在果园生态系统中,土壤微生物参与元素循环、有机物质分解以及腐殖质形成等生物化学过程,从而调节植物生长。果园土壤管理措施通过改变土壤理化性状对土壤微生物的生长、代谢和繁殖产生影响,改变其群落结构及种群多样性,进而影响到整个果园生态系统的物质循环和能量流动,从而对果业的可持续发展产生影响。因此研究土壤微生物对果园土壤管理措施的响应特征,阐明微生物群落变化规律及其与土壤环境因子的关系,对于果园土壤管理措施的科学应用及果园生态环境的改善具有重要指导意义,同时为土壤微生物多样性研究提供理论基础。本研究应用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)、构建16S r RNA基因克隆文库以及Illumina高通量测序技术研究了不同覆盖措施(生草覆盖、秸秆覆盖、地膜覆盖、裸地)对渭北旱作苹果园土壤细菌和真菌群落结构、组成和多样性的影响及其随苹果生育期的变化规律,进一步分析了土壤微生物群落结构和组成与土壤理化性质的相关关系以及覆盖措施下影响苹果产量及品质的主要土壤环境因子,主要研究结果如下:(1)通过对DGGE指纹图谱分析得知,该区域土壤细菌种类比较丰富,表现为36个土壤样品总共获得70条不同的条带类型或操作分类单元(OTU),通过对DGGE谱图中优势条带进行克隆测序可知,该果园土壤细菌群落主要优势菌群为变形菌门Proteobacteria(45.5%)和拟杆菌门Bacteroidetes(27.3%),另外,厚壁菌门Firmicute(9.1%)和放线菌Actinobacteria(9.1%)数量也比较丰富。克隆文库法总计获得383个阳性克隆子,通过序列比对发现,Proteobacteria(41.00%)、Bacteroidetes(11.48%)和Acidobacteria(13.58%)在渭北旱作苹果园土壤细菌群落组成中最为丰富,其数量占总克隆数的66%以上,该结果与DGGE实验结果一致。本研究发现,不同覆盖处理间α-Proteobacteria、β-Proteobacteria、δ-Proteobacteria和Actinobacteria含量差异达到显著水平;不同苹果生育期优势菌群不同,如Firmicute在成熟期属于优势菌群,而在幼果期和膨大期数量较少;梭杆菌Fusobacteria在幼果期数量较多,在膨大期和成熟期无明显优势。(2)通过计算土壤细菌香农多样性指数(H’)、丰富度指数(S)和均匀度指数(E)发现,与对照相比,覆盖处理在幼果期和膨大期提高了土壤细菌群落多样性和丰富度,其中秸秆覆盖处理多样性和丰富度最高,但是对均匀度影响不显著;成熟期,对照处理多样性得到恢复并达到最高值。(3)通过对DGGE指纹图谱进行聚类分析(UPGAMA)和去趋势对应分析(DCA)发现,苹果生育期的推进是土壤细菌群落发生变化的主要因子,表现为36份土壤样品依据苹果生育期而聚集为三大主要类群。同一生育期内,生草覆盖和秸秆覆盖处理聚集,而地膜覆盖和对照处理相聚集,说明地膜覆盖对土壤细菌群落结构影响较小,生草覆盖和秸秆覆盖处理对土壤细菌群落结构影响较为显著。应用P-test和主坐标分析(PCo A)比较不同覆盖措施下土壤细菌克隆文库的相似性,结果表明,实施覆盖处理后土壤细菌群落结构发生明显变化,其中,地膜覆盖处理下土壤细菌群落结构与生草覆盖和秸秆覆盖处理差异显著(P<0.05),生草覆盖和秸秆覆盖处理间土壤细菌群落结构相似度较高(P>0.5),该结果与UPGAMA和DCA结果一致。(4)对土壤细菌群落组成及多样性与环境因子(土壤理化性质)进行多元统计分析,结果表明,土壤温度(ST)、含水量(SM)、碱解氮(AN)、有机质(SOM)和全钾(TK)对土壤细菌群落特征影响较大,其中主成分5(PC5)和主成分7(PC7)与土壤养分含量(包括SOM、TN、AN、TK和AK)呈显著或极显著正相关关系。(5)Illumina高通量测序结果表明,土壤真菌群落组成中的优势菌群为子囊菌门(55.92%)和担子菌门(1.95%),还有少量的其他菌群,如球囊菌门(0.67%)和壶菌门(0.01%),另外,未分类真菌所占比例较大(20.66%)。幼果期和膨大期,不同覆盖下土壤真菌在门分类水平上无明显差异。属水平双向聚类分析表明,各苹果生育期不同覆盖处理土壤真菌群落组成差异显著,表现为不同样品内优势属的数目和种类均有所不同:生草覆盖属水平优势类群(丰富度等级>3)有隐球菌属,漆斑菌属和Parasola;秸秆覆盖优势类群(丰富度等级>3)为鬼伞属,Kendrickiella,曲霉菌属和外瓶霉属;地膜覆盖优势类群(丰富度等级>3)为刺盘孢属,马勃属及绿僵菌属;对照中未检测出丰富度等级为3的属,具有相对优势的类群(丰富度>2)主要有链格孢属,毛壳菌属和Cadophora。(6)双向聚类分析还表明,不同时期相同覆盖处理聚为一簇,这说明与苹果生育期相比,覆盖措施对土壤真菌群落结构及组成的影响更为显著。土壤真菌聚类分析与属水平双向聚类分析结果一致,同时应用P-test对不同覆盖措施下土壤真菌群落结构相似显著性进行了检验,结果表明,不同覆盖处理及苹果生育期土壤真菌群落结构差异达到极显著水平(P<0.01)。(7)幼果期,地膜覆盖处理土壤真菌多样性最高,其次为秸秆覆盖,生草覆盖最低;膨大期,除了生草覆盖香农多样性指数(H’)低于对照外,多样性由高到低顺序为:秸秆覆盖>生草覆盖>地膜覆盖>对照;成熟期,地膜覆盖土壤真菌多样性显著低于其他处理,其他三个处理间除了生草覆盖Chao1明显增高外无显著差异。(8)应用冗余分析(RDA)对不同覆盖措施下土壤真菌群落组成及多样性与环境因子(土壤理化性状)进行排序,结果表明,对土壤真菌群落组成影响较大的土壤环境因子依次为AN、ST、TK、SM和速效磷(AP),土壤环境因子与真菌群落组分间存在复杂的相关关系;土壤真菌多样性主要受ST、AN、土壤容重(SD)、SM、孔隙度(STP/CP)的影响,其中,Chao1与SM及STP/CP呈正相关或显著正相关,丰富度指数S与TP和SOM相关性较高,香农多样性指数H’与TN和TK显著正相关。从样方到多样性指数分别投影可知,与地膜覆盖和对照相比,秸秆覆盖和生草覆盖在各指数箭头上的多度值较高。(9)与对照相比,3种覆盖方式均不同程度地提高了苹果产量、果实硬度以及含糖量。其中,秸秆覆盖处理百果重最高,与其他处理差异极显著,地膜覆盖次之;各处理果实硬度依次为地膜覆盖>秸秆覆盖>生草覆盖>对照;果实含糖量由高到低为秸秆覆盖>生草覆盖>地膜覆盖>对照,其中秸秆覆盖处理极显著高于其他处理。(10)通过对果实产量和品质与土壤环境因子(土壤理化性质和微生物群落特征参数)进行相关分析发现,果实产量及品质受土壤理化性质、微生物群落特征的共同影响,其中与果实产量和品质相关性较高的土壤环境因子主要有细菌丰富度Sb、细菌主成分2(PC2b)、细菌主成分5(PC5b)、细菌主成分6(PC6b)、真菌多样性(H’f)、真菌丰富度(Sf)、真菌主成分2(PC2f)、真菌主成分3(PC3f)、真菌主成分5(PC5f)、真菌主成分7(PC7f)、SD、总孔隙度(STP)、毛管孔隙度(CP)、SOM、TN、TP、AP和AK。多元线性逐步回归分析表明,对于百果重影响较大的土壤环境因素依次为CP、PC2b和Sf;对果实硬度影响较大的因素为AK、AN、PC5f和PC2f;对果实含糖量影响较大的因素为PC7f、TK和AN,由此可见,土壤微生物和理化性质对果实产量和品质均具有明显的影响,或者说他们共同影响果实的产量和品质。