稻蟹共作对水稻土性质的影响

佟德利, 郑 晗, 牟奕儒, 夏语擎, 刘天娇, 贺海升

(1. 沈阳师范大学 生命科学学院, 沈阳 110034; 2. 沈阳师范大学 实验教学中心, 沈阳 110034)

0 引 言

稻蟹共作以水稻为主体,利用河蟹的生活习性和稻田独特的空间环境和水体资源[1],有效地将水稻种植业和水产养殖业结合起来进行科学管理[2],具有良好的经济效益与生态效益。我国稻蟹共作已发展近40年,稻蟹种养面积约为1.967×105hm2,占全国稻渔综合种养面积的4.97%,而产量为4.27×104t,占全国稻渔综合种养产量的1.83%[3]。稻蟹共作不但可以生产出消费者喜食的河蟹,还可以改善稻田土壤的理化性状,延长水稻生育期,增加生物量[4-6]。本文研究了稻蟹共作对稻田土壤性质的影响,以期为稻田养蟹的增产、增效机理提供科学依据。

1 材料与方法

试验田位于辽宁省盘锦市坝墙子镇姜家村,供试水稻品种辽星1号,供试的水产养殖对象为中华绒鳌蟹。水稻移栽密度1.33万穴/667 m2,每穴3本,中华绒鳌蟹(蟹苗150只/kg)放养量为500～600只/667 m2。试验采用随机区组设计,3次重复,小区面积40 m×37 m[7]。试验田始于2007年,样品取自2020年9月,采用5点取样法,挑除水稻根系等杂物后混匀,一部分风干过1 mm筛用于测定理化性质,一部分保存于-20 ℃冰箱用于微生物学性质的测定。

2 结果与分析

2.1 稻蟹共作对水稻土理化性质的影响

表1 稻蟹共作对水稻土部分理化性质的影响Table 1 Effect on selected soil physichemical properties under rice-crab co-culture system

2.2 稻蟹共作对水稻土酶活性的影响

稻蟹共作后,水稻土脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性均有所下降(表2),脲酶和磷酸酶活性降幅分别达到40%和20%,且均达到显著水平(p<0.05)。磷酸酶活性降低导致了稻蟹共作土壤中有效磷含量低于对照处理[12]。

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

2.3 稻蟹共作对土壤微生物群落组成的影响

2种处理下细菌的优势菌门(丰度>5%)均为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)(图1(a))。稻蟹共作后,变形菌门、酸杆菌门相对丰度分别下降了46.72%和18.55%,导致固氮微生物种群相对丰度有所降低[13],从而影响土壤脲酶活性[14]。绿弯菌门、放线菌门、拟杆菌门相对丰度分别增加63.26%,64.55%,48.72%,加快了土壤中有机物料的分解与吸收[15]。

(a) 细菌群落组成; (b) 真菌群落组成图1 稻蟹共作对水稻土微生物群落组成的影响Fig.1 Effects of rice crab intercropping on microbial community composition in paddy soil

对照处理真菌的优势菌门(丰度>5%)为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、未分类菌门(Fungi_unclassified)、接合菌门(Zygomycota)(图1(b))。稻蟹共作后,接合菌门(Zygomycota)不再是优势菌门,子囊菌门相对丰度则增加了65.53%,有利于螃蟹粪便在其分解作用下充分释放养分[16]。担子菌门相对丰度减少了27.38%,可有效减少病原菌数量[17]。

2.4 稻蟹共作对水稻土微生物多样性的影响

稻蟹共作后,水稻土细菌、真菌Chao1指数分别升高9.46%和28.52%,微生物物种丰富度均有所增加,真菌物种丰富度增加更为明显;水稻土细菌Shannon指数增加了3.06%,细菌群落的多样性有所增加;真菌的Shannon指数减少4.64%,真菌群落多样性降低,但变化均不显著(表3)。

表3 稻蟹共作对土壤微生物多样性指数的影响Table 3 Effect on soil microbial Chao1 index and Shannon index under rice-crab co-culture system

2.5 微生物多样性与水稻土性质之间的关系

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[18]。如表4所示,细菌Chao1指数与土壤理化性质无明显相关性,Shannon指数与TC呈显著负相关(p<0.05),表明细菌群落的多样性指数受土壤全碳含量影响。变形菌门与pH、磷酸酶活性显著正相关(p<0.05),与TN显著负相关(p<0.05)。绿弯菌门、放线菌门与pH、磷酸酶活性显著负相关(p<0.05),与TN显著正相关(p<0.05)。拟杆菌门与pH显著正相关(p<0.01),与土壤磷酸酶活性显著负相关(p<0.05)。酸杆菌门与pH、土壤磷酸酶活性显著正相关(p<0.05)。

表5数据表明,真菌Chao1指数与土壤理化性质无明显相关性,Shannon指数与pH、脲酶活性显著正相关(p<0.05),与铵态氮含量呈极显著负相关(p<0.01)。子囊菌门与土壤pH极显著负相关(p<0.01),子菌门、接合菌门、未分类真菌则与土壤pH极显著正相关(p<0.01)。

表4 细菌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

表5 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

3 讨论与结论

致谢感谢沈阳师范大学优秀人才支持计划(202106027)和沈阳师范大学大学生创新创业项目(202010166021)的支持。