塑膜覆盖与微生物菌剂共同调控生物温室太阳能消毒期土壤微生物群落组装：细菌与真菌的相反响应

《Frontiers in Microbiology》：Plastic-film mulching and microbial inoculant jointly shape soil microbial community assembly during biological greenhouse solar disinfection

　　

塑膜覆盖（plastic-film mulching）与微生物菌剂（microbial inoculants）是广泛应用的农艺措施，但其对土壤微生物群落的交互效应仍不清楚。研究人员开展了完全析因田间试验（2个覆盖水平 × 5个菌剂处理，包括Trichoderma、Bacillus、酵母、复合生物菌剂和对照；n = 3），并采用扩增子测序（amplicon sequencing）表征细菌16S rRNA基因（16S rRNA）和真菌内转录间隔区（ITS）群落。细菌和真菌群落对覆盖的响应相反。覆盖在全部菌剂处理中一致降低细菌Chao1丰富度（Chao1 richness；?23.39%，p = 0.0029）和Shannon多样性（Shannon diversity；?8.50%，p = 0.011），但提高真菌系统发育多样性（phylogenetic diversity，PD；+46.48%，p = 0.0008）、Shannon多样性（+44.13%，p < 0.001）和Simpson多样性（Simpson diversity；+9.68%，p < 0.001）。菌剂身份决定真菌丰富度（p = 0.0070），其中Bacillus覆盖处理最高（279.67个操作分类单元（ASVs）），酵母覆盖处理最低（111.67个ASVs）。细菌PD和真菌多样性指数存在显著覆盖×菌剂交互作用（p ≤ 0.033）。覆盖降低细菌放线菌门（Actinobacteriota）并提高芽单胞菌门（Gemmatimonadota），同时提高真菌子囊菌门（Ascomycota）并降低被孢霉门（Mortierellomycota）。细菌β多样性（β-diversity）受覆盖（R² = 7.6–24.5%）和菌剂身份（R² = 15.5–29.6%）结构化，且无分散异质性（p ≥ 0.10）。真菌β多样性受两因素显著影响，但覆盖增加组内分散度（p = 0.0001），表明塑膜下空间异质性升高。塑膜覆盖对土壤细菌和真菌施加分化选择压力，菌剂效应取决于覆盖状态，凸显在覆盖土壤消毒系统中采用整合微生物管理策略的必要性。

保护地栽培是集约化园艺生产的重要组成，华北平原温室系统周年供应蔬菜。高肥水投入和同一或近缘作物连作导致连续种植障碍（continuous cropping obstacles，CCO），表现为产量下降、土传病害加重、盐分累积和土壤生物质量退化；盐渍化、酸化与养分失衡改变土壤生物栖息环境，单作逐步利于土传病原菌并削弱拮抗菌群。土壤消毒是打破该循环的主要手段，包括生物熏蒸、厌氧土壤消毒（anaerobic soil disinfestation，ASD）和高温温室太阳能消毒；生物温室太阳能消毒（biological greenhouse solar disinfection，BGSD）将高温处理与耐热有益微生物及有机改良结合。生产中粪肥、菌剂、灌水与覆膜常同时使用，但覆膜或菌剂身份谁是更强决定因素、菌剂效应是否随覆膜状态改变、细菌与真菌是否同向响应仍不清楚；已有研究多单独测试覆膜或单一菌剂，较少在同一析因设计中比较多个菌剂身份，且多报告病害抑制或作物表现而非微生物多样性与组成。为此，研究人员在连续种植温室土壤中开展覆膜与不同菌剂类型的析因试验，目标为量化细菌和真菌α、β多样性，分解覆膜、接种及其交互对群落组成的贡献，并识别处理相关指示类群。
研究人员在中国山东省淄博市临淄区Huangcheng镇Dapengke村温室（36.87° N，118.45° E）开展32天田间试验（2024年7月14日至8月15日），该温室已连续6年进行番茄（Solanum lycopersicum）与西葫芦（Cucurbita pepo）一年两茬轮作，前茬为番茄。试验设10个处理、3个独立重复、30个30 m²小区，包括Trichoderma harzianum（T）、Bacillus subtilis（B）、Saccharomyces cerevisiae（Y）、复合菌剂（KQ）及不接种对照（CKF），各设覆膜与不覆膜版本；鸡粪按75 t ha^?1施入，灌水6000 m³ ha^?1，覆膜厚0.02 mm。于0–20 cm五点取样混合，提取DNA后扩增细菌16S rRNA V3–V4区和真菌ITS1区，在Illumina NovaSeq 6000平台测序；经DADA2和QIIME 2生成ASVs，分别以SILVA 138和UNITE v8.0注释，采用线性模型与HC3稳健检验分析α多样性，PCoA、PERMANOVA、PERMDISP和LEfSe分析β多样性与指示类群。
结果如下。3.1 测序深度、读数保留与微生物丰富度：所有处理测序深度相当，Good’s coverage均大于0.99；细菌ASV丰富度为1597.67–2693.67，真菌为111.67–279.67；覆膜在5对处理中均降低细菌ASV丰富度8.80–33.15%，真菌响应依菌剂而异。3.2 细菌门和属水平群落组成：3.2.1 门水平：7个优势门占83.53–89.95%，菌剂提高Actinobacteriota 58.52–93.80%，覆膜降低其17.40–51.20%；覆膜提高Gemmatimonadota 54.82–131.98%；T和TM提高Chloroflexi。3.2.2 属水平：10个优势属仅占24.65–45.83%；Y增加Bacillus而YM降低Bacillus；TM、BM、KQM和CKFM增加Gemmatimonas；KQM增加unclassified_Vicinamibacterales、unclassified_Alphaproteobacteria、MND1和Gemmatimonas并降低Bacillus。3.3 真菌门和属水平群落组成：3.3.1 门水平：Ascomycota、Mortierellomycota和Basidiomycota合计占74.30–94.39%；菌剂和覆膜提高Ascomycota并降低Mortierellomycota；KQ–KQM中Basidiomycota显著增加。3.3.2 属水平：覆膜降低unclassified_Microascaceae、Mortierella及多数配对中的Corynascus。3.4 α多样性分析：3.4.1 细菌α多样性：覆膜显著降低Chao1 23.39%和Shannon 8.50%，Simpson无显著效应；菌剂显著影响PD，且覆盖×菌剂交互显著，B、T和CKF覆膜后PD升高，Y和KQ覆膜后PD降低。3.4.2 真菌α多样性：覆膜显著提高PD 46.48%、Shannon 44.13%和Simpson 9.68%；菌剂显著影响Chao1，BM最高、YM最低；PD、Shannon和Simpson存在显著交互，Chao1无。3.5 β多样性分析：3.5.1 细菌β多样性：四种距离矩阵中多数显示覆膜、菌剂及交互显著；覆膜在Bray–Curtis中R² = 0.245，菌剂在Jaccard和UniFrac中R² = 0.155–0.296；PERMDISP未见显著分散异质性。3.5.2 真菌β多样性：Bray–Curtis和Jaccard中覆膜、菌剂及交互显著；覆膜增加组内分散（p = 0.0001），菌剂不影响分散，提示部分覆膜效应反映空间异质性升高。3.6 LEfSe生物标志物分析：3.6.1 细菌生物标志物：9/10处理获得LDA > 4.0的标志物，CKF无；各处理招募不同谱系，TM和KQ节点最多（14个）。3.6.2 真菌生物标志物：6/10处理获得标志物；BM谱系最广（12个节点，含Fusarium和Alternaria），KQM富集Didymellaceae和Trichocomaceae/Eurotiales，CKF以Mortierellomycota为主，TM为Russulales，Y为Microascaceae。
讨论部分总结：测序覆盖度足以支持处理间丰富度和组成差异；门属变化与覆膜造成的氧气、水分和氧化还原条件改变及菌剂生态位作用相关；覆膜是细菌多样性损失的主要驱动，而真菌多样性升高可能与耐微氧、竞争释放和水分保持有关；菌剂身份主要影响细菌PD和真菌丰富度，覆膜×菌剂交互表明两者并非独立作用；β多样性显示细菌群落受两因素结构化且无分散异质，真菌则在覆膜下空间异质性升高；LEfSe标志物为候选指示类群，受n = 3、单点单季、缺乏功能与农艺指标及土壤理化/氧气监测等限制，相关机制仍需验证。
研究结论部分翻译：本研究基于单点、单季、每处理3个重复的试验，提供塑膜覆盖与微生物菌剂施用对土壤细菌和真菌群落独立及交互效应的初步证据，结果应视为假设生成并需验证后方可用于管理建议。研究呈现三个主要模式。第一，覆膜是细菌群落结构的主导驱动因素，在所有菌剂处理中一致降低Chao1丰富度和Shannon多样性；这与覆膜下土壤通气性改变相一致，但并未直接证明该机制；该降低幅度随菌剂变化，且YM处理中一个低多样性重复造成的高组内变异限制了估计精度。第二，真菌群落响应方向相反，覆膜显著提高PD、Shannon和Simpson均匀度；真菌Chao1丰富度仅取决于菌剂身份，BM最高、YM最低。第三，细菌PD及除Chao1外全部真菌多样性指数的显著覆膜×菌剂交互表明两种措施并非独立作用。分类学变化与多样性模式一致：覆膜降低好氧的Actinobacteriota并提高兼性厌氧的Gemmatimonadota，提高Ascomycota并降低Mortierellomycota。LEfSe识别出处理特异性候选标志物，包括BM中的Fusarium；由于扩增子数据不能区分致病与腐生菌株，该信号需菌株水平验证，不能直接作生物安全解释。更广泛而言，菌剂–覆膜组合不能依据单一措施表现假定安全或有效，需要包含致病性生物测定和作物表现测量的整合生物安全测试。β多样性分析进一步显示，细菌群落受两因素结构化且无分散异质，而真菌群落在覆膜下组内分散升高，表明部分表观覆膜效应反映空间异质性增加。本研究从微生物生态学角度提供塑膜覆盖与微生物接种对温室太阳能生物消毒期间土壤微生物群落组装联合效应的初步证据，为ASD处理下微生物响应提供初步微生物学认识，并为未来连接土壤理化动态、CCO相关病害指标与群落水平微生物变异的整合研究建立组成基线。