绿肥是保持并提高土壤肥力和质量的有效措施之一,同时集作物轮作、施用有机肥优点于一体,在环境问题日益突出的今天,推广绿肥对于保护生态环境、减少化肥用量、提高土壤健康等具有重要意义。目前对绿肥轮作相关的基础研究较为薄弱,成为限制其推广的因素之一。虽然已有绿肥对土壤微生物影响的相关报道,但由于方法和技术所限,研究不够系统深入,特别是绿肥对后茬作物根际微生物影响的研究尚属空白。本课题拟以湖南祁阳农田系统国家野外科学观测研究站具有30年长期定位历史的稻-稻-绿肥(GM)【豆科植物紫云英(MV)、禾本科植物黑麦草(RG)和十字花科植物油菜(RP)】及稻-稻-冬闲轮作(WF)水稻根系统为材料,采用基于16S rRNA Illumina Miseq测序、Q-PCR、DGGE等方法并结合土壤的生化指标,研究不同绿肥轮作对稻田散土、水稻根际土和水稻根内生细菌群落结构及组成的影响。主要研究结果如下:(1)稻田散土、水稻根际土和水稻根内生细菌的群落结构与组成存在显著差异。稻田散土的微生物多样性明显高于根际土和水稻根,且施加绿肥会增大这种差距。在微生物组成上,Proteobacteria是所有样品的优势种群。在属的分类水平上,稻田散土中含量比较高的一些种群,如Gemmatimonas、Janthinobacterium以及Acidobacteria等,在水稻根内却很低;相反,在水稻根内含量很高的种群如Anaeromyxobacter、Pantoea、Burkholderia等,但在稻田散土中含量却很低;而根际土则表现出对Pseudomonas、Clostridium、Acinetobacter明显的富集作用。(2)绿肥降低了水稻根际土细菌的多样性和均一性,但增加了细菌的基因拷贝数。不同绿肥处理之间差异不明显。同时绿肥还改变了根际土细菌的主要类群,冬闲处理组的主要类群是Firmicutes,而绿肥处理组的主要类群则属Poteobacteria。CCA结果表明绿肥处理组的细菌群落结构明显不同于冬闲处理组,但绿肥的种类对其影响不大。另外,绿肥处理组细菌的落结构与土壤有机质、有效磷含量以及固氮酶活性有很好的相关性。(3)不同绿肥对水稻根内生菌多样性的影响并不一致,但都没有达到显著差异水平。16S rDNA的定量PCR结果表明应用绿肥能够显著提高水稻根内生菌的数量,尤其是紫云英绿肥和黑麦草绿肥。在微生物组成上,紫云英绿肥促进了水稻根对Burkholderia和Pseudomonas富集作用,占到其总类群的30%。(4)绿肥显著提高了土壤的pH值和有机质含量,增强了固氮酶活性,但不同绿肥处理之间差异不显著。且绿肥对土壤微生物的群落结构无显著影响。另外,我们还发现在紫云英处理组中,Pseudomonadales、Burkholderiales在稻田散土中的比例明显低于其他处理,但在根内生菌中含量却明显高于其他处理。(5)应用绿肥显著增加了水稻根际土固氮菌nifH基因拷贝数,但在稻田散土和水稻根内,只有紫云英组和黑麦草组的nifH基因拷贝数有所增加,油菜组反而降低。DGGE电泳图谱显示,黑麦草处理组的条带数最多,紫云英次之,然后是冬闲组,油菜组最少。由此可以说明不同绿肥对水稻根系固氮菌的影响各有不同。在水稻根内Burkholderia kururiensis和Rhodopseudomonas spp.共同存在于所有样品中,而Agromonas oligotrophica则只存在于绿肥组的水稻根内。