不同耕作和秸秆还田下褐土真菌群落变化特征

代红翠，张慧，薛艳芳，高英波，钱欣，赵海军，成浩，李宗新，刘开昌

不同耕作和秸秆还田下褐土真菌群落变化特征

代红翠1,3，张慧2,3，薛艳芳2,3，高英波2,3，钱欣2,3，赵海军3，成浩4，李宗新2,3，刘开昌1,3

（1山东省农业科学院作物研究所，济南 250100；2山东省农业科学院玉米研究所，济南 250100；3小麦玉米国家工程实验室，济南 250100；4青岛农业大学农学院，山东青岛 266109）

【】研究华北平原地区小麦-玉米周年复种模式下不同耕作和秸秆还田方式对土壤真菌群落结构及功能的影响，并探索农田土壤肥力对耕作和秸秆还田方式响应差异的生物学机制，为优化耕作与秸秆还田方式和提高农田土壤肥力提供理论依据。本研究以华北平原小麦-玉米周年复种农田土壤为研究对象，采用Miseq高通量测序技术，结合FUNGuild真菌功能预测工具，分析3种耕作方式（免耕、深耕与旋耕）与两种秸秆还田方式（麦秸单季还田与小麦-玉米秸秆双季还田）定位试验条件下，小麦成熟期土壤真菌群落结构与功能的差异，结合土壤理化性质，进一步探究农田土壤真菌群落结构及功能变化的环境驱动因子。与免耕双季还田相比，深耕秸秆双季还田与深耕单季还田0—10 cm耕层土壤有机碳含量分别降低35.04%和44.30%；免耕秸秆单季还田10—20 cm耕层土壤中碱解氮含量显著低于其他处理。农田土壤0—10 cm土层真菌主要包含子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和壶菌门(Chytridiomycota)，相对丰度分别为68.98%、16.96%和1.62%；10—20 cm土层真菌主要包含子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门（Basidiomycota）、壶菌门(Chytridiomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)，相对丰度分别为68.44%、15.52%、1.51%和1.23%。不同处理土壤真菌群落结构存在差异，与秸秆单季还田相比，秸秆双季还田0—10 cm和10—20 cm土层担子菌门(Basidiomycota)相对丰度分别提高了50.07%和29.08%。进一步分析土壤群落结构发生变化的原因，结果显示0—10 cm土层土壤真菌群落多元回归树第一次分割以土壤有机碳为节点，其阈值为11.17 g·kg-1，旋耕双季还田和免耕双季还田与其他处理分离；10—20 cm土层土壤真菌群落多元回归树第一次分割以碱解氮为节点，其阈值为6.52 mg·kg-1，免耕单季还田与其他处理分离。从营养类型看，各处理0—10 cm（26.84%）和10—20 cm（23.91%）土层土壤真菌均以病理营养型为主；与免耕相比，深耕和旋耕处理0—10 cm土层病理营养型真菌相对丰度分别显著降低25.16%和16.45%，且以深耕单季还田最低。病理营养型真菌相对丰度与土壤有机碳、可溶性有机碳、全氮、碱解氮和速效钾含量均呈显著正相关关系。不同耕作与秸秆还田方式改变了农田土壤真菌群落结构及功能，土壤有机碳和碱解氮的改变是影响真菌群落组成的主要因素；深耕能够降低秸秆还田后土壤病理营养型真菌相对丰度，利于保持农田土壤生态系统健康。

耕作方式；秸秆还田；土壤真菌群落；高通量测序；多元回归树

0 引言

【研究意义】耕地质量下降是中国农业可持续发展的主要限制性因素[1]。在以小麦-玉米周年种植制度为主的华北平原，长期的集约化种植使耕层浅薄化、土壤紧实化、养分利用率较低等一系列土壤健康问题尤为突出[2]。这可能是由传统耕作措施（如翻耕、移除秸秆、过度施用化肥等）使表土暴露，破坏了土壤结构，引起耕地质量下降[3-4]。目前，耕作方式优化与秸秆还田被当作是现阶段该地区农田土壤肥力提升的重要措施[5]。一般认为，不同耕作、施肥和管理方式等可能引起土壤微生物群落和功能的变化。土壤微生物在土壤生态系统中起着关键作用，80%—90%的土壤相关功能由微生物调节，包括土壤养分转化，土壤系统的稳定性及抗干扰能力等[6]。真菌构成了大部分微生物生物量，具有促进土壤有机质循环，并且参与毒物降解和作物病害发生等重要的土壤生态过程[7]，是维持生态系统功能的基础和生态系统健康的指示物[8]。因此，研究华北平原小麦玉米周年种植制度下，耕作措施和秸秆还田方式下真菌群落、功能变化及其驱动因素对提升农田土壤肥力具有重要意义。【前人研究进展】耕作方式作为重要的农田管理措施影响农业生态环境[9]，合理的耕作与秸秆还田方式可以有效地增加土壤有机质含量，为土壤微生物的生长与繁殖提供丰富的养分资源[10]。WANG等[11]在西北土中研究发现，耕作方式通过影响土壤颗粒机械组成和养分含量，进而影响土壤子囊菌门和担子菌门的分布水平。SUN等[12]通过磷脂脂肪酸法（PLFA）研究认为在东北黑土中免耕比翻耕更有利于增加表层土壤微生物生物量，且在表层形成以真菌为优势种群的群落，利于真菌的生长。郭梨锦等[13]在湖北小麦-水稻轮作农田中免耕显著降低真菌和革兰氏阴性菌的生物量以及真菌/细菌，长期免耕和秸秆还田有利于提高土壤微生物多样性。可见，耕作与秸秆还田方式影响农田土壤真菌群落生物量与群落组成。目前，关于农田不同耕作与秸秆还田方式对土壤真菌群落结构与功能的影响研究并不完善。应用Illumina MiSeq高通量测序可以在种水平研究真菌群落组成，但很难解读真菌的功能[14]。此外，基于PLFA法可以对主导作用的功能型真菌进行分类比较，但更侧重微生物群落的总体分析，总体种类较少，数据量相对较小[15]。【本研究切入点】合理的耕作与秸秆还田方式能够改善土壤水、肥、气、热等条件，促进土壤微生物生长，是改善土壤肥力状况的重要措施。然而，土壤真菌群落及功能对不同耕作和秸秆还田方式的响应差异，尤其是不同耕作和秸秆还田方式影响了哪些关键养分指标，进而调控了土壤真菌群落与功能，亟需进行深入研究。本研究采用高通量测序法对土壤真菌群落多样性进行比较，并结合FUNGuild工具预测真菌功能营养型，系统比较不同耕作与秸秆还田方式对农田土壤真菌群落和功能的影响研究。【拟解决的关键问题】本文基于华北平原小麦-玉米周年复种多年定位试验，采用Miseq高通量测序，基于FUNGuild对真菌序列进行功能分类，研究土壤真菌群落结构及功能对不同耕作和秸秆还田方式的响应差异，并结合土壤理化性状揭示其驱动因素，以期阐明不同耕作和秸秆还田方式影响华北农田土壤肥力的生物学机制，为华北平原农田土壤地力提升提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

定位试验设于山东省农业科学院玉米研究所龙山试验基地（117°32′E，36°43′N）。该试验基地位于华北平原典型小麦玉米一年两熟轮作区，土壤类型为褐土，属于典型温带大陆性季风气候，年均日照时数2 647.6 h，年均气温12.8℃，年均降雨量600.8 mm，无霜期209 d。试验地土壤有机质为14.81 g·kg-1，全氮为0.85 g·kg-1，有效磷为19.26 mg kg-1，速效钾为46.37 mg kg-1，pH为7.64。

自2012年10月，设置大田裂区试验，主因素为小麦播前免耕（NT）、深耕（DT）和旋耕（RT）3种耕作方式（玉米均为贴茬免耕直播）；副因素为小麦-玉米秸秆双季秸秆还田（DS）和小麦秸秆单季还田（SS），共6个处理（表1）。每个处理3次重复，共18个小区，小区面积为6 m×45 m =270 m2。小麦品种为济麦22，播量172.5 kg·hm-2，播种方式为宽幅精播；玉米品种为鲁单9066，行距60 cm，种植密度为75 000株/hm2。在小麦播种前，施用600 kg·hm-2复合肥（N﹕P2O5﹕K2O为17﹕17﹕17）作基肥，小麦拔节期追施尿素225 kg·hm-2。在玉米播种前，施用600 kg·hm-2复合肥（N﹕P2O5﹕K2O为17﹕17﹕17）作基肥，在玉米大口期追施尿素225 kg·hm-2。

1.2 样品采集

于2017年6月小麦收获期，小区“S”形5点采集0—10 cm 和10—20 cm 耕层土壤样品。同小区同土层样品混为一个土样，用冰盒保存并迅速带回实验室。剔去植物根和小石块等杂质后，部分样品冻存于-80℃冰箱中，用于土壤微生物分析，部分鲜土样用于测定土壤可溶性有机碳（DOC），部分样品自然风干后过0.25 mm和1 mm筛测定土壤养分指标，剩余样品-80℃冷藏测定土壤真菌群落。

1.3 测定方法

采用重铬酸钾-容量法测定土壤有机碳（TOC），凯氏定氮法测定全氮（TN），碱解氮（AN）采用碱解扩散法，有效磷（AP）采用钼锑抗分光光度法，速效钾（AK）采用火焰光度法。以上测定方法均参考《土壤农化分析》[16]。pH测定采用电位法，水土比为5﹕1。

表1 不同耕作与秸秆还田方式处理

土壤真菌群落的18S rRNA测序土壤DNA提取使用DNA提取试剂盒（OMEGA，美国），提取方法参照说明书。利用1%琼脂糖凝胶电泳检测抽提基因组DNA的纯度和完整性。使用NanoDrop ND-2000分光光度计（NanoDrop，ND2000，Thermo Scientific，Wilmington）测定所提DNA的浓度与纯度。选用真菌18S通用引物0817F:5'-TTAGCATGGAATAATRRAA TAGGA-3'，1196R: 5'-TCTGGACCTGGTGAGTTTCC -3'进行扩增[17]，选用TransGen AP221-02试剂盒，扩增体系为20 μL，包括4 μL的5×FastPfu Buffer，2 μL的2.5 mmol·L-1dNTPs，引物（5 μmol·L-1）各0.8 μL，0.4 μL的FastPfu Polymerase和10 ng模板DNA。 扩增条件为95℃解链2 min，95℃ 30 s，55℃ 30 s, 72℃ 30 s，25个循环，再72℃延伸5 min，于ABI GeneAmp® 9700型PCR仪上进行。每个样本3次重复，将同一样本的PCR产物混合后用2%琼脂糖凝胶电泳检测，回收扩增子，依照AxyPrep DNA Gel Extraction Kit说明书进行纯化（Axygen Biosciences, Union City, U.S.），再用QuantiFluorTM-ST（Promega, U.S.）进行定量。采用Illumina MiSeq测序平台标准流程进行双端进行测序，由上海美吉生物医药科技有限公司提供技术支持。

1.4 数据统计

经过QIIME（v1.8.0）软件过滤、拼接、去除嵌合体后[18-19]，聚类为用于物种分类的OTU（Operational Taxonomic Units），并将所有样品进行抽平。采用RDP classifier贝叶斯算法对97%相似水平的OTU代表序列进行分类学分析[20]，置信度阈值为0.7，选用Silva（Release128 http://www.arb-silva.de）数据库[21]，得到分类学信息。利用Mothur软件（Version 1.31.2）进行α多样性分析[22]。基于Unifrace距离进行群落结构分析[23]。

根据“1SE”准则，最小交叉验证相对误差值来确定分类结果，能很好地反映异质环境下群落的结构特征[24]，使用R 3.5.1软件运行mvpart和MVPARTwrap程序包运行并绘制多元回归树。使用Python 3.7进行真菌功能类群FUNGuild数据库[25]比对。不同处理方差分析（ANOVA）与多重比较（Duncan’s test）用SPSS 20.0软件完成。

2 结果

2.1 耕作方式对土壤理化性质的影响

不同耕作方式显著影响土壤理化性质（表2）。方差分析结果表明，耕作方式显著影响农田0—10 cm（＜0.01）及10—20 cm土层土壤有机碳（TOC）（＜0.001），0—10 cm（＜0.01）及10—20 cm可溶性有机碳（DOC）（＜0.05）含量。土壤0—10 cm土层，与免耕双季秸秆还田相比，深耕双季秸秆还田TOC与DOC分别降低35.04%和23.89%（＜0.05）；深耕单季秸秆还田TOC与DOC比免耕单季秸秆还田分别降低26.09%和33.78%（＜0.05）。土壤10—20 cm土层，深耕双季秸秆还田与旋耕双季秸秆还田TOC含量比免耕双季秸秆还田分别提高21.64%与38.21%（＜0.05）。秸秆还田方式显著影响土壤0—10 cm及10—20 cm土层TOC（＜0.01；＜0.001），DOC（＜0.01；＜0.05）与TN（＜0.05；＜0.001）含量。免耕处理中，单季秸秆还田比双季秸秆还田土壤0—10 cm土层TOC、DOC和TN分别显著降低24.64%，21.61%和12.61%（＜0.05）。

2.2 土壤真菌多样性

利用Illumina MiSeq平台对真菌18S rRNA基因测序结果显示，36个土壤样本共获得1 372 440条有效序列，378个OTU，各样本的覆盖率指数（good's coverage）显示各样本的覆盖率指数显示0—10及10—20 cm土层土壤OTUs涵盖了土壤中99.9%的真菌（表3）。测序深度能够比较真实地反映土壤样本的真菌群落，代表真菌群落多样性。将数据抽平，每个样品得到23295条高质量序列（表3）。

OTU数目与α多样性指数表示物种的丰富度，即一个群落或生境内物种的复杂程度，值越高表明群落内物种数目越多。方差分析结果表明，耕作方式显著影响0—10 cm和10—20 cm土层真菌OTU数目，而秸秆还田方式显著影响0—10 cm土层真菌香农指数。

本研究中，图1显示农田土壤0—10 cm土层真菌主要包含子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和壶菌门（Chytridiomycota），相对丰度分别为68.98%、16.96%和1.62%，约占87.55%，未被分类到已知真菌（Unclassified）的序列占9.45%；土壤10—20 cm土层真菌主要包含子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、壶菌门（Chytridiomycota）和球囊菌门（Glomeromycota），相对丰度分别为68.44%、15.52%、1.51%和1.23%，约占86.71%，未被分类到已知真菌的序列占10.95%。其中，双季秸秆还田（DS）处理比单季秸秆还田（SS）处理在0—10 cm和10—20 cm土层Basidiomycota相对丰度分别显著提高50.07%和29.08%（图2，＜0.05）。β多样性用来比较不同环境中真菌群落结构的差异性，UniFrac距离用于估计不同处理间的差异。在0—10 cm土层，PCoA纵坐标图显示PC1轴和PC2轴分别可以解释37.29%和23.11%群落组成差异（图3-a）。相同处理的样本聚集在一起, 这表明来自相同样本的相似性很高但不同处理的样品之间存在差异。秸秆单季还田中，免耕、深耕和旋耕处理之间的簇分离，进一步说明不同处理土壤真菌群落之间存在差异。相反，在10—20 cm土层，除NTS与DTD外，不同处理样本彼此靠近，说明处理之间真菌群落结构相似（图3-b）。可见, 不同耕作和秸秆还田制度对农田不同土层土壤真菌群落的影响存在差异。

表2 不同耕作和秸秆还田方式下土壤化学性质

数据为平均值±标准差（n=3），同列数值后不同小写字母表示差异显著（＜0.05）。*表示＜0.05，**表示＜0.01，***表示＜0.001，ns 表示差异不显著。NTD，免耕+双季秸秆还田；NTS，免耕+小麦单季秸秆还田；DTD，深耕+双季秸秆还田；DTS，深耕+小麦单季秸秆还田；RTD，旋耕+双季秸秆还田；RTS，旋耕+小麦单季秸秆还田。下同

Values are means ± standard deviation (n=3). Different letters mean significant differences (＜0.05). * indicates a significant difference between treatments at＜0.05; ** indicates a significant difference between treatments at＜0.01; *** indicates a significant difference between treatments at＜0.001. no tillage+double-season returning (NTD), no tillage+single-season returning (NTS), deep tillage+double-season returning (DTD), deep tillage+single-season returning (DTS), rotary tillage+double-season returning (RTD) and rotary tillage+single-season returning (RTS). The same as below

表3 不同耕作和秸秆还田方式下土壤真菌高通量测序及群落α多样性指数

2.3 土壤真菌功能类群

采用FUNGuild预测农田土壤真菌群落的营养型，本研究结果鉴定为病理营养型（Pathotroph）、腐生营养型（Saprotroph）和共生营养型（Symbiotroph）以及其他无法鉴定营养型的种群。从营养类型看，华北平原小麦玉米农田土壤真菌以病理营养型为主（图4），与NT相比，DT和RT处理分别显著降低25.16%和16.45%（图4-a，＜0.05），且以DTS处理最低。RT处理腐生营养型真菌丰度显著高于DT（0—10 cm）和NT（10—20 cm）（图4-b，＜0.05），说明秸秆还田后旋耕更有利于腐生营养型真菌的生长。共生营养型真菌在0—10 cm土层SS处理中含量显著高于DS（图4-c，＜0.05），说明连续多年集约化的双季秸秆还田不利于共生营养型真菌在农田耕层土壤中的富集。

2.4 土壤真菌群落结构与环境因子的关系

多元回归树（MRT）是一种研究物种分布与环境因子之间关系的数量分类方法。将微生物群落进行多元回归分析，以明确驱动土壤真菌群落的主要因子。图5显示不同处理0—10 cm土层土壤真菌群落多元回归树第一次分割以有机碳为节点，将所有处理分为两组，将RTD和NTD处理与其他处理分解，该次分组能解释群落结构变化的40.58%，其阈值为11.17；10—20 cm土层土壤真菌群落多元回归树第一次分割以碱解氮为节点，将NTS处理与其他处理分解，该次分组能解释群落结构变化的65.84%，其阈值为6.52。

图1 不同处理0—10 cm（a）和10—20 cm（b）土层真菌优势门组成（平均相对丰度＞1%）

NT：免耕；DT：深耕；RT：旋耕；DS：双季秸秆还田；SS：单季秸秆还田。下同

土壤0—10 cm（a）和10—20 cm（b）土层真菌群落主坐标分析，采用UniFrac距离算法比较不同处理间群落的差异

数据为平均值±标准差，不同小写字母表示差异显著（＜0.05）

Data are means±standard deviation; Different small letters mean significant differences (＜0.05）

图4 不同耕作和秸秆还田方式下土壤0—10 cm和10—20 cm土层真菌功能营养型相对丰度

Fig. 4 The relative abundance of soil fungal functional groups in 0-10 cm and 10-20 cm layers with different tillage and straw returning methods

TOC：有机碳；DOC：可溶性有机碳；TN：全氮；AN：碱解氮；AP：有效磷；AK：速效钾；Error：相对误差；CV error：交叉验证误差；SE：交叉验证标准误

2.5 土壤真菌功能群与环境因子的关系

相关性分析结果显示，Pathotroph丰度与土壤TOC（=0.600，＜0.001）、DOC（=0.563，＜0.001）、TN（=0.428，＜0.01）、AN（=0.394，＜0.05）和速效钾（=0.517，＜0.01）均呈显著正相关关系。除土壤pH外（= 0.570，＜0.01），Symbiotroph丰度与土壤TOC（= -0.535，＜0.01）、TN（= -0.597，＜0.001）、AN（= -0.525，＜0.01）、AP（= -0.698，＜0.001）和AK（= -0.503，＜0.01）均呈显著负相关关系。

3 讨论

3.1 耕作和秸秆还田方式对土壤真菌群落组成的影响

土壤真菌是土壤的重要组成成分，与土壤肥力密切相关[26]。不同的农田管理措施，如种植方式[27-28]，耕作措施[29]及施肥[15,30]等，对土壤真菌群落结构及多样性的变化均有较大的影响。本研究结果显示，不同耕作方式与秸秆还田方式下，子囊菌门、担子菌门、壶菌门和接合菌门，均为农田耕层土壤耕层的优势真菌。这与前人研究一致，如WANG等[31]江苏稻麦轮作农田中发现子囊菌门（68.9%）与担子菌门（19.9%）占统治地位。与滇南茶园[30]，黄土高原春小麦-豌豆轮作[32]和美国小麦-休闲不同耕作方式农田[33]对土壤真菌群落结构的研究一致。然而，肖礼等[27]发现黄土高原3种典型种植类型梯田玉米地、苹果、苹果与土豆间作土壤真菌优势菌群为子囊菌门与接合菌门。另外，也有研究报道波兰小麦-玉米农田土壤真菌优势菌群为接合菌门与担子菌门[34]。

表4 不同耕作与施肥制度土壤真菌功能营养型丰度与土壤理化性质的关系

*表示＜0.05，**表示＜0.01，***表示＜0.001；样本数=36

*Indicates a significant difference between treatments at＜0.05; **Indicates a significant difference between treatments at＜0.01; ***Indicates a significant difference between treatments at＜0.001; Sample size (=36)

虽然不同耕作方式之间土壤真菌群落物种组成相似，但不同秸秆还田方式土壤主要真菌门相对丰度存在差异。秸秆双季还田担子菌相对丰度高于单季还田。这说明担子菌门的相对丰度受到秸秆还田量的影响。这可能是因为秸秆富含木质素[35]，担子菌门中的某些种群，如白腐真菌，分解碳氮比高的木质素[36]。双季秸秆还田为担子菌提供了一个较好的生长环境，更多地利用降解作物残留物，从而促进其快速增长。不同处理因作物残体量的差异及土壤微环境的不同，进而改变了真菌物种组成。

3.2 真菌功能分类对耕作和秸秆还田方式的响应

选择适宜的耕作措施，增加真菌生物多样性，可以预防或减少根系疾病的损害，在保持土壤质量和健康方面发挥至关重要的作用。土壤真菌的多样性决定了生态系统的多样性和植物生产力[26]。根据营养方式可将真菌分为病理营养型、腐生营养型和共生营养型3种类型。本研究结果显示，秸秆单季还田共生营养真菌丰度高于秸秆双季还田（图4-c），其在作物健康、营养和品质方面具有重要作用[15]。因此，我们认为秸秆单季还田比双季还田更有益于土壤肥力和作物生产。病理营养型真菌从宿主细胞获取营养来源，土壤中的病理营养型真菌对植物生长具有一定负面影响[31,37]。本研究中，病理营养型真菌相对丰度为12.4%—37.2%，高于聂三安等[15]黄泥土不同施肥试验中的相对含量。这说明连续的秸秆还田促进了土壤中的病理营养型真菌生长。不过，深耕一定程度上降低了病理营养型真菌丰度，这说明深耕能够降低秸秆还田后作物生长过程中潜在的负面影响。不同的耕作方式及秸秆还田方式带来的营养条件与土壤微环境的改变对病理营养型真菌存在显著影响，土壤TOC与病理营养型真菌显著正相关（＜0.001），这说明通过大量秸秆还田，将土壤有机碳富集在耕层土壤，存在一定的负面影响。秸秆还田增加农田病虫害是我国华北地区麦玉轮作两季秸秆还田农业生态系统中普遍存在的问题[38]，本研究结果表明深耕能够减少土壤病原真菌，降低农田病虫害风险，促进作物生长，提高产量与品质。腐生真菌汲取生长所需营养及氨基酸类物质[39]，但研究结果显示腐生营养型真菌丰度与土壤TOC和DOC并无相关关系。这可能是因为FUNGuild功能比对是基于已有文献和数据，仅在一定程度上解析了真菌的功能[31]。本研究中62.00%的土壤真菌功能未被解析出来，复杂的土壤真菌群落功能仍有待深入研究。

3.3 土壤真菌群落组成及功能的相关因子分析

本研究发现土壤TOC（0—10 cm）是影响褐土真菌群落的主要因素，这与LIU等[40]报道东北黑土区与北方旱地区[41]土壤真菌群落的主要影响因子为土壤TOC相一致。对于免耕秸秆双季还田与旋耕双季秸秆还田来说，大量秸秆还田提高了表层土壤有机质。有机质作为微生物的能量来源和代谢底物，土壤有机质的含量及其成分显著影响着微生物的群落组成[42]。秸秆富含木质素，通过秸秆还田土壤中增加的有机碳成分多为复杂且难被分解的木质素等，更易被K-策略的贫营养型真菌群落分解利用[43]。故免耕秸秆双季还田与旋耕双季秸秆还田真菌群落区别于其他处理。与此同时，研究发现土壤碱解氮是影响10—20 cm土层真菌群落的主要因素，与裴振等[44]在黄河三角洲盐碱地土壤中研究结果相似。然而，这与北极圈群岛[45]、瑞典北部森林[46]、我国毛竹林[47]和英国农田土壤中[48]，pH是影响真菌群落结构的主要理化性质的研究结果不同。这可能是因为本研究中，不同处理pH变化范围不大，不足以对真菌群落结构和功能产生影响。以上分析表明，不同秸秆还田及耕作方式对土壤TOC及AN的改变是影响了真菌群落的主要原因。

4 结论

本文通过对土壤真菌Illumina高通量测序结合FUNGuild功能比对，研究华北平原多年定位试验条件下小麦-玉米周年复种农田土壤真菌群落多样性和功能对不同耕作与秸秆还田方式的响应。本研究中，Ascomycota和Basidiomycota是华北平原小麦-玉米农田土壤中的优势真菌，以子囊菌为主。此外，双季秸秆还田比单季秸秆还田提高了Basidiomycota相对丰度，土壤有机碳和碱解氮是影响土壤真菌群落结构发生变化的主要因素。与免耕和旋耕相比，深耕能够降低秸秆还田后病理营养型真菌相对丰度，降低作物生长存在潜在的负面影响，有利于保持农田土壤生态系统健康。

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Response of Fungal Community and Function to Different Tillage and Straw Returning Methods

DAI HongCui1,3, ZHANG Hui2,3, XUE YanFang2,3, GAO YingBo2,3, QIAN Xin2,3，ZHAO HaiJun3, CHENG Hao4, LI ZongXin2,3, LIU KaiChang1,3

(1Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100;2Maize Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100;3National Engineering Laboratory for Wheat and Maize, Jinan 250100;4College of Agronomy, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, Shandong)

【】This study was conducted to explore the change of fungal community structure and function response to different tillage and straw returning methods in wheat-maize rotation system in the North China Plain. It aimed to clarify the biological mechanism of soil fertility improvement, which provided a theoretical support for sustainable development for agricultural production.【】A six-year field study with split plot design was conducted to investigate the effects of different soil tillage methods (no tillage, CT; deep tillage, DT; rotation tillage, ST) and straw returning methods (wheat and maize straws were returned to the field, DS; only wheat straw was returned to the field, SS) on changes of fungal community structure and function in soils from wheat-maize rotation system in the North China Plain. In combination with soil properties, multiple regression trees and correlation analysis was carried out to investigate driving factors of fungal community structure and function in soil．【】The results showed that, compared with NT, soil organic carbon content under DS and SS were reduced by 35.04% and 44.30% in 0-10 cm layer, respectively. The available nitrogen of NT under SS treatment was significantly lower than that under other treatments in 10-20 cm layer. Ascomycetes (68.98%), Basidiomycetes (16.96%) and Chytridiomycetes (1.62%) were the dominant fungus in 0-10 cm layer, while Ascomycetes (68.44%), Basidiomycetes (15.52%), Chytridiomycetes (1.51%) and Coccidiomycetes (1.23%) were the dominant fungus in 10-20 cm layer. The different tillage and straw returning methods changed soil fungal community structure. Specifically, the relative abundance ofin DS increased 50.07% and 29.08% respectively in 0-10 cm and 10-20 cm layers than that of SS. The multiple regression trees showed that soil fungal communities were divided into soil organic carbon nodes with a threshold of 11.17 mg·kg-1in 0-10 cm layer, additionally, the soil fungi community were divided into available nitrogen nodes with a threshold of 6.52 mg·kg-1in 10-20 cm layer. In this study, Pathotroph was mainly function type of soil fungi in 0-10 cm (26.84%) and 10-20 cm (23.91%) layers in wheat-maize rotation in the North China Plain. Compared with NT, Pathotroph relative abundance under DT and RT treatments were reduced by 25.16% and 16.45%, respectively. The results of correlation analysis showed that Pathotroph relative abundance were positively correlated with soil total organic carbon, dissolved organic carbon, total nitrogen, available nitrogen and available potassium.【】In general, our results indicated that different tillage and straw returning methods changed soil fungal community structure and relative abundance of functional groups. The content of soil organic carbon and available nitrogen were the driving factors shaped the fungal community structure. Besides, DT could reduce Pathotroph relative abundance, which was conducive to maintaining the soil ecosystem health.

tillage practice; straw returning; soil fungal community; high-throughput sequencing; multiple regression trees

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.008

2018-12-24；

2019-02-26

国家重点研发计划（2018YFD0300606）、山东省现代农业产业技术体系玉米创新团队项目（SDAIT-02-07，SDAIT-02-11）、山东省农业科学院农业科技创新工程（CXGC2016A05）

代红翠，E-mail：daihongcui2013@163.com。

刘开昌，Tel：0531-66659091；E-mail：liukc1971@126.com。通信作者李宗新，Tel：0531-66659402；E-mail：sdaucliff@sina.com

（责任编辑 李云霞）