韓興秀，李勤奮，王進闖*

土壤有機碳組分和微生物群落對有機管理的響應(yīng)

韓興秀1,2,3，李勤奮2,3，王進闖2,3*

1. 貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽 550025；2. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護研究所/海南省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)研究室，海南?？?571101；3. 海南儋州熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，海南儋州 571737

土壤有機碳（soil organic carbon, SOC）和微生物是土壤質(zhì)量和健康變化的重要評價指標(biāo)。為了探究熱區(qū)不同的管理方式對茶園土壤有機碳組分和微生物群落組成的影響，本研究選取海南省白沙縣有機茶園（organic tea plantations, OTP）和常規(guī)茶園（conventional tea plantations, CTP）作為研究對象，利用13C-核磁共振（13C-NMR）生物標(biāo)記技術(shù)和磷脂脂肪酸（PLFA）來研究不同管理模式下茶園土壤中有機碳化學(xué)組分和土壤微生物的群落組成的變化，明確有機管理和無機管理對土壤有機碳組分（烷基C、O-烷基C、芳香C和羧基C）和微生物群落組成的影響。結(jié)果顯示：（1）與無機管理相比，有機管理顯著改變了茶園土壤中養(yǎng)分含量。有機質(zhì)（SOM）含量增加了47.86%，總氮（TN）和總磷（TP）含量分別增加了37.40%和100%（0.05）。硝態(tài)氮（NO3?-N）含量顯著增加了78.80%（0.05），總鉀（TK）和速效鉀（AK）含量顯著降低（0.05）。（2）有機管理增加了茶園土壤中烷基C和O-烷基C的相對含量。同時，脂肪族C/芳香C的比值也高于無機管理茶園。（3）有機管理茶園土壤中的總磷脂脂肪酸含量（PLFAs）增加了29.70%（0.05），且細菌、G-和放線菌的磷脂脂肪酸的含量顯著高于無機茶園（0.05）。（4）RDA分析表明，茶園土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)主要受到土壤總氮（TN）、總鉀（TK）、烷基C、O-烷基C和羧基C含量的影響（0.05）。（5）相關(guān)性分析結(jié)果顯示，有機碳組分中烷基C與總微生物量、真菌、放線菌和菌根真菌含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。O-烷基C與微生物中真菌、細菌和真菌/細菌的比值也呈顯著正相關(guān)關(guān)系。以上結(jié)果表明，對茶園有機管理能調(diào)節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤有機碳的脂肪化程度，進而影響土壤有機碳的積累和周轉(zhuǎn)機制。

有機管理；有機碳組分；土壤微生物群落；磷脂脂肪酸

近年來，由于集約化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量減少，土壤肥力和生物多樣性降低[1]。因此，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)、水分調(diào)控、碳容量和微生物功能多樣性等服務(wù)功能大大減弱，嚴重影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。有機農(nóng)業(yè)通過施用有機肥，不使用人工合成的化肥、農(nóng)藥和生長調(diào)劑等，被認為是促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要管理措施[2]。MARTíNEZ等[3]2018年研究表明，有機管理可以增加土壤有機碳庫（SOC）的總量。由于相異的周轉(zhuǎn)速率和對環(huán)境干擾的響應(yīng)不同，相異的SOC組分而不是總有機碳被認為是農(nóng)業(yè)管理對土壤碳影響更加敏感的指標(biāo)[4]。但有機管理對SOC組分的影響仍然不確定。另外，土壤微生物群落是SOC動態(tài)的主要調(diào)控者，可以改變養(yǎng)分有效性，影響土壤有機質(zhì)分解速率[5]。因此，有機管理引起的微生物群落的變化對土壤碳組分的穩(wěn)定也起到關(guān)鍵作用[6]。探究有機管理下土壤碳組分變化與微生物的相關(guān)性，對闡明有機管理對碳循環(huán)的影響機制，以及促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

有機碳的化學(xué)復(fù)雜性和分子結(jié)構(gòu)的變化可以決定土壤微生物對碳的分解速率[7-8]。以往的研究主要采用傳統(tǒng)的實驗培養(yǎng)方法來確定土壤有機碳的分解速率。近年來，13C固態(tài)核磁共振譜（13C-NMR）被認為是分析土壤有機碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的適用技術(shù)[9]。例如，有機碳的化學(xué)復(fù)雜性可以從固態(tài)核磁共振譜識別的官能團的化學(xué)位移中推斷出來，其分解速度在某種程度上與不同官能團的比例有關(guān)[10]。烷基C和芳香C的比例高時，有機碳穩(wěn)定性高，容易被固定在土壤中。而當(dāng)不穩(wěn)定的O-烷基C和羧基C的比例高時，土壤有機碳不容易被固存[11]?？墒?，很少利用13C固態(tài)核磁共振譜分析有機管理對土壤有機碳組分的影響研究。

不同的微生物群落在分解土壤有機碳的過程中對碳組分具有一定的選擇特異性[12]，土壤微生物群落組成的變化可以導(dǎo)致土壤有機質(zhì)的穩(wěn)定性的變化[13]。例如，真菌在難降解有機質(zhì)的分解中發(fā)揮作用[14]。另外，土壤微生物的功能也是被不同的有機碳的種類影響。這些結(jié)果說明SOC的組分在塑造土壤微生物群落中具有關(guān)鍵作用?？墒牵寥牢⑸镆餐ㄟ^影響不同的碳組分影響碳循環(huán)[15]。因此，微生物很大程度上調(diào)控不同碳組分對碳固持的相對貢獻[16]。例如，真菌群落對復(fù)雜的有機碳具有更高的分解能力[17]，而細菌群落更容易利用簡單的有機碳[18]。目前，有機管理對土壤微生物的影響已得到廣泛的研究[19-20]?？墒?，土壤微生物群落如何影響土壤有機碳組分仍然不清楚。

茶樹[(L) OKuntze]是我國的主要經(jīng)濟作物之一[21]，種植面積廣泛[22]。由于無機管理造成茶園土壤有機質(zhì)下降，土壤肥力持續(xù)下降?；诖耍狙芯恳杂袡C茶園和無機茶園為研究對象，探討有機管理和常規(guī)管理對土壤養(yǎng)分、有機碳組分和微生物群落的影響，為更好地闡明有機管理對土壤養(yǎng)分和有機碳周轉(zhuǎn)的影響機理，以及促進茶園的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與實驗設(shè)計

研究區(qū)位于海南省白沙縣（109°38′E, 19°18′N），屬于熱帶季風(fēng)氣候，年均溫度22.7℃，年均降水量約為1900 mm，地勢平坦，土壤類型為磚紅壤。

本研究選取的兩處茶園均由龍眼園轉(zhuǎn)變而來，立地條件一致。管理模式分別為有機管理（organic tea plantations, OTP）和無機管理（conventional tea plantations, CTP）的茶園。無機管理與有機管理的區(qū)別主要是害蟲治理和植物營養(yǎng)實踐造成的。有機管理茶園中，不使用人工合成農(nóng)藥，以干羊糞為有機肥（每年平均施用6000 kg/hm2）為基礎(chǔ)。與之相比，在無機管理茶園中，除使用殺蟲劑（吡蟲啉和溴氰菊酯）和除草劑（草甘膦）外，施肥以施用化學(xué)肥料為基礎(chǔ)，每年施入N、P、K分別為450、225、225 kg/hm2。有關(guān)實驗設(shè)計詳見課題組WU等[19]和王敦剛等[20]的方法。

1.2 土壤樣品采集

2020年11月20日采集土壤樣品。每個茶園建立3個20 m×20 m的樣方。除去地表雜物和表層浮土，采用五點法，在每個樣方用直徑為5 cm的土鉆取0～20 cm土層土壤樣品，混勻后作為一個樣方的土壤樣品。土壤樣品過2 mm篩后分為2份，一份存儲于–80℃用于測定土壤微生物群落，另一份自然風(fēng)干用于測定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)和有機碳組分。

1.3 土壤理化測定

土壤pH采用pH計測定（土壤∶蒸餾水= 1∶2.5）；土壤有機碳（SOC）含量采用濃硫酸－重鉻酸鉀外加熱法測定；土壤全氮（TN）含量采用凱氏定氮法測定；土壤總磷（TP）含量采用鉬銻鈧比色法測定；土壤全鉀（TK）含量采用NaOH熔融-火焰光度法測定；土壤速效鉀（AK）含量采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定；硝態(tài)氮（NO3?-N）和銨態(tài)氮（NH4+-N）含量采用氯化鈣浸提法測定[23]。

1.4 13C核磁共振波譜法（NMR）分析

土壤有機碳組分化學(xué)結(jié)構(gòu)采用德國產(chǎn)Bruker AVANCE Ⅲ HD，400型13C固態(tài)核磁共振碳譜分析儀測定[24]。儀器頻率為100.64 MHz，采用4 mm ZrO2探頭，掃描次數(shù)為20 000次，樣品在探頭內(nèi)以5000 Hz的頻率旋轉(zhuǎn)，接觸時間為3 ms，循環(huán)延遲時間為1 s，化學(xué)位移基準(zhǔn)值以176.03 mg/L的甘氨酸為標(biāo)準(zhǔn)。核磁共振樣品預(yù)處理與波譜分析：為了提高固體核磁共振測定的精確度，土壤樣品在進行核磁共振分析前需先用氫氟酸（HF）進行預(yù)處理[25]，預(yù)處理方法如下：稱量10 g風(fēng)干土壤樣品于100 mL離心管中，加50 mL HF 10%溶液，搖床上振蕩1 h（25℃，100 r/min），離心10 min（3000 r/min），棄上清液，殘余物繼續(xù)用HF溶液處理。共重復(fù)處理8次，搖床振蕩時間依次是：第1～4次1 h，第5～7次12 h，最后1次24 h。處理過后的殘余物用蒸餾水清洗后以除去其中的HF溶液，方法如下：加50 mL蒸餾水，振蕩10 min，離心10 min（3000 r/min），去掉上清液，整個過程重復(fù)4次。殘余物在40℃的烘箱中烘干，過60目篩后上機測定。

1.5 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析

微生物群落結(jié)構(gòu)采用WU等[19]的方法確定。稱取8 g冷凍干燥的土壤樣品到50 mL的特氟龍離心管中，以提取劑0.8∶1∶2的比例添加15.2 mL檸檬酸緩沖液∶氯仿∶甲醇，并在室溫下250 r/min振蕩2 h，然后4000 r/min離心10 min。脂肪酸甲酯（FAMEs）的含量通過氣相色譜法（N6890，安捷倫）定量，并使用MIDI SHERLOCK微生物鑒定系統(tǒng)（版本4.5，MIDI，Inc., 美國）進行鑒定。使用十九烷酸甲酯（19∶0）作為內(nèi)標(biāo)?？侾LFA濃度以nmol/g為單位表示，單個PLFA的種類由特定的峰面積之和并用nmol/g干土表示。PLFA被劃分為以下不同的分類群，其中15∶0、16∶0、17∶0、16∶1 w7c、18∶1 w7c、a15∶0、a17∶0、cy17∶0、cy19∶0、i14∶0、i15∶0、i16∶0和i17∶0用于指示細菌，此外，i14∶0、i15∶0、a15∶0、i16∶0、a16∶0、i17∶0和 a17∶0用于指示革蘭氏陽性菌，16∶1w7c、cy17∶0、18∶1w7c、cy19∶0用于指示革蘭氏陰性菌18∶1w9c，18∶2w6，9c用于指示真菌；以及10Me16∶0、10Me17∶0、10Me18∶0、10Me19:0用于指示放線菌。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用獨立樣本T（T-test）檢驗分析不同管理模式土壤理化性質(zhì)、有機碳組分的差異和土壤微生物群落的顯著性差異（SPSS 17.0），所有數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。主成分分析（PCA）用于明確不同管理模式下的茶園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化（CANOCO 5.02）。冗余分析（redundancy analysis, RDA）用于明確不同管理茶園中土壤理化因子與微生物群落之間的關(guān)系（CANOCO 5.02）。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機管理對土壤理化性質(zhì)的影響

與無機管理相比，有機管理提高了土壤SOM、TN、NH4+-N、NO3?-N、AP、TP等養(yǎng)分含量以及pH，但土壤TK和AK含量降低了28.57%和11.59%（<0.05，表1）。

表1 不同茶園管理下的土壤理化性質(zhì)

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters after the same column of data indicate significant difference (<0.05).

2.2 有機管理對土壤有機碳組分的影響

13C-NMR光譜結(jié)果顯示，在2種管理模式的茶園土壤中，有機碳化學(xué)結(jié)構(gòu)均以O(shè)-烷基C和烷基C為主，O-烷基C所占相對比例（44.38%）最高，其次為烷基C（21.25%）和芳香C（18.07%），羧基C的平均比例（16.36%）最低（圖1A）。與無機管理相比，有機管理顯著改變了茶園土壤有機碳的結(jié)構(gòu)組成，增加了茶園土壤中烷基C和O-烷基C的相對含量，但減少了芳香C和羧基C的相對含量，進而增加了脂肪C（烷基C+O-烷基C）與芳香C的比值（圖1B）。

2.3 有機管理對土壤微生物群落的影響

與無機管理相比，有機管理顯著增加了茶園土壤微生物總PLFAs含量（29.7%），土壤真菌PLFAs含量（41.7%），革蘭氏陰性菌PLFAs含量（37.4%），土壤放線菌PLFAs含量增加（42.9%），土壤菌根真菌PLFAs含量增加了（163.6%）（<0.05）。同時，有機茶園顯著增加了茶園土壤F/B和G+/G?的比值（表2）。

PCA分析表明，不同管理模式下，茶園土壤微生物群落組成發(fā)生了明顯分異（圖2）。PCA 1和PCA 2共同解釋了總變異的93.42%，其中PCA1解釋了總變異的76.71%，PCA 2解釋了總變異的16.71%。

2.4 土壤微生物群落組成與土壤有機碳組分及其他土壤理化性質(zhì)間的關(guān)系

相關(guān)性分析結(jié)果顯示，總PLFAs與土壤pH 和NO3?-N含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤微生物中的真菌、AMF和F/B的比值與pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與TK和AK含量呈顯著負相關(guān)關(guān)系。真菌、放線菌、AMF和F/B的比值與土壤TN、TP和SOM含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤真菌和AMF與NO3?-N含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系?？侾LFAs、真菌、放線菌和AMF含量與有機碳組分中的烷基C相對含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。真菌、細菌和F/B的比值與O-烷基C相對含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。然而，芳香C相對含量與真菌、細菌、AMF和F/B的比值呈顯著負相關(guān)關(guān)系。羧基C相對含量與總PLFAs、G?、真菌、放線菌等微生物呈顯著負相關(guān)關(guān)系（表3）。

不同的小寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05）。

表2 不同管理模式下茶園土壤微生物群落組成

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters after the same column of data indicate significant difference (<0.05).

圖2 有機茶園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的主成分分析

冗余分析（RDA）顯示，茶園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)在不同的管理模式下差異顯著（圖3）。茶園土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)變化主要受到土壤TN、TK、烷基碳、O-烷基C和羧基C含量的影響（<0.05），并共同解釋了微生物群落結(jié)構(gòu)95.24%的變化，其中RDA1解釋了微生物群落結(jié)構(gòu)變異的88.93%，RDA2解釋了茶園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變異的6.31%。

注：*表示顯著相關(guān)（<0.05），**表示極顯著相關(guān)（<0.01）。

Note:*indicates significant correlation (<0.05),**indicates extremely significant correlation (<0.01)

圖3 土壤環(huán)境因子和土壤微生物的冗余分析

3 討論

3.1 有機管理對土壤微生物群落組成的影響

農(nóng)業(yè)管理方式的改變顯著影響了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。與無機管理相比，有機管理顯著增加了真菌、放線菌、AMF和總PLFAs含量。原因可能是無機管理導(dǎo)致土壤板結(jié)，破壞了土壤的團聚體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤中微生物所需的碳氮源和其他土壤養(yǎng)分降低[26]。有機管理中施入的干羊糞含有豐富的碳和氮源，有助于微生物的增長繁殖，提高了微生物的活性。除此之外，有機肥中還引入了其他微生物，導(dǎo)致微生物量增加。無機管理茶園中農(nóng)藥和除草劑的施用會對微生物產(chǎn)生不利影響。這表明有機管理措施可能會減輕無機管理對土壤微生物群落產(chǎn)生的負面影響[27]。另外，有機管理顯著增加了G+/G?的比值，這主要與土壤養(yǎng)分狀況有關(guān)。G-細菌是寡營養(yǎng)菌，適應(yīng)生長于營養(yǎng)貧瘠的土壤環(huán)境。而G+是富營養(yǎng)菌。它們對可利用的有機物質(zhì)非常敏感[28]。與無機管理相比，有機管理施入的干羊糞增加了土壤有機物質(zhì)含量。而無機管理導(dǎo)致茶園土壤中有機質(zhì)TN、TK等養(yǎng)分含量下降[29-30]，進而增加了G+/G?的比值。研究表明，土壤放線菌不僅具有一定的解磷作用[31]，還參與有機物質(zhì)的分解過程[32]。

本研究發(fā)現(xiàn)，有機管理茶園土壤中的放線菌顯著高于無機管理茶園。這可能是由于有機肥中含有大量的纖維素、木質(zhì)素和單寧等有機物質(zhì)含量，為放線菌群落的增長提供了養(yǎng)分來源。放線菌是一種纖維素降解菌，通過產(chǎn)生大量的纖維素酶，對纖維素和木質(zhì)素等有機物質(zhì)進行降解，加快礦質(zhì)元素的釋放，增加土壤養(yǎng)分含量[33]。RDA分析結(jié)果表明，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與TK、NO3?-N、AK、TP、TN、C/N、pH和SOM等土壤理化因子有關(guān)。這說明土壤養(yǎng)分含量是驅(qū)動土壤微生物種類組成和群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素[34-35]。

3.2 有機管理對土壤有機碳組分的影響

土壤有機質(zhì)含量不僅代表土壤的碳儲存量[36]，也是土壤供應(yīng)養(yǎng)分能力和肥力的重要指標(biāo)[37]。與無機茶園相比，有機管理顯著增加土壤有機質(zhì)含量。相似地，NOVARA 等[38]研究發(fā)現(xiàn)，在柑橘種植園，有機管理也增加了土壤有機碳含量。這主要因為有機管理中修剪的殘枝、有機肥及其他有機輸入物（雜草）等進入土壤中，使土壤SOC含量增加。

無論茶園管理方式如何，茶園土壤有機碳化學(xué)官能團均以氧烷基C為主，并表現(xiàn)為O-烷基C>烷基C>芳香C>羧基C。O-烷基C和羧基C通常代表的是來源于纖維素、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等碳水化合物[39]，是活性有機碳，容易被微生物分解[40]。而烷基C和芳香C來源于木栓質(zhì)、蠟質(zhì)和角質(zhì)等難分解生物聚合物，是相對穩(wěn)定的有機碳[41]。這表明茶園中的有機碳組分以不穩(wěn)定的活性有機碳為主[42]。然而，不同的茶園管理方式對土壤碳組分的影響程度不同。與無機茶園相比，有機茶園顯著增加了烷基C和O-烷基C的相對含量，而降低了芳香C和羧基C的含量。DUAN等[43]研究發(fā)現(xiàn)，長期施用有機肥能夠增加O-烷基C的豐度，降低了芳香C的相對豐度。這主要是因為糞肥的添加使大量的易降解化合物釋放到土壤中，從而增加了O-烷基C的相對豐度。其次，修剪枝條和雜草的輸入，也可提高土壤O-烷基C和羧基C的相對含量，從而增加不穩(wěn)定C的積累[44]，促進有機碳的儲存[45]。同時，化學(xué)農(nóng)藥的施用導(dǎo)致微生物細胞膜裂解[46]，從而導(dǎo)致無機茶園中的烷基C相對含量降低。芳香C含量的降低主要與土壤中不能完全降解的木質(zhì)素殘留物有關(guān)。秸稈及地上枯枝落葉的輸入抑制了腐生真菌的生長，使其通過脫水、脫甲基等方式對土壤中殘留的木質(zhì)素進行降解，導(dǎo)致芳香C含量降低。

各碳組分的差異與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，表明有機碳組分之間的轉(zhuǎn)化可能與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，有機碳中的烷基C和O-烷基C與真菌、放線菌群落的微生物量顯著正相關(guān)。這是因為真菌和放線菌主要分解難降解有機物中的有機碳，有機茶園中較高的真菌和放線菌群落微生物通過分解有機物質(zhì)[47]，促進烷基C和O-烷基C的積累[48]?？墒?，芳香C與真菌和放線菌微生物量顯著負相關(guān)。說明放線菌和真菌可以通過利用穩(wěn)定的芳基C來擴展菌絲體[49]，與其他微生物競爭養(yǎng)分。

烷基C/O-烷基C、脂肪族C/芳香族C、疏水C/親水C等指標(biāo)經(jīng)常用來評價SOC的分解程度[50]。本研究發(fā)現(xiàn)，與無機茶園相比，有機茶園顯著增加了土壤有機碳的脂肪族C/芳香族碳的比值，而且與真菌、放線菌、叢枝菌根真菌和F/B呈顯著負相關(guān)。PISANI等[51]研究發(fā)現(xiàn)，有機物的長期輸入能夠增加脂肪族化合物在土壤中的固定。肖健等[52]研究發(fā)現(xiàn)，隨著有機肥使用年限的增加，土壤中脂肪族碳含量增加，而芳香C含量降低。其原因可能是有機茶園中有機肥的施用使茶樹根系分泌物的數(shù)量成倍增加，加速了真菌、放線菌和菌根真菌等微生物對木質(zhì)素和其他物質(zhì)的分解，從而產(chǎn)生了大量的脂肪族化合物（烷基C和O-烷基C），使土壤有機質(zhì)的腐殖化程度降低。說明真菌、放線菌和菌根真菌在一定程度上有助于土壤有機碳中芳香烴結(jié)構(gòu)的分解轉(zhuǎn)化及脂肪碳的積累。

4 結(jié)論

與常規(guī)管理相比，有機管理改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，顯著增加了真菌、放線菌、AMF和總PLFAs量，并顯著提高了G+/G-的比值；另一方面，增加了土壤有機碳組分中烷基C和O-烷基C的比例，但不同的茶園管理方式對有機碳的穩(wěn)定性沒有影響。有機管理能夠協(xié)同改變養(yǎng)分循環(huán)，調(diào)節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)，從而影響土壤有機碳的積累和周轉(zhuǎn)機制。

[1] NAVARRO-PEDRE?O J, ALMENDRO-CANDEL M B, ZORPAS A A. The increase of soil organic matter reduces global warming, myth or reality?[J]. Science, 2021, 3(1): 18.

[2] KOVALCHUK S. Organic production in the system of sustainable development of rural areas[J]. Eсonomy Finanсes Management Topical Issues of Science and Practical Activity, 2020(54): 117-133.

[3] MARTíNEZ-GARCíA L B, KORTHALS G, BRUSSAARD L, J?RGENSEN H B, DE DEYN G B. Organic management and cover crop species steer soil microbial community structure and functionality along with soil organic matter properties[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2018, 263(1): 7-17.

[4] 魏夏新, 熊俊芬, 李 濤, 文 炯, 曾希柏, 余德海. 有機物料還田對雙季稻田土壤有機碳及其活性組分的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2020, 31(7): 2373-2380.

WEI X X, XIONG J F, LI T, WEN J, ZENG X B, YU D H. Effects of different organic amendments on soil organic carbon and its labile fractions in the paddy soil of a double rice cropping system[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2020, 31(7): 2373-2380. (in Chinese)

[5] KRAVCHENKO I, TIKHONOVA E, SEMENOV V M. Temperature sensitivity of litter and soil organic matter decomposition: perspective of soil microbial community structure and function[J]. Elsevier, 2021: 1-43.

[6] SONG Y, ZHAI J, ZHANG J, QIAO L, XUE S. Forest management practices of Pinus tabulaeformis plantations alter soil organic carbon stability by adjusting microbial characteristics on the Loess Plateau of China[J]. Science of The Total Environment, 2020, 766(12): 144209.

[7] YANG G R, TONG C L, ZHANG W J, WU JS. Decomposition of organic matter by soil microorganisms in terrestrial carbon cycling and its influence factors[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2005, 35(4): 605-609.

[8] MA Q, WEN Y, PAN W, MACDONALD A, JONES D L. Soil carbon, nitrogen, and sulphur status affects the metabolism of organic S but not its uptake by microorganisms[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2020, 149: 107943.

[9] NOVOTNY E H, TURETTA A P D, RESENDE M F, REBELLO C M. The quality of soil organic matter, accessed by13C solid state nuclear magnetic resonance, is just as important as its content concerning pesticide sorption[J]. Environmental Pollution, 2020, 266(Pt 1): 115298.

[10] GUAN S, AN N, ZONG N, HE Y T, SHI P L, ZHANG J J, HE N P. Climate warming impacts on soil organic carbon fractions and aggregate stability in a Tibetan alpine meadow[J]. Soil Biology and Biochemistry. 2018, 116: 224-236.

[11] 丁雪麗, 韓曉增, 喬云發(fā), 李祿軍, 李 娜, 宋顯軍. 農(nóng)田土壤有機碳固存的主要影響因子及其穩(wěn)定機制[J]. 土壤通報, 2012, 43(3): 8.

DING X L, HAN X Z, QIAO Y F, LI L J, LI N, SONG X J. Sequestration of organic carbon in cultivated soils: main factors and their stabilization mechanisms[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2012, 43(3): 8. (in Chinese)

[12] NWACHUKWU B C, AYANGBENRO A S, BABALOLA O O. Elucidating the rhizosphere associated bacteria for environmental sustainability[J]. Agriculture, 2021, 11(1): 75.

[13] JIANG R, WANG M, CHEN W, LI X, BALSEIRO- ROMERO M. Changes in the integrated functional stability of microbial community under chemical stresses and the impacting factors in field soils[J]. Ecological Indicators, 2020, 110: 105919.

[14] 羅 達, 劉 順, 史作民, 馮秋紅, 劉千里, 張 利, 黃 泉, 何建社. 川西亞高山不同林齡云杉人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2017, 28(2): 519-527.

LUO D, LIU S, SHI Z M, FENG Q H, LIU Q L, ZHANG L, HUANG Q, HE J S. Soil microbial community structure inplantations with different ages in subalpine of western Sichuan，Southwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2017, 28(2): 519-527. (in Chinese)

[15] ZHAO F Z, REN C J, ZHANG L, HAN X H, YANG G H, WANG J. Changes in soil microbial community are linked to soil carbon fractions after afforestation[J]. European Journal of Soil Science, 2018, 69(2): 370-379.

[16] ZHANG J, SAYER E J, ZHOU J, LI Y W, LI Y X, LI Z A, WANG F M. Long-term fertilization modifies the mineralization of soil organic matter in response to added substrate[J]. Science of The Total Environment, 2021, 798: 149341.

[17] DONG N G, HU G L, ZHANG Y Q, QI J X, CHEN Y H, HAO Y B. Effects of green-manure and tillage management on soil microbial community composition, nutrients and tree growth in a walnut orchard[J]. Scientific Reports, 2021, 11(1), DOI: 10.1038/s41598-021-96472-8.

[18] 趙建琪, 吳建平, 張慧玲, 熊 鑫, 趙夢頔, 褚國偉, 孟 澤, 周國逸, 張德強. 增溫對南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林土壤微生物群落的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2019, 28(5): 881.

ZHAO J Q, WU J P, ZHANG H L, XIONG X, ZHAO M D, CHU G W, MENG Z, ZHOU G Y, ZHANG D Q. Effects of warming on soil microbial communities of a subtropical monsoon evergreen broad-leaved forest in Southern China[J]. Ecology and Environmental Sciences, 28(5): 881-889. (in Chinese)

[19] WU T T, LIU W J, WANG D G, ZOU Y K, LIN R, YANG Q, GBOKIE J R T, BUGHIO M A, LI Q F, WANG J C. Organic management improves soil phosphorus availability and microbial properties in a tea plantation after land conversion from longan ()[J]. Applied Soil Ecology, 2020, 154: 103642.

[20] 王敦剛, 張俏燕, 曹文超, 周廣帆, 王進闖. 不同土地利用方式對土壤磷有效性和溶磷細菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報, 2021, 42(12): 3646-3654.

WANG D G, ZHANG Q Y, CAO W C, ZHOU G F, WANG J C. Effects of different land use types on soil phosphorous availability and phosphate-solubilizing bacterial community structure[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2021, 42(12): 3646-3654. (in Chinese)

[21] 陳澤軍. 丁香羅勒揮發(fā)物對山東茶園綠盲蝽和天敵的種群調(diào)控評價[D]. 泰安: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2021.

CHEN Z J. Population regulation ofL. volatile onand natural enemies in tea plantation in Shangdong province[D]. Tai’an: Shandong Agricultural University, 2021. (in Chinese)

[22] 曹 佳. 淺談我國茶葉加工的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及創(chuàng)新[J]. 福建茶葉, 2021, 43(11): 35-36.

CAO J. Discussion on the development status, trend and innovation of tea processing in China[J]. Tea in Fujian, 2021, 43(11): 35-36. (in Chinese)

[23] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

BAO S D. Agro-chemical analyses of soils[M]. 3rd edition Beijing: Agriculture Press of China, 2000. (in Chinese)

[24] NDUNG’U M, NGATIA L W, ONWONGA R N, MUCHERU-MUNA M W, NGETICH K F. The influence of organic and inorganic nutrient inputs on soil organic carbon functional groups content and maize yields[J]. Heliyon, 2021, 7(8): e7881.

[25] GU J Z, WU X Z, ZHUO Y Z. The single-particle spectrum and its spacing and curvature distributions in rotating system[J]. Annual Report of China Institute of Atomic, 1996: 7-8.

[26] MOHAMMADI K, HEIDARI G, KHALESRO S, SOHRABI Y. Soil management, microorganisms and organic matter interactions: A review[J]. African Journal of Biotechnology, 2011, 10(86): 19840-19849.

[27] YANG J J, LI A Y, YANG Y F, LI G H, ZHANG F. Soil organic carbon stability under natural and anthropogenic-induced perturbations[J]. Earth-Science Reviews, 2020, 205: 103199.

[28] HUANG Y P, WANG Q Q, ZHANG W J, ZHU P, XIAO Q, WANG C J, WU L, TIAN Y F, XU M G, GUNINA A. Stoichiometric imbalance of soil carbon and nutrients drives microbial community structure under long-term fertilization[J]. Applied Soil Ecology, 2021, 168: 104119.

[29] HU Y J, XIA Y H, SUN Q, LIU K P, CHEN X B, GE T D, ZHU B L, ZHU Z K, ZHANG Z H, SU Y R. Effects of long-term fertilization on phod-harboring bacterial community in Karst soils[J]. Science of the Total Environment, 2018, 628: 53-63.

[30] LI C H, LI Y, MA J, WANG Y G, WANG Z F, LIU Y. Microbial community variation and its relationship with soil carbon accumulation during long-term oasis formation[J]. Applied Soil Ecology, 2021, 168(9): 104126.

[31] TIAN S Y, ZHU B J, YIN R, WANG M W, JIANG Y J, ZHANG C Z, LI D M, CHEN X Y, KARDOL P, LIU M Q. Organic fertilization promotes crop productivity through changes in soil aggregation[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 165: 108533.

[32] FANG X H, ZHANG J C, MENG M J, GUO X P, WU Y W, LIU X, ZHAO K L, DING L Z, SHAO Y F, FU W J. Forest-type shift and subsequent intensive management affected soil organic carbon and microbial community in southeastern China[J]. European Journal of Forest Research, 2017, 136(4): 689-697.

[33] 李 婷, 王 玥, 劉中珊, 劉 奇, 徐赫男, 李沖偉. 一株降解纖維素的低溫放線菌及產(chǎn)酶條件優(yōu)化[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2021, 37(32): 25-33.

LI T, WANG Y, LIU Z S, LIU Q, XU H N, LI C W. A novel low temperature cellulose-degrading strainand its enzymatic production condition optimization[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2021, 37(32): 25-33. (in Chinese)

[34] XIA Y, SAHIB M R, AMNA A, OPIYO S O, ZHAO Z Z, GAO Y G. Culturable endophytic fungal communities associated with plants in organic and conventional farming systems and their effects on plant growth[J]. Scientific Reports, 2019, 9(1): 1-10.

[35] 楊雅麗, 馬雪松, 解宏圖, 鮑雪蓮, 梁 超, 朱雪峰, 何紅波, 張旭東. 保護性耕作對土壤微生物群落及其介導(dǎo)的碳循環(huán)功能的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2021, 32(8): 10.

YANG Y L, MA X S, XIE H T, BAO X L, LIANG C, ZHU X F, HE H B, ZHANG X D. Effects of conservation tillage on soil microbial community and the function of soil carbon cycling[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2021, 32(8): 10. (in Chinese)

[36] BOSSIO D A, COOK-PATTON S C, ELLIS P W, FARGIONE J, SANDERMAN J, SMITH P, WOOD S, ZOMER R J, VON UNGER M, EMMER I M, GRISCOM B W. The role of soil carbon in natural climate solutions[J]. Nature Sustainability, 2020, 3(5): 1-8.

[37] BAHADORI M, CHEN C, LEWIS S, BOYD S, KUZYAKOV Y. Soil organic matter formation is controlled by the chemistry and bioavailability of organic carbon inputs across different land uses[J]. Science of the Total Environment, 2021, 770: 145307.

[38] NOVARA A, PULIDO M, RODRIGO-COMINO J, DI PRIMA P, SMITH P, GRISTINA L, GIMENEZ-MORERA A, TEROL E, SALESA D, KEESSTRA S. Long-term organic farming on a citrus plantation results in soil organic carbon recovery[J]. Cuadernos de Investigación Geográfica, 2019, 45(1): 271-286.

[39] OLK D C. Improved analytical techniques for carbohydrates, amino compounds, and phenols: tools for understanding soil processes[J]. Soil Science Society of America Journal, 2008, 72(6): 1672-1682.

[40] GE Z, LI S, BOL R, ZHU P, PENG C, AN T T, CHENG N, LIU X, LI T Y, XU Z Q, WANG J K. Differential long-term fertilization alters residue-derived labile organic carbon fractions and microbial community during straw residue decomposition[J]. Soil and Tillage Research, 2021, 213: 105120.

[41] GUO X P, MENG M J, ZHANG J C, CHEN H Y H. Vegetation change impacts on soil organic carbon chemical composition in subtropical forests[J]. Scientific Reports, 2016, 6: 29607.

[42] 李欣雨, 夏建國, 鄢廣奎, 宋承遠, 李琳佳. 名山河流域不同土壤類型和土地利用方式下有機碳的分布特征[J]. 水土保持學(xué)報, 2017, 31(3): 224-230.

LI X Y, XIA J G, YAN G K, SONG C Y, LI L J. Distribution of organic carbon under different soil types and utilization patterns in mingshan river watershed[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2017, 31(3): 224-230. (in Chinese)

[43] DUAN Y, CHEN L, ZHANG J B, LI D M, HAN X R, ZHU B, LI Y, ZHAO B J, HUANG P. Long-term fertilisation reveals close associations between soil organic carbon composition and microbial traits at aggregate scales[J]. Agriculture Ecosystems & Environment, 2021, 306: 107169.

[44] HUANG R L, ZHANG Z Y, XIAO X, ZHANG N, WANG X Y, YANG Z P, XU K Q, LIANG Y T. Structural changes of soil organic matter and the linkage to rhizosphere bacterial communities with biochar amendment in manure fertilized soils[J]. Science of the Total Environment, 2019, 692: 333-343.

[45] FERREIRA C D R, NETO E C D S, PEREIRA M G, GUEDES J D N, ROSSET J S, ANJOS L H C D. Dynamics of soil aggregation and organic carbon fractions over 23 years of no-till management[J]. Soil and Tillage Research, 2020, 198: 104533.

[46] HUSSAIN S, SIDDIQUE T, SALEEM M, ARSHAD M, KHALID A. Chapter 5 impact of pesticides on soil microbial diversity, enzymes, and biochemical reactions[J]. Advances in Agronomy, 2009, 102(1): 159-200.

[47] LIKENS G E. Encyclopedia of inland waters[J]. Academic, 2009: 1-5.

[48] BONANOMI G, CESARANO G, LOMBARDI N, MOTTI R, SCALA F, MAZZOLENI S, INCERTI G. Litter chemistry explains contrasting feeding preferences of bacteria, fungi, and higher plants[J]. Scientific reports, 2017, 7(1): 1-13.

[49] BONANOMI G, FILIPPIS F D, CESARANO G, STORIA A L, ZOTTI M, MAZZOLENI S, INCERITI. Linking bacterial and eukaryotic microbiota to litter chemistry: combining next generation sequencing with13C CPMAS NMR spectroscopy[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2019, 129: 110-121.

[50] HAO X X, HAN X Z, WANG S Y, LI L J. Dynamics and composition of soil organic carbon in response to 15 years of straw return in a Mollisol[J]. Soil and Tillage Research, 2022, 215: 105221.

[51] PISANI O, LIN L H, LUN O O Y, LAJTHA K, NADELHOFFER K J, SIMPSON A J, SIMPSON M J. Long-term doubling of litter inputs accelerates soil organic matter degradation and reduces soil carbon stocks[J]. Biogeochemistry, 2016, 127(1): 1-14.

[52] 肖 健. 長期施肥對土壤亞微米體系中有機碳和礦物的影響機制研究[D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2017.

XIAO J. Mechanism study on impact of soil organic carbon and minerals by long-term fertilization application at the submicron scale[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2017. (in Chinese)

Responses of Soil Organic Carbon Components and Microbial Communities to Organic Management

HAN Xingxiu1,2,3, LI Qinfen2,3, WANG Jinchuang2,3*

1. College of Agriculture, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025, China; 2. Environment and Plant Protection Institute Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Ecological Circulating Agriculture Research Laboratory, Haikou, Hainan 571101, China; 3. Danzhou National Field Scientific Observation and Research Station for Tropical Agroecosystems, Danzhou, Hainan 571737, China

Soil organic carbon and microbial community structure are important evaluation indexes for soil quality and health changes. In order to explore the effects of different management models on soil organic carbon fractions and microbial community composition in tea plantations, two tea plantations management models including organic tea plantations (OTP) and conventional tea plantations (CTP) in Baisha County, Hainan Province were selected as the research objects.13C-NMR and phospholipid fatty acids (PLFA) were used to explore the changes of soil organic carbon components and soil microbial community composition under different management models. The effects of organic and inorganic managemen tmodels on soil organic carbon fractions (alkyl C, O-alkyl C, aromatic C and carboxyl C) and microbial community composition were clarified.Compared with inorganic management model, organic management model significantly changed the nutrient content in tea plantations soil. The content of organic matter (SOM), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) increased by 47.86 %, 37.40 % and 100 %, respectively (0.05). The content of nitrate nitrogen (NO3?-N) increased by 78.80 % (0.05), and the content of total potassium (TK) and available potassium (AK) decreased significantly (0.05). Organic management increased the relative content of alkyl C and O-alkyl C in tea garden soil. At the same time, the ratio of aliphatic C/aromatic C was higher than that of inorganic management tea garden. The total PLFAs content in the organic management tea plantation soil increased by 29.70 % (0.05), and the phospholipid fatty acid content of bacteria, G?and actinomycetes was significantly higher than that in inorganic tea garden soil (<0.05). The RDA analysis revealed that soil TN, TK, alkyl C, O-alkyl C and carboxyl C were the main influencing factors driving for microbial community structure in tea garden (0.05). The correlation analysis results revealed that alkyl C of organic carbon fractions was significantly positively correlated with total PLFA, fungi, actinomycetes and mycorrhizal fungi. O-alkyl C was also positively correlated with fungi, bacteria and fungi/bacteria ratios in microorganisms.The results indicated that the organic management of tea plantation could regulate the microbial community structure, improve the degree of soil organic carbon fatty infiltration, then affecting the accumulation and turnover mechanism of soil organic carbon.

organic management; organic carbon components; soil microbial community; phospholipid fatty acids

S154.3

A

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.08.023

2022-03-31；

2022-04-05

國家自然科學(xué)基金項目（No. 30870616，No. 32171771）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項（No. 16300412021023）。

韓興秀（1995—），女，碩士研究生，研究方向：土壤生態(tài)學(xué)。*通信作者（Corresponding author）：王進闖（WANG Jinchuang），E-mail：jinchuangwang@yahoo.com。