木本泥炭對(duì)紅黃壤性水田土壤有機(jī)質(zhì)提升和細(xì)菌群落組成的影響①

陳美淇，馬 壘，趙炳梓，范樹(shù)印，譚 鈞，鞠振山，朱錦尉，徐國(guó)華，王淑媛，徐基勝，張佳寶*

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3 國(guó)土資源部土地整治中心，北京 100035；4 北京中向利豐科技有限公司，北京 100004；5 浙江省土地整理中心，杭州 310007；6 杭州市桐廬縣國(guó)土資源局，杭州 311500)

土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)是土壤肥力的重要指標(biāo)，也是土壤質(zhì)量組成成分[1]。田間長(zhǎng)期試驗(yàn)結(jié)果表明，SOM 含量與作物產(chǎn)量顯著正相關(guān)，也與土壤生化性質(zhì)顯著正相關(guān)[2]。SOM 主要指土壤腐殖質(zhì)，包括非腐殖物質(zhì)和腐殖物質(zhì)。非腐殖物質(zhì)是與有機(jī)殘?bào)w組分類似的普通有機(jī)化合物，占SOM 的 20% ～30%，腐殖物質(zhì)主要指經(jīng)微生物作用合成的高分子化合物，占SOM 的70% 左右[3]。腐殖物質(zhì)是土壤中不易為微生物利用、最為穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)部分。因此在土壤中人為添加與腐殖質(zhì)類似物質(zhì)，可能短期能快速提高 SOM 含量。木本泥炭是木本植物殘?bào)w在沼澤環(huán)境中轉(zhuǎn)換、積累形成的有機(jī)資源，含碳量高，纖維素含量低，是一種重要的腐殖酸資源[4]，但其施入土壤后對(duì)作物產(chǎn)量和理化性質(zhì)的影響尚不清楚。

秸稈還田是提高 SOM、改善土壤肥力的重要措施之一[5]，然而秸稈還田也可能引起當(dāng)季作物減產(chǎn)以及土壤養(yǎng)分提升緩慢等負(fù)激發(fā)效應(yīng)[6]，主要由于秸稈分解緩慢，養(yǎng)分不能為當(dāng)季作物利用，分解過(guò)程中土壤微生物與作物爭(zhēng)奪養(yǎng)分所致[7-8]；此外，秸稈還田引發(fā)病蟲害的幾率也可能增高[9]。因此，如何通過(guò)各種方法加速秸稈分解成為熱點(diǎn)問(wèn)題。室內(nèi)研究表明，添加菌劑能有效促進(jìn)秸稈分解，提高土壤速效養(yǎng)分含量以及酶活性[10-11]；也有田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田后接種菌劑能降低秸稈殘?jiān)蠧/N，有效加快秸稈分解[12]，趙偉等[13]在東北黑土區(qū)田間試驗(yàn)表明添加菌劑能顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、微生物生物量碳氮含量。但也有研究與上述結(jié)論相反，吳琴燕等[14]發(fā)現(xiàn)添加3 種菌劑并不能促進(jìn)秸稈分解，秸稈分解主要依賴自身含有的微生物。同時(shí)，現(xiàn)有菌劑制品在田間實(shí)際應(yīng)用效果并不穩(wěn)定，劉海靜等[15]發(fā)現(xiàn)，菌劑對(duì)木質(zhì)素降解能力有限，并且在不同栽培模式下，菌劑作用也有顯著差異。這就需要從另一個(gè)角度尋求秸稈快速分解技術(shù)。外源有機(jī)碳有刺激微生物繁殖、提高微生物活性的潛力[16]，從而可能激發(fā)秸稈的分解[17]，但激發(fā)效應(yīng)如何(正或負(fù))，與添加的碳類型相關(guān)。已有研究發(fā)現(xiàn)，碳類型是影響微生物群落結(jié)構(gòu)改變的主要因素[18]，這可能與土壤微生物與不同類型外源碳之間耦合關(guān)系不同有關(guān)[19]。

浙北地區(qū)為典型紅黃壤性土壤，當(dāng)?shù)刂饕N植系統(tǒng)為每年單季水稻。丘陵山區(qū)具有大量的未開(kāi)發(fā)土地，如何快速提升基于丘陵山區(qū)土壤的新墾耕地的SOM 含量是評(píng)估其是否具有開(kāi)發(fā)潛力的必要條件之一。本研究擬以新墾紅黃壤性水田土壤為研究對(duì)象，選擇 3 種不同碳源的商用激發(fā)劑，通過(guò)田間試驗(yàn)比較研究不同激發(fā)劑對(duì)腐熟秸稈和木本泥炭聯(lián)合施用的水稻土上的產(chǎn)量和土壤性質(zhì)的影響，同時(shí)基于高通量測(cè)序技術(shù)明確不同激發(fā)劑對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，并評(píng)估其潛在的秸稈激發(fā)能力，為激發(fā)劑推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 田間試驗(yàn)

田間試驗(yàn)開(kāi)始于2016 年，位于浙江省桐廬縣鐘山鄉(xiāng)隴西村(119°21′56.7″E，29°49′19.5″N)。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫16.5 ℃，年降雨量1 443.1 mm，無(wú)霜期252 d[20]。當(dāng)?shù)氐湫头N植模式為單季水稻，6 月上旬插秧至9 月底收獲。水稻土發(fā)育于紅黃壤，試驗(yàn)前土壤pH 為6.15，有機(jī)質(zhì)含量10.4 g/kg，全氮28.4 mg/kg，全鉀50.4 mg/kg，全磷 358.1 mg/kg，土壤砂粒含量680.5 g/kg，粉粒248.9 g/kg，黏粒70.6 g/kg。

試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)處理，3 次重復(fù)，共18 個(gè)小區(qū)：①不添加任何材料對(duì)照(CK)；②施用腐熟秸稈(S)；③施用腐熟秸稈+木本泥炭(SP)；④施用腐熟秸稈+木本泥炭+商用激發(fā)劑-I(SPJ1)；⑤施用腐熟秸稈+木本泥炭+商用激發(fā)劑- Ⅱ(SPJ2)；⑥施用腐熟秸稈+木本泥炭+商用激發(fā)劑-III(SPJ3)。腐熟秸稈、木本泥炭、激發(fā)劑僅2016 年插秧前施用一次，2017 年開(kāi)始僅常規(guī)秸稈還田。小區(qū)面積為0.062 hm2，長(zhǎng)41.5 m，寬15 m，所有處理隨機(jī)排列。腐熟秸稈還田量為2 998.5 kg/hm2，購(gòu)自江陰市聯(lián)業(yè)生物科技有限公司；木本泥炭與激發(fā)劑均購(gòu)自北京利豐高科科技有限公司，木本泥炭施用量為30.0 t/hm2，激發(fā)劑施用量1 499.3 kg/hm2。

供試作物為水稻，品種為Y 兩優(yōu)900。水稻種植前，施用碳銨449.8 kg/hm2，之后將土壤打糊，靜止過(guò)夜后進(jìn)行插秧，以30 cm(行距)× 20 cm(株距)插秧，保證小區(qū)種植密度一致。在水稻種植7 d 后，將尿素(224.9 kg/hm2)和除草劑拌勻后一并施進(jìn)稻田，之后不再追肥?；适┯眉兊偭繛?68.7 kg/hm2。

1.2 樣品采集與測(cè)定

本試驗(yàn)所用樣品采自2017 年水稻收獲季，即考察木本泥炭和激發(fā)劑施用2 a 后水稻產(chǎn)量與土壤性質(zhì)變化。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)5 點(diǎn)取樣法測(cè)產(chǎn)，得到產(chǎn)量因子值后，計(jì)算求得各小區(qū)平均產(chǎn)量。土樣采集為每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)取表層土壤(0 ～ 20 cm)，多點(diǎn)采集混合而成一樣品，重復(fù)3 次，然后用四分法取出足夠的樣品，一部分保存于4 ℃ 冰箱中用于土壤基本性質(zhì)測(cè)定，一部分存于 –20 ℃ 用于土壤DNA 提取及細(xì)菌群落測(cè)定。

土壤基本性質(zhì)測(cè)定參照文獻(xiàn)[21]，土壤 pH 采用電位法測(cè)定；硝態(tài)氮(NO–3-N)采用紫外分光光度法測(cè)定；銨態(tài)氮(NH4+-N)采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)(SOM)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；有效磷(AvaP)采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)采用氯仿熏蒸浸提法測(cè)定，易氧化碳(EOC)采用 333 mmol/L 高錳酸鉀氧化法測(cè)定，可溶性有機(jī)碳(DOC)測(cè)定采用水提取、過(guò)濾方法。團(tuán)聚體采用濕篩法測(cè)定，土壤顆粒組成采用吸管法測(cè)定。土壤團(tuán)聚度計(jì)算采用公式：y=[(x1–x2)/x1]×100%，式中，y為土壤團(tuán)聚度，x1為＞0.05 mm 微團(tuán)聚體測(cè)量值；x2為 ＞ 0.05 mm 土壤顆粒組成測(cè)量值。

土壤總 DNA 采用 Fast DNA Spin Kit for Soil(MP Biomedicals, Santa Ana, CA, USA) 試劑盒提取。每個(gè)樣品稱取0.5 g 鮮土，按照說(shuō)明書操作提取DNA。選取特征引物515F (5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTA A-3′) 和 907R (5′-CCGTCAATTCMTTTRAGTTT-3′)16S rRNA 基因 V4 ～ V5 區(qū)進(jìn)行 PCR 擴(kuò)增。反應(yīng)體系：Q5 聚合酶 0.25 μl，5 μl 5×Q5 反應(yīng)緩沖劑，5 μl 5×Q5 GC 強(qiáng)化劑，2.5 mmol/L dNTP 2 μl，10 μmol 正向反向引物各 1 μl，超純無(wú)菌水 8.75 μl，DNA 模板2 μl。反應(yīng)條件：98 ℃ 預(yù)變性 2 min，98 ℃ 變性 60 s，55 ℃ 退火 60 s，72 ℃ 延伸 30 s，26 個(gè)循環(huán)之后，72 ℃ 延伸 5 min。反應(yīng)產(chǎn)物采用 QIA quick PCR Purification kit (Qiagen) 進(jìn)行純化。將不同樣品的PCR 擴(kuò)增產(chǎn)物等摩爾混合后，采用 Illumina 公司MiSeq 測(cè)序儀完成序列分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

利用 QIIME(quantitative insight into microbial ecology)軟件進(jìn)行微生物數(shù)據(jù)處理，相似度為97%的序列合并為同一可操作分類單元(OTU)，結(jié)果采用RDP(ribosomal database project) 方法與Green-Genes 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行物種比對(duì)(置信度80%)，鑒定微生物群落組成并計(jì)算 α-多樣性指數(shù)(observed species，Chao1 和PD whole tree)。土壤基本性質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 17.0 軟件，LSD 多重比較，微生物數(shù)據(jù)分析采用R 軟件，繪圖采用Origin 2016。

2 結(jié)果

2.1 水稻產(chǎn)量

各處理水稻產(chǎn)量如圖1。S 處理產(chǎn)量與CK 相似，而SP、SPJ1、SPJ2、SPJ3 處理分別比CK 增產(chǎn)9.3%、15.9%、11.5%、18.8%，與單施秸稈或不施用任何有機(jī)物料CK 相比，施用木本泥炭有提高水稻產(chǎn)量趨勢(shì)，其中SPJ1、SPJ3 處理增產(chǎn)達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著差異。表明，在SP 處理基礎(chǔ)上添加激發(fā)劑Ⅰ、 Ⅲ 能顯著提高作物產(chǎn)量，增產(chǎn)效果優(yōu)于激發(fā)劑Ⅱ。

圖1 不同處理水稻產(chǎn)量Fig. 1 Crop yields under different treatments

2.2 土壤性質(zhì)

2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì)及其易利用部分 由表1 知，SP、SPJ1、SPJ2、SPJ3 處理間SOM、EOC、DOC結(jié)果相似，并在所有處理中屬最高水平，其中SOM值比S 和CK 處理分別增加20.6%、12.1%、18.8%、20.6% 和39.3%%、29.5%、37.3%、39.3%，EOC 較S 和CK 處理分別增加124.6%、95.5%、104.1%、123.1% 和48.9%、29.9%、35.3%、47.9%，而DOC僅比S 處理顯著增加67.2%、52.7%、50.8%、75.5%。盡管SP 處理的MBC 含量顯著高于添加激發(fā)劑的3個(gè)處理(SPJ1、SPJ2、SPJ3)，但添加木本泥炭處理均顯著高于其余處理，SP、SPJ1、SPJ2、SPJ3 處理分別比S 和CK 處理高13.5 倍、10.9 倍、10.5 倍、11.3倍和16.1 倍、13.0 倍、12.5 倍、13.4 倍。SPJ3 處理的MBN 值顯著高于其他處理，而其余處理間無(wú)顯著性差異。上述結(jié)果導(dǎo)致S 處理的MBC/MBN 值與CK類似，而SP、SPJ1、SPJ2、SPJ3 處理MBC/MBN 值分別是S 和CK 處理的12.4 倍、10.6 倍、8.3 倍、5.1倍。相關(guān)分析表示，EOC 和MBC 呈顯著正相關(guān)(圖2)，表明施用木本泥炭有刺激微生物生長(zhǎng)趨勢(shì)，而微生物的迅速繁殖反過(guò)來(lái)又可促進(jìn)活性有機(jī)質(zhì)的累積。

表1 不同處理下稻田土壤有機(jī)質(zhì)及易利用部分Table 1 Organic matter and its easy-to-use fractions in paddy soils under different treatments

2.2.2 土壤pH 及速效養(yǎng)分 表2 表示，S 與SPJ1處理的pH 類似，但顯著低于其他處理。除SPJ1 處理顯著提高了土壤NO–3-N 含量，SP、SPJ3 處理顯著降低土壤NH4+-N 含量外，其余處理速效氮含量未有明顯變化。本試驗(yàn)選擇的3 種激發(fā)劑施用均顯著增加了土壤AvaP 含量，而不同激發(fā)劑之間沒(méi)有顯著差異，CK、S、SP 處理間也沒(méi)有顯著差異，施用激發(fā)劑處理(SPJ1、SPJ2、SPJ3)的AvaP 含量比SP、S、CK 處理提高了63.9% ～ 91.7%、46.2% ～ 70.9%、44.7% ～ 69.3%。

表2 不同處理下稻田土壤pH 及速效養(yǎng)分Table 2 Soil pH and available nutrients in paddy soils under different treatments

2.2.3 土壤團(tuán)聚度 由表 3 可知，與 CK 相比，S、SPJ1 處理 ＞0.25 mm 團(tuán)聚體含量分別提高了0.9%、5.6%，SP、SPJ2、SPJ3 處理 ＞0.25 mm 團(tuán)聚體含量分別降低 4.2%、3.6%、5.0%，但均未達(dá)到顯著性差異。圖 3 表示，本試驗(yàn)條件下土壤團(tuán)聚度分為顯著不同的兩組：施用激發(fā)劑組和不施用激發(fā)劑組，組內(nèi)結(jié)果類似，但施用激發(fā)劑組比不施用激發(fā)劑組團(tuán)聚度顯著提高，SPJ1、SPJ2、SPJ3 團(tuán)聚度較 SP顯著提高了 28.8%、43.6%、26.4%。表明施用激發(fā)劑顯著改善了微團(tuán)聚體水穩(wěn)性，而不同激發(fā)劑之間沒(méi)有顯著差異。

表3 不同處理下稻田土壤團(tuán)聚體組成(%)Table 3 Composition of soil aggregates in paddy soils under different treatments

2.3 土壤細(xì)菌多樣性與群落組成變化

2.3.1 細(xì)菌多樣性 高通量測(cè)序結(jié)果經(jīng)質(zhì)量控制后每個(gè)樣品均獲得16 836 條高質(zhì)量序列，經(jīng)比對(duì)后歸并為1 255 個(gè)OTU，歸屬于385 個(gè)屬，264 個(gè)科，197 個(gè)目，105 個(gè)綱以及36 個(gè)門。α-多樣性指數(shù)是表征樣品內(nèi)部多樣性以及均勻度指數(shù)，以Shannon 指數(shù)表征細(xì)菌多樣性，PD_ whole_ tree(PD)指數(shù)表征細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)育多樣性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)(圖4A)：?jiǎn)我唤斩掃€田降低了土壤細(xì)菌多樣性以及系統(tǒng)發(fā)育程度，而配施木本泥炭后細(xì)菌多樣性與系統(tǒng)發(fā)育程度均不同程度提高，施用激發(fā)劑后細(xì)菌多樣性處于較高水平。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌多樣性指數(shù)與DOC、細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)育多樣性指數(shù)與EOC 顯著正相關(guān)，表明施用木本泥炭以及激發(fā)劑后，DOC、EOC 含量的增加是土壤細(xì)菌多樣性與系統(tǒng)發(fā)育程度提高的主要原因。

圖3 不同處理下稻田土壤團(tuán)聚度Fig. 3 Aggregation degrees of paddy soils under different treatments

圖4 不同處理下稻田土壤細(xì)菌群落α 多樣性變化(A)、Shannon 指數(shù)與DOC 之間關(guān)系(B)、PD 指數(shù)與EOC 之間關(guān)系(C)Fig. 4 α-diversity of bacterial community (A), relationship between Shannon index and DOC (B), relationship between PD index and EOC (C)in paddy soils under different treatments

2.3.2 細(xì)菌群落組成及其與環(huán)境因子關(guān)系 圖5A表示，Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi 是稻田土壤中優(yōu)勢(shì)物種，相對(duì)豐度分別為41.95%、19.17%、14.78%。Actinobacteria(5.34%)、Firmicutes (2.85%)、Gemmatimonadetes(2.54%)、Planctomycetes (2.43%)、Nitrospirae(1.59%)、Cyanobacteria(2.02%)、Bacteroidetes(1.42%)是其余相對(duì)豐度大于1% 的物種。對(duì)不同處理細(xì)菌群落進(jìn)行PCoA 分析如圖5B。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：主坐標(biāo)前兩軸解釋了群落變異的44.95%，S、SPJ1 處理與其余處理沿第一軸分開(kāi)，CK、SP 處理與其余處理在第二軸上分開(kāi)。Anosim 分析結(jié)果也說(shuō)明，添加外源有機(jī)物料處理(S、SP)與CK 群落結(jié)構(gòu)差異顯著(R2=0.75，P= 0.005)，同時(shí)施用激發(fā)劑處理(SPJ1、SPJ2、SPJ3)群落結(jié)構(gòu)與SP 處理也具有顯著差異(R2= 0.44，P= 0.001)。上述分析表明有機(jī)物料與激發(fā)劑的添加能顯著影響土壤細(xì)菌群落組成，改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)。

為明確不同處理下土壤環(huán)境因子間關(guān)系以及其對(duì)于土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分異的影響，基于Bray-Curtis距離算法，將土壤環(huán)境因子擬合到不同處理的非度量多維尺度(NMDS)排序圖上。脅強(qiáng)系數(shù)用以反映降維過(guò)程中數(shù)據(jù)失真水平，其值越小，表明圖中空間關(guān)系越能準(zhǔn)確表征數(shù)據(jù)信息。由Stress = 0.12 可知，該排序分析結(jié)果能解釋不同處理間群落分異與環(huán)境變量關(guān)系88% 的信息(圖6)。與圖5B 結(jié)果類似，SPJ1、SPJ2、SPJ3 處理位于第一軸下方，而其他處理均位于第一軸上方，表示施用激發(fā)劑處理的土壤細(xì)菌群落組成與其他處理差異顯著，這差異主要與AvaP、MBN、EOC、DOC 有關(guān)(圖6)。

圖5 不同處理下稻田土壤細(xì)菌群落組成變化Fig. 5 Changes of bacterial community composition in paddy soils under different treatments

圖6 不同處理下稻田土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤性質(zhì)之間關(guān)系Fig. 6 Relationship between bacterial community structure and soil properties under different treatments

3 討論

本研究采用高通量測(cè)序技術(shù)，研究了不同外源有機(jī)物料添加對(duì)稻田土壤性質(zhì)的影響以及細(xì)菌群落響應(yīng)。結(jié)果表明，不同外源有機(jī)物料造成土壤理化性質(zhì)差異，從而影響作物產(chǎn)量以及細(xì)菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)。

3.1 有機(jī)物料還田配施激發(fā)劑對(duì)土壤理化性質(zhì)、水稻產(chǎn)量的影響

木本泥炭含碳量高，作為一種重要的腐殖酸資源，是制作有機(jī)肥料的優(yōu)質(zhì)原料。秸稈也常作為重要的有機(jī)物料，用于還田以改善土壤質(zhì)量。大量研究表明，添加有機(jī)物料能改善土壤理化性質(zhì)，從而提升土壤肥力，促進(jìn)作物增產(chǎn)[23-25]。本研究中，與CK 相比，秸稈還田(S)、秸稈還田+木本泥炭(SP)、秸稈還田+木本泥炭+激發(fā)劑(SPJ1 ～ SPJ3)均有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中SP、SPJ1 ～ SPJ3 處理能顯著提高易氧化碳(EOC)、可溶性有機(jī)碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)等土壤活性有機(jī)質(zhì)部分，SPJ1 ～ SPJ3 處理對(duì)土壤AvaP、團(tuán)聚度有顯著提升作用。就作物產(chǎn)量而言，S 處理未能有效提高作物產(chǎn)量，這可能是由于秸稈的高C/N 比，微生物在分解過(guò)程中會(huì)從土壤中吸收礦質(zhì)氮固定在體內(nèi)，與作物爭(zhēng)奪有限營(yíng)養(yǎng)，引起負(fù)激發(fā)效應(yīng)[16]；也可能是由于秸稈還田未能提高土壤活性有機(jī)質(zhì)含量(表1)，土壤有機(jī)碳含量高低僅說(shuō)明有機(jī)質(zhì)數(shù)量并不能直接說(shuō)明其質(zhì)量[26]，而活性有機(jī)質(zhì)是土壤中易被分解轉(zhuǎn)換、活躍度高的部分，也是微生物活動(dòng)能源和土壤養(yǎng)分的驅(qū)動(dòng)力[27]。本研究發(fā)現(xiàn)EOC 與MBC 均呈良好的線性關(guān)系(圖2)，表明施用木本泥炭提高EOC 含量，能有效刺激微生物生長(zhǎng)，進(jìn)而可能提高作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)化。木本泥炭由于其復(fù)雜結(jié)構(gòu)，能有效吸附銨，從而減少氮素?fù)]發(fā)提高氮素利用率[28]，也能通過(guò)同晶置換提高土壤中磷的有效性[29]，有明顯增產(chǎn)作用。這與王亞彪等[30]在甘蔗上應(yīng)用木本泥炭研究結(jié)果一致。秸稈還田配施木本泥炭既補(bǔ)充了土壤中碳源，也增加了土壤氮素的持續(xù)供應(yīng)能力[31]；激發(fā)劑的添加提高了土壤有效磷(AvaP)含量以及團(tuán)聚度(圖3)，為微生物提供良好生存環(huán)境，提高農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分利用率，加速土壤中養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)過(guò)程[32]，促進(jìn)作物高產(chǎn)，其中激發(fā)劑Ⅰ、Ⅲ效果更優(yōu)。

3.2 有機(jī)物料還田配施激發(fā)劑對(duì)土壤細(xì)菌多樣性的影響

土壤微生物群落參與有機(jī)質(zhì)分解和腐殖質(zhì)形成分解過(guò)程，是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)換和養(yǎng)分循環(huán)中重要一環(huán)[33]，多樣性指數(shù)是評(píng)價(jià)土壤的微生物群落多樣性非常有效的方法之一。袁紅朝等[34]利用 T-RELP 和定量 PCR 技術(shù)研究了長(zhǎng)期不同施肥對(duì)紅壤性水稻土細(xì)菌多樣性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施肥處理(氮磷鉀配施和秸稈還田)土壤細(xì)菌多樣性均高于不施肥處理。郭梨錦等[35]采用PLFA 方法也發(fā)現(xiàn)秸稈還田顯著提高表層稻田土壤微生物多樣性。本研究結(jié)果顯示外源有機(jī)物料對(duì)稻田土壤細(xì)菌多樣性產(chǎn)生了影響(圖 4)。與 CK 相比，秸稈還田(S)細(xì)菌多樣性有所降低，可能是土壤性質(zhì)改變?cè)黾恿四承﹥?yōu)勢(shì)種群數(shù)量，而相應(yīng)減少了其余細(xì)菌種類和數(shù)量，從而細(xì)菌多樣性降低。SP、SPJ1 ～ SPJ3 處理提高了土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)和系統(tǒng)發(fā)育指數(shù)。相關(guān)性分析表明 DOC 與 Shannon 指數(shù)、EOC 與 PD 指數(shù)均顯著正相關(guān)(圖 4)，表示施用木本泥炭與激發(fā)劑后，DOC、EOC 含量的增加可能是土壤細(xì)菌多樣性與系統(tǒng)發(fā)育程度提高的主要原因。

3.3 有機(jī)物料還田配施激發(fā)劑對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

施肥作為影響土壤肥力最主要的農(nóng)業(yè)措施之一，對(duì)于土壤微生物群落組成、結(jié)構(gòu)也具有重要調(diào)節(jié)作用[36-37]。袁紅朝等[22]研究了長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤細(xì)菌組成影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn) Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi 為稻田土壤主要細(xì)菌類群。王霞等[38]利用克隆文庫(kù)技術(shù)發(fā)現(xiàn)不施肥和秸稈還田的稻田土壤中優(yōu)勢(shì)菌種均為 Proteobacteria，秸稈還田后Proteobacteria 相對(duì)豐度提高了 5%。本研究與上述研究結(jié)論一致，Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi 是稻田土壤中優(yōu)勢(shì)種群(圖5A)。

PcoA 與 Anosim 分析結(jié)果表明有機(jī)物料還田和配施激發(fā)劑能顯著改變土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)。劉瓊等[39]利用 T-RFLP 技術(shù)通過(guò)培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤pH、SOC對(duì)水稻土中具有碳同化功能的微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。張敬智等[40]研究發(fā)現(xiàn)淹水能提高土壤 DOC含量，加速土壤微生物對(duì)碳源的利用，從而影響群落結(jié)構(gòu)。陳曉芬等[41]采用 PLFA 技術(shù)研究長(zhǎng)期不同磷肥處理對(duì)紅壤水稻土微生物群落影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有效磷、有機(jī)碳是影響群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的關(guān)鍵因素。本研究利用非度量多維尺度排序(NMDS)分析發(fā)現(xiàn)，pH 和 AvaP 是影響土壤細(xì)菌群落的最主要環(huán)境因子，施用激發(fā)劑處理與其余處理群落差異還受MBN、EOC、DOC 的影響，與上述研究結(jié)論一致。

4 結(jié)論

1)秸稈還田配施木本泥炭和激發(fā)劑較不施肥和單一秸稈還田處理顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)及其活性部分(EOC、DOC、MBC)，作物增產(chǎn)9.3% ～ 18.8%。外源有機(jī)物料配施激發(fā)劑進(jìn)一步顯著提高了土壤團(tuán)聚度和AvaP 含量。

2)秸稈還田基礎(chǔ)上配施木本泥炭和激發(fā)劑后，土壤EOC、DOC 含量的增加提高了細(xì)菌多樣性和系統(tǒng)發(fā)育程度。Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi是稻田土壤優(yōu)勢(shì)菌種。本試驗(yàn)施用的3 種激發(fā)劑均顯著改變了細(xì)菌的群落組成，其改變與土壤性質(zhì)AvaP、MBN、EOC、DOC 顯著相關(guān)。表明激發(fā)劑可以通過(guò)改變微生物的群落結(jié)構(gòu)，從而有可能改變其功能，最后導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)的改善。