不同輪作模式下稻田土壤細菌和真菌多樣性變化

張 慧， 馬連杰， 杭曉寧， 朱金山， 盧文才， 廖敦秀

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，重慶 401329)

土壤微生物是微生物群落的重要成員，對土壤肥力的形成和轉(zhuǎn)化起著積極作用。土壤中微生物的種類繁多，各類微生物具有不同的功能特性以及不同的遺傳特性，不同的群落結(jié)構(gòu)形成了土壤微生物的多樣性[1]。土壤微生物的多樣性構(gòu)成了土壤微環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，而土壤微環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)會隨土壤栽培作物及環(huán)境條件不同而發(fā)生改變[2-3]。土壤微生物多樣性研究方法如 DNA 重組、DNA-DNA雜交、變性梯度凝膠電泳(DGGE)、溫度梯度凝膠電泳(TGGE)等[4]無法用于詳細分析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成方面的信息，以及不同群體的差異。第二代測序 Illumina Mi Seq 方法有效地避免了通量低、操作復(fù)雜和準(zhǔn)確率低等缺陷[5-6]，具有操作簡單、成本較低的優(yōu)勢，并且采用邊合成邊測序原理，結(jié)果可信度高。目前此方法已逐步應(yīng)用于土壤微生物研究[7-9]。

作物輪作對土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性狀產(chǎn)生有益的影響，主要是因為土壤中碳的積累以及進入土壤中多樣的植物殘體[10-11]。張立成等[12]研究結(jié)果表明稻-稻-油菜輪作顯著提高了土壤微生物豐富度指數(shù)。長期冬季種植綠肥尤其是紫云英能明顯提高土壤微生物種群數(shù)量、微生物生物量碳、微生物生物量氮[13]。本研究采用高通量測序技術(shù)，對重慶市丘陵地區(qū)水稻-小麥、水稻-油菜、水稻-綠肥、水稻-冬閑4種種植模式下土壤細菌、真菌多樣性進行分析，以期明確4 種種植模式下土壤微生物的不同響應(yīng)，為土壤養(yǎng)分循環(huán)的有效管理以及土壤資源的可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于重慶市墊江縣沙坪鎮(zhèn)，東經(jīng)107.45°、北緯30.48°。屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，冬暖春早，初夏多雨，盛夏炎熱常伏旱，秋多連綿陰雨，無霜期長，溫差大，多霧少日照。年平均氣溫17.0 ℃，無霜期289 d，年平均降水量1 199 mm。土壤主要性狀為：pH7.09，有機質(zhì)25.59 mg/kg，銨態(tài)氮5.82 mg/kg，有效磷1.98 mg/kg，速效鉀195 mg/kg，緩效鉀114 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置4個處理：水稻-小麥、水稻-油菜、水稻-綠肥、水稻-冬閑輪作，分別用A、B、C、D表示。每個處理3次重復(fù)，共12個小區(qū)，小區(qū)面積30 m2(6 m×5 m)，小區(qū)間用塑料薄膜包埂，單灌單排。

1.3 土壤樣品的采集

在水稻收獲后采集土壤樣品，用土鉆按混合采樣法采集 0～20 cm土層的土壤樣品，每個小區(qū)5點取樣，去除土樣中的動植物殘體等雜質(zhì)，混合均勻后，裝入干凈塑料袋，編號標(biāo)記，放入保溫箱中帶回實驗室。-80 ℃保存，用于分析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。

1.4 土壤微生物總 DNA 的提取和測序

土壤樣品送到上海派森諾生物科技股份有限公司進行 Illumina Miseq 高通量測序。設(shè)計細菌V3+V4引物(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′、5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)和真菌ITS1+ITS2引物(5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3′、5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′)，合并引物接頭，進行 PCR 擴增。PCR反應(yīng)體系：5×Reaction buffer 5.00 μl，5×GC buffer 5.00 μl，2.5 mmol/L dNTPs 2.00 μl，10 μmol/L 引物各1.00 μl，DNA 模板 2.00 μl，5 U/μlTaq酶 0.25 μl，ddH2O 8.75 μl，總體積25.00 μl。PCR 反應(yīng)條件：98 ℃ 2 min；98 ℃ 15 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，30 個循環(huán)；72 ℃ 5 min。

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 原始數(shù)據(jù)處理和序列數(shù)據(jù)統(tǒng)計 對多個平行測序的樣品，采用滑動窗口法對FASTQ格式的雙端序列逐一作質(zhì)量篩查。利用FLASH軟件[14]，對通過質(zhì)量初篩的雙端序列根據(jù)重疊堿基進行配對連接。將連接后的序列識別分配入對應(yīng)樣品(要求Index序列完全匹配)，運用QIIME軟件[15]識別疑問序列。通過QIIME軟件調(diào)用USEARCH檢查并剔除嵌合體序列，從而獲得每個樣品的有效序列，得到優(yōu)化序列后對其進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

1.5.2 操作分類單元(Operational taxonomic units，OUT)分析 使用QIIME軟件，調(diào)用UCLUST序列比對工具[16]，對獲得的序列按97%的序列相似度進行歸并和OTU劃分。并選取每個OTU中豐度最高的序列作為該OTU的代表序列，進行生物信息統(tǒng)計分析。

1.5.3 細菌和真菌群落多樣性分析 群落豐富度用Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)表示，群落物種的多樣性用Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)表示。對OTU豐度矩陣中的全體樣品在90%的最低測序深度水平下統(tǒng)一進行隨機抽樣，用QIIME軟件分別計算每個樣品的4種多樣性指數(shù)。

1.5.4 細菌和真菌群落結(jié)構(gòu)分析 使用QIIME軟件，獲取各樣品在門和屬水平上的組成和豐度分布表，比較4個處理細菌和真菌的分布情況。

2 結(jié) 果

2.1 不同輪作模式下稻田土壤細菌和真菌16S rDNA和18S rDNA基因序列

水稻-小麥(A)、水稻-油菜(B)、水稻-綠肥(C)、水稻-冬閑(D)輪作處理中所獲得的細菌有效序列分別有47 291、46 038、48 497、49 216條，真菌有效序列分別有 46 449、48 585、47 785、53 175條。97%相似性歸并后，A、B、C、D處理分別獲得5 886、6 201、5 957、6 493個細菌OUT，1 470、1 414、1 363、1 635個真菌OUT。生物分類統(tǒng)計分析結(jié)果見表1。

表1不同輪作模式下稻田土壤細菌和真菌的生物分類統(tǒng)計

Table1Thebiologicalclassificationstatisticsofbacteriaandfungiinpaddysoilsunderdifferentrotationpatterns

處理細菌門綱目科屬真菌門綱目科屬A349913119624611225995134B3710313921027311245995129C369613520927610225791121D3610214321327710216095138

A：水稻-小麥輪作；B：水稻-油菜輪作；C：水稻-綠肥輪作；D：水稻-冬閑輪作。

2.2 不同輪作模式下土壤細菌和真菌群落的豐富度和多樣性

Chao指數(shù)和ACE指數(shù)可估計群落中實際存在的物種數(shù)，一般而言，Chao或ACE指數(shù)越大，群落的豐富度越高。由表2可知，相較于B、C、D處理，A處理土壤細菌Chao指數(shù)分別減少了4.88%、16.23%、11.00%，ACE指數(shù)分別減少了7.50%、17.56%、14.85%；相較于C、D處理，B處理土壤細菌 Chao指數(shù)分別減少了10.82%、5.83%，ACE指數(shù)分別減少了9.36%、6.83%；C處理土壤細菌Chao指數(shù)和ACE指數(shù)相對于D處理分別增加了4.50%和2.31%。相對于B、D處理，A處理土壤真菌 Chao指數(shù)分別減少了1.48%、0.37%，ACE指數(shù)分別減少了18.77%、17.53%；相對于C處理，A處理土壤真菌 Chao指數(shù)和ACE指數(shù)分別增加了2.22%和4.29%。B處理土壤真菌Chao指數(shù)和ACE指數(shù)相對于C處理分別增加了3.65%和4.64%，相對于D處理分別減少了17.03%和17.10%。C處理土壤真菌Chao指數(shù)和ACE指數(shù)相對于D處理分別減少了21.47%和22.80%。結(jié)果表明土壤細菌和真菌群落物種豐富度的變化因輪作作物的不同而有明顯差異，種植綠肥作物可增加土壤細菌群落物種豐富度，減少真菌群落物種豐富度。

Simpson 指數(shù)和 Shannon 指數(shù)可反映群落物種多樣性。由表2可知，4個處理土壤細菌Simpson指數(shù)和Shannon 指數(shù)沒有明顯差異。A處理土壤真菌Shannon 指數(shù)相對于B、D處理分別減少了 2.30%和 5.52%，相對于C處理增加了8.70%；B處理土壤真菌Shannon 指數(shù)相對于C處理增加了10.79%，相對于D處理減少了3.15%；C處理與D處理的土壤真菌Shannon 指數(shù)差異顯著?？梢?，土壤細菌和真菌群落物種多樣性沒有因輪作作物的不同而有明顯差異，種植綠肥作物能夠降低真菌群落物種多樣性。

表2不同輪作模式稻田土壤細菌和真菌群落豐富度和多樣性指數(shù)

Table2OTUs’abundanceanddiversityofpaddyfieldsbacteriaandfungiunderdifferentrotationpatterns

處理細菌(V3+V4)區(qū)Simpson指數(shù)Chao指數(shù)ACE指數(shù)Shannon指數(shù)真菌(ITS1+ITS2)區(qū)Simpson指數(shù)Chao指數(shù)ACE指數(shù)Shannon指數(shù)A0.998 8a 3 710a 3 758a 10.88a 0.960 7a 810a 816 a6.52abB0.998 8a3 891a 4 040a 10.85a 0.967 9a822a 819a 6.67ab C0.998 5a4 312a 4 418a 10.91a0.939 5a792a 781a 5.95a D0.998 7a4 118a 4 316a 10.93a 0.970 4a 962a959a6.88b

各處理見表1注。同一列中不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 不同輪作模式下土壤細菌和真菌的門水平群落結(jié)構(gòu)

門水平下4個輪作處理的細菌和真菌群落結(jié)構(gòu)(圖1)顯示，豐度大于1%的細菌門類有 11 門，其中變形菌門Proteobacteria 豐度 30.17%～34.47%，綠彎菌門Chloronexi 27.6%～30.57%，酸桿菌門Acidobacteria 12.02%～12.69%，放線菌門Actinobacteria 5.38%～8.39%，芽單胞菌門Gemmatimonadetes 5.23%～6.27%，這5個門的細菌豐度均在5%以上，共計達 84.51%～87.12%。硝化螺旋菌門Nitrospirae、黏膠球形菌門Latescibacteria、浮霉菌門Planctomycetes、擬桿菌門Bacteroidetes、疣微菌門Vermcomicrobia、藍藻門Cyanobacteria這幾個門的細菌豐度相對較小。分析各門細菌所占比例發(fā)現(xiàn)，不同輪作處理土壤中細菌群落組成發(fā)生明顯變化(圖1)。與D處理相比，Gemmatimonadetes、Nitrospirae、Latescibacteria在A、B處理中的比例明顯增加，Cyanobacteria在B、C處理中的比例增加；而Actinobacteria、Bacteroidetes、Vermcomicrobia在A、B處理中的比例減少，Planctomycetes在B處理中的比例減少；Bacteroidetes在C處理中的比例減少。

測序結(jié)果表明，4個處理真菌優(yōu)勢門類為子囊菌門Ascomycota、擔(dān)子菌門Basidiomycota、接合菌門Zygomycota、Rozellomycota、Ciliophora (圖1)。其中，優(yōu)勢菌群為子囊菌門和擔(dān)子菌門，這2種真菌在A、B、C、D個處理中分別占真菌群落的 84.12%、90.94%、84.03%和87.34%。與D處理相比，A處理中Ascomycota和Basidiomycota分別減少3.79%和3.95%；B處理中Ascomycota增加5.6%，Basidiomycota減少4.67%；C處理中Ascomycota減少6.93%，Basidiomycota增加14.57%。說明隨著輪作作物的改變，土壤生態(tài)系統(tǒng)中細菌和真菌群落各門類組成的比例發(fā)生明顯變化。本研究中采集的土壤樣品為典型的水旱輪作模式下的稻田土壤，可能由于灌水的作用，使土壤微生物中真菌和細菌的變化不明顯。

各處理見表1注。圖1 不同輪作模式稻田土壤中細菌(a)和真菌(b)的門水平分布Fig.1 Phylum distribution of bacteria (a) and fungi (b) in paddy soils under different rotation patterns

2.4 不同輪作模式下土壤細菌和真菌的屬水平群落結(jié)構(gòu)

A、B、C、D 輪作處理分別有細菌246、273、276、277屬，真菌134、129、121、138屬。細菌前20個優(yōu)勢屬豐度之和為 51.08%～54.59%，真菌前10優(yōu)勢屬豐度之和為 48.8%～55.27%。從屬的角度分析發(fā)現(xiàn)，不同輪作土壤中細菌和真菌群落的組成比例同樣發(fā)生明顯改變(表3)。其中不可培養(yǎng)的uncultured Anaerolineaceae、unidentified Chloroflexi，不可培養(yǎng)的芽單胞菌uncultured Gemmatimonadaceae、Anaeromyxobacter、Pseudomonas，uncultured Chloroflexi、Haliangium、uncultured Chloroflexi 7個屬均出現(xiàn)在4個處理細菌的前20優(yōu)勢屬中(豐度>2%)，但豐度上發(fā)生了變化。其中變化較大的Pseudomonas，在D處理中為第3優(yōu)勢屬(5.54%)，在C處理中降至第4優(yōu)勢屬(3.88%)，在A處理中降至第6優(yōu)勢屬(2.49%)，在B處理中僅占0.43%。

表3不同輪作模式下稻田土壤中細菌和真菌優(yōu)勢屬分布

Table3Thedominantgenusdistributionofbacteriaandfungiinpaddysoilsunderdifferentrotationpatterns

微生物排序水稻-小麥輪作(A)屬豐度(%)水稻-油菜輪作(B)屬豐度(%)水稻-綠肥輪作(C)屬豐度(%)水稻-冬閑輪作(D)屬豐度(%)細菌1uncultured Anaerolineaceae11.14uncultured Anaerolineaceae10.67uncultured Anaerolineaceae9.08uncultured Anaerolineaceae10.842unidentified Chlo-roflexi 5.51unidentified Chlo-roflexi 5.73unidentified Chlo-roflexi 5.91Pseudomonas5.543uncultured Gem-matimonadaceae5.01uncultured Gem-matimonadaceae4.47Anaeromyxobact-er3.89unidentified Chlo-roflexi4.744Anaeromyxobact-er4.00Anaeromyxobact-er4.16Pseudomonas3.88uncultured Gem-matimonadaceae3.235uncultured Chlo-roflexi2.84uncultured Chlo-roflexi2.69uncultured Gem-matimonadaceae3.84Anaeromyxobact-er3.146Pseudomonas2.49Haliangium2.18uncultured Chlo-roflexi3.53uncultured Chlo-roflexi2.587uncultured Chlo-roflexi2.39uncultured Chlo-roflexi2.07Haliangium2.37Haliangium2.078Haliangium2.14uncultured Nitro-spirales 1.87uncultured Sub-group 2.01uncultured Chlo-roflexi2.039uncultured Nitro-spirales 1.88uncultured Nitro-somonadaceae1.80Sideroxydans1.93uncultured Sub-group 1.8710Sideroxydans1.86uncultured Sub-group 1.80unidentified Sub-group 1.85unidentified Chlo-roflexi 1.8311uncultured La-tescibacteri1.80unidentified Sub-group1.61uncultured Chlo-roflexi1.79unidentified Sub-group 1.7312unidentified Chlo-roflexi 1.77unidentified Chlo-roflexi 1.56Stenotrophomonas1.62uncultured Nitro-somonadaceae1.7013uncultured Sub-group1.76Thioalkalispira1.48Geobacter1.61Roseiflexus1.5114unidentified Sub-group 1.69unidentified Deltaproteobacte-ria 1.46Roseiflexus1.56unidentified Deltaproteobacte-ria 1.2815unidentified Deltaproteobacte-ria 1.50Sideroxydans1.44uncultured Nitro-spirales 1.30Gemmatimonas1.2716uncultured Nitro-somonadaceae1.47uncultured La-tescibacteri1.37uncultured Nitro-somonadaceae1.29Sideroxydans1.2217Roseiflexus1.48Roseiflexus1.31unidentified Chlo-roflexi 1.23Anaerolinea1.2218Thioalkalispira1.39Geobacter1.15Gemmatimonas1.18Candidatus Soli-bacter1.2219Anaerolinea1.33uncultured Xan-thobacteraceae1.14uncultured La-tescibacteri1.05uncultured Nitro-spirales 1.1520Candidatus Soli-bacter1.14uncultured Nitro-spiraceae1.12Thioalkalispira0.83uncultured La-tescibacteri1.07真菌1Talaromyces12.53Talaromyces11.58Harzia9.36Talaromyces13.512Dendroclathra7.13Podospora8.93Talaromyces6.94Zopfiella6.413Podospora5.10Zopfiella7.74Zopfiella6.61unidentified Sor-dariomycetes6.104unidentified Sor-dariomycetes4.48unidentified Py-ronemataceae 5.19Trechispora6.48Dendroclathra5.925unidentified Asco-mycota3.90unidentified Asco-mycota4.94 unidentified Hypocreales 5.40unidentified Asco-mycota3.76 unidentified Cordycipitaceae 3.73unidentified Sor-dariomycetes4.13 unidentified Sor-dariales 3.98Acremonium3.697Zopfiella3.53Dendroclathra4.06unidentified Sor-dariomycetes3.83Cryptococcus2.658Cryptococcus3.10 unidentified Sor-dariales 2.94Dendroclathra3.80Penicillium2.479Chaetomium2.92Cryptococcus2.89Podospora2.99 unidentified Sor-dariales 2.4210unidentified Py-ronemataceae 2.39Chaetomium2.88unidentified Py-ronemataceae 2.41Podospora2.39

在真菌中，4個處理中共有的屬有5個：Talaromyces、Zopfiella、Dendroclathra、Podospora、unidentified Sordariomycetes。其中豐度變化較大的有：Talaromyces，在A處理中為第1優(yōu)勢屬(12.53%)，B和C處理中也為第1優(yōu)勢屬(11.58%、13.51%)，在D處理中降至第2屬(6.94%)；unidentified Ascomycota，為A、B、D 3個處理的第5屬(3.90%、4.49%、3.70%)，但未出現(xiàn)在C處理的前10屬中。除此之外，Harzia為C處理第1優(yōu)勢屬(9.36%)，unidentified Hypocreales為C處理的第5優(yōu)勢屬(5.40%)，Trechispora為C處理的第4優(yōu)勢屬(6.48%)，這3個菌屬均未出現(xiàn)在A、B、D處理的前10屬中。由此可見，不同輪作作物改變了土壤細菌和真菌屬水平的群落結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢屬及其豐度均發(fā)生了變化，且真菌的變化較大。

2.5 不同輪作模式下土壤有益微生物的變化

土壤有益微生物包括拮抗微生物、生理類群微生物等[17]，其對植物的積極作用主要有抑制病原菌、參與養(yǎng)分循環(huán)以及分泌植物生長調(diào)節(jié)劑等[18-19](表4)。作物對土傳病害的抗性與拮抗微生物密切相關(guān)，Pseudomonas、Streptomyces、Bacillus、Actinoplanes、Catenulispora、Lysobacter等可以通過產(chǎn)生抗生素類物質(zhì)或植物生長素等的方式對植物病原菌產(chǎn)生拮抗作用。B處理的拮抗微生物總數(shù)較其他處理顯著減少。生理類群微生物參與土壤碳氮循環(huán)，直接影響土壤肥力。例如細菌中的固氮菌Roseiflexus、Gemmatimonas、Bradyrhizobium、Rhizobium、Mesorhizobium、Devosia、Dongia，硝化和亞硝化細菌Nitrobacter、Nitrospira、Nitrosomonadaceae，解鉀菌Sphingomonas，纖維素分解菌Cellulomonas等。真菌中的球囊菌 Glomeromycota 即叢枝菌根(Arbuscularmycorrhizae，AM) 能與地球上 90%的植株建立良好的共生關(guān)系[20]，該菌在A處理中豐度為0.45%，與A處理相比在B、C、D 3個處理中分別降低了0.11%、0.23%、0.04%。由表4可以看出，不同輪作作物改變了土壤中有益微生物的比例，4個處理中有益微生物的比例分別為16.01%、13.75%、19.28%、19.70%，以水稻-綠肥、水稻-冬閑處理有益微生物比例較高。

表4不同輪作模式稻田土壤中有益細菌和真菌變化

Table4Thechangeofbeneficialbacteriaandfungiinpaddysoilsunderdifferentrotationpatterns

分類 屬 功能描述 豐度(%)A處理B處理C處理D處理細菌BacyeriaPseudomonas假單胞菌產(chǎn)生植物生長激素,抑菌2.49 0.43 3.88 5.54 Nitrosomonadaceae 亞硝化1.47 1.80 1.29 1.70 Roseiflexus嗜熱光合細菌固氮1.48 1.31 1.56 1.51 Gemmatimonas芽單胞菌屬固氮1.11 1.07 1.18 1.27 Stenotrophomonas寡養(yǎng)單胞菌降解甲基對硫磷1.13 0.27 1.62 0.77 Nitrobacter硝酸菌屬硝化0.59 0.71 0.94 0.64 Nitrospira硝化螺菌屬硝化0.64 0.64 0.49 0.55 Sphingomonas鞘氨醇單胞菌屬解鉀0.32 0.33 0.47 0.43 Thiobacillus硫化細菌給植物提供硫酸態(tài)硫素0.36 0.40 0.32 0.36 Streptomyces鏈霉菌屬產(chǎn)生抗生素0.30 0.18 0.20 0.23 Bradyrhizobium短根瘤菌屬共生固氮0.12 0.14 0.21 0.15 Actinoplanes游動放線菌屬產(chǎn)生多種抗生素0.08 0.09 0.17 0.17 Bacillus芽孢桿菌屬PGPR0.08 0.15 0.10 0.11 Rhizobium根瘤菌固氮0.07 0.06 0.13 0.06 Mesorhizobium中生根瘤菌固氮0.06 0.06 0.09 0.09 Devosia共生固氮0.07 0.04 0.08 0.08 Lysobacter溶桿菌屬拮抗多種植物病原菌0.03 0.06 0.10 0.04 Dongia固氮0.02 0.03 0.05 0.02 Catenulispora產(chǎn)抗生素0.01 -0.01 -Cellulomonas纖維單胞菌分解纖維素--0.01 -真菌FungiChaetomium毛殼霉屬降解纖維素2.92 2.88 2.66 2.16 Penicillium青霉屬降解纖維素1.71 2.32 1.29 2.47 Trichoderma木霉屬降解纖維素0.50 0.44 2.21 0.94 Glomeromycota球囊菌形成菌根結(jié)構(gòu)0.45 0.34 0.22 0.41

各處理見表1注。

3 討 論

4個不同輪作模式處理的土壤細菌豐富度和細菌有效序列數(shù)雖差別不大，但種群結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大改變。主要細菌和真菌門類雖大致一致，但優(yōu)勢門類豐度發(fā)生改變。在細菌屬水平上，前20個優(yōu)勢屬僅7屬為共有菌屬，且各屬豐度上發(fā)生了變化，其中變化較大的為Pseudomonas。在真菌屬水平上，前10個優(yōu)勢屬共有菌屬為5個，且各屬豐度上發(fā)生了變化，其中變化較大的有Talaromyces、Harzia、unidentified Hypocreales、Trechispora。土壤中一些有益的細菌和真菌，特別是生理類群微生物和拮抗微生物也發(fā)生很大變化，水稻-綠肥、水稻-冬閑輪作處理有益微生物豐度較其他處理高。土壤微生物的這些變化歸因于不同作物的差異，尤其是作物根系分泌物的差異。根系分泌物是植物與根際微生物相互作用的中間媒介，不同作物的根系分泌物數(shù)量和種類各不相同，對微生物的代謝、生長發(fā)育和多樣性都有影響[21]。

微生物的數(shù)量和種類容易受不同種植模式的影響。而種植模式的不同導(dǎo)致冬季作物對土壤養(yǎng)分的影響以及根際分泌物和植物殘體對土壤微生物的影響不同，土壤中微生物數(shù)量與多樣性也就表現(xiàn)不同。一方面，由于冬季作物的根際效應(yīng)，土壤中微生物的數(shù)量和種類發(fā)生變化；另一方面，由于冬季種植作物的不同，在土壤中殘留的秸稈也就不同，水稻栽培過程中土壤的有機質(zhì)成分就有所不同，這就影響了不同種植模式下稻田土壤的微生物數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)。可見，選用適當(dāng)?shù)姆N植模式能有效地改善土壤中微生物的活性以及有益微生物所占比例。