一种坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法与流程

技术特征：
1.一种坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、选取研究区，并确定种植作类型和坡耕地垄沟布局参数，所述坡耕地垄沟布局参数包括：垄坡度、垄高、垄沟宽比以及垄沟走向；s2、以垄坡度、垄高、垄沟宽比以及垄沟走向按四因素三水平正交表布设实验小区和对照小区，并种植所选作物；s3、分别于作物种植前、生育中期、收获期采集各实验小区及对照小区土壤样品进行土壤微生物高通量测序，得到不同实验小区及对照小区土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据；s4、利用方差分析法检验垄坡度、垄高、垄沟宽比以及垄沟走向对所述土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的影响，并确定对所述土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据产生影响的垄坡度、垄高、垄沟宽比以及垄沟走向四因素的主次顺序；s5、将所述主次顺序分别与土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据构建线性回归方程；s6、对所述线性回归方程进行显著性检验，并根据检验结果将其垄坡度、垄高、垄沟宽比以及垄沟走向的标准系数作为评价坡垄沟布局对土壤微生物的影响，完成对坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别。2.根据权利要求1所述的坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：s301、在作物种植前、生育期中期以及收获期三个阶段，以及在实验小区和对照小区内上、中、下三段选择田垄和田沟两个取样区域，除去表层浮土，采集土壤样品，除去同一小区土样混合物的杂质，并装入灭菌封装袋下保存；s302、对土壤样品进行土壤微生物高通量测序，得到各实验小区和对照小区的土壤样品微生物dna或rna序列数、otu丰度信息以及物种分类信息；s303、根据所述土壤样品微生物dna或rna序列数、otu丰度信息以及物种分类信息，计算得到不同实验小区及对照小区土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据。3.根据权利要求1所述的坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，所述步骤s4包括以下步骤：s401、计算各实验小区和对照小区土壤样品中微生物群落结构多样性相关指数及土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的平均值；s402、根据所述平均值，计算得到各实验小区和对照小区土壤样品中微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的离差平方和及自由度；s403、根据所述离差平方和及自由度，利用方差分析法检验不同垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d对土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的影响；s404、对步骤s403得到的影响结果进行显著性检验；s405、根据显著性检验结果，按从大到小对步骤s403得到的影响结果进行排序，得到对所述土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据产生影
响的垄坡度、垄高、垄沟宽比以及垄沟走向四因素的主次顺序。4.根据权利要求3所述的坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，所述步骤s401中平均值的表达式如下：j＝1,2,
…
,p；k＝1,2,
…
,r；i＝1,2,
…
,n其中，表示各实验小区和对照小区土壤样品的微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的平均值，p表示实验小区的个数，r表示测量次数，j表示第j个实验小区，k表示对实验小区的第k次测量，x
jk
表示第j个实验小区第k次测量的微生物群落结构多样性相关指数，n表示土壤碳氮循环相关功能基因数目，i表示第i个土壤碳氮循环相关功能基因数目，fcn
ijk
表示第j个实验小区第k次测量的第i个土壤碳氮循环过程功能基因丰度值。5.根据权利要求4所述的坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，所述步骤s402中离差平方和及自由度的表达式如下：所述步骤s402中离差平方和及自由度的表达式如下：所述步骤s402中离差平方和及自由度的表达式如下：f
t
＝p
‑
1f
a
＝q
‑
1a＝{α，β，h，d}其中，s
t
表示各实验小区和对照小区土壤样品中微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的总离差平方和，s
a
表示垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d四因素引起的离差平方和，s
e
表示误差离差平方和，f
t
、f
a
、f
e
均表示s
t
、s
a
以及s
e
相应的自由度，y
j
表示第j个实验小区土壤样品中微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据，表示各实验小区和对照小区土壤样品中微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的平均值，q表示垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d的水平数，m表示正交表的列数，u表示正交表的第u列，k
o
表示任意列上四因素取水平o时所得到的实验结果的算数平均值。6.根据权利要求5所述的坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，所述步骤s403中检验不同垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d对土壤微生物群落结构多
样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的影响的表达式如下：其中，f
a
表示垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d引起的土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的均方与各垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d四因素共同引起的土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据误差的均方的比值。7.根据权利要求6所述的坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，所述步骤s404中进行显著性检验的表达式如下：其中，φ表示各垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β和垄沟走向d的f
α
、f
h
、f
β
、f
d
分别与f值在γ＝0.05显著性水平下的比值，f
a
表示各实验小区和对照小区由垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d四因素引起的自由度为(f
a
，f
e
)的土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的均方与各垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d四因素共同引起的实验误差均方的比值，f
0.05
表示表示各实验小区和对照小区由垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d四因素引起的自由度为(f
a
，f
e
)在γ＝0.05显著性水平下的土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的均方与各垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d四因素共同引起的实验误差均方的比值。8.根据权利要求1所述的坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，所述步骤s5中线性回归方程的表达式如下：所述步骤s5中线性回归方程的表达式如下：或其中，b0、b1、b2、b3、b4分别表示线性回归方程的系数，α
j
、h
j
、β
j
、d
j
分别表示第j个实验小区的垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β和垄沟走向d数据，y
j
表示第j个实验小区土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据，p表示实验小区个数，x
jk
表示第j个实验小区第k次测量的微生物群落结构多样性相关指数，fcn
ijk
表示第j个实验小区第k次测量的第i个土壤碳氮循环过程功能基因丰度值。9.根据权利要求1所述的坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，其特征在于，
所述步骤s6中对线性回归方程进行显著性检验的表达式如下：其中，r
j
、r
g
表示各线性回归方程的复相关系数，s
rj
表示各实验小区和对照小区的垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d与土壤微生物群落结构多样性相关指数的线性回归方程的回归平方和，s
tj
表示各实验小区和对照小区的垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d与土壤微生物群落结构多样性相关指数的线性回归方程的总平方和，s
rg
表示各实验小区和对照小区的垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d与土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的线性回归方程的回归平方和，s
tg
表示各实验小区和对照小区的垄坡度α、垄高h、垄沟宽比β、垄沟走向d与土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据的线性回归方程的总平方和。

技术总结
本发明提供了一种坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别方法，属于土壤微生物学技术领域，包括：确定坡耕地垄沟布局参数；布设实验小区和对照小区；进行土壤微生物高通量测序，得到土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据；确定对所述土壤微生物群落结构多样性相关指数和土壤碳氮循环过程功能基因丰度数据产生影响的坡耕地垄沟布局参数的主次顺序；构建线性回归方程；对所述线性回归方程进行显著性检验，完成对坡耕地垄沟布局对微生物影响机理的识别。本发明选择四种具有代表性的垄沟布局参数，通过高通量测序技术对不同垄沟布局下土壤微生物群落多样性进行分析，识别坡耕地垄沟布局对土壤微生物影响机理，为制定合适的坡耕地垄沟布局方式提供参考。局方式提供参考。局方式提供参考。


技术研发人员：樊晶晶 刘姗姗 秦天玲 赵爽 严登华 林帅 董碧琼 冯贱明
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：2021.09.07
技术公布日：2021/11/2