Effects of Quicklime Application on Chemical Properties and Microbial Community of Highly Acidic Pomelo Orchard Soil
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摘要:目的 研究生石灰对蜜柚果园强酸性土壤化学性质和细菌群落结构的影响，为蜜柚果园强酸性土壤的治理提供理论依据。方法 通过培育试验，设置不同生石灰用量处理，分别为0 g·kg−1（对照，T1）、1.2 g·kg−1（T2）、2.4 g·kg−1（T3），采用化学分析和高通量测序技术，探究不同生石灰施用量处理90 d后蜜柚果园土壤酸度、碳氮含量、细菌群落多样性和组成的变化，利用相关性分析研究细菌群落结构与土壤化学性质的相关性。结果 与未添加生石灰的对照处理相比，蜜柚果园强酸性土壤施用生石灰后，土壤pH值增加0.91～1.70，交换性铝降低60.00%～99.17%，总碳、总氮分别增加10.27%～39.29%、12.84%～34.86%，铵态氮降低27.74%～33.84%，硝态氮增加3.45%～42.70%。随生石灰施用量的增加，土壤细菌Chao1指数、ACE指数和Shannon指数呈显著增加趋势，增幅分别为47.68%～74.15%、46.40%～73.70%、9.53%～14.95%。放线菌门（Actinobacteriota）和变形菌门（Proteobacteria）是3个处理的优势菌门（相对丰度＞20%），嗜酸栖热菌属（Acidothermus）是优势菌属，且pH越低，相对丰度越高。蜜柚果园强酸性土壤施用生石灰增加绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度，提高芽单胞菌属(Gemmatimonas）和小单胞菌属（Micromonospora）的相对丰度。冗余分析（RDA）结果显示，化学性质总共解释69.32%的土壤细菌群落结构变化，其中pH影响最大。结论 蜜柚果园强酸性土壤施用生石灰能显著提升土壤pH，降低交换性铝，维持土壤总碳、总氮含量，增加土壤硝态氮含量，提高细菌群落结构的多样性和丰富度。建议蜜柚果园强酸性土壤生石灰用量为2.4 g·kg−1。Abstract:Objective Effects of quicklime application on the chemical properties and microbial community of highly acidic pomelo orchard soil were analyzed to improve land management.Method In a pot experiment, quicklime were added to the highly acidic pomelo orchard soil in a dosage of 0 g·kg−1 (T1 as control), 1.2 g·kg−1 (T2), or 2.4 g·kg−1 (T3). After 90 d, chemical analysis and high-throughput sequencing were conducted to determine the acidity and carbon and nitrogen contents as well as the microbial diversity and structure in the soil. The collected data were used to statistically analyze correlation among them.Result The quicklime applications raised the pomelo orchard soil pH by 0.91–1.70, decreased the content of exchangeable aluminum by 60.00%–99.17% and that of ammonium nitrogen by 27.74%–33.84%, while increased the contents of total carbon by 10.27%–39.29%, nitrogen by 12.84%–34.86%, and nitrate nitrogen by 3.45%–42.70% over control. With increasing quicklime dosage, the soil bacteria Chao1, ACE, and Shannon indices significantly increased in the ranges of 47.68%–74.15%, 46.40%–73.70%, and 9.53%–14.95%, respectively. The dominant bacteria phyla in the soils under all 3 treatments were Actinobacteriota and Proteobacteria with a relative abundance greater than 20%. Acidothermus was the dominant genus with higher relative abundance at lower pHs. Overall, the relative abundance of Chloroflexi, Bacteroidota, Firmicutes, Gemmatimonas, and Micromonospora increased with the amount of quicklime applied. The redundancy analysis (RDA) indicated that soil chemistry explained 69.32% of the changes in the microbial community and that pH was the most important affecting factor.Conclusion Addition of quicklime to a highly acidic pomelo orchard soil raised the pH and the contents of carbon, nitrogen, and nitrate nitrogen, reduced the exchangeable aluminum, and improved the diversity and richness of microbial community in the soil. It is recommended that the amount of quicklime in the highly acidic soil of the pomelo orchard is 2.4 g·kg−1.
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Keywords:
- Quicklime /
- acidic soil /
- soil pH /
- bacterial communities
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0. 引言
【研究意义】土壤酸化会导致土壤理化性质不断恶化，土壤微生物活性降低，是土壤质量退化的主要形式之一[1]。在全球范围内，酸性土壤约占陆地总面积的30%，而中国酸性土壤约占国土总面积的22.7%[2]。南方亚热带地区是我国主要酸化区，其中福建省85.4%土壤为酸性土壤[3]。在不同农田土壤类型中，以果园土壤酸化较为严重，福建平和蜜柚果园酸性土壤占全县面积的89.97%[4]。土壤酸化不仅限制了农业生产力，而且对生物多样性和生态环境造成了很多负面影响[2]，采取有效措施改良酸化土壤，不仅能遏制土壤持续酸化，提高微生物活性，而且能促进其生产力提升[3]。因此，开展果园强酸性土壤治理研究具有重要意义。【前人研究进展】土壤酸化会降低土壤pH，增强土壤中铝离子活性[5]。低pH不仅会抑制土壤硝化作用，使铵态氮成为酸性土壤的主要氮源[6]，还会抑制土壤微生物的活性和数量，在不同微生物种类中，又以细菌对土壤酸化最为敏感[2]。由于土壤微生物直接参与土壤中有机质分解，因此土壤酸化会间接影响土壤碳、氮含量。目前针对土壤酸化治理方式较多，如应用石灰等碱性物质[7]、农作物秸秆等农业废弃物及热解制成生物质炭[8]、生物改良技术[9]等。徐仁扣等[3]指出，对于pH＜5.0的强酸性土壤，建议施用石灰等碱性改良剂。生石灰作为一种碱性改良剂在农业中广泛应用[10]，施用到酸性土壤中，可显著提高土壤pH值，降低交换性铝含量[11]，增加土壤全氮、有机质含量[12]；还会提高土壤细菌和真菌的物种多样性和丰富度[13]，并影响土壤微生物的分布和组成[14]。【本研究切入点】土壤健康是近年来对土壤质量的更高要求，涉及土壤生物相关属性[15]，其中土壤微生物是土壤健康的敏感“指示器”。已有研究表明生石灰施用会增加土壤有效养分，提高柑橘营养叶片氮含量，降低果实酸度[16]，但生石灰如何影响土壤微生态环境并改善土壤健康和质量有待深入研究。【拟解决的关键问题】针对蜜柚果园土壤酸化严重、微生物群落多样性低等问题，探讨不同生石灰用量对强酸性土壤化学性质及细菌群落结构的影响，以期为治理蜜柚果园强酸性土壤和改善土壤微生态环境提供科学依据。
1. 材料与方法
1.1 供试材料
供试土壤采自福建平和县坂仔镇东坑村蜜柚果园（24°36′N、117°32′E）。土壤类型为硅铝质赤红壤，质地为黏壤土。在树冠滴水线附近采用“S”形路线随机选择20个采样点，采集0～30 cm表层土壤，混合均匀后运回实验室，去除可见的凋落物和根，然后将土壤研磨至过4 mm筛，放置4 ℃冰箱保存备用。测定土壤基础化学性质：pH3.76、交换性酸1.3 cmol·kg−1、交换性铝1.22 cmol·kg−1、总碳15.86 g·kg−1、总氮1.38 g·kg−1、有效磷160.96 mg·kg−1、速效钾240.13 mg·kg−1。
1.2 试验设计与样品采集
以蜜柚适宜生长pH范围（5.0～6.5）[17]为依据确定生石灰用量梯度，设置3个处理：对照组（0 g·kg−1、T1），试验组T2和T3分别添加1.2 、2.4 g·kg−1的氧化钙。正式试验开始前将备用土壤研磨过2 mm筛，置于玻璃罐中，在恒温培养箱25 ℃暗培养7 d，保持30%最大持水量（WHC），以稳定土壤微生物。预培养结束后，再将不同量生石灰与100 g土壤混合均匀置于250 mL三角瓶中，每个处理设置3个重复，调节土壤水分至60% 最大持水量（WHC），用透气封口膜封口，置于温度25 ℃培养箱中培养，每隔3 d通过称重法补充蒸馏水以保持土壤最大持水量。培养90 d后进行破环性取样，一部分自然风干用于测定土壤pH、交换性铝、总碳和总氮，一部分置于4 ℃保存用于测定铵态氮和硝态氮，另一部分置于−80 ℃保存用于测定土壤细菌群落结构。
1.3 测定指标与方法
土壤基本理化性质的测定参照鲁如坤等[18]的方法，pH采用电位法测定，土壤铵态氮采用氯化钾浸提−靛酚蓝比色法测定，土壤硝态氮采用氯化钾浸提−紫外分光光度计法测定，土壤交换性铝采用氯化钾交换−中和滴定法测定。土壤总碳、总氮采用元素分析仪（TruMax CNS）测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提−钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提−火焰光度法测定。
DNA提取根据E.Z.N.A.®soil试剂盒（Omega Bio-tekInc，Doravilla，GA，USA）说明书进行总DNA抽提，利用1%琼脂糖凝胶电泳检测抽提DNA样品质量，利用NanoDrop2000超微量分光光度计检验DNA浓度和纯度，使用细菌16S 通用引物338F（5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'）和806R（5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'）对V3～V4可变区进行PCR扩增[19]。纯化后的扩增片段扩建构建PE2×300的文库，利用Illumina MiSeq平台进行高通量测序。
1.4 数据处理
微生物数据分析基于上海美吉生信云平台（http://cioud.majorbio.com/index.html）进行，Origin Lab8.0 软件作图，Canoco5.0软件做冗余分析，SPSS 26.0软件进行显著差异性统计分析检验。
2. 结果与分析
2.1 不同生石灰用量对蜜柚果园强酸性土壤化学性质的影响
蜜柚果园强酸性土壤施用生石灰对土壤pH、碳氮含量等化学性质的影响见表1。随着生石灰施用量增加，土壤pH值、交换性铝变化显著（P＜0.05）；与T1处理（对照）相比，T2、T3处理土壤pH值分别提高0.91、1.70，交换性铝分别降低60%、99.17%。土壤总碳、总氮随着生石灰施用量增加均显著提高（P＜0.05），与T1（对照）处理相比，T2、T3处理总碳分别增加10.27%、39.29%，总氮分别增加12.84%、34.86%。果园强酸性土壤施用生石灰显著降低铵态氮含量，显著提高硝态氮含量（ P ＜0.05）；与T1、T2处理相比，T3处理铵态氮分别降低33.84%、8.45%，硝态氮分别增加45.33%、39.52%。
表 1 不同生石灰用量蜜柚果园土壤化学性质Table 1. Chemistry of pomelo orchard soil under varied quicklime treatments处理
TreatmentpH 交换性铝
Exchangeable aluminum/
（cmol·kg−1）总碳
Total carbon/
（g·kg−1）总氮
Total nitrogen/
（g·kg−1）C/N
Ratio of carbon to
nitrogen铵态氮
Ammonium nitrogen/
（mg·kg−1）硝态氮
Nitrate nitrogen/
（mg·kg−1）T1 3.96±0.01 c 1.20±0.02 a 11.30±0.20 c 1.09±0.00 c 10.37±0.18 a 3.93±0.03 a 18.57±1.22 b T2 4.87±0.03 b 0.48±0.02 b 12.46±0.49 b 1.23±0.01 b 10.13±0.46 b 2.84±0.03 b 19.21±1.03 b T3 5.66±0.01 a 0.01±0.01 c 15.74±0.32 a 1.47±0.02 a 10.73±0.21 a 2.60±0.13 c 26.50±0.22 a 表中数据为平均值±标准误差，n=3。不同小写字母表示处理间显著差异（P＜0.05）。下表同。
Data are average±standard error, n=3; those with different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P＜0.05). Same for below.2.2 不同生石灰用量对蜜柚果园强酸性土壤细菌群落结构多样性的影响
利用Illumina Miseq 高通量测序技术，对9个土壤样品进行分析，共获得584425条有效序列，单样本平均有效序列数为64936条。按最小样本序列数抽平，以97%的相似度进行聚类划分，共有3253个OTU，归类于32个门，100个纲，231个目，368个科，635个属。不同处理的细菌覆盖率均高于99.12%，达到解释土壤细菌多样性的要求，能够较全面反映样本土壤细菌群落的真实情况。
由表2可知，随着生石灰施用量增加，土壤Chao1指数、ACE指数和Shannon指数均呈现增加趋势，与T1处理相比，生石灰处理增幅分别为47.68%～74.15%、46.40%～73.70%、9.53%～14.95%，不同处理间差异均达到显著水平（P＜0.05），说明强酸性土壤施用生石灰能增加土壤细菌群落结构丰富度和多样性。Simpson 指数随着生石灰施用量增加而降低，表明生石灰施用会降低细菌类群的优势度。
表 2 不同生石灰用量土壤细菌群落结构α多样性Table 2. Alpha diversity of microbial community in soils under varied quicklime treatments处理
TreatmentOTU数量
OTU number覆盖率
Coverage/%Chao1 指数
Chao1 indexACE 指数
ACE indexShannon 指数
Shannon indexSimpson 指数
Simpson indexT1 1220±54 c 99.58±0.03 a 1501.4±63.8 c 1510.8±55.3 c 5.35±0.13 c 0.0123±0.0023 a T2 1765±30 b 99.30±0.04 b 2217.2±124.9 b 2211.9±135.2 b 5.86±0.00 b 0.0069±0.0002 b T3 2094±22 a 99.12±0.11 c 2614.7±147.3 a 2624.3±133.7 a 6.15±0.02 a 0.0052±0.0003 b 对不同处理的土壤细菌群落结构进行主成分分析，如图1所示，PC1轴、PC2轴对样本组成差异的贡献值分别为42.21%，21.09%，二者累计贡献率达63.30%。施用与未施用生石灰处理的土壤细菌群落主成分有比较明显的分类趋势，T1与T3处理间细菌群落在PC1上分开。不同生石灰施用量的土壤细菌主成分也有比较明显的分类趋势，T2处理分布在PC1轴的负方向，T3处理分布在PC1轴正方向，生石灰施用改变了土壤细菌群落结构，且不同用量处理下细菌群落组成差异明显。将2组处理进行相似性分析，结果如图2所示，a（R = 0.259，P = 0.186）、b（R = 0.778，P = 0.098）和c（R = 0.8159，P = 0.097）中的R值逐渐增大，表明生石灰处理能影响微生物群落的结构分布。
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图 1 不同生石灰用量的蜜柚果园土壤细菌群落结构主成分分析Figure 1. Principal components analysis on soil microbial community in pomelo orchard soils under varied quicklime treatments![]()
图 2 不同生石灰用量的果园土壤细菌群落结构相似性分析Figure 2. Analysis of similarities on microbial community in pomelo orchard soils under varied quicklime treatments2.3 不同生石灰用量对蜜柚果园强酸性土壤细菌群落结构组成的影响
为了解不同生石灰施用量对蜜柚果园强酸性土壤细菌群落结构组成的影响，从门和属分类水平上对细菌群落结构组成进行分析。在门水平（图3），不同处理的果园强酸性土壤主要含有放线菌门（Actinobacteriota，27.80%～38.55%）、变形菌门（Proteobacteria，21.63%～23.69%）、绿弯菌门（Chloroflexi，13.60%～17.36%）、酸杆菌门（Acidobacteriota，8.53%～8.90%）、厚壁菌门（Firmicutes，3.74%～4.94%）、髌骨菌门（Patescibacteria，2.41%～5.70%）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota，0.76%～5.70%）、浮霉菌门（Planctomycetota1，49%～2.14%）、拟杆菌门（Bacteroidota，0.58%～3.00%）、黏球菌门（Myxococcota，0.51%～1.94%）、WPS-2（0.30%～1.70%）。其中放线菌门占比最大，其次是变形菌门。随着生石灰施用量的增加，放线菌门和髌骨菌门的相对丰度呈降低趋势，与T1处理相比，T2处理分别降低2.99%、2.23%，T3处理分别降低10.77%、2.66%。绿弯菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门和黏球菌门呈现增加趋势，与T1处理相比，T2处理分别增加了1.28%、0.48%、2.95%、0.29%和1.22%，T3处理分别增加了3.76%、1.20%、4.94%、2.42%和1.43%。浮霉菌门呈先增加后降低趋势，变线菌门呈现先降低后增加趋势，酸杆菌门未发生显著变化。
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图 3 不同生石灰用量下蜜柚果园土壤细菌群落结构组成（门水平）Figure 3. Microbial community structures at phylum level of pomelo orchard soils under varied quicklime treatments在属水平上（图4），不同处理的蜜柚果园强酸性土壤细菌相对丰度＞2%的主要有嗜酸栖热菌属（Acidothermus，10.22%～19.79%）、norank_f_norank_o_Gaiellales（3.10%～6.42%）、norank_f_IG30-KF-AS9（4.52%～5.67%）、褚氏杆菌属（Chujaibacter，2.25%～6.29%）、norank_f_norank_o_Elsterales（2.45%～3.45%）、unclassified_f_Acetobacteraceae（1.77%～2.65%）、酸杆菌属（Acidibacter，1.29%～2.89%）、康奈斯氏杆菌属（Conexibacter1，1.01%～2.80%）、芽单胞菌属（Gemmatimonas，0.04%～2.72%）、Norank_f_Gemmatimonadaceae（0.41%～2.41%）、嗜酸菌属（Acidipila，0.33%～2.16%）、小单胞菌属（Micromonospora，0.17%～2.06%）。其中嗜酸栖热菌属占比最大。随着生石灰施用量的增加，嗜酸栖热菌属、褚氏杆菌属、norank_f_norank_o_Elsterales、unclassified_f_Acetobacteraceae、酸杆菌属、康奈斯氏杆菌属和嗜酸菌属的相对丰度呈降低趋势，与T1处理相比，T2处理分别降低了2.40%、3.82%、0.06%、0.61%、0.99%、0.69%和1.26%，T3处理分别降低了9.57%、4.04%、1.00%、0.88%、1.60%、1.79%和1.83%。芽单胞菌属、norank_f__Gemmatimonadaceae和小单胞菌属随生石灰施用量增加呈增加趋势，与T1处理相比，T2处理分别增加了2.11%、0.57%和0.06%，T3处理分别增加了2.68%、2.00%和1.89%。norank_f_norank_o_Gaiellales和norank_f_IG30-KF-AS9随生石灰施用量增加呈先增加后降低的趋势。
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图 4 不同生石灰用量下蜜柚果园土壤细菌群落结构组成（属水平）Figure 4. Microbial community structures at genus level of pomelo orchard soils under varied quicklime treatments2.4 土壤化学性质与细菌群落结构组成相关性分析
将不同生石灰用量处理的土壤化学性质与排名前十的菌门进行热图分析。结果表明（图5），在对照处理T1中，土壤碳氮比与厚壁菌门呈显著正相关，土壤硝态氮与厚壁菌门呈显著负相关（P＜0.05），土壤总碳和交换性铝含量与绿弯菌门和浮霉菌门呈显著正相关（P＜0.05），与拟杆菌门、芽单胞菌门、变形菌门和髌骨菌门呈显著负相关（P＜0.05）。土壤总氮和铵态氮与酸杆菌门和WPS-2呈显著正相关（P＜0.05），与放线菌门呈显著负相关（P＜0.05）。在试验组T2处理中（图5），土壤总氮和硝态氮与绿弯菌门和髌骨菌门呈显著正相关（P＜0.05），与黏球菌门、放线菌门和芽单胞菌门呈现显著负相关（P＜0.05）。土壤pH与黏球菌门、放线菌门和芽单胞菌门呈现显著正相关（P＜0.05），与绿弯菌门和髌骨菌门呈现显著负相关（P＜0.05）。土壤总碳和碳氮比与拟杆菌门、变形菌门和厚壁菌门呈现显著正相关（P＜0.05），与酸杆菌门和浮霉菌门呈现显著负相关（P＜0.05）。在试验组T3处理中（图5），土壤总碳与绿弯菌门呈显著正相关（P＜0.05），pH、总氮和铵态氮与黏球菌门、髌骨菌门、厚壁菌门和拟杆菌门呈显著负相关（P＜0.05），硝态氮与黏球菌门、髌骨菌门、厚壁菌门和拟杆菌门呈显著正相关（P＜0.05），土壤碳氮比、交换性铝含量与酸杆菌门和浮霉菌门呈现显著正相关（P＜0.05），与放线菌门和芽单胞菌门呈显著负相关（P＜0.05）。
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图 5 土壤化学性质与细菌群落结构组成热图分析Ex-Al——交换性铝；TC——总碳；TN——总氮；NH4+-N——铵态氮；NO3−-N——硝态氮。***——P＜0.001.Figure 5. Heat map analysis on chemical properties and microbial structure of orchard soilEx-Al: Exchangeable aluminum; TC: Total carbon; TN: Total nitrogen; NH4+-N: Ammonium nitrogen; NO3−-N: Nitrate nitrogen. *** indicates P＜0.001.进一步对土壤化学性质和细菌群落结构组成进行冗余分析，结果表明（图6），第一排序轴解释度为59.42%、第二排序轴解释度为9.90%，两轴共解释了69.32%。土壤pH解释了50.50%的细菌群落结构变化，极显著影响了土壤细菌群落结构（F=7.1，P=0.004）。
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图 6 土壤化学性质与细菌群落结构组成冗余分析Figure 6. Redundant analysis of soil chemistry and bacterial community structure3. 讨论
土壤pH和碳氮含量是土壤肥力的重要指标，对土壤养分的有效性和植物生长具有重要意义[20]。本研究结果发现，在蜜柚果园强酸性土壤中施用生石灰能有效提升土壤pH值，这与张义杰等[21] 的研究结果一致。分析生石灰施用提高强酸性土壤pH值的原因，一是生石灰是强碱性物质，施入酸性土壤后中和土壤酸碱度[22, 23]；二是生石灰的添加增加了土壤中的Ca2+含量，而Ca2+又与土壤中H+发生反应，通过减少土壤中H+浓度提升土壤pH[24]。本研究结果还发现土壤pH的增加促进土壤碳氮含量的维持，这与张思文等[11]的研究结果一致。分析碳氮含量维持的原因，首先是土壤pH增加会抑制土壤异养硝化过程，降低异养型微生物（如异养硝化微生物）消耗土壤中的碳氮源量，进而有利于土壤碳氮在土壤中保存[25]；其次是强酸性土壤施用生石灰增加了土壤pH，影响真菌反硝化等作用，使得土壤气态氮损失减少[26]，从而有利于维持土壤总氮含量。Zhang等[27]的研究也表明随着pH值的升高，土壤N2O排放量呈降低趋势。
土壤细菌群落结构多样性和丰富度是土壤生态功能的重要指标之一[28]。本研究结果发现，强酸性土壤施用生石灰后提高土壤细菌Shannon指数、Chao1指数和ACE指数，土壤细菌群落结构更加稳定，这与罗俊等[13]的研究结果一致。分析可能原因，一是本研究果园土壤是强酸性土壤（pH3.76），严重酸化会抑制细菌的生长繁殖[29]，而生石灰施用能降低土壤酸度，且本试验又在适宜的温度和水分环境下，为更多细菌提供适宜生长繁殖环境，从而提高土壤微生物丰富度[30]；二是强酸性土壤施用生石灰使碳氮更多保存在土壤中，这为微生物代谢提供更多营养物质，进而促进微生物群落结构与功能恢复，使得土壤生态系统更稳定[31]。通过主成分分析和相似性分析发现，生石灰施用改变了土壤细菌群落结构且不同用量处理下细菌群落组成差异明显。徐光泽等[32]研究也表明，生石灰施用能够显著提高根际土壤微生物多样性。因此，生石灰施用到蜜柚果园强酸性土壤可以显著改变细菌种群，从而改善土壤微生态系统。
土壤微生物群落组成与土壤性质及养分含量等密切相关[33]，土壤养分状况会影响土壤微生物群落结构的组成，而土壤微生物又通过多种方式影响土壤肥力及土壤健康[34, 35]。本研究结果发现，各处理的优势菌门均为放线菌门和变形菌门，优势菌属为嗜酸栖热菌属，且pH越低，相对丰度越高，这与Hui等[36]研究结果一致。放线菌门和变形菌门属于富营养型类群，主要参与有机碳分解[37]，这就解释了在低pH土壤中碳含量低的一个可能原因。本研究结果还发现，生石灰施用到蜜柚果园强酸性土壤，提高了绿弯菌门、拟杆菌门和厚壁菌门等有益菌门的相对丰度，增加了芽单胞菌属和小单胞菌属的相对丰度，改善了土壤微生态环境。有研究报道绿弯菌门能够定殖植物根际参与有机物分解[38]，且该菌门的主要营养方式是化能异养型，即能利用CO2作为碳源生长繁殖，减少土壤碳的消耗[39]。王明元等[40]研究也发现拟杆菌门可以有效降解土壤中的纤维素，有助于共生固氮并对碳源敏感，对土壤碳氮循环具有积极的意义。厚壁菌门又具有病害生物防控功能，其中的大多数细菌能产生孢子应对恶劣环境。小单胞菌属的代谢产物具有较高的抗菌抑菌活性[41]，芽单胞菌属具有增加土壤有机质含量和促进微生物固氮的作用[42]。因此，生石灰施用到蜜柚果园强酸性土壤增加了有益菌属的相对丰度，对优化微生物群落结构、提高土壤健康具有一定的积极作用。
不同处理生石灰用量的土壤化学性质与细菌群落结构的热图分析表明，在对照处理中（T0），总碳和交换性铝与细菌显著相关，在试验组T2处理中总碳和总氮与细菌呈显著相关 ，而在试验组T3处理中总氮、铵态氮和硝态氮与细菌呈显著相关。进一步将所有土壤性质与细菌群落组成进行冗余分析，结果发现，土壤pH是影响细菌群落结构组成的主要因子，这与王英成等[43]研究结果一致。pH会直接影响土壤微生物生理代谢，改变细菌群落间竞争关系或抑制非适应性微生物生长，进而改变土壤细菌群落结构组成[44]。此外，土壤碳氮含量与pH直接或间接相关[45]，pH增加有利于碳氮含量保存，土壤碳氮为微生物提供重要能量来源，促进细菌种群的生长繁殖，进而影响土壤细菌群落结构组成[46]。
4. 结论
（1）蜜柚果园强酸性土壤施用生石灰能提高土壤pH，降低交换性铝，维持土壤总碳、总氮含量，并增加土壤硝态氮含量。
（2）生石灰施用到蜜柚果园强酸性土壤，会提高土壤Chao1指数、ACE指数和Shannon指数，增加土壤中绿弯菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和芽单胞菌属、小单胞菌属的相对丰度。
（3）土壤pH是蜜柚果园强酸性土壤细菌群落结构的主要影响因子，建议果园强酸性土壤生石灰用量为2.4 g·kg−1。
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图 1 不同生石灰用量的蜜柚果园土壤细菌群落结构主成分分析
Figure 1. Principal components analysis on soil microbial community in pomelo orchard soils under varied quicklime treatments
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图 2 不同生石灰用量的果园土壤细菌群落结构相似性分析
Figure 2. Analysis of similarities on microbial community in pomelo orchard soils under varied quicklime treatments
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图 3 不同生石灰用量下蜜柚果园土壤细菌群落结构组成（门水平）
Figure 3. Microbial community structures at phylum level of pomelo orchard soils under varied quicklime treatments
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图 4 不同生石灰用量下蜜柚果园土壤细菌群落结构组成（属水平）
Figure 4. Microbial community structures at genus level of pomelo orchard soils under varied quicklime treatments
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图 5 土壤化学性质与细菌群落结构组成热图分析
Ex-Al——交换性铝；TC——总碳；TN——总氮；NH4+-N——铵态氮；NO3−-N——硝态氮。***——P＜0.001.
Figure 5. Heat map analysis on chemical properties and microbial structure of orchard soil
Ex-Al: Exchangeable aluminum; TC: Total carbon; TN: Total nitrogen; NH4+-N: Ammonium nitrogen; NO3−-N: Nitrate nitrogen. *** indicates P＜0.001.
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图 6 土壤化学性质与细菌群落结构组成冗余分析
Figure 6. Redundant analysis of soil chemistry and bacterial community structure
表 1 不同生石灰用量蜜柚果园土壤化学性质
Table 1 Chemistry of pomelo orchard soil under varied quicklime treatments
处理
TreatmentpH 交换性铝
Exchangeable aluminum/
（cmol·kg−1）总碳
Total carbon/
（g·kg−1）总氮
Total nitrogen/
（g·kg−1）C/N
Ratio of carbon to
nitrogen铵态氮
Ammonium nitrogen/
（mg·kg−1）硝态氮
Nitrate nitrogen/
（mg·kg−1）T1 3.96±0.01 c 1.20±0.02 a 11.30±0.20 c 1.09±0.00 c 10.37±0.18 a 3.93±0.03 a 18.57±1.22 b T2 4.87±0.03 b 0.48±0.02 b 12.46±0.49 b 1.23±0.01 b 10.13±0.46 b 2.84±0.03 b 19.21±1.03 b T3 5.66±0.01 a 0.01±0.01 c 15.74±0.32 a 1.47±0.02 a 10.73±0.21 a 2.60±0.13 c 26.50±0.22 a 表中数据为平均值±标准误差，n=3。不同小写字母表示处理间显著差异（P＜0.05）。下表同。
Data are average±standard error, n=3; those with different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P＜0.05). Same for below.
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表 2 不同生石灰用量土壤细菌群落结构α多样性
Table 2 Alpha diversity of microbial community in soils under varied quicklime treatments
处理
TreatmentOTU数量
OTU number覆盖率
Coverage/%Chao1 指数
Chao1 indexACE 指数
ACE indexShannon 指数
Shannon indexSimpson 指数
Simpson indexT1 1220±54 c 99.58±0.03 a 1501.4±63.8 c 1510.8±55.3 c 5.35±0.13 c 0.0123±0.0023 a T2 1765±30 b 99.30±0.04 b 2217.2±124.9 b 2211.9±135.2 b 5.86±0.00 b 0.0069±0.0002 b T3 2094±22 a 99.12±0.11 c 2614.7±147.3 a 2624.3±133.7 a 6.15±0.02 a 0.0052±0.0003 b
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