稻蟹生態種養模式下水稻根際微生物區系研究

佟德利，賀海升，耿志席，孔健健

(1.沈陽師范大學生命科學學院，遼寧沈陽 110034； 2.沈陽師范大學實驗教學中心，遼寧沈陽 110034；3.北京中農嘉源生態工程技術有限公司，北京 100040)

稻蟹生態種養模式以水稻生產為主體，利用稻田的空間及便利條件，放養蟹為主體輔以青蝦和少量魚類的養殖模式[1-2]。在取得顯著經濟效益的同時，也改善了稻田生態環境條件[3-4]。稻漁共作可改善稻田土壤的理化性狀，延長水稻生育期，增加群體各生育期生物量，提高葉面積指數和冠層葉片的面積，延緩后期功能葉片衰老，增大莖稈粗度，促進根系發育及伸長節上須根發生[5]。針對生態養殖模式下水稻的獨特性質，本研究對其根際的微生物進行分離鑒定。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為遼星1號；供試的水產養殖對象為中華絨螯蟹。

1.2 試驗設計

水稻播期在2017年4月28日，5月28日移栽。肥床旱育，秧田期為30 d，大田移栽密度為1.33萬穴/667 m2，每穴3株。試驗采用隨機區組設計，3次重復，小區面積40 m×37 m。水產苗種放養量為中華絨螯蟹(蟹苗150只/kg)500～600只/667 m2，6月4日放蟹苗。

從水稻移栽期開始至成熟期結束，連續取5個時期的土樣進行微生物區系分析。

1.3 水稻根際微生物的分離、鑒定

采用文獻[6]的方法對水稻根際微生物進行分離、純化。根據文獻[7-10]對生態種養模式下分離得到的微生物進行初步鑒定。

1.4 數據處理

參照鐘文輝等的方法[11-12]，根際微生物的多樣性分析選用Shannon-Wiener多樣性指數(H)、豐富度指數(S)、Pielou均勻度指數(J)和Simpson優勢度指數(D)討論根際環境的微生物多樣性特征。

細菌以出現概率在15%以上菌落的菌株為根際優勢菌株，真菌、放線菌以最高稀釋度平板上出現5個以上的菌株為優勢菌株[10]。

2 結果與分析

2.1 土樣理化指標

土樣為黏質鹽漬型水稻土。生育期內pH值在7.49～8.40，呈弱堿性，其中孕穗期最低，分蘗期最高。土壤含水率在24.01%～37.07%。

2.2 水稻根際微生物的物候期變化

生態種養模式與常規種植模式下水稻各物候期根際土壤微生物數量均為細菌>放線菌>真菌，所占比例分別為 99.93%、0.05%、0.024%(表1)。各發育期水稻根際土壤微生物均以細菌為主要類群。

表1 水稻不同發育期根際土壤微生物數量

2.3 生態種養模式下水稻根際細菌區系特征及變化動態

生態種養模式下水稻根際共分離得到276株細菌，分別為歐文氏菌屬Erwinia、噬胞菌屬Cytophaga、動膠菌屬Zoogloea、假單胞菌屬Pseudomonas等11個菌屬。

由表2可知，各物候期分離得到的菌株數量為分蘗期>灌漿期>孕穗期>移栽期>成熟期，而各生育期分離得到菌屬的數量為灌漿期(10)>移栽期(8)=分蘗期(8)=成熟期(8)>孕穗期(7)。移栽期分離得到2株優勢菌株，為歐文氏菌屬Erwinia、噬胞菌屬Cytophaga；分蘗期分離得到2株優勢菌株，為歐文氏菌屬Erwinia、芽孢桿菌屬Bacillus；孕穗期分離得到4株優勢菌株，為歐文氏菌屬Erwinia、動膠菌屬Zoogloea、葡萄糖細菌屬Gluconobacter、芽孢桿菌屬Bacillus；灌漿期分離得到3株優勢菌株，為歐文氏菌屬Erwinia、黃單胞菌屬Xanthomonas、動膠菌屬Zoogloea；成熟期分離得到3株優勢菌株，為噬胞菌屬Cytophaga、葡萄糖細菌屬Gluconobacter、不動細菌屬Acinetobacter。

表2 根際細菌區系

由表3可知，水稻根際細菌種群多樣性隨生育期的延長而發生變化，多樣性指數以移栽期最大，孕穗期最小；均勻度指數以移栽期最大，灌漿期最小；優勢度以孕穗期最大，移栽期最小。水稻根際細菌以灌漿期類群最為豐富，但均勻度指數最低，孕穗期多樣性指數及豐富度最低，但類群的優勢度最高。

表3 根際細菌的多樣性、豐富度、均勻度及優勢度指數

2.4 生態種養模式下水稻根際放線菌區系特征及變化動態

由表4可知，生態種養模式下水稻根際共分離得到76株放線菌，對分離得到的放線菌進行分類學鑒定，屬于鏈霉菌屬，分別為黃色類群Flavus、燼灰類群Cinerogriseus、吸水類群Hygroscopicus等8個鏈霉菌類群。其中黃色類群占30.26%，燼灰類群占21.05%，吸水類群占19.74%，灰褐類群占 11.84%，其他類群占17.11%。各生育期分離得到的菌株數量為孕穗期>分蘗期>移栽期>灌漿期=成熟期，而各生育期分離得到的菌屬數量為灌漿期(7)>孕穗期(6)>移栽期(5)=分蘗期(5)>成熟期(4)。移栽期分離得到1株優勢菌株，為黃色類群Flavus；分蘗期分離得到2株優勢菌株，為吸水類群Hygroscopicus、灰褐類群Griseofuscus；孕穗期分離得到1株優勢菌株，為黃色類群Flavus；成熟期分離得到1株優勢菌株，為燼灰類群Cinerogriseus；灌漿期未分離到優勢菌株。

表4 根際鏈霉菌區系

由表5可知，水稻根際放線菌的多樣性指數以分蘗期最高，成熟期最低；豐富度指數以灌漿期最高，成熟期最低；均勻度指數以分蘗期最高，灌漿期最低；優勢度指數以成熟期最高，灌漿期最低。

3.5 生態種養模式下水稻根際真菌區系特征及變化動態

由表6可知，生態種養模式下水稻根際共分離得到37株真菌，對分離得到的真菌進行分類學鑒定，分別屬于青霉屬Penicillium、毛霉屬Mucor、曲霉屬Aspergillus、木霉屬Trichoderma、根霉屬Rhizopus，分別占40.54%、32.43%、10.81%、8.11%、8.11%。各生育期分離得到的菌株數量為成熟期>分蘗期>灌漿期>移栽期>孕穗期。分蘗期分離得到1株優勢菌株，為青霉屬Penicillium；成熟期分離得到1株優勢菌株，為毛霉屬Mucor，其余生育期未分離到優勢菌屬。

表5 根際放線菌的多樣性、豐富度、均勻度及優勢度指數

表6 根際真菌區系

由表7可知，水稻根際真菌的多樣性指數、豐富度以成熟期最高，移栽期最低；優勢度指數以移栽期最高，成熟期最低；均勻度指數以孕穗期最高，分蘗期最低。

表7 根際真菌的多樣性、豐富度、均勻度及優勢度指數

3 討論與結論

試驗發現，根際細菌的數量在整個生育期內發生較大波動，從移栽期到成熟期表現出升—降—升—降的趨勢。水稻移栽后，由于要適應新的環境，水稻利用周圍營養物質的能力較弱，細菌因此獲得較多的營養，同時，此時放養河蟹，河蟹糞便、剩余餌料的腐熟也提供一部分營養元素，細菌數量從而急劇上升。到達分蘗期，由于水稻扎根吸收大量的營養元素，進而與微生物競爭，可能導致細菌數量的減少。從孕穗期到灌漿期，水稻生長基本完成，根系對微生物的競爭減少，細菌數量有所上升，成熟期水稻根系衰老，土壤中可利用營養元素數量下降，導致細菌數量達到最小。放線菌數量變化在灌漿期之前與細菌基本一致，但灌漿期后，放線菌數量呈上升趨勢，這與成熟期稻田的淹水狀態有關。真菌的數量在整個生育期內變化不明顯。這種根際微生物與植物生長發育呈一定相關性的現象在其他文獻中也有報道[13-14]。

植物根際微生物區系及優勢種隨植物種類的不同而不同[15-16]。試驗結果表明，生態種養經營模式下水稻根際優勢細菌為歐文氏菌屬、噬胞菌屬、假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、黃單胞菌屬、動膠菌屬、葡萄糖細菌屬、不動細菌屬；優勢鏈霉菌類群為黃色類群、吸水類群、灰褐類群、燼灰類群；根際優勢真菌為青霉屬和毛霉屬。水稻根際微生物的數量、群落結構、優勢種群和多樣性及其變化受耕作制度、土壤層次、植被、土壤肥力、氣候變化以及土壤類型等諸多因素的影響。越來越多的研究結果表明，土壤微生物在養分持續供給、肥料管理措施、有害生物綜合防治及土壤保持中起著舉足輕重的作用[6，17-18]。