稻蟹共作對水稻土性質的影響

佟德利, 鄭 晗, 牟奕儒, 夏語擎, 劉天嬌, 賀海升

(1. 沈陽師范大學 生命科學學院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學 實驗教學中心, 沈陽 110034)

0 引 言

稻蟹共作以水稻為主體,利用河蟹的生活習性和稻田獨特的空間環境和水體資源[1],有效地將水稻種植業和水產養殖業結合起來進行科學管理[2],具有良好的經濟效益與生態效益。我國稻蟹共作已發展近40年,稻蟹種養面積約為1.967×105hm2,占全國稻漁綜合種養面積的4.97%,而產量為4.27×104t,占全國稻漁綜合種養產量的1.83%[3]。稻蟹共作不但可以生產出消費者喜食的河蟹,還可以改善稻田土壤的理化性狀,延長水稻生育期,增加生物量[4-6]。本文研究了稻蟹共作對稻田土壤性質的影響,以期為稻田養蟹的增產、增效機理提供科學依據。

1 材料與方法

試驗田位于遼寧省盤錦市壩墻子鎮姜家村,供試水稻品種遼星1號,供試的水產養殖對象為中華絨鰲蟹。水稻移栽密度1.33萬穴/667 m2,每穴3本,中華絨鰲蟹(蟹苗150只/kg)放養量為500～600只/667 m2。試驗采用隨機區組設計,3次重復,小區面積40 m×37 m[7]。試驗田始于2007年,樣品取自2020年9月,采用5點取樣法,挑除水稻根系等雜物后混勻,一部分風干過1 mm篩用于測定理化性質,一部分保存于-20 ℃冰箱用于微生物學性質的測定。

2 結果與分析

2.1 稻蟹共作對水稻土理化性質的影響

表1 稻蟹共作對水稻土部分理化性質的影響Table 1 Effect on selected soil physichemical properties under rice-crab co-culture system

2.2 稻蟹共作對水稻土酶活性的影響

稻蟹共作后,水稻土脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性均有所下降(表2),脲酶和磷酸酶活性降幅分別達到40%和20%,且均達到顯著水平(p<0.05)。磷酸酶活性降低導致了稻蟹共作土壤中有效磷含量低于對照處理[12]。

表2 稻蟹共作對水稻土酶活性的影響Table 2 Effect on soil enzyme activities under rice-crab co-culture system

2.3 稻蟹共作對土壤微生物群落組成的影響

2種處理下細菌的優勢菌門(豐度>5%)均為變形菌門(Proteobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、酸桿菌門(Acidobacteria)(圖1(a))。稻蟹共作后,變形菌門、酸桿菌門相對豐度分別下降了46.72%和18.55%,導致固氮微生物種群相對豐度有所降低[13],從而影響土壤脲酶活性[14]。綠彎菌門、放線菌門、擬桿菌門相對豐度分別增加63.26%,64.55%,48.72%,加快了土壤中有機物料的分解與吸收[15]。

(a) 細菌群落組成; (b) 真菌群落組成圖1 稻蟹共作對水稻土微生物群落組成的影響Fig.1 Effects of rice crab intercropping on microbial community composition in paddy soil

對照處理真菌的優勢菌門(豐度>5%)為子囊菌門(Ascomycota)、擔子菌門(Basidiomycota)、未分類菌門(Fungi_unclassified)、接合菌門(Zygomycota)(圖1(b))。稻蟹共作后,接合菌門(Zygomycota)不再是優勢菌門,子囊菌門相對豐度則增加了65.53%,有利于螃蟹糞便在其分解作用下充分釋放養分[16]。擔子菌門相對豐度減少了27.38%,可有效減少病原菌數量[17]。

2.4 稻蟹共作對水稻土微生物多樣性的影響

稻蟹共作后,水稻土細菌、真菌Chao1指數分別升高9.46%和28.52%,微生物物種豐富度均有所增加,真菌物種豐富度增加更為明顯;水稻土細菌Shannon指數增加了3.06%,細菌群落的多樣性有所增加;真菌的Shannon指數減少4.64%,真菌群落多樣性降低,但變化均不顯著(表3)。

表3 稻蟹共作對土壤微生物多樣性指數的影響Table 3 Effect on soil microbial Chao1 index and Shannon index under rice-crab co-culture system

2.5 微生物多樣性與水稻土性質之間的關系

土壤優勢細菌、真菌群落構成與土壤理化性質和酶活性密切相關,土壤環境因子的變化能引起土壤優勢細菌和真菌群落構成發生改變[18]。如表4所示,細菌Chao1指數與土壤理化性質無明顯相關性,Shannon指數與TC呈顯著負相關(p<0.05),表明細菌群落的多樣性指數受土壤全碳含量影響。變形菌門與pH、磷酸酶活性顯著正相關(p<0.05),與TN顯著負相關(p<0.05)。綠彎菌門、放線菌門與pH、磷酸酶活性顯著負相關(p<0.05),與TN顯著正相關(p<0.05)。擬桿菌門與pH顯著正相關(p<0.01),與土壤磷酸酶活性顯著負相關(p<0.05)。酸桿菌門與pH、土壤磷酸酶活性顯著正相關(p<0.05)。

表5數據表明,真菌Chao1指數與土壤理化性質無明顯相關性,Shannon指數與pH、脲酶活性顯著正相關(p<0.05),與銨態氮含量呈極顯著負相關(p<0.01)。子囊菌門與土壤pH極顯著負相關(p<0.01),子菌門、接合菌門、未分類真菌則與土壤pH極顯著正相關(p<0.01)。

表4 細菌α多樣性與門水平上優勢菌群與土壤理化性質和酶活性之間的相關性

表5 真菌α多樣性與門水平上優勢菌群與土壤理化性質和酶活性之間的相關性

3 討論與結論

致謝感謝沈陽師范大學優秀人才支持計劃(202106027)和沈陽師范大學大學生創新創業項目(202010166021)的支持。