全 文 ：书犇犗犐：１０．１１６８６／犮狔狓犫２０１５００２ 犺狋狋狆：／／犮狔狓犫．犾狕狌．犲犱狌．犮狀
陈丹梅，陈晓明，梁永江，霍新建，张长华，段玉琪，杨宇虹，袁玲．轮作对土壤养分、微生物活性及细菌群落结构的影响．草业学报，２０１５，２４（１２）：
５６６５．
ＣＨＥＮＤａｎＭｅｉ，ＣＨＥＮＸｉａｏＭｉｎｇ，ＬＩＡＮＧＹｏｎｇＪｉａｎｇ，ＨＵＯＸｉｎＪｉａｎ，ＺＨＡＮＧＣｈａｎｇＨｕａ，ＤＵＡＮＹｕＱｉ，ＹＡＮＧＹｕＨｏｎｇ，ＹＵＡＮＬｉｎｇ．
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｒｏｐｒｏｔａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌｎｕｔｒｉｅｎｔｓ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌａｃｔｉｖｉｔｉｅｓａｎｄｂａｃｔｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．ＡｃｔａＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒａｅＳｉｎｉｃａ，２０１５，２４（１２）：５６６５．
轮作对土壤养分、微生物活性及细菌群落结构的影响
陈丹梅１，陈晓明２，梁永江２，霍新建２，张长华２，段玉琪３，杨宇虹３，袁玲１
（１．西南大学资源环境学院，重庆４００７１６；２．贵州省遵义市烟草公司，贵州 遵义５６３０００；３．云南省烟草农业科学研究院，云南 昆明６５００３１）
摘要：试验选择云南省具有代表性的烤烟－休闲－玉米（ＴＦＭ）、烤烟－油菜－玉米（ＴＣＭ）、烤烟－油菜－水稻
（ＴＣＲ）和烤烟－苕子－水稻（ＴＶＲ）等４种轮作模式，通过测定土壤养分、酶活性及１６ＳｒＤＮＡ序列分析，研究了
轮作对土壤养分、微生物活性及细菌群落结构的影响。结果表明，经过１６年的不同轮作种植后，土壤ｐＨ值变化于
６．２～７．１之间，有机质和有效氮、磷、钾提高或无显著变化，说明在高强度轮作种植条件下，辅以秸秆还田或冬季休
闲均可保持或提高土壤肥力和生产力。土壤微生物量碳氮、蔗糖酶、脱氢酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性均以
ＴＶＲ最高，说明土壤生态环境改善，促进微生物繁衍，数量增加，活性增强。土壤细菌的１６ＳｒＤＮＡ读数依次为
５３９５（ＴＦＭ）、５８６４（ＴＣＭ）、５５２８（ＴＣＲ）和６６１４（ＴＶＲ），分别代表８８５，９７３，９６９和９８７种（属）类的细菌，归属
于变形菌、绿弯菌、放线菌、酸杆菌、拟杆菌等３１个门，其中变形菌门的数量最多，占总量的２４．６９％～３２．４９％。此
外，在４种轮作处理土壤中，前５种门类的细菌相同，１５种优势菌株有６种（属）一样，均有较高的丰富度，但也因种
植模式不同而变化，说明土壤是决定细菌组成的基本要素，种植模式可不同程度地改变它们的种群结构。从土壤
有机质、有效养分、酶活性、微生物量碳氮、细菌种群结构和多样性等方面看，ＴＶＲ最佳，该种植模式具有潜在的
推广应用价值。
关键词：轮作；养分；土壤酶；细菌；多样性
犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀狅狀狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊，犿犻犮狉狅犫犻犪犾犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犪狀犱犫犪犮狋犲狉犻犪犾犮狅犿犿狌
狀犻狋狔狊狋狉狌犮狋狌狉犲狊
ＣＨＥＮＤａｎＭｅｉ１，ＣＨＥＮＸｉａｏＭｉｎｇ２，ＬＩＡＮＧＹｏｎｇＪｉａｎｇ２，ＨＵＯＸｉｎＪｉａｎ２，ＺＨＡＮＧＣｈａｎｇＨｕａ２，
ＤＵＡＮＹｕＱｉ３，ＹＡＮＧＹｕＨｏｎｇ３，ＹＵＡＮＬｉｎｇ１
１．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犚犲狊狅狌狉犮犲狊犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋，犛狅狌狋犺狑犲狊狋犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犆犺狅狀犵狇犻狀犵４００７１６，犆犺犻狀犪；２．犌狌犻狕犺狅狌犣狌狀狔犻犜狅犫犪犮犮狅犆狅犿狆犪狀狔，
犣狌狀狔犻５６３０００，犆犺犻狀犪；３．犢狌狀狀犪狀犜狅犫犪犮犮狅犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犲犚犲狊犲犪狉犮犺犐狀狊狋犻狋狌狋犲，犓狌狀犿犻狀犵６５００３１，犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａ１６ｙｅａｒｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｈａｓｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｒｏｐｒｏｔａｔｉｏｎｓｏｎｓｏｉｌ
ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌａｃｔｉｖｉｔｉｅｓａｎｄｂａｃｔｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｉｎｃｌｕｄｅｓ４５４ｐｙｒｏｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇａｎａｌ
ｙｓｉｓｏｆｂａｃｔｅｒｉａｌ１６ＳｒＤＮＡ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｆｏｕｒｃｒｏｐｒｏｔａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ：１）ｆｌｕｅｃｕｒｅｄｔｏｂａｃｃｏ
ｉｎｓｕｍｍｅｒ，ｆｏｌｏｗｅｄｂｙｗｉｎｔｅｒｆａｌｏｗｉｎｇａｎｄｍａｉｚｅｉｎｓｕｍｍｅｒ（ＴＦＭ）；２）ｆｌｕｅｃｕｒｅｄｔｏｂａｃｃｏｉｎｓｕｍｍｅｒ，
ｃａｎｏｌａｉｎｗｉｎｔｅｒａｎｄｍａｉｚｅｉｎｓｕｍｍｅｒ（ＴＣＭ）；３）ｆｌｕｅｃｕｒｅｄｔｏｂａｃｃｏｉｎｓｕｍｍｅｒ，ｃａｎｏｌａｉｎｗｉｎｔｅｒａｎｄｒｉｃｅｉｎ
第２４卷 第１２期
Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１２
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
２０１５年１２月
Ｄｅｃ，２０１５
收稿日期：２０１５０１０５；改回日期：２０１５０２１１
基金项目：遵义市烟草公司（２０１０ＺＹ），云南省烟草公司（２０１３ＹＮ１１），国家烟草专卖局（１１０２０１３０２０１６）和科技部“９７３”课题（２０１３ＣＢ１２７４０５）资
助。
作者简介：陈丹梅（１９９２），女，四川绵阳人，在读博士。Ｅｍａｉｌ：５４４３２８２７９＠ｑｑ．ｃｏｍ
通信作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｌｉｎｇｙｕａｎｈ＠ａｌｉｙｕｎ．ｃｏｍ
ｓｕｍｍｅｒ（ＴＣＲ）；ａｎｄ４）ｔｏｂａｃｃｏｉｎｓｕｍｍｅｒ，犞犻犮犻犪狏犻犾犾狅狊犪ｉｎｗｉｎｔｅｒａｎｄｒｉｃｅｉｎｓｕｍｍｅｒ（ＴＶＲ）．Ａｆｔｅｒ１６
ｙｅａｒｓｏｆｃｒｏｐｒｏｔａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌｐＨｈａｄｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍ６．２ｔｏ７．１．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｒｉｇｉｎａｌｓｏｉｌｌｅｖｅｌｓ，ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ
ａｎｄａｖａｉｌａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔｓ（ｓｕｃｈａｓｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｎｄｐｏｔａｓｓｉｕｍ）ｅｉｔｈｅｒｖａｒｉｅｄｖｅｒｙｌｉｔｔｌｅｏｒｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇｔｈｅｒｅｔｅｎｔｉｏｎｏｒｇｒｏｗｔｈｏｆｆｅｒｔｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｉｎｔｅｎｓｉｖｅｒｏｔａｔｉｏｎｓｔｈａｔｒｅｔｕｒｎｓｔｒａｗｉｎｔｏｓｏｉｌ
ａｎｄｆａｌｏｗｄｕｒｉｎｇｗｉｎｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｙ（ｆｏｒ
ｅｘａｍｐｌｅ，ｓｕｃｒａｓｅ，ｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅ，ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ，ｃａｔａｌａｓｅａｎｄｕｒｅａｓｅ）ｉｎｓｏｉｌｓｕｎｄｅｒｔｈｅＴＶＲｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｈａｎ
ｉｎａｎｙｏｆｔｈｅｏｔｈｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅａｄｉｎｇｓｏｆｂａｃｔｅｒｉａｌ１６ＳｒＤＮＡｓｅｑｕｅｎｃｅｓｗｅｒｅ５３９５ｆｏｒＴＦＭｓｏｉｌｓ，５８６４
ｆｏｒＴＣＭ，５５２８ｆｏｒＴＣＲａｎｄ６６１４ｆｏｒＴＶＲ，ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ８８５，９７３，９６９ａｎｄ９８７ｂａｃｔｅｒｉａｌｇｅｎｅｒａｏｒｓｐｅｃｉｅｓ
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｔｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏ３１ｐｈｙｌａｉｎｃｌｕｄｉｎｇＰｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ，Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ，Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ，Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａａｎｄ
Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ．Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａｗｅｒｅｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｇｒｏｕｐ，ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒ２４．６９％－３２．４９％ｏｆｓｏｉｌｂａｃｔｅｒｉａ．５ｏｆ
ｔｈｅ３１ｂａｃｔｅｒｉａｌｐｈｙｌａａｎｄ６ｏｆｔｈｅ１５ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｂａｃｔｅｒｉａｗｅｒｅｆｏｕｎｄｉｎａｌｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ’ｓｏｉｌｓ．Ｉｔｓｅｅｍｓ
ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｔｏｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｃｒｏｐｒｏｔａｔｉｏｎｗａｓａｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔｏｆｔｈｅａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｓｏｉｌｂａｃｔｅｒｉａｌｃｏｍ
ｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔａｋｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ，ａｖａｉｌａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔｓ，ｅｎ
ｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓ，ｂａｃｔｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｏｕｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｕｇｇｅｓｔｓ
ｔｈａｔＴＶＲｃｏｕｌｄｂｅｔｈｅｂｅｓｔｒｏｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｔｏｐｒｏｍｏｔｅｉｎｔｈｅｆｌｕｅｔｏｂａｃｃｏｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎａｒｅａｓｏｆＹｕｎｎａｎｐｒｏｖｉｎｃｅ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｒｏｔａｔｉｏｎ；ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ；ｓｏｉｌｅｎｚｙｍｅｓ；ｂａｃｔｅｒｉａ；ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ
连续种植同一或近缘作物容易发生“连作障碍”。如土壤养分异常积累或过度消耗，病原微生物迅速繁衍，化
感物质积累，土壤微生物种群结构失衡，作物产量品质降低等［１２］。玉米（犣犲犪犿犪狔狊）连作降低土壤有益微生物数
量，增加真菌的相对比例，频繁发生作物病害［３］。西瓜（犆犻狋狉狌犾犾狌狊犾犪狀犪狋狌狊）根系能分泌酚类物质，产生自毒作用，
抑制生长，降低产量［４］。烤烟（犖犻犮狅狋犻犪狀犪狋犪犫犪犮狌犿）长期连作，提高黑胫病和赤星病的发病率，降低烟叶产量和质
量［５］。相反，轮作能合理利用土壤养分，改变土壤理化和生物学性质，保持地力，增加产量，提高经济效益［６］。但
是，轮作模式不同，对土壤理化和生物学性质的影响也不一样。连续５年实施水稻（犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪）－油菜（犅狉犪狊
狊犻犮犪犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊）轮作，土壤有机质含量显著高于水稻－小麦（犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿）和水稻－黑麦草（犔狅犾犻狌犿狆犲
狉犲狀狀犲）轮作［７］。从土壤酶活性看，采用草莓（犉狉犪犵犪狉犻犪犪狀犪狀犪狊狊犪）－休闲种植模式的土壤蔗糖酶活性最高，草莓－
水稻种植模式次之，草莓－甜瓜（犆狌犮狌犿犻狊犿犲犾狅）轮作最低，最高比最低提高了９４．１％［８］；但在草莓－休闲种植的
土壤中，酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别比草莓－甜瓜种植模式降低２２．９％和１３．５％。在我国东北黑土上，
实施黄瓜（犆狌犮狌犿犻狊狊犪狋犻狏狌狊）连作、小麦－黄瓜和毛苕子（犞犻犮犻犪狏犻犾犾狅狊犪）－黄瓜轮作，轮作显著增加根际细菌种类，
减少结瓜后期的真菌种群，尤以毛苕子－黄瓜轮作最为显著［９］。
微生物是土壤的重要组成部分，可释放多种酶类，参与土壤有机质降解、腐殖质合成和养分循环等生物化学
过程［１０］。细菌是数量最多和种群最丰富的土壤微生物，人们通常采用分离培养、磷脂脂肪酸和ＰＣＲ－ＤＧＧＥ等
常规和分子生物学技术研究土壤微生物，但获得的细菌数量种类有限，不能充分反映土壤细菌多样化的组成和种
群结构。４５４高通量测序技术是在ＰＣＲ扩增的基础上，分析细菌１６ＳｒＤＮＡ和真菌１８ＳｒＤＮＡ序列，与基因库中
的已知序列进行对比，鉴别微生物种（属）类，具有适用范围广、灵敏性高、可靠性好，同时检测活性和休眠微生物
等特点［１１］。
云南省是我国烤烟主产区，烤烟轮作比例达８０％以上，烟地夏季主要轮作玉米和水稻，分别占种植面积的
６４．７％和２７．６％，冬季一般种植油菜和绿肥或休闲，轮作年限一般为２～３年［１２］。选择科学的轮作模式，减轻连
作障碍，是保持整个农业生产健康和持续发展的重要措施［１３］，但相关研究较少。为了深入了解土壤细菌的数量、
活性、组成结构和多样性，建立科学合理的轮作模式，本研究采用常规方法和４５４高通量测序技术，研究了云南省
烟区主要轮作模式对土壤养分、微生物活性与细菌群落结构的影响。
７５第１２期 陈丹梅 等：轮作对土壤养分、微生物活性及细菌群落结构的影响
１ 材料与方法
１．１ 试验地概况
云南省烟草农业科学研究院试验基地（Ｎ２４°１４′，Ｅ１０２°３０′），海拔１６８０ｍ，年均温度１５．９℃，年降雨量９１８
ｍｍ，雨季（４－９月）降雨量占全年的７９．５％，年日照时数２０７２ｈ。供试土壤为云南省典型、具有代表性的砂质红
壤，ｐＨ６．４，有机质１０．７０ｇ／ｋｇ，全氮０．５４ｇ／ｋｇ，全磷０．１１ｇ／ｋｇ，全钾６．４３ｇ／ｋｇ，有效氮８２．０ｍｇ／ｋｇ，有效磷
９．０ｍｇ／ｋｇ，有效钾１６０．０ｍｇ／ｋｇ。
１．２ 试验处理
试验始于１９９８年，设置烤烟－休闲－玉米（ｆｌｕｅｃｕｒｅｄｔｏｂａｃｃｏ－ｆａｌｏｗｎｅｓｓ－ｍａｉｚｅ，ＴＦＭ）、烤烟－油菜－
玉米（ｆｌｕｅｃｕｒｅｄｔｏｂａｃｃｏ－ｃａｎｏｌａ－ｍａｉｚｅ，ＴＣＭ）、烤烟－油菜－水稻（ｆｌｕｅｃｕｒｅｄｔｏｂａｃｃｏ－ｃａｎｏｌａ－ｒｉｃｅ，ＴＣ
Ｒ）和烤烟－苕子－水稻（ｆｌｕｅｃｕｒｅｄｔｏｂａｃｃｏ－ｖｅｔｃｈ－ｒｉｃｅ，ＴＶＲ）４种轮作模式。小区面积２８ｍ２，重复３次，随
机区组排列。烤烟、玉米和水稻５月初移栽，苕子和油菜秋末播种。根据当地大田生产情况，油菜施用纯氮９０
ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ２Ｏ５３０ｋｇ／ｈｍ２；玉米和水稻施用纯氮１１２．５ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ２Ｏ５４０ｋｇ／ｈｍ２；苕子施用纯氮７５ｋｇ／ｈｍ２。此
外，水稻、玉米和油菜秸秆全部切碎还田；绿肥收割多次，未彻底收割的残桩全部翻压入土。在烤烟种植季节，基
肥由Ｎ∶Ｐ２Ｏ５∶Ｋ２Ｏ＝１０∶１０∶２５烤烟专用肥提供，施氮量占施肥总量的７０％；剩余３０％的氮素由烤烟专用追
肥（Ｎ∶Ｐ２Ｏ５∶Ｋ２Ｏ＝１０∶０∶２５）提供，在移栽后７～１０ｄ和３０～４０ｄ均分两次穴施。在玉米、油菜及苕子种植
季节，化学氮磷分别由尿素和过磷酸钙提供。其中，玉米和油菜７０％的氮和全部磷肥作基肥，剩余３０％的氮分别
在油菜云苔期和玉米大喇叭口期作为追肥穴施，苕子全施基肥。
１．３ 土样采集与分析
在２０１４年油菜和苕子旺长期，采集０～２０ｃｍ的耕层土壤（包括休闲处理），拣去杂物，取部分土壤晾干进行
常规分析。采用电位法测定土壤ｐＨ；重铬酸钾容量法测定土壤有机质；碱解扩散法测定土壤碱解氮；ＮａＨＣＯ３
提取法测定土壤有效磷；ＮＨ４Ａｃ火焰光度法测定土壤有效钾［１４］。土壤蔗糖酶活性采用３，５二硝基水杨酸比色
法测定，酶活性以２４ｈ后１ｇ土壤中生成的葡萄糖（ｇｌｕｃｏｓｅ）ｍｇ数表示［１５］；磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测
定，酶活性以２４ｈ后１ｇ土中释放的酚ｍｇ数表示［１５］；脲酶活性用苯酚钠－次氯酸钠显色法测定，酶活性以２４ｈ
后１ｇ土中ＮＨ４＋Ｎ的 ｍｇ数表示［１５］；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，酶活性以每ｈ内１ｇ土消耗
０．１ｍｏｌ／ＬＫＭｎＯ４ 的ｍＬ数表示［１５］；脱氢酶活性采用ＴＴＣ比色法测定，酶活性以２４ｈ后１ｇ土中ＴＰＦ（三苯基
甲月替）的ｍｇ数表示［１５］。另取部分土壤立即液氮冷冻备测微生物碳氮量和细菌１６ＳｒＲＮＡ序列。微生物碳氮
量采用氯仿熏蒸－０．５ｍｏｌ／ＬＫ２ＳＯ４ 提取，用Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７ 氧化法测碳和腚酚蓝比色法测氮［１６］。
在上海美吉生物科技有限公司进行细菌１６ＳｒＤＮＡ测序，参照４５４高通量测序方法，提取、扩增、纯化、定量
和均一化细菌１６ＳｒＤＮＡ，利用ＲｏｃｈｅＧｅｎｏｍｅＳｅｑｕｅｎｃｅｒＦＬＸ测序平台进行测序［１７］。然后，对有效序列进行去
杂、修剪、除嵌合体序列等过滤处理，得到优化序列，通过聚类分析形成分类单元（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｔａｘｏｎｏｍｉｃｕｎｉｔｓ，
ＯＴＵｓ），采用ＢＬＡＳＴ程序对比ＧｅｎＢａｎｋ（ｈｔｔｐ：／／ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ）中的已知序列，根据９７％的相似度确定
１６ＳｒＤＮＡ序列所代表的细菌种（属）类。
１．４ 数据处理
利用土壤细菌属（种）数（ＯＴＵｓ）和１６ＳｒＤＮＡ序列数（Ｒｅａｄｓ）计算土壤细菌的种群特征值，包括多样性指数
和优势度指数。
Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数（犎）的计算公式为：
犎＝－∑
犛狅犫狊
犻＝１
狀犻
犖ｌｎ
狀犻
犖
Ｓｉｍｐｓｏｎ优势度指数（犇）的计算公式为：
犇＝
∑
犛狅犫狊
犻＝１
狀犻（狀犻－１）
犖（犖－１）
８５ 草 业 学 报 第２４卷
其中，犛狅犫狊为获得ＯＴＵｓ的总数量；狀犻为细菌犻的ＯＴＵｓ数量；犖 为获得细菌的总数量［１８１９］。
细菌丰富度为某种细菌的１６ＳｒＤＮＡ读数占细菌１６ＳｒＤＮＡ总读数的百分数［２０２１］。
１．５ 统计分析
用Ｅｘｃｅｌ进行基本计算，ＳＰＳＳ１６．０软件进行统计分析，差异显著性水平为犘＜０．０５。
２ 结果与分析
２．１ 土壤ｐＨ、有机质与有效养分
在不同种轮作处理的土壤中，ｐＨ、有机质和有效养分的含量显著提高或无明显变化（表１）。与原始土壤相
比，ＴＣＭ和ＴＦＭ显著提高土壤ｐＨ，从ｐＨ６．４提高到ｐＨ６．９～７．１，但ＴＣＲ和ＴＶＲ对土壤ｐＨ无显著
影响。ＴＣＭ、ＴＣＲ和ＴＶＲ不同程度地提高了土壤有机质含量，增幅变化于１６．２６％～４５．１４％之间，以Ｔ
ＶＲ最为显著。ＴＣＲ和ＴＶＲ的有效氮较原始土壤分别提高１０．０％和３２．５％；在４种轮作处理的土壤中，有
效磷含量是原始土壤的２．１３～４．６７倍；ＴＦＭ使土壤有效钾增加６４．０６％。
２．２ 土壤酶活性
土壤酶活性因轮作模式不同而异（表２）。在ＴＶＲ处理的土壤中，蔗糖酶、磷酸酶、脱氢酶、过氧化氢酶和脲
酶活性最高。在ＴＦＭ、ＴＣＭ和ＴＣＲ处理的土壤中，蔗糖酶活性无显著差异；脲酶活性的变化趋势同蔗糖
酶。在ＴＣＭ处理的土壤中，磷酸酶和脱氢酶活性最低，但脱氢酶活性与ＴＣＲ处理无显著差异。在ＴＦＭ和
ＴＣＲ处理的土壤中，过氧化氢酶活性无显著差异，但显著低于ＴＣＭ和ＴＶＲ。
表１ 不同轮作模式对土壤狆犎、有机质和有效养分的影响
犜犪犫犾犲１ 犛犲犾犲犮狋犲犱狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狋犺犲狊狅犻犾狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉狅狋犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
种植模式
Ｒｏｔａｔｉｏｎｍｏｄａｌｓ
ｐＨ 有机质Ｏｒｇａｎｉｃ
ｍａｔｔｅｒ（ｇ／ｋｇｓｏｉｌ）
有效养分Ａｖａｉｌａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔｓ（ｍｇ／ｋｇｓｏｉｌ）
碱解氮ＡｌｋａｌｉｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅＮ 有效磷ＡｖａｉｌａｂｌｅＰ 有效钾ＡｖａｉｌａｂｌｅＫ
原始土壤Ｉｎｉｔｉａｌｓｏｉｌ ６．４ｂｃ １０．７０ｃ ５２．０ｂｃ ９．０ｄ １６０．０ｂ
烤烟－休闲－玉米ＴＦＭ ６．９ａ １０．７６ｃ ５０．２ｃ ４２．０ａ ２６２．５ａ
烤烟－油菜－玉米ＴＣＭ ７．１ａ １３．４３ｂ ５２．６ｂｃ ３５．９ａｂ １８２．０ｂ
烤烟－油菜－水稻ＴＣＲ ６．６ｂ １２．４４ｂ ５７．２ｂ １９．１ｃ １７７．６ｂ
烤烟－苕子－水稻ＴＶＲ ６．２ｃ １５．５３ａ ６８．９ａ ２７．２ｂｃ １８１．３ｂ
注：同列不同小写字母表示差异显著（犘＜０．０５），下同。
Ｎｏｔｅ：Ｉｎｅａｃｈｃｏｌｕｍｎ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｍａｌｌｅｔｔｅｒｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｍｏｎｇｃｒｏｐｐｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔ犘＜０．０５，ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
表２ 不同种植模式对土壤酶活性的影响
犜犪犫犾犲２ 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳狉狅狋犪狋犻狅狀犿狅犱犪犾狊狅狀犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀狊狅犻犾
轮作处理Ｒｏｔａｔｉｏｎｍｏｄａｌｓ 蔗糖酶Ｓｕｃｒａｓｅ 磷酸酶Ｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅ 脱氢酶Ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ 过氧化氢酶Ｃａｔａｌａｓｅ 脲酶Ｕｒｅａｓｅ
烤烟－休闲－玉米ＴＦＭ ３５．５０ｂ １．４２ｂ ５．２７ｂ ０．２０ｂ ０．５９ｂ
烤烟－油菜－玉米ＴＣＭ ３２．７９ｂ ０．６５ｃ ０．６５ｃ ０．２１ａ ０．５７ｂ
烤烟－油菜－水稻ＴＣＲ ３４．７８ｂ １．４１ｂ ４．０２ｂ ０．２０ｂ ０．５８ｂ
烤烟－苕子－水稻ＴＶＲ ６６．７４ａ ２．０１ａ ９．８５ａ ０．２１ａ ０．６２ａ
蔗糖酶活性Ｓｕｃｒａｓｅａｃｔｉｖｉｔｙ：ｍｇ葡萄糖Ｇｌｕｃｏｓｅ／（ｇ·ｈ）；磷酸酶活性Ｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅａｃｔｉｖｉｔｙ：ｍｇｐ犖犘／（ｇ·ｈ）；脱氢酶活性Ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅａｃｔｉｖｉ
ｔｙ：ｍｇＴＰＦ／（ｇ·ｈ）；过氧化氢酶活性Ｃａｔａｌａｓｅａｃｔｉｖｉｔｙ：ｍＬ（０．１ｍｏｌ／ＬＫ２ＭｎＯ４）／（ｈ·ｇ）；脲酶活性Ｕｒｅａｓｅａｃｔｉｖｉｔｙ：ｍｇＮＨ４＋Ｎ／（ｇ·ｈ）．
２．３ 微生物生物量
由图１可知，微生物量碳 ＴＶＲ处理最高，达到１５４．７０ｍｇ／ｋｇ；ＴＣＭ 和 ＴＣＲ次之；ＴＦＭ 最低，仅
５６．３３ｍｇ／ｋｇ。但是，微生物量氮的变化趋势与微生物量碳有所不同，ＴＶＲ最高，ＴＣＭ 和ＴＦＭ 次之，ＴＣ
９５第１２期 陈丹梅 等：轮作对土壤养分、微生物活性及细菌群落结构的影响
Ｒ最低。在４种不同轮作模式处理中，微生物碳氮比差异显著。
２．４ 土壤细菌
２．４．１ 稀释曲线 随机抽取测序样品中的１６ＳｒＤＮＡ读数（ｒｅａｄｓ），以细菌种（属）类数（ＯＴＵｓ）为纵坐标，１６Ｓ
ｒＤＮＡ读数为横坐标，获得稀释曲线（图２）［２２］。结果表明，抽样读数大约在１５００以下时，细菌种（属）类数迅速增
加；读数在１５００～４０００之间，细菌种（属）数缓慢增加；读数超过４０００之后，其种（属）类数的增长逐渐趋于平缓。
此外，细菌稀释曲线的最高值因轮作处理不同而异，ＴＶＲ最高，ＴＣＭ和ＴＣＲ次之，ＴＦＭ最低。
图１ 种植模式对土壤微生物量碳氮的影响
犉犻犵．１ 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳狉狅狋犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犿犻犮狉狅犫犻犪犾犆犪狀犱犖犻狀狊狅犻犾
不同小写字母表示差异显著，下同。Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｍａｌｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｔ犘＜０．０５，ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
图２ 不同轮作处理的土壤中细菌稀释性曲线
犉犻犵．２ 犅犪犮狋犲狉犻犪狉犪狉犲犳犪犮狋犻狅狀犮狌狉狏犲狊犻狀狊狅犻犾狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉狅狋犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
２．４．２ 细菌门类 在 ＴＦＭ、ＴＣＭ、ＴＣＲ和ＴＶＲ处理的土壤中，细菌１６ＳｒＤＮＡ读数依次为５３９５，
５８６４，５５２８和６６１４，分别代表８８５，９７３，９６９和９８７种（属）类的细菌，其中６２．２１％～６９．７２％的细菌读数小于５。
土壤细菌分别归属于变形菌（Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）、绿弯菌（Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ）、放线菌（Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）、酸杆菌（Ａｃｉｄｏｂａｃ
ｔｅｒｉａ）、拟杆菌（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ）、浮霉菌（Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ）、芽单胞菌（Ｇｅｍｍａｔｉｍｏｎａｄｅｔｅｓ）及厚壁菌（Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ）
等３１个门，约有１％的细菌尚待确定所归属的门类（表３，图３）。其中，变形菌门的丰富度最高，占总量的
２４．６９％～３２．４９％，平均２９．５１％。此外，在各处理的土壤中，前５种门类的细菌相同，依次为变形菌门、绿弯菌
门、放线菌门、酸杆菌门和拟杆菌门，其丰富度因种植模式不同而异。
２．４．３ 优势菌株 在各处理的土壤中，前１５种优势菌株的丰富度合计占总量的４５．９１％～４８．５８％。其中，
以两种待定细菌（ｕｎｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｂａｃｔｅｒｉａ）的丰富度最高，平均占总量的２６．６８％和１１．５２％；第１５种优势菌株的丰
富度占总量的０．２４％～０．４４％。
０６ 草 业 学 报 第２４卷
书书书
表
３
在
不
同
轮
作
土
壤
中
， １
５
种
优
势
细
菌
菌
属
（株
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丰
富
度
犜犪
犫犾
犲
３
犜犺
犲
犪犫
狌狀
犱犪
狀犮
犲
狅犳
狋狅
狆
１５
狆狉
犲犱
狅犿
犻狀
犪狀
狋
犫犪
犮狋
犲狉
犻犪
犻狀
狊狅
犻犾
狑犻
狋犺
犱犻
犳犳
犲狉
犲狀
狋
狉狅
狋犪
狋犻
狅狀
狋狉
犲犪
狋犿
犲狀
狋狊
烤
烟
－
休
闲
－
玉
米
Ｔ
Ｆ
Ｍ
菌
属
（种
）
Ｐｈ
ｙｌ
ｏｔ
ｙｐ
ｅｓ
丰
富
度
Ａ
ｂｕ
ｎｄ
ａｎ
ｃｅ
（ ％
）
烤
烟
－
油
菜
－
玉
米
Ｔ
Ｃ
Ｍ
菌
属
（种
）
Ｐｈ
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ｏｔ
ｙｐ
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丰
富
度
Ａ
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ｃｅ
（ ％
）
烤
烟
－
油
菜
－
水
稻
Ｔ
Ｃ
Ｒ
菌
属
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）
Ｐｈ
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ｙｐ
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丰
富
度
Ａ
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ｎｄ
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（ ％
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烤
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子
－
水
稻
Ｔ
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Ｒ
菌
属
（种
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Ｐｈ
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丰
富
度
Ａ
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（ ％
）
待
定
细
菌
１
Ｕ
ｎｃ
ｌａ
ｓｓ
ｉｆｉ
ｅｄ
ｂａ
ｃｔ
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ｉｕ
ｍ
１
２８
．２
７
待
定
细
菌
１
Ｕ
ｎｃ
ｌａ
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ｉｆｉ
ｅｄ
ｂａ
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ｅｒ
ｉｕ
ｍ
１
２３
．７
４
待
定
细
菌
１
Ｕ
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ｂａ
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ｉｕ
ｍ
１
２５
．９
４
待
定
细
菌
１
Ｕ
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ｌａ
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ｉｆｉ
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ｂａ
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ｍ
１
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２
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ｍ
２
１０
．５
１
待
定
细
菌
２
Ｕ
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ｌａ
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ｂａ
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ｍ
２
１５
．２
８
待
定
细
菌
２
Ｕ
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ｌａ
ｓｓ
ｉｆｉ
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ｂａ
ｃｔ
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ｍ
２
１２
．９
０
待
定
细
菌
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Ｕ
ｎｃ
ｌａ
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ｉｆｉ
ｅｄ
ｂａ
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ｉｕ
ｍ
２
７
．３
８
酸
杆
菌
犃犮
犻犱
狅犫
犪犮
狋犲
狉犻
犪犮
犲犪
犲
１
．６
５
酸
杆
菌
犃犮
犻犱
狅犫
犪犮
狋犲
狉犻
犪犮
犲犪
犲
０
．８
７
芽
单
胞
菌
犌犲
犿
犿
犪狋
犻犿
狅狀
犪狊
１
．４
１
酸
杆
菌
犃犮
犻犱
狅犫
犪犮
狋犲
狉犻
犪犮
犲犪
犲
３
．４
９
芽
单
胞
菌
犌犲
犿
犿
犪狋
犻犿
狅狀
犪狊
１
．２
４
Δ
变
形
菌
犇犲
犾狋
犪
狆狉
狅狋
犲狅
犫犪
犮狋
犲狉
犻狌
犿
０
．８
４
酸
杆
菌
犃犮
犻犱
狅犫
犪犮
狋犲
狉犻
犪犮
犲犪
犲
１
．０
１
伯
克
氏
菌
犅狌
狉犽
犺狅
犾犱
犲狉
犻犪
犮犲
犪犲
１
．８
９
伯
克
氏
菌
犅狌
狉犽
犺狅
犾犱
犲狉
犻犪
犮犲
犪犲
１
．０
２
伯
克
氏
菌
犅狌
狉犽
犺狅
犾犱
犲狉
犻犪
犮犲
犪犲
０
．７
７
放
线
菌
犃犮
狋犻
狀狅
犫犪
犮狋
犲狉
犻狌
犿
１
．０
３
放
线
菌
犃犮
狋犻
狀狅
犫犪
犮狋
犲狉
犻狌
犿
１
．２
４
放
线
菌
犃犮
狋犻
狀狅
犫犪
犮狋
犲狉
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１
．０
０
放
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菌
犃犮
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犫犪
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犻狌
犿
０
．６
７
厌
氧
粘
细
菌
犃狀
犪犲
狉狅
犿
狔狓
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０
．６
５
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单
胞
菌
犌犲
犿
犿
犪狋
犻犿
狅狀
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０
．８
９
绿
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菌
犆犺
犾狅
狉狅
犳犾
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０
．８
２
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单
胞
菌
犌犲
犿
犿
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犻犿
狅狀
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０
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５
酸
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犃犮
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犻犿
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．５
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绿
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菌
犆犺
犾狅
狉狅
犳犾
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０
．７
１
黏
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菌
犕
狔狓
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狅犮
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０
．６
５
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变
形
菌
犅犲
狋犪
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狉狅
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狅犫
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犿
０
．５
６
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０
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０
．６
８
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形
菌
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０
．５
７
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０
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４
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形
菌
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０
．５
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酸
微
菌
犃犮
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．５
３
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菌
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菌
犆犺
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０
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０
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７
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狅犮
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犃犮
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０
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０
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５
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０
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６
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菌
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０
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形
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０
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０
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０
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菌
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０
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形
菌
犇犲
犾狋
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０
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状
菌
犘犾
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形
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犃犾
狆犺
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狆狉
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犲狅
犫犪
犮狋
犲狉
犻狌
犿
０
．３
２
梭
菌
犆犾
狅狊
狋狉
犻犱
犻狌
犿
０
．４
４
黄
杆
菌
犉犾
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狅犫
犪犮
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狉犻
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０
．２
６
根
瘤
菌
犚犺
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狅犫
犻狌
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０
．２
４
红
螺
菌
犚犺
狅犱
狅狊
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狉犻
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犪犾
犲狊
０
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６
合
计
Ｔｏ
ｔａ
ｌ
４８
．５
８
合
计
Ｔｏ
ｔａ
ｌ
４５
．９
１
合
计
Ｔｏ
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ｌ
４６
．７
２
合
计
Ｔｏ
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ｌ
４７
．５
４
未
知
细
菌
Ｕ
ｎｋ
ｎｏ
ｗ
ｎ
４２
．８
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未
知
细
菌
Ｕ
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细
菌
Ｕ
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４５
．６
８
未
知
细
菌
Ｕ
ｎｋ
ｎｏ
ｗ
ｎ
４４
．０
０
１
１６第１２期 陈丹梅 等：轮作对土壤养分、微生物活性及细菌群落结构的影响
图３ 不同种植处理的土壤中，前１０个门类细菌１６犛狉犇犖犃序列数及其丰富度
犉犻犵．３ 犜犺犲１６犛狉犇犖犃狉犲犪犱狊犪狀犱犪犫狌狀犱犪狀犮犲狅犳狋狅狆１０犫犪犮狋犲狉犻犪犾狆犺狔犾犪犻狀狊狅犻犾狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狉狅狆狆犻狀犵狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
１：变形菌门Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ；２：绿弯菌门Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ；３：放线菌门 Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ；４：酸杆菌门 Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ；５：拟杆菌门 Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ；６：浮霉菌
门Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ；７：芽单胞菌门 Ｇｅｍｍａｔｉｍｏｎａｄｅｔｅｓ；８：厚壁菌门Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ；９：硝化螺旋菌门 Ｎｉｔｒｏｓｐｉｒａｅ；１０：蓝藻门Ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ．
由表３可知，在１５种优势菌株中，待定细菌１、待定细菌２、酸杆菌、芽单胞菌、放线菌和绿弯菌共存于４种轮
作模式的土壤中。其中，待定细菌１和待定细菌２的丰富度合计高达４２．６２％～４５．６８％，且不因轮作处理而发
生改变；酸杆菌、放线菌和芽单孢菌属于已鉴定的前５种优势菌株。此外，伯克氏菌（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｃｅａｅ）共存于Ｔ
ＦＭ、ＴＣＭ和ＴＶＲ处理的土壤；黏球菌、α变形菌和酸微菌是ＴＦＭ、ＴＣＲ和ＴＶＲ的共有细菌；β变形菌
同时存在于ＴＣＭ、ＴＣＲ和ＴＶＲ处理的土壤。
在１５种优势菌株中，梭菌仅发现于ＴＦＭ处理的土壤；链霉菌、终极腐霉菌和黄杆菌为ＴＣＭ 处理土壤的
独有菌株；在ＴＣＲ处理的土壤中，独有菌株包括变形菌、假单胞菌、浮霉状菌和根瘤菌；在ＴＶＲ处理的土壤
中，中慢生型天山根瘤菌和贪噬菌为独有菌株。
２．４．４ 细菌群落特征值 在ＴＶＲ的土壤中，细
菌多样性指数最高，达到３．９２５；ＴＣＭ 次之，为
３．７５６；ＴＦＭ 和 ＴＣＲ最低。但是，优势度指数 Ｔ
ＦＭ最高，达０．７１１，ＴＶＲ最低，仅０．５８３（表４）。
３ 讨论
经过１６年的轮作种植，有机质和有效养分提高或
无显著变化，土壤ｐＨ变化于６．２～７．１之间，仍然在
粮、油、经、蔬等多种作物种植的适合范围之内，说明在
高强度轮作种植条件下，辅以秸秆还田或冬季休闲均
表４ 各轮作处理土壤细菌群落特征值
犜犪犫犾犲４ 犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狏犪犾狌犲狊狅犳犫犪犮狋犲狉犻犪犾犮狅犿犿狌狀犻狋犻犲狊
犻狀狊狅犻犾狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉狅狋犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
种植模式
Ｒｏｔａｔｉｏｎｍｏｄａｌｓ
多样性指数
Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎｄｅｘ
优势度指数
Ｄｏｍｉｎａｎｔｉｎｄｅｘ
烤烟－休闲－玉米ＴＦＭ ３．４８２ｃ ０．７１１ａ
烤烟－油菜－玉米ＴＣＭ ３．７５６ｂ ０．６４７ｂ
烤烟－油菜－水稻ＴＣＲ ３．５３１ｃ ０．６８２ａｂ
烤烟－苕子－水稻ＴＶＲ ３．９２５ａ ０．５８３ｃ
可保持或提高土壤肥力和生产力。此外，在各轮作处理的土壤中，有效磷高达１９．２～４２．０ｍｇ／ｋｇ，是原始土壤
９．０ｍｇ／ｋｇ的２．１３～４．６７倍，可以适量减施磷肥。综合土壤ｐＨ、有机质和有效养分的变化，以ＴＶＲ种植模式
最佳。
土壤有机质是微生物的碳源和氮源［２３］。秸秆还田和轮作向土壤提供大量的、丰富多样的有机质，可满足不
同微生物对碳源和养分的需要。在实施ＴＶＲ轮作的过程中，水旱轮作，嫌／好气交替，创造了适合多种微生物
繁衍的不同土壤环境；烤烟、水稻和苕子的近缘性小，有机成分差异较大，有益于不同微生物的繁殖生长。因此，
ＴＶＲ土壤中的微生物量碳氮最高，１６ＳｒＤＮＡ读数最大，细菌种（属）类最多。从土壤酶活性看，ＴＶＲ轮作的
蔗糖酶、脱氢酶、磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性最强，推测微生物分泌的酶较多［２４］，土壤酶活性强促进有机质分
解、腐殖质合成、养分转化、生物固氮、污染物清除等［２５］。
在不同轮作处理的土壤中，土壤微生物量碳氮比高低相差约２．５倍，意味着它们的群落结构也发生了显著变
化。本文采用４５４高通量测序方法，揭示了细菌从门类到种（属）的组成、优势菌株、丰富度和多样性特征等。结
２６ 草 业 学 报 第２４卷
果表明，稀释性曲线呈迅速增加－缓慢增加－逐渐平缓的变化趋势，说明１６ＳｒＤＮＡ的样本量和测序数据合理，
准确地反映了样本中的细菌数及组成情况；稀释曲线的峰值高低不一，意味着轮作处理影响细菌的多样性。一般
认为，多样性指数表示生物群落中的物种多寡，数值愈大表示群落中的物种越丰富；优势度指数越大，生物群落内
的奇异度越高，优势种群突出［２６］。在健康稳定的生态环境中，生物多样性指数较高，优势度指数较低。ＴＶＲ显
著提高细菌群落的多样性指数，但降低优势度指数。因此，ＴＶＲ处理的土壤生态环境较好，有益于细菌生长繁
殖，数量增多，种群增加，密度增大。此外，在不同种植模式的土壤中，细菌的丰富度因轮作和它们的门、属、种不
同而异，存在８８５～９８７种（属）的细菌，远远超过了目前的常规培养、磷脂脂肪酸和ＰＣＲ－ＤＧＧＥ能达到的水平。
因此，更能深入研究土壤细菌的组成和群落结构。值得注意的是，１６ＳｒＤＮＡ读数和细菌ＯＴＵｓ以ＴＶＲ最高，
ＴＦＭ最低，说明ＴＶＲ土壤中的细菌数和种（属）类最多。
在４种轮作处理的土壤中，前５种门类的细菌相同，但因种植模式不同而影响其丰富度。在前１５种优势细
菌中，有６种（属）共同存在于各轮作处理的土壤中，均有较高的丰富度，也因种植模式不同而发生变化；其中待
定细菌１和待定细菌２的丰富度合计高达４２．６２％～４５．６８％，居绝对优势地位。说明土壤是决定细菌组成的基
本要素，种植模式可不同程度地改变细菌的种群结构。从优势菌株的功能看，丰富度最高的待定细菌１和待定
细菌２尚待鉴定分类，需要明确其生物学功能；酸杆菌广泛存在于自然界的各种环境中，具有丰富的遗传和代谢
多样性，对稳定生态系统贡献极大［２７２８］；放线菌也是自然界分布最广泛的微生物类群之一，参与土壤有机质转化，
土壤结构形成，植物生长素和抗生素分泌［２９］；绿弯菌是活性污泥的组成成分之一［３０］，生活在好氧环境下，有利于
土壤中有毒物质的降解。除ＴＣＲ之外，其他３种轮作处理的土壤都存在伯克氏菌，且丰富度较高，它们能分泌
生长素、ＡＣＣ脱氨酶和铁载体，溶解矿物态无机磷，促进番茄（犔狔犮狅狆犲狉狊犻犮狅狀犲狊犮狌犾犲狀狋狌犿）、美洲商陆（犘犺狔狋狅犾犪犮犮犪
犃犿犲狉犻犮犪狀犪）和籽粒苋（犃犿犪狉犪狀狋犺狌狊犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊）生长，提高植物抗（耐）重金属的能力［３１３２］。此外，ＴＶＲ
处理的土壤中还存在贪噬菌和中慢生型天山根瘤菌，前者参与有机磷、硝基酪氨酸、除草剂、三氯乙烯等的生物降
解［３３３４］，中慢生型天山根瘤菌明显与苕子结瘤固氮有关。因此，优势细菌的作用与土壤功能密切相关。
总之，不同轮作方式均有益于保持或提高土壤肥力和土地生产力。从土壤有机质、有效养分、酶活性、微生物
量、细菌种群结构和多样性等方面看，ＴＶＲ最佳，是值得推广的一种种植模式。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊：
［１］ ＷａｎｇＦ，ＬｉＳＧ，ＸｕＦＨ，犲狋犪犾．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｒｏｐｐｉｎｇｏｂｓｔａｃｌｅ．ＣｈｉｎｅｓｅＳｏｉｌａｎｄＦｅｒ
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［８］ ＹａｎｇＸＴ，ＺｈｏｕＣ，ＬｉＪＨ，犲狋犪犾．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｒｏｐｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｎｙｉｅｌｄｏｆｓｔｒａｗｂｅｒｒｙａｎｄｓｏｉｌｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｕｎｄｅｒｐｌａｓｔｉｃ
ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｃｏＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，２０１０，１８（２）：３１２３１５．
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ｍｅｎｔ．ＡｃｔａＰｅｄｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１１，４８（１）：１７５１８４．
［１０］ ＫｅｎｎｅｄｙＡＣ，ＳｍｉｔｈＫＬ．Ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｓｏｉｌｓ．ＰｌａｎｔａｎｄＳｏｉｌ，１９９５，１７０：７５
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３６第１２期 陈丹梅 等：轮作对土壤养分、微生物活性及细菌群落结构的影响
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［１６］ ＦｒｏｓｔｅｇａｒｄＡ，ＴｕｎｌｉｄＡ，ＢａａｔＩＥ．Ｐｈｏｓｐｈｏｌｉｐｉｄｆａｔｔｙａｃｉｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｂｉｏｍａｓｓ，ａｎｄａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓｆｒｏｍ
ｔｗｏｓｏｉｌｔｙｐｅｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｙｅｘｐｏｓｅｄｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ．ＡｐｐｌｉｅｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，１９９３，５９：３６０５
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［１７］ ＨｅｒｌｅｍａｎｎＤａｎｉｅＰＲ，ＬｕｎｄｉｎＤ，ＬａｂｒｅｎｚＭ．Ｍｅｔａｇｅｎｏｍｉｃａｓｓｅｍｂｌｙｏｆａｎａｑｕａｔｉｃｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｏｆｔｈｅｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａｌ
ｃｌａｓｓｓｐａｒｔｏｂａｃｔｅｒｉａ．ＭＢＩＯ，２０１３，４：１１５７１１６９．
［１８］ ＫｒｅｂｓＣＪ．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＨａｒｐｅｒＣｏｌｉｎｓＰｕｂｌｉｓｈ，１９８９．
［１９］ ＰａｔｒｉｃｋＤＳ，ＤｉｒｋＧ，ＳａｒａｈＬＷ．ＲｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＰＣＲａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇａｒｔｉｆａｃｔｓｏｎ１６ＳｒＤＮＡｂａｓｅｄ
ｓｔｕｄｉｅｓ．ＰＬｏＳＯＮＥ（ｅ２７３１０），２０１１，６（１２）：１１４．
［２０］ ＲｏｅｓｃｈＬＦＷ，ＦｕｌｔｈｏｒｐｅＲＲ，ＲｉｖａＡ，犲狋犪犾．Ｐｙｒｏｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｅｎｕｍｅｒａｔｅｓａｎｄｃｏｎｔｒａｓｔｓｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙ．ＴｈｅＩＳＭＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ，２００７，（４）：２８３２９０．
［２１］ ＬｉｍＹＭ，ＫｉｍＢＫ，ＫｉｍＣ，犲狋犪犾．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌｆｕｎｇａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓｕｓｉｎｇｐｙｒｏｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ．ＴｈｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏ
ｇｙ，２０１０，４８（３）：２８４２８９．
［２２］ ＡｍａｔｏＫＲ，ＹｅｏｍａｎＣＪ，ＫｅｎｔＡ，犲狋犪犾．Ｈａｂｉｔａｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｍｐａｃｔｓｂｌａｃｋｈｏｗｌｅｒｍｏｎｋｅｙ（犃犾狅狌犪狋狋犪狆犻犵狉犪）ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉ
ｎａｌｍｉｃｒｏｂｉｏｍｅｓ．ＴｈｅＩＳＭＥＪｏｕｒｎａｌ，２０１３，７：１３４４１３５３．
［２３］ ＫａｔａｒｉｎａＨ．Ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｔｏｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｎｆｏｒｍｅｒａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｌａｎｄ．ＳｏｉｌＢｉｏｌｏ
ｇｙ＆Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００２，３４（９）：１２９９１３０７．
［２４］ ＳｈａｎＧＬ，ＣｈｕＸＨ，ＬｕｏＦＣ，犲狋犪犾．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｅｘｃｌｏｓｕｒｅｐｅｒｉｏｄｏｎｓｏｉｌｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍａｎｄｉｔｓｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｔｙｐｉｃａｌ
ｓｔｅｐｐｅ．ＧｒａｓｓｌａｎｄａｎｄＴｕｒｆ，２０１２，３２（１）：１６．
［２５］ ＮｉｓｈｉｎｏＳＦ，ＳｐａｉｎＪＣ．Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆ３ｎｉｔｒｏｔｙｒｏｓｉｎｅｂｙ犅狌狉犽犺狅犾犱犲狉犻犪ｓｐ．ｓｔｒａｉｎＪＳ１６５ａｎｄ犞犪狉犻狅狏狅狉犪狓狆犪狉犪犱狅狓狌狊
ＪＳ１７１．ＡｐｐｌｉｅｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２００６，７２（２）：１０４０１０４４．
［２６］ ＨｕｎｔｅｒＰＲ，ＧａｓｔｏｎＭＡ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｄｅｘｏｆｔｈｅｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒｙａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｙｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ－ＡｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｉｍｐｓｏｎｓｉｎｄｅｘ
ｏｆｄｉｖｅｒｓｉｔｙ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，１９８８，２６（１１）：２４６５２４６６．
［２７］ ＷｉｓｅＭＧ，ＭｃａｒｔｈｕｒＪＶ，ＳｈｉｍｋｅｔｓＬＪ．Ｂａｃｔｅｒｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆａｃａｒｏｌｉｎａｂａｙａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙ１６ＳｒＲＮＡｇｅｎｅａｎａｌｙｓｉｓ：ｃｏｎ
ｆｉｒｍａｔｉｏｎｏｆｎｏｖｅｌｔａｘａ．ＡｐｐｌｉｅｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，１９９７，６３（４）：１５０５１５１４．
［２８］ ＢａｒｎｓＳＭ，ＴａｋａｌａＳＬ，ＫｕｓｋｅＣＲ．Ｗｉｄｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｍｅｍｂｅｒｓｏｆｔｈｅｂａｃｔｅｒｉａｌｋｉｎｇｄｏｍ犃犮犻犱狅犫犪犮狋犲狉犻狌犿ｉｎ
ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．ＡｐｐｌｉｅｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，１９９９，６５（４）：１７３１１７３７．
［２９］ ＺｈｕＺＸ．ＳｃｒｅｅｎｉｎｇａｎｄＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｃｔｉｎｏｍｙｃｅｓｆｒｏｍＳｏｉｌａｎｄＳｔｕｄｙｏｆＴｈｅｉｒＭｅｔａｂｏｌｉｔｅｓｗｉｔｈＢｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ［Ｄ］．Ｈａ
ｅｒｂｉｎ：ＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１１．
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