2021, Vol. 42
我国作为一个农业大国, 农作物秸秆种类繁多且来源丰富, 每年可产生数十亿吨农作物秸秆[1], 是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一[2].作物秸秆作为物质、能量和养分的载体, 含有丰富的碳、氮、磷、钾、中微量元素以及木质素和纤维素等有机物, 是一种重要的可再生资源[3], 秸秆还田作为改善土壤环境和提高土壤肥力的一种重要方式在全球农业生产活动中广泛应用[4].已有研究表明秸秆还田能够提供作物生长所需的养分元素, 还可以调节土壤物理结构, 改善土壤生物功能[5].程曼等[6]的研究表明, 秸秆还田可以显著提高单季种植作物土壤的全氮、全钾及腐殖质含量, 提高土壤肥力[7], Bai等[8]的研究发现稻麦轮作农田实施秸秆还田后提高了土壤氮和有机质含量.
土壤酶和微生物作为评价土壤生物学特性的指标, 在土壤养分循环及有机质分解等方面起重要作用[9].土壤酶来源于根系分泌物、凋落物和微生物活动[10], 是各种生化过程和养分循环的活性成分, 土壤中碳和氮等营养元素的转化主要依赖于土壤酶系统[11].土壤酶是连接土壤微生物和土壤化学过程的重要媒介, 其活性大小可反映出各养分代谢活性的强度[12], 是评价土壤肥力的重要指标之一.土壤微生物活动对于营养物质循环和碳固存至关重要, 能够改善土壤结构, 分解不易被植物吸收的有机质和矿物, 使土壤中营养元素更好地被植物吸收利用[13].秸秆还田在土壤中的分解转化过程是在土壤微生物的推动作用下进行的.秸秆还田为土壤微生物的繁殖生长提供了充足的碳源, 增加了碳源的含量和种类[14, 15].Li等[16]的研究表明, 秸秆还田改变了华北平原壤质潮土细菌的群落结构, 增加了与复杂有机物质降解相关细菌的丰度.Zhao等[17]的研究发现, 秸秆还田使得土壤细菌群落结构发生明显变化, 同时土壤细菌和真菌的丰富度和多样性与土壤硝态氮呈显著正相关. 6 a的定位试验结果表明, 相比于单施化肥处理, 秸秆还田配施化肥显著提升了土壤肥力, 增加了土壤酶活性和细菌丰度, 改变了细菌群落结构[18].因此开展土壤微生物相关研究, 有利于维护与改良土壤生态系统功能.
目前, 有关于秸秆还田的研究主要集中在土壤微生物总生物量和群落组成变化方面, 而不同种植作物种类和轮作制度下土壤的微生物群落也存在差异[19], 对秸秆还田配施化肥的响应也有所不同.因此本研究通过连续4 a的田间试验探讨秸秆还田配施化肥对稻-油轮作模式下土壤酶活性、细菌和真菌多样性及群落组成结构的影响, 以探究土壤养分与土壤微生物群落变化规律及其与土壤酶活性的关系, 以期为合理利用秸秆资源, 调节土壤养分, 提高作物产量, 改善土壤生物功能提供科学依据.
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验区位于安徽省巢湖市烔炀镇(东经117°41′37″, 北纬31°39′37″), 试验点具体位置见图 1.属亚热带湿润季风气候, 气候特点为常年气候温和, 日照充足, 雨量充沛.降雨主要集中在夏季, 年平均降水量1 210 mm, 年平均气温18~19℃.土壤类型为潜育型水稻土, 初始土壤理化性质见表 1.
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图 1 试验点区域位置示意 Fig. 1 Location of test site |
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表 1 土壤理化性质 Table 1 Physical and chemical properties of soil |
1.2 试验设计
定位试验始于2016年6月, 种植制度为水稻-油菜轮作, 水稻供试品种为“徽两优996”, 于每年6月中旬移栽, 10月初收获.油菜供试品种为“秦优十号”, 于每年11月中旬移栽, 次年5月收获.田间管理按照当地常规生产模式进行.试验共设置4个处理：无秸秆+无施肥(CK)、常规施肥(F)、秸秆还田+常规施肥(SF)和秸秆还田+常规施肥减20%(SDF), 每个处理3次重复, 共12个小区, 呈随机区组分布.试验小区田埂用水泥堆砌而成, 面积为30 m2, 长4 m、宽7.5 m.本试验中供试肥料为复合肥(氮-磷-钾：18- 10- 18)和尿素(氮含量46.4%), 常规施肥参照当地施肥量和方式, 具体施肥情况见表 2.每季试验前先将上季作物收获, 留茬10 cm左右, 通过收割机将上一季的秸秆切碎翻耕入土, 长度为5~10 cm, 秸秆还田量为上季作物收获后所有秸秆量.
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表 2 不同处理施肥情况 Table 2 Fertilization of different treatments |
1.3 样品采集与测定方法
在连续秸秆还田的第4年, 即2019年9月水稻收获和2020年5月油菜收获期, 按照五点采样法分别采集0~20 cm耕层土壤样品, 混匀后装于放有冰袋的保温箱中立即带回实验室.将土壤样品分为3份, 风干测定土壤养分含量, 鲜土测定土壤酶活性, 另一份土壤样品保存于-80℃, 用于土壤微生物分析.
土壤理化性质测定参见文献[20].土壤OM采用重铬酸钾-外加热法测定; 土壤全氮(TN)采用凯氏定氮法测定; 土壤TP采用高温酸融-钼锑抗比色法测定; 土壤AP采用NaHCO3提取-钼锑抗比色法测定; 土壤AN采用碱解扩散法测定; 土壤pH采用电极法(水土比2.5 ∶1).
土壤酶活性测定方法参见文献[21].过氧化氢酶活性：高锰酸钾容量法, 以1 g土壤1 h内消耗的0.005 mol ·L-1KMnO4的体积数(mL)表示土壤过氧化氢酶活性; 磷酸酶活性：磷酸苯二钠比色法, 以24 h后1 g土壤中释放出的酚的毫克数(mg)表示磷酸酶活性; 脲酶活性：苯酚钠-次氯酸钠比色法, 以24 h后1 g土壤中NH4+-N的毫克数(mg)表示土壤脲酶活性; 蔗糖酶活性以24 h后每克土壤中葡萄糖的毫克数(mg)表示蔗糖酶活性.
土壤样品微生物的DNA提取采用MOBIO公司生产的土壤DNA提取试剂盒法(Power Soil DNA Isolation Kit), 采用细菌16S rRNA基因的V3-V4高变区序列引物(5′-ACTCCTAGGGAGGGCAGCAG- 3′、5′-GGACTACHVGGGTWTTCTAAT- 3′)和真菌ITS rRNA区序列引物(5′- GGAAGTAAAAGTCGT AACAAGG- 3′、5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC- 3′) 来进行PCR扩增.用2%琼脂糖凝胶电泳检测PCR扩增产物, 并使用AxyPrep DNA凝胶回收试剂盒切割凝胶来回收目标片段, 利用Quantiflur-ST对PCR产物进行定量检测.根据每个样本的测序量需求, 将PCR扩增产物等摩尔混合, 并在Illumina MiSeq PE300平台上进行测序分析.
1.4 数据处理运用Microsoft Excel 2016处理数据, SPSS 22.0软件分析数据, Duncan进行样本平均数的差异显著性比较, OriginPro 8作图.进行冗余分析以评价土壤理化性质及pH对土壤酶活性的影响.使用SPSS 22.0对土壤环境因子、酶活性、群落多样性和结构组成进行皮尔逊(Pearson)相关性分析.图表数据均为3次重复的平均值±标准误.
2 结果与分析 2.1 土壤养分含量及pH的变化由表 3可知, 连续进行4 a的秸秆还田后, 与F相比, 秸秆还田配施化肥处理(SF和SDF)增加了稻-油轮作农田土壤的养分含量.水稻季SF较F处理的TN、AP和AN分别增加了4.83%、6.80%和6.22%, 其中OM和TP含量显著提高了7.94%和24.07%(P < 0.05), SDF与F处理相比的TN、AP、AN和TP分别增加了0.08%、0.61%、1.26%和19.33%.油菜季SF与F处理相比的TN、TP、AP和OM分别增加了1.72%、17.69%、37.16%和6.15%, SDF处理的TN、TP、AP和OM则分别增加了0.76%、3.40%、7.40%和7.04%, 其中SF和SDF较F处理的AN含量则显著提高了13.62%和13.10%(P < 0.05).常规与秸秆还田施肥处理均能够使土壤的pH值有所下降, CK处理的pH值最高.与CK相比, SF和SDF处理的pH在水稻季显著降低4.45%和7.82%(P < 0.05), F处理降低不显著, 油菜季F、SF和SDF处理的pH值较CK显著降低10.30%、11.67%和8.64%(P < 0.05).
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表 3 不同处理对土壤养分及pH的影响1) Table 3 Effects of different treatments on soil nutrients and pH |
2.2 土壤酶活性
根据图 2和图 3可知, 秸秆还田配施化肥较常规施肥处理均增加了土壤的酶活性, 4种酶活性均表现为SF＞SDF＞F＞CK.与F相比, SF处理的土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性在水稻季增加了4.34%和9.09%, 油菜季则增加了4.56%和11.64%.土壤磷酸酶和脲酶活性在水稻季显著提高了28.54%和24.13%, 油菜季显著提高了38.97%和30.70%(P < 0.05).SDF处理的土壤过氧化氢酶、磷酸酶和蔗糖酶活性较F处理在水稻季分别增加了0.65%、18.76%和1.38%, 油菜季则分别增加了2.57%、26.19%和12.05%.而脲酶活性较F处理在水稻和油菜季达显著差异, 分别提高了20.31%和24.33%(P < 0.05).可见, 稻-油轮作农田土壤的脲酶活性变化对秸秆还田的响应更为敏感, 其次是磷酸酶.
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小写字母标注不同处理之间差异显著(P < 0.05), 下同 图 2 水稻季不同处理下土壤酶活性变化 Fig. 2 Changes in soil enzyme activities under different treatments in rice season |
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图 3 油菜季不同处理下土壤酶活性变化 Fig. 3 Changes in soil enzyme activities under different treatments in rape season |
如表 4所示, 水稻季收获后SF和SDF处理的土壤细菌群落的Chao1指数较F处理增加了6.55%和6.12%, Shannon指数增加了2.15%和2.69%.油菜季SF和SDF处理土壤的细菌Chao1指数较F处理减少了1.69%和4.50%, Shannon指数则减少了1.22%和0.71%, 但各处理间差异不显著.对于真菌群落而言, 与F处理相比, 水稻季SF和SDF的Chao1指数增加了3.65%和8.12%, Shannon指数增加了1.38%和7.83%.油菜季SF和SDF的Chao1指数较F处理增加了10.81%和2.87%, SF处理的Shannon指数与F相比增加了7.96%.可见稻-油轮作下, 秸秆还田配施化肥可增加水稻季土壤细菌和真菌群落丰富度和多样性, 降低油菜季土壤细菌群落丰富度和多样性, 增加真菌群落丰富度和多样性.
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表 4 稻-油轮作下土壤细菌与真菌Chao1指数和Shannon指数 Table 4 Chao1 index and Shannon index of soil bacteria and fungi under rice-rape rotation |
2.4 土壤微生物群落构成
不同处理下细菌和真菌群落结构在门水平上的物种组成如图 4所示.门水平上水稻季各处理土壤细菌按丰富度排列为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、黏胶球形菌门(Latescibacteria)和嗜热菌门(Ignavibacteriae)等门类, 这10类菌占总细菌的93.35% ~94.39%, 其中优势细菌门(丰度＞5%)变形菌门占比最高, 为36.10% ~39.06%, 其次为绿弯菌门(17.63% ~21.09%)、酸杆菌门(8.69% ~13.64%)、硝化螺旋菌门(6.82% ~8.99%)、芽单胞菌门(5.06% ~5.66%).子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota) 是各处理土壤的优势真菌门, 相对丰度45.08% ~54.01%和3.23% ~9.98%, 其次为接合菌门(Zygomycota)、隐真菌门(Rozellomycota)及球囊菌门(Glomeromyta).在本研究中, 与F相比, 水稻季SF和SDF处理的细菌变形菌门相对丰度增加了8.22%和7.88%, 绿弯菌门增加了12.00%和11.25%, 酸杆菌门减少了11.44%和16.83%, 硝化螺旋菌门减少了3.00%和9.45%, 芽单胞菌门则减少了10.47%和3.24%.对于水稻季真菌群落而言, SF和SDF较F处理的担子菌门相对丰度显著提高了70.00%和43.42%.
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图 4 水稻季土壤细菌与真菌群落组成 Fig. 4 Composition of soil bacterial and fungal communities in rice season |
图 5中变形菌(Proteobacteria)(35.59% ~41.65%)、绿弯菌门(Chloroflexi1)(17.40% ~19.02%)、酸杆菌门(Acidobacteria) (14.59% ~15.54%)、拟杆菌门(Bacteroidetes)(6.49% ~7.33%)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae) (3.03% ~3.82%)为油菜季各处理土壤优势细菌门, 共占细菌总量的79.29% ~91.00%.子囊菌门(Ascomycota)(32.42% ~37.82%)、油壶菌门(Olpidiomycota)(15.11% ~21.88%)、担子菌门(Basidiomycota)(13.66% ~17.07%)、被孢菌门(Mortierellomycota)(10.14% ~13.55%)是各处理土壤的优势真菌门, 共占真菌总量的69.48% ~87.78%.结果表明, 与F相比, 油菜季秸秆还田处理(SF和SDF)的变形菌门、绿弯菌门和拟杆菌门分别增加了5.68% ~18.53%、8.43% ~15.02%和6.34% ~11.07%.真菌群落中SF和SDF处理的子囊菌门(Ascomycota) 较F相比, 显著提高了69.79%和43.72%, SDF处理的油壶菌门(Olpidiomycota)相对丰度显著降低了29.80%.
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图 5 油菜季土壤细菌与真菌群落组成 Fig. 5 Composition of soil bacterial and fungal communities in rape season |
为解释引起土壤酶活性变化的主要环境因子, 对稻-油轮作下土壤酶活性与土壤养分及pH进行了RDA分析(图 6).结果表明, 第一排序轴和第二排序轴分别可以解释水稻季土壤酶活性变化的84.38%和9.39%, 油菜季土壤酶活性变化的87.72%和8.74%, 前两轴共解释了93.77%的水稻季土壤酶活性总变异和96.46%的油菜季土壤酶活性总变异.由图 6(a)可知, 秸秆还田后水稻季土壤的OM、TP和TN与土壤酶活性呈正相关, 土壤pH与土壤各酶活性呈负相关.根据图 6(b)结果显示, 油菜季的土壤AN、TP和AP与土壤酶活性呈正相关, 土壤pH与土壤各酶活性呈负相关.
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红色箭头连线表示土壤理化性质及pH, 蓝色箭头连线表示土壤酶活性 图 6 土壤酶活性与理化性质的RDA分析 Fig. 6 RDA analysis of soil enzyme activity and physical and chemical properties |
将各处理间的微生物群落α多样性和结构组成与土壤理化性质和酶活性进行相关性分析, 土壤细菌和真菌α多样性由Shannon指数和Chao1指数来反映.由表 5可知, 细菌与真菌的Chao 1指数和Shannon指数与土壤理化性质在水稻和油菜季无明显相关性, 水稻季细菌的Shannon指数与土壤脲酶显著正相关(P < 0.05).对于稻-油轮作下门水平上的优势细菌与真菌群落构成而言, 水稻季的变形菌门与土壤TP和磷酸酶明显正相关(P < 0.05), 与脲酶极显著正相关(P < 0.01), 酸杆菌门与土壤AP和过氧化氢酶显著负相关(P < 0.05).子囊菌门与土壤pH极显著正相关(P < 0.01), 担子菌门与土壤TP和脲酶明显正相关(P < 0.05), 与磷酸酶极显著正相关(P < 0.01), 见表 5.
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表 5 细菌与真菌α多样性与门水平上优势菌群与土壤理化性质和酶活性之间的相关性(水稻季) 1) Table 5 Correlation between α diversity of bacteria and fungi and dominant flora at the phylum level, with physical and chemical properties of soil and enzyme activities (rice season) |
油菜季的皮尔逊相关性分析结果显示(表 6), 变形菌门与土壤TP、AP和磷酸酶显著正相关(P < 0.05), 与脲酶明显负相关(P < 0.05).酸杆菌门和拟杆菌门与土壤磷酸酶极显著正相关(P < 0.01), 与脲酶显著正相关(P < 0.05).油壶菌门与土壤OM、过氧化氢酶和蔗糖酶极显著正相关(P < 0.01), 与AN显著正相关(P < 0.05), 而担子菌门与土壤pH极显著负相关(P < 0.01).综上可知土壤优势细菌、真菌群落构成与土壤理化性质和酶活性密切相关, 土壤环境因子的变化能引起土壤优势细菌和真菌群落构成发生改变.
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表 6 细菌与真菌α多样性与门水平上优势菌群与土壤理化性质和酶活性之间的相关性(油菜季) Table 6 Correlation between α diversity of bacteria and fungi and dominant flora at phylum level and soil physical and chemical properties and enzyme activities (rape season) |
3 讨论 3.1 秸秆还田配施化肥对土壤理化性质的影响
本研究结果显示秸秆还田可增加稻-油轮作农田氮磷及有机质养分含量, 均以SF处理最高.SF处理的有机质含量在水稻季达到显著提高(P < 0.05), 这与Zhu等[19]的研究结果一致.秸秆中养分是提高土壤有机碳的重要来源, 外源碳的持续加入激发了土壤微生物的活性, 加强了微生物矿化和固定过程, 促进秸秆中碳在土壤中的积累[22].旱地土壤通气性优于淹水土壤, 秸秆还田加速了微生物呼吸作用, 使其微生物生物量和活性提高[23], 不利于根际土壤有机质累积, 水稻土壤由于淹水厌氧环境限制了有机质分解消耗, 使土壤养分得以积累[24].本研究表明, 与F处理相比, 秸秆还田显著提高水稻季土壤全磷含量, 其原因是稻-油轮作种植过程中, 秸秆中养分的投入活化了土壤磷库[25], 水稻季淹水环境中土壤pH趋向中性, 中性范围内磷的有效性最高[26].淹水状态下土壤处于还原条件, 土壤中铁、锰等氧化物在还原条件下会释放出与其结合的闭蓄态磷, 提升土壤磷的扩散能力和有效性[27].另一方面, 秸秆腐解过程中也为土壤输入了磷素[28], 导致土壤中磷素含量增加.本试验显示秸秆还田处理可提高土壤固氮能力, SF和SDF处理的油菜季碱解氮含量与F相比显著提高.秸秆还田通过提高微生物活性, 调节矿质氮的固定与转化, 将易流失的无机氮转化为相对稳定的有机氮, 使土壤中的氮素积累[29].另一方面作物生长期落叶和残根增加了土壤中的有机物料, 其氧气充沛的土壤条件加速分解, 有利于氮素固存, 这与Yang等[30]的研究结果一致.本研究中常规施肥与秸秆还田配施化肥处理均可降低土壤pH值, 但与背景值并无较大差异, 秸秆还田短期内对土壤的pH值无显著影响, 这与Zhu等[19]的研究结果一致.由于秸秆在分解过程中产生了大量的有机酸, 如乙酸和腐植酸-黄腐酸等, 但很快会因土壤自身的酸碱缓冲能力而有所恢复, 短期内不会影响土壤酸碱度[19].
3.2 秸秆还田配施化肥对土壤酶活性的影响本研究表明, 与不还田相比, SF和SDF处理的土壤过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性在水稻和油菜季均有所提高, 其中SF处理的土壤脲酶和磷酸酶较F处理达到显著水平.土壤酶是土壤中物质的转化、养分释放和固定等过程的重要参与者, 对土壤肥力的形成也具有重要作用[31].脲酶是促进土壤氮素转化的专一酶, 磷酸酶对促进土壤碳、氮、磷元素转化有显著作用, 蔗糖酶和过氧化氢酶主要驱动土壤有机质的分解[32].秸秆还田腐解过程中, 有机物料的投入改变了土壤的团聚体和孔隙结构, 提高缓冲作用和持水力, 为各种酶提供载体[33].另一方面秸秆的输入为土壤中相关微生物提供了丰富的能量原料[5], 优化了土壤微生物生存环境[34], 促进微生物新陈代谢活动, 能够刺激微生物分泌参与碳氮磷循环相关的土壤酶, 使其随着旺盛的根系分泌和土壤微生物活动进入土壤, 导致土壤中酶活性增加[35], 加快土壤中碳氮周转.张涵等[12]和冯慧琳等[36]的研究表明土壤碳氮比是影响土壤酶活性的关键影响因素, Wang等[37]的试验得出秸秆还田与化肥配施, 加速了土壤有机碳的矿化分解进程, 对土壤酶活性均有一定程度的提高.这与本研究结果一致.本试验结果显示相比于水稻季, 秸秆还田在油菜季对土壤酶活性的影响更为显著.由于秸秆中含有较多纤维素及木质素降解菌[18], 油菜季良好的土壤通气环境能有效促进秸秆碳氮养分的分解释放, 为土壤酶提供更多和更丰富的酶促反应基质.
3.3 秸秆还田配施化肥对土壤微生物多样性及群落结构的影响本试验结果表明秸秆还田配施化肥对水稻、油菜土壤的细菌和真菌多样性和群落结构具有一定的影响, 能够提升水稻季土壤细菌的Chao1指数和Shannon多样性指数, 对油菜季土壤细菌的Chao1指数和Shannon多样性指数有所降低.Liu等[38]的研究表明长期单施化肥显著降低细菌的丰富度和多样性.秸秆的加入为以异养方式生存的细菌提供了外源有机物料等营养物质, 有利于其繁殖生长, 减少各细菌群落之间的竞争[39], 增强稻田土壤细菌群落的多样性, 这与Wang[40]和Zhang等[41]的研究结果一致.刘文静等[42]的研究表明细菌在淹水条件的细菌α多样性显著高于旱作生态系统.由于水稻季厌氧环境下电子受体的多样化增强了各细菌群落之间的稳定性[43].油菜季频繁的翻耕活动以及特定施肥方式导致了特定微生物才能在此环境过滤作用下存活, 抵抗外界干扰能力相对较小, 秸秆的加入增加了微生物分解负担, 从而降低了微生物多样性.而对于真菌而言, 秸秆还田配施化肥较单施化肥处理增加稻-油轮作农田土壤真菌的Chao1指数和Shannon多样性指数.真菌适宜在pH < 5的酸性土壤中生存, 土壤pH下降会刺激嗜酸性真菌的生长繁殖[44], 弱碱性环境并不利于真菌的生长[45].研究结果显示秸秆还田配施化肥短期内会降低土壤的pH值, 但无显著差异性, 故短期内会增加稻-油轮作农田土壤的真菌α多样性.
从微生物群落结构来看, 稻-油轮作下农田土壤微生物优势细菌门为变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门等, 秸秆还田配施化肥增加了土壤变形菌门和绿弯菌门群落的相对丰度, 这与前人的研究结果一致[46].秸秆还田过程中养分的供应决定了土壤微生物种群生长的关键因素, 其中有机质作为微生物繁殖的重要碳源[14], 是引起微生物群落发生改变的影响因素.秸秆还田提高了土壤C/N, 也为微生物生长提供了基质.变形菌门在秸秆还田处理土壤中占用较高的比例, 其包含多种代谢固氮细菌种类[47], 能够广泛参与土壤矿物碳氮等多种营养元素的生物化学循环过程.秸秆还田带来的有机物料通过矿化和降解释放氮, 从而补充了土壤氮库, 促进了固氮细菌的生长繁殖, 从而刺激了变形菌门中固氮微生物种群相对丰度的增加[48], 有利于土壤肥力的保持和植物生长.绿弯菌门中的微生物主要为厌氧类细菌, 可将糖和多糖发酵成有机酸和氢[49], 从而加快土壤中有机物料的分解与吸收.Wegner等[50]的研究表明, 绿弯菌门对秸秆中半纤维素的降解具有促进作用.Yu等[51]的研究表明经过连续6 a的秸秆还田后, 土壤中绿弯菌门相对丰度显著高于无秸秆还田处理.
本研究中真菌群落丰度最高的优势菌门为子囊菌门, 秸秆还田配施化肥能够提高水稻-油菜轮作土壤中子囊菌门和担子菌门真菌群落的相对丰度, 这与文献[41, 52]的研究结果一致.秸秆施用后土壤真菌群落丰度都有一定程度地增加, 这很可能是由于秸秆还田过程中有机质的矿化, 消耗土壤中的氧气, 使土壤中微生物兼性厌氧微生物或厌氧微生物的相对丰度增加[13].因为真菌群落中的子囊菌门是一类腐生菌, 其产生的纤维素酶能够分解土壤中的有机物, 如纤维素和木质素等, 秸秆还田后的植物残茬在子囊菌门的降解作用下充分释放养分[53].结果显示油菜季经秸秆还田处理的子囊菌门较常规施肥处理显著提高, 这是由于子囊菌门适宜在干旱环境下生存[54], 油菜季土壤通气性较淹水状态的水稻季更利于其生长.水稻季经秸秆还田处理的担子菌门相对丰度较常规施肥处理显著提高, 可能由于担子菌门中的白腐真菌能够有效分解秸秆中碳氮比高的木质素[17], 秸秆还田为担子菌门提供了良好的生长环境, 能够充分利用降解作物残留物, 促进其快速增长, 从而改变真菌群落的物种组成.
4 结论水稻-油菜轮作模式下, 秸秆还田配施化肥能够有效提高土壤养分含量, 水稻季土壤OM和TP显著提高, 油菜季表现为AN含量显著提高.秸秆还田可显著提高稻-油轮作农田土壤脲酶和磷酸酶活性.在秸秆还田的基础上, 相比于水稻季, 油菜季土壤酶活性对秸秆还田的响应更为显著.其中, 水稻季土壤OM、TP及TN是影响土壤酶活性的主要环境因子, 油菜季土壤AN、TP及AP为主控因子.土壤pH与土壤各酶活性呈负相关.采用高通量测序技术表明, 秸秆还田配施化肥能够提升水稻季土壤细菌与真菌的Chao1和Shannon多样性指数, 降低油菜季土壤细菌的Chao1和Shannon多样性指数, 增加真菌的Chao1和Shannon多样性指数.变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门和硝化螺旋菌等是主要细菌类群, 子囊菌门和担子菌门是主要的真菌类群, 其中土壤TP和AP是影响稻-油轮作下农田土壤细菌群落构成的主要因子, 土壤OM、AN和pH是影响土壤真菌群落发生改变的主要因素, 土壤磷酸酶与脲酶和土壤微生物之间关系密切.因此, 持续性秸秆还田配施化肥能够改善稻-油轮作农田土壤的生态环境和维持生态系统功能的稳定, 进而保障农业的可持续发展.
致谢: 特别感谢巢湖市烔炀镇西宋村王世昌等田间管理人员给予本研究长期的协助与支持.
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