2020, Vol. 57
表1(Table 1)
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 北京中向利丰科技有限公司, 北京 100004
土壤有机质是土壤肥力的重要指标，是影响黄淮海平原潮土区作物产量高低的决定性因子之一[1]。黄淮海平原典型潮土是由河流冲积物受地下水运动和耕作活动影响而形成，砂粒含量高、土壤结构差、土壤微生物活动强烈，使得土壤有机质含量低且难以积累[2]。因此，如何促进潮土土壤有机质积累是提升潮土生产力的关键所在[3]。
秸秆作为农业生产的主要副产品，含有丰富的有机碳，是一类重要的能直接利用的可再生生物资源，因此，秸秆还田是提高作物产量和土壤有机质的重要途径[4]。但利用秸秆还田提升土壤有机质通常需要冗长过程，在黄淮海平原潮土区，即使连续18 a配施化肥和秸秆，土壤有机质含量也仅有12.10 g·kg–1[5]，不能达到当地高产区土壤有机质水平[6]。研究表明，小麦秸秆在黄潮土中一年后腐殖化系数为25.80%[7]，因此，较低的秸秆腐殖化程度不利于土壤有机质快速累积。
木本泥炭是由木本植物残体在水分过多、通气不良、气温较低的沼泽环境中，经过长期累积而形成的一种不易分解、稳定的有机物堆积层。其具有有机质和腐殖酸含量高、纤维素丰富、疏松多孔、比表面积大、保水保肥能力强等优点[8]。腐殖物质是土壤有机质的重要组成部分[9]，由于其表面含有羧基、酚羟基和醇羟基等含氧官能团，能够与土壤中养分离子发生相互作用，影响土壤养分吸附、释放[10]。腐殖物质也能与黏土矿物结合形成有机无机复合体，促进土壤团聚体的形成和稳定，对土壤物理化学及生物性状有重要影响[11]。木本泥炭施用还能够提高土壤碳库管理指数，提高土壤团聚体的稳定性[12]。有研究表明，土壤有机质含量与作物产量存在显著正相关关系[3]，因而预测在土壤中直接施用木本泥炭可能会在短期内快速提升土壤有机质含量，从而有可能快速提高瘠薄潮土上作物的产量，但其效应如何、与直接秸秆还田相比是否具有优越性等问题尚不清楚。
本研究通过田间试验，在河南封丘典型潮土区设置不添加物料（CK）、秸秆还田（R）、木本泥炭（MT）以及秸秆还田+木本泥炭（RMT）四个处理，其中，R和MT为等碳量施用。主要研究目的包括：（1）明确秸秆和木本泥炭等碳量单独施用条件下对作物产量和土壤肥力的影响；（2）明确秸秆和木本泥炭联合施用的叠加效应；（3）基于高通量分析明确不同处理对土壤细菌群落结构和组成的影响。旨在为潮土区土壤地力提升、作物增产提供理论依据和科学支持。
1 材料与方法 1.1 试验概况试验地位于河南省封丘农田生态系统国家野外科学观测研究站内（35°00′N，114°24′E）。该地位于黄河北岸，属半干旱、半湿润的暖温带季风气候，年均气温13.9℃，年均降水量为605 mm，土壤类型为潮土，种植模式为冬小麦—夏玉米轮作。试验开始前耕层土壤基础化学性质为：pH 8.66，有机质5.76 g·kg–1，全氮0.55 g·kg–1，有效磷6.51 mg·kg–1，速效钾96.92 mg·kg–1。
试验于2016年玉米季开始，共设4个处理：（1）不施用有机物料（CK）；（2）秸秆还田（R）；（3）木本泥炭（MT）；（4）秸秆还田+木本泥炭（RMT）。每个处理3个重复，共12个小区，每个小区面积为6 m×8 m。玉米播种期为2016年6月10日，种植密度为每公顷67 000株，行距为60 cm，株距为25 cm。有机物料在玉米播种前施用，R和MT处理为等碳量施用，秸秆施用量为7 500 kg·hm–2，木本泥炭施用量为7 005 kg·hm–2；RMT处理秸秆施用量为7 500 kg·hm–2，木本泥炭施用量为7 005 kg·hm–2。4个处理化肥施用量相同，即N 225.0 kg·hm–2，P2O5 134.4 kg·hm–2，K2O 120.0 kg·hm–2。氮肥用尿素（CO（NH2）2），磷肥用磷酸二铵（（NH4）2HPO4），钾肥用硫酸钾（K2SO4），其中，40%氮肥作为基肥施入，60%作为追肥在玉米拔节期施入，磷钾肥均作为基肥施入。
供试玉米品种为登海605，购自山东登海种业股份有限公司。供试木本泥炭购自北京利丰公司，木本泥炭有机碳含量为482.8 g·kg–1，全氮、全磷和全钾含量分别为10.77 g·kg–1、0.77 g·kg–1和2.72 g·kg–1。秸秆为上季小麦秸秆，有机碳含量为450.9 g·kg–1，全氮、全磷和全钾含量分别为6.51 g·kg–1、0.51 g·kg–1和15.04 g·kg–1。
1.2 样品采集与分析玉米籽粒和地上部生物量于玉米收获期测定，每个小区选择4 m2的面积，将果穗与茎秆分开晒干，测定籽粒产量和茎秆产量，地上部生物量为籽粒产量与茎秆产量之和。土壤样品于2016年9月玉米收获期采集。按照S采样法，每个小区使用直径5 cm的土钻采集5份0~20 cm土样，混合成一个样品。所有样品置于冰袋中运回实验室。去除植物根系和石块后过2 mm筛混匀，样品分为三部分，一部分风干后用于土壤理化性质的测定，一部分置于–20℃用于测定硝态氮含量，一部分置于–80℃用于土壤DNA提取。
在玉米全生育期采用Li-6400土壤呼吸测定系统（LI-COR，美国）检测土壤呼吸，检测时间为晴朗无风天气的上午9:00-11:00。
土壤理化指标测定均采用常规方法[13]。其中，土壤有机碳（SOC）采用重铬酸钾容量法（外加热）测定；土壤全氮（TN）采用凯氏定氮法测定；土壤硝态氮（NO3--N）用2 mol·L–1氯化钾浸提液提取后（土壤与浸提液质量体积比为1:10），用双波长比色法测定；有效磷（AP）采用NaHCO3浸提－钼锑抗比色法测定。
1.3 土壤DNA提取及16S rRNA基因高通量测序土壤DNA采用Fast DNA Spin Kit for Soil（MP Biomedicals，Santa Ana，CA，美国）试剂盒提取。每个样品称取0.50 g鲜土，按照说明书操作提取DNA。
选取细菌16S rRNA基因的V4~V5区进行高通量测序测定。PCR扩增采用特异性引物515F（5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′）/907R（5′-CC GTCAATTCMTTTRAGTTT-3′）。PCR扩增条件包括94℃ 5 min，90℃ 60 s，55℃ 60 s，72℃ 75 s，30个循环，之后72℃ 10 min。反应产物采用QIA quick PCR Purification kit（Qiagen）进行纯化。将不同样品的PCR扩增产物等摩尔混合后，采用Illumina公司MiSeq测序仪完成序列分析（委托上海派森诺生物科技股份有限公司测定）。
1.4 数据统计分析高通量测序所得序列按照以下步骤进行分析[14]：（1）双端序列采用FLASH进行拼接；（2）使用Cutadapt软件切除引物；（3）采用QIIME（1.91）去除质量分数低于20、序列短于300 bp的低质量序列；（4）采用RDP数据库去除嵌合体；（5）得到的高质量序列采用Uparse软件，以97%相似度进行操作分类单元（Operation taxonomic unit，OTU）划分，采用Blast方法以Greengeens13.8数据库为比对进行注释。将未注释到门水平及注释为古菌的序列删除后，所有样品随机抽取11 000条序列进行后续分析。细菌香农指数（Shannon）和ACE指数在QIIME中计算。采用STAMP 2.1.3软件Welch’s t-test进行属水平上的差异物种分析。采用FAPROTAX数据库进行细菌功能预测。
使用SPSS 22.0软件中皮尔森（Pearson）双尾检验进行细菌功能与土壤性质相关性分析；平均值多重比较采用邓肯新复检验法（Duncan’s New Multiple Range Test）进行显著性检验（P < 0.05）。采用单因素方差分析对不同处理全生育期内土壤呼吸速率平均值进行差异显著性检验。采用Microsoft Excel 2007和Origin 8.0软件进行数据处理和绘图。
2 结果 2.1 不同物料处理下玉米籽粒产量和地上部生物量图 1a）表示玉米籽粒产量在四个处理间无显著差异，变动范围为8 840~9 742 kg·hm–2；从地上部生物量角度来看，CK、R、RMT处理间生物量类似，但MT处理的生物量较CK显著降低，降低了10%（图 1b））。
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注：CK、R、MT和RMT分别表示不添加有机物料、施用秸秆、施用木本泥炭、秸秆和木本泥炭联合施用；误差线表示标准差；不同字母表示处理间的显著差异（邓肯法，P < 0.05）。下同 Note:CK, R, MT, RMT stands for treatment of no organic material, straw, wood peat and straw coupled with wood peat, respectively; The error bars represent the standard deviation of the mean, different letters indicate significant differences between treatments(Duncan method, P < 0.05). The same below 图 1 不同处理玉米籽粒产量和地上部生物量 Fig. 1 Grain yield and aboveground biomass of maize relative to treatment |
由表 1可见，与CK处理相比，玉米收获后R处理土壤有机质（SOM）无显著变化，而MT和RMT处理的SOM含量分别较CK增加79%和56%。土壤全氮在处理间无显著性差异，从而导致土壤碳氮比在不同处理间的变化趋势与SOM的变化趋势类似。有效磷含量为MT处理最高，较其他处理高39%~82%；硝态氮含量为MT与RMT处理间无显著差异，并较其他两个处理高44%~58%。
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表 1 不同处理下土壤理化性质 Table 1 Soil physico-chemical properties relative to treatment |
图 2表示，在玉米生育期，施用秸秆的RMT和R处理土壤呼吸速率在整个玉米生育期通常较不施用秸秆的MT和CK处理高。对全生育期的土壤呼吸速率平均值进行方差分析的结果表示，RMT和R处理分别较CK处理高64%和40%，而MT处理则与CK处理差异未达显著水平。
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注：折线图表示整个玉米生育期土壤呼吸速率的动态变化，柱状图表示整个玉米生育期土壤呼吸速率的平均值。 Note:The dashed line represents dynamic change in soil respiration rate during the whole maize growth period, and the column mean of soil respiration rates during the whole maize growth period. 图 2 不同处理土壤呼吸速率动态变化 Fig. 2 Change in soil respiration rate relative to treatment |
经过质量控制，总共得到173 793条高质量序列（每个样品序列数在11 544~20 507之间）。将所有样品序列均一化为11 000条后，以97%相似度与Greengeens数据库进行比对，总共得到841条基本分类单元（OTU）。图 3a）表示，土壤细菌丰富度（ACE指数）在各处理间无显著性差异，说明各处理间细菌群落丰富度变化不显著。与CK处理相比，R和MT处理香农指数显著升高，说明细菌群落多样性较高，而RMT处理则对细菌多样性无显著影响（图 3b））。
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图 3 不同处理土壤细菌丰富度与多样性 Fig. 3 Richness and diversity index of soil bacteria relative to treatment |
基于均一化后的OTU丰度进行主成分分析，前三轴总共解释了71%的总方差（图 4a））。CK处理与RMT处理距离相对较近，而与R和MT距离较远，处理间呈现一定的群落分异，说明与CK处理相比，R和MT处理对细菌群落组成的影响大于RMT处理，但多元方差分析（Adonis）发现并未达到显著水平。
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图 4 不同处理土壤细菌主成分分析（a））和门水平下微生物组成（b）） Fig. 4 Principal component analysis(a))and relative abundance of the dominant bacterial phyla(b))relative to treatment |
细菌16S rRNA高通量测序序列经物种注释后归属于20个门、66个纲、128个目、195个科和262个属（图 4b））。优势菌门为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi），相对丰度分别为34.07%、27.77%和11.75%。其余相对丰度大于1%的门分别为酸杆菌门（Acidobacteria，11.22%）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes，5.85%）、浮霉菌门（Planctomycetes，5.43%）、拟杆菌门（Bacteroidetes，2.86%）、厚壁菌门（Firmicutes，1.60%）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae，1.26%）。单因素方差分析发现，与CK处理相比，绿弯菌门和芽单胞菌门相对丰度在R处理中升高20.61%和20.05%（P < 0.05），而浮霉菌门相对丰度在R和MT处理分别降低了13.80%和8.73%（P < 0.05）。
以CK处理为对照，在属水平上对R、MT和RMT处理进行差异物种分析，结果如图 5。其中R处理中放线孢菌属（Actinomycetospora）、厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）、节细菌属（Arthrobacter）、固氮弧菌属（Azoarcus）、指孢囊菌属（Dactylosporangium）、褐螺菌属（Phaeospirillum）、Rubellimicrobium和杆状孢囊菌属（Virgisporangium）等8个属相对丰度显著升高，而壤霉菌属（Agromyces）、微杆菌属（Microbacterium）、硝化杆菌属（Nitratireductor）和诺卡氏菌属（Nocardia）等四个属相对丰度显著降低；MT处理中土壤杆菌属（Agrobacterium）、节螺藻属（Arthrospira）、固氮弧菌属（Azoarcus）、纤维菌属（Cellulosimicrobium）、德沃斯氏菌属（Devosia）、藤黄色单胞菌属（Luteimonas）、农研丝杆菌属（Niastella）、类诺卡氏菌属（Nocardioides）和Rubellimicrobium等9个属相对丰度显著升高，而出芽菌属（Gemmata）和硝化杆菌属（Nitratireductor）等2个属相对丰度显著降低；RMT处理物种组成与CK相似，仅有节细菌属（Arthrobacter）和农研丝杆菌属（Niastella）2个属相对丰度显著升高，微杆菌属（Microbacterium）和苍白杆菌属（Ochrobactrum）2个属相对丰度显著降低。
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图 5 不同处理细菌属水平菌种差异 Fig. 5 Difference between treatments in composition of soil bacterial community at the genus level |
使用FAPROTAX 1.1对微生物群落进行功能预测，在一定程度上反映微生物群落功能。经分析，共获得37项功能分组，将该37项预测功能进行单因素方差分析，筛选出在处理间有显著差异的6项功能，包括化能异养（Chemoheterotrophy）、需氧化能异养（Aerobic chemoheterotrophy）、硝化功能（Nitrification）、硝酸盐还原功能（Nitrate reduction）、尿素代谢功能（Ureolysis）和纤维素代谢功能（Cellulolysis）。对上述6种功能中心化后进行聚类分析（图 6），发现所有样品可以分为三组。其中，第一组包含R处理3个重复，第二组包含MT处理3个重复，第三组包括CK处理的3个重复和RMT处理的3个重复。与CK相比，R处理中化能异养、需氧化能异养、尿素代谢功能均显著降低；此外，R处理中硝化功能最高，较其他处理高22.06%~41.44%。MT处理中需氧化能异养、尿素代谢功能显著降低，而纤维素代谢功能则显著升高；CK与RMT处理间功能无显著性差异。
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注：CH表示化能异养功能、ACH表示需氧化能异养功能、Ni表示硝化功能、NR表示硝酸盐还原功能、Ur表示尿素代谢功能、Cel表示纤维素代谢功能。下同 Note:CH stands for chemoheterotrophy, ACH for aerobic chemoheterotrophy, Ni for nitrification, NR for nitrate reduction, Ur for ureolysis, and Cel for cellulolysis. The same below 图 6 不同处理微生物菌群功能预测 Fig. 6 Functional prediction of the microbial flora in the soil relative to treatment |
将上述处理间有差异的6项功能与土壤理化指标、细菌丰富度和多样性指数、差异细菌门及产量指标进行相关性分析，结果如表 2所示。化能异养与需氧化能异养功能分别与香农指数呈显著负相关（r=–0.67，P < 0.05；r=–0.72，P < 0.01），与绿弯菌门（r=–0.86，P < 0.01；r=–0.86，P < 0.01）和芽单胞菌门（r=–0.94，P < 0.05；r=–0.93，P < 0.01）成极显著负相关，与浮霉菌门成显著正相关（r=0.71，P < 0.05；r=0.75，P < 0.01）；硝化功能与芽单胞菌门成极显著正相关（r=0.78，P < 0.01）；硝酸盐还原功能与SOC和NO3--N均成极显著正相关（r=0.84，P < 0.01；r=0.83，P < 0.01）；尿素代谢功能分别与绿弯菌门和芽单胞菌门（r=–0.79，P < 0.01；r=–0.62，P < 0.05）成显著负相关，而与浮霉菌门（r=0.73，P < 0.01）成极显著正相关；纤维素代谢功能与SOM、AP和NO3--N均成显著正相关（r=0.60，P < 0.05；r=0.63，P < 0.05；r=0.68，P < 0.05）。值得注意的是，玉米产量与差异功能并无显著相关关系（P > 0.05）。
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表 2 差异功能与土壤理化指标、细菌多样性及差异门之间的关系 Table 2 Relationships of the difference in function with soil physico-chemical indexes, bacterial diversity and difference in phyla |
本研究结果表明，MT处理玉米地上部生物量在所有处理中最低（图 1），一个可能的解释是木本泥炭富含大分子惰性有机质，微生物很难分解利用，养分难以释放，这与MT处理玉米生育期的土壤呼吸速率处于最低水平相一致（图 2）。此外，由于木本泥炭具有较强的吸附能力，导致土壤中养分离子难以被作物吸收利用，从而导致产量降低[15]。同时，R和RMT处理玉米籽粒产量和地上生物量均与CK无显著差异。与前人的研究结果一致，长期秸秆还田可提高作物产量[16]，而短期秸秆还田对作物产量无显著影响[17]。上述结果说明，在潮土中单独施用秸秆或秸秆和木本泥炭联合施用可在短期内维持玉米产量不变，甚至有增加的趋势，而单独施用木本泥炭则显著降低玉米产量。
MT和RMT处理的SOM含量显著增加，而R处理则与CK类似（表 1）。前人研究结果表明，短期秸秆还田土壤有机质无显著变化，连续18 a配施化肥和秸秆，土壤有机质含量才显著提高[6]，与本结果一致。施用木本泥炭土壤SOM可在短期内迅速提升，这可能与MT材料结构稳定有关[10]。R和RMT处理的土壤呼吸速率均显著高于MT和CK处理（图 1），较强的呼吸速率意味着较高的土壤微生物活性，施入土壤中的有机养分通过微生物碳代谢作用，将有机质矿化为无机物供植物吸收利用，有机质分解得更快。由此可以推测，RMT中显著增加的SOM可能主要来自MT施用的直接贡献。与CK处理相比，AP在R处理中显著降低，而AP和NO3--N在MT处理中显著升高（表 1）。这主要是因为秸秆中有较高的C︰ P和C︰ N，在秸秆分解过程需要吸收土壤中的磷素和氮素，木本泥炭本身含有的氮磷大于秸秆，等碳量施用的情况下，木本泥炭施入过程中带入土壤中的氮磷营养元素较多，导致AP和NO3--N含量显著升高，这与前人[18]的研究结果一致，施入物料的性质不同会影响土壤养分含量；此外，木本泥炭属于泥炭的一种，有研究表明泥炭具有95%的孔隙率和200 m2·g–1比表面积，具有优良的吸附能力，能够吸附N、P等营养物质[15，19]，使得土壤中的AP和NO3--N被固定，进而能够使土壤的AP和NO3--N含量升高。另一方面，MT处理中最低的地上部生物量表示其吸收带走的土壤养分最低，从而残留最高。
3.2 不同物料添加对细菌丰富度和多样性的影响不同处理土壤细菌丰富度间无显著性差异。R处理细菌多样性显著高于CK处理，与前人[20]的研究结果一致，这可能是由于秸秆的加入为土壤带来大量易利用有机质，促进土壤中丰富营养型微生物生长，从而导致多样性升高。关于施用木本泥炭对细菌多样性的研究鲜有报道，本研究结果表明，土壤加入微生物难以利用的木本泥炭后，细菌多样性同样显著高于CK处理。一个可能的解释是木本泥炭的加入有利于那些分解大分子有机物的贫瘠营养型微生物生长[20]，导致多样性升高。有意思的是，RMT处理中细菌多样性与CK差异未达显著水平。物料的性质会影响微生物群落组成和多样性[18]，当微生物易利用的秸秆和难利用的木本泥炭加入后，丰富营养型和贫瘠营养型细菌获取碳源能力和微生物群落功能与CK处理差异不显著（图 6），导致细菌多样性维持在相似水平。与本结果类似，有研究[21]表明生物炭添加对土壤微生物多样性无显著影响。
3.3 不同物料添加对微生物群落组成的影响与前人的研究结果相同，放线菌门、变形菌门和绿弯菌门是该地区潮土的优势细菌[22]。主成分分析的结果表明，RMT处理与CK处理细菌群落组成相似，而R和MT处理与CK处理细菌群落组成差异较大。在门水平上，绿弯菌门和芽单胞菌门相对丰度在R处理中显著升高（图 4b））。与本研究结果类似，Yu等[23]采用高通量测序方法发现，经过6 a连续秸秆还田后，土壤中绿弯菌门相对丰度显著高于秸秆移除处理。Wegner和Liesack[24]研究表明，绿弯菌门对还田秸秆半纤维素的降解具有重要作用。Navarro-Noya等[22]研究表明，芽单胞菌门在秸秆还田处理中显著升高，此外，芽单胞菌门可根据代谢需求调节对C和N的摄入量[25]，表明其对不同土壤环境的广泛适应性。浮霉菌门相对丰度在R和MT处理中显著降低。研究表明浮霉菌门是一种贫瘠营养型细菌，参与土壤碳氮循环，在土壤有机质分解中具有重要作用，但生长速率慢[26]。R和MT处理中浮霉菌门相对丰度显著降低，可能与两处理中土壤细菌多样性显著提高，从而与生长较慢的浮霉菌门产生较强的竞争作用有关。
在属水平上，与CK处理相比，R处理中Actinomycetospora、Anaeromyxobacter、Arthrobacter、Azoarcus、Dactylosporangium、Phaeospirillum、Rubellimicrobium和Virgisporangium等8个属相对丰度显著升高（图 5）。其中Arthrobacter、Dactylosporangium和Rubellimicrobium在秸秆分解中具有重要作用，能够分解纤维素、淀粉等[27-28]。而Agromyces、Nocardia、Microbacterium和Nitratireductor等四个属相对丰度在R中显著降低。其中Agromyces、Nocardia和Microbacterium均属于放线菌门，其在土壤有机质转化和溶磷方面具有重要作用[29-30]，这与R处理土壤有效磷显著降低结果一致（表 1）。MT处理中Agrobacterium、Arthrospira、Azoarcus、Cellulosimicrobium、Devosia、Luteimonas、Niastella、Nocardioides和Rubellimicrobium等9个属相对丰度显著升高（图 5）。其中Agrobacterium、Cellulosimicrobium、Devosia、Niastella、Nocardioides和Rubellimicrobium等6个属均具有分解纤维素、木质素、多环芳烃等大分子有机物的能力[31-32]。RMT处理与CK处理细菌属相对丰度变化不明显，其中，偏好高浓度碳环境的Arthrobacter和Niastella相对丰度显著升高，而具有溶磷作用的Microbacterium和Ochrobactrum[33]相对丰度显著降低，这与RMT处理土壤有机质显著升高和有效磷较低结果一致（表 1）。
以上结果说明，易利用的秸秆加入促进了土壤中秸秆降解细菌的生长，但分解土壤有机质的细菌相对丰度则显著降低，这种微生物群落变化也在一定程度上解释了R处理中较高的土壤呼吸速率以及较低的土壤有机质增加量；难利用木本泥炭的加入导致土壤中降解大分子有机物的贫瘠营养型细菌相对丰度显著升高，这与其较低的土壤呼吸速率及较高的土壤有机质增加量结果一致；而秸秆和木本泥炭混合施用则对细菌群落组成影响较小。
3.4 不同物料添加对微生物功能的影响细菌在土壤养分循环中起着重要作用，其功能在一定程度上决定土壤肥力高低，但同时易受外界环境条件如施肥的影响。在功能层面上对微生物群落进行描述可以更深入地探讨环境变化产生的影响。本研究发现与CK处理相比，R和MT处理中化能异养、需氧化能异养均有所降低。土壤中异养微生物比例的降低意味着自养微生物比例的升高，本研究中绿弯菌门和芽单胞菌门在R处理中显著升高（图 4b）），有研究表明[34]，绿弯菌门和芽单胞菌门是可进行光合作用自养营养微生物，微生物的竞争作用使得一类微生物增加会导致另一类微生物减少。相关性分析表明，化能异养和需氧化能异养均与可光合作用的绿弯菌门和芽单胞菌门相对丰度成极显著负相关，而与异养生长的浮霉菌门成显著正相关关系（表 2）。MT处理中纤维素代谢功能显著高于CK和R处理，而纤维素代谢功能与SOC、AP和NO3--N均成显著正相关关系。这表明在木本泥炭施入后，MT处理土壤中较高的土壤养分导致其仍具有较强的分解大分子有机质的能力。
与土壤氮循环相关的硝化功能、硝酸盐还原功能、尿素水解功能在不同处理间差异均达到显著水平，其中硝化功能在R处理中最高。前人研究结果表明，秸秆还田可刺激土壤中氨氧化细菌、氨氧化古菌等硝化细菌的生长[35]。本研究硝化螺旋菌门在R处理中相对丰度最高（图 4b）），硝化螺旋菌可将亚硝酸铵盐氧化成硝酸盐，是典型的硝化细菌。硝酸盐还原功能在MT处理中最高，且与SOC和NO3--N含量成显著正相关。因此，MT处理中较高的NO3--N含量可能有利于硝酸盐还原细菌的生长。差异物种分析中，在MT中显著升高的Azoarcus和Luteimonas均具有反硝化功能[36-37]。尿素水解功能在R和MT处理中显著低于CK处理。与本研究结果不同，Wang等[38]发现连续5 a秸秆还田后，土壤中尿酶活性随秸秆施入量的增加而升高。与之相似，Li等[39]在潮土区连续9 a秸秆还田后发现，土壤中尿酶活性显著高于秸秆移除处理，这些结果均是长期实验的结果，而本研究是在短期内的变化。本研究结果表明，秸秆和木本泥炭施入后，短期内（当季）土壤尿素水解功能显著降低，可能是因为R和MT处理的C︰ N高于CK，能够被微生物水解的氮素较少。
4 结论由于木本泥炭和秸秆两种有机物料本身性质的差异，造成了秸秆施用能够显著提高土壤呼吸，R和RMT处理在玉米整个生育期的平均呼吸速率分别提高40%和64%；而木本泥炭施用能够快速提高土壤有机质，MT和RMT处理土壤有机质分别升高79%和56%，但MT处理地上生物量降低10%。此外，在微生物群落结构和功能方面，主要表现为施用秸秆的R处理提高了土壤中降解秸秆的菌群，降低尿素代谢功能，而施用木本泥炭的MT处理提高了土壤中降解大分子有机物的菌群和尿素代谢功能，而二者配合施用对微生物群落和功能的影响不大。综合而言，在潮土区秸秆和木本泥炭施用对作物产量、土壤养分、微生物群落结构和功能影响不同，但二者配合施用有利于土壤肥力提升、维持稳定的微生物群落结构和功能，同时消除了单独施用木本泥炭产量降低的消极影响。
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