種植海水稻對(duì)濱海鹽土化學(xué)性質(zhì)和微生物群落影響

李慧君， 張偉健， 吳偉健， 李高洋， 陳藝杰，黃楓城， 黃永相， 藺中， 甄珍*

（1.廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院，廣東 湛江 524088； 2.廣東海洋大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 湛江 524088）

土壤鹽漬化問(wèn)題日益突出，已嚴(yán)重影響我國(guó)糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鹽堿土總面積約為0.36 億hm2，占全國(guó)可利用土地面積的4.88%，并以每年1%的速度增加[1]。其中，濱海鹽土面積約0.14 萬(wàn)hm2，占鹽堿地總面積的40%。濱海鹽土含有過(guò)量的氯化物、硫酸鹽、重碳酸鹽等成分，土壤鹽分高、物理結(jié)構(gòu)差、微生物數(shù)量和多樣性少、養(yǎng)分供應(yīng)不足，普通農(nóng)作物難以種植[2]。因地制宜地利用濱海鹽土，對(duì)我國(guó)沿海灘涂的生態(tài)修復(fù)具有重要意義。

濱海鹽土改良目前主要依靠大量灌水洗鹽、施加土壤改良劑（石膏、磷石膏等）、平整土地、抬高地形等一系列水利、化學(xué)和工程手段[3]。然而，濱海地區(qū)淡水資源匱乏，改良劑施用不當(dāng)易造成二次污染[4]。土地整治費(fèi)用高昂，加之濱海鹽土地下水位高，積鹽返鹽現(xiàn)象普遍，導(dǎo)致上述常規(guī)技術(shù)在我國(guó)濱海地區(qū)難以大面積推廣，無(wú)法達(dá)到預(yù)期改良效果。構(gòu)建一套低廉、環(huán)保、可持續(xù)的濱海鹽土改良技術(shù)，實(shí)現(xiàn)脫鹽、改土、增產(chǎn)等多重社會(huì)和生態(tài)效益勢(shì)在必行。

耐鹽堿水稻（海水稻）種植已成為濱海鹽土改良的有效途徑之一。海水稻既耐鹽堿，又抗風(fēng)、抗?jié)?，可在沿海灘涂生長(zhǎng)。其獨(dú)特的耐鹽性和長(zhǎng)期灌溉等優(yōu)勢(shì)可吸收淋溶土壤中的鹽堿，改善鹽土質(zhì)量。同時(shí)，海水稻根系分泌物中的有機(jī)成分可改良土壤鹽堿環(huán)境，抑制水分蒸發(fā)，控制土壤表層發(fā)生積鹽返鹽現(xiàn)象。海水稻可吸收一定鹽分，從而改善土壤理化特性，加速鹽分淋洗[4]。加之，種植海水稻既可顯著提升土著微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性，還可促進(jìn)土壤養(yǎng)分的循環(huán)和利用，加速鹽土生態(tài)功能的恢復(fù)。習(xí)近平總書(shū)記在黃河三角洲農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)考察調(diào)研時(shí)強(qiáng)調(diào)，要加強(qiáng)種植資源、耕地保護(hù)和利用等基礎(chǔ)性研究，挖掘鹽堿地開(kāi)發(fā)利用潛力，將科研成果加快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。袁隆平院士生前提出，為中國(guó)改良一億畝鹽堿地，早日實(shí)現(xiàn)億畝鹽堿地“荒灘變良田”目標(biāo)。全面推廣海水稻種植兼具改善生態(tài)環(huán)境和發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的雙重作用，是落實(shí)“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略的重要途徑，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)意義和生態(tài)效益。

前人對(duì)海水稻的耐鹽性、品質(zhì)、產(chǎn)量和抗旱性等方面進(jìn)行了廣泛研究[5-6]，但種植海水稻對(duì)鹽堿地土壤理化特性、養(yǎng)分循環(huán)利用、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性影響的研究鮮有報(bào)道。微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[7]，直接參與土壤形成發(fā)育、有機(jī)質(zhì)積累和礦化分解[8]，土壤氮磷鉀等養(yǎng)分轉(zhuǎn)化對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡具有不可替代的作用。濱海鹽堿地環(huán)境特殊，土壤中含有的微生物數(shù)量少、活性差，群落結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞，使其在濱海鹽堿地生態(tài)修復(fù)中的作用薄弱，土壤養(yǎng)分釋放和利用嚴(yán)重不足，難以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展。

鑒于此，本研究以廣東湛江濱海鹽堿地為研究對(duì)象，分別在低鹽環(huán)境（鹽度0.2%）和高鹽環(huán)境（鹽度0.6%）種植‘海稻86’，研究種植海水稻對(duì)廣東粵西地區(qū)濱海不同鹽堿度土壤的化學(xué)特性、有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分循環(huán)利用及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的影響，為濱海鹽堿地的生態(tài)治理與修復(fù)及解決我國(guó)鹽堿地糧食生產(chǎn)問(wèn)題提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)供試材料為‘海稻86’，生長(zhǎng)健碩的海水稻幼苗取自廣東海洋大學(xué)國(guó)家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心華南中心水稻試驗(yàn)基地。模擬培養(yǎng)試驗(yàn)在廣東省湛江市廣東海洋大學(xué)生物技術(shù)研究所連棟溫室中進(jìn)行。供試土壤為濱海鹽土壤，經(jīng)測(cè)定鹽度為0.14%。供試土壤pH 6.10，有機(jī)質(zhì)含量28.70 g·kg-1，腐殖質(zhì)含量15.65 g·kg-1，全氮含量1.17 g·kg-1，堿解氮含量167.73 mg·kg-1，速效磷含量28.91 mg·kg-1，速效鉀含量87.86 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在長(zhǎng)度60 cm、寬40 cm、高度50 cm的無(wú)蓋培養(yǎng)箱中進(jìn)行。培養(yǎng)箱中裝填20 kg（干土）經(jīng)混勻后的濱海鹽土，通過(guò)人工添加海水（鹽度3.4%），將供試土壤鹽度分別調(diào)節(jié)為0.2%（低鹽）和0.6%（高鹽），并每天測(cè)定和按需添加海水，使水稻整個(gè)培育期內(nèi)土壤鹽度都維持在設(shè)置鹽度水平。以不種植海水稻的0.2%和0.6%鹽度土壤為對(duì)照組（CK1 和CK2），以種植海水稻的0.2%和0.6%鹽度土壤為處理組（S1 和S2），3 次重復(fù)。選取生長(zhǎng)至三葉一心且長(zhǎng)勢(shì)一致的海水稻幼苗移栽到培養(yǎng)箱中，移栽前將海水稻根系沖洗干凈，每個(gè)培養(yǎng)箱移栽12 株。在海水稻的整個(gè)生長(zhǎng)期每天觀察水分缺失情況，補(bǔ)充蒸餾水，保持液面高度與初始時(shí)期一致。

1.3 樣品采集

分別在水稻幼苗期（移栽后15 d）、分蘗期（移栽后35 d）、抽穗期（移栽后55 d）、灌漿期（移栽后75 d）進(jìn)行破壞性取樣。隨機(jī)選擇3株植株將其拔出，收集海水稻根系攜帶的土壤80 g，將其均分為3 份。一份立即帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤微生物數(shù)量和活性測(cè)定；一份置于無(wú)菌采樣袋保存于-4 ℃冰箱，用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定；最后一份保存于-80 ℃冰箱，用于土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的測(cè)定。對(duì)照組（CK1和CK2）土壤采用“五點(diǎn)取樣法”用表面消毒的取樣器進(jìn)行采集，采集時(shí)間、樣品保存和測(cè)定指標(biāo)均與海水稻根系土壤一致。

1.4 土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定

土壤化學(xué)性質(zhì)參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[9]進(jìn)行測(cè)定：土壤pH 采用電位法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)（soil organic matter，SOM）含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；腐殖質(zhì)（humus，HU）含量采用焦磷酸鈉萃取重鉻酸鉀法測(cè)定；堿解氮（available nitrogen，AN）含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；銨態(tài)氮（NH+4-N）和硝態(tài)氮（NO-3-N）含量采用MgO-定氮合金蒸餾法測(cè)定；速效磷（available phosphorus，AP）含量采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀（available potassium，AK）含量采用醋酸銨浸提火焰光度法測(cè)定。最后用SMARTCHEM 200（意大利AMS 公司）全自動(dòng)化學(xué)分析儀測(cè)定土壤中和含量。

1.5 土壤微生物數(shù)量和活性測(cè)定

在密閉容器中培養(yǎng)土壤24 h后，用0.1 mol·L-1NaOH 溶液捕獲析出的CO2，然后用標(biāo)準(zhǔn)HCl 溶液滴定微生物活性（microbial respiratory activity，MR）。微生物生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）和微生物生物量氮（microbial biomass nitrogen，MBN）通過(guò)氯仿熏蒸和硫酸鉀萃取法進(jìn)行測(cè)定[10]，并通過(guò)以下公式計(jì)算。

式中，EC 和EN 分別是熏蒸土壤和非熏蒸土壤之間有機(jī)碳和全氮的差值；KEC 是有機(jī)碳的轉(zhuǎn)換系數(shù)，為0.45；KEN是全氮的轉(zhuǎn)換系數(shù)，為0.54。

1.6 土壤16S細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)測(cè)定

選取土壤微生物數(shù)量和活性影響最強(qiáng)的生長(zhǎng)階段，基于16S rDNA 基因高通量測(cè)序分析土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。采用Bio Fast 土壤DNA 提取試劑盒提取土壤中的總DNA。用338F（5’-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3’）和806R（5’-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3’）通用引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增區(qū)域?yàn)?6S rRNA V3+V4 高變區(qū)。PCR 體系包含KOD FX Neo緩沖液5 μL、dNTP 2 μL、KOD FX Neo 0.2 μL、引物0.3 μL、模板DNA 50 ng，加去離子水至終體積10 μL。PCR 程序：95 ℃ 5 min；95 ℃30 s，50 ℃ 30 s，72 ℃ 60 s，30 個(gè)循環(huán)；72 ℃ 5 min。擴(kuò)增產(chǎn)物用2%瓊脂糖凝膠檢測(cè)并回收，合格樣品送上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司純化和測(cè)序。

1.7 數(shù)據(jù)分析

使用Illumina MiSeq 高通量測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行雙末端測(cè)序。采用Usearch 11.0 對(duì)序列在97%的相似度水平下進(jìn)行聚類獲得操作分類單元（operational taxonomic units，OTUs）。使用Silva 數(shù)據(jù)庫(kù)（https://www.arb-silva.de/）對(duì)OTUs 進(jìn)行不同級(jí)別的分類信息標(biāo)注。為了評(píng)估細(xì)菌微生物群落的豐富度和復(fù)雜性，利用QIIME 1.8.0 獲得屬水平上的物種組成圖和聚類熱圖。利用SPSS 25.0進(jìn)行正態(tài)性分布和方差齊性檢驗(yàn)及單因素方差分析（one-way ANOVA），采用鄧肯（Duncan’s）法進(jìn)行多重比較。利用Origin 2022 繪制柱形圖。同時(shí)，基于Spearman相關(guān)性分析計(jì)算土壤化學(xué)指標(biāo)與優(yōu)勢(shì)菌群豐度的相關(guān)性，利用Origin 2022繪制熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植海水稻對(duì)濱海鹽土化學(xué)性質(zhì)和養(yǎng)分的影響

種植海水稻對(duì)濱海鹽土化學(xué)性質(zhì)和養(yǎng)分的影響顯著（圖1）。在海水稻生育期內(nèi)，種植海水稻處理土壤的pH 呈逐漸下降趨勢(shì)，在灌漿期，S1 和S2 處理土壤的pH 分別為5.45 和5.77，顯著低于CK1和CK2。處理組土壤的SOM含量較對(duì)照組顯著降低。S1 和S2 處理的HU 含量隨著海水稻的生長(zhǎng)發(fā)育呈先上升后下降的趨勢(shì)，在抽穗期達(dá)到峰值，分別為19.26 和17.42 mg·kg-1，均顯著高于對(duì)照組。處理組土壤的AN 含量隨著海水稻的生長(zhǎng)逐漸增加，而對(duì)照組則相反；S1 和S2 處理土壤的AN 含量均在抽穗期達(dá)到最高，分別為180.53和164.71 mg·kg-1，較CK1 和CK2 分別顯著增加65.76%和58.32%。NH+4-N 和NO-3-N 含量的變化趨勢(shì)與AN 相似，S1、S2 處理在抽穗期時(shí)分別為162.51、147.86 和20.77、16.17 mg·kg-1，分別較CK1 和CK2 顯著增加64.18%、61.75%和10.41%、7.76%。S1 和S2 處理土壤的AP 含量在培養(yǎng)期內(nèi)呈逐漸上升趨勢(shì)，在灌漿期時(shí)分別為40.61 和34.79 mg·kg-1，顯著高于CK1 和CK2。S1 和S2 處理土壤的AK 含量在培養(yǎng)期內(nèi)也呈上升趨勢(shì)，在抽穗期時(shí)分別為98.33 和88.69 mg·kg-1，較CK1 和CK2分別顯著提高13.72%和17.38%。綜上表明，種植海水稻可顯著降低濱海鹽土pH，加速有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化，提高土壤速效氮磷鉀等養(yǎng)分含量。

圖1 不同處理下土壤的化學(xué)性質(zhì)Fig. 1 Chemical properties of soil under different treatments

2.2 種植海水稻對(duì)濱海鹽土微生物數(shù)量和活性的影響

由于未種植海水稻，CK1 和CK2 土壤的MBC、MBN 和MR 變化較?。欢N植海水稻的S1、S2 處理土壤的MBC、MBN 和MR 含量隨著海水稻的生長(zhǎng)發(fā)育呈先上升后下降趨勢(shì)，均在抽穗期達(dá)到峰值（圖2）。S1和S2處理土壤的MBC、MBN 含量均顯著高于CK1 和CK2。在抽穗期，S1 處理土壤的MBC、MBN 和MR 含量較CK1 顯著增加190.42%、234.13%和93.33%；S2 處理較CK2 顯著增加195.33%，184.26%和108.14%。綜上表明，種植海水稻可顯著提高土壤微生物數(shù)量和活性。

圖2 不同處理下土壤的微生物數(shù)量和活性Fig. 2 Microbial amount and bioactivity of soil under different treatments

2.3 種植海水稻對(duì)濱海鹽土微生物豐度和多樣性的影響

Alpha 多樣性指數(shù)分析結(jié)果（表1）顯示，S1和S2 處理土壤的微生物豐度和多樣性與對(duì)照土壤差異顯著。Richness 和Chao1 指數(shù)用于衡量物種豐度，Shannon 和Simpson 指數(shù)用于衡量物種多樣性。對(duì)于Richness 和Chao1 指數(shù)，S1 和S2 處理均顯著高于CK1 和CK2，且S1 處理又顯著高于S2 處理。對(duì)于Shannon 指數(shù)，S1 和S2 處理與CK1 差異不顯著，但均顯著高于CK2。對(duì)于Simpson 指數(shù)，S1 和S2 處理均顯著高于CK1 和CK2，且S1 處理又顯著高于S2 處理。由此表明，種植海水稻后土壤微生物群落的豐富度和多樣性顯著提高，且低鹽度下微生物群落結(jié)構(gòu)的豐富度和多樣性更高。

表1 種植海水稻對(duì)土壤微生物豐度和多樣性的α多樣性指數(shù)Table 1 Alpha diversity index of soil microbial abundance and diversity under sea rice cultivation

2.4 種植海水稻對(duì)濱海鹽堿地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

圖3 顯示了種植海水稻對(duì)不同鹽濃度鹽堿土微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。所有處理樣本的30 個(gè)科水平群落物種組成中，其中S1 處理top10 的相對(duì)豐度之和平均達(dá)75.01%。在科水平下，伯克氏菌科（Burkholderiaceae）、噬幾丁質(zhì)菌科（Chitinophagaceae）、嗜甲基菌科（Methylophilaceae）、芽單胞菌科（Gemmatimonadaceae）、鞘脂單胞菌科（Sphingomonadaceae）為優(yōu)勢(shì)菌科（相對(duì)豐度在5%以上）。與CK1 相比，S1 處理中伯克氏菌科、噬幾丁質(zhì)菌科、嗜甲基菌科、吡啶單胞菌科（Pyrinomonadaceae）、鞘脂單胞菌科、芽囊藻科（Blastocatellaceae）、亞硝化單胞菌科（Nitrosomonadaceae）的相對(duì)豐度分別顯著提升75.63%、4.01%、54.67%、65.03%、99.11%、49.93%、119.75%；而芽單胞菌科、假單胞菌科（Pseudomonadaceae）的相對(duì)豐度分別顯著降低21.10%、15.90%。與CK2 相比，S2 處理中伯克氏菌科、嗜甲基菌科、芽囊藻科、亞硝化單胞菌科的相對(duì)豐度分別顯著提升29.83%、28.17%、148.84%、44.81%；而芽單胞菌科、噬幾丁質(zhì)菌科、假單胞菌科的相對(duì)豐度分別顯著降低16.25%、32.36%、48.95%。吡啶單胞菌科、鞘脂單胞菌科和亞硝化單胞菌科在不同處理間的相對(duì)豐度差異較小。由此說(shuō)明，種植海水稻可改變土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)，且0.2%鹽度種植條件下影響更大。

圖3 不同處理下的微生物群落結(jié)構(gòu)組成Fig. 3 Composition of microbial community under different treatments

為了進(jìn)一步了解不同處理間微生物群落結(jié)構(gòu)的差異，對(duì)不同處理下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類分析，結(jié)果（圖4）表明，不同處理間的微生物群落結(jié)構(gòu)分為3 大類，S1、S2 與CK1 明顯分離，且S1 處理的微生物群落組成與其他處理相差最大，單獨(dú)聚為一類。由此說(shuō)明，種植海水稻可改善土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性，在低鹽度下微生物群落結(jié)構(gòu)改善效果更優(yōu)。

2.5 種植海水稻條件下土壤微生物與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析

相關(guān)分析結(jié)果（圖5）表明，土壤pH與伯克氏菌科、嗜甲基菌科呈極顯著正相關(guān)；土壤HU、AN、-N、-N含量與吡啶單胞菌科、芽囊藻科的相對(duì)豐度呈極顯著正相關(guān)。

圖5 土壤化學(xué)因子與科水平下優(yōu)勢(shì)菌的相關(guān)性分析Fig. 5 Correlation analysis between soil chemical factors and dominant bacteria at family level

3 討論

土壤鹽度是影響土壤質(zhì)量的重要因素。高鹽脅迫會(huì)嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)發(fā)育[11]。濱海鹽土中鹽度較高，導(dǎo)致土壤滲透壓升高，使海水稻吸水困難、生長(zhǎng)發(fā)育遲緩[12]。本研究選用的‘海稻86’在0.2%和0.6%鹽度處理下均能生長(zhǎng)，說(shuō)明其可作為鹽土改良作物在鹽度低于0.6%的鹽土中種植，為粵西地區(qū)解決濱海鹽土的推廣提供了改良方案和技術(shù)支撐。盡管‘海稻86’”在高鹽和低鹽處理下均能生長(zhǎng)，但低鹽處理下其長(zhǎng)勢(shì)更為旺盛，且對(duì)土壤的改良效果更優(yōu)，如土壤pH 更低，土壤HU、AN、AP 和AK 含量顯著增加。這可能是由于高鹽脅迫下土壤肥力下降，導(dǎo)致養(yǎng)分循環(huán)速率降低，從而抑制了微生物活性；另外，土壤中大量的Ca2+、Mg2+和Na+積累，造成土壤pH 升高[13]，同時(shí)高水平離子脅迫對(duì)土壤微生物也會(huì)產(chǎn)生一定的毒害作用[3,14]。

種植水稻是我國(guó)改良濱海鹽土、進(jìn)行熟化脫鹽的重要手段[15]。濱海鹽土長(zhǎng)期受到海水侵蝕，導(dǎo)致土壤板結(jié)，土層堅(jiān)實(shí)[16]。水稻根系的生長(zhǎng)發(fā)育有利于促使土壤疏松多孔，增加土壤滲透性，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，有利于土壤淋溶脫鹽性能的增強(qiáng)[12]。研究表明，海水稻在生長(zhǎng)過(guò)程中可吸收利用土壤中的部分鹽，從而降低土壤鹽分，改善土壤質(zhì)量[17]。微生物活性是土壤養(yǎng)分循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)力，鹽脅迫可抑制微生物活性，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與遷移[18]。本研究發(fā)現(xiàn)種植海水稻顯著提高了土壤的MBC、MBN 含量及MR。在海水稻生長(zhǎng)過(guò)程中，根系分泌有機(jī)酸、維生素和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等物質(zhì)，為微生物的生長(zhǎng)和繁殖提供了充足的營(yíng)養(yǎng)和能源[19]，提高了土壤中微生物的數(shù)量和活性；此外，種植海水稻后，土壤SOM 和TN 含量減少，HU 含量升高，AN、AK 和AP 等速效養(yǎng)分含量顯著提高。這是由于海水稻吸收利用了土壤養(yǎng)分，同時(shí)海水稻衰老的根系和枯葉在微生物的作用下分解轉(zhuǎn)化，極大地促進(jìn)了土壤養(yǎng)分循環(huán)。濱海鹽土中原有養(yǎng)分在水稻根系的影響下開(kāi)始逐漸釋放，SOM 分解速率加快，使土壤中速效養(yǎng)分含量升高。本研究發(fā)現(xiàn)種植海水稻還可以降低土壤pH，這可能是由于水稻在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收利用了Na+、Mg2+、Ca2+等陽(yáng)離子，且根系可釋放有機(jī)酸，從而促使土壤pH 降低[20]。綜上所述，種植海水稻可改善土壤物理性質(zhì)，促進(jìn)土壤養(yǎng)分的分解轉(zhuǎn)化，提高速效養(yǎng)分含量，改進(jìn)土壤質(zhì)量。

水稻根系土壤蘊(yùn)含著豐富多樣的微生物，其中許多微生物可參與土壤養(yǎng)分循環(huán)和改善土壤質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，水稻根系對(duì)細(xì)菌的富集作用具有選擇性[21]。本研究表明，種植海水稻后土壤中的細(xì)菌多樣性和豐富度顯著高于未種植土壤，其中伯克氏菌科、噬幾丁質(zhì)菌科、嗜甲基菌科、吡啶單胞菌科、鞘脂單胞菌科、芽囊藻科、亞硝化單胞菌科的相對(duì)豐度顯著提升。伯克氏菌科含有多種功能不同的菌屬，其中屬于伯克霍爾德氏科的非致病性屬種可以與植物建立共生或內(nèi)生關(guān)系，從而發(fā)揮重要的生態(tài)系統(tǒng)功能，如污染物的生物降解、抗菌化合物的產(chǎn)生、促進(jìn)必要的養(yǎng)分吸收和植物生長(zhǎng)等[22]。噬幾丁質(zhì)菌科可以降解木質(zhì)素，分解多糖[23-24]。種植海水稻后土壤中噬幾丁質(zhì)菌科的相對(duì)豐度顯著升高，有利于加快SOM的降解[25]，促進(jìn)養(yǎng)分釋放。嗜甲基菌科參與CH4氧化以及反硝化作用，促進(jìn)土壤碳、氮養(yǎng)分循環(huán)。水稻根系產(chǎn)生的微氧環(huán)境以及土壤硝酸鹽含量的升高有利于提高嗜甲基菌科的相對(duì)豐度和活性[26-27]。鞘脂單胞菌科是一種重要的氮循環(huán)微生物[28]，具有應(yīng)對(duì)逆境的能力，在生物修復(fù)、生物降解等方面發(fā)揮重要作用。吡啶單胞菌科可體現(xiàn)土壤健康狀況，其豐度的提高說(shuō)明土壤質(zhì)量得到改善。芽囊藻科與植物吸收氮素效率有關(guān)[29]。亞硝化單胞菌科是進(jìn)行氨氧化作用的重要菌[30-31]，可將NH+4轉(zhuǎn)化為NO-3，促進(jìn)土壤氮循環(huán)。研究表明，吡啶單胞菌科、芽囊藻科為兼性厭氧型細(xì)菌[25,29]，在有氧條件下生長(zhǎng)良好，在缺氧環(huán)境中僅能維持生存；亞硝化單胞菌科為好氧型細(xì)菌[32]。水稻根系的生長(zhǎng)發(fā)育增加了土壤中的氧氣含量，進(jìn)而提高了吡啶單胞菌科、芽囊藻科和亞硝化單胞菌科的相對(duì)豐度。

分析土壤化學(xué)性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，土壤pH與伯克氏菌科和嗜甲基菌科呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），說(shuō)明種植海水稻降低了土壤pH，極大地提高了伯克氏菌科和嗜甲基菌科的數(shù)量和活性，進(jìn)而對(duì)水稻自身的健康生長(zhǎng)和土壤C、N 循環(huán)起到正向作用[33]。土壤HU、AN、NH+4和NO-3含量與吡啶單胞菌科和芽囊藻科呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。水稻生長(zhǎng)促進(jìn)土壤中AN 和HU含量，有利于吡啶單胞菌科和芽囊藻科的生長(zhǎng)發(fā)育。吡啶單胞菌科和芽囊藻科豐度的提高反過(guò)來(lái)又加快了土壤中的氮循環(huán)，對(duì)土壤質(zhì)量的提高起到強(qiáng)化作用。