佀國(guó)涵，彭成林，徐祥玉，趙書(shū)軍，徐大兵，袁家富*，賈平安，劉 軍（ 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，武漢 40064； 潛江市農(nóng)技推廣中心，湖北潛江 499； 湖北蝦鄉(xiāng)食品有限公司，湖北潛江 499）

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稻-蝦共作模式對(duì)澇漬稻田土壤微生物群落多樣性及土壤肥力的影響①

佀國(guó)涵1，彭成林1，徐祥玉1，趙書(shū)軍1，徐大兵1，袁家富1*，賈平安2，劉 軍3
（1 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，武漢 430064；2 潛江市農(nóng)技推廣中心，湖北潛江 433199；3 湖北蝦鄉(xiāng)食品有限公司，湖北潛江 433199）

摘 要：研究了稻-蝦共作模式對(duì)澇漬稻田土壤微生物群落功能多樣性及土壤肥力的影響。結(jié)果表明，稻-蝦共作模式的土壤平均顏色變化率（AWCD值）在0 ～ 50 cm土層均高于中稻單作模式，其中在25 ～ 50 cm土層中土壤AWCD值達(dá)到顯著差異。0 ～ 25 cm土層，相對(duì)于中稻單作模式，稻-蝦共作模式的土壤微生物群落McIntosh指數(shù)顯著增加，且其微生物對(duì)胺類和酸類的利用率顯著提高；而25 ～ 50 cm土層，稻-蝦共作模式的土壤微生物群落Shannon指數(shù)和McIntosh指數(shù)均顯著高于中稻單作模式，其土壤微生物對(duì)糖類、醇類和酸類的利用率較中稻單作模式顯著提高；主成分分析表明對(duì)碳源利用主成分起分異作用的碳源為糖類和酸類。稻-蝦共作模式的土壤有機(jī)碳和全氮含量在25 ～ 50 cm土層顯著低于中稻單作模式，其土壤有機(jī)碳和全氮含量較中稻單作模式分別下降了41.8% 和34.8%，0 ～ 25 cm土層不同模式的土壤養(yǎng)分無(wú)顯著差異。由上可知稻-蝦共作模式提高了土壤微生物的活性以及群落功能多樣性，尤其對(duì)底層土壤的影響尤為顯著，但降低了底層土壤的有機(jī)碳和全氮含量。

關(guān)鍵詞：稻-蝦共作模式；土壤微生物群落；功能多樣性；土壤肥力

中國(guó)南方澇漬田主要分布在沿江平原圩區(qū)、濱湖地區(qū)、臨海地區(qū)、珠江三角洲以及山丘區(qū)的沖壟地等［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)在長(zhǎng)江中游地區(qū)中，僅江漢平原澇漬田的面積就約達(dá)76.7萬(wàn)hm2，占該區(qū)總耕地面積的39.4%［2］。由于地下水位高、排水不暢，土壤水分過(guò)多，土質(zhì)黏重，透氣性差，土壤還原性強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)分解緩慢，從而使得澇漬田土壤耕層水、肥、氣、熱狀況失調(diào)［3］。

小龍蝦，學(xué)名克氏原螯蝦（Procambarus clarkii），隸屬于甲殼綱十足目螯蝦科，是一種頗具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的蝦類，具有很強(qiáng)的掘穴能力，在冬夏兩季營(yíng)穴居生活，成蝦的洞穴深度大部分為50 ～ 80 cm，少部分可以達(dá)到80 ～ 150 cm［4-5］。稻-蝦復(fù)合種養(yǎng)模式于30多年前已在美國(guó)路易斯安娜州實(shí)行［6］，但是由于小龍蝦的活動(dòng)降低了稻田水的濁度，從而影響了水稻種子的萌發(fā)率，而且小龍蝦能夠嚼斷并攝食水稻幼苗［7］，因此長(zhǎng)期以來(lái)小龍蝦往往視為一種稻田害蟲(chóng)作為防治對(duì)象［8］。稻-蝦共作模式是一種綜合利用的種養(yǎng)模式，即以澇漬水田為基礎(chǔ)，以種稻為中心，稻草還田養(yǎng)蝦為特點(diǎn)的自然生態(tài)和人為干預(yù)相結(jié)合的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，該模式為每年 9—10月份中稻收割灌水后將小龍蝦苗投向稻田進(jìn)行寄養(yǎng)，小龍蝦以被淹的稻草以及稻田中的浮游生物為食，在次年的5—6月份水稻插秧前收獲成熟小龍蝦［9］，而未成熟的幼蝦隨水遷移至稻田周?chē)奈r溝中，然后排水整地、移栽中稻，待中稻分蘗后復(fù)水，幼蝦再次進(jìn)入稻田生活，在中稻收獲前收獲下一季成熟小龍蝦，該模式充分地利用了稻田的淺水環(huán)境和冬閑期，把種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合起來(lái)，更好地保持了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)良性循環(huán)。稻-蝦共作模式目前僅在湖北省已推廣近 13.3萬(wàn) hm2，調(diào)查結(jié)果表明該模式平均產(chǎn)值比傳統(tǒng)“稻-油輪作”模式或“稻-麥輪作”模式多收入近4.5萬(wàn)元/hm2，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

目前關(guān)于稻-蝦共作模式的研究主要集中在該模式的生產(chǎn)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)效益等方面，而對(duì)稻田土壤肥力以及土壤微生物群落功能多樣性影響等方面的研究鮮有報(bào)道。本研究以湖北省稻-蝦共作模式大面積推廣的江漢平原為對(duì)象，通過(guò)比較稻-蝦共作模式和中稻單作模式下土壤養(yǎng)分以及土壤微生物群落功能多樣性的變化，旨在探索稻-蝦共作模式對(duì)澇漬稻田土壤養(yǎng)分及微生物的影響，為進(jìn)一步研究該模式下土壤環(huán)境過(guò)程變化提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)為推廣稻-蝦共作模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域選在湖北省潛江市白鷺湖農(nóng)場(chǎng)，地理坐標(biāo)為 30°11′N(xiāo)、112°43′E，屬江漢平原低湖區(qū)，冬季靜態(tài)地下水位40 ～ 60 cm，北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均氣溫16.1℃，無(wú)霜期246天，年均降雨量1 100 mm，土壤類型為湖積物發(fā)育而成的潮土性水稻土，種植制度為中稻-冬泡。

1.2 樣地描述與樣本采集

在研究區(qū)域內(nèi)，選擇稻-蝦共作模式 8年（CR8）和中稻單作模式 （CR0） 的田塊作為采樣田塊。稻-蝦共作模式中水稻收獲后泡水養(yǎng)蝦，稻草全量還田；中稻單作模式中水稻收獲后，冬泡，不養(yǎng)蝦，稻草不還田。在中秈稻產(chǎn)量達(dá)到9 750 kg/hm2的前提下，稻-蝦共作模式中秈稻的施肥量一般為每年施N 79.5 kg/hm2、施P2O518.3 kg/hm2和施K2O 33.4 kg/hm2，而中稻單作模式中，秈稻的施肥量一般為每年施N 129 kg/hm2、施P2O524.3 kg/hm2和施K2O 36.6 kg/hm2。

于2014年10月份進(jìn)行土壤樣品的采集，在每一種模式中隨機(jī)選擇10塊具有代表性的田塊，按0 ～25、25 ～ 50 cm 土層采集土樣。樣品分兩份，一份鮮土，去除植物殘根和石塊，混勻過(guò)2 mm 篩，并保存在 4℃ 的冰箱中供測(cè)定生物學(xué)性狀；一份風(fēng)干去除植物根系、石塊，研磨過(guò)1 mm篩后，分析土壤理化性狀。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)分析 土壤 pH采用 1︰2.5土液比浸提法，pH計(jì)測(cè)定；土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；全氮含量采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定；全磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定；火焰光度計(jì)法測(cè)定全鉀含量；乙酸銨交換法測(cè)定陽(yáng)離子交換量［10］。

1.3.2 土壤微生物群落功能多樣性分析 土壤微生物群落功能多樣性采用Biolog ECO微平板法進(jìn)行測(cè)定［11］。稱取過(guò)2 mm篩的10 g新鮮土壤，加入到100 ml 0.85% （w/v） 的無(wú)菌NaCl溶液中，振蕩15 min后，在超凈臺(tái)上用無(wú)菌的 0.85% NaCl溶液稀釋到10-3，然后用8通道加樣器分別向Biolog ECO板的各孔中加入150 μl稀釋后的懸液，每個(gè)土壤樣品做3次重復(fù)，25℃ 恒溫培養(yǎng)，分別在24、48、72、96、120、144、168、192和216 h后測(cè)定各孔在590 nm波長(zhǎng)下的光吸收值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 平均顏色變化率（average well-color development，AWCD）

式中：Ai為各反應(yīng)孔在590 nm下第 i 孔的相對(duì)吸光度，AA1為 A1 孔的相對(duì)吸光度；Ai-AA1＜0的孔均在計(jì)算中記為0，即 Ai-AA1的值均大于等于 0。

1.4.2 群落 Shannon 指數(shù)（H）

Shannon 指數(shù)用于評(píng)估豐富度，其中 Pi為第 i 孔的相對(duì)吸光值與整個(gè)平板相對(duì)吸光值總和的比率。

1.4.3 群落 Simpson 指數(shù)（D）

Simpson 指數(shù)用于評(píng)估優(yōu)勢(shì)度，其中 Pi為第 i孔的相對(duì)吸光值與整個(gè)平板相對(duì)吸光值總和的比率。

1.4.4 群落McIntosh指數(shù)（U）

McIntosh 指數(shù)基于群落物種多維空間距離的多樣性指數(shù)，為一致性的量度，其中 ni是第 i 孔的相對(duì)吸光值。

1.4.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 測(cè)定數(shù)據(jù)利用 Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)初處理和制圖，采用SPSS21.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同稻作模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由土壤理化性質(zhì)（表 1）的結(jié)果表明，隨著土層深度的增加，土壤的pH和全鉀含量呈增加的趨勢(shì)，而土壤的有機(jī)碳、全氮、全磷、陽(yáng)離子交換量和 C/N比均呈下降趨勢(shì)。0 ～ 25 cm土層，相對(duì)于中稻單作模式，稻-蝦共作模式的土壤中有機(jī)碳和全氮均呈升高趨勢(shì)，而全鉀和 C/N則呈下降趨勢(shì)，但均未達(dá)到顯著差異；25 ～ 50 cm土壤，稻-蝦共作模式的土壤中有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀和 C/N比值較中稻單作模式均呈下降趨勢(shì)，其中土壤有機(jī)碳和全氮含量分別下降了41.8% 和34.8%，達(dá)顯著差異水平。

2.2 不同稻作模式下土壤AWCD值分析

Biolog ECO 微平板的AWCD 值表征微生物群落的碳源利用率，是土壤微生物群落利用單一碳源能力的重要指標(biāo)之一，反映了土壤微生物活性、微生物群落生理功能多樣性［12］。由圖1可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，土壤微生物對(duì)不同碳源的利用程度逐漸提高；在0 ～ 25 cm和25 ～ 50 cm土層，培養(yǎng)24 ～ 120 h的土壤AWCD值的曲線斜率最大，表明此階段土壤微生物的碳源代謝活性最高，之后進(jìn)入平穩(wěn)期。0 ～ 25 cm土層，稻-蝦共作模式和中稻單作模式的土壤AWCD值在 48 h內(nèi)差異不大，但是稻-蝦共作模式的土壤AWCD值在48 ～ 120 h內(nèi)高于中稻單作模式； 25 ～50 cm土層，稻-蝦共作模式的土壤AWCD值在整個(gè)培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)均高于中稻單作模式，這表明稻-蝦共作模式較中稻單作模式增加了土壤中微生物活性，尤其在25 ～ 50 cm土層中其微生物活性明顯增加。

表1 不同稻作模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響Table 1 Effect of different rice culture modes on soil physicochemical properties

圖1 不同土層土壤微生物的AWCD值Fig.1 AWCD values of soil microbes in different soil layers

2.3 不同稻作模式下土壤微生物群落多樣性分析

土壤微生物群落功能多樣性是土壤微生物群落狀態(tài)與功能的指標(biāo)，反映土壤中微生物的生態(tài)特征［13］。從表2可以看出，Biolog ECO微平板培養(yǎng)96 h時(shí)，稻-蝦共作模式的土壤 AWCD值較中稻單作模式均有不同程度的提高，其中在25 ～ 50 cm土層達(dá)到了顯著差異，稻-蝦共作模式的土壤AWCD值在0 ～ 25 cm 和25 ～ 50 cm較中稻單作模式分別提高了16.1% 和76.9%。

表2 不同稻作模式下土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)Table 2 Functional diversity index of the soil microbial community under different rice culture modes

Shannon 指數(shù)是反映群落物種及其個(gè)體數(shù)和分布均勻程度的綜合指標(biāo)，受群落物種豐富度影響較大［14］；Simpson 指數(shù)反映了各物種種群數(shù)量的變化情況，指數(shù)越大，說(shuō)明群落內(nèi)物種數(shù)量分布越不均勻，優(yōu)勢(shì)種的地位越突出［15］，微生物多樣性較差；而McIntosh 指數(shù)則是群落物種均一性的度量，它既能反映碳源利用種類數(shù)上的差別，也能區(qū)分利用程度上的不同，即物種數(shù)（能利用的碳源數(shù)）越多且碳源利用強(qiáng)度越大的則 McIntosh 指數(shù)越大［16］。0 ～ 25 cm 土層，土壤微生物群落的 Shannon 指數(shù)和 Simpson 指數(shù)在不同稻作模式中均無(wú)顯著差異，但是稻-蝦共作模式土壤微生物群落 McIntosh 指數(shù)顯著高于中稻單作模式，可見(jiàn)稻-蝦共作模式的土壤微生物對(duì)碳源的利用率高于中稻單作模式。25 ～ 50 cm 土層，土壤微生物群落的 Simpson 指數(shù)在不同稻作模式中無(wú)顯著差異，但是稻-蝦共作模式的 Shannon 指數(shù)和McIntosh 指數(shù)均顯著高于中稻單作模式，這表明稻-蝦共作模式下土壤中微生物的種群豐富度以及對(duì)碳源的利用率均高于中稻單作模式。

圖2 土壤微生物利用不同種類碳源情況Fig.2 Status of different carbon sources utilized by soil microbes

2.4 不同稻作模式下土壤微生物利用碳源分析

土壤微生物對(duì)不同碳源的利用反映了微生物的代謝功能類群［17］。根據(jù) Biolog ECO 微平板的碳源類型，將其 31 種碳源分為糖類、氨基酸類、酯類、醇類、胺類、和酸類等 6 類，分析96 h 時(shí)不同稻作模式下微生物利用碳源的 AWCD 值的變化。由圖 2 可知，隨著土層的加深，稻-蝦共作模式中土壤微生物除醇類外，其他碳源的利用率均呈降低趨勢(shì)，其中 25 ～ 50 cm 土層的微生物利用糖類、氨基酸類、酯類、胺類和酸類的 AWCD 值較 0 ～ 25 cm 土層分別降低了 2.1%、7.9%、9.0%、5.2% 和 17.6%；中稻單作模式中土壤微生物除對(duì)胺類的利用率升高外，其他碳源的利用率均隨著土層的加深呈降低趨勢(shì)，其中 25 ～ 50 cm 土層的微生物利用糖類、氨基酸類、酯類、醇類和酸類的 AWCD 值較 0 ～ 25 cm 土層分別降低了 39.1%、7.7%、21.2%、34.0%、53.1%，可見(jiàn)稻-蝦共作模式提高了底層土壤中微生物利用糖類、酯類、醇類和酸類等碳源的能力。0 ～ 25 cm 土層，稻-蝦共作模式的土壤中微生物對(duì)糖類、氨基酸類、酯類和醇類等碳源的利用率與中稻單作模式無(wú)顯著差異，但是對(duì)胺類和酸類的利用率較中稻單作模式顯著提高。25 ～ 50 cm 土層，稻-蝦共作模式的土壤微生物對(duì) 6 類碳源的利用率較中稻單作均有升高的趨勢(shì)，其中對(duì)糖類、醇類和酸類的利用率達(dá)到顯著水平。

2.5 不同稻作模式下土壤微生物利用碳源主成分分析

根據(jù)培養(yǎng) 96 h土壤微生物利用單一碳源的AWCD值，對(duì)不同土壤微生物利用單一碳源特性進(jìn)行主成分分析，31個(gè)主成分因子中前11個(gè)因子方差貢獻(xiàn)率達(dá)100%，其中第一主成分（PC1）的方差貢獻(xiàn)率為 36.64%，第二主成分（PC2）的方差貢獻(xiàn)率為15.29%，第3 ～ 11主成分貢獻(xiàn)率較小，為1.66% ～10.98%。從中選取累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為51.93% 的前兩個(gè)主成分PC1和PC2進(jìn)行微生物群落功能多樣性分析。從圖3可知，不同處理在主成分坐標(biāo)體系中差異十分明顯，即土壤微生物群落功能多樣性差異明顯。PC1將中稻單作模式不同土層深度的土壤微生物群落明顯區(qū)分，而PC2將稻-蝦共作模式不同土層深度的土壤微生物群落明顯區(qū)分。第一和第二主成分得分系數(shù)與微生物對(duì) 31種碳源利用率相關(guān)分析結(jié)果表明，對(duì)土壤微生物群落 PC1起分異作用的主要碳源分別為土溫40 （r = 0.900）、D-甘露醇（r = 0.861）、肝糖（r = 0.814）、D-氨基葡萄糖酸（r = 0.810）、衣康酸（r = 0.819）、葡萄糖-1-磷酸鹽（r = 0.819）；對(duì)PC2起分異作用的主要碳源為D-纖維二糖（r = 0.741）。由此可以看出，對(duì)PC1和PC2起分異作用的主要碳源分別是糖類和酸類。

圖3 土壤微生物利用碳源的主成分分析Fig.3 The principal components of carbon sources utilized by soil microbes

3 討論

稻-蝦共作模式改變了澇漬稻田生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)的循環(huán)過(guò)程，必將對(duì)土壤的理化及生物性狀產(chǎn)生影響。本研究結(jié)果表明，0 ～ 25 cm土層，稻-蝦共作模式的土壤有機(jī)碳和全氮含量較中稻單作模式有升高的趨勢(shì)，這可能是由于中稻單作模式僅依靠水稻的殘留根茬還田彌補(bǔ)土壤有機(jī)碳的損失，致使土壤有機(jī)碳處于長(zhǎng)期消耗狀態(tài)，而在稻-蝦共作模式中，小龍蝦以全量還田的稻草為食，快速分解水稻秸稈并排泄糞便進(jìn)入土壤，有效補(bǔ)充和提高了土壤有機(jī)碳和全氮的含量。這與展茗等［18］的稻鴨共作模式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響研究結(jié)果一致。

底棲動(dòng)物的掘穴行為改變了土壤的理化性狀，加快了有機(jī)物質(zhì)在有氧和厭氧界面的交換過(guò)程，從而使得土壤厭氧底層中相對(duì)難降解的有機(jī)物逐漸被好氧微生物降解，顯著影響了土壤中有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化［19-20］。Fanjul等［21］研究表明螃蟹的掘穴行為提高了沼澤地沉積物中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量以及生物有效性，增加了易分解有機(jī)碳的比例，加快了有機(jī)碳的礦化作用，但降低了沉積物中碳的儲(chǔ)備能力。本研究表明，稻-蝦共作模式的土壤有機(jī)碳和全氮含量在25 ～ 50 cm土層中顯著低于中稻單作模式，這可能是由于在稻-蝦共作模式下，小龍蝦的掘穴打洞活動(dòng)打通了澇漬稻田的表層和底層，使水中的養(yǎng)分物質(zhì)和溶解氧到達(dá)土壤底層，擾動(dòng)了土壤氧化還原界面，改變了底層土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和組成，加快了底層土壤有機(jī)質(zhì)的礦化，提高了養(yǎng)分物質(zhì)釋放量。

底棲動(dòng)物通過(guò)掘穴、覓食等生物擾動(dòng)改變了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及氧氣的供應(yīng)，影響著微生物的群落結(jié)構(gòu)、多樣性和功能［22］，而微生物功能多樣性能夠反映土壤質(zhì)量指標(biāo)信息，可作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量變化的敏感參數(shù)。本研究表明，稻-蝦共作模式的土壤AWCD值在0 ～ 25 cm和25 ～ 50 cm土層均大于中稻單作模式，稻-蝦共作模式的土壤微生物群落McIntosh指數(shù)在0 ～ 25 cm土層顯著高于中稻單作模式，而25 ～ 50 cm土層，稻-蝦共作模式的土壤微生物群落Shannon指數(shù)和 McIntosh指數(shù)均顯著高于中稻單作模式，這表明稻-蝦共作模式下土壤中微生物活性以及功能多樣性指數(shù)均呈不同程度的提高，且對(duì)25 ～ 50 cm土層的影響更加顯著，這可能是由于在澇漬稻田中，由于地下水位較高，底層土壤出現(xiàn)潛育化，土壤透氣性差，還原性強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)分解緩慢［3］，但是在稻-蝦共作模式中小龍蝦通過(guò)掘穴作用，提高了土壤的透氣性，降低了土壤還原性以及C/N，從而提高了土壤微生物的活性以及功能多樣性。

微生物群落多樣性反映了群落總體的變化，但未能反映微生物群落組成的詳細(xì)信息［23］。研究微生物群落對(duì)不同碳源利用能力的差異，可深入了解微生物群落的功能。本研究表明，稻-蝦共作模式與中稻單作模式在 0 ～ 25 cm 和 25 ～ 50 cm 土層的土壤微生物對(duì)各類碳源的利用率差異很大，這說(shuō)明稻-蝦共作模式對(duì)土壤微生物的群落組成影響很大。淹水條件下水稻土中積累的有機(jī)酸不僅對(duì)水稻根系發(fā)育具有抑制作用，影響水稻的生長(zhǎng)［24］，而且可被微生物作為有效碳源轉(zhuǎn)化為 CH4等氣體［25］。本研究表明，稻-蝦共作模式的土壤 0 ～ 50 cm 土層土壤微生物利用酸類的能力均顯著高于中稻單作模式，這表明稻-蝦共作模式下土壤微生物能夠快速代謝土壤中累積的有機(jī)酸，從而有利于水稻的生長(zhǎng)，可能降低CH4的排放量。25 ～ 50 cm 土層，稻-蝦共作模式的土壤微生物利用糖類和醇類的能力均顯著高于中稻單作模式，這可能與底層土壤中有機(jī)碳轉(zhuǎn)化率提高有關(guān)。

Biolog 技術(shù)是快速測(cè)定土壤微生物群落功能代謝多樣性的一種潛在有效手段，但該技術(shù)本身存在局限性，它表征的僅僅是土壤中生長(zhǎng)快速或富營(yíng)養(yǎng)微生物的活性，而不能反映土壤中生長(zhǎng)緩慢或不可培養(yǎng)微生物活性［26］。因此采用 Biolog 技術(shù)解析的只能是土壤中部分微生物群落特征，要全部解析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)還需要結(jié)合其他的研究手段，同時(shí)應(yīng)進(jìn)一步研究產(chǎn)生其土壤剖面代謝差異的微生物種類，將碳源利用速率與根際環(huán)境中實(shí)際存在的碳源有效性聯(lián)系起來(lái)，以完善該技術(shù)在稻田土壤環(huán)境研究中的應(yīng)用。

4 結(jié)論

1） 0 ～ 25 cm 土層，稻-蝦共作模式的土壤有機(jī)碳和全氮較中稻單作土壤有升高趨勢(shì)，而全鉀和C/N 有降低趨勢(shì)；25 ～ 50 cm 土壤，稻-蝦共作模式的土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀和 C/N 較中稻單作均有下降趨勢(shì)，其中有機(jī)碳和全氮達(dá)到顯著差異。

2） 稻-蝦共作模式的土壤 AWCD 值在 0 ～ 25 cm 和 25 ～ 50 cm 土層均高于中稻單作土壤，且其中25 ～ 50 cm 土層土壤的 AWCD 值達(dá)到顯著差異。0 ～25 cm 土層，稻-蝦共作模式的土壤微生物群落McIntosh 指數(shù)顯著高于中稻單作模式，而 25 ～ 50 cm土層稻-蝦共作模式的土壤微生物群落 Shannon 指數(shù)和 McIntosh 指數(shù)均顯著高于中稻單作模式。

3） 稻-蝦共作模式提高了底層土壤中微生物利用糖類、酯類、醇類和酸類等碳源的能力；0 ～ 25 cm土層，稻-蝦共作模式的土壤微生物對(duì)胺類和酸類的利用率較中稻單作模式顯著提高，而 25 ～ 50 cm 土層，稻-蝦共作模式的土壤微生物對(duì)土壤中糖類、醇類和酸類等碳源的利用率顯著高于中稻單作模式。主成分分析結(jié)果表明，不同稻作模式下土壤微生物群落功能多樣性差異明顯，對(duì)碳源利用主成分起分異作用的主要是糖類和酸類。

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中圖分類號(hào)：S154.3

DOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.03.013

基金項(xiàng)目：①國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題項(xiàng)目（2013BAD07B10）、湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015CFC894）和湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心項(xiàng)目（2011-620-003-03-063）資助。

* 通訊作者（fu1682@sina.com）

作者簡(jiǎn)介：佀國(guó)涵（1981—），男，河南濮陽(yáng)人，碩士，助理研究員，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與土壤微生物方面的研究。E-mail: siguoh@qq.com

Effects of Rice-crayfish Integrated Mode on Soil Microbial Functional Diversity and Fertility in Waterlogged Paddy Field

SI Guohan1， PENG Chenglin1， XU Xiangyu1， ZHAO Shujun1， XU Dabing1，

YUAN Jiafu1*， JIA Ping’an2， LIU Jun3
（1 Plant Protection and Soil Fertilizer Institute， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China； 2 Qianjiang Agro-Technology Extension Center， Qianjiang， Hubei 433199， China； 3 Hubei Shrimp Township Food Company， Qianjiang，Hubei 433199， China）

Abstract:The effects of rice-crayfish integrated mode on the soil microbial community functional diversity and soil fertility in waterlogged paddy field were investigated.The results indicated that the average well color development values （AWCD） of rice-crayfish integrated mode were higher than these of semi-late rice monoculture mode in 0-50 cm soil layer， and soil AWCD values of the former mode were significant greater than these of the letter mode in 25-50 cm soil layer.Compared with the semi-late rice monoculture mode， the rice-crayfish integrated mode significantly increased McIntosh index and utilization of amines and acids by soil microorganisms in 0-25 cm soil layer， and the mode also significantly increased Shannon index， McIntosh index and utilization of sugars， alcohols and acids by soil microorganisms in 25-50 cm soil layer.The principal component analysis suggested that the differentiations of soil microbial communities were mainly caused by sugars and acids.Soil carbon and total nitrogen of the rice-crayfish integrated mode were significantly lower than these of the semi-late rice monoculture mode in 25-50 cm soil layer， and the soil carbon and total nitrogen were decreased by 41.8% and 34.8%，respectively， in the rice-crayfish integrated mode compared with the semi-late rice monoculture mode.But there were no significant differences in soil nutrients between the two culture modes in 0-25 cm soil layer.Therefore， the rice-crayfish integrated mode increased the activity and functional diversity of soil microbial community， especially for sub soil， while decreased the contents of soil carbon and total nitrogen in sub soil.

Key words:Rice-crayfish integrated mode； Soil microbial community； Functional diversity； Soil fertility