水稻-油菜周年耕作方式对土壤微生态的影响

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0457

中国农学通报 ›› 2021, Vol. 37 ›› Issue (16): 74-81.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0457

所属专题：资源与环境；油料作物；水稻；农业生态

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水稻-油菜周年耕作方式对土壤微生态的影响

高杜娟¹(), 刘兴录², 兰志斌², 赵杨¹, 陈友德¹, 周斌¹, 吕艳梅¹, 罗先富¹, 唐善军¹()

¹湖南省水稻研究所/农业部长江中下游籼稻遗传育种重点实验室,长沙 410125
²安仁县农业科学研究所,湖南郴州 423600

收稿日期:2020-09-12 修回日期:2020-10-27 出版日期:2021-06-05 发布日期:2021-06-16
通讯作者: 唐善军
作者简介:高杜娟,女,1986年出生,湖南常德人,助理研究员,硕士,主要从事水稻相关研究。通信地址：410125 湖南省长沙市芙蓉区远大二路732号湖南省水稻研究所,Tel：0731-84691250,E-mail： gaodujuan221@163.com。
基金资助:
湖南省自然科学基金“土壤微生物对稻油系统不同耕作方式的生态响应”(2019JJ50333);国家重点研发计划“双季稻三熟区稻油系统资源优化配置与丰产高效利用”(2016YFD0300207-05)

Effect of Rice-rapeseed Annual Tillage Patterns on Soil Microecology

Gao Dujuan¹(), Liu Xinglu², Lan Zhibin², Zhao Yang¹, Chen Youde¹, Zhou Bin¹, Lv Yanmei¹, Luo Xianfu¹, Tang Shanjun¹()

¹Key Laboratory of Indica Rice Genetics and Breeding in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River Valley,Ministry of Agriculture/ Hunan Rice Research Institute, Changsha 410125
²Anren Agricultural Science Research Institute, Chenzhou Hunan 423600

Received:2020-09-12 Revised:2020-10-27 Online:2021-06-05 Published:2021-06-16
Contact: Tang Shanjun

摘要/Abstract

摘要：

为探索土壤微生态对稻-油系统周年耕作方式的响应机制,利用湘北洞庭湖区长期免耕直播土壤,设置稻-油轮作试验,通过比较双免耕双直播和旋耕抛栽土壤中酶活性、微生物数量、群落多样性和菌群功能等指标的差异,研究不同耕作方式对土壤微生态的影响。宏基因组测序表明,细菌群落在2种耕作方式下组成相似,双免耕双直播下细菌多样性更高;真菌群落在不同耕作方式下有不同的真菌类型,但旋耕抛栽下真菌多样性更高。菌群功能分析显示,需氧和兼性厌氧原核微生物相对丰度在双免耕双直播中较高;与氮代谢相关的原核微生物相对丰度在双免耕双直播中较高,而与碳代谢相关的原核微生物的相对丰度在旋耕抛栽中较高。可培养微生物数量测定表明,免耕土壤中可培养细菌、真菌、放线菌和硝化细菌的数量都较旋耕极显著降低,而氨化细菌数量极显著增加。酶活性分析表明,双免耕双直播土壤中的脲酶活性比旋耕抛栽提高了58.12%,而转化酶、磷酸酶和纤维素酶的活性分别降低了28.57%、11.00%和57.73%。本研究表明稻-油轮作双免耕双直播的耕作方式有利于提高土壤中细菌的多样性、需氧和兼性厌氧原核微生物的相对丰度,有利于土壤中氮的转化和利用,为洞庭湖区稻-油系统合理耕作方式的选择提供依据。

关键词: 免耕, 直播, 土壤微生物, 土壤酶活性, 宏基因组测序, 耕作方式

Abstract:

To explore the response mechanism of soil microecology to rice-rapeseed system annual tillage patterns, a rice-rapeseed rotation experiment was conducted on the long-term no-tillage direct seeding soil of Dongting Lake area of north Hunan. The differences of soil enzyme activity, microorganism quantity, diversity and microbial community function between the double no-tillage direct seeding (DNT) and double rotary-tillage transplantation (DT) were compared to illustrate the effects of different tillage patterns on soil microecology. The metagenomic sequencing showed that there were similar bacterial types under the two patterns, the bacterial diversity was higher under DNT, but the fungal diversity under DT was higher. Function analysis illustrated that the relative abundance of aerobic and facultative anaerobic prokaryotes was higher in DNT; the relative abundance of prokaryotes related to nitrogen metabolism was higher in DNT, while the relative abundance of prokaryotes related to carbon metabolism was higher in DT. The number of culturable bacteria, fungi, actinomycetes and nitrifying bacteria in DNT soil was significantly lower than that in DT, while the number of ammonifying bacteria was significantly increased. Enzyme activity analysis showed that urease activity of DNT was 58.12% higher than that of DT, while the activities of invertase, phosphatase and cellulase decreased by 28.57%, 11.00% and 57.73%, respectively. The results indicated that the DNT rice-rapeseed rotation system was beneficial to improve the bacteria diversity, and the relative abundance of aerobic and facultative anaerobic prokaryotes, and was conductive to the transformation and utilization of nitrogen in the soil. The study provides a basis for the selection of reasonable tillage patterns of rice-rapeseed system in Dongting Lake area.

Key words: no-tillage, direct seeding, soil microorganism, soil enzyme activity, metagenomic sequencing, tillage pattern

中图分类号:

S344.17

高杜娟, 刘兴录, 兰志斌, 赵杨, 陈友德, 周斌, 吕艳梅, 罗先富, 唐善军. 水稻-油菜周年耕作方式对土壤微生态的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(16): 74-81.

Gao Dujuan, Liu Xinglu, Lan Zhibin, Zhao Yang, Chen Youde, Zhou Bin, Lv Yanmei, Luo Xianfu, Tang Shanjun. Effect of Rice-rapeseed Annual Tillage Patterns on Soil Microecology[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2021, 37(16): 74-81.

图/表 7

参考文献 32

[1]	范明生, 江荣风, 张福锁, 等. 水旱轮作系统作物养分管理策略[J]. 应用生态学报, 2008(2):202-210.
[2]	杭玉浩, 王强盛, 许国春, 等. 稻田土壤养分特性对不同耕作方式的生态响应[J]. 中国农学通报, 2017,33(10):106-112.
[3]	王玲玲, 董春华, 罗尊长, 等. 湘东稻-油轮作区氮磷利用效率对化肥减施的响应[J]. 核农学报, 2018,32(2):353-361.
[4]	殷志遥, 黄丽, 薛斌, 等. 稻-油轮作下保护性耕作对土壤肥力的影响及评价[J]. 中国生态农业学报, 2017,25(11):1604-1614.
[5]	冯福学, 黄高宝, 于爱忠, 等. 不同保护性耕作措施对武威绿洲灌区冬小麦水分利用的影响[J]. 应用生态学报, 2009,20(5):1060-1065.
[6]	Gu Y, Zhang X, Tu S, et al. Soil microbial biomass, crop yields, and bacterial community structure as affected by long-term fertilizer treatments under wheat-rice cropping[J]. European Journal of Soil Biology, 2009,45(3):246.
[7]	李会琳, 张静, 王岚, 等. 土地利用方式改变对两种酸性土壤微生物群落结构的影响[J]. 西华师范大学学报:自然科学版, 2017,38(4):373-381.
[8]	张传更, 高阳, 张立明, 等. 水分管理措施对施用有机肥麦田土壤酶活性和微生物群落结构的影响[J]. 灌溉排水学报, 2018,37(2):38-44.
[9]	王娟英, 许佳慧, 吴林坤, 等. 不同连作年限怀牛膝根际土壤理化性质及微生物多样性[J]. 生态学报, 2017,37(17):5621-5629.
[10]	邓巧玲, 何俊峰, 李继福, 等. 长期秸秆还田对水旱轮作土壤结构及微生物多样性的影响[J]. 长江大学学报:自科版, 2018,15(2):14-18,40.
[11]	Xun W, Li W, Xiong W, et al. Diversity-triggered deterministic bacterial assembly constrains community functions[J]. Nature Communications, 2019,10(1):3833. doi: 10.1038/s41467-019-11787-5 URL
[12]	顾克军, 张传辉, 顾东祥. 短期不同秸秆还田与耕作方式对土壤养分与稻麦周年产量的影响[J]. 西南农业学报, 2017,30(6):1408-1413.
[13]	吴建富, 潘晓华, 王璐, 等. 双季抛栽条件下连续免耕对水稻产量和土壤肥力的影响[J]. 中国农业科学, 2010,43(15):3159-3167.
[14]	李光宇, 吴次芳. 土壤微生物研究在农田质量评价中的应用[J]. 土壤学报, 2018,55(3):20-33.
[15]	Karlen D L, Cambardella C A, Kovar J L, et al. Soil quality response to long-term tillage and crop rotation practices[J]. Soil and Tillage Research, 2013,133(5):54-64. doi: 10.1016/j.still.2013.05.013 URL
[16]	Mbuthia L, Acosta-Martínez V, Debryun J, et al. Long term tillage, cover crop, and fertilization effects on microbial community structure, activity: implications for soil quality[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2015,89:24-34. doi: 10.1016/j.soilbio.2015.06.016 URL
[17]	熊鸿焰, 李廷轩, 张锡洲, 等. 水旱轮作后免耕水稻微生物数量和生物量的变化特征研究[J]. 土壤, 2008,40(6):920-925.
[18]	费裕翀, 路锦, 刘丽, 等. 铝胁迫对不同林分土壤中杉木幼苗根际土壤酶活性和微生物的影响[J]. 东北林业大学学报, 2020,48(1):75-79.
[19]	王宁, 南宏宇, 冯克云, 等. 化肥减量配施有机肥对棉田土壤微生物生物量、酶活性和棉花产量的影响[J]. 应用生态学报, 2020,31(1):173-181.
[20]	魏俊杰, 洪坚平. 无机有机肥配施生物炭对复垦土壤酶活性以及磷形态的影响[J]. 华北农学报, 2019,34(6):170-176.
[21]	李耀霞, 郁继华, 张国斌, 等. 灌水上限和施肥量对温室番茄根际土壤酶及微生物活性的影响[J]. 湖北农业科学, 2019,58(24):128-132.
[22]	Dong W, Liu E, Yan C, et al. Impact of no tillage vs. conventional tillage on the soil bacterial community structure in a winter wheat cropping succession in northern China[J]. European Journal of Soil Biology, 2017,80:35-42. doi: 10.1016/j.ejsobi.2017.03.001 URL
[23]	Sengupta A, Dick W A. Bacterial community diversity in soil under two tillage practices as determined by pyrosequencing[J]. Microbial Ecology, 2015,70(3):853-859. doi: 10.1007/s00248-015-0609-4 pmid: 25930203
[24]	高云超, 朱文珊, 陈文新. 秸秆覆盖免耕土壤真菌群落结构与生态特征研究[J]. 生态学报, 2001,21(10):1704-1710.
[25]	Kinoshita R, Schindelbeck R R, Van Es H M. Quantitative soil profile-scale assessment of the sustainability of long-term maize residue and tillage management[J]. Soil & Tillage Research, 2017,174:34-44.
[26]	Sharma P, Singh G, Singh R P. Conservation tillage and optimal water supply enhances microbial enzyme (glucosidase, urease and phosphatase) activities in fields under wheat cultivation during various nitrogen management practices[J]. Archives of Agronomy and Soil Science, 2013,59, 911-928. doi: 10.1080/03650340.2012.690143 URL
[27]	Tyler H L. Bacterial community composition under long-term reduced tillage and no till management[J]. Journal of Applied Microbiology, 2019,126(6).
[28]	Moulin L, Munive A, Dreyfus B, et al. Nodulation of legumens by members of the β-subclass of proteobacteria[J]. Nature, 2001,411:948-950. pmid: 11418858
[29]	Mendes R, Kruijt M, Bruijin I, et al. Deciphering the rhizosphere microbiome for disease suppressive bacteria[J]. Science, 2011,332:1097-1100. doi: 10.1126/science.1203980 URL
[30]	Hermans S, Buckley H, Case B, et al. Bacteria as emerging indicators of soil condition[J]. Applied & Environmental Microbiology, 2016,83(1):e02826.
[31]	Zhao X, Liu S, Pu C, et al. Crop yields under no-till farming in China: A meta-analysis[J]. European Journal of Agronomy, 2017,84:67-75. doi: 10.1016/j.eja.2016.11.009 URL
[32]	Márcio R N, Es H M V, Schindelbeck R, et al. No-till and cropping system diversification improve soil health and crop yield[J]. Geoderma, 2018,328:30-43. doi: 10.1016/j.geoderma.2018.04.031 URL

耕作方式	16S						ITS
耕作方式	OUTnum	Shannon index	Chao1 index	ACE index	Simpson	coverage	OUTnum	Shannon index	Chao1 index	ACE index	Simpson	coverage
DNT	5552	7.31	7946.04	8115.33	2.05e-03	0.96	1089	4.55	1171.75	1190.73	0.045	1.00
DT	5272	7.19	7618.15	8330.97	2.35e-03	0.96	1008	4.82	1091.91	1091.75	0.030	1.00

耕作方式	16S						ITS
耕作方式	OUTnum	Shannon index	Chao1 index	ACE index	Simpson	coverage	OUTnum	Shannon index	Chao1 index	ACE index	Simpson	coverage
DNT	5552	7.31	7946.04	8115.33	2.05e-03	0.96	1089	4.55	1171.75	1190.73	0.045	1.00
DT	5272	7.19	7618.15	8330.97	2.35e-03	0.96	1008	4.82	1091.91	1091.75	0.030	1.00

耕作方式	脲酶/(mg/g)	转化酶/(mg/g)	磷酸酶/(mg/g)	纤维素酶/(mg/g)	过氧化氢酶/(mol/L)
DNT	8.76±0.99aA	0.05±0.01bB	13.46±0.19bB	3.17×10^-3bB	0.98±0.08aA
DT	5.54±0.46bB	0.07±0.01aA	15.11±0.60aA	7.50×10^-3aA	1.03±0.07aA

耕作方式	脲酶/(mg/g)	转化酶/(mg/g)	磷酸酶/(mg/g)	纤维素酶/(mg/g)	过氧化氢酶/(mol/L)
DNT	8.76±0.99aA	0.05±0.01bB	13.46±0.19bB	3.17×10^-3bB	0.98±0.08aA
DT	5.54±0.46bB	0.07±0.01aA	15.11±0.60aA	7.50×10^-3aA	1.03±0.07aA

耕作方式	细菌	真菌	放线菌	氨化细菌	反硝化细菌	硝化细菌
DNT	3.20×10⁵bB	8.00×10²bB	6.77×10³bB	4.13×10⁵aA	1.40×10⁶aA	3.00×10³bB
DT	5.67×10⁶aA	1.60×10³aA	1.16×10⁴aA	1.20×10⁵bB	1.40×10⁶aA	2.50×10⁴aA

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Effect of Rice-rapeseed Annual Tillage Patterns on Soil Microecology

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[1]	王福玉, 陈贵菊, 孙雷明, 黄玲, 邵敏敏, 赵凯, 杨本洲, 张玉丹, 闫璐, 王霖. 耕作方式与施氮量互作对小麦生长、产量与品质的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 20-26.
[2]	赵双梅, 刘宪斌, 李红梅, 董文彩, 沈健萍, 包金美, 梁芳, 鲁美. 云南哀牢山湿性常绿阔叶林土壤碳分布特征[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 88-95.
[3]	胡萍, 冯敏玉, 吴风雨, 曹贺予. 直播早稻适宜播种温度分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(35): 70-75.
[4]	徐翎清, 李佳佳, 常晓, 张云龙, 刘大丽. 土壤氮矿化相关机理的研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(34): 97-101.
[5]	王丽霞, 殷晓敏, 刘永霞, 连子豪, 王必尊, 何应对. 间作韭菜模式下番木瓜根区微生物群落变化特征[J]. 中国农学通报, 2022, 38(31): 66-76.
[6]	晁赢, 付钢锋, 阎祥慧, 杭中桥, 杨全刚, 王会, 潘红, 娄燕宏, 诸玉平. 有机肥对作物品质、土壤肥力及环境影响的研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(29): 103-107.
[7]	范雅琦, 王亚南, 霍瑞轩, 姚涛, 杨珍平, 乔月静, 郭来春. 轮作模式下土壤微生物与线虫群落的互作研究现状[J]. 中国农学通报, 2022, 38(25): 108-113.
[8]	洪慈清, 孙语遥, 莫雯婧, 方云, 陈芳容, 桂芳泽, 关雄, 潘晓鸿. 茶叶浸取液制备的纳米银对土壤微生物的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(23): 56-63.
[9]	且天真, 李福, 厉雅华, 王丽芳, 张婷婷, 张佳倩, 王宏伟, 张德健. 秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤化学性状的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(21): 58-69.
[10]	杜倩, 李琳, 刘铁男, 梁素钰. 复合菌肥对盐渍土土壤微生物多样性的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(2): 38-43.
[11]	张奇, 刘海涛, 田静, 姚莉, 王宏, 林超文. 耕作方式对成都平原稻麦轮作系统吸收累积镉的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(19): 109-113.
[12]	田贵生, 周志华, 程应德, 吴海亚, 赖细巧, 陈玲英, 任涛, 鲁剑巍. 鄂东晚收稻田油菜两种飞播种植模式的产量及效益比较[J]. 中国农学通报, 2022, 38(18): 57-61.
[13]	马超. 黑龙江省黑土地保护性耕作实施基本情况及问题研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(17): 143-147.
[14]	魏加弟, 王永芬, 何翔, 杨佩文, 俞艳春, 郑泗军, 徐胜涛. 植物覆盖对蕉园土壤微生物群落功能多样性的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(17): 90-97.
[15]	张林, 周兴兵, 刘茂, 蒋鹏, 郭晓艺, 高尚卿, 徐魏, 李燕容, 梅岫峰, 朱永川, 熊洪, 徐富贤. 简化施肥对免耕冬水田不同杂交中稻/再生稻产量的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(14): 1-10.