水旱轮作对设施蔬菜土壤微生物群落结构与功能的影响OA

为解决设施蔬菜连作障碍严重问题,明确不同轮作模式对设施蔬菜土壤微生物群落结构和功能的影响,本研究基于宏基因组测序技术,对生菜-水稻(S1)、生菜-旱稻(S2)、生菜-油麦菜(S3)3种轮作模式下的微生物群落结构和多样性、互作网络和群落功能变化等进行研究。结果表明,相较于生菜连作(CK),3种轮作模式均在不同程度上提高了土壤细菌群落α多样性,生菜-水稻轮作模式下Chao1和ACE指数增幅最大,Simpson指数降幅最大,Shannon指数在生菜-旱稻轮作模式下增幅最大;主坐标分析(PCoA)和置换多元方差分析(PERMANOVA)表明,3种轮作模式显著改变了土壤细菌群落组成,慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、Gp6-AA40、PSRF01、VBCG01在3种轮作模式下均显著富集,且慢生根瘤菌属和PSRF01在生菜-水稻轮作处理下相对丰度最高;共现网络分析表明,轮作模式不仅增强了微生物网络的复杂性与稳定性,而且改变了微生物关键类群,生菜-水稻轮作模式关键类群为PSRF01、慢生根瘤菌属、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomicrobium)、溶杆菌属(Lysobacter)等有益细菌,生菜-旱稻轮作模式关键类群为硝化螺旋菌属(Nitrospira)和鞘氨醇单胞菌属等,生菜-油麦菜轮作模式关键类群为硝化螺旋菌属和溶杆菌属等;基于KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库进行功能预测,3种轮作模式下共有17个子功能基因(KEGG途径)的相对丰度显著富集,其中,膜转运、运输和分解代谢、环境适应性、糖代谢、能量代谢等12条代谢途径相关的功能基因丰度在生菜-水稻轮作模式下增幅最大。综上所述,3种轮作模式皆改变了设施蔬菜土壤微生物群落组成、多样性和功能,其中,水旱轮作模式(生菜-水稻轮作)各方面指标的效果均最佳。因此,缓解或避免设施生菜连作障碍理想的轮作模式为生菜-水稻轮作,生菜-旱稻轮作次之。