1 0 8 l 下游引物 5 mol L 1 0 8 l TransStart FastPfu DNA 聚合酶 0 4 l DNA 模板 1 l 最后用灭菌 ddH2O 补足 细菌扩增条件 95 预变性 3 min 27 个循环 95 变 性 30 s 55 退 火 30 s 72 延 伸 30 s 最后 72 延伸 10 min 真菌扩增条件 95 预变性 3 min 35个循环 95 变性 30 s 55 退火 30 s 72 延伸 30 s 最后 72 延伸 10 min 19 qPCR 反应在专用的 PCR 八连 管 Axygen USA 中进行 所有样品做 3个重复 使用 Takara 的 fast qPCR 试剂盒 实时定 量 PCR 在 FTC 3000 荧光定量 PCR 仪中进行 土壤样品与标 准曲线同时扩增 根据标准曲线计算样品中的基因 拷贝数 以每克鲜土基因拷贝数为单位进行分析 土壤细菌和真菌群 落 Illumina Miseq测序 使 用 2 琼脂糖凝胶回 收 PCR产物 利 用 AxyPrep DNA GelExtraction Kit Axygen Biosciences Union City CA USA 进行纯化 Tris HCl洗脱 2 琼 脂 糖 电 泳 检 测 19 利 用 QuantiFluor TM ST Promega USA 进行检测定量 使 用 TruSeq DNA PCR Free SamplePreparation Kit Illumina公司 建库试剂盒进行文库构建 利 用 Illumina公司 的 Miseq PE 2 300平台进行测序 委托上海美吉生物 医药科技有限公司 测序后对有效序列进行过滤 优化处理 使用 UPARSE 软件 以 97 的序列相似 度为标准 进行 OTUs operational taxonomic units 聚类和物种分类注释 1 4 数据处理 数据采用 Excel 2010和 SPSS 18 0软件进行处 理和绘图 采用两因素方差分析比较盐分胁迫和耐 盐蔬菜品种对土壤盐分离子组成以及微生物数量的 影响 采用邓肯 Duncan 法进行显著性比较 采 用pearson相关分析主要盐基离子之间的相关性 2 结果与分析 2 1 设施菜田土壤主要盐基离子组成及相关性分析 不同土壤含盐量下设施蔬菜根际土壤离子组成 测定结果表明 表 2 高盐条件下土壤水溶 性 Na 和 Cl 含量高于低盐条件 对比两种耐盐品种蔬菜 高盐土壤设施长香丝瓜根际土壤水溶 性 SO42 HCO3 及 Cl 含量均显著低于上海青 各处理土壤水 溶 性 CO32 均未检出 低 于 0 012 g kg 1 比较不同 处理对土壤阴阳离子的影响 发现不同土壤含盐量 对各盐基离子含量 除 CO32 外 的影响均达到极显 著水平 P 0 01 不同蔬菜品种处理对土壤水溶 性 K Ca2 Mg2 SO42 HCO3 和 Cl 含量的影 响均达到显著水平 P 0 05 设施蔬菜根际土壤盐分离子含量之间的相关性 结果表明 表 3 土壤水溶 性 K 与 Na Ca2 Mg2 SO42 和HCO3 均显著相关 且与Ca2 Mg2 和 SO42 相关性达到极显著水平 P 0 01 Na 与 K Mg2 SO42 和 HCO3 均显著相关 且 与 Mg2 相关性达到极显著水平 P 0 01 Ca2 与 K Mg2 SO42 和 Cl 均极显著相关 P 0 01 Mg2 与 K Na Ca2 SO42 和 HCO3 均显著相关 且 与 K Na Ca2 和 SO42 相关性达到极显著水平 P 0 01 SO42 与 K Na Ca2 Mg2 HCO3 及 Cl 均显著相关 且 与 K Ca2 Mg2 正 5 期 蔡树美等 土壤盐分含量对设施蔬菜根际微生物群落结构的影响 1455 相关性达到极显著水平 P 0 01 HCO3 与 K Na Mg2 和 SO42 均显著相关 Cl 与 Ca2 和 SO42 均极显著负相关 P 0 01 表 3 设施蔬菜根际土壤盐分离子之间的pearson相关系数 因子 Factor K Na Ca2 Mg2 SO42 HCO3 Cl K 1 000 Na 0 573 1 000 Ca2 0 741 0 400 1 000 Mg2 0 957 0 622 0 757 1 000 SO42 0 941 0 530 0 818 0 864 1 000 HCO3 0 482 0 566 0 344 0 494 0 493 1 000 Cl 0 431 0 219 0 725 0 400 0 674 0 270 1 000 注 相关系数临界值 R0 05 0 468 R0 01 0 590 n 18 2 2 含盐量对设施菜田土壤微生物区系的影响 2 2 1 含盐量 对设施菜田土壤细菌和真菌群落丰 度的影响 采用两因素随机区组试验 比较了不同土 壤盐分因子和不同耐盐蔬菜品种对设施菜田土壤细 菌和真菌数量的影响 表 4 结果显示 不同盐分 条件对细菌和真菌数量均有显著影响 P 0 05 不同耐盐蔬菜品种对真菌数量有显著影响 P 0 05 但对细菌数量影响不显著 随着盐分含量升 高 长香丝瓜和上海青根际土壤中细菌和真菌数量 总体呈现先上升后下降的趋势 中盐条件下 长香 丝瓜根际土壤中真菌数量显著高于其他处理 P 0 05 达到2 48 108 copies g 1 表 4 含盐量对2种蔬菜根际土壤细菌和真菌数量的影响 Table 4 Effect of soil salinity on soil bacteria and fungi in the rhizosphere of two vegetable species 处理 Treatment 细菌 16S 基因拷贝数 16S Quantity 1010 copies g 1 真菌 ITS 基因拷贝数 ITS Quantity 108 copies g 1 HSC1 0 85 0 09 b 1 04 0 17 bc HSC2 0 95 0 09 b 1 41 0 19 b MSC1 1 32 0 11 a 2 48 0 09 a MSC2 1 19 0 05 a 0 54 0 07 d LSC1 0 69 0 05 b 0 64 0 07 cd LSC2 0 79 0 07 b 0 38 0 03 d 变异来源 方差显著性统计 方差显著性统计 盐分梯度 蔬菜品种 ns 盐分梯度 蔬菜品种 ns 表 2 含盐量对2种蔬菜根际土壤盐分离子组成的影响 Table 2 Effect of soil salinity on ion composition in the rhizosphere of two vegetable species 处理 Treatment K g kg 1 Na g kg 1 Ca2 g kg 1 Mg2 g kg 1 CO32 g kg 1 SO42 g kg 1 HCO3 g kg 1 Cl g kg 1 HSC1 0 03 0 00 b 0 24 0 01 a 0 13 0 01 c 0 05 0 00 b ND 0 31 0 05 e 0 18 0 02 cd 0 25 0 01 b HSC2 0 02 0 00 b 0 27 0 01 a 0 10 0 00 d 0 03 0 00 d ND 0 44 0 05 cd 0 21 0 01 b 0 27 0 01 a MSC1 0 03 0 00 b 0 18 0 01 b 0 10 0 01 d 0 04 0 00 bc ND 0 36 0 03 de 0 20 0 00 bc 0 27 0 01 a MSC2 0 28 0 01 a 0 16 0 01 b 0 22 0 01 a 0 11 0 00 a ND 1 50 0 12 a 0 16 0 01 d 0 15 0 01 d LSC1 0 02 0 00 b 0 21 0 02 ab 0 17 0 01 b 0 04 0 00 bc ND 0 63 0 04 b 0 18 0 01 cd 0 16 0 00 cd LSC2 0 01 0 00 b 0 26 0 03 a 0 14 0 01 c 0 04 0 00 bc ND 0 50 0 06 c 0 25 0 01 a 0 17 0 00 c 变异来源 方差显著性统计 盐分梯度 蔬菜品种 ns 盐分梯度 蔬菜品种 ns 注 表示P 0 05 表示P 0 01 ND表示未检出 ns表示P 0 05 不同小写字母表示不同处理间差异显著 P 0 05 下同 1456 土 壤 通 报 第 55 卷 2 2 2 含盐量对设施菜田土壤细菌和真菌群落结构 的影响 基 于 Bray Curtis距离 在 ASV水平 的 PCoA分析揭示了不同含盐量下土壤样本微生物群落 之间的相似性 图 1 不同颜色或形状的点代表不 同分组的样本 两样本点越接近 表明两样本物种 组成越相似 横纵坐标表示相对距离 结果表明在 不同含盐量下 土壤样本细菌和真菌群落结构之间 均发生显著分离 图 1a和 图 1b 对于细菌群落结 构而言 低盐条件下分离显著 图 1a 而对于真 菌群落结构 高盐条件下分离显著 图 1b 表明 高盐条件显著改变了土壤真菌群落结构组成 图 1 不同含盐量下2种蔬菜根际土壤细菌 a 和真菌 b 群落结构的PCoA分析 Fig 1 PCoA analysis of community structure of bacteria a and fungi b in the rhizosphere soil of two vegetable species under different soil salinity 通过对低盐和高盐条件下设施菜田土壤微生物 群落进行比较 图 2 发现对于细菌优势菌群只有 鞘 氨 醇 单 胞 菌 属 Sphingomonas与 norank f Methyloligellaceae两个菌属相对丰度显著不同 P 0 05 Wilcoxon秩和检验 而对于真菌优势菌群 两组之间有八个菌属 腐质霉 属 Humicola 被孢霉 属 Mortierella 镰 刀 菌 属 Fusarium 毛 壳 菌 属 Chaetomium 翅 孢 壳 属 Emericellopsis 曲 霉 属 Aspergillus unclassified p Ascomycota 瓶 毛 壳 属 Lophotrichus 的相对丰度有显著差异 P 0 05 图 2 不同含盐量对2种蔬菜根际土壤细菌 a 和真菌 b 群落结构的影响 两两比较 Fig 2 Effect of different soil salt levels on the community structure of bacteria a and fungi b in the rhizosphere soil of two vegetable species pairwise comparison 图 3显示了不同含盐量下长香丝瓜和上海青根 际土壤细菌和真菌属水平群落组成结构 相对丰度 0 01的菌属合并 为 Others 从图中看出 不同含盐 量下长香丝瓜和上海青的根际土壤样本中 细菌主 要 优 势 菌 群 组 成 相 似 芽 孢 杆 菌 Bacillus和 Vicinamibacterales为主要优势物种 两者之和占比 均超过10 图3a c 不同含盐量下 长香丝瓜和上海青根际土壤样 5 期 蔡树美等 土壤盐分含量对设施蔬菜根际微生物群落结构的影响 1457 本中真菌主要优势菌群组成均存在较大差异 图 3d e f 低盐条件下 图 3d 镰刀菌 属 Fusarium 被孢霉 属 mortierella丰度占比在长香丝瓜根际土壤 中分别 为 13 6 和 10 4 上海青分别 为 14 8 和 12 3 中盐条件下 图 3e 长香丝瓜根际土壤优 势真菌曲霉 属 Aspergillus和腐质霉 属 Humicola丰度 占比分别达 到 27 3 和 14 6 上海青新赤壳 属 Neocosmospora和被孢霉 属 mortierella丰度占比达 到 13 4 和 9 6 高盐条件下 图 3f 长香丝瓜 根际土壤优势真菌腐质霉 属 Humicola和新赤壳 属 Neocosmospora丰度占比分别 为 9 7 和 9 2 其在 上海青根际土壤中丰度占比分别 为 20 5 和 10 3 此外 研究结果显示在低盐 中盐和高盐条件下 上海青根际土壤腐质霉 属 Humicola丰度占比分别 为 0 9 3 4 和 20 5 在低盐 中盐和高盐条件下 丝瓜根际土壤新赤壳 属 Neocosmospora丰度占比分 别 为 5 4 6 3 和 9 2 体现了不同蔬菜品种在 根际土壤中招募耐盐真菌的差异性 2 2 3 盐基离子对蔬菜根际土壤微生物群落的影响 基 于 Spearman相关性检验方法 分析了盐碱地设 施菜田土壤盐基离子与微生物群落属水平的相关性 图 4 整体而言 细菌群落受盐基阳离子的影响 较大 而真菌群落受盐基阴离子的影响更大 从细 菌优势菌属与盐基离子的相关性来看 Na 与链霉菌 属 Streptomyces显 著 正 相 关 P 0 05 与 Vicinamibacterales显著负相关 P 0 05 真菌优 势菌属受盐基离子的影响相较于细菌更大 其中 SO42 与 镰 刀 菌 属 Fusarium极 显 著 正 相 关 P 0 01 与毛壳菌 属 Chaetomium显著负相关 P 0 05 HCO3 与毛壳菌 属 Chaetomium显著正相关 P 0 05 与镰刀菌 属 Fusarium及曲霉 属 Aspergillus均呈显著负相关 P 0 05 3 讨论 3 1 盐碱地设施菜田土壤盐分积累及盐基离子之间 的相关性 研究不同耐盐品种蔬菜种植与土壤盐分变化 主要盐基离子组成的关系 可从离子角度明确设施 菜田盐碱化主要障碍因子 本试验条件下 菜田土 壤水溶性阳离子 中 Na 和 Ca2 含量较高 水溶性阴 离子 中 SO42 和 Cl 含量较高 并 且 Na 含量差异主 要由含盐量引起 而 Ca2 SO42 和 Cl 含量差异受 含盐量和蔬菜品种的双重影响 K Na Ca2 Mg2 与 SO42 和 HCO3 两两之间均有显著相关性 图 3 不同含盐量对2种蔬菜根际土壤细菌 a b c 和真菌 d e f 属水平群落结构的影响 Fig 3 Effect of different soil salt levels on the community structure of bacteria a b c and fungi on genus level d e f in the rhizosphere soil of two vegetable species 1458 土 壤 通 报 第 55 卷 表 2 3 有研究表明高盐条件下 高含 量 Na 造 成粘土颗粒粘在一起的力大大减弱 使土壤颗粒崩 解 膨胀和分散 最终破坏土壤团聚结构 土壤颗 粒膨胀和分散引起表层板结和硬化 影响水分入渗 率和导水率 从而降低作物根际养分吸收 20 21 石灰 性土壤及盐渍化土壤中一般钙离子含量较高 过高 的钙离子含量容易造成土 壤 pH升高 并抑制作物对 磷和铁等元素的吸收 22 本研究中不同含盐量土壤 中钙离子含量高可能是由于高盐条件下根际土壤微 生物在分解过程中产 生 CO2 降低了根际微 区 pH 进而促进了石灰性土壤 中 CaCO3等碳酸盐矿物的分 解 23 土壤中过量 的 SO42 易活化土壤中的铝离子 对作物产生毒害作用 且易在土壤中形成硫化氢气 体 破坏土壤中的好氧有益微生物 促进厌氧型的 有害微生物生长 导致土传性病害的发生 此外 过量 的 SO42 可以跟土壤中施入的离子态的钙 如硝 酸钙 等反应 形成硫酸钙 加剧土壤板结 24 本 试验 中 Cl 含量 与 SO42 Ca2 极显著负相关 表 3 土壤中过高 的 Cl 含量除易造成土壤板结问题外 还 会激活土壤中铝和锰等金属元素活性 增加土壤渗 透势 并加剧土壤盐害 导致作物烧根烧苗和根系 养分胁迫 缺乏或毒害 25 3 2 盐碱土壤微生物多样性与盐基离子之间的相关性 影响盐碱土壤微生物群落结构的主要生态因子 有土壤盐碱类型和盐碱度等 许多研究表明细菌群 落对盐碱环境有较好的适应能力 其群落丰度与多 样性受盐碱胁迫影响相对小 26 本研究结果表明细 菌群落主要受盐基阳离子的影响较大 而真菌群落 主要受盐基阴离子的影响较大 不同含盐量对土壤 细菌群落影响的差异性相对较小 图 2 关联分析 结果揭示在土壤细菌属水平仅链霉菌 属 Streptomyces Vicinamibacterales与土 壤 Na 含量相关性达到显著 水平 图 4 链霉菌 属 Streptomyces具有较强盐分 耐受性 属于嗜盐性放线菌门 在多种极端盐环境 中被分离获得 27 本研究亦证实其对土壤主要盐基 阳 离 子 Na 敏 感 与 Na 呈 显 著 正 相 关 性 Vicinamibacterales是酸杆菌门典型的嗜酸性菌群 本研究揭示在滨海盐碱地环境下 其丰度与土 壤 Na 呈显著负相关性 此外 研究发现真菌优势菌属受 盐基离子的影响相较于细菌更大 且主要影响因子 为盐基阴离子 土壤主要盐基阴离 子 SO42 与镰刀菌 属 Fusarium极 显 著 正 相 关 与 毛 壳 菌 属 Chaetomium显 著 负 相 关 HCO3 与 毛 壳 菌 属 Chaetomium显著正相关 与镰刀菌 属 Fusarium及曲 霉 属 Aspergillus均呈显著负相关 图 4 镰刀菌 属 Fusarium 曲霉 属 Aspergillus作为常见植物病原 菌群 可侵染多种作物 并引起作物的根腐 茎腐 和穗腐等多种病害 28 毛壳菌 属 Chaetomium作为重 要的生防菌资源 在作物病害防治方面具有突出的 表现 29 研究结果揭示了相较 于 HCO3 土壤 中 SO42 含量的升高可能更易造成设施蔬菜病害及连作 障碍发生的潜在风险性增强 图 4 设施菜田土壤细菌 a 和真菌 b 群落结构与盐基离子间的相关性图 Fig 4 Correlation heatmap of soil salt based ions and soil bacterial a and fungal community structures b for facility vegetable fields 5 期 蔡树美等 土壤盐分含量对设施蔬菜根际微生物群落结构的影响 1459 3 3 不同品种设施蔬菜根际土壤优势耐盐微生物 根际土壤微生物对植物的生长和代谢具有重要 影响 在面对高盐条件等逆境胁迫时 微生物发挥 着重要作用 利用微生物来缓解盐胁迫是提高盐碱 土壤作物产量的重要手段 4 11 本研究在设施菜田高 盐条件下发现芽孢杆菌属 Vicinamibacterales 腐质 霉属和新赤壳属均能维持菌群相对丰度 表现出较 强的耐盐性 比较不同蔬菜品种及不同含盐量下土 壤样本间细菌与真菌群落结构的差异 发现各样本 间真菌群落结构差异明显大于细菌群落结构差异 图 2 3 主要体现在细菌群落结构在各物种丰度 上虽然各不相同 但属水平种类组成基本相同 而 真菌群落结构不仅在各物种丰度上差异较大 并且 在属水平种类组成上也表现出较大差异 这可能是 由于真菌对于环境变化的响应比细菌更加敏感 能 通过及时调整根际菌群结构来应对外界盐胁迫 干 旱等非生物胁迫 30 此外 本研究显示高盐条件下 上海青根际土壤的腐质霉属丰度占比提升 到 20 5 长香丝瓜的新赤壳属丰度占比提升 至 9 2 体现了 不同蔬菜品种在根际土壤中招募耐盐真菌的策略差 异性 图 3 高盐条件下 上海青对于腐质霉属以 及长香丝瓜对于新赤壳属可能存在比较强烈的诱导 增殖作用 研究还发现了高盐条件下芽孢杆菌 及 Vicinamibacterales等耐盐微生物在设施蔬菜根际高 度富集 这些耐盐微生物能够通过自身的高钾离子 吸收 强吸水性等机制很好地适应高盐环境 同时 与植物进行互作 缓解植物根系的盐胁迫 31 这些 耐盐微生物或可成为设施盐碱土壤蔬菜栽培以滨海 盐碱地改良的可利用资源 4 结论 不同含盐量下设施蔬菜根际土壤盐分离子组成 存在差异 高盐条件下长香丝瓜和上海青根际土壤 水溶 性 Cl 含量均显著高于低盐条件 且长香丝瓜根 际土壤水溶 性 SO42 HCO3 及 Cl 含量均显著低于上 海青 设施蔬菜根际土壤细菌群落受土壤盐基阳离 子 Na 的影响较大 真菌群落受盐基阴离 子 HCO3 SO42 的影响更大 随着土壤含盐量增加 长香丝瓜 和上海青根际土壤中细菌和真菌数量总体呈现先上 升后下降的趋势 不同土壤含盐量对真菌群落结构 的影响大于细菌 设施蔬菜可能首先通过招募根际 土壤中芽孢杆菌属 Vicinamibacterales 腐质霉属和 新赤壳属等优势耐盐微生物来增强根系对土壤盐胁 迫的适应性 参考文献 杨劲松 姚荣江 王相平 等 中国盐渍土研究 历程 现状与展望 J 土壤学报 2022 59 1 10 27 1 云雪雪 陈雨生 国际盐碱地开发动态及其对我国的启 示 J 国土 与自然资源研究 2020 1 84 87 2 巫明明 曾 维 翟荣荣 等 水稻耐盐分子机制与育种研究进展 J 中国水稻科学 2022 36 6 551 561 3 陈 龙 金阿南 马香娟 等 微生物高盐渗透适应策略及其耐盐强 化研究进展 J 微生物学报 2022 62 9 3306 3317 4 Eswar D Karuppusamy R Chellamuthu S Drivers of soil salinity and their correlation with climate change J Current Opinion in Environmental Sustainability 2021 50 310 318 5 Isayenkov S Maathuis F Plant salinity stress Many unanswered questions remain J Frontiers in Plant Science 2019 10 00080 6 He L Mazza Rodrigues J L Soudzilovskaia N A et al Global biogeography of fungal and bacterial biomass carbon in topsoil J Soil Biology and Biochemistry 2020 151 108024 7 王焓屹 王瑞菲 钟 玮 等 黄河三角洲湿地土壤中功能微生物群 落的结构特征和影响因素研究进 展 J 湿地科学 2022 20 1 111 118 8 耐盐微生物与盐土农 业 M 北京 中国农业科学技术出版社 2021 9 Rath K M Fierer N Murphy D V et