3討論
3.1稻蟹共作對(duì)土壤理化因子的影響
目前對(duì)于稻蟹共作主要采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)分析研究目標(biāo)[11,18-20]。本研究在保證單一水稻種植(CK)與稻蟹共作(EG)2種模式的稻田單位灌溉水量、施肥量、水稻播種量及稻田耕作翻土深度都統(tǒng)一的條件下，對(duì)CK與EG土壤中7組理化指標(biāo)在4?8月含量變化表明：引入蟹后EG中土壤pH升高以及SOM含量增加，同時(shí)降低了全鹽的含量，其原因是蟹從環(huán)溝進(jìn)入稻田中活動(dòng)，如取食、排泄、打洞等，對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生了影響。這些活動(dòng)促進(jìn)了土壤中的微生物活動(dòng)，可能改變了土壤的酸堿平衡，從而導(dǎo)致pH值升高。蟹的這些活動(dòng)有助于增加土壤中的氧氣含量，促進(jìn)了好氧微生物的活動(dòng)，這些過(guò)程可能有助于提高土壤的pH值[21]。此外，稻蟹共作模式中，養(yǎng)殖過(guò)程中施用的生石灰消毒措施也是導(dǎo)致土壤pH升高的一個(gè)重要原因[22]。SOM含量增加以及全鹽含量降低的主要原因可能是蟹類(lèi)在土壤中活動(dòng)時(shí)，改善土壤的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤的通透性和水分保持能力、加速有機(jī)物的分解和循環(huán)，使得有機(jī)物質(zhì)更容易分解和降解，并有利于有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期積累。蟹類(lèi)的排泄物和死亡體可以成為有機(jī)物的來(lái)源，這些有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過(guò)微生物的分解作用，最終形成更為穩(wěn)定的土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量[23]。同時(shí)蟹類(lèi)的引入會(huì)增加土壤中的生物多樣性，包括微生物和其他土壤生物。這些微生物通過(guò)分解有機(jī)物質(zhì)，加速了有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化和積累過(guò)程。增強(qiáng)土壤的通透性和水分保持能力，有利于降低鹽分的濃度，減少鹽分在土壤中的積累。以及蟹類(lèi)在土壤中的排泄物和死亡體可以作為有機(jī)物質(zhì)的來(lái)源，經(jīng)過(guò)分解后提供植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，減少土壤中的鹽分積累。EG中TN含量升高的主要原因可能是蟹類(lèi)在土壤中活動(dòng)時(shí)會(huì)攝食有機(jī)物和植物殘?bào)w，經(jīng)過(guò)消化作用后，排泄出含氮的有機(jī)物質(zhì)和氨氮。這些有機(jī)物和氨氮可以被土壤微生物吸收和利用，最終轉(zhuǎn)化為土壤中的無(wú)機(jī)氮，如硝酸鹽和銨鹽，從而增加了土壤的總氮含量[24]。同時(shí)水稻作為主要作物吸收土壤中的氮素，而蟹類(lèi)的活動(dòng)促進(jìn)了土壤中氮素的供應(yīng)和循環(huán)，有助于提高土壤中的氮素含量。水稻的根系分泌物和殘?bào)w也提供了土壤中氮素的補(bǔ)充來(lái)源，促進(jìn)了氮循環(huán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，引入蟹增加了土壤中的微生物生物量和多樣性，特別是氮循環(huán)相關(guān)的微生物，如硝化細(xì)菌和還原細(xì)菌等，這些微生物通過(guò)氧化還原反應(yīng)，促進(jìn)了氮的轉(zhuǎn)化和固定，進(jìn)一步提高了土壤的總氮含量。
3.2稻蟹共作對(duì)土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)的影響
土壤細(xì)菌群落多樣性受季節(jié)變化影響[25]，也受地理位置的影響[26-28]，溫度、濕度、總氮、總磷、有機(jī)質(zhì)等因素均能夠顯著地影響細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)[29-30]。細(xì)菌作為稻田土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)采用稻蟹共作后，其敏感性會(huì)迅速地響應(yīng)[31]。賴(lài)政等[20]研究表明，采用新型無(wú)環(huán)溝的稻蝦共作模式，土壤細(xì)菌中的酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)和綠屈撓菌門(mén)(Chloroflexi)相對(duì)豐度顯著升高，同時(shí)對(duì)土壤微生物多樣性和微生物群落結(jié)構(gòu)影響較明顯。王蓉等[32]研究表明影響土壤微生物數(shù)量、物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)變化主要受土壤理化因子中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、pH含量的影響。
本研究對(duì)土壤細(xì)菌群落的多樣性、結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)比較，根據(jù)Chao1、Faith_pd、Observed和Shannon指數(shù)表明，試驗(yàn)田在不同月之間群落多樣性及豐富程度差異性顯著。4月和8月細(xì)菌群落多樣性最高，6月和7月次之，5月最低。CK與EG在4?8月物種多樣性指數(shù)變化表明，稻田環(huán)溝引入蟹后可以明顯改變土壤中細(xì)菌群落的物種多樣性與豐度，其中4月和8月可以提高細(xì)菌群落的物種多樣性與豐度，5月降低細(xì)菌群落的物種多樣性，而6月對(duì)細(xì)菌群落的物種多樣性與豐度的影響不明顯。對(duì)CK和EG在4?8月門(mén)水平及屬水平群落結(jié)構(gòu)組成分析發(fā)現(xiàn)：在門(mén)水平上EG在4?8月變形菌門(mén)相對(duì)豐度處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在5月其相對(duì)豐度最高(96.64%)，其主要原因可能是相較于其他菌門(mén)，變形菌門(mén)相對(duì)耐高溫，而其他菌門(mén)暴露下陽(yáng)光下大量死亡，從而導(dǎo)致變形菌門(mén)相對(duì)豐度劇增。綠屈撓菌門(mén)在4?8月其相對(duì)豐度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)(除5月外)。與CK相比，引入蟹后的EG在4?8月相對(duì)豐度排名前20的細(xì)菌累積相對(duì)豐度都高于CK，說(shuō)明引入蟹后能明顯改變稻田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和物種豐度。在屬水平上，CK與EG屬水平排名前10的菌屬相對(duì)豐度對(duì)比，表明引入蟹后會(huì)提高EG土壤細(xì)菌中Pseudomonas菌屬的相對(duì)豐度，同時(shí)也會(huì)降低Thiobacillus和Methanosaeta菌屬的相對(duì)豐度。
引入蟹后EG土壤中變形菌門(mén)相對(duì)豐度和Pseudomonas菌屬的相對(duì)豐度明顯高于CK。變形菌門(mén)具有較強(qiáng)的有機(jī)物降解能力，能夠分解復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)[33]，將其轉(zhuǎn)化為更簡(jiǎn)單的化合物，有助于提高土壤的肥力和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)效率。同時(shí)變形菌可以參與有機(jī)物和重金屬的降解過(guò)程，有助于減少土壤和地下水的污染程度。Pseudomonas菌屬中的一些菌株具有生物防治潛力，能夠?qū)苟喾N植物病原菌和土壤病害菌，有助于提高農(nóng)作物的健康和產(chǎn)量。同時(shí)Pseudomonas菌屬可以降解重金屬和有機(jī)化合物，清潔土壤和水體中的污染物。
3.3稻蟹共作下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與理化因子的相關(guān)性
本研究表明變形菌門(mén)(Proteobacteria)是土壤微生物群落相對(duì)豐度最高的菌門(mén)，其他研究也表明稻田土壤中變形菌門(mén)也具有較高的相對(duì)豐度[34]。研究表明，當(dāng)土壤中變形菌門(mén)相對(duì)豐度增加到一定比例有利于土壤肥力的保持，同時(shí)還能間接促進(jìn)植物生長(zhǎng)[35]。RDA分析表明稻田土壤中相對(duì)豐度排名前10的細(xì)菌群落中，TN對(duì)變形菌門(mén)(Proteobacteria)相對(duì)豐度影響最大，且呈正相關(guān)關(guān)系[36]。其原因可能是變形菌與TN含量存在相互促進(jìn)作用，當(dāng)土壤TN含量升高時(shí)變形菌也隨之增加，從而起到有固氮能力[37]。擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)相對(duì)豐度主要受TN和TP含量的影響，且與它們呈顯著性關(guān)系[38]。其原因可能是土壤中擬桿菌門(mén)的相對(duì)豐度通常與土壤的有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)，而有機(jī)質(zhì)的分解釋放出的氮和磷則可促進(jìn)擬桿菌門(mén)的生長(zhǎng)。脫硫桿菌門(mén)(Desulfobacterota)相對(duì)豐度主要受TDS、TN和TP含量的影響，與TDS、TN和TP呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且TP對(duì)其影響最大。疣微菌門(mén)(Verrucomicrobiota)相對(duì)豐度主要受TDS和TN含量的影響。AP主要影響藍(lán)菌門(mén)(Cyanobacteria)和酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)的相對(duì)豐度。SOM主要影響藍(lán)菌門(mén)(Cyanobacteria)的相對(duì)豐度。pH和TK與相對(duì)豐度前10的菌門(mén)無(wú)顯著性關(guān)系，且它們與這些菌門(mén)主要呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。變形菌門(mén)除與pH呈負(fù)相關(guān)外，與其他理化因子都呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系；SOM僅與變形菌門(mén)呈正相關(guān)關(guān)系，與其他菌門(mén)主要呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。
4結(jié)論
本研究通過(guò)對(duì)比寧夏引黃灌區(qū)傳統(tǒng)水稻單一種植模式(CK)與稻蟹共作模式(EG)4?8月土壤理化指標(biāo)及微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，揭示了稻蟹共作土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征及影響因素。研究表明，在理化指標(biāo)上，稻蟹共作種養(yǎng)模式提升了整個(gè)種養(yǎng)周期內(nèi)土壤pH、TN和SOM含量，具有改善土壤環(huán)境、提高稻田土壤肥力的作用。在微生物群落結(jié)構(gòu)特征上，稻蟹共作下，提升了變形菌門(mén)和假單胞菌屬的相對(duì)豐度，有助于提高土壤的肥力和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)效率，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，清潔土壤和水體中的污染物。TN是影響細(xì)菌相對(duì)豐度的主要理化因子，pH和TK與門(mén)水平相對(duì)豐度排名前10的菌門(mén)均無(wú)顯著性關(guān)系。
相關(guān)新聞推薦
1、耐鹽工程弧菌 VCOD-15生長(zhǎng)曲線(xiàn)及降解復(fù)雜有機(jī)污染物能力研究
2、不同碳源培養(yǎng)基中大腸桿菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)測(cè)定
3、不同濃度的乳鐵蛋白對(duì)大腸桿菌生長(zhǎng)抑制或促進(jìn)情況——摘要、材料與方法
4、豆科作物根瘤菌噬菌體形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)曲線(xiàn)及生物學(xué)特性（一）