稻蟹生態(tài)種養(yǎng)對水稻根際微生物區(qū)系的影響

佟德利, 許 璐, 于 鑫, 賀海升, 張 穎

(1. 沈陽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學(xué) 實(shí)驗教學(xué)中心, 沈陽 110034)

稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式以水稻生產(chǎn)為主體,同時適量放養(yǎng)蟹。稻漁共作可改善稻田土壤的理化性狀,延長水稻生育期,增加生物量[1-3]。稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式經(jīng)濟(jì)效益顯著,稻田生態(tài)環(huán)境條件亦有所改善。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的重要表征[4-8]。水稻根際微生物具有豐富的多樣性[9-13],具有良好的促生作用[13-15]。稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)模式中河蟹養(yǎng)殖及相關(guān)農(nóng)事操作引起水稻根際微生態(tài)變化,勢必引起微生物區(qū)系改變。本文研究了稻蟹生態(tài)種養(yǎng)對水稻根際微生物的影響,可為微生物資源的開發(fā)和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗地位于遼寧省盤錦市壩墻子鎮(zhèn),供試水稻品種遼星1號;供試的水產(chǎn)養(yǎng)殖對象為中華絨鰲蟹。水稻移栽密度1.33萬穴/667 m2,每穴3本。中華絨鰲蟹(蟹苗150只/kg)放養(yǎng)量為500～600只/667 m2。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,3次重復(fù),小區(qū)面積40 m×37 m。

1.2 水稻根際微生物的計數(shù)、分離與鑒定

分別于移栽期、分蘗期、孕穗期、灌漿期、成熟期取水稻根際新鮮土樣,采用林先貴[16]的方法對水稻根際微生物進(jìn)行計數(shù)、分離、純化,根據(jù)許光輝等人[17-20]的方法進(jìn)行初步鑒定。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

參照鐘文輝等[21]的方法,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)討論根際微生物多樣性特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻根際微生物的動態(tài)與豐度

兩種種植模式下,水稻各生育期根際土壤微生物數(shù)量,均以細(xì)菌為主要類群。稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻生育期內(nèi)細(xì)菌、真菌、放線菌分別為常規(guī)種植模式的1.65、0.48、1.00倍,見表1。

表1 水稻不同發(fā)育期根際土壤微生物數(shù)量Table 1 Microbial flora in the rice rhizosphere seedlings at different growing stages

注: 不同字母表示處理之間差異達(dá)到顯著水平p<0.05

稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)田,水稻根際微生物的動態(tài)與普通稻田相似,但主要種群的豐度顯著增大。全生育期內(nèi)細(xì)菌的總量為普通稻田的1.65倍,以移栽期數(shù)量增加最為明顯。其主要原因是稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)田施肥早,移栽前放蟹和投餌,河蟹的活動等有利于提高細(xì)菌繁殖量。

2.2 水稻不同生育期根際微生物生理類群變化

稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)田中氨化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、嫌氣性纖維素分解菌、好氣性自生固氮菌、亞硝酸細(xì)菌和好氣性纖維素分解菌的數(shù)量分別是普通稻田的9.28、6.44、5.22、3.65、3.00和1.46倍,見表2。好氣性纖維素分解菌的數(shù)量在水稻成熟期略低于普通稻田。其他類群的差異不大。很顯然,一些類群微生物數(shù)量明顯變化與稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)的非生物環(huán)境變化以及生物性環(huán)境變化密切相關(guān)。長期深水灌溉是造成氨化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和嫌氣性纖維素分解菌數(shù)量明顯提高的主要原因。

表2 不同生育期水稻根際可培養(yǎng)微生物主要生理類群數(shù)量Table 2 Number of the cultivated microbial flora in different growing stages

注: A:氨化細(xì)菌Ammonifier(×105); B:亞硝酸細(xì)菌Nitrite bacteria(×103); C:反硝化細(xì)菌Denitrifier(×102); D:好氣性自生固氮菌Aerobic azotobacter (×104); E:好氣性纖維素分解菌Aerobic cellulose decomposer(×102); F:嫌氣性纖維素分解菌Anaerobic cellulosedecom-poser(×102)。

不同字母表示處理之間差異達(dá)到顯著水平p<0.05 Different letters indicate significant difference at 0.05 level(2-tailed)。

2.3 水稻不同生育期根際微生物多樣性比較

稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)田中,水稻根際細(xì)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。常規(guī)水稻生產(chǎn)田中,水稻根際細(xì)菌以分蘗期最為均勻,但同期優(yōu)勢度指數(shù)最低;成熟期則出現(xiàn)相反的趨勢(表3)。

表3 水稻根際細(xì)菌的多樣性、豐富度、均勻度及優(yōu)勢度指數(shù)比較

稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)田中,水稻根際放線菌以成熟期最為豐富,且優(yōu)勢度最大,但多樣性最低; 常規(guī)水稻生產(chǎn)田中,水稻根際放線菌以移栽期均勻度、優(yōu)勢度指數(shù)最高,但同期微生物多樣性及豐富度最低(表4)。

表4 水稻根際放線菌的多樣性、豐富度、均勻度及優(yōu)勢度指數(shù)比較

稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)田中,水稻根際真菌優(yōu)勢度最高,但同期微生物多樣性與豐富度均最低;常規(guī)水稻生產(chǎn)田中,水稻根際真菌以分蘗期最為豐富,且多樣性、均勻度最高,但同期優(yōu)勢度最低(表5)。

表5 水稻根際真菌的多樣性、豐富度、均勻度及優(yōu)勢度指數(shù)比較

3 討 論

稻蟹種養(yǎng)模式下水稻根際微生物區(qū)系,與常規(guī)稻田雖然在種類上差異不大,但數(shù)量動態(tài)與豐度,特異類群變化,優(yōu)勢種及多樣性方面二者均出現(xiàn)了明顯差異。產(chǎn)生這一系列變化的根本原因不僅僅是因為生產(chǎn)系統(tǒng)中添加了新的物種,而且還因為其非生物環(huán)境條件也發(fā)生了較大的變化[22-24]。單從微生物豐度變化上看,稻蟹種養(yǎng)模式下數(shù)量總體提高了0.65倍,應(yīng)該對土壤的供肥狀況及水稻根系生長直接產(chǎn)生較大的影響。在根標(biāo)微生物多樣性方面,多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度3項指標(biāo)與常規(guī)稻田大相徑庭。后者多樣性指數(shù)最大出現(xiàn)在分蘗盛期。這說明稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)田環(huán)境變化與主要物種的增加,改變了微生物多樣性格局,促使細(xì)菌提早“萌動”,細(xì)菌的多樣性指數(shù)最高出現(xiàn)的時間提早了20 d以上。

深入研究主要類群微生物的數(shù)量變化機(jī)制與功能,通過改善環(huán)境條件與改進(jìn)生產(chǎn)操作,有針對性地提高對稻蟹種養(yǎng)生產(chǎn)有利的類群之?dāng)?shù)量,控制有益微生物出現(xiàn)的時間,抑制對生產(chǎn)不利微生物類數(shù)的數(shù)量,是應(yīng)用研究的方向。