稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻根際微生物區(qū)系研究

佟德利，賀海升，耿志席，孔健健

(1.沈陽師范大學生命科學學院，遼寧沈陽 110034； 2.沈陽師范大學實驗教學中心，遼寧沈陽 110034；3.北京中農(nóng)嘉源生態(tài)工程技術(shù)有限公司，北京 100040)

稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式以水稻生產(chǎn)為主體，利用稻田的空間及便利條件，放養(yǎng)蟹為主體輔以青蝦和少量魚類的養(yǎng)殖模式[1-2]。在取得顯著經(jīng)濟效益的同時，也改善了稻田生態(tài)環(huán)境條件[3-4]。稻漁共作可改善稻田土壤的理化性狀，延長水稻生育期，增加群體各生育期生物量，提高葉面積指數(shù)和冠層葉片的面積，延緩后期功能葉片衰老，增大莖稈粗度，促進根系發(fā)育及伸長節(jié)上須根發(fā)生[5]。針對生態(tài)養(yǎng)殖模式下水稻的獨特性質(zhì)，本研究對其根際的微生物進行分離鑒定。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為遼星1號；供試的水產(chǎn)養(yǎng)殖對象為中華絨螯蟹。

1.2 試驗設(shè)計

水稻播期在2017年4月28日，5月28日移栽。肥床旱育，秧田期為30 d，大田移栽密度為1.33萬穴/667 m2，每穴3株。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復，小區(qū)面積40 m×37 m。水產(chǎn)苗種放養(yǎng)量為中華絨螯蟹(蟹苗150只/kg)500～600只/667 m2，6月4日放蟹苗。

從水稻移栽期開始至成熟期結(jié)束，連續(xù)取5個時期的土樣進行微生物區(qū)系分析。

1.3 水稻根際微生物的分離、鑒定

采用文獻[6]的方法對水稻根際微生物進行分離、純化。根據(jù)文獻[7-10]對生態(tài)種養(yǎng)模式下分離得到的微生物進行初步鑒定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

參照鐘文輝等的方法[11-12]，根際微生物的多樣性分析選用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)、豐富度指數(shù)(S)、Pielou均勻度指數(shù)(J)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(D)討論根際環(huán)境的微生物多樣性特征。

細菌以出現(xiàn)概率在15%以上菌落的菌株為根際優(yōu)勢菌株，真菌、放線菌以最高稀釋度平板上出現(xiàn)5個以上的菌株為優(yōu)勢菌株[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土樣理化指標

土樣為黏質(zhì)鹽漬型水稻土。生育期內(nèi)pH值在7.49～8.40，呈弱堿性，其中孕穗期最低，分蘗期最高。土壤含水率在24.01%～37.07%。

2.2 水稻根際微生物的物候期變化

生態(tài)種養(yǎng)模式與常規(guī)種植模式下水稻各物候期根際土壤微生物數(shù)量均為細菌>放線菌>真菌，所占比例分別為 99.93%、0.05%、0.024%(表1)。各發(fā)育期水稻根際土壤微生物均以細菌為主要類群。

表1 水稻不同發(fā)育期根際土壤微生物數(shù)量

2.3 生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻根際細菌區(qū)系特征及變化動態(tài)

生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻根際共分離得到276株細菌，分別為歐文氏菌屬Erwinia、噬胞菌屬Cytophaga、動膠菌屬Zoogloea、假單胞菌屬Pseudomonas等11個菌屬。

由表2可知，各物候期分離得到的菌株數(shù)量為分蘗期>灌漿期>孕穗期>移栽期>成熟期，而各生育期分離得到菌屬的數(shù)量為灌漿期(10)>移栽期(8)=分蘗期(8)=成熟期(8)>孕穗期(7)。移栽期分離得到2株優(yōu)勢菌株，為歐文氏菌屬Erwinia、噬胞菌屬Cytophaga；分蘗期分離得到2株優(yōu)勢菌株，為歐文氏菌屬Erwinia、芽孢桿菌屬Bacillus；孕穗期分離得到4株優(yōu)勢菌株，為歐文氏菌屬Erwinia、動膠菌屬Zoogloea、葡萄糖細菌屬Gluconobacter、芽孢桿菌屬Bacillus；灌漿期分離得到3株優(yōu)勢菌株，為歐文氏菌屬Erwinia、黃單胞菌屬Xanthomonas、動膠菌屬Zoogloea；成熟期分離得到3株優(yōu)勢菌株，為噬胞菌屬Cytophaga、葡萄糖細菌屬Gluconobacter、不動細菌屬Acinetobacter。

表2 根際細菌區(qū)系

由表3可知，水稻根際細菌種群多樣性隨生育期的延長而發(fā)生變化，多樣性指數(shù)以移栽期最大，孕穗期最??；均勻度指數(shù)以移栽期最大，灌漿期最?。粌?yōu)勢度以孕穗期最大，移栽期最小。水稻根際細菌以灌漿期類群最為豐富，但均勻度指數(shù)最低，孕穗期多樣性指數(shù)及豐富度最低，但類群的優(yōu)勢度最高。

表3 根際細菌的多樣性、豐富度、均勻度及優(yōu)勢度指數(shù)

2.4 生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻根際放線菌區(qū)系特征及變化動態(tài)

由表4可知，生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻根際共分離得到76株放線菌，對分離得到的放線菌進行分類學鑒定，屬于鏈霉菌屬，分別為黃色類群Flavus、燼灰類群Cinerogriseus、吸水類群Hygroscopicus等8個鏈霉菌類群。其中黃色類群占30.26%，燼灰類群占21.05%，吸水類群占19.74%，灰褐類群占 11.84%，其他類群占17.11%。各生育期分離得到的菌株數(shù)量為孕穗期>分蘗期>移栽期>灌漿期=成熟期，而各生育期分離得到的菌屬數(shù)量為灌漿期(7)>孕穗期(6)>移栽期(5)=分蘗期(5)>成熟期(4)。移栽期分離得到1株優(yōu)勢菌株，為黃色類群Flavus；分蘗期分離得到2株優(yōu)勢菌株，為吸水類群Hygroscopicus、灰褐類群Griseofuscus；孕穗期分離得到1株優(yōu)勢菌株，為黃色類群Flavus；成熟期分離得到1株優(yōu)勢菌株，為燼灰類群Cinerogriseus；灌漿期未分離到優(yōu)勢菌株。

表4 根際鏈霉菌區(qū)系

由表5可知，水稻根際放線菌的多樣性指數(shù)以分蘗期最高，成熟期最低；豐富度指數(shù)以灌漿期最高，成熟期最低；均勻度指數(shù)以分蘗期最高，灌漿期最低；優(yōu)勢度指數(shù)以成熟期最高，灌漿期最低。

3.5 生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻根際真菌區(qū)系特征及變化動態(tài)

由表6可知，生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻根際共分離得到37株真菌，對分離得到的真菌進行分類學鑒定，分別屬于青霉屬Penicillium、毛霉屬Mucor、曲霉屬Aspergillus、木霉屬Trichoderma、根霉屬Rhizopus，分別占40.54%、32.43%、10.81%、8.11%、8.11%。各生育期分離得到的菌株數(shù)量為成熟期>分蘗期>灌漿期>移栽期>孕穗期。分蘗期分離得到1株優(yōu)勢菌株，為青霉屬Penicillium；成熟期分離得到1株優(yōu)勢菌株，為毛霉屬Mucor，其余生育期未分離到優(yōu)勢菌屬。

表5 根際放線菌的多樣性、豐富度、均勻度及優(yōu)勢度指數(shù)

表6 根際真菌區(qū)系

由表7可知，水稻根際真菌的多樣性指數(shù)、豐富度以成熟期最高，移栽期最低；優(yōu)勢度指數(shù)以移栽期最高，成熟期最低；均勻度指數(shù)以孕穗期最高，分蘗期最低。

表7 根際真菌的多樣性、豐富度、均勻度及優(yōu)勢度指數(shù)

3 討論與結(jié)論

試驗發(fā)現(xiàn)，根際細菌的數(shù)量在整個生育期內(nèi)發(fā)生較大波動，從移栽期到成熟期表現(xiàn)出升—降—升—降的趨勢。水稻移栽后，由于要適應(yīng)新的環(huán)境，水稻利用周圍營養(yǎng)物質(zhì)的能力較弱，細菌因此獲得較多的營養(yǎng)，同時，此時放養(yǎng)河蟹，河蟹糞便、剩余餌料的腐熟也提供一部分營養(yǎng)元素，細菌數(shù)量從而急劇上升。到達分蘗期，由于水稻扎根吸收大量的營養(yǎng)元素，進而與微生物競爭，可能導致細菌數(shù)量的減少。從孕穗期到灌漿期，水稻生長基本完成，根系對微生物的競爭減少，細菌數(shù)量有所上升，成熟期水稻根系衰老，土壤中可利用營養(yǎng)元素數(shù)量下降，導致細菌數(shù)量達到最小。放線菌數(shù)量變化在灌漿期之前與細菌基本一致，但灌漿期后，放線菌數(shù)量呈上升趨勢，這與成熟期稻田的淹水狀態(tài)有關(guān)。真菌的數(shù)量在整個生育期內(nèi)變化不明顯。這種根際微生物與植物生長發(fā)育呈一定相關(guān)性的現(xiàn)象在其他文獻中也有報道[13-14]。

植物根際微生物區(qū)系及優(yōu)勢種隨植物種類的不同而不同[15-16]。試驗結(jié)果表明，生態(tài)種養(yǎng)經(jīng)營模式下水稻根際優(yōu)勢細菌為歐文氏菌屬、噬胞菌屬、假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、黃單胞菌屬、動膠菌屬、葡萄糖細菌屬、不動細菌屬；優(yōu)勢鏈霉菌類群為黃色類群、吸水類群、灰褐類群、燼灰類群；根際優(yōu)勢真菌為青霉屬和毛霉屬。水稻根際微生物的數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種群和多樣性及其變化受耕作制度、土壤層次、植被、土壤肥力、氣候變化以及土壤類型等諸多因素的影響。越來越多的研究結(jié)果表明，土壤微生物在養(yǎng)分持續(xù)供給、肥料管理措施、有害生物綜合防治及土壤保持中起著舉足輕重的作用[6，17-18]。