长期作物轮作下含有phoD和pqqC的细菌群落模式及其与土壤磷循环多功能性之间的潜在联系

《Plant and Soil》：Patterns of phoD- and pqqC-containing bacterial communities and their potential linkages with soil P cycle multifunctionality under long-term crop rotations

长期豆科轮作显著提升土壤磷循环功能，通过改变phoD和pqqC阳性微生物群落结构及多样性。研究发现，轮作系统（小麦-作物）比休闲系统（小麦-草地）提高了可溶性磷（6.8-17.8%）、微生物磷库（48.3-71.4%）和磷酸酶活性（11.2-29.9%）。phoD菌群受氮磷比和微生物C/N比调控，pqqC菌群则与氮和磷含量直接相关。两种菌群在作物轮作土壤中表现出显著差异，且其群落结构变化是驱动磷循环功能提升的关键因素。

　　

摘要

背景与目的

基于豆类的作物轮作是提高土壤磷（P）有效性和作物磷吸收的有效方法，其中土壤微生物在这一过程中起着关键作用。然而，长期基于豆类的轮作如何影响关键磷转移微生物类群的多样性及其与土壤磷循环的关联仍不清楚。

方法

本研究考察了在38年小麦-休耕和基于豆类的小麦轮作系统（包括小麦-牧草轮作以及小麦-作物轮作）中，土壤磷循环的多功能性以及含有phoD和pqqC的细菌群落。

结果

小麦-作物轮作增强了土壤磷循环的多功能性及其相关指标：可利用磷增加了6.8–17.8%，微生物生物量中的磷增加了48.3–71.4%，碱性磷酸酶活性增加了11.2–29.9%。小麦-牧草轮作也提高了土壤中铁磷酸盐的转移能力。含有phoD和pqqC的细菌的群落组成在不同作物系统中存在差异。对于含有phoD的细菌，土壤养分比例（矿物氮：可利用磷、微生物生物量中的碳氮比）和微生物生物量中的碳是主要预测因子；而对于含有pqqC的细菌，矿物氮和可利用磷是关键预测因子。小麦-作物轮作土壤中含有大量指示性phoD细菌的类群，这与小麦-牧草轮作土壤中的情况明显不同。相反，在不同作物土壤中发现的含有pqqC细菌的指示性类群较少。phoD和pqqC细菌的总体群落组成/α多样性变化是影响土壤磷循环多功能性的重要因素。

结论

我们的研究结果表明，基于豆类的轮作显著影响了土壤中含有phoD和pqqC的细菌群落，可能从而增强了土壤磷循环的多功能性。