秸稈還田配施耐低溫復合菌劑對土壤細菌群落結構組裝機制及功能的影響

中圖分類號：S182 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）12-0216-12

我國是農業大國，在農作物豐收的時候，秸稈產量巨大，擁有無限的利用潛力。自2017年起，中央政府頒布了一連串的政策與措施，激發農民的熱情，并倡導全國各地推進對農作物秸稈的綜合利用，要求根據不同區域、不同作物實施科學秸稈還田，從而建立起能夠滿足機械化生產需求，并保證下一輪種植的作物能夠持續高產、優質的秸稈還田制度。然而，秸稈還田在我國的推廣仍面臨挑戰，主要是因為農民沒有充分意識到其是改善土壤的健康田間管理策略。因此，越來越多的學者加入秸稈還田的技術研究與推廣服務行列。

秸稈還田被認為是解決土壤退化的簡單有效途徑之一。首先，它可以提高耕層土壤有機碳的穩定性，促進土壤孔隙形成，降低土壤容重和碳排放，改善土壤結構。其次，秸稈還田能夠增加土壤總養分含量，減少地表徑流氮、磷流失，提高水稻產量和品質，解決大部分農業有機廢物消納的問題[1-9]但在實際應用中不合理的秸稈還田可能會導致土壤病害發生、影響作物生長等問題[10-I]。因此，需要根據特定區域條件量身定制秸稈還田策略，優化土壤健康、作物產量和碳減排，將有助于我國可持續農業的長期發展。針對冀東濱海地區秋冬氣溫低，秸稈腐解緩慢影響秧苗分蘗，常見腐熟劑效果不好。筆者所在課題組研究發現，耐低溫復合菌劑HT20用于秸稈直接還田效果較好[2]

在一定空間尺度范圍內相似環境條件下，添加外源腐解微生物可以改變土壤微生物的群落結構及其生長軌跡，且隨著外源腐解微生物組合的物種數量增多，這一干擾程度越大[13]。耐低溫復合菌劑HT20是通過低溫脅迫篩選獲得的，與其他腐熟劑中的細菌種群種類和數量不一樣，對土壤細菌影響也會有差異。土壤中細菌雖然形態簡單，但參與土壤氮、碳循環[14-15]。通過酶促降解復雜有機物質和土壤物質[16-17]。作為土壤質量和土壤生態功能的指示器[18]。秸稈促腐菌劑通過影響秸稈殘體微生物的定殖改變秸稈腐解酶活性，提高秸稈分解纖維素和木質素的速率，緩解土壤高C/N的情況，又進一步提升了土壤無機離子轉運代謝功能[19-22]。關于秸稈還田配施腐熟劑對微生物群落結構的研究主要集中在冬小麥一夏玉米輪作、南方水稻成熟期、不同土壤質地條件玉米秸稈還田等[23-25]。然而，關于北方寒地水稻秸稈直接還田配施耐低溫復合菌劑對土壤微生物的研究相對較少，尤其是對水稻整個生長季和連續還田的系統研究就更少了。因此，本試驗以冀東濱海鹽堿稻區為主要研究對象，設置無秸稈還田（CK）、未施菌劑秸稈還田（JO）和配施HT20秸稈還田（JH）3個處理，探索在HT20作用下連續秸稈還田對水稻整個生長季土壤細菌群落結構、穩定性、組裝機制及其功能的影響，初步明確耐低溫復合菌劑HT20對秸稈還田土壤微生物群落的影響，有利于理解其作用機制、優化應用效果以及促進農業可持續發展。

1材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2022年11月至2024年11月在河北省農林科學院濱海農業綜合試驗站 （39^°17^′N，118^°27^′E） ，海拔 2.5m ，屬東部季風區暖溫帶半濕潤氣候，年平均氣溫 13.46^°C ，年降水量 649mm ，集中在7-8月份，年無霜期約184d，全年平均日照 2848h 。土壤基本理化性質：有機質含量 5.85g/kg ，堿解氮含量32.04mg/kg ，有效磷含量 10.15mg/kg ，速效鉀含量165.36mg/kg，pH 值7.77。秸稈養分含量為全碳含量 371.28g/kg ，全氮含量 7.65g/kg 、全磷含量0.94g/kg ，全鉀含量 12.96g/kg，C/N 為48.53。供試耐低溫復合菌劑HT20由天津市農業科學院與聯合研發。

1.2 試驗設計

采用尼龍網袋填埋法，每個小區水稻秸稈用量為 7.6kg （按 10500kg/hm² 秸稈全量還田計算），隨機區組設計，設置無秸稈還田（CK）、未施菌劑秸稈還田（JO）和配施HT20秸稈還田（JH）3個處理，每個處理重復5次，每個處理小區面積 7.2m² 。各處理的秸稈于2022年11月25日和2023年11月18日分別深耕入土，于2023年5月28日和2024年5月20日分別移栽水稻秧苗。各處理生產管理按當地習慣進行。底肥施用 45% 美丹利緩釋復合肥600kg/hm² ，然后追施尿素 427.5kg/hm² 。

1.3樣品采集

于水稻移栽期、分蘗期、孕穗期、乳熟期、成熟期破壞性采集緊挨著秸稈包的土壤樣品，每個小區“S\"形取樣，重復5次，充分混勻，分成2份，1份存于 -80^°C 冰箱，用于測定細菌多樣性，1份風干用于測定土壤的理化性質。

1.4細菌多樣性測定采用高通量測序法

采用MP-soil試劑盒進行土壤總DNA提取;對16SrRNAV3-V4可變區序列采用引物 338F （ 5^′ -ACTCCTACGGGAGGCAGCAG- 3^′ ）和806R（ 5^′ -GGACTACHVGGGTWTCTAAT -3^′ ）進行PCR擴增，擴增程序為： 95°C 預變性 3min ： 95°C 變性30s，55‰ 退火 30s，72°C 延伸 45s，27 個循環；最后 72^°C 延伸 10min 。利用上海美吉生物醫藥科技有限公司的IluminaMiseq PE30O平臺進行測序。

1.5 數據的處理與分析

利用SPSS24.0軟件通過單因素方差分析和鄧肯多重比較法檢驗不同處理間微生物多樣性、群落結構組成相對豐度及其功能的差異顯著性（LSD，α=0.05 。選擇 97% 相似度的OTU，利用mothur指數分析不同處理共有和獨有的物種（如OTU）數。通過計算正態分布的OTU相對豐度均值的偏離度來評價菌群穩定性指數（AVD），AVD值越低，微生物群穩定性越高。利用R語言3.3.1的icamp包（版本：1.5.12）通過零模型計算 βNTI 指數和中性群落模型NCM分析確定性和隨機性過程對微生物群落構建的貢獻比例。利用R語言vegan包（版本：2.4.3）通過Manteltest網絡熱圖分析不同處理細菌群落結構與環境因子的相關性及環境因子之間的相關性。利用FAPROTAX（1.2.1）軟件分析細菌群落結構功能。所有圖表使用R語言工具統計和作圖。

2 結果與討論

2.1不同處理對土壤細菌群落 ∝ 多樣性的影響由圖1-a可知，各處理辛普森指數表現為 J0gt; JHgt;CK ，與JO處理相比，JH和CK分別顯著和極顯著降低 34.48% 和 55.56% 。由圖1-b可知，各處理辛普森指數表現為 1a，其中 J0_2a 處理與 JH_-1a 處理差異顯著。由圖1-c可知，隨著生育期推進，CK的辛普森指數逐漸降低，移栽期最高，成熟期最低，移栽期極顯著高于分蘗期、拔節期、孕穗期（ Plt;0.01 和成熟期（ Plt; 0.001）。隨著生育期推進，J0處理的辛普森指數呈現先下降再升高最后降低的趨勢，孕穗期最高，成熟期最低。隨著生育期推進，JH處理的辛普森指數呈先升高后降低的趨勢，在分蘗期最高，成熟期最低，分蘗期顯著高于孕穗期，極顯著高于成熟期L Plt;0.01） 。CK的移栽期辛普森指數極顯著高于JO處理和JH處理的移栽期、分蘗期、拔節期、孕穗期和成熟期。秸稈還田增加了細菌群落結構的多樣性，隨著還田年限的增加，多樣性顯著增加。

2.2不同處理對土壤細菌群落穩定性指數的影響

穩定性指數越低，微生物群穩定性越高。由圖2-a可知，穩定性指數值表現為 JH-2a-2a-1alt; JH_1a，范圍為 0.718～0.731 。由圖2-c可知，隨著生育期推進， CK，J0 和JH處理的穩定性指數無明顯的變化，范圍為 0.746～0.754 。上述結果說明，JH處理可以增加細菌群落的穩定性，并且秸稈還田2 年高于秸稈還田1年。

2.3不同處理對土壤細菌群落共有和獨有物種的影響

由圖3可知，與CK和JO處理相比，JH處理獨有OTU物種數目分別增加 87.63% 和 260.30% ，說明獨有OTU物種數目是引起處理間細菌群落結構差異的因素之一。共有OTU物種數目占總OTU物種數目的 54.27% ，說明這部分OTU是水稻土壤核心的物種，不受秸稈還田和腐熟劑的影響。JH_1a處理獨有物種數目占總OTU物種數目的 5.18% ，JH_2a 處理獨有物種數自占比為 6.86% ， JH_-2a 處理比JH_1a增加了 32.44% 。 J0_-1 a處理獨有物種數目占比為 4.82% ，JO_2a處理獨有物種數目占比為 8.16% ，各年限處理共有OTU物種數目占比為37.11% （圖3-b）。說明秸稈還田2年處理的獨有OTU物種數高于秸稈還田1年處理。獨有OTU物種數目隨生育期推進呈現不同的變化，具體為CK隨著生育期推進呈現先降低后升高再降低的趨勢，在孕穗期（119種）最高，在拔節期（87種）和成熟期（87種）最低。J0處理隨著生育期推進呈現先升高后降低再升高的趨勢，在成熟期（184種）最高，拔節期（103種）最低。JH處理隨著生育期推進呈現先降低再升高的趨勢，在移栽期（325種）和成熟期（325種）最高，分蘗期（201種）最低。生育期內共有物種為2354個，占總0TU物種數目的 12.53% （圖3-c）。與CK和J0相比，JH處理在移栽期、分藥期、拔節期、孕穗期和成熟期內分別增加了175.42%～221.78%.42.55%～113.83%.96.12%～ 132.18%40.88%～114.29%76.63%～273.56% 說明JH處理提高了5個關鍵生育期內的獨有物種數。

圖2不同處理對土壤細菌群落穩定性指數的影響

2.4不同處理對土壤細菌群落結構組成的影響

選取相對豐度在 1% 以上且排名前15的物種，繪制科水平上的物種相對豐度分布，具體見圖4。不同處理的土壤微生物群落組成結構及其相對豐度的變化趨勢不同。科分類水平上，J0處理和JH處理微球菌科的相對豐度分別較CK增加 173.33% 和 118.67% ，芽單胞菌科的相對豐度分別較CK降低 46.80% 和 38.38% ，JH處理類諾卡氏菌科的相對豐度較CK增加 57.93% ，JH處理norank_c_KD4-96的相對豐度分別較JO處理和CK增加 23.90% 和52.10% （圖4-a和表1）。

JH_1a處理類諾卡氏菌科的相對豐度較 JH_-2a 處理降低 33.45% ， JH_-1a 處理芽孢桿菌科的相對豐度較 JH_2a 處理增加 56.44% 。 處理norank_ 、Vicinamibacteraceae、芽孢桿菌科的相對豐度分別較 J0_-2a 處理增加 60.24% 人64.24% 和 38.60% 。J0_1a處理微球菌科的相對豐度較JH_1a處理增加127. 44% ， 處理芽孢桿菌科的相對豐度較 JH_-1a 處理降低 25.00% 。 J0_- 2a處理與JH_2a處理的相對豐度差異均不顯著（圖4-b和表1）。

移栽期，CK微球菌科、叢毛單胞菌科的相對豐度分別較JO處理和JH處理高 226.07%.42.11% 和68.89% 、 125.00% ，且JO處理與JH處理間差異顯著，CK雙生球菌科、芽單胞菌科的相對豐度分別較JO處理和JH處理降低46. 22% 、68. 39% 和40.79% （204號 ，33.33% ，JO處理與JH處理的芽單胞菌科相對豐度差異顯著。拔節期JH處理norank_c_KD4-96的相對豐度較JO處理增加 37.13% ；孕穗期JH處理norank_c_KD4-96和norank 的相對豐度分別較CK增加 66.11% 和 107.97% ；成熟期CK芽單胞菌科的相對豐度分別較JO處理和JH處理降低 52.29% 和 11.94% ，CK和JH處理微球菌科、norank_c_KD4-96的相對豐度分別較J0處理增加 234.38% .100.00% 和 140.63% 、 126.15% ，JH處理類諾卡氏菌科的相對豐度較JO處理增加114.81% （圖4-c和表2）。

隨著生育期推進，處理間物種相對豐度變化規律相差很大，移栽期CK的微球菌科相對豐度顯著高于其他時期，移栽期雙生球菌科的相對豐度顯著低于其他時期，移栽期芽單胞菌科、norank_c_KD4-96的相對豐度分別低于孕穗期和成熟期。J0處理中，移栽期微球菌科、類諾卡氏菌科的相對豐度分別顯著高于其他時期，芽單胞菌科的相對豐度移栽期、分蘗期、成熟期顯著高于拔節期和孕穗期。JH處理中，移栽期微球菌科的相對豐度顯著高于拔節期、孕穗期、成熟期，分蘗期也顯著高于孕穗期和成熟期；移栽期類諾卡氏菌科的相對豐度顯著高于其他時期，移栽期norank_c_KD4-96的相對豐度顯著低于拔節期、孕穗期和成熟期，norank_c_MB-A2-108孕穗期的相對豐度顯著高于其他時期，叢毛單胞菌科分蘗期的相對豐度顯著高于拔節期和成熟期（圖4-c和表2）。

2.5不同處理對土壤細菌群落結構 βNTI 分析的影響

使用零模型（999個隨機化）分析不同處理下確定性過程和隨機性過程在微生物群落組裝中的重要性（圖5-a）。CK、JH處理的大多數 βNTIgt;2 ，確定性過程主導了 CK，JH 處理土壤細菌群落的組裝結果;JO處理的 βNTI 介于-2～2之間，隨機性過程在JO處理群落裝配中占主導地位。由圖5-b可知， 處理大多數 βNIIgt;2 ，確定性過程主導了 處理土壤細菌群落的組裝結果；J0_2a處理大多數 βNTI 介于-2～2之間，隨機性過程在 J0_2a 處理群落裝配中占主導地位。由圖5-c可知，CK關鍵生育期、JO處理孕穗期、成熟期和JH處理分藥期大多數βNTI介于-2～2 之間，有更低的系統發育周轉率，隨機性過程在群落裝配中占主導地位。

將確定性過程和隨機過程劃分為5個生態過程，確定性過程包括同質選擇和異質選擇，而隨機過程包括擴散限制、同質擴散、漂變和其他生態過程。由圖6-a可知，異質選擇、同質擴散、漂變和其他生態過程是JO處理細菌群落的主要過程，異質選擇、漂變和其他生態過程是JH處理細菌群落的主要過程，異質選擇、擴散限制是CK細菌群落的主要過程。由圖6-b可知，異質選擇、同質擴散是JH_1a、J0_1a處理細菌群落的主要過程，異質選擇、漂變和其他生態過程是J0_2a處理、JH_2a處理細菌群落的主要過程。由圖6-c可知，隨生育期變化，CK群落組合從隨機性過程、確定性過程轉變為隨機過程，同質擴散、漂變和其他未確定和異質選擇的相對影響增加，拔節期為轉折點。J0群落組合從確定性過程、隨機性過程轉變為確定性過程，異質選擇的相對影響大，孕穗期為轉折點。JH群落組合從確定性過程、隨機性過程轉變為確定性過程，異質選擇的相對重要性增加并占據一半以上，分蘗期為轉折點。

圖4不同處理條件下科水平土壤細菌群落結構組成的變化

表1不同處理條件下科水平土壤細菌群落結構組成的差異性分析

注：同行同類處理數據后標有不同小寫字母表示處理間差異顯著（ Plt;0.05. ）。

2.6不同處理對土壤細菌群落結構NCM分析的影響

由圖7-a、圖7-b、圖7-c可知，CK、J0和JH處理的整體擬合優度分別為 78.54%.81.04% 和81.7% ，遷移率值為 J0gt;JHgt;CK ，物種擴散JH處理高于CK。由圖7-d、圖7-e可知，還田1年和還田2年處理的整體擬合優度分別為 84.62% 和85. 19% ，遷移率值為YEAR_1a gt; YEAR_2a，物種擴散秸稈還田1年處理高于秸稈還田2年處理。

2.7不同處理下微生物群落結構組成與環境因子Manteltest分析

Manteltest分析如圖8-a、圖8-b、圖8-c顯示，速效磷含量、有機質含量與堿解氮含量呈極顯著正相關關系（ ），速效鉀含量、EC與堿解氮含量呈顯著負相關關系（ Plt;0.05） 。速效磷含量與有機質含量呈極顯著正相關關系（ Plt;0.01 。速效鉀含量與EC呈極顯著正相關關系（ Plt;0.01） 0有機質含量與速效鉀含量、EC呈極顯著負相關關系（ Plt;0.01） 。由圖8-a可知，CK的群落結構與速效氮含量、速效磷含量呈顯著正相關關系。J0處理群落結構與 pH 值呈極顯著正相關關系（ Plt;0.01） 。JH處理的群落結構與速效鉀含量、有機質含量和EC呈顯著正相關關系，與 ΔpH 值呈極顯著正相關關系 Plt;0.01 。由圖8-b可知，J0_1a處理群落結構與速效鉀含量、有機質含量、pH值呈顯著正相關關系， J02a 處理群落結構與速效磷含量、速效鉀含量、有機質含量、EC呈顯著正相關關系，與 pH 值呈極顯著正相關關系（ Plt;0.01） 。 JH_-la 處理群落結構與速效磷含量呈顯著正相關關系， JH_-2a 處理群落結構與速效鉀含量、 pH 值、EC呈顯著正相關關系。由圖8-c可知，CK_fn與堿解氮含量呈極顯著正相關關系（ Plt;0.001 ）。 JH_-yz 與有機質含量呈極顯著正相關關系（ ）， CK_-fn 處理與堿解氮含量呈極顯著正相關關系。 JH_-yz 處理與有機質含量呈顯著正相關關系， JH_-cs 處理與速效磷含量呈顯著正相關關系。由此可知， pH 值、EC、有機質含量、速效鉀含量是影響群落結構的主要因素。

2.8不同處理對土壤細菌群落FAPROTAX功能預測分析

由圖9可知，不同處理、秸稈還田年限、生育期對細菌微生物的碳氮硫循環相關功能存在顯著影響，以化能異養、好氧化能異養、發酵、硝酸鹽還原功能為主。由圖9-a可知，與CK和J0處理相比，JH處理均顯著增加硝酸鹽還原、錳氧化、甲殼素分解、芳香族化合物降解等的功能豐度。與J0處理相比，顯著增加硝酸鹽呼吸，氮呼吸作用、尿素降解等的功能豐度。與CK相比，顯著降低動物寄生、光營養、尿素降解、人類病原肺炎、人類病原體功能豐度。

由圖9-b、圖9-d可知，與秸稈還田1年相比， J0_-2a，JH_-2a 這2個處理大部分功能豐度值增加，差異不顯著。與J0_2a處理相比，JH_2a處理顯著增加了硝酸鹽呼吸、氮呼吸功能豐度，顯著降低了光營養功能豐度。

由圖9-c可知，隨著生育期推進，各功能豐度變化呈現“N\"形、倒“N”形、右下斜線形、“M”形、“W\"形、“V\"形、倒\"V\"形。具體表現為CK顯著增加了人類病原肺炎、發酵、硫呼吸功能豐度，顯著降低了化能異養、好氧化能異養等12種功能豐度。JO處理顯著降低了化能異養、好氧化能異養、甲殼素分解、芳香族化合物降解功能豐度，顯著增加了硝酸鹽還原等4種功能豐度。JH處理分別顯著增加發酵、錳氧化、硫呼吸功能豐度，顯著降低了動物寄生等11種功能豐度。

圖5不同處理下評估確定性和隨機性過程的相對變化

圖6不同處理下確定性過程和隨機性過程在微生物群落組裝中的貢獻

3討論與結論

3.1不同處理對土壤微生物群落結構的影響

稻田土壤作為一種交替排水和淹水的生態系統，水稻秸稈還田后，其分解過程是一個復雜而漫長的微生物接力過程。明確秸稈分解過程中細菌群落組成的演替特征，對揭示秸稈分解的微生物機制具有重要意義。本研究表明，JH處理與CK、JO處理之間土壤微生物群落結構差異較大，主要體現在增加了獨有OTU物種數目（圖3）和土壤細菌物種相對豐度（圖4）。與CK相比，JH和JO處理均顯著增加了微球菌科（放線菌門）的相對豐度，JH處理顯著提升了類諾卡氏菌科（放線菌門）norank （綠彎菌門）物種相對豐度（圖4-a和表1）。有研究發現，降解稻稈的優勢菌門還有變形菌門、擬桿菌門、放線菌門、綠彎菌門[26-27]。表明耐低溫復合菌劑HT20通過增加可以分解秸稈中的木質素、纖維素等難降解有機物質的物種（放線菌門、綠彎菌門）的種類、豐度及其穩定性 （9.77%～11.04% ，圖2），加快了冀東濱海稻區水稻秸稈全量原位還田的分解效率。

圖7不同處理對土壤細菌群落結構的NCM分析

圖8不同處理下微生物群落結構組成與環境因子Manteltest分析

AN—堿解氮含量；AP—速效磷含量；AK—速效鉀含量；SOM—有機質含量；EC—電導率、**、***分別表示各處理在0.05、0.01、0.001水平上顯著相關

圖9 不同處理對土壤細菌群落FAPROTAX功能預測分析

隨著生育期推進，JH處理和JO處理前期以雙生球菌科（變形菌門）、芽單胞菌科（芽單胞菌門）為主導，后期以norank 和norank_c_MB-A2-108（放線菌門）、芽單胞菌科為主導（圖4-c和表2）。Wang等研究發現，稻草分解在前期由富營養型微生物為主導，后期以寡營養型微生物為主導[28]。雙生球菌科、芽單胞菌科為富營養型微生物，norank_c_KD4-96和norank_c_MB-A2-108為寡營養型微生物。分析原因為秸稈還田前期易部分腐解，釋放出碳、氮、磷、鉀等養分，補充了土壤中的有機質和速效養分，因此以富營養型微生物為主，后期當易被分解的底物耗盡時，寡營養型微生物逐漸代替了富營養型微生物，木質素結構穩定、分解困難，芽單胞菌科屬于放線菌門是重要的木質纖維素降解菌，可以誘導微生物產生降解木質纖維素的酶，所以芽單胞菌科和寡營養型微生物共同主導了后期腐解[26，29] 。

JH處理秸稈還田2年顯著增加了類諾卡氏菌科相對豐度，降低了芽孢桿菌科相對豐度，JO_1a處理芽孢桿菌科相對豐度較 JH_-1a 處理顯著降低25.00% （圖4-b和表1）。說明耐低溫復合菌劑HT20可以改善高還田秸稈量導致的微生物物種豐度下降的狀況。分析物種豐度逐年下降的原因可能是冀東濱海稻區水稻產量高，秸稈全量還田量為10500kg/hm² ，遠遠超過同類研究還田量[30-31]。2年的高還田量可能導致土壤中碳氮比失衡，抑制了微生物的生長和代謝活動，土壤微生物多樣性（圖1-b）和豐度值顯著下降[32-34]。再結合水稻秸稈不同于玉米秸稈成分，具有復雜的結構，在水田環境表現出穩定性和對快速微生物分解的抵抗性，需要更多的時間來腐解[35]。此外，本研究僅關注了稻草還田2年后水稻土微生物群落的變化，未來應針對稻草還田對水稻土微生物群落變化進行長期定位的研究。

3.2不同處理對土壤微生物菌群塑造的影響

群落裝配過程是土壤微生物多樣性和功能的產生，其反映了決定群落組成在空間和時間上的聚集[36]。因此，研究耐低溫復合菌劑HT20 在冀東濱海稻區秸稈還田的作用不僅要關注秸稈腐解的效果，還要關注腐解過程對土壤微生物群落菌群塑造情況。本研究得出結論，與CK和JO處理相比，JH處理異質選擇（確定性過程）在土壤細菌群落的組裝結果中貢獻大。隨著關鍵生育期推進，細菌群落的裝配從異質選擇的確定性 + 同質擴散和漂變共同作用的隨機過程（移栽期），擴散限制、同質擴散和漂變共同作用的隨機性過程（分蘗期）向異質選擇的確定性過程（拔節期、孕穗期和成熟期）過渡，尤其在孕穗期異質選擇所占比例相對較高，為 83% （圖5、圖6）。表明HT20在微生物群落裝配過程，由確定性和隨機性生態過程共同調控，生育期和還田年限改變了隨機過程與確定性過程的比例。分析原因可能為HT20在分藥期施肥集中，營養和空間充足，環境壓力小，遵循漂變和同質擴散過程，在移栽期、拔節期、孕穗期和成熟期異質選擇占主導地位，環境異質性對微生物群落構建產生影響，此階段土壤微生物多樣性較高（圖1），秸稈腐解與水稻生長爭奪養分，引起環境變化，決定了有分解功能的微生物或適應環境的類群存在以及它們如何隨時間變化。

Manteltest表明， pH 值、EC值、速效氮含量、速效鉀含量、速效磷含量、有機質含量顯著影響著不同處理、生育期和年限的土壤微生物群落結構（圖8），再結合冀東濱海稻區土壤厭氧條件，總是周期性的氧化還原交替作用、連續還田的種植模式等，這樣的條件環境過濾作用很強，另外水稻經歷頻繁的干濕循環，加大了隨機過程中擴散和遷移，影響微生物種群的數量和種類。表明耐低溫復合菌劑HT20是通過調節確定性組裝過程中影響微生物棲息地的偏好和適應性，選擇性地促進或抑制特定功能的微生物類群的生長，與具有特定功能的生物物種協同作用，促進彼此生長和代謝，引起土壤理化性質發生變化，導致具有特定功能微生物物種的豐度上升，從而刺激微生物多樣性。確定性過程雖可以直接操縱來調整細菌演替，然而如何識別支配確定性過程的環境因素今后仍然是很大的挑戰。

3.3不同處理對微生物生態功能的影響

確定性和隨機性生態過程共同決定了微生物群落的組成和功能[37]。與CK 和 JO 處理相比，JH處理富集了錳氧化、甲殼素分解、芳香族化合物降解、硝酸鹽還原功能（圖9-a）。JH處理主要以確定性過程為主，多樣性高，與Ruan 等的研究結果[38]一致，認為確定性組裝誘導的微生物多樣性有利于提高微生物群落的特定功能。隨著生育期推進，功能豐度有所降低。與秸稈還田1年相比， J0_2a，JH- 2a這2個處理大部分功能豐度增加，與J0_2a處理相比， JH_-2a 處理增加了硝酸鹽呼吸、氮呼吸功能豐度，顯著降低了光營養功能豐度。說明秸稈還田2年后微生物氮代謝途徑的功能增強。至于還田年限為多少年能達到最佳效果還需要進一步研究。本研究發現，與CK和JO處理相比，JH處理土壤中的優勢物種多為寡營養型，如norank_o_Vicinamibacterales（酸桿菌門）、芽孢桿菌科（厚壁菌門）、類諾卡氏菌科（放線菌門），norank_c_KD4_96（綠彎菌門）等，其特點是生長速度慢，種群結構更穩定，微生物更傾向于通過協作來緩解資源限制、維持生命過程[39]。酸桿菌門參與單碳化合物代謝和鐵循環，具有光合和反硝化能力，對提升土壤有機碳含量有積極作用[40]。放線菌門、厚壁菌門參與土壤中有機物質的降解[41-42]。有研究發現，叢毛單胞菌科為致病菌，JH處理降低了叢毛單胞菌科的相對豐度[43]

4結論

基于耐低溫復合菌劑HT20秸稈還田研究結果表明，綜合生態位理論和中性理論，確定性過程和隨機性過程二者是相輔相成的，隨生育期和還田年限變化確定性過程和隨機性過程的相對貢獻也發生不斷變化，其通過富集特定秸稈降解功能細菌微生物，改變微生物群落結構，顯著提高微生物穩定性，特別是在移栽期加速秸稈的腐解，增加土壤的氮代謝途徑和分解功能，減少動物寄生的發生。但存在連續秸稈高量還田導致的微生物物種豐度和功能下降的問題。今后應進一步開展在秸稈減量還田和還田頻率方面的研究，以更好地為冀東稻區秸稈還田提供技術理論指導。

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