稻鰍共作模式對土壤營養、酶活性及微生物多樣性的影響

鄧時銘 何志剛 鄒利 劉麗 李金龍 鄭夢婷 蔣國民 王冬武 劉曉燕

摘要：為探明稻鰍共生對稻田土壤表層養分、酶活性和微生物的影響，測定了稻鰍共生前后土壤的主要氮、磷、鉀、酶活性和微生物多樣性的變化，并以施肥和施藥的稻田為對照。結果顯示，稻田養殖泥鰍，土壤表層微生物豐度Chao指數和多樣性Shannon指數明顯上升，增加5門735屬，對照田變化不明顯;稻鰍田中性磷酸酶、酸性磷酸酶和堿性磷酸酶活性極顯著低于對照田（P<0.01），脲酶和蔗糖酶活性極顯著高于對照田（P<0.01），使得稻鰍田土壤磷肥出現累積，鉀肥變化不明顯，氮肥和有機質明顯下降。因此，稻鰍共生模式豐富了稻田土壤表層微生物群落構成，提高了酶活性，促進了營養物質轉化、循環與利用。

關鍵詞：稻鰍共作模式;土壤微生物;土壤養分;土壤酶

中圖分類號：S181;S964.2?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）17-0216-04

收稿日期：2020-11-16

基金項目：湖南省科技重大專項（編號：2017NK1030）;湖南省農業科技創新資金（編號：2017XC02）。

作者簡介：鄧時銘（1974—），女，湖南祁東人，碩士，副研究員，主要從事水產養殖研究。E-mail：976222@qq.com。

通信作者：王冬武，碩士，研究員，主要從事稻漁綜合種養技術研究，E-mail：1309128968@qq.com;劉曉燕，博士，教授，主要從事魚類病害研究，E-mail：1176450971@qq.com。

臺灣泥鰍別稱大鱗副泥鰍，生命力強，好鉆泥，耐低氧，生活水域廣，食性雜，肉質細嫩、味道鮮美，蛋白質含量高達18%～20%，富含不飽和脂肪酸，是具有一定藥用功能的強身食品，很受人們青睞，現已暢銷國內外，是我國出口水產品之一[1]。目前我國泥鰍以高密度池塘養殖為主，但水質易污染，機體易患病，產品質量下降。因此，將宜在水位較淺的肥水水域生活的泥鰍[2]，進行稻田養殖探究。

我國有著悠久的稻田養魚歷史，是世界上最早開展稻田養魚的國家，到2019年，我國稻漁綜合種養面積達231萬hm2，而稻鰍養殖占比較?。?.94%）[3]，稻鰍養殖研究也主要集中在養殖技術[4-5]及經濟效益方面[6]，對稻鰍養殖田的肥力、微生物群落多樣性及功能等方面的探究較少。

土壤微生物是土壤環境中重要的生物，對土壤營養物質的轉化和循環起到重要作用，也是評價土壤質量的一個重要指標[7]。研究發現，長期施肥可降低土壤微生物數量[8]，農藥的使用對土壤微生物群落結構也產生一定的影響[9]。本研究在湖南省益陽市南縣紅旗橋金水灣選擇4塊田進行稻鰍生態養殖試驗，不施肥，不施藥，通過采集稻田土壤泥樣，檢測分析土壤理化性質、酶活性及微生物構成等指標，比較分析稻鰍共生模式下土壤養分及微生物群落的變化，旨在探索稻鰍共生模式對土壤的影響，以期為稻鰍養殖提供技術支撐，為我國稻漁綜合種養的持續健康發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗田設計

養殖試驗地點位于湖南省益陽市南縣的金水灣基地（112°10′53″～112°49′06″E、29°03′03″～29°31′37″N），為過渡性亞熱帶季風氣候。試驗田共4塊：1塊為對照田（RM），水稻單作模式;3塊為試驗田（RL1、RL2、RL3），稻鰍共生模式，內有環溝。

1.2 試驗材料

水稻品種農香32由湖南省水稻研究所提供。泥鰍為大鱗副泥鰍，鯉形目鰍科副泥鰍屬，規格為（5.36～5.64） g/尾。

1.3 泥鰍放養

待禾苗返青后，隨機挑選大小均勻、體質健壯、體表無傷、室外暫養10 d的泥鰍進行放養，試驗田RL1、RL2、RL3分別放養15、20、25 kg，養殖密度分別為29.43、39.24、49.04 kg/667 m2。

1.4 試驗田管理

泥鰍放養第3天開始投喂膨化配合飼料（34%CP），日投餌量為泥鰍總質量3%，分2次投，養殖周期為13周，投喂1 h后清除殘餌。試驗期間，稻鰍共生田（RL）不施肥、不撒藥，水稻單作田（RM）進行常規管理，施加尿素、復合肥和除蟲管理。

1.5 樣品的采集與處理

水稻栽種前和水稻收割后，同一位置采取稻田土壤表層0～5 cm泥土[10]，每塊稻田3個采樣點混勻為1個樣[11]。對照田樣品設為水稻單作前（RM）、水稻單作后（RRM），試驗田樣品設為稻鰍共生前（RL）和稻鰍共生后（RRL）。

1.6 土壤理化性質測定

土壤有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法;全氮含量測定采用重鉻酸鉀-硫酸消化法;全磷含量測定采用高氯酸-硫酸法;速效磷含量測定采用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法;速效鉀含量測定采用乙酸銨-火焰法;水堿性氮含量測定采用堿解擴散法[12]。土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性采用南京建成生物工程研究所試劑盒進行測定。

1.7 土壤微生物檢測

土壤微生物高通量測序送檢上海美吉生物醫藥科技有限公司，細菌引物為338F_806R，對其16S rRNA基因高變區V3～V4進行擴增[13]，每個樣品3次重復，使用Illumina PE250進行文庫構建和高通量測序。

1.8 數據處理

用Excel 2013整理稻田土壤理化性質、酶活性和微生物多樣性指標及主要菌屬的相對豐度，數據結果用平均值±標準差（x±s）表示，用SPSS 23.0軟件進行單因素分析，差異顯著（P<0.05）時，則用Duncans法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 土壤營養物質變化

2.1.1 土壤有機質、全氮、全磷及全鉀變化

從試驗前后土壤營養物質變幅（表1）來看，施肥的水稻單作模式，土壤表層有機質、全氮含量變化小，全磷含量略有上升，全鉀含量增加6.89 g/kg;不施肥的稻鰍共生模式（RL），土壤有機質和全氮含量下降，降幅值明顯高于水稻單作模式，全磷含量均呈現不同程度增加，增值低于水稻單作模式，RL3和水稻單作田差異不大。而土壤全鉀變幅極明顯地低于水稻單作模式。3個不同養殖密度稻鰍共生模式，隨著養殖密度的增加，土壤有機質降幅逐步增加，全氮降幅以RL2組為最大，全磷和全鉀的增幅以RL3組為最大。

2.1.2 土壤水解性氮、有效磷和速效鉀變化

從表2可以看出，水稻單作模式土壤水解性氮、有效磷和速效鉀3種可利用營養物質含量均較稻鰍共生模式高，試驗后，水稻單作模式土壤有效磷和速效鉀出現極顯著降低（P<0.01），水解性氮變化不顯著;稻鰍共生模式下，土壤水解性氮下降不明顯，有效磷極顯著下降（P<0.01），以RL2組降幅值為最大，速效鉀下降顯著（P<0.05）。試驗后期，稻鰍共生模式速效鉀和水解性氮含量表現為RL3>RL1>RL2。

2.2 土壤酶活變化

由表3可知，所有試驗田中酸性磷酸酶和堿性磷酸酶活性為最強，水稻單作模式（RM）下極顯著高于稻鰍共生模式（RL）（P<0.01），而稻鰍共生模式（RL）的蔗糖酶和脲酶活性又極顯著高于水稻單作模式（RM）（P<0.01），并隨著泥鰍養殖密度的增加，蔗糖酶活性呈下降趨勢，RL1極顯著高于RL2和RL3（P<0.01），RL2和RL3間差異不顯著，而脲酶活性在組間差異極顯著（P<0.01），RL2組脲酶活性為最低。

2.3 土壤微生物的變化

2.3.1 高通量測序結果及多樣性分析

將水稻單作和稻鰍共生模式前后表層土壤進行微生物16S高通量測序分析，測序細菌平均有效序列長度為420.28～422.96 bp，再以97%的相似水平劃分OTUID。

如圖1所示，水稻單作模式下水稻種植前后豐富度（Chao）指數和多樣性（Shannon）指數變化不明顯。稻鰍共生模式下，隨著泥鰍的加入，表層土壤微生物Chao指數和Shannon指數不斷上升，并隨著泥鰍放養密度的增加均有不同程度的增加，都明顯高于水稻單作模式后期（RRM），以RRL2的Chao指數為最高，其次是RRL3和RRL1。微生物Shannon指數以RRL1組為最高，其次為RRL3和RRL2，組間差異不明顯，但都明顯高于水稻單作模式（RRM）。

2.3.2 表層土壤細菌群落結構分析

由圖2可知，試驗前后，水稻單作模式的表層土壤微生物種類在門屬分類水平上無變化，為58門579屬，試驗后期（RRM）土壤主要優勢菌門為變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）和硝化螺旋菌門（Nitrospirae），其相對豐度在5%以上;引入泥鰍后，稻田土壤表層微生物增加5門735屬，優勢菌門和水稻單作模式后期一致，但豐度有所不同，RRL1和RRL3 2組稻鰍田綠彎菌門（Chloroflexi）和酸桿菌門（Acidobacteria）相對豐度上升，變形菌門（Proteobacteria）相對豐度下降，而RRL2組優勢菌綠彎菌門（Chloroflexi）和酸桿菌門（Acidobacteria）相對豐度明顯下降，而以馬賽菌屬（Massilia）為優勢菌屬（相對豐度達40.09%）的變形菌門（Proteobacteria）的相對豐度上升，高達66.18%。

3 討論與結論

稻田土壤微生物是稻田生態系統的重要組成部分[14]，其對外界環境變化具有敏感而快速的響應[15]，從而影響著土壤的酶活性、物質循環及肥力[16]。而土壤微生物多樣性是土壤微生物群落狀態與功能的指標，能反映出土壤中微生物的生態特征[17]，因此采用了高通量測序技術分析稻鰍共生對稻田土壤微生物群落組成的影響。從試驗結果來看，稻田引入泥鰍，稻田土壤表層微生物種類增多，在門和屬的微生物分類水平，共多檢測到5門735屬，雖然其優勢菌門種類與水稻單作模式一樣，仍以變形菌門（Proteobacteria）占絕對優勢，但反映微生物相對豐度的Chao指數[11]和反映微生物多樣性的Shannon指數[18]得以明顯提高，大大地豐富了稻鰍土壤表層微生物數量和構成。

土壤酶活性是土壤養分循環和代謝的主要驅動力，是反映土壤肥力和功能的重要指標之一[19]，它不但與施肥[20-21]有關，也與土壤微生物的活動息息相關。在水稻單作模式下，施加化肥和有機肥，大大提升了土壤中有效磷、速效鉀和水解性氮含量，增加了稻田土壤養分，刺激土壤微生物產生了大量酶，引起土壤酶活性的增加[22-23]，導致土壤表層磷酸酶的活性遠遠高于稻鰍共生模式，但沒有提高土壤表層微生物門屬水平的數量，對微生物多樣性的影響也不顯著，這與Sarathchandra等的研究結果[24]相一致。稻鰍共生模式，不施肥，不施藥，明顯增加了土壤表層微生物的豐度和多樣性，提升了土壤中參與尿素不同形態相互轉化的脲酶[25-26]和參與土壤有機質轉化的蔗糖酶的活性[27]，使得稻田土壤總氮和有機質降幅明顯，從而加快氮肥和有機質的轉化與循環，促進土壤營養物質的釋放，節約了肥料投入，減少了農業面污染。

稻鰍共生模式，不但節約水資源和土地資源，而且還增加了稻田土壤磷營養，增加了表層土壤微生物門屬水平的數量，提高了微生物的豐度指數和多樣性指數，極顯著地增強了蔗糖酶和脲酶的活性，加快了土壤有機質和氮肥轉化與循環，促進土壤營養物質的釋放與利用，節約投入，減少污染。

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