水稻-油菜周年耕作方式對(duì)土壤微生態(tài)的影響

高杜娟，劉興錄，蘭志斌，趙 楊，陳友德，周 斌，呂艷梅，羅先富，唐善軍

（1湖南省水稻研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游秈稻遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125；2安仁縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南郴州 423600）

0 引言

由于多種自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的限制，近年來(lái)湘北洞庭湖區(qū)調(diào)整為以水稻-油菜輪作為主的種植模式，這種模式具有充分利用光熱資源、季節(jié)矛盾小等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。免耕栽培作為一種保護(hù)性耕作措施，是目前發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的主要技術(shù)之一，具有降低勞動(dòng)力投入和減少水土流失的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛實(shí)施[3-5]。因此，研究稻-油系統(tǒng)周年不同耕作方式對(duì)土壤微生態(tài)的影響，對(duì)合理耕作方式的選擇具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。土壤微生物作為土壤生命的體現(xiàn)者，在有機(jī)質(zhì)的分解和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)揮作用[6]，是維持土壤質(zhì)量的重要組成部分[7]，它與土地利用方式[6-8]、土壤類型[9]、植被和氣候等密切相關(guān)[8-10]。土壤微生物群落的多樣性是生態(tài)系統(tǒng)多功能性的關(guān)鍵因子，研究發(fā)現(xiàn)，微生物與農(nóng)田生態(tài)密切相關(guān)[11]。在水稻農(nóng)田系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)量越好的情況下，作物植被根系釋放更多滲濾液[12-13]，有利于微生物量的增加[14]。傳統(tǒng)的旋耕會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成侵蝕和養(yǎng)分損失，降低土壤的功能潛力[15]。而長(zhǎng)期免耕有助于增加土壤微生物群落的大小[16]，也有助于提高土壤酶活性[17]。但免耕栽培與傳統(tǒng)旋耕方式相比，對(duì)稻-油水旱輪作系統(tǒng)土壤微生物數(shù)量及功能、土壤酶活性的影響，不同學(xué)者得出的結(jié)論不盡相同。土壤宏基因組測(cè)序方法能夠更全面地分析土壤中微生物的物種及基因等方面的多樣性，也可以深入分析特殊功能基因的豐度，是一種研究土壤微生態(tài)的好方法。因此，本研究設(shè)置稻-油系統(tǒng)不同耕作方式，評(píng)價(jià)耕作方式對(duì)土壤微生物總量、土壤生理類群微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)和土壤酶活性的影響，探討不同耕作方式對(duì)土壤微生態(tài)的影響，以期為合理耕作方式的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試土壤采自湖南益陽(yáng)三仙湖鎮(zhèn)太平橋村，其基本理化性質(zhì)為pH 8.0、有機(jī)質(zhì)4.1 g/kg、堿解氮202.15 mg/kg、有效磷11.51 mg/kg、速效鉀80.12 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年1月—2019年5月展開(kāi)，試驗(yàn)地點(diǎn)經(jīng)過(guò)10年以上免耕栽培。試驗(yàn)采用大區(qū)設(shè)計(jì)，大區(qū)面積282 m2(47 m×6 m)，大區(qū)進(jìn)行開(kāi)溝分廂，每個(gè)廂面寬1.8 m，溝的尺寸均為寬30 cm、深20 cm。試驗(yàn)設(shè)置2種耕作方式，均為一季水稻+油菜周年輪作，處理1開(kāi)展水稻和油菜的雙免耕雙直播(DNT)，處理2開(kāi)展水稻旋耕拋秧的雙季旋耕(DT)，油菜旋耕移栽，其他水肥管理措施同樣進(jìn)行。在水稻收獲期，將每個(gè)大區(qū)分3個(gè)小區(qū)以五點(diǎn)取樣法取樣，除去土壤表層的植物殘?bào)w后，采集0～5 cm的土樣混合，用鑷子除去土樣中的植物根系、殘?jiān)笆^等雜物，土樣用無(wú)菌袋收集后帶回實(shí)驗(yàn)室分為3份，一份樣品分裝至無(wú)菌EP管中，液氮速凍后干冰運(yùn)輸至測(cè)序公司；一份樣品風(fēng)干后，用于土壤酶活性測(cè)定；一份樣品4℃保存，用于土壤微生物測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤酶活性測(cè)定 脲酶活性測(cè)定采用苯酚鈉比色法[18]；磷酸酶活性測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定[19]；轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶活性測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[8,20]；過(guò)氧化氫酶活性測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法[21]。

1.3.2 可培養(yǎng)土壤微生物數(shù)量測(cè)定 將風(fēng)干土壤樣品按十倍稀釋法稀釋后，取稀釋液分別加入馬丁氏培養(yǎng)基（真菌）、牛肉膏培養(yǎng)基（細(xì)菌）和改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基（放線菌）中，涂板后倒置在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，計(jì)算被測(cè)樣品的菌落數(shù)。細(xì)菌或放線菌以每皿30～300個(gè)菌落為宜，真菌以每皿10～100個(gè)菌落為宜。氨化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌測(cè)定采用MPN法。

1.3.3 土壤微生物宏基因組測(cè)序 將土壤樣品提取基因組DNA，電泳定量后以擴(kuò)增區(qū)域V3～V4（細(xì)菌）和ITS1～I(xiàn)TS2（真菌）進(jìn)行靶定區(qū)域擴(kuò)增，擴(kuò)增后的樣品進(jìn)行定量混合，對(duì)混合后的樣品進(jìn)行高通量測(cè)序，測(cè)序儀為Illumina MISEQ03。對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)，完成序列拼接、過(guò)濾和去嵌合后，進(jìn)行OUT聚類分析、Alpha多樣性分析、物種分類分析和菌群差異分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2007和DPS 7.5進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式的微生物群落組成

將OUT代表序列與數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)后，在各水平統(tǒng)計(jì)各樣品的群落組成，計(jì)算不同耕作方式的土壤文庫(kù)所含物種類群的百分比組成，只展示豐度水平前10位的物種。

2.1.1 細(xì)菌群落組成 如圖1所示，免耕直播和旋耕拋栽土壤中的優(yōu)勢(shì)類群均為Proteobacteria和Acidobacteria，兩者在不同耕作方式的土壤中的相對(duì)豐度均超過(guò)60%，在免耕土壤中為66.87%，在旋耕土壤中為67.79%。2種耕作方式土壤豐度水平前10位的物種在門(mén)水平相同，但微生物種群豐度在不同耕作方式間所不同。雙免耕雙直播處理下的Acidobacteria、Planctomycetes、Bacteroidetes和 Verrucomicrobia的相對(duì)豐度高于旋耕拋栽，土壤中Proteobacteria、Nitrospirae、 Gemmatimonadetes、 Latescibacteria 和Chloroflexi的相對(duì)豐度低于旋耕拋栽。在種水平分析，2種耕作方式土壤豐度水平前10位的物種在種水平也相同，說(shuō)明2種耕作方式下土壤中細(xì)菌群落組成相似。

圖1 不同耕作方式土壤細(xì)菌物種相對(duì)豐度分布

2.1.2 真菌群落組成 如圖2所示，土壤真菌的測(cè)序結(jié)果表明未確定分類地位的微生物較多，其結(jié)果不能完全反映土壤真菌的真實(shí)情況，而且在雙免耕雙直播土壤中未確定分類地位微生物的豐度明顯高于旋耕拋栽。2種不同耕作方式土壤中均是Ascomycota和Basidiomycota這2類真菌的相對(duì)豐度較高。其中Ascomycota的相對(duì)豐度均超過(guò)15%，在免耕土壤中為15.71%，在旋耕土壤中為18.22%。Basidiomycota的相對(duì)豐度在不同耕作方式下也有明顯不同，在旋耕土壤中達(dá)到5.97%，而在免耕土壤中僅占1.60%。雙免耕雙直播特有的門(mén)為Chytridiomycota，旋耕拋栽特有的門(mén)為Glomeromycota。在種水平分析，結(jié)果表明，2種耕作方式共有的種有5個(gè)，分別為Nigrospora oryzae、Pyrenochaetopsis leptospora、 Olpidium brassicae、Itersonilia perplexans和Mortierella alpina。豐度前10的種中，雙免耕雙直播特有的種為Preussia terricola，旋耕拋栽特有的種為Coprinopsis pachyderma和Zopfiella marina。耕作方式對(duì)土壤真菌的影響要大于土壤細(xì)菌，不僅影響其豐度水平，還會(huì)影響其優(yōu)勢(shì)種群。

圖2 不同耕作方式土壤真菌物種相對(duì)豐度分布

2.2 不同耕作方式的微生物多樣性比較

表1 中，土壤微生物多樣性指數(shù)文庫(kù)庫(kù)容值在0.96～1.00范圍內(nèi)，表明所建立的文庫(kù)能比較完整地反映土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)。不同耕作方式土壤中的微生物多樣性指數(shù)存在較大差異，從反映群落分布豐度的Chao指數(shù)來(lái)看，雙免耕雙直播土壤中細(xì)菌和真菌的豐度高于旋耕拋栽，OUT數(shù)目也是雙免耕雙直播土壤中較多，說(shuō)明雙免耕雙直播土壤中微生物群落豐富度高，微生物種類較多。從反映群落分布多樣性的Shannon指數(shù)來(lái)看，雙免耕雙直播土壤中細(xì)菌群落的多樣性高于旋耕拋栽土壤，而真菌群落多樣性則低于旋耕處理。

表1 土壤樣品的群落多樣性結(jié)構(gòu)指數(shù)

2.3 耕作方式對(duì)氧需求的響應(yīng)

利用BugBase軟件對(duì)土壤宏基因組測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行微生物群落表型分類，本研究?jī)H分析其在氧需求功能上的差異。從需氧、厭氧和兼性厭氧3個(gè)方面來(lái)分析，結(jié)果（圖3）表明稻-油雙免耕需氧原核微生物群落的相對(duì)豐度高于旋耕模式，Acidobacteria、Bacteroidetes、Planctomycetes和Proteobacteria是免耕模式中需氧較多的微生物群落；厭氧的原核微生物群落的相對(duì)豐度低于旋耕模式，但Planctomycetes在免耕模式下的群落豐度要高于旋耕；兼性厭氧原核微生物群落主要為Proteobacteria，且雙免耕模式下的兼性厭氧微生物群落豐度要高于旋耕。一般意義上認(rèn)為，土壤免耕會(huì)造成土壤板結(jié)、通氣不良的狀況，本研究在稻-油周年耕作試驗(yàn)中的結(jié)果顯示，免耕耕作方式中土壤原核需氧原核微生物的豐度反而要高于旋耕模式，可能說(shuō)明稻-油周年免耕生產(chǎn)是一種合理耕作方式，不影響土壤的通氣狀況。

圖3 不同氧需求的微生物相對(duì)豐度比較

2.4 耕作方式對(duì)土壤微生物碳、氮代謝的影響

碳氮代謝是土壤中的2個(gè)重要代謝過(guò)程，土壤微生物活動(dòng)需要充足的碳源和氮源，碳和氮是決定微生物活性強(qiáng)弱的關(guān)鍵。土壤微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)生的N2O和CH4不僅造成碳氮的損失，還是大氣中溫室氣體的主要排放源。對(duì)稻-油周年不同耕作方式的土壤微生物基于FAPROTAX數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)原核微生物菌群的功能，預(yù)測(cè)出14種功能在2種耕作方式間存在顯著差異(P＜0.05)，其中與氮代謝相關(guān)的8種，與碳代謝相關(guān)的7種（圖4）。

圖4 碳氮代謝功能相關(guān)的原核微生物相對(duì)豐度

在氮代謝相關(guān)功能中，稻-油雙免耕模式下，涉及硝化作用過(guò)程和相關(guān)限速步驟的亞硝酸鹽氧化、好氧氨氧化和硝化作用的原核微生物豐度較高，說(shuō)明免耕模式下，土壤微生物將NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO3--N和NO2--N的能力強(qiáng)；與固氮和氮?dú)夂粑嚓P(guān)的原核微生物豐度較高，說(shuō)明免耕土壤有利于N2轉(zhuǎn)化為NH4+；與反硝化作用過(guò)程相關(guān)的硝酸鹽呼吸的兼性厭氧原核微生物豐度也較高。旋耕模式中亞硝酸鹽呼吸功能相關(guān)的原核微生物豐度要遠(yuǎn)高于免耕模式，說(shuō)明耕作利于土壤中NO2--N轉(zhuǎn)化為N2。總的來(lái)看，原核微生物與氮代謝相關(guān)的功能分析表明，稻-油免耕模式利于土壤微生物對(duì)氮的利用，利于將無(wú)機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)氮供作物生長(zhǎng)利用。同時(shí)，免耕土壤中能進(jìn)行硝酸鹽呼吸的兼性厭氧的反硝化細(xì)菌豐度較高，造成一定程度氮素的損失。稻-油旋耕易于造成氮的損失，利于溫室氣體N2的排放。

在碳代謝相關(guān)功能中，免耕模式下，甲醇氧化、芳香族化合物降解功能相關(guān)的原核微生物相對(duì)豐度較高。旋耕模式中，產(chǎn)甲烷、甲基營(yíng)養(yǎng)、甲烷營(yíng)養(yǎng)型、碳?xì)浠衔锝到?，纖維素水解作用功能相關(guān)的原核微生物相對(duì)豐度較高?？偟膩?lái)看，稻-油周年旋耕模式中，與產(chǎn)甲烷相關(guān)的產(chǎn)甲烷菌和利用甲烷作為碳源的甲烷氧化菌等原核微生物豐度較高，反映其土壤生態(tài)系統(tǒng)中甲烷比免耕模式含量高；碳?xì)浠衔锝到?、纖維素水解作用功能相關(guān)的原核微生物相對(duì)豐度較高，說(shuō)明稻-油周年旋耕有利于碳的循環(huán)和利用。

2.5 不同耕作方式對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性既包括已積累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤釋放的酶活性，與土壤中各種營(yíng)養(yǎng)元素的釋放與儲(chǔ)存、土壤中腐殖質(zhì)的形成和土壤的健康狀況息息相關(guān)。脲酶是反映土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力的一個(gè)重要指標(biāo)，反映有機(jī)態(tài)氮向有效態(tài)氮的轉(zhuǎn)化能力和土壤無(wú)機(jī)氮的供應(yīng)能力。由表2可知，旋耕拋栽會(huì)降低土壤中脲酶的活性，雙免耕雙直播比旋耕拋栽土壤中脲酶的活性提高了58.12%。在稻-油系統(tǒng)中，雙免耕雙直播耕作方式下脲酶的活性與旋耕拋栽存在極顯著差異(P＜0.01)。土壤理化性質(zhì)測(cè)定表明，2種耕作方式下堿解氮的含量相當(dāng)，但雙免耕模式下全氮含量低于拋栽模式，說(shuō)明雙免耕模式利于提高土壤有效態(tài)氮的供應(yīng)能力。2個(gè)結(jié)果說(shuō)明，雙免耕雙直播模式有利于土壤中氮的轉(zhuǎn)化。

表2 顯示，土壤的轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶和纖維素酶活性在2種耕作方式下存在極顯著差異(P＜0.01)。雙免耕雙直播會(huì)降低稻-油系統(tǒng)中土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶和纖維素酶的活性，其活性比旋耕拋栽分別降低了28.57%、11.00%和57.73%。由此可見(jiàn)，免耕直播對(duì)土壤纖維素酶的活性影響最大。纖維素酶作為碳循環(huán)中的一個(gè)重要酶，其在稻-油系統(tǒng)中旋耕拋栽方式下活性高，說(shuō)明旋耕拋栽有利于土壤中碳的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化酶反映土壤有機(jī)碳累積和分解轉(zhuǎn)化規(guī)律，其活性在旋耕拋栽模式下較高，也說(shuō)明旋耕拋栽有利于土壤有機(jī)碳的累積。土壤磷酸酶是催化土壤中磷酸單酯和磷酸二酯水解的酶，能將土壤中的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為供植物吸收的無(wú)機(jī)磷[19-20]，酶活測(cè)定結(jié)果表明雙免耕雙直播的耕作方式不利于植物對(duì)磷的吸收。稻-油系統(tǒng)雙免耕雙直播有利于提高土壤中的脲酶活性，利于土壤中氮的轉(zhuǎn)化；旋耕拋栽有利于提高土壤中磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶的活性，對(duì)于土壤中磷的利用和碳的轉(zhuǎn)化有積極作用。

表2 不同耕作方式對(duì)土壤酶活性的影響

2.6 不同耕作方式對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

由表3可知，與傳統(tǒng)旋耕拋栽相比，免耕土壤中可分離培養(yǎng)細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量都較旋耕極顯著降低(P＜0.01)。土壤中氨化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的數(shù)量在2種耕作方式中都有極顯著差異(P＜0.01)。在2種耕作方式的土壤中氨化細(xì)菌每克土達(dá)到了105個(gè)，說(shuō)明在2種土壤中氨化細(xì)菌都生長(zhǎng)良好，但免耕雙直播條件更利于氨化細(xì)菌的生長(zhǎng)。氨化細(xì)菌能夠?qū)⒂袡C(jī)物分解產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+，土壤通氣狀況決定其優(yōu)勢(shì)種群，但不影響氨化作用進(jìn)行。反硝化作用與硝化作用在維持土壤氮的正常循環(huán)中扮演著重要的作用，與旋耕拋栽相比，免耕栽培耕作方式中硝化細(xì)菌的數(shù)量較少，可能是因?yàn)橄趸?xì)菌是一類好氧菌，免耕耕作不利于其生長(zhǎng)；而本試驗(yàn)不同耕作方式的土壤中反硝化細(xì)菌數(shù)量相同，說(shuō)明免耕栽培不影響其生長(zhǎng)?？梢?jiàn)，免耕栽培耕作方式不利于可分離細(xì)菌、真菌和放線菌的生長(zhǎng)；不利于氨化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，但是不影響反硝化細(xì)菌的數(shù)量。

表3 不同耕作方式土壤樣品的微生物計(jì)數(shù) 個(gè)/(g·土)

3 結(jié)論

稻-油水旱輪作是洞庭湖區(qū)的主要種植模式，雙免耕雙直播的耕作方式能夠增加土壤中氮代謝相關(guān)細(xì)菌的相對(duì)豐度，提高土壤中脲酶活性，因而有利于土壤中氮的轉(zhuǎn)化和利用；旋耕拋栽的耕作方式能夠增加土壤中真菌的多樣性，提高土壤中磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶、過(guò)氧化氫酶和纖維素酶的活性，因而有利于土壤中磷和碳的利用和轉(zhuǎn)化。本研究結(jié)果通過(guò)土壤微生物和酶活性的分析，對(duì)于指導(dǎo)稻-油水旱輪作下的肥水管理有一定的理論意義。

4 討論

免耕栽培作為一種省時(shí)省工、保持水土和節(jié)約能源的耕作方式，依靠作物根系和微生物活動(dòng)創(chuàng)造作物生長(zhǎng)的根層土壤結(jié)構(gòu)，為作物的良好生長(zhǎng)提供條件。本研究發(fā)現(xiàn)，稻-油系統(tǒng)雙免耕雙直播能提高土壤中細(xì)菌的多樣性，但是與旋耕拋栽土壤中的細(xì)菌群落組成相似。目前的研究也多認(rèn)為土壤細(xì)菌多樣性的增加和土壤免耕措施相關(guān)[22-23]，而土壤翻耕更利于真菌主導(dǎo)的微生物群落的生長(zhǎng)[24]。雖然免耕管理對(duì)土壤健康有一些好處，但長(zhǎng)期免耕可能導(dǎo)致微生物減少，并最終導(dǎo)致0～5 cm表面土壤的功能多樣性降低[24-25]。不同耕作方式對(duì)真菌群落結(jié)構(gòu)有顯著影響，免耕和翻耕會(huì)形成不同特征的真菌區(qū)系，免耕秸稈覆蓋的土壤多樣性高于翻耕[26]。本研究發(fā)現(xiàn)壺菌門(mén)為稻-油系統(tǒng)雙免耕雙直播土壤特有，而球囊菌門(mén)僅在翻耕土壤中存在，這一結(jié)果證實(shí)免耕和翻耕會(huì)形成不同特征的真菌區(qū)系。免耕通過(guò)減少對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞，對(duì)保持水土有積極的生態(tài)意義，但同時(shí)免耕會(huì)造成土壤板結(jié)，使土壤透氣性變差，筆者的研究也證實(shí)雙免耕雙直播土壤真菌的多樣性低于旋耕拋栽。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，硝化細(xì)菌作為一類好氧菌，在免耕耕作中數(shù)量較少。也有研究發(fā)現(xiàn)，稻-油水旱輪作后免耕土壤(0～20 cm)微生物數(shù)量和生物多樣性都顯著低于常規(guī)操作[17]，這與筆者的研究結(jié)果有一定差異。而在棉花、大豆等旱地土壤的研究中發(fā)現(xiàn)，免耕可以顯著增加土壤微生物群落的大小，對(duì)細(xì)菌多樣性產(chǎn)生負(fù)面影響[27]，這也與本研究結(jié)果不同。說(shuō)明土壤微生物是一個(gè)非常復(fù)雜的指標(biāo)，和土壤類型、取樣時(shí)期以及取樣深度等都有很大關(guān)系。

本研究土壤中變形菌門(mén)的相對(duì)豐度都達(dá)到50%，說(shuō)明稻-油系統(tǒng)免耕和旋耕對(duì)土壤變形菌門(mén)的影響不大，變形菌門(mén)是細(xì)菌中最大的一門(mén)，包括很多固氮的細(xì)菌，變形菌門(mén)的增多有利于土壤氮素的有效轉(zhuǎn)化[28]。本研究結(jié)果還顯示在免耕土壤中涉及固氮功能的細(xì)菌豐度要高于旋耕，可能進(jìn)一步說(shuō)明其更利于土壤中氮的循環(huán)利用。Planctomycetes中有一類與Planctomyces等關(guān)系較遠(yuǎn)的細(xì)菌，為厭氧氨氧化菌，它們能在缺氧環(huán)境下利用NO2-和NH4+生成氮?dú)?，?duì)氮循環(huán)具有積極意義。本研究發(fā)現(xiàn)免耕土壤中Planctomycetes的相對(duì)豐度要遠(yuǎn)高于旋耕土壤，其中需氧和厭氧的Planctomycetes的相對(duì)豐度在免耕土壤中都要更高，且好氧氨氧化相關(guān)功能的細(xì)菌豐度在免耕土壤中也更高，說(shuō)明稻-油周年輪作免耕利于Planctomycetes群落的生長(zhǎng)。本研究同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，作為土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力的一個(gè)重要指標(biāo)的脲酶活性在免耕模式中極顯著提高，說(shuō)明稻-油系統(tǒng)免耕方式利于氮的固定和轉(zhuǎn)化。土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成等作為土壤健康的生物指標(biāo)，可以用來(lái)指導(dǎo)農(nóng)田的水肥管理，反映農(nóng)田的健康情況及生產(chǎn)力大小[29-30]。本研究比較了傳統(tǒng)的微生物分離方法和基因組測(cè)序方法，發(fā)現(xiàn)從分子水平來(lái)解析土壤微生物能更全面地了解微生物群體的各項(xiàng)指標(biāo)，能更深入地分析土壤微生物對(duì)外界環(huán)境地響應(yīng)，有助于挖掘土壤微生態(tài)對(duì)耕作的響應(yīng)機(jī)制。

對(duì)2種耕作方式作物產(chǎn)量的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，油菜免耕直播比旋耕移栽減產(chǎn)約300 kg/hm2，水稻免耕直播比旋耕拋栽減產(chǎn)約300 kg/hm2，說(shuō)明不同耕作方式對(duì)產(chǎn)量的影響是明顯的。但從種植效益優(yōu)勢(shì)的角度考慮，油菜免耕直播比旋耕移栽至少省30個(gè)工/hm2，水稻免耕直播也比旋耕拋栽省30個(gè)工/hm2，按每個(gè)工150元計(jì)算，一個(gè)周年內(nèi)免耕節(jié)省9000元/hm2。而常規(guī)耕作產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益增加2220元/hm2（按油菜籽5元/kg，水稻2.4元/kg計(jì)算），再除去直播增加的種子成本約780元/hm2，最終一個(gè)周年內(nèi)免耕可增收約6000元/hm2。盡管目前免耕措施對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響仍不明確，但出于種植效益的優(yōu)勢(shì)，在適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)條件下采用免耕是可行的[31]。同時(shí)，研究者們認(rèn)為免耕栽培需要在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，結(jié)合秸稈還田以及輪作等農(nóng)藝措施，有助于其進(jìn)一步發(fā)揮產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)以及對(duì)土壤健康的積極作用[31-32]。

洞庭湖區(qū)采用稻-油水旱輪作雙免耕雙直播種植模式，一方面不存在三熟制茬口季節(jié)緊張的問(wèn)題，使土地得到休養(yǎng)生息；另一方面是對(duì)當(dāng)前農(nóng)村勞動(dòng)力匱乏的一個(gè)解決之道，是多種因素共同作用下的相應(yīng)調(diào)整。本研究明確了此種植模式下土壤微生物和酶活性的特征，為深入了解稻-油系統(tǒng)雙免耕雙直播條件下土壤微生態(tài)的改變提供了科學(xué)依據(jù)。