王娟娟，胡珈瑋，狄霖，劉玲玲，王桂良，錢曉晴，張振華

摘要：秸稈還田是當前資源循環(huán)利用的重要方式。氮肥運籌對于秸稈還田效率及土壤細菌群落結構的影響較大。本研究采用盆栽試驗的方法，探究秸稈還田和不同氮肥運籌條件下水稻主要生育期的土壤細菌群落結構變化。試驗設置了常規(guī)施氮（T1）、秸稈還田+氮肥后移（T2）、秸稈還田+常規(guī)施氮（T3）、秸稈還田+氮肥前移（T4）4個處理，分別測定了水稻苗期、分蘗期、成熟期土壤部分理化性質及細菌群落組成，并于成熟期測產。結果表明，各處理中優(yōu)勢細菌包括Chloroflexi、Proteobacteria、Acidobacteria、Firmicutes、Actinobacteria，總占比>78%，Chloroflexi在水稻苗期和成熟期占比最高，而Proteobacteria在水稻分蘗期最多。秸稈還田+氮肥后移處理提高了水稻苗期土壤細菌的豐富度，但對其均勻度影響較小。在水稻分蘗期和成熟期，秸稈還田與否及氮肥運籌對土壤細菌多樣性影響較小。秸稈還田提高了水稻產量，以秸稈還田+氮肥前移處理的增產效果最大，且該處理增加了水稻分蘗期土壤硝態(tài)氮、速效磷含量。在水稻成熟期，土壤中與產量呈顯著正相關的細菌群落包括Acidobacteria和Gemmatinomadetes等。綜上所述，秸稈還田并增加氮肥基施比例可以增加水稻產量，并對改善水稻生長后期土壤細菌群落結構產生積極作用。

關鍵詞：秸稈還田;氮肥;土壤;細菌群落結構;水稻

中圖分類號：S154.3;S511文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2021）06-1460-11

Effects of straw returning and nitrogen management on soil microbial community structure at different rice growth stages

WANG Juan-juan1，HU Jia-wei1，DI Lin2，LIU Ling-ling1，WANG Gui-liang1，QIAN Xiao-qing1，3，ZHANG Zhen-hua3，4

（1.College of Environmental Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225127， China;2.Zhenjiang Agricultural and Rural Bureau， Zhenjiang 212009， China;3.Institute of Soil Health， Yangzhou University， Yangzhou 225127， China;4.Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China）

Abstract：Straw returning is an important way of resource recycling. Nitrogen （N） application has great influence on straw returning efficiency and soil bacterial community structure. In this study， a pot experiment was conducted to explore the changes of soil bacterial community structure at different rice growth stages under the treatments of straw returning combined with N management. There were four treatments in the experiment， including conventional N fertilization （T1）， straw returning with postponed N fertilization （T2）， straw returning with conventional N fertilization （T3） and straw returning with moved forward N fertilization （T4）. Soil physiochemical properties and bacterial community composition were determined at seedling， tillering and mature stage， and yield was measured at harvest stage. The results showed that the dominant bacteria phyla in all treatments were Chloroflexi， Proteobacteria， Acidobacteria， Firmicutes and Actinobacteria （together accounted for over 78% of the total sequences）. Chloroflexi represented the most dominant phylum at seedling and mature stages， while Proteobacteria was the most abundant phylum at tillering stage. Straw returning with postponed N fertilization increased the richness of soil bacteria， but had little influence on bacterial evenness at seedling stage. Straw returning and nitrogen management had little influence on soil bacterial diversity at tillering and maturity stages of rice. Straw returning increased rice yield， and the highest yield was obtained in the treatment of straw returning with moved forward N fertilization （T4）. Moreover， the contents of soil available phosphorus （P） and nitrate nitrogen were increased at tillering stage of rice in T4 treatment. The relative abundance of bacterial communities， including Acidobacteria and Gemmatinomadetes was positively correlated with the yield at ripen stage. In conclusion， straw returning combined with moved forward N fertilization can increase rice yield and improve soil microbial community structure at late growth stage.

Key words：straw returning;nitrogen fertilization;soil;bacterial community structure;rice

農作物秸稈是農業(yè)生產過程中主要的副產品，數量巨大，中國是農業(yè)大國，秸稈資源也非常豐富，但傳統(tǒng)的不合理利用方式不僅會導致資源嚴重浪費，還會造成嚴重的環(huán)境問題。秸稈中富含有機質、氮、磷、鉀以及多種中、微量元素，能較好地平衡土壤有機碳與土壤養(yǎng)分結構，因而被廣泛用于可持續(xù)農業(yè)生產中[1]，秸稈還田利用已成為當前研究的熱點[2]。秸稈腐解后可有效提高土壤養(yǎng)分，同時也可以改善土壤結構和土壤水熱狀況[3]。土壤性質的改變則會進一步影響土壤中微生物群落結構以及相關功能的表達。

土壤微生物是農田系統(tǒng)重要的組成部分，對調控土壤中各類養(yǎng)分循環(huán)、土壤團粒結構形成、土壤碳庫動態(tài)變化以及作物產量形成等均有深刻影響[4-6]。秸稈還田可能通過直接提供養(yǎng)分或間接改變土壤理化性質而影響土壤細菌組成，而土壤微生物則決定著秸稈腐解過程，并進一步影響土壤養(yǎng)分和植物生長。大量研究結果表明，秸稈還田后土壤微生物組成及功能均有一定變化[5，7-8]。例如，秸稈還田引起的土壤pH變化，可能對土壤細菌群落改變起到關鍵作用[9]。然而，土壤細菌群落結構、代謝以及活動對秸稈還田的反饋影響因秸稈、土壤類型、作物品種、輪作方式、肥料運籌等不同而異[10-11]，如在土壤有機碳充足的條件下，大部分細菌的生長可能受秸稈的影響較小[12]。此外，秸稈還田對土壤不同營養(yǎng)型細菌群落豐度的影響也有差異[13]。

秸稈還田對水稻產量的影響受還田量、耕作方式、水稻品種及肥料運籌等多方面因素影響[14]。不合理的秸稈施用不僅不會提高水稻產量，還可能帶來負面效應[15]。過多的秸稈施用可能會影響作物根系生長，降低土壤養(yǎng)分，如氮素水平，甚至可能引起雜草、病蟲為害[16]，其主要原因在于秸稈施用后土壤的碳氮比并不一定能滿足水稻植株和土壤微生物對該類營養(yǎng)的需要[17]。秸稈還田帶來的大量有機碳促進土壤微生物繁殖，而要求更多的氮源，導致土壤微生物與植物的爭氮現象[18]，尤其是秸稈剛腐解時需要消耗大量的氮營養(yǎng)，因此，秸稈還田時通常會配合施用一定量的氮肥，用以減輕微生物固持無機氮對水稻生長的不良影響[19]。有研究結果表明，秸稈還田配施氮肥可以有效改善土壤生態(tài)環(huán)境，從而增加作物產量[20]。

水稻氮肥施用包括基肥和追肥，氮肥的運籌方式對水稻生長及肥料利用效率至關重要，同時，施肥方式也影響到農業(yè)生產效率[21-22]。有研究發(fā)現，氮肥的合理運籌可直接決定秸稈和氮肥的利用率，以及作物產量、品質[23]。氮肥對土壤細菌群落結構組成、優(yōu)勢細菌群落相對豐度的影響甚至要大于秸稈的作用[24]。秸稈還田條件下，氮肥的不同運籌方式對土壤細菌群落結構的影響較為復雜。本研究擬探究秸稈還田配合氮肥不同運籌方式對水稻產量以及不同水稻生育時期土壤細菌群落組成的影響，明確秸稈還田條件下氮肥運籌是否在一定程度上通過影響土壤微生物而最終影響水稻產量，以期為水稻生產中秸稈還田與否以及氮肥合理運籌方式的選擇提供科學依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1土壤采集

盆栽試驗所用土壤采自江蘇省鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)榮炳鎮(zhèn)（31°53′36.70″N，119°24′2.81″E），該區(qū)域長期用作鎮(zhèn)江市農業(yè)農村局現代農業(yè)（稻麥）科技綜合示范項目。土壤為潴育型水稻土，質地為黏質壤土，試驗所用土樣取自稻麥輪作的小麥成熟期。采集0～20 cm耕層土壤，隨機選擇10個樣點，樣點間距離不少于5 m，每點取長、寬、高分別為40 cm、40 cm、20 cm的土塊，破碎混勻，自然風干后過孔徑30 mm篩，以用于盆栽試驗。另從上述混合土樣中隨機取20點，每點約50 g土，磨碎過20目篩和100目篩，測定土壤的基本理化性質（表1）。

1.2試驗設計

秸稈還田盆栽試驗于2019年6月在揚州大學環(huán)境科學與工程學院的試驗大棚中進行。試驗共設4個處理：T1處理，常規(guī)施氮（基蘗肥、穗肥、粒肥的尿素施用量分別為1盆0.87 g、1.01 g、1.01 g）;T2處理，秸稈還田+氮肥后移（秸稈的施用量為1 kg土壤2 g秸稈，基蘗肥、穗肥、粒肥的尿素施用量分別為1盆0 g、1.45 g、1.45 g）;T3處理，秸稈還田+常規(guī)施氮（秸稈的施用量為1 kg土壤2 g秸稈，基蘗肥、穗肥、粒肥的尿素施用量分別為1盆0.87 g、1.01 g、1.01 g）;T4處理，秸稈還田+氮肥前移（秸稈的施用量為1 kg土壤2 g秸稈，基蘗肥、穗肥、粒肥的尿素施用量為1盆1.45 g、0.73 g、0.73 g）。秸稈為小麥秸稈，其總C、N、P2O5、K2O含量分別為460.00 g/kg、3.17 g/kg、0.38 g/kg和14.60 g/kg。

盆栽使用圓柱形塑料盆缽，直徑為20 cm，高度為30 cm。每缽用土總量為10 kg。裝盆前，按各處理方案將風干過篩后的土壤與不同用量的秸稈及氮肥（尿素）混勻。除此之外，每盆施用的其他營養(yǎng)元素肥料包括磷肥0.39 g（P2O5）、鉀肥0.52 g（K2O）、硫酸鎂1.30 g、硫酸鋅0.13 g、硫酸錳0.13 g、氯化鈣1.30 g、三氯化鐵0.67 g、硼酸0.07 g、鉬酸銨0.01 g。采用逐步擴大法將上述成分與土壤混均后裝入塑料盆中，淹水平衡3 d后移栽水稻幼苗。水稻品種為南粳9108，選擇長勢一致的三葉期水稻幼苗移栽至各處理土壤中，每盆3穴，每穴4株。每個處理3盆，隨機擺放，且每隔21 d調整一次盆缽位置。水稻生長期視蒸發(fā)情況及時補充水分，觀測水稻生長情況，并于收獲期測定產量。

分別于水稻苗期（移栽后7 d）、分蘗期（移栽后30 d）及成熟期（移栽后112 d）采集土壤樣品，用于分析測定。采樣選用直徑為1.5 cm的自制土鉆采集各處理表層（0～20.0 cm）土壤樣品，每盆隨機取3個樣點的土壤樣品進行混勻?；靹蚝蟮耐寥罉悠贩殖?份，一份自然風干用于測定樣品理化性質，另一份于-80 ℃冰箱中冷凍用于土壤微生物高通量測序分析。

1.3土壤養(yǎng)分測定

不同處理下水稻苗期、分蘗期、成熟期的土壤樣品理化性質測定參照文獻[25]的方法。其中，土壤電導率和pH采用純水浸提法（水∶土為5∶1，體積質量比）測定;土壤速效磷含量采用鉬藍比色分光光度法（0.5 mol/L NaHCO3浸提）測定;土壤速效鉀含量采用火焰光度法（NH4OAc浸提）測定;土壤有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定;土壤全氮含量采用半微量開氏法測定;土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量分別采用KCl浸提靛酚藍比色法、紫外分光光度法測定;土壤堿解氮含量采用擴散法測定。

1.4細菌多樣性測定與數據分析

不同處理土壤樣品的細菌DNA提取使用PowerSoil DNA提取試劑盒（Qiagen公司產品）操作，詳細步驟參照說明書。所用引物為通用引物338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′），擴增細菌16S rRNA基因的V3～V4區(qū)域。所得PCR擴增產物的回收、純化采用AxyPrepDNA Gel Extraction試劑盒（Axygen公司產品）進行，并用QuantiFluorTM-ST試劑盒（Promega公司產品）依據公司提供的標準程序對純化的PCR產物進行定量，最后于Illumina MiSeq平臺進行高通量測序，測序工作由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。

高通量數據的生物信息學分析在上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司提供的生物云平臺（http：//www.i-sanger.com）上進行。根據97%的序列相似度，將測定結果中有效序列聚類為不同的分類操作單元（OTUs）。采用RDP classifier貝葉斯算法對97%相似水平的OTU代表序列進行分類，參照細菌16S rRNA對比庫Silva（http：//www.arb-silva.de）對各OTU進行物種注釋，并獲得各樣本的細菌分類學信息，以及不同分類水平上的群落物種組成。按照各樣品細菌物種注釋及豐富度繪制群落柱狀圖，并計算細菌多樣性指數。采用Student’s t檢驗方法比較各土壤樣品的細菌群落多樣性及物種相對豐度的差異。采用冗余分析（RDA）對主要環(huán)境因子和樣品群落組成之間的相關性進行分析。最后采用相關性Heatmap圖分析各土壤樣品中不同物種與環(huán)境變量以及產量各因素之間的關系。

1.5統(tǒng)計分析

土壤理化性質和水稻產量等的統(tǒng)計分析采用SPSS 26軟件的單因素方差（ANOVA）分析，差異性比較采用最小顯著性差異（LSD）法。

2結果與分析

2.1不同處理下水稻不同生育期的土壤性質及水稻產量

土壤基本理化性質和水稻產量的分析結果（表2）顯示，土壤pH在苗期以T4處理為最低，在分蘗期，秸稈還田3個處理（T2、T3、T4）的pH均顯著低于常規(guī)施氮（T1）處理，秸稈還田配合基施氮肥處理（T3、T4處理）則使土壤pH進一步下降。秸稈還田+氮肥前移（T4）處理下，水稻苗期、分蘗期的土壤硝態(tài)氮含量和速效磷含量在4個處理中均最高。在水稻分蘗期，T4處理下的土壤硝態(tài)氮含量顯著高于T1處理、T2處理。此外，各處理間土壤速效鉀含量和有機質含量的差異未達到顯著水平。在水稻成熟期，各處理的土壤養(yǎng)分含量之間差異不顯著。秸稈還田總體上增加了水稻產量，T3、T4處理下水稻產量分別為1盆54.2 g和58.4 g，均顯著高于T1處理（1盆35.5 g）。

2.2不同處理下土壤細菌群落動態(tài)變化

2.2.1細菌多樣性本試驗共采集水稻苗期、分蘗期、成熟期不同處理的盆栽土壤樣品36個，高通量測序獲得通過質量控制的優(yōu)質16S rRNA基因序列1 361 200個，平均每個土壤樣品獲得約37 811個優(yōu)質序列，其平均長度為463個堿基對。按97%的相似度對序列進行聚類分析，共獲得4 435個OTU。Chao指數表示一個樣品中物種的豐富度，而Shannon指數則表示物種的均勻度。對各土壤樣品的細菌多樣性進行計算，結果（表3）顯示，水稻苗期T2處理的土壤細菌豐富度顯著高于T1處理和T3處理，分別增加了8.3%和4.6%。然而在分蘗期和成熟期，各處理土樣的細菌豐富度之間差異均不顯著。土壤細菌均勻度的分析結果表明，在水稻苗期，秸稈還田處理的細菌Shannon指數與T1處理相比均有所增加;在水稻分蘗期，秸稈還田處理的細菌Shannon指數與T1處理相比均有所下降，但各處理之間的差異沒有達到顯著水平。

2.2.2細菌群落組成及變化對所獲得的OTU進行分類，共得到細菌種類49個門，124個綱，233個目，404個科，735個屬。圖1顯示，相對豐度（即序列占比）較高的優(yōu)勢細菌門有Chloroflexi（22.5%）、Proteobacteria（22.1%）、Acidobacteria（17.8%）、 Firmicutes（9.4%）和Actinobacteria（6.5%）。其中，在水稻生長苗期、成熟期，平均豐度最高的為Chloroflexi;在分蘗期，土壤中細菌則以Proteobacteria最多。

同一生育期不同處理下土壤細菌群落的組間差異顯著性測定結果（圖1）表明，在水稻苗期，T4處理下土壤中Bacteroidetes的相對豐度顯著高于其他處理（P<0.05），而T3處理下Saccharibacteria的相對豐度則顯著低于其他處理（P<0.001）。在水稻分蘗期，T2處理下Firmicutes和Actinobacteria的相對豐度分別顯著高于T4處理和T1處理。在水稻成熟期，T1處理下Armatimonadetes的相對豐度顯著高于其他處理（P<0.001），T2處理下Nitrospirae的相對豐度顯著高于T1處理。

秸稈還田后同一處理下土壤細菌門水平的組成在水稻苗期、分蘗期、成熟期有較大變化。其中，T2處理下土壤中Nitrospirae的相對豐度在分蘗期低于苗期、成熟期（P<0.05）;T2處理下土壤中Saccharibacteria的相對豐度在分蘗期低于苗期、成熟期（P<0.01）。T3處理下土壤中Firmicutes、Actinobacteria的相對豐度在苗期顯著高于分蘗期和成熟期（P<0.05）。T4處理下水稻苗期土壤中Chloroflexi的相對豐度顯著低于成熟期（P<0.05），而水稻苗期土壤中Firmicutes的相對豐度則顯著高于其他2個生育時期（P<0.05）。T1處理下土壤細菌在門水平上水稻不同生育期間沒有顯著變化。

在屬水平上，所有處理中相對豐度最高的5個優(yōu)勢細菌屬為norank_c__SBR2076、norank_c__Acidobacteria、norank_o__Subgroup_7、Anaeromyxobacter和norank_f__Anaerolineaceae（圖2）?？傮w而言，屬于Chloroflexi的未分類的norank_c__SBR2076在水稻不同生育期的平均占比均為最高，占5.4%～8.0%，其他細菌屬的相對豐度隨水稻生育期變化而波動較大。在水稻苗期，T2處理下norank_p__Saccharibacteria的相對豐度高于T3處理（P<0.001），其他處理各細菌屬相對豐度差異不顯著（圖2A）。在水稻分蘗期，T4處理下Bryobacter的相對豐度高于T2處理（P<0.05），其他處理各細菌屬相對豐度差異均不顯著（圖2B）。在水稻成熟期，T1處理下norank_f__Anaerolineaceae的相對豐度高于T2、T3、T4處理（P<0.001），而Nitrospira、Bryobacter和norank_f__Acidobacteriaceae__Subgroup_1這3個細菌屬的相對豐度則低于T2、T3、T4處理（P<0.05）（圖2C）。

2.3不同處理下土壤中細菌群落組成與環(huán)境因子的相關性

冗余分析結果（圖3）表明，總體而言，在水稻苗期、分蘗期和成熟期，秸稈還田處理的土壤細菌群落結構與秸稈不還田處理差異均較小。氮肥調控對各土壤樣品的細菌群落組成有一些影響，具體表現為，在水稻苗期，T2處理（秸稈還田+氮肥后移）與其他處理土壤微生物群落結構能區(qū)分開來;在水稻分蘗期，T2處理與T4處理，即秸稈還田+氮肥后移處理與秸稈還田+氮肥前移處理土壤微生物群落結構之間可以區(qū)分。秸稈不還田處理的土壤微生物群落結構在水稻成熟期相對于苗期更集中一些。在水稻苗期，土壤銨態(tài)氮含量對細菌群落組成影響顯著（P<0.05），影響最大的處理為T1和T4;在水稻分蘗期，土壤電導率對土壤細菌群落組成的影響達到顯著水平（P<0.05），影響最大的是T3處理;在水稻成熟期，土壤銨態(tài)氮含量對細菌群落組成的影響達到顯著水平（P<0.05），其他土壤理化因子則對細菌群落組成沒有顯著影響。

各處理下土壤細菌類群相對豐度與環(huán)境因子之間的相關性可采用Spearman秩相關來進行分析，表4只列舉了與環(huán)境因子顯著相關的細菌門或細菌屬。表4顯示，土壤中有2大類細菌群容易受到環(huán)境因子影響，Actinobacteria、Firmicultes、Saccharibacteria與速效磷含量、速效鉀含量、土壤電導率、硝態(tài)氮含量均呈顯著正相關，與pH均呈極顯著負相關;而Nitrospirae、Chloroflexi和Latescibacteria則與速效鉀含量、土壤電導率和銨態(tài)氮含量均呈顯著負相關。土壤有機質含量與細菌門水平上各細菌類群之間沒有顯著相關性。

各土壤細菌屬相對豐度與環(huán)境因子的相關性分析結果（表4）表明，相對豐度排名前15的細菌屬中只有norank_c__SBR2076、norank_f__Anaerolineaceae、Nitrospira、Pseudarthrobacter、Massilia等受環(huán)境因子影響顯著。其中，Pseudarthrobacter的相對豐度與各環(huán)境因子主要呈正相關，而其他則主要為負相關。

2.4水稻產量及其構成因素與各細菌類群的關系

對水稻成熟期各處理下土壤不同細菌門相對豐度與產量及其構成因素的相關性進行分析，表5只列出具有顯著相關性的細菌類群，Acidobacteria、Chlorflexi、Gemmatimonadetes的相對豐度與水稻每穗粒數呈顯著正相關，Acidobacteria和Gemmatimonadetes的相對豐度與產量呈正相關，而Nitrospirae的相對豐度則與千粒質量呈顯著正相關。在屬水平上，相對豐度與每穗粒數呈正相關的細菌屬最多，包括Gemmatimonas、norank_c_Acidobacteria和4個未知屬（norank_c__SBR2076、norank_o__Subgroup_7、norank_c__KD4-96和norank_o__SC-I-84）。水稻產量與Gemmatimonas、norank_c_Acidobacteria、norank_c_SBR2076和nonrank_o_Subgroup_7的相對豐度呈正相關。其中，主要細菌屬norank_c_SBR2076、norank_c_Acidobacteria和nonrank_o_Subgroup_7的相對豐度均與水稻產量及每穗粒數呈顯著正相關。

3討論

秸稈還田是提高土壤養(yǎng)分、減少資源浪費最有效的途徑之一。有研究結果表明，秸稈還田能增加土壤中有機質含量，并且在一定程度上提高土壤中有效養(yǎng)分（如氮、磷、鉀等）的含量[26-27]。本研究中，秸稈還田對苗期、分蘗期、成熟期土壤養(yǎng)分含量的影響比較復雜。就氮素而言，秸稈還田配合常規(guī)施氮（T3）處理下土壤硝態(tài)氮含量在苗期顯著低于常規(guī)施氮（T1）處理，在分蘗期顯著高于T1處理，成熟期則差異不顯著，這可能與水稻生長對有效養(yǎng)分的吸收利用有關。此外，秸稈還田還可能引起土壤中氮的反硝化損失[28]。在秸稈還田配合不同氮肥運籌的幾個處理中，氮肥前移處理提高了水稻苗期和分蘗期的土壤硝態(tài)氮含量，表明增加氮肥基施有利于水稻生育早期土壤養(yǎng)分的供應和積累。與常規(guī)施氮處理相比，秸稈還田配施氮肥處理降低了水稻分蘗期的土壤pH。前人研究發(fā)現秸稈分解過程可能產生大量有機酸和酰胺態(tài)氮或銨態(tài)氮，進入土壤后發(fā)生硝化作用釋放氫離子，導致土壤酸化[28-29]。

土壤微生物多樣性對維持土壤肥力與生態(tài)系統(tǒng)平衡起著重要作用，但秸稈還田處理對不同土壤微生物的影響各異。Yan等[30]發(fā)現，秸稈還田可以提高土壤細菌豐富度，但對其均勻度沒有影響。同樣，本試驗中水稻苗期各秸稈還田處理的土壤細菌豐富度與T1處理相比有所提高，秸稈還田+氮肥后移處理的細菌豐富度最高，這可能與初期的秸稈投入導致一些異養(yǎng)的細菌大量生長有關，而氮肥添加可能更有利于優(yōu)勢菌的生長，這種差異在其他生育期有所降低。Zhao等[29]研究發(fā)現，秸稈還田降低了土壤細菌OTU、豐度和均勻度，可能是因為土壤細菌群落受土壤原來的基本理化性質影響更大。秸稈還田+氮肥前移處理的細菌豐富度和均勻度在成熟期均高于其他處理，在一定程度上說明氮肥前移可能更有利于水稻生長后期土壤細菌多樣性的提高。

秸稈還田后，土壤主要細菌類群組成有所變化，并且在水稻不同生育期表現不同。在所有處理中，Chloroflexi、 Proteobacteria、Acidobacteria、Firmicutes和Actinobacteria為主要優(yōu)勢菌門。其中，Chloroflexi、Proteobacteria和Firmicutes均為典型的富營養(yǎng)細菌類群，而Acidobacteria則為貧營養(yǎng)細菌類群。秸稈腐解需要各種細菌類群的參與，Chloroflexi、Proteobacteria和Firmicutes等直接參與秸稈的降解，而放線菌和真菌等則利用降解產物，在后期生長更快[27]。

比較各處理間細菌群落組成的差異，在苗期，T4處理下Bacteroidetes的相對豐度顯著高于其他處理，表明秸稈還田+氮肥前移處理可以提高該細菌門的相對豐度。擬桿菌門是農田利用的一個重要生物學指標[31]，前人研究發(fā)現肥沃農田的擬桿菌門相對豐度要高于貧瘠草地，且該細菌門的相對豐度與土壤pH呈正相關[30，32]。本試驗同樣證明了在養(yǎng)分供應充足的條件下Bacteroidetes的相對豐度較高，但與前人不同的是，其豐度并不受pH影響。在水稻分蘗期，秸稈還田+氮肥后移處理的Firmicutes和Actinobacteria相對豐度均高于常規(guī)施氮處理和秸稈還田+氮肥前移處理。厚壁菌門被認為與有機碳降解關系較大[33]，可能T2處理的氮肥后移減緩了秸稈降解速率，到了分蘗期仍有大量可利用于碳源，而T4處理的秸稈因氮肥前移而秸稈在較短時間內得到較充分的降解，因此在水稻分蘗期厚壁菌門相對豐度較其他細菌群落低，這與前人研究結果相近[34]。此外，Firmicutes和Actinobacteria的相對豐度均與土壤pH呈負相關，這也能進一步解釋兩者在T2處理中相對豐度遠高于T1處理。在水稻成熟期，T2處理下Nitrospirae的相對豐度顯著高于T1處理。硝化螺旋菌門的活動與土壤氮素相關，有研究發(fā)現秸稈還田處理會增加硝化螺旋菌門的相對豐度[35]，同時配合氮肥后移可能使得該細菌門的細菌在水稻生長后期更加活躍。而在本研究秸稈還田條件下，氮肥運籌對于硝化螺旋菌門的影響較小。

秸稈還田后，各處理下水稻不同生育期的土壤細菌群落組成均有一定變化，而不加秸稈的常規(guī)施氮處理下土壤細菌群落組成在整個生育期比較穩(wěn)定，可見秸稈還田對土壤微生物還有季節(jié)性的影響，這與Liu等[27]提出的秸稈降低過程通常伴隨著土壤細菌組成的季節(jié)性變化的結論相一致。冗余分析結果表明，土壤理化因子對細菌群落分布的影響在不同生育期表現不同，主要是銨態(tài)氮含量和土壤電導率這2個因子，銨態(tài)氮含量在苗期、成熟期均與細菌群落組成顯著相關。有研究結果表明，土壤微生物群落受氮肥影響較大，且因環(huán)境條件而異[36]。尿素的添加會改變土壤中銨態(tài)氮含量，而水稻土壤中與氮循環(huán)有關的微生物往往占優(yōu)勢地位[37]，一些相關細菌則很容易受到影響[38]，從而進一步影響細菌群落組成。土壤電導率受秸稈分解產生的一些有機酸等化合物影響[39]，對水稻分蘗期的細菌群落組成有顯著影響。

有研究結果表明，秸稈還田可以改善土壤養(yǎng)分、水稻產量和品質[6]。水稻成熟期，土壤中Acidobacteria和Gemmatimonadetes與產量呈顯著正相關;Chloroflexi、Acidobacteria、Gemmatimonadetes與每穗粒數呈正顯著或極顯著相關，Nitrospirae與千粒質量呈顯著正相關。

4結論

秸稈還田且氮肥后移處理提高了水稻苗期土壤細菌的豐富度，但對其均勻度影響較小。秸稈還田與否以及氮肥運籌對水稻分蘗期、成熟期土壤細菌豐富度和均勻度影響較小;水稻各生育期，對細菌群落結構組成有顯著影響的土壤理化因子不同，苗期、成熟期以銨態(tài)氮影響最大，而分蘗期以土壤電導率的影響最為顯著。相對豐度（即序列占比）較高的優(yōu)勢細菌門有Chloroflexi、Proteobacteria、Acidobacteria、Firmicutes和Actinobacteria。其中，在水稻生長苗期、成熟期，平均豐度最高的為Chloroflexi;在分蘗期，土壤中細菌則以Proteobacteria最多;Chloroflexi的未分類屬norank_c__SBR2076在水稻苗期、分蘗期、成熟期的相對豐度均最高。秸稈還田增加了水稻產量，各處理中以T4處理的增產效果最大。相對豐度與水稻產量顯著正相關的細菌包括Acidobacteria和Gemmatimonadetes，與千粒質量正相關的為Nitrospirae，norank_o_Subgroup_7的相對豐度與水稻千粒質量、每穗粒數、產量均呈顯著正相關。因此，秸稈還田并增加氮肥基施比例可以明顯增加水稻產量，并對改善水稻生長后期土壤細菌群落結構產生有益的影響。

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（責任編輯：王妮）

收稿日期：2021-08-24

基金項目：國家自然科學青年科學基金項目（41701093）;中國博士后基金項目（2017M611928）;國家重點研發(fā)計劃課題項目（2017YFD0200107）

作者簡介：王娟娟（1979-），女，江蘇泗洪人，博士，副教授，主要從事環(huán)境微生物學研究。（E-mail）wangjuanjuan@yzu.edu.cn

通訊作者：張振華，（E-mail） zhenhuaz70@hotmail.com