有機肥對煤礦復墾土壤團聚體碳氮磷含量及細菌群落的影響

孫曉東，栗海鵬，高文俊，張 杰，徐明崗，郝鮮俊*

（1 山西農業大學資源環境學院，山西太谷 030801；2 山西農業大學草業學院，山西太谷 030801）

土壤團聚體作為土壤結構的基本單元和微生物活動的重要場所，其數量和大小與土壤養分、微生物多樣性密切相關[1-2]。土壤微生物是農田生態系統中的重要組成部分，對于調節能量流動和養分循環至關重要[3]。不同粒徑的團聚體中養分不同，會影響團聚體中微生物的生長和繁殖[4]。反過來，微生物的生長代謝也可以對團聚體產生影響。微生物代謝產生的多糖類物質可以將微團聚體粘結，進一步被土壤中的菌根菌絲凝結成更穩定的大團聚體，同時微生物分泌的胞外酶也可以影響團聚體中碳氮磷的轉化[5]?？梢?，土壤團聚體與微生物相互聯系、相互影響、密不可分。然而，采煤塌陷區在進行工程復墾時由于對土地的擾動較大，土層上下翻動，使得復墾土壤結構被破壞，團聚體數量減少，土壤微生物活性降低，致使復墾土壤肥力低下，限制作物生長[6]。而畜禽有機肥具有來源廣、肥效長、養分豐富等特點，利用畜禽糞便培肥土壤，尤其是低肥力的煤礦復墾土壤可以提高復墾土壤養分含量，改善土壤結構，對減施化肥，保護耕地資源具有重要意義。

大量研究表明，施用有機肥可以顯著增加土壤中碳、氮、磷的含量，對土壤微生物結構和多樣性造成影響[7-9]。Muhammad 等[7]在中國南方酸性水稻土上的研究表明，施用有機肥(牛糞)顯著增加了土壤碳氮磷養分及有效性，同時提高了土壤氮素和磷素平衡性。張恩平等[8]通過研究施肥對番茄土壤中微生物的影響發現，施用有機肥(馬糞)可提高土壤微生物群落功能多樣性，其中香濃指數、豐富度指數、優勢度指數均顯著提高，而均勻度指數顯著降低。安祥瑞等[9]在赤紅壤上的研究發現，施用有機肥(羊糞)顯著增加了土壤微生物豐富度和多樣性，改變了土壤細菌群落，其中擬桿菌門、變形菌門、芽單胞菌門等豐度顯著增加，綠彎菌門、酸桿菌門等豐度顯著降低。

然而，關于土壤微生物對施肥響應的研究多集中在全土上，在團聚體水平上的研究較少。關于有機肥對團聚體的影響多為施用單一有機肥，針對不同有機肥對土壤團聚體及其碳氮磷養分和微生物學特性的影響研究較少，尤其是在復墾土壤這種低肥力土壤上的相關研究尚未見報道。因此，本研究基于復墾土壤定位培肥試驗，以團聚體作為樞紐，將碳氮磷養分-團聚體-土壤微生物三者聯系起來，探討其相互關系和作用機理，旨在為合理培肥、改善復墾土壤微環境和提升土壤質量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山西省孝義市采煤塌陷復墾區(37°06′N, 111°37′E)，地處黃土丘陵區，屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為10.1℃，年均日照時長為2300 h，全年降雨量為470 mm 左右，主要集中在7—9 月，全年無霜期達170 天。試驗地于2016年采用挖深墊淺、平整土地法進行工程復墾，供試土壤為石灰性褐土，質地為壤質黏土。復墾初始(2016 年) 0—20 cm 耕層土壤基本化學性質為：pH 8.43，有機質含量5.45 g/kg，全氮含量0.15 g/kg，速效磷含量4.34 mg/kg，速效鉀含量85.9 mg/kg。

1.2 試驗設計

定位培肥復墾試驗始于2017 年，種植作物為春玉米，每年5 月播種，10 月收獲，之后秸稈還田。本試驗采用隨機區組設計，試驗共設5 個處理：不施肥對照(CK)、施化肥(CF)、施雞糞(CHM)、施豬糞(PM)、施牛糞(CM)，每個處理設置3 個重復，共15 個小區，每個小區面積為30 m2(5 m×6 m)，小區間有寬為50 cm 的地壟，防止相鄰小區間相互影響?；蕿槟蛩?N 46.4%)、過磷酸鈣(P2O516%)、氯化鉀(K2O 63%)；供試有機肥為腐熟的雞糞、豬糞、牛糞，每年施用前測定基本理化性質，供試雞糞、豬糞、牛糞各指標5 年的平均值分別為：pH 7.89、8.01、8.34，含水量21.1%、20.2%、35.9%，全氮17.1、15.2、11.5 g/kg，全磷17.9、21.3、15.9 g/kg，全鉀10.6、8.76、8.68 g/kg，有機質216、166、144 g/kg。

有機肥施用量以P2O5100 kg/hm2為標準折算，為保證各小區氮、鉀養分充足，氮、鉀施用量分別為N 200 kg/hm2和K2O 100 kg/hm2，有機肥帶入的N不足200 kg/hm2則用尿素補足，K2O 不足100 kg/hm2則用氯化鉀補足(表1)。所有肥料均在玉米播種前一次性施入。

表1 有機肥施用量及帶入的養分含量 (kg/hm2)Table 1 Manure application amount and the nutrient amount carried with manures

1.3 樣品采集和測定

1.3.1 土壤樣品采集 于2021 年玉米收獲后采集0—20 cm 的耕層土壤。在每個小區按“S”形采集6～8 個點土樣輕微混合，剝離因采樣時擠壓變形的土壤，同時去除植物、動物、石礫等土壤中的異物，沿自然裂縫掰成直徑為1 cm 左右大小的土塊，放入裝有冰袋的硬質塑料盒中，確保運輸途中不受擠壓，送回實驗室測定。

1.3.2 土壤團聚體分級 本試驗團聚體分級采用鮮土干篩法，以減少因水泡對土壤微生物群落造成的影響[10]。將剔除過石礫、動植物殘體等異物的新鮮土壤低溫下適當風干后混合均勻，過8 mm 篩備用。每次稱取低溫風干過的鮮土100 g，置于套篩(2、0.25 mm)最上層，上下振動5 min，振幅為20 cm，振動頻率60 次/min，即可分離出＞2 mm、0.25～2 mm、＜0.25 mm 粒徑的團聚體。重復這一步驟多次，收集足夠測樣的土壤團聚體。將各粒徑的團聚體取一部分風干，用于測定土壤團聚體碳氮磷養分，剩余另一部分鮮土用于測定團聚體中微生物量碳氮磷和細菌測序。

1.3.3 土壤團聚體養分測定 團聚體中養分含量測定參照《土壤農化分析》[11]：有機碳(SOC)含量采用重鉻酸鉀-容量法測定，全氮(TN)含量采用半微量凱氏滴定法測定，全磷(TP)和速效磷(AP)含量采用鉬藍比色法測定。

團聚體中微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)采用氯仿熏蒸—K2SO4浸提，TOC 儀(multi N/C?3100,Jena, Germany)測定，SMBC 和SMBN 的轉換系數分別為0.45 和0.54[12]。團聚體中微生物量磷(SMBP)采用氯仿熏蒸—NaHCO3浸提，鉬藍比色法測定，SMBP的轉換系數為0.4[13]。用未熏蒸土樣濾液測定的結果即為可溶性有機碳(DOC)和可溶性總氮(TDN)。

1.3.4 DNA 提取和高通量測序 使用E.Z.N.A.?soil DNA kit (Omega Bio-tek, Norcross, GA, U.S.)試劑盒進行土壤團聚體微生物總DNA 提取，1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA 提取質量，NanoDrop 2000 進行DNA 濃度和純度測定。使用338 F (5'-ACTCCTACGG GAGGCAGCAG-3')和806 R (5'-GGACTACHVGG GTWTCTAAT-3') 引物對16S rRNA 基因(V3～V4區)進行PCR 擴增。將同一樣本的PCR 產物混合后使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR 產物，利用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit (Axygen Biosciences, Union City, CA, USA)進行回收產物純化，2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，并用Quantus? Fluorometer (Promega,USA)對回收產物進行檢測定量。使用NEXTflexTM Rapid DNA-Seq Kit (Bioo Scientific，美國)進行建庫。利用Illumina 公司的Miseq PE300/NovaSeq PE250 平臺進行測序(上海美吉生物醫藥科技有限公司)。

1.3.5 PICRUSt 功能預測 首先通過PICRUSt 對OTU 豐度表進行標準化，去除16S marker gene 在物種基因組中的copy 數目的影響；然后通過每個OTU 對應的greengene id，獲得OTU 對應的KEGG Ortholog (KO)信息，并計算各KO 豐度。根據KEGG數據庫的信息，可以獲得KO、Pathway 信息，并能根據OTU 豐度計算各功能類別的豐度。此外，針對Pathway，運用PICRUSt 可獲得代謝通路的3 個水平信息，并分別得到各個水平的豐度表。

1.4 計算公式

土壤微生物與土壤資源之間的化學計量失衡(不平衡性)特征通過速效(可利用)養分計量比與微生物生物量養分計量比來計算，其值越小表示土壤碳氮磷平衡性越好[14-16]，具體計算公式如下：

1.5 數據處理

試驗結果使用Microsoft Excel 2019 進行數據處理，使用IBM SPSS Statistics 22 軟件，Pearson 法進行相關性分析，Duncan 法進行處理間差異顯著性分析(P＜0.05)，單因素方差分析(one-way ANOVA)用于比較變量效應。利用上海美吉生物云平臺進行細菌群落及多樣性計算，并進行PICRUSt 功能預測和熱圖(Heatmap)分析。使用Canoco 5 軟件進行主成分分析(PCA)，用Origin 2022 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對復墾土壤團聚體碳氮磷的影響

連續5 年定位培肥后，不同施肥處理對復墾土壤團聚體的分布產生了顯著影響(表2)。各處理均以＞2 mm 的團聚體比例最大，占47.18%～63.95%，其次是0.25～2 mm 團聚體，占30.35%～44.39%，＜0.25 mm 團聚體所占比例最小，僅4.72%～6.61%。與CK 處理相比，施用化肥顯著降低＞2 mm 團聚體比例，而對于其他兩個粒徑團聚體的分布無顯著影響。而施用有機肥卻增加了＞2 mm 團聚體的比例，降低了＜0.25 mm 團聚體的比例。與化肥相比，雞糞、豬糞和牛糞均顯著提高了＞2 mm 團聚體的比例，提高幅度分別為35.56%、22.32%和20.25%，顯著降低了＜0.25 mm 團聚體的比例，分別降低了28.64%、12.22%和27.36%。

財務公司作為企業集團專業的產業型金融機構，不僅在產融結合方面擁有豐富的經驗，同時也更加了解企業集團的產業特點以及所處地位，有利于開展科學地金融服務。財務公司能夠對企業集團和各成員的財務活動情況進行全面分析，有效掌握相應的資金活動規律以及在產業鏈中潛在的風險，同時也能夠有效反映企業集團運營管理存在的問題。財務公司能夠憑借自身的專業優勢來掌握企業集團上下游企業的金融服務需求，為各企業提供更合理的金融服務并降低相應成本。

表2 不同施肥處理下各粒徑土壤團聚體的重量分布 (%)Table 2 Weight distribution of soil aggregates under different fertilizer treatments

連續5 年定位施肥顯著增加了團聚體中碳、氮、磷養分含量，且有機肥的增幅大于化肥(表3)。與化肥處理相比，有機肥顯著增加了團聚體中碳(SOC、DOC 和SMBC)含量50% (平均增幅)，氮(TN、TDN和SMBN) 含量15% (平均增幅)，磷(TP、AP 和SMBP)含量43% (平均增幅)。

表3 不同施肥處理下土壤團聚體的碳氮磷養分含量Table 3 The carbon, nitrogen and phosphorus contents of soil aggregates under different fertilizer treatments

有機肥對各粒徑土壤團聚體中碳、氮、磷養分的提升幅度不同，具體表現為：對＞2 mm 團聚體中DOC 含量的提升幅度最大，平均達到42%，其中雞糞、豬糞和牛糞較化肥分別顯著增加了3 3%、70%和22%，且豬糞對DOC 的提升幅度比雞糞和牛糞分別顯著增加了28%和40%。有機肥對0.25～2 mm團聚體中TN、TP、SMBN 和SMBP 的提升幅度最大(分別為41%、73%、42%和260%)。并且，施肥對上述指標的提升效果均表現為雞糞＞豬糞≥牛糞≥化肥，其中雞糞較化肥處理顯著增加了21% 的TN、22%的 TP、47% 的SMBN 和83.85%的SMBP。有機肥對＜0.25 mm 團聚體中SOC、AP 和SMBC 的提升最大(增幅分別為75%、373%和124%)。在該團聚體中，有機肥對SOC 和SMBC 的提升效果均表現為豬糞＞雞糞≥牛糞。與雞糞和牛糞相比，施用豬糞顯著增加了SOC 含量(增幅分別為24%和23%)和SMBC 含量(增幅分別為23% 和21%)。然而，對SMBP 的提升效果則是以雞糞最大，牛糞最小，雞糞較牛糞顯著增加了41%。

不同施肥下復墾土壤團聚體碳氮磷養分失衡情況存在顯著差異(圖1)，碳氮、碳磷和氮磷養分失衡值均在0.25～2 mm 團聚體中最低，分別為1.56～2.60、0.43～0.85 和0.18～0.29，說明碳氮磷養分在0.25～2 mm 團聚體中平衡性最好。與CK 處理相比，化肥對0.25～2 mm 團聚體中養分失衡度均無顯著影響，而施用有機肥卻顯著降低了該團聚體中碳氮失衡和氮磷失衡度，分別降低了8%～33% 和12%～35%。同時，所有施肥處理均顯著降低了該團聚體中的碳磷養分失衡度，降幅為31%～49%。

圖1 不同施肥處理下復墾土壤團聚體碳氮磷養分失衡Fig.1 Imbalance of carbon, nitrogen and phosphorus in soil aggregates under different fertilizer treatments

2.2 不同施肥處理對復墾土壤團聚體細菌群落多樣性的影響

本研究發現，0.25～2 mm 團聚體中碳氮磷養分平衡性較好(圖1)，因此對0.25～2 mm 團聚體進行Illumina Miseq 高通量測序。

不同有機肥對復墾土壤團聚體細菌α 多樣性的影響存在差異(圖2)。Chao 指數可以反映物種的豐富度，其值越大表示樣本的物種豐富度越高。與CK 處理相比，牛糞處理下Chao1 指數顯著增加了8.5%，其他處理無顯著增加。Shannon 指數可以反映物種的多樣性，Pielou 指數用來反映物種的均勻程度，其值越大分別表明微生物群落多樣性越高、物種分布越均勻。不同施肥對Shannon 指數和Pielou指數的影響呈現出相似的趨勢，3 種有機肥處理較CK 處理均顯著增加了Shannon 指數和Pielou 指數，增幅分別為2.5%～5.0% 和1.6%～4.6%，且其值大小均為雞糞≥豬糞≥牛糞≥化肥≥CK。PD 指數(譜系多樣性指數)可以反映樣本中細菌物種譜系演化差異，其值越大表明物種譜系演化差異越大。與CK 處理相比，施肥均顯著提高了PD 指數(4.2%～6.8%)。

圖2 不同施肥處理下土壤團聚體中細菌多樣性Fig.2 Bacteria diversity in soil aggregates under different fertilizer tratments

2.3 不同施肥處理對復墾土壤團聚體細菌群落組成的影響

在門水平上，相對豐度＞1%的細菌類群10 個，共占菌群比重94.8%～96.8% (圖3)。其中優勢細菌門(相對豐度排名前5)包括放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、酸桿菌門(Acidobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)，這5 個菌門共占細菌總數的87.4%～89.2%。

圖3 不同施肥處理下復墾土壤細菌門水平的相對豐度Fig.3 Relative abundance of bacterial phylum levels in reclaimed soils under different fertilizer treatments

施肥顯著影響復墾土壤細菌群落組成(圖3)。與CK 處理相比，施肥后變形菌門和擬桿菌門的相對豐度分別增加了8.98%～43.5%和19.9%～56.0%。有機肥對上述細菌門的提升幅度比化肥更大，其中施雞糞提升幅度最大，較化肥分別顯著增加了26.6%和30.1%。施用化肥顯著降低了13.1%芽單胞菌門的相對豐度。所有施肥處理均降低了酸桿菌門的相對豐度，降幅為17.8%～110.0%，其中雞糞和豬糞處理降幅最大，分別為110.0%和92.6%。此外，牛糞處理較化肥顯著增加了髕骨菌門(Patescibacteria)50.5%，其他處理無顯著增加。不同有機肥對復墾土壤細菌群落的影響差異顯著，與牛糞處理相比，施用雞糞分別顯著增加了變形菌門、擬桿菌門和芽單胞菌門31.6%、28.6% 和14.5%。施用雞糞較CK處理顯著降低了綠彎菌門33.6%，其他處理與CK 無顯著差異。

2.4 復墾土壤團聚體細菌群落功能預測

將16S rRNA 高通量測序結果與KEGG 數據庫進行比對，結果(圖4)顯示，一級功能包括新陳代謝、遺傳信息處理、環境信息處理、細胞過程、人類疾病和有機系統6 大類，其中新陳代謝功能為主要的一級功能，占78.92%～79.87%。與CK 處理相比，施肥均增加了新陳代謝功能的基因豐度(P＜0.05)，雞糞和豬糞處理顯著增加了環境信息處理功能，降低了遺傳信息處理功能的基因豐度，只有雞糞處理顯著增加了細胞過程功能，其他處理對細胞過程功能無顯著影響。

圖4 不同施肥處理下土壤細菌一級功能基因相對豐度Fig.4 Relative abundance of primary functional genes in soil bacteria under different fertilizer treatments

基于KEGG 數據將上述一級代謝通路細分為二級功能層，預測結果(圖5)表明，土壤細菌群落二級通路主要由全局和概覽通路、碳水化合物代謝、氨基酸代謝、能量代謝、膜轉運等46 種子功能組成。其中前10 的豐度分別為全局和概覽通路(40.33%～40.97%)、碳水化合物代謝(9.55%～9.92%)、氨基酸代謝(8.42%～8.48%)、能量代謝(4.29%～4.32%)、輔助因子和維生素代謝(4.06～4.11%)、膜轉運(2.76%～3.00%)、翻譯(2.50%～2.64%)、脂質代謝(2.34%～2.39%)、復制和修復(2.30%～2.35%)、核苷酸代謝(2.23%～2.28%)。與CK 處理相比，施肥增加了全局和概覽通路、碳水化合物代謝和膜轉運功能基因豐度，其中雞糞處理提升最大。與CK 和化肥處理相比，3 種有機肥處理均降低了翻譯和核苷酸代謝功能基因豐度。此外，雞糞牛糞處理較CK 處理顯著降低了輔助因子和維生素代謝功能基因豐度，其他處理無顯著降低。

圖5 不同肥料處理土壤細菌二級功能基因相對豐度(前10)Fig.5 Relative abundance of the secondary functional genes (top 10) in soil bacteria under different fertilizer treatments

經KEGG 數據庫預測后共檢測到67 個與碳代謝相關的直系同源基因(KO)，20 個與氮代謝相關的KO，50 個與磷代謝相關的KO (圖6、圖7、圖8)。通過KO 聚類分析發現碳、氮代謝相關的基因均按照處理聚為兩類，分別為雞糞和其他處理。其他4 個處理，CK 和化肥聚為一類，豬糞和牛糞聚為一類。磷代謝相關基因則按照處理聚為兩類，CK 和化肥為一類，有機肥處理為一類。施用有機肥顯著增加了碳代謝相關基因豐度(圖6)，包括有機物氧化作用基因(Bgl、Cl、Cbh、Pmoa、Pmob、bcrB等)、發酵功能基因(acdA、pta、porA)、甲烷產生功能基因(pmoa、pmob、pmoc等)，其中篩選出的有機物氧化作用相關基因最多。有機肥顯著增加了氮代謝相關基因豐度(圖7)，其中雞糞處理增加最顯著，包括固氮作用基因(nifK、nifH、nifD、anfG)、硝化作用基因(amoA、amoB、amoC)、反硝化作用基因(napA、napB、narH、narG、nirS、nirK等)，降低了氮異化還原功能基因(nirD)的相對豐度。3 種有機肥處理均顯著增加了有機磷礦化基因(phnM、phnJ、phnP、phnI、olpA、phoA、phoD等)、無機磷溶解功能基因(gcd、ppx、ppa)和磷吸收功能基因(ugpQ、phnC、pstS、phnE、phnK、pit等)的相對豐度(圖8)。此外，3 種有機肥對碳氮磷代謝功能相關基因的提升效果均表現為雞糞＞豬糞≥牛糞。

圖6 碳代謝KO 預測基因的相對豐度熱圖Fig.6 Heatmap of KO predicted genes related to carbon metabolism

圖7 氮代謝KO 預測基因的相對豐度熱圖Fig.7 Heatmap of KO predicted genes related to nitrogen metabolism

圖8 磷代謝KO 預測基因的相對豐度熱圖Fig.8 Heatmap of KO predicted genes related to phosphorus metabolism

3 討論

3.1 有機肥處理顯著提高復墾土壤團聚體碳氮磷含量

本研究結果表明，連續定位復墾5 年后，有機肥處理下團聚體中有機碳、全氮和速效磷含量(3.46～5.47 g/kg、0.42～0.53 g/kg 和7.12～10.97 mg/kg)與復墾初始土壤有機碳、全氮和速效磷含量(3.16 g/kg、0.15 g/kg 和4.34 mg/kg)相比均有明顯提升，說明培肥措施(尤其施用有機肥)有利于新復墾地快速積累養分。此外，全量養分(SOC、TN、TP)、速效養分(DOC)和微生物量養分(SMBC、SMBN)含量在大團聚體中最高，微團聚體中最低(表3)，這與前人[17-18]的研究結果一致，說明大團聚體中含有更多的營養物質，可供微生物生命活動所需。而AP 和SMBP含量卻在大團聚體中最低，在微團聚體中最高，可能是大團聚體中次生礦物對磷的吸附作用較強，很難被微生物獲取，從而降低了有機磷礦化和微生物對磷的利用[19]。

本研究中，施肥顯著增加了各粒徑團聚體中的碳氮磷養分含量，有機肥的效果最明顯，這與白娜玲等[20]在潴育型水稻土和榮勤雷等[21]在設施菜田上的研究結果一致。此外，先前的研究[22-23]表明，長期施用化肥使土壤微生物活性降低，微生物生物量減少。但本研究結果表明，所有施肥處理包括化肥均可以顯著增加團聚體中微生物生物量，原因可能是本試驗地為復墾地，土壤養分相對貧瘠，施用化肥使土壤中養分增加，以維持微生物生命活動所需[24]。本研究中豬糞處理下碳含量最高，而雞糞處理下磷含量最高。其原因可能與伴隨有機肥施入的有機碳的量及有機肥類型有關。在本試驗定位施肥中，雞糞、豬糞和牛糞連續5 年累計有機碳投入量分別為3980、4113 和3908 kg/hm2(表1)，數量差異不大，但由于豬糞中的有機質較雞糞和牛糞更易于礦化分解[25]，其分解產生較多的溶解性有機質(DOM)供微生物直接利用[26]，因而施用豬糞土壤團聚體中有機碳含量提升較施用其他有機肥顯著。雞糞中的活性磷和中活性磷(NaOH-Pt、NaHCO3-Pt、核酸和磷酯類等)顯著高于豬糞和牛糞[27]，這類磷移動性大，不易被吸附，這也許是導致施用雞糞土壤磷有效性高的一個原因。牛糞處理對團聚體碳、氮、磷含量的提升效果均較小，因為牛糞中木質素含量高，不易分解，因此牛糞中的有機物礦化分解較慢，不利于微生物同化利用[28]。在本研究中，與CK 相比，有機肥處理均顯著提高了土壤團聚體中氮含量，這與前人[3,6,21]研究結果一致，但有機肥與化肥之間以及不同有機肥之間土壤團聚體中氮含量差異較小，尤其是可溶性氮含量，可能與本研究中有機肥帶入的氮含量較低，大部分氮由化肥補充提供有關。因此，關于不同有機肥對土壤團聚體氮含量的影響尚需進一步研究。

SMBC/SMBN 可以反映土壤的微生物結構，一般細菌的SMBC/SMBN 為5∶1，放線菌為6∶1，真菌為10∶1[29]。本研究中土壤SMBC/SMBN 為2～5 左右，說明土壤微生物以細菌為主。本研究結果表明，施肥可保持土壤團聚體中碳、氮、磷養分平衡，其中有機肥處理最顯著，這與李寧[30]在農田土壤上的研究結果一致，表明施用有機肥可以促進微生物獲取缺乏元素，保持土壤碳氮磷養分平衡。

3.2 有機肥改變復墾土壤團聚體細菌群落

本研究結果表明，施肥均顯著增加了Shannon指數、Pielou 指數和PD 指數，這與楊葉華等[31]的研究結果一致，說明施加化肥可以顯著增加復墾土壤中的養分(表3)，促進微生物吸收有效養分，從而增加微生物多樣性。在本研究中放線菌門、變形菌門、綠彎菌門、酸桿菌門和擬桿菌門為優勢菌門(圖3)，這與大多數的研究[32-34]結果一致。不同施肥處理對細菌門的影響存在差異，其中與CK 處理相比，施肥均顯著降低了酸桿菌門的相對豐度，這是因為酸桿菌門極易富集在寡營養環境中，施肥顯著增加了土壤中的養分狀況，使土壤環境發生變化，因此酸桿菌門豐度降低[35]。與化肥處理相比，施用有機肥顯著增加了芽單胞菌門的相對豐度，這與Li等[36]在新墾農田上的研究結果一致。芽單胞菌門屬于固碳菌，施加有機肥可以極大地投入有機物料，為微生物生命活動提供底物，促進固碳微生物生長發育[37]。雞糞處理顯著降低了綠彎菌門的相對豐度，這是因為綠彎菌門屬于典型的寡養菌，本研究中雞糞處理對養分提升最顯著(表3)，高營養的環境抑制了綠彎菌門的生長，因此其相對豐度降低。

3.3 不同有機肥處理下復墾土壤團聚體細菌功能差異

本研究中新陳代謝功能為主要的一級功能，并且施用有機肥增加了一級通路中新陳代謝和環境處理功能基因豐度(圖4)，這與田夏瓊等[38]的研究結果相似。說明施用有機肥為微生物生命活動提供了底物，增強了變形菌等微生物活動，使新陳代謝功能基因豐度增加。牛糞處理輔助因子和維生素代謝功能較低，這可能與牛的喂養有關，牛主要以飼草料或青貯谷物為食，其維生素含量較低[39]。練金山等[40]在潮土上研究的有機肥對細菌影響的結果表明，施用有機肥顯著提高了化能異養和發酵作用的細菌種群豐度。本研究KEGG 二級功能預測也表明施用有機肥增加了碳水化合物代謝功能的基因豐度(圖5)。有機肥的施入不僅增加了外源有機質還帶入了微生物活性物質，增強了碳代謝功能，促進了有機質礦化，這可能也是土壤有機碳含量提高的原因之一。此外，施用有機肥增加了膜轉運功能基因豐度，有利于作物從外界吸收營養物質或外排激素以維持營養平衡，調節生理功能[41]。在本研究中KEGG 三級功能預測結果表明，施用有機肥顯著增加了碳、氮、磷代謝相關功能基因豐度(圖6、圖7、圖8)。這是因為有機肥施入增加了土壤中的養分含量，富營養細菌增加，包括參與碳代謝的芽單胞菌、促進固氮的變形菌、具有溶磷能力的擬桿菌活性增強，進一步產生較多促進碳氮磷循環的酶，加速了土壤中碳氮磷養分循環，進而改善土壤質量[42]。

4 結論

1)連續5 年定位培肥后，施用有機肥顯著改善復墾土壤結構，提高團聚體中碳氮磷養分含量，其中豬糞對碳含量的提升效果最大，雞糞對磷含量的提升效果最大，3 種有機肥對可溶性氮含量的提升效果沒有顯著差異。

2) 施用有機肥顯著增加了復墾土壤中變形菌門、擬桿菌門、芽單胞菌門和粘菌門的相對豐度，并增加了碳氮磷代謝功能相關基因豐度，其中雞糞處理增幅最大，表明雞糞可促進土壤中碳氮磷養分循環，改善土壤質量。