肖 嫻，桂一峰，朱 艷，符 菁，朱雪松，朱 顯，趙 遠*

(1.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 常州 213164；2.江蘇普澤環(huán)境工程有限公司，江蘇 常州 213200)

【研究意義】水稻是世界上最重要的主食之一[1]，在中國已有上千年的種植歷史，對提高我國經(jīng)濟水平具有十分重要的作用，總而言之,“民以食為天，食以稻為先”[2]。在當前農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢下，人們?yōu)榱嗽黾铀井a(chǎn)量，不斷增加化肥、農(nóng)藥和化學(xué)壯秧營養(yǎng)劑等農(nóng)用化學(xué)品的用量。然而，農(nóng)作物對化肥的利用率卻比較低，大約有70%的化肥不僅僅固定在土壤中，還易揮發(fā)或伴隨著雨水而流失，結(jié)果導(dǎo)致了土壤有機質(zhì)含量的降低、板結(jié)、酸化、有益微生物數(shù)量減少等一系列的問題。這使得農(nóng)作物產(chǎn)量出現(xiàn)不同程度的減產(chǎn)及品質(zhì)下降，不僅僅影響了土壤的可持續(xù)利用，更是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類健康造成了巨大威脅[3-4]。隨著環(huán)境安全意識的普及，人們意識到目前迫切需要解決因化肥無節(jié)制的施用所引起的作物安全問題，因此我國致力于推廣新型肥料的使用，以實現(xiàn)化肥、農(nóng)藥減量投入的“雙減政策”[5]。【前人研究進展】微生物菌肥是含有特定微生物活體的制品，可以通過促進養(yǎng)分吸收和維持植物健康來促進植物生長，被認為是一種前景廣泛的生物肥料[6]，因其環(huán)境友好，功能全面，在農(nóng)作物生產(chǎn)中逐漸代替化肥、農(nóng)藥等的使用。微生物菌肥如固氮菌、解磷菌等，通過其所含微生物的生命活動分解土壤中的有機物和無機物，增加土壤養(yǎng)分有效性，提高肥料的利用率，從而減少肥料用量[7]。【本研究切入點】光合細菌是地球上一類最早被發(fā)現(xiàn)且具有光能合成體系的原核生物，擁有較強的固定氮、碳的能力，在改善作物品質(zhì)方面發(fā)揮重要作用[8]。在研究施加光合細菌對水稻株高、出穗率及產(chǎn)量等的影響中發(fā)現(xiàn)，光合細菌可以促進水稻生長并顯著提高其產(chǎn)量[9]。此外，芽孢桿菌也是較為常用的微生物菌肥之一，它可分泌生長素和抗生素，刺激和調(diào)節(jié)水稻生長，提高水稻抗逆性及抗病能力，改善水稻品質(zhì)及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等[10]。【擬解決的關(guān)鍵問題】目前關(guān)于光合細菌和芽孢桿菌聯(lián)合作用于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量方面的研究依然較少。因此，本文以水稻作為研究對象，通過盆栽試驗，研究水稻生長過程中施用單一及混合菌群對水稻產(chǎn)量、土壤酶活性及土壤微生物群落所引起的變化，分析在影響過程中發(fā)生的主要微生物機制，為今后應(yīng)用于田間試驗提供參考價值，同時為混合微生物菌肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上以及發(fā)展新型高效肥料等推廣應(yīng)用方面提供參考。

表1 供試土壤初始理化性質(zhì)

1 材料與方法

1.1 供試土壤

盆栽試驗供試土壤為長期水稻土，取自于江蘇省丹陽市某水稻田(珥陵鎮(zhèn)31°51′54″N，119°35′27″E)。水稻種子購自農(nóng)技站，供試水稻品種為南粳5055號。于2018年5—11月在常州大學(xué)知行樓北側(cè)的空地進行，供試土壤的基本理化性質(zhì)如表1。

1.2 供試菌株

本研究所用的微生物菌種包括沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudanonaspalustris)和枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)，均于新疆光合元生物科技有限公司采購。使用時首先將菌種在無菌培養(yǎng)基中培養(yǎng)24 h，然后以12 000 r/min離心10 min，將離心后的細胞重新懸浮在無菌蒸餾水中，最終達到2×108c.f.u./mL的濃度。

1.3 實驗設(shè)計

本水稻盆栽試驗包括4個處理，分別為常規(guī)施肥(Control)、沼澤紅假單胞菌(R.palustris)、枯草芽孢桿菌(B.subtilis)，沼澤紅假單胞菌+枯草芽孢桿菌(R.palustris+B.subtilis，v/v=1∶1)，每個處理3個平行。田間土壤自然風(fēng)干破碎后過8目篩，每盆裝入風(fēng)干土 6 kg，播種采用人工插播，種植密度為每盆3穴，每穴2株，各處理放置在室外自然光下生長。菌液的施用量為24 mL/m2，常規(guī)施肥處理中施加等量滅菌后的菌液。分別在水稻分蘗期根灌1次，在抽穗期時噴施1次。各處理以每盆施入磷酸二氫鉀1.71 g、氯化鉀0.5 g、尿素 0.66 g 作為基肥，在水稻分蘗期和抽穗期追施氮肥(尿素：0.66 g)，各處理作物生長作統(tǒng)一管理。

在水稻的收割期進行土壤樣品采集，按五點法進行采樣。將每個處理的土壤樣品裝入無菌聚乙烯袋中(約200 g)，運回實驗室；之后將其中約150 g存于4 ℃冰箱，用于測定土壤的理化性質(zhì)及酶活性；另外50 g保存于-80 ℃超低溫冰箱，用于土壤DNA的提取。

1.4 測定項目及實驗方法

土壤理化性質(zhì)測定方法如下[11]：堿解氮采用堿解擴散法；硝態(tài)氮采用氯化鈣浸提—紫外可見分光光度法；銨態(tài)氮采用靛酚藍比色法；有效磷采用鉬銻抗比色法；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀法。

土壤酶活性的測定方法如下[12]：土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；土壤脲酶活性采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法測定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀溶液滴定法測定；土壤FDA水解酶活性采用紫外分光光度計進行測定。

土壤微生物總DNA提?。簩?.0 g水稻土樣置于研缽中使用液氮進行冷凍研磨后，采用土壤微生物DNA強力提取試劑盒(PowerSoil?DNA Isolation Kit)試劑盒提取水稻土的總DNA，詳細操作步驟參見試劑盒說明書。

16S rDNA測序：采用Illumina測序平臺MiSeq系列測序儀，對細菌 16S rDNA(V4-V5區(qū))進行高通量測序，委托上海天昊生物科技有限公司完成。首先，基因組 DNA 質(zhì)量的檢測分為兩個部分鑒定是否能支撐文庫的擴增及其構(gòu)建，對于抽提的基因組 DNA 其完整性可以通過瓊脂糖凝膠電泳系統(tǒng)來檢測(電泳條帶清晰可見且明顯降解)，以及使用 Nanodrop 2000 檢測出的高質(zhì)量則要滿足(濃度≥20 ng/μL，總量≥500 ng，OD260/280=1.8～2.0)。其次，進行目的區(qū)域(土壤細菌 16S rRNA 序列V4-V5區(qū)片段)檢測擴增，然后添加能夠區(qū)別各樣本的標簽序列。隨后對文庫進行定量，將樣本按照比例混合后通過Agilent 2100 Bioanalyzer檢測確定測序文庫濃度。最終利用Miseq上機測序，將得到的序列與RDP數(shù)據(jù)庫作比對，確認物種后進行生物信息分析的研究策略。

1.5 數(shù)據(jù)分析

土壤理化性質(zhì)及酶活性、微生群落多樣性之間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)性分析法；顯著性差異分析采用單因素方差分析 ANOVA(Duncan)在 SPSS 22.0(IBM SPSS Statistics 22)中完成；使用 Origin 9.0 軟件繪制成圖。土壤微生物群落的α-多樣性指數(shù)包含了物種多樣性(Shannon 指數(shù))和豐富度(Chao 指數(shù))；群落的β-多樣性分析是基于所有 OUT 代表序列以樣本間 Bray-Curtis 距離進行評估的。以上α-多樣性和β-多樣性分析均在R-3.2.5(vegan 數(shù)據(jù)包)中完成。冗余分析(RDA)使用R軟件中vegan包進行數(shù)據(jù)分析，即物種組成(OUT 豐度表)和環(huán)境因子數(shù)據(jù)進行對應(yīng)分析，圖的呈現(xiàn)由 Origin 所繪制，從而可直觀反映出影響群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素。利用結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)分析土壤氮、有機質(zhì)、細菌群落結(jié)構(gòu)、Shannon多樣性和微生物酶活性對水稻產(chǎn)量的直接和間接影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物菌肥對水稻產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 微生物菌肥對水稻產(chǎn)量的影響 本研究基于盆栽試驗探究了微生物菌肥對水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明對照組(Control)水稻產(chǎn)量最低，施加混合菌群比單一菌肥對水稻產(chǎn)量的提高效果更顯著，其中混合菌群處理組水稻產(chǎn)量比對照高17.71%，達到了7893 kg/hm2(圖1)。這與史鴻志等[13]人結(jié)果相似，對種植水稻的土壤中施用混合微生物肥后對水稻產(chǎn)量的影響和產(chǎn)生效益情況，結(jié)果顯示在同等施肥成本條件下，與傳統(tǒng)的施肥相比較，混合微生物肥的增產(chǎn)幅度為 331.41 kg/hm2，通過增加每穗粒數(shù)和實粒數(shù)的方法，水稻產(chǎn)量與原來相比有了明顯增加。

不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05) The different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P<0.05)圖1 施用微生物菌肥對水稻產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of microbial inoculations on the rice yield

通常水稻產(chǎn)量是反映土壤肥力和土壤養(yǎng)分穩(wěn)定輸出的關(guān)鍵?；旌暇菏┯糜谕寥乐校軡M足水稻生長對氮素營養(yǎng)和微量元素的需求，促進土壤有機質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化，使土壤中有益微生物能夠快速繁殖。大量研究表明，施用微生物菌肥增加了水稻根際土壤中的細菌數(shù)量，改善了土壤微生態(tài)環(huán)境，加快了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，促進水稻根部生長、莖稈粗壯，提高了水稻產(chǎn)量[14-15]。另外微生物活動可以使土壤疏松，改善土壤的滲透性和結(jié)構(gòu)。在水稻分蘗期間，施用混合微生物菌肥可以提高土壤中有益微生物的數(shù)量，從而產(chǎn)生更多的代謝產(chǎn)物。這些代謝產(chǎn)物會促進作物生長，為作物提供足夠的養(yǎng)分，從而提高作物的產(chǎn)量。杜海霞等[16]人通過研究發(fā)現(xiàn)，在減少化肥用量、增加混合微生物肥料用量的情況下，能有效提高大姜的出箭數(shù)，使作物達到 12.8%的增產(chǎn)效果。

2.1.2 微生物菌肥對土壤理化性質(zhì)的影響 微生物菌肥的施加顯著影響了土壤的化學(xué)性質(zhì)(表2)。微生物接種對土壤硝態(tài)氮、堿解氮和pH值的提高較為顯著(P<0.05)，其中施用沼澤紅假單胞菌(R.palustris)、枯草芽孢桿菌(B.subtilis)以及混合菌群(Mix)分別高出對照組29.17%、9.52%和18.31%。說明微生物菌肥的添加有助于緩解土壤酸化的問題。除此之外，硝態(tài)氮和堿解氮提升也可能是混合菌中具有自生固氮能力的菌株(沼澤紅假單胞菌)發(fā)揮了固氮作用，同時混合菌中的芽孢桿菌加快了土壤有機氮的礦化[17]。兩種菌肥混合后能夠大大提升土壤中可被植物吸收的的養(yǎng)分，同時減少化肥的投放量[18]。

表2 施用微生物菌肥對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

單獨施加枯草芽孢桿菌處理組中的有機質(zhì)和速效磷的含量最高，這與逄煥成在研究微生物菌肥對土壤理化性質(zhì)中得到的結(jié)論一致，在土壤有機質(zhì)狀況得到改善時，減少了磷的固定，從而提高土壤磷有效性[19]。郜勝濤等[20]在使用微生物菌肥代替化肥研究水稻土壤理化性質(zhì)時也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，微生物菌肥中因含有多種微生物，可以增加土壤有機質(zhì)的含量，從而提高了土壤的pH值及其肥力。對于銨態(tài)氮的變化，發(fā)現(xiàn)在施用沼澤紅假單胞菌處理組中其含量是最高的，其它兩組處理中銨態(tài)氮含量都顯著低于對照組。推測原因可能是在通透性較好的土壤中添加芽孢桿菌后容易造成土壤氮素的淋失和流失[21-22]。

2.2 微生物菌肥對土壤微生物酶活性的影響

施用微生物菌肥后，土壤中微生物酶活性較對照組均有顯著提高(表3)，其中添加枯草芽孢桿菌處理組過氧化氫酶和脲酶活性相對最高，分別比對照組處理高了20.88%和29.03%(P< 0.05)。過氧化氫酶廣泛存在于土壤中和生物體內(nèi)，并有效參與物質(zhì)和能量在土壤中的相互轉(zhuǎn)換，在一定程度上其活性主要與土壤有機質(zhì)及微生物數(shù)量有關(guān)，可表征土壤腐殖質(zhì)化強度大小和土壤生物氧化過程的強弱[23]。添加枯草芽孢桿菌的土壤其群落結(jié)構(gòu)得到了改善，土壤肥力得到增強，物質(zhì)轉(zhuǎn)換和循環(huán)加快，從而過氧化氫酶活性也得到了提升[24]。土壤脲酶的提升能夠催化土壤中的尿素轉(zhuǎn)化為NH3和CO2，常用脲酶活性表征土壤供氮能力[25]。

此外，添加混合菌群處理組中的磷酸酶和蔗糖酶含量最高，可能由于混合菌群內(nèi)含有豐富的活性物質(zhì)對土壤磷酸酶活性產(chǎn)生了影響，使土壤磷酸酶促進作物對磷素營養(yǎng)的吸收利用，增強土壤速效磷的有效性[24]，從而導(dǎo)致磷酸酶的升高。土壤蔗糖酶，是有機碳分解的重要指標[26]，也是表征土壤生物學(xué)活性的一種重要水解酶[27]。蔗糖酶的提高可能是由于混合菌群中有益菌群加速了土壤有機化合物的分解，提供了酶促反應(yīng)底物，從而促進了微生物的生長，而蔗糖酶是土壤微生物生長代謝的產(chǎn)物，所以將微生物菌肥混合使用時更能有效提高土壤蔗糖酶的活性[28]。此外，施加沼澤紅假單胞菌的處理組中FDA水解酶活性最高。

2.3 施用微生物菌肥對土壤微生物群落的影響

2.3.1 土壤微生物群落多樣性 為了揭示通過施加不同微生物菌肥后各處理的土壤細菌群落物種多樣性及豐富度的變化情況，并將測序所獲得的樣品 OTUs 進行處理后加以分析可得每個處理間α-多樣性指數(shù)的差異，主要通過 Shannon、Chaol、ACE和Observed指數(shù)和進行分析(圖2)。其中 Chao1 指數(shù)、ACE 指數(shù)和Observed指數(shù)用于表征細菌的豐富度，Shannon 指數(shù)表征微生物的多樣性和均勻度，是目前描述物種多樣性的常用統(tǒng)計指標[29]。對照組、沼澤紅假單胞菌、枯草芽孢桿菌、混合菌群處理組所對應(yīng)每個 OUTs 數(shù)量大小依次為 5304、5288、5022和5011。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)四個處理的多樣性指數(shù)之間均無顯著差異(P> 0.05)，表明表明微生物菌肥未能顯著改變土壤中細菌的豐富度，在提高土壤細菌多樣性和均勻度方面也沒有顯著作用。但是在不同處理間的Shannon指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE 指數(shù)中，沼澤紅假單胞菌處理組的Shannon指數(shù)(7.13)和Chao1 指數(shù)(6948)相對于其他處理來說是最高的。此外，施加枯草芽孢桿菌處理組和混合菌群處理組的多樣性指數(shù)均低于對照組。所以，施加微生物菌肥會適當降低細菌的物種數(shù)目，其群落多樣性和豐富度也會隨之減少，對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)多樣性產(chǎn)生的影響也是有所不同的。

2.3.2 土壤微生物群落組成 施加不同微生物菌肥后，各處理組的細菌相對豐度都發(fā)生了變化。從圖3中可以看出變形菌門(Proteobacteria)是所有處理土壤中的優(yōu)勢門類。此外，綠彎菌門(Chloroflexi)、酸桿菌門(Acidobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和放線菌門(Actinobacteria)的相對豐度也相對較高。

表3 施用微生物菌肥對土壤酶活性的影響

不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05) The different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P<0.05)圖2 土壤細菌群落的α-多樣性指數(shù)Fig.2 The α-diversity index of soil bacterial communities

與對照處理相比，施用沼澤紅假單胞菌處理中，酸桿菌門與放線菌門的相對豐度發(fā)生變化，分別提高了 42.78%和 32.44%(P>0.05)；在枯草芽孢桿菌處理中，豐度變化提高最為明顯的是厚壁菌門(38.46%)，其次為酸桿菌門(21.40%)，隨后是放線菌門(16.36%)；混合菌群處理中，微生物類群相對豐厚影響由高到低的順序是：放線菌門>厚壁菌門>酸桿菌門，相對豐度值分別為70.04%、54.87%、37.01%。與對照處理組相比，除沼澤紅假單胞菌處理外的其他處理相對豐度均有提高的是厚壁菌門。結(jié)果說明在不同微生物菌肥的作用下，會對細菌類群的相對豐度造成不同程度的影響。

圖3 不同處理土壤細菌類群相對豐度圖Fig.3 Relative abundance of soil bacteria under different treatments

2.3.3 土壤環(huán)境因子與微生物群落之間的關(guān)系 為了解施用微生物菌肥后土壤化學(xué)性質(zhì)與微生物群落之間的潛在關(guān)系，以細菌群落 OTU(聚類>97%)數(shù)據(jù)作為物種數(shù)據(jù)，土壤化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)用作環(huán)境變量進行冗余分析(RDA)。RDA分析的前兩個排序軸總共解釋土壤細菌群落組成的72.88%累積解釋量，其中第一排序軸(RDA1)解釋了52.61%，第二排序軸(RDA2)解釋了20.27%。如圖4所示，沼澤紅假單胞菌處理組、混合菌群處理組群落結(jié)構(gòu)的土壤環(huán)境影響因子主要是集中在第一、二排序軸負半軸上，它們的相關(guān)性依次為銨態(tài)氮(r= 0.762,P<0.01)、堿解氮(r= 0.581,P< 0.05)、pH、硝態(tài)氮、有機質(zhì)和有效磷。不同的環(huán)境因子對土壤細菌群落的變化也會存在不同程度的影響，其中產(chǎn)生影響最大的是銨態(tài)氮。對照處理組的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)變化與所選取的影響因子相關(guān)性比較小。混合菌群處理組的群落結(jié)構(gòu)變化主要是受到硝態(tài)氮含量高低的影響。土壤細菌群落的變化受到銨態(tài)氮和堿解氮的影響且呈現(xiàn)出較強的正相關(guān)關(guān)系。這可能是因為施入不同微生物菌肥在不同程度上對細菌群落的變化會產(chǎn)生一定的影響，其中混合菌群中含有沼澤紅假單胞菌、枯草芽孢桿菌這兩種微生物，沼澤紅假單胞菌能使某些土壤有益微生物的增殖，芽孢桿菌對某些細菌具有抑制或刺激作用。本實驗結(jié)果與柳曉磊等[30]研究結(jié)果一致，通過在香蕉土壤中施用微生物菌肥，由 RDA 結(jié)果表明，堿解氮對細菌群落結(jié)構(gòu)影響較大主要是由于施用微生物菌肥所造成的直接影響(P<0.05)。

Olsen-P：有效磷；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；AN：堿解氮；OM：有機質(zhì) nitrogen;AN,alkaline hydrolysis of nitrogen;OM,organic matter圖4 冗余分析方法確定土壤環(huán)境因子對細菌群落組成的影響Fig.4 The influence of soil environmental factors on bacterial community composition by redundancy analysis

2.4 土壤微生物群落組成對水稻產(chǎn)量的潛在影響

為了探究在門水平上土壤細菌群落與水稻產(chǎn)量之間的關(guān)系，將細菌類群的相對豐度和水稻產(chǎn)量之間進行Pearson相關(guān)性分析，其結(jié)果如下表4所示。在水稻生長收割期，有5個細菌類群與土壤理化因子表現(xiàn)出了顯著相關(guān)(P<0.05)。其中，酸桿菌門(Acidobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)和浮霉菌門(Planctomycetes)與水稻產(chǎn)量(r=0.828～0.870，P<0.05)呈極顯著正相關(guān)性，而綠彎菌門(Chloroflexi)和變形菌門(Proteobacteria)與水稻產(chǎn)量(r=-0.801～-0.771，P<0.05)呈極顯著負相關(guān)。

表4 土壤細菌類群相對豐度與水稻產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)施加微生物菌肥能顯著提高水稻產(chǎn)量，所以采用一種含有指示變量與潛在變量的結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)方法用以推斷出土壤氮、SOM、微生物酶活性、細菌群落結(jié)構(gòu)和微生物多樣性對水稻產(chǎn)量的直接和間接影響(卡方值=3.89；自由度=2；圖5)。結(jié)構(gòu)方程模型分析的結(jié)果說明，土壤氮與有機質(zhì)對產(chǎn)量均有著直接正向影響。首先，利用微生物菌肥改良土壤養(yǎng)分可以直接促進水稻植株的生長，因為微生物菌肥在參與土壤養(yǎng)分循環(huán)方面起著關(guān)鍵作用[31]。另外，微生物菌肥施加到土壤中后分泌的有機酸能釋放土壤顆粒對有效氮、磷、鉀進行吸附，從而延長土壤養(yǎng)分對水稻植株的有效供給[32]。

此外，施加微生物菌肥引起的細菌群落組成的改變可能有助于群落功能的轉(zhuǎn)變。比如酸桿菌門(Acidobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)等有益菌群的增加，不僅保護了植物的生長，而且促進了它們對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[33]，微生物菌肥也可以和這些有益微生物作為植物對抗病原體的有益聯(lián)合體。同時，一些可能對土壤產(chǎn)生負面影響的菌群由于微生物菌肥的施加而顯著減少，如著色菌門(Allochromatium)等[34]。

紅線表示正影響，黑線表示負影響；顯著路徑(P<0.05)用實線表示，不顯著路徑(P>0.05)用虛線表示；連線粗細表示回歸系數(shù)的大小 Red line indicates a positive impact.Black lines indicate negative effects.Significant path (P< 0.05) was represented by solid line.The non-significant paths (P> 0.05) were represented by dashed lines.The thickness of the line indicates the size of the regression coefficient圖5 土壤肥力及微生物互作對產(chǎn)量影響的結(jié)構(gòu)等式方程圖Fig.5 Effects of soil fertility and microbial interaction on yield based on structural equation

細菌的α-多樣性可以影響微生物酶活性從而間接影響水稻產(chǎn)量。土壤酶是土壤中動植物和微生物活動的產(chǎn)物，數(shù)量極微作用卻極大的土壤組成部分，在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量代謝和土壤修復(fù)等過程中起著重要作用[35-36]。雖然有研究表明細菌群落組成的改變可能不會由于細菌冗余而改變系統(tǒng)的功能[37]，但本研究實驗結(jié)果顯示微生物菌肥對土壤酶活性產(chǎn)生了巨大影響，進而促進了水稻植株的生長。相關(guān)性分析揭示了水稻產(chǎn)量與微生物酶活性(r=0.448)之間的顯著關(guān)系，這可能與土壤中的碳和磷循環(huán)密切相關(guān)[38]。微生物酶活性的顯著增加，表明了施加的微生物菌肥(沼澤紅假單胞菌和枯草芽孢桿菌)與土壤中的宿主微生物之間存在著積極的相互作用。Prasanna等[39]人通過施加微生物菌肥促進了土壤堿性磷酸酶和脫氫酶活性從而改善了土壤質(zhì)量。

3 結(jié) 論

(1)微生物菌肥的施用能有效提高水稻產(chǎn)量，其中混合菌群處理組的作用最顯著，此外經(jīng)微生物菌肥處理的土壤化學(xué)性質(zhì)也產(chǎn)生了變化，其差異都達到了顯著水平，其中混合菌群處理組對土壤的硝態(tài)氮、堿解氮和pH值的提高較為顯著(P<0.05)，單獨施加枯草芽孢桿菌處理組中的有機質(zhì)和速效磷的含量最高。

(2)與對照組相比，微生物菌肥施用后土壤中酶活性都有顯著提高，其中添加枯草芽孢桿菌處理組過氧化氫酶和脲酶活性相對最高，添加混合菌群處理組中的磷酸酶和蔗糖酶含量最高，施加沼澤紅假單胞菌處理組中FDA水解酶活性最高。

(3)施加不同微生物菌肥后各處理的土壤細菌群落物種多樣性及豐富度并沒有發(fā)生顯著變化，但是細菌相對豐度都發(fā)生了變化。不同的環(huán)境因子對土壤細菌群落的變化也會存在不同程度的影響，其中產(chǎn)生影響最大的是銨態(tài)氮。

(4)結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果顯示，利用微生物菌肥改良土壤養(yǎng)分可以直接促進水稻植株的生長，細菌群落組成的改變也可能有助于群落功能的轉(zhuǎn)變，此外細菌的α-多樣性可以通過影響微生物酶活性從而間接影響水稻產(chǎn)量。