关键词:
棉花
磷
根系形态
根际微生物群落
磷循环
功能基因
摘要:
土壤微生物直接参与磷素循环,影响作物生长发育,研究不同磷素水平下棉花根际微生物群落多样性的变化,对活化土壤磷素和合理施肥具有重要意义。本文以连续9年磷肥定位试验为基础,设置低磷(LP,3.06 mg·kg^(-1)有效磷)、中磷(MP,19.44mg·kg^(-1)有效磷)、高磷(HP,63.35mg·kg^(-1)有效磷)3个磷水平处理,研究不同磷素水平下土壤理化性质、根系形态、根际磷循环微生物多样性和关键功能基因的变化。结果表明:土壤无机磷、有机磷和总磷含量随磷素水平增加而显著增加。与HP处理相比,LP处理的土壤有机质和全氮含量分别显著增加22.76%和35.48%,MP处理的碱解氮含量显著增加17.61%。与HP处理相比,LP处理棉花叶片、秸秆、籽棉的磷含量和P2O5携出量均显著减少,MP处理磷肥利用率显著增加。棉花0~20cm和0~60cm土层根长及0~20cm土层根表面积、根冠比和比根长均随磷素水平增加而减少,而0~20cm土层根体积随磷素水平增加而显著增加。与HP处理相比,MP处理籽棉产量无显著差异,而LP处理的籽棉产量显著减少7.54%。棉花根际微生物在各分类单元数量随磷素水平增加呈降低趋势;与HP处理相比,MP处理微生物基因的Simpson指数无显著变化,LP处理微生物基因的Simpson指数显著增加;在属水平上,与HP处理相比,除溶杆菌属(Lysobacter)、贪噬菌属(Variovorax)外,MP处理相对丰度排名前10的微生物种群排序一致;而LP处理天山中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、根瘤菌(Rhizobium)相对丰度增加,黄色类固醇杆菌属(Steroidobac-ter)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、溶杆菌属、贪噬菌属、链霉菌属(Streptomyces)、苯基杆菌属(Phenylobac-terium)相对丰度减少,其中与根系生长发育密切相关的贪噬菌属相对丰度下降52.31%。与HP处理相比,LP处理的解磷微生物芽孢杆菌属(Bacillus)、节杆菌属(Arthrobacter)相对丰度均上调,黄杆菌属(Flavobacterium)、沙门氏菌属(Salmonella)、产碱杆菌属(Alcaligenes)和根霉菌属(Rhizopus)相对丰度均下调;MP处理的黄杆菌属相对丰度上调,产碱杆菌属相对丰度下调。与HP处理相比,LP处理的磷养分活化过程基因丰度升高,MP处理的磷养分吸收过程基因丰度升高。因此减少施磷会增加根际土壤微生物基因多样性,增强磷养分的活化和吸收过程,促进根系生长,棉花生产中可适量减少磷肥施用量,冀中南一般棉田磷肥推荐用量(P2O5)为90kg·hm^(-2)。