秸秆生物质炭对根际土壤细菌-真菌群落分子生态网络的影响

作者：马泊泊，黄瑞林，张  娜，孙  波，梁玉婷

单位：常州大学环境与安全工程学院，土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）

卷期：《土壤学报》2019年第56卷第4期

水稻是世界主要粮食作物之一，种植广泛，研究水稻土具有重要的实用意义；黑麦草是优质的放牧用牧草，作为主要的绿肥有一定的研究基础；生物质炭作为改良剂是目前改善土壤肥力和固碳减排的有效方法之一。为进一步揭示秸秆生物质炭对根际土壤细菌-真菌群落相互作用的影响及主要驱动因素，本研究选择水稻土和黑麦草作为试验材料，采用盆栽试验，设置添加生物质炭（生物质炭按2%的比例均匀添加到盆栽土壤中）和对照（未施加生物质炭）两组处理。每盆装土3 kg，种入30粒饱满的黑麦草种子，生物质炭，在种苗发芽后的第0、5、10、15、20、25、30、35、40天进行破坏性采样，3个重复，共计54盆。采样时，将黑麦草从盆栽中取出，用抖落法将每盆土壤的根际土壤收集好并按要求保存，用于土壤理化性质和根际微生物的测定，对应的黑麦草植株用于测定根系体表形态学参数。

对16S rRNA（V4-V5区）和ITS2区进行高通量测序，根据Illumina测序得到的细菌和真菌的OTU数据，使用Cytoscape（3.5.0）软件中的CoNet插件构建微生物生态网络。利用NetworkAnalyzer工具，获得网络的特征路径长度、连接数、节点数、聚集系数、网络密度和平均连通度等网络拓扑参数。根据中介中心性值（betweenness centrality scores）指标的最大值确定关键物种，节点的中介中心值可由互作网络导出。使用Cytoscape（3.5.0）软件中的MCODE插件分析互作网络中高度互连节点的模块化结构和组。使用Mantel test分析方法评估土壤结构、环境因子以及植物根系等因子对根际土壤细菌-真菌群落相互作用的影响，分析在R-studio v7.2中利用ecodist软件包实现。

结果表明，施加生物质炭后的细菌-真菌群落之间的互作网络具有更复杂的联系，节点数和互作关系增加，表现出更高的网络密度、聚集系数和平均连通度，细菌内部以及细菌与真菌之间的种间积极作用显著增强（P< 0.05）；模块化分析对照和处理下的互作网络，均发现存在两个具有高度互连节点的模块化结构。网络中起到关键连接作用的类群在对照中为细菌中的孙修勤菌（Sunxiuqinia）和真菌中的毕赤酵母（Pichia），施加生物质炭处理后为细菌中的黄杆菌（Flavobacterium）。Mantel检验分析表明，施加生物质炭处理后土壤pH（r = 0.385，P = 0.003）和土壤铵态氮（r = 0.501，P = 0.003）对细菌-真菌群落相互作用的影响显著增强。

两种处理下细菌-真菌共现模式的响应网络

（注：每个节点表示一个真菌/细菌的OTU；红色连线表示节点间正相互作用，灰色连线表示节点间负相互作用；关键类群的节点放大标出）