稻鳅共作模式对土壤营养、酶活性及微生物多样性的影响

邓时铭 何志刚 邹利 刘丽 李金龙 郑梦婷 蒋国民 王冬武 刘晓燕

摘要：为探明稻鳅共生对稻田土壤表层养分、酶活性和微生物的影响，测定了稻鳅共生前后土壤的主要氮、磷、钾、酶活性和微生物多样性的变化，并以施肥和施药的稻田为对照。结果显示，稻田养殖泥鳅，土壤表层微生物丰度Chao指数和多样性Shannon指数明显上升，增加5门735属，对照田变化不明显;稻鳅田中性磷酸酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性极显著低于对照田（P<0.01），脲酶和蔗糖酶活性极显著高于对照田（P<0.01），使得稻鳅田土壤磷肥出现累积，钾肥变化不明显，氮肥和有机质明显下降。因此，稻鳅共生模式丰富了稻田土壤表层微生物群落构成，提高了酶活性，促进了营养物质转化、循环与利用。

关键词：稻鳅共作模式;土壤微生物;土壤养分;土壤酶

中图分类号：S181;S964.2   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）17-0216-04

收稿日期：2020-11-16

基金项目：湖南省科技重大专项（编号：2017NK1030）;湖南省农业科技创新资金（编号：2017XC02）。

作者简介：邓时铭（1974—），女，湖南祁东人，硕士，副研究员，主要从事水产养殖研究。E-mail：976222@qq.com。

通信作者：王冬武，硕士，研究员，主要从事稻渔综合种养技术研究，E-mail：1309128968@qq.com;刘晓燕，博士，教授，主要从事鱼类病害研究，E-mail：1176450971@qq.com。

台湾泥鳅别称大鳞副泥鳅，生命力强，好钻泥，耐低氧，生活水域广，食性杂，肉质细嫩、味道鲜美，蛋白质含量高达18%～20%，富含不饱和脂肪酸，是具有一定药用功能的强身食品，很受人们青睐，现已畅销国内外，是我国出口水产品之一[1]。目前我国泥鳅以高密度池塘养殖为主，但水质易污染，机体易患病，产品质量下降。因此，将宜在水位较浅的肥水水域生活的泥鳅[2]，进行稻田养殖探究。

我国有着悠久的稻田养鱼历史，是世界上最早开展稻田养鱼的国家，到2019年，我国稻渔综合种养面积达231万hm2，而稻鳅养殖占比较小（1.94%）[3]，稻鳅养殖研究也主要集中在养殖技术[4-5]及经济效益方面[6]，对稻鳅养殖田的肥力、微生物群落多样性及功能等方面的探究较少。

土壤微生物是土壤环境中重要的生物，对土壤营养物质的转化和循环起到重要作用，也是评价土壤质量的一个重要指标[7]。研究发现，长期施肥可降低土壤微生物数量[8]，农药的使用对土壤微生物群落结构也产生一定的影响[9]。本研究在湖南省益阳市南县红旗桥金水湾选择4块田进行稻鳅生态养殖试验，不施肥，不施药，通过采集稻田土壤泥样，检测分析土壤理化性質、酶活性及微生物构成等指标，比较分析稻鳅共生模式下土壤养分及微生物群落的变化，旨在探索稻鳅共生模式对土壤的影响，以期为稻鳅养殖提供技术支撑，为我国稻渔综合种养的持续健康发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验田设计

养殖试验地点位于湖南省益阳市南县的金水湾基地（112°10′53″～112°49′06″E、29°03′03″～29°31′37″N），为过渡性亚热带季风气候。试验田共4块：1块为对照田（RM），水稻单作模式;3块为试验田（RL1、RL2、RL3），稻鳅共生模式，内有环沟。

1.2 试验材料

水稻品种农香32由湖南省水稻研究所提供。泥鳅为大鳞副泥鳅，鲤形目鳅科副泥鳅属，规格为（5.36～5.64） g/尾。

1.3 泥鳅放养

待禾苗返青后，随机挑选大小均匀、体质健壮、体表无伤、室外暂养10 d的泥鳅进行放养，试验田RL1、RL2、RL3分别放养15、20、25 kg，养殖密度分别为29.43、39.24、49.04 kg/667 m2。

1.4 试验田管理

泥鳅放养第3天开始投喂膨化配合饲料（34%CP），日投饵量为泥鳅总质量3%，分2次投，养殖周期为13周，投喂1 h后清除残饵。试验期间，稻鳅共生田（RL）不施肥、不撒药，水稻单作田（RM）进行常规管理，施加尿素、复合肥和除虫管理。

1.5 样品的采集与处理

水稻栽种前和水稻收割后，同一位置采取稻田土壤表层0～5 cm泥土[10]，每块稻田3个采样点混匀为1个样[11]。对照田样品设为水稻单作前（RM）、水稻单作后（RRM），试验田样品设为稻鳅共生前（RL）和稻鳅共生后（RRL）。

1.6 土壤理化性质测定

土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法;全氮含量测定采用重铬酸钾-硫酸消化法;全磷含量测定采用高氯酸-硫酸法;速效磷含量测定采用碳酸氢钠-钼锑抗比色法;速效钾含量测定采用乙酸铵-火焰法;水碱性氮含量测定采用碱解扩散法[12]。土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性采用南京建成生物工程研究所试剂盒进行测定。

1.7 土壤微生物检测

土壤微生物高通量测序送检上海美吉生物医药科技有限公司，细菌引物为338F_806R，对其16S rRNA基因高变区V3～V4进行扩增[13]，每个样品3次重复，使用Illumina PE250进行文库构建和高通量测序。

1.8 数据处理

用Excel 2013整理稻田土壤理化性质、酶活性和微生物多样性指标及主要菌属的相对丰度，数据结果用平均值±标准差（x±s）表示，用SPSS 23.0软件进行单因素分析，差异显著（P<0.05）时，则用Duncans法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 土壤营养物质变化

2.1.1 土壤有机质、全氮、全磷及全钾变化

从试验前后土壤营养物质变幅（表1）来看，施肥的水稻单作模式，土壤表层有机质、全氮含量变化小，全磷含量略有上升，全钾含量增加6.89 g/kg;不施肥的稻鳅共生模式（RL），土壤有机质和全氮含量下降，降幅值明显高于水稻单作模式，全磷含量均呈现不同程度增加，增值低于水稻单作模式，RL3和水稻单作田差异不大。而土壤全钾变幅极明显地低于水稻单作模式。3个不同养殖密度稻鳅共生模式，随着养殖密度的增加，土壤有机质降幅逐步增加，全氮降幅以RL2组为最大，全磷和全钾的增幅以RL3组为最大。

2.1.2 土壤水解性氮、有效磷和速效钾变化

从表2可以看出，水稻单作模式土壤水解性氮、有效磷和速效钾3种可利用营养物质含量均较稻鳅共生模式高，试验后，水稻单作模式土壤有效磷和速效钾出现极显著降低（P<0.01），水解性氮变化不显著;稻鳅共生模式下，土壤水解性氮下降不明显，有效磷极显著下降（P<0.01），以RL2组降幅值为最大，速效钾下降显著（P<0.05）。试验后期，稻鳅共生模式速效钾和水解性氮含量表现为RL3>RL1>RL2。

2.2 土壤酶活变化

由表3可知，所有试验田中酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性为最强，水稻单作模式（RM）下极显著高于稻鳅共生模式（RL）（P<0.01），而稻鳅共生模式（RL）的蔗糖酶和脲酶活性又极显著高于水稻单作模式（RM）（P<0.01），并随着泥鳅养殖密度的增加，蔗糖酶活性呈下降趋势，RL1极显著高于RL2和RL3（P<0.01），RL2和RL3间差异不显著，而脲酶活性在组间差异极显著（P<0.01），RL2组脲酶活性为最低。

2.3 土壤微生物的变化

2.3.1 高通量测序结果及多样性分析

将水稻单作和稻鳅共生模式前后表层土壤进行微生物16S高通量测序分析，测序细菌平均有效序列长度为420.28～422.96 bp，再以97%的相似水平划分OTUID。

如图1所示，水稻单作模式下水稻种植前后丰富度（Chao）指数和多样性（Shannon）指数变化不明显。稻鳅共生模式下，随着泥鳅的加入，表层土壤微生物Chao指数和Shannon指数不断上升，并随着泥鳅放养密度的增加均有不同程度的增加，都明显高于水稻单作模式后期（RRM），以RRL2的Chao指数为最高，其次是RRL3和RRL1。微生物Shannon指数以RRL1组为最高，其次为RRL3和RRL2，组间差异不明显，但都明显高于水稻单作模式（RRM）。

2.3.2 表层土壤细菌群落结构分析

由图2可知，试验前后，水稻单作模式的表层土壤微生物种类在门属分类水平上无变化，为58门579属，试验后期（RRM）土壤主要優势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae），其相对丰度在5%以上;引入泥鳅后，稻田土壤表层微生物增加5门735属，优势菌门和水稻单作模式后期一致，但丰度有所不同，RRL1和RRL3 2组稻鳅田绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）相对丰度上升，变形菌门（Proteobacteria）相对丰度下降，而RRL2组优势菌绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）相对丰度明显下降，而以马赛菌属（Massilia）为优势菌属（相对丰度达40.09%）的变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度上升，高达66.18%。

3 讨论与结论

稻田土壤微生物是稻田生态系统的重要组成部分[14]，其对外界环境变化具有敏感而快速的响应[15]，从而影响着土壤的酶活性、物质循环及肥力[16]。而土壤微生物多样性是土壤微生物群落状态与功能的指标，能反映出土壤中微生物的生态特征[17]，因此采用了高通量测序技术分析稻鳅共生对稻田土壤微生物群落组成的影响。从试验结果来看，稻田引入泥鳅，稻田土壤表层微生物种类增多，在门和属的微生物分类水平，共多检测到5门735属，虽然其优势菌门种类与水稻单作模式一样，仍以变形菌门（Proteobacteria）占绝对优势，但反映微生物相对丰度的Chao指数[11]和反映微生物多样性的Shannon指数[18]得以明显提高，大大地丰富了稻鳅土壤表层微生物数量和构成。

土壤酶活性是土壤养分循环和代谢的主要驱动力，是反映土壤肥力和功能的重要指标之一[19]，它不但与施肥[20-21]有关，也与土壤微生物的活动息息相关。在水稻单作模式下，施加化肥和有机肥，大大提升了土壤中有效磷、速效钾和水解性氮含量，增加了稻田土壤养分，刺激土壤微生物产生了大量酶，引起土壤酶活性的增加[22-23]，导致土壤表层磷酸酶的活性远远高于稻鳅共生模式，但没有提高土壤表层微生物门属水平的数量，对微生物多样性的影响也不显著，这与Sarathchandra等的研究结果[24]相一致。稻鳅共生模式，不施肥，不施药，明显增加了土壤表层微生物的丰度和多样性，提升了土壤中参与尿素不同形态相互转化的脲酶[25-26]和参与土壤有机质转化的蔗糖酶的活性[27]，使得稻田土壤总氮和有机质降幅明显，从而加快氮肥和有机质的转化与循环，促进土壤营养物质的释放，节约了肥料投入，减少了农业面污染。

稻鳅共生模式，不但节约水资源和土地资源，而且还增加了稻田土壤磷营养，增加了表层土壤微生物门属水平的数量，提高了微生物的丰度指数和多样性指数，极显著地增强了蔗糖酶和脲酶的活性，加快了土壤有机质和氮肥转化与循环，促进土壤营养物质的释放与利用，节约投入，减少污染。

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