劉志平，周懷平，解文艷，楊振興，馬曉楠，胡雪純

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，省部共建有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(籌)，山西 太原 030031)

土壤微生物和酶活性是表征土壤肥力的重要指標(biāo)，二者在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)過(guò)程中起著極其重要的作用[1-2]。土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，包括細(xì)菌、真菌、古菌等。其中，細(xì)菌是土壤中最大的功能性類(lèi)群之一，參與土壤呼吸、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、有機(jī)物分解等過(guò)程[3-4]，其多樣性是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量及生產(chǎn)力的重要指標(biāo)[5]。土壤酶是由微生物、動(dòng)植物活體分泌以及由動(dòng)植物殘?bào)w、遺骸分解，釋放于土壤中的一類(lèi)具有催化能力的生物活性物質(zhì)，是土壤生態(tài)系統(tǒng)新陳代謝的重要?jiǎng)恿?，其活性可以反映出不同土壤生物化學(xué)反應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)度和土壤養(yǎng)分狀況[6]。研究表明，土壤微生物及酶活性與土壤的理化性質(zhì)、施肥方式、耕作措施等密切相關(guān)[7-8]。施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要措施，可以提升土壤養(yǎng)分，增加糧食產(chǎn)量。近年來(lái)，為了保證糧食供給，大量的化肥輸入農(nóng)田，導(dǎo)致土壤出現(xiàn)板結(jié)、鹽堿化、糧食減產(chǎn)等現(xiàn)象[9-10]，同時(shí)也影響到了土壤細(xì)菌的生存環(huán)境及土壤酶活性。細(xì)菌的豐富度、均勻度、結(jié)構(gòu)組成都會(huì)直接或者間接影響到土壤肥力、土壤酶活性，進(jìn)而威脅到糧食安全。

大量研究表明，施肥影響土壤細(xì)菌的多樣性，合理施肥能顯著提高細(xì)菌OTU數(shù)量、功能多樣性及活性[11]，而長(zhǎng)期不合理施肥卻降低了細(xì)菌的α-多樣性，很大程度上改變了細(xì)菌的物種組成[12]，細(xì)菌群落的變化又會(huì)間接影響土壤酶活性，合理施肥可以提高土壤蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶等的活性[13-15]。土壤酶參與不同物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化，通常與土壤養(yǎng)分狀況關(guān)系密切，也會(huì)隨著作物生育期發(fā)生變化[16]。

隨著人口增加及人為擾動(dòng)加劇，我國(guó)耕地土壤出現(xiàn)不同程度的退化現(xiàn)象。山西是我國(guó)特色農(nóng)業(yè)大省，也是重要的糧食種植區(qū)。褐土是山西主要類(lèi)型之一，研究褐土不同施肥下土壤細(xì)菌的多樣性及土壤酶活性，對(duì)我省土壤肥力培育及合理施肥具有重要意義。土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的形成與演替需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的過(guò)程，長(zhǎng)期定位試驗(yàn)有利于合理、全面地解釋這一過(guò)程。目前用16S rRNA測(cè)序技術(shù)研究褐土區(qū)不同氮磷配施對(duì)細(xì)菌多樣性的報(bào)道比較少。本試驗(yàn)基于山西壽陽(yáng)長(zhǎng)達(dá)28 a的定位試驗(yàn)，以5個(gè)不同氮磷配施處理的耕層土壤(0～20 cm)為研究對(duì)象，采用Illumina Hiseq高通量測(cè)序技術(shù)，對(duì)土壤細(xì)菌16S rRNA的V3-V4區(qū)進(jìn)行測(cè)序，探討氮磷化肥配施對(duì)細(xì)菌多樣性及群落結(jié)構(gòu)的影響，通過(guò)測(cè)定蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶的活性，分析細(xì)菌群落與酶活性及環(huán)境因子之間的相關(guān)性，為山西褐土的肥力培育及氮磷化肥的合理減施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)地點(diǎn)位于山西省晉中市壽陽(yáng)縣宗艾鎮(zhèn)宗艾村“國(guó)家農(nóng)業(yè)環(huán)境壽陽(yáng)觀測(cè)試驗(yàn)站(113°06′38″E、37°58′23.0″N)”。試驗(yàn)站海拔為1130 m，土壤發(fā)生分類(lèi)為褐土，成土母質(zhì)為馬蘭黃土，系統(tǒng)分類(lèi)屬于簡(jiǎn)育干潤(rùn)雛形土(Hapli-Ustic Cambosols)[17]。該區(qū)屬中緯度暖溫帶半濕潤(rùn)偏旱區(qū)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫為7.4℃，年均降水量500 mm。試驗(yàn)地初始pH值為8.4，有機(jī)質(zhì)為23.8 g·kg-1、堿解氮為117.69 mg·kg-1、有效磷為4.84 mg·kg-1、有效鉀為100 mg·kg-1。

本長(zhǎng)期定位試驗(yàn)從1992年春開(kāi)始種植春玉米，采用大田裂區(qū)方式分布。按照氮肥和磷肥的用量梯度，共設(shè)置5個(gè)處理：N1P1, N2P2, N3P3, N4P4和CK，每個(gè)處理3個(gè)生物學(xué)重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)8.3 m，寬8 m，面積約為66 m2，各小區(qū)間起壟隔離。玉米品種為大豐30，播種密度為66 000株·hm-2，玉米播種前進(jìn)行旋地和施肥，氮肥為尿素(46% N)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(46% P2O5)，施肥量見(jiàn)表1，方式為全部播前基施。

表1 試驗(yàn)處理及施肥

1.2 樣品采集

2018年10月玉米收獲后，各小區(qū)采用“S”形取樣法，取5點(diǎn)制成一個(gè)混合土樣。用土鉆采集0～20 cm的土壤樣品去掉明顯的石礫、殘枝敗葉等雜物，用無(wú)菌袋裝好，將其置于冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室后分為兩部分，一部分用于土壤DNA的提取和微生物多樣性分析，可暫時(shí)保存于-80℃；另一部分自然風(fēng)干后過(guò)篩，進(jìn)行土壤酶活性及理化性質(zhì)的測(cè)定分析。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定方法均參照鮑士旦編著的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[18]。

1.3.2 土壤細(xì)菌多樣性分析 準(zhǔn)確稱(chēng)取0.5 g土樣，采用Fast DNA SPIN DNA提取試劑盒(MP Biomedicals, Santa Ana, CA, United States)，按照說(shuō)明書(shū)的方法進(jìn)行土壤DNA的提取，用0.7%的瓊脂糖凝膠進(jìn)行電泳，觀察條帶是否清晰、完整；用紫外分光光度計(jì)NanoDrop ND-1000(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)測(cè)定DNA的濃度。

通過(guò)PCR擴(kuò)增細(xì)菌的高變區(qū)V3-V4區(qū)，引物為338F(5’-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3’)和806R(5’-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3’)[19]，在上游引物中加入7個(gè)堿基的寡核苷酸標(biāo)簽序列barcode，用來(lái)區(qū)分不同樣品。PCR擴(kuò)增采用 NEB Q5 DNA 高保真聚合酶，反應(yīng)體積為25 μL，體系組成為：模板DNA 2 μL，上下游引物各1 μL，Q5 DNA聚合酶0.25 μL，反應(yīng)緩沖液5 μL，dNTP 2 μL，補(bǔ)無(wú)菌水到25 μL。PCR程序?yàn)椋?8℃預(yù)變性2 min；98℃變性15″，55℃退火30″，72℃延伸30″，反復(fù)25個(gè)循環(huán)；72℃充分延伸5 min。擴(kuò)增結(jié)果進(jìn)行2%瓊脂糖凝膠電泳，切取目的片段，然后用 AxyPrep DNA 凝膠回收試劑盒(Axygen Biosciences, Union City, U.S.)回收目的片段，通過(guò)PicoGreen dsDNA Assay Kit(Invitrogen, Carlsbad, CA, U.S.)進(jìn)行定量。將擴(kuò)增產(chǎn)物送至上海派森諾生物科技股份有限公司，進(jìn)行高通量測(cè)序。

1.3.3 土壤酶活性的測(cè)定 脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的質(zhì)量(mg)表示脲酶活性；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法，以24 h后1 g土壤中酚的質(zhì)量(mg)表示脲酶活性；蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以24 h后1 g土壤中葡萄糖的質(zhì)量(mg)表示蔗糖酶活性，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[20]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用QIIME對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[21]。首先，將與Barcode精確匹配的原始測(cè)序Reads分配給各樣本，去除低質(zhì)量序列，使用FLASH(v1.2.7)進(jìn)行組裝和拼接[22]，UCHIME(v4.2)進(jìn)行嵌合體剔除，剩余的優(yōu)質(zhì)序列通過(guò)UCLUST以97%的相似度閾值劃分OTU(Operational taxonomic units)[23]。從每個(gè)OTU中選擇一個(gè)具有代表性的序列，與Silva 132數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)和OTU分類(lèi)[24]。序列數(shù)據(jù)分析主要采用QIIME和R(v 3.6.3, Vegan package)進(jìn)行[25-26]。利用QIIME計(jì)算Chao1和Shannon指數(shù)。采用主成分分析(Principal component analysis，PCA)研究不同樣品間細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化。采用置換多元方差分析(PERMANOVA)[27]評(píng)估各組間細(xì)菌群落組成差異的顯著性。利用MEGAN[28]進(jìn)行細(xì)菌群落分類(lèi)組成和豐度可視化。采用無(wú)加權(quán)組算術(shù)平均法(UPGMA)，利用R軟件進(jìn)行物種組成相似性分析，并通過(guò)CANOCO軟件進(jìn)行細(xì)菌群落與環(huán)境因子的冗余分析(Redundancy analysis，RDA)。15個(gè)土壤樣本共得到376833條高質(zhì)量序列，原始數(shù)據(jù)已提交至NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中，編號(hào)為PRJNA706469。

采用SPSS軟件(version 22)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，檢驗(yàn)土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性、細(xì)菌α-多樣性指數(shù)等的正態(tài)分布和方差同質(zhì)性。在P=0.05水平下，采用LSD(Least significant difference)檢驗(yàn)分析數(shù)據(jù)間的顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮磷配施對(duì)土壤理化性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同氮磷配施對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響 不同氮磷施肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響如表2所示，與CK相比，氮磷化肥配施降低了土壤pH，并且提高了土壤AN、AP、AK、OM、TN、TP和TK的含量。其中，AN、AP、AK、OM和TP在各處理之間均存在顯著差異(P<0.05)。與CK相比，N1P1、N2P2、N3P3、N4P4處理的AN增幅分別為：97.8%，116.6%，159.0%和208.2%；AP的增加率分別為120.1%，387.7%，635.2%和862.6%。與CK相比，各氮磷配施處理土壤有機(jī)質(zhì)的增加率范圍為84.8%～102.9%，在N2P2處理中土壤有機(jī)質(zhì)達(dá)到最高，之后出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

表2 不同氮磷配施處理下土壤的理化性質(zhì)及玉米產(chǎn)量

2.1.2 不同氮磷配施對(duì)玉米產(chǎn)量的影響 氮磷配施顯著提高了玉米產(chǎn)量，且各處理間的差異顯著(P<0.05)。與CK相比，N1P1、N2P2、N3P3、N4P4處理的玉米產(chǎn)量增加率分別為63.9%，86.1%，83.1%和79.9%。玉米產(chǎn)量在N2P2處理中達(dá)到最高，之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明超過(guò)一定界限后繼續(xù)增加施肥量并不能增加玉米的產(chǎn)量。

2.2 不同氮磷配施處理下土壤細(xì)菌的多樣性

2.2.1 土壤細(xì)菌的α-多樣性 細(xì)菌的α-多樣性指數(shù)如表3所示，Chao1指數(shù)在不同處理間未見(jiàn)差異，Shannon指數(shù)只有在N1P1和N4P4兩處理間差異顯著(P<0.05)，其他處理之間差異不顯著。隨著氮磷化肥用量的增加，Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)均出現(xiàn)波動(dòng)，在N1P1處理下，兩種指數(shù)均達(dá)到最高，之后開(kāi)始下降，雖然在N3P3處理下Chao1指數(shù)重新出現(xiàn)上升，但是整體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，在N4P4處理中，兩種指數(shù)低于CK處理。

表3 不同氮磷配施處理下細(xì)菌的α-多樣性

2.2.2 門(mén)水平土壤細(xì)菌相對(duì)豐度 通過(guò)對(duì)各處理細(xì)菌16S rDNA的高通量測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析和比對(duì)得知，所有細(xì)菌共注釋到33個(gè)門(mén)，111個(gè)綱，315個(gè)目，522個(gè)科和956個(gè)屬。相對(duì)豐度值排序位于前10位的細(xì)菌門(mén)如圖1所示。排名在前5位的門(mén)依次為：變形菌門(mén)(Proteobacteria)、放線菌門(mén)(Actinobacteria)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)、芽單胞菌門(mén)(Gemmatimonadetes)，共占所有菌門(mén)的85%以上，在各個(gè)處理中平均相對(duì)含量為：23.3%～26.8%，20.5%～23.3%，15.0%～17.8%，12.9%～15.7%，7.1%～10.2%。與CK相比，N1P1、N2P2、N3P3、N4P4處理芽單胞菌門(mén)的相對(duì)含量提高，并且隨著氮磷化肥用量的增加，芽單胞菌門(mén)的相對(duì)含量逐漸升高，增加率依次為0.05%，2.47%，3.07%，3.09%。與此相反，酸桿菌門(mén)的相對(duì)含量隨著氮磷化肥用量的增加而呈現(xiàn)降低規(guī)律，與CK相比，N1P1、N2P2、N3P3、N4P4處理中酸桿菌門(mén)依次顯著降低了0.98%，1.52%，2.29%，2.79%。此外，放線菌門(mén)相對(duì)豐度依次降低了0.38%，2.22%，3.22%，2.52%。

圖1 不同處理下土壤細(xì)菌在門(mén)水平上的相對(duì)豐度

2.2.3 土壤細(xì)菌的β-多樣性 采用主成分分析進(jìn)行土壤細(xì)菌β-多樣性檢驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，PC1和PC2兩個(gè)軸分別解釋了64.1%和22.0%的細(xì)菌群落變化。整體來(lái)看，同一處理的3個(gè)重復(fù)距離較近，說(shuō)明平行性較好，而不同處理的樣本彼此分離，說(shuō)明不同施肥下土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有差異。置換多元方差分析(圖3)表明，組間差異顯著高于組內(nèi)差異(P<0.001)，R值為0.898，接近于1，因此，不同處理之間細(xì)菌群落差異顯著。

圖2 不同處理土壤細(xì)菌β-多樣性檢驗(yàn)的主成分分析

圖3 置換多元方差分析

2.3 不同氮磷配施對(duì)土壤酶活性的影響

如表4所示，不同氮磷配施對(duì)蔗糖酶、脲酶及堿性磷酸酶的影響規(guī)律不同。氮磷配施增加了土壤脲酶活性，N3P3和N4P4處理中，脲酶活性顯著高于CK處理，并且隨著氮磷用量的增加，脲酶活性呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，N1P1、N2P2、N3P3、N4P4處理中脲酶活性較CK分別增加3.2%、4.7%、8.4%和14.9%；相反，與CK相比，氮磷配施顯著降低了土壤堿性磷酸酶的活性，隨著氮磷用量的增加，堿性磷酸酶活性逐步降低，N1P1、N2P2、N3P3、N4P4處理中堿性磷酸酶活性較CK分別降低16.9%、18.5%、28.4%和29.0%。與CK相比，氮磷配施降低了土壤蔗糖酶活性，降低范圍為15.0%～28.5%，除N2P2處理外，差異均達(dá)到顯著水平；4個(gè)氮磷配施的處理中，N2P2處理蔗糖酶活性最高。

表4 不同處理對(duì)土壤酶活性的影響/(mg·g-1·24h-1)

2.4 影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的土壤理化因子及酶活性的RDA分析

通過(guò)CANOCO軟件對(duì)各處理下細(xì)菌群落和土壤理化因子及酶活性進(jìn)行RDA分析，結(jié)果如圖4所示。前兩個(gè)軸總共解釋了76%的細(xì)菌群落變化，第一軸為53.2%，第二軸為22.8%。其中，土壤AP(F=13.705，P=0.002)對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)率最大；其次為T(mén)N(F=11.507，P=0.002)，8個(gè)土壤理化因子及3個(gè)酶活性貢獻(xiàn)率順序?yàn)椋篈P>TN>TP>AN>SUC>ALP>URE>TK>pH>OM>AK。

圖4 不同處理下土壤細(xì)菌群落與土壤理化因子及酶活性的冗余分析

2.5 玉米產(chǎn)量與土壤理化因子及酶活性的相關(guān)性

玉米產(chǎn)量與土壤理化因子及酶活性間均存在不同程度的相關(guān)性(表5)。玉米產(chǎn)量與土壤AK、OM、TN、TK呈顯著正相關(guān)，與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)，與ALP呈顯著負(fù)相關(guān)；pH與AK、OM和TK均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；AN與TN和URE均呈顯著正相關(guān)；ALP活性與SUC活性呈顯著正相關(guān)，與URE活性呈顯著負(fù)相關(guān)。

表5 玉米產(chǎn)量與土壤理化性質(zhì)及酶活性的Pearson相關(guān)性分析

3 討 論

3.1 氮磷配施對(duì)土壤理化性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響

大量研究表明，長(zhǎng)期施用化肥會(huì)造成土壤的酸化[29-30]。本研究中試驗(yàn)地雖然偏堿性，但是與CK處理相比，施肥降低了土壤的pH值，可能是酰胺態(tài)氮肥尿素施入土壤中水解硝化逐年釋放H+所致[31-32]。施肥可以提高各類(lèi)型土壤中養(yǎng)分的含量及作物產(chǎn)量[33-34]，本研究CK處理中，土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源為作物根茬，每年玉米殘留根茬積累在土壤中的有機(jī)質(zhì)遠(yuǎn)不能滿足土壤每年分解的有機(jī)質(zhì)，因此不能維持試驗(yàn)前的有機(jī)質(zhì)水平。研究表明，適量施用化肥能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量或者極大程度地維持土壤有機(jī)質(zhì)的平衡[8-9]，在本結(jié)果中，隨著氮磷化肥量的增加，有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，并在N2P2處理中達(dá)到最高，可能是因?yàn)镹2P2處理的生物量最高，殘留根茬中有機(jī)碳含量也最高，有利于土壤中有機(jī)質(zhì)的維持與提升，而過(guò)量施用化肥導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，可能是因?yàn)榈视昧窟^(guò)高會(huì)改變土壤pH值，降低土壤中的C/N，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化。

玉米產(chǎn)量在N2P2處理中達(dá)到最高，且顯著高于其他處理，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)增施化肥可以提高作物產(chǎn)量，超過(guò)這個(gè)范圍便不再有增產(chǎn)作用。本研究中，N2P2的施肥量(N 120 kg·hm-2,P2O575 kg·hm-2)更適合山西褐土玉米的生長(zhǎng)。

3.2 氮磷配施對(duì)土壤細(xì)菌α-多樣性及群落組成的影響

α-多樣性指數(shù)是評(píng)價(jià)細(xì)菌群落多樣性的重要指標(biāo)，多樣性指數(shù)越高表明細(xì)菌群落的豐富度和均勻度越高。本研究中的Chao1指數(shù)側(cè)重體現(xiàn)細(xì)菌群落的豐富度，Shannon指數(shù)兼顧群落的均勻度。陳哲等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在稻田中長(zhǎng)期氮磷鉀配施可以增加土壤細(xì)菌的多樣性，但是單施氮肥細(xì)菌多樣性反而會(huì)降低；ZHOU等[36]研究發(fā)現(xiàn)在黑土上長(zhǎng)期施化肥會(huì)降低土壤細(xì)菌的多樣性。本結(jié)果的5個(gè)處理間兩項(xiàng)指數(shù)差異均不明顯，總體表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。

通過(guò)對(duì)各處理細(xì)菌16S rDNA的高通量測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析和比對(duì)得知，所有細(xì)菌共注釋到33個(gè)門(mén)。其中五大優(yōu)勢(shì)菌門(mén)依次為：變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、綠彎菌門(mén)、酸桿菌門(mén)和芽單胞菌門(mén)，這些菌門(mén)普遍存在于森林、湖泊、溫室等土壤中，具有較強(qiáng)的生成能力，但是細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)會(huì)隨生態(tài)位點(diǎn)及作用底物的差異而發(fā)生變化[37-38]。研究表明，酸桿菌門(mén)中的大部分細(xì)菌生長(zhǎng)緩慢，適合在營(yíng)養(yǎng)匱乏的環(huán)境中生長(zhǎng)[39]，因此，隨著氮磷化肥施用量的增加，酸桿菌門(mén)豐度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，芽單胞菌門(mén)適合在水分含量低的土壤中生存[40]，本研究N4P4處理氮磷化肥的施用量遠(yuǎn)超出作物需求，可能會(huì)導(dǎo)致土壤出現(xiàn)板結(jié)，進(jìn)而影響水分的入滲，因此，更適合芽單胞菌門(mén)的生長(zhǎng)。此外，不同土壤類(lèi)型、不同試驗(yàn)環(huán)境及不同作物也會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌各類(lèi)群的相對(duì)豐度有一定差異[41]，這也造成了本研究中某些菌門(mén)的相對(duì)豐度與其他研究的差別。

3.3 氮磷配施對(duì)土壤酶活性的影響

蔗糖酶參與土壤中碳水化合物的轉(zhuǎn)化，能促進(jìn)蔗糖分解成葡萄糖和果糖，是參與土壤碳循環(huán)的重要酶類(lèi)之一，也可用來(lái)評(píng)價(jià)土壤熟化程度；脲酶是一種作用于線型酰胺鍵的酶，能將尿素催化水解成氨、CO2等小分子無(wú)機(jī)化合物，是參與土壤氮素循環(huán)的重要酶類(lèi)之一，脲酶活性反映土壤有機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化能力和土壤無(wú)機(jī)氮的供應(yīng)能力；磷酸酶能夠催化土壤有機(jī)磷化合物礦化，其活性高低直接影響土壤中有機(jī)磷的分解、轉(zhuǎn)化及生物有效性，分為酸性磷酸酶、中性磷酸酶和堿性磷酸酶，本試驗(yàn)地的土壤pH值在8.42～8.65之間，以堿性磷酸酶為主。本研究選擇這3種酶，研究不同氮磷配施對(duì)它們的影響。結(jié)果顯示，脲酶活性隨著施肥量的增加而不斷提高，這與前人的研究結(jié)果類(lèi)似[42]。與CK相比，施肥整體降低了蔗糖酶的活性，但在4個(gè)氮磷梯度處理中，隨著氮磷化肥用量的增加，蔗糖酶活性出現(xiàn)先增加后降低的現(xiàn)象，在N2P2處理中達(dá)到最高，這一現(xiàn)象與土壤有機(jī)質(zhì)的變化趨勢(shì)吻合。陳文博等[43]在研究化肥對(duì)稻田土壤酶活性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在水稻分蘗盛期，隨著化肥量的增加，蔗糖酶活性下降，但在其他生育期蔗糖酶活性是增加的，說(shuō)明蔗糖酶活性與作物生育期也有一定關(guān)系。堿性磷酸酶主要來(lái)源于植物根系和微生物的分泌物，在pH值為9～10之間活性達(dá)到最高。有研究表明，磷肥的施入可以提高土壤磷酸酶的活性，但在本研究的結(jié)果中，4個(gè)氮磷配施的處理均降低了土壤堿性磷酸酶的活性，并且隨著施磷量的增加，呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，可能是因?yàn)槭┓屎笸寥纏H值降低，堿性磷酸酶的活性受到一定程度的抑制。

3.4 不同因子間相關(guān)性分析

土壤中養(yǎng)分、酶、細(xì)菌都是作物生長(zhǎng)不可或缺的因素。土壤酶很大一部分來(lái)自微生物的分泌物，因此細(xì)菌與土壤酶活性存在不同程度的相關(guān)關(guān)系。RDA前兩軸可以解釋76%的細(xì)菌群落變化，細(xì)菌優(yōu)勢(shì)門(mén)與土壤理化因子及酶活性存在一定的相關(guān)性。玉米產(chǎn)量與土壤AK、OM、TN、TK呈顯著正相關(guān)，與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)，與ALP呈顯著負(fù)相關(guān)，這與前人研究結(jié)果類(lèi)似[44-46]。土壤各理化因子與酶活性之間相互影響，共同促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)及能量流動(dòng)，為作物生產(chǎn)提供良好環(huán)境。

4 結(jié) 論

1)細(xì)菌β-多樣性在不同氮磷配施處理中差異顯著；隨著氮磷化肥用量的增加，細(xì)菌α-多樣性在N1P1處理中達(dá)到最高，之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2)隨著氮磷施用量的增加，土壤脲酶活性逐漸增加，蔗糖酶和堿性磷酸酶活性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3)RDA分析表明，土壤有效磷和全氮對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異的貢獻(xiàn)率最大。

4)土壤有機(jī)質(zhì)和玉米產(chǎn)量在N2P2處理中達(dá)到最高，施肥量N 120 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2更適合山西褐土玉米的生長(zhǎng)。

綜上所述，化肥施用過(guò)量不利于土壤中細(xì)菌多樣性及土壤酶活性的維持，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需適當(dāng)減少化肥用量，以保證作物產(chǎn)量、維持土壤健康。

致謝：誠(chéng)摯感謝上海派森諾生物科技股份有限公司提供的測(cè)序平臺(tái)。