西农 | SBB：作物覆盖和施肥处理下苹果园不同粒径土壤团聚体中丰富、稀有细菌和真菌亚群落的组装

导读土壤细菌和真菌群落通常由“丰富生物圈”和“稀有生物圈”组成，它们共存于土壤团聚体中，形成一个复杂的种间相互作用系统。然而，由于团聚体的空间隔离，丰富和稀有细菌和真菌群落所表现出的不同的组装过程仍然不清楚。本研究量化了覆盖作物和施肥处理的苹果园中不同粒径大小的土壤团聚体中与丰富和稀有的细菌和真菌亚群落组装相关的随机性和确定性过程。在丰富细菌群落的组装中，变量选择的重要性从大团聚体增加到小型微团聚体。随着土壤有机碳和总氮含量的降低，稀有细菌群落的组装过程经历了从同质选择到弱同质选择的转变。土壤团聚体中丰富和稀有细菌群落在扩散上都不受限制。丰富真菌群落的组装以随机过程为主，而不同粒径团聚体中稀有真菌群落的组装以同质选择和有限扩散为主导。丰富和稀有细菌和真菌群落的组成也受到土壤团聚体和农业措施的影响。与稀有细菌和真菌相比，细菌和真菌中含量最高的前20个OTUs大多与大团聚体数量有关，而丰富真菌的OTUs中也有部分与微团聚体和小型微团聚体有关。本研究为今后的实验验证提供了先验假设，从而为理解不同粒径土壤团聚体中真菌和细菌群落组成变化的机制提供了系统的方法。
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原名：Assembly of abundant and rare bacterial and fungal sub-communities indifferent soil aggregate sizes in an apple orchard treated with cover crop and fertilizer
期刊：Soil Biology and Biochemistry
IF：5.795通讯作者：翟丙年
实验设计和数据分析
这项实验是在2005年建立的一个苹果园里进行，该实验地点位于陕西省白水县西北农林科技大学实验站，以季风气候为主，年平均降雨量为570 mm 。 2008年，采用分区设计建立了施肥实验，该设计包括两个主区和两个子区。两个主区包括无作物覆盖处理和有作物覆盖处理，这两个子区包括不施肥和施肥处理，每种处理重复三次。覆盖的作物主要是豆科小冠花（Coronilla VariaL.），施肥处理为尿素（46% N）、过磷酸钙（12% P252O）。有关实验设置的详细信息参照一项先前研究（Zheng et al., 2018b）。共设置四个实验处理：不覆盖作物和不施肥（Control）、施肥（Fertilizer）、覆盖作物（Cover crop）、施肥+覆盖作物（Fer. + Cover）。在9年覆盖作物和施肥后进行土壤采样，随机采集6个20 cm深土样并混合。采用湿筛法对土壤团聚体进行分级处理，获得大团聚体（>0.25 mm；Macro）、微团聚体（0.053-0.25 mm；Micro）和小的微团聚体（<0.053 mm；SMicro）。分别用重铬酸钾-硫酸氧化法和凯氏定氮法测定土壤有机碳和总氮。采用16S rRNA基因高通量测序对土壤细菌和真菌群落进行分析。OTU根据其相对丰度分为丰富或稀有。丰富的OTU定义为相对丰度>0.1%的OTU 。稀有OTU定义为相对丰度<0.01%的OTU 。以下统计分析均是采用R语言中的软件包进行：最近分类单元指数（NTI）测定微生物（细菌和真菌）丰富的和稀有的亚群落的系统发育多样性；基于Bray-Curtis距离估计了微生物丰富和稀有亚群落的β多样性；使用β平均最近分类单元距离（βMNTD）度量评估群落之间的成对系统发育周转；在检验数据的正态和方差均质后，用Kruskal-Wallis检验确定不同大小的团聚体和处理之间微生物α和β多样性的差异；使用阈值指示类群分析（TITAN）确定了细菌和真菌群落中由于环境变量的变化而发生显著变化的丰富和稀有的OTU；使用网络分析确定了丰富、稀有的细菌和真菌的共生关系；Raup-Crick指数（RC-Bray）和βNTI被计算来评估丰富、稀有的亚群落的确定性和随机性；使用Spearman相关系数评估群落βNTI和环境变量变化之间的关系；使用随机森林分析确定环境因子在丰富、稀有的亚群落中的重要性；使用PERMANOVA分析了覆盖作物和施肥对土壤微生物丰富性和稀有性的影响；使用Spearman相关系数确定了丰富、稀有的亚群落组成与生物和非生物因子的关系。