不同稻田冬茬绿肥对土壤养分、酶活性和微生物数量的影响

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0843

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (26): 46-52.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0843

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

不同稻田冬茬绿肥对土壤养分、酶活性和微生物数量的影响

马晓¹^,²(), 吕卫光²^,³^,⁴, 蔡文倩¹, 余婷¹, 张月²^,³^,⁴, 张海韵²^,³^,⁴, 汤勇华⁵, 董月霞⁵, 张翰林¹^,²^,³^,⁴()

¹ 生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心，北京 100012
² 上海市农业科学院生态环境保护研究所，上海 201403
³ 农业农村部东南沿海农业绿色低碳重点实验室，上海 201403
⁴ 农业部上海农业环境与耕地保育科学观测实验站，上海 201403
⁵ 上海市农业科技服务中心，上海 200335

收稿日期:2023-11-29 修回日期:2024-03-20 出版日期:2024-09-15 发布日期:2024-09-11
通讯作者:
张翰林，男，1985年出生，吉林长春人，研究员，博士，研究方向：农田生态保护，主要从事农田生态研究。通信地址：201403 上海市奉贤区金齐路1000号上海市农业科学院，Tel：021-62202607，E-mail：zhanghanlinchick@163.com。
作者简介:
马晓，女，2002年出生，河南南阳人，本科在读，研究方向：农田生态。通信地址：201403 上海市奉贤区金齐路1000号上海市农业科学院，E-mail：Mamie_ma@163.com
基金资助:
上海市科技兴农重点攻关项目“稻田秸秆还田生物调控关键技术研究与示范”(2021-02-08-00-12-F00796); 国家自然科学基金青年基金“生物质炭介导秸秆厌氧腐解微生物对深层土壤磺胺甲恶唑的降解及其电子传递机制”(42007017); 上海市农业科学院卓越团队建设计划“农田典型障碍土壤改良修复关键技术研究与示范应用”(沪农科卓(2022)008); 上海市农业科学院生态所揭榜挂帅项目“横沙新洲农田土壤障碍修复与健康保育技术研究与示范”(生科-JA2023-1)

Effects of Different Winter Green Manure Crops on Paddy Soil Nutrients, Enzyme Activity and Microbial Communities

MA Xiao¹^,²(), LV Weiguang²^,³^,⁴, CAI Wenqian¹, YU Ting¹, ZHANG Yue²^,³^,⁴, ZHANG Haiyun²^,³^,⁴, TANG Yonghua⁵, DONG Yuexia⁵, ZHANG Hanlin¹^,²^,³^,⁴()

¹ Technical Centre for Soil, Agriculture and Rural Ecology and Environment, Ministry of Ecology and Environment, Beijing 100012
² Eco-environmental Protection Institute of Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai 201403
³ Key Laboratory of Low-carbon Green Agriculture in Southeastern China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Shanghai 201403
⁴ Agricultural Environment and Farmland Conservation Experiment Station, Ministry Agriculture and Rural Affairs, Shanghai 201403
⁵ Shanghai Agricultural Science and Technology Service Center, Shanghai 200335

Received:2023-11-29 Revised:2024-03-20 Published:2024-09-15 Online:2024-09-11

摘要/Abstract

摘要：

本研究通过分析上海青浦地区不同稻田冬茬绿肥翻压后的土壤养分性质、酶活性和微生物数量等指标，采用灰色关联度分析，综合筛选出最有利于土壤培肥的、适宜当地种植的稻田冬茬绿肥轮作模式。本试验设置3个稻田冬茬绿肥处理：紫云英处理(ZY)、蚕豆处理(CD)、油菜处理(YC)。结果表明：（1）不同绿肥轮作模式对于土壤pH、土壤全氮和全磷含量影响均未达到显著性水平，CD和ZY处理土壤全钾含量无显著差异，但均显著高于YC处理；土壤有机质含量顺序为CD>YC>ZY；ZY处理土壤有效磷含量比CD和YC分别高出12.60%和28.70%，YC处理则速效氮和有效钾含量均为最高水平。（2）各绿肥处理的过氧化氢酶和纤维素酶活性无显著性差异，CD处理和YC处理下土壤脲酶活性均显著高于ZY处理，CD处理土壤蔗糖酶活性分别比ZY和YC高出22.10%和55.17%。（3）CD处理土壤细菌、真菌和放线菌数量均处于最高水平，均显著高于ZY处理。（4）绿肥产量与土壤有机质含量、土壤脲酶活性、土壤真菌数量和放线菌数量均呈现显著正相关，其中与土壤脲酶活性的相关性较高(P<0.001)；水稻产量与土壤有机质含量和土壤放线菌数量存在显著正相关(P<0.01)。（5）采用灰色关联度分析对16个指标进行综合评价，加权关联度顺序为CD>YC>ZY。综合比较，水稻蚕豆轮作是最适宜试验地区的稻田冬茬绿肥轮作模式。

关键词: 稻田冬茬绿肥, 土壤养分性质, 土壤酶活性, 土壤微生物, 灰色关联度分析

Abstract:

To screen out a suitable winter green manure rotation system for enhancing soil fertility, this study analyzed soil nutrients, enzyme activity and microbial quantities after winter green manure was incorporated in the paddy fields in Qingpu District, Shanghai. Three winter green manure cultivation treatments were set, including milk vetch (ZY), broad bean (CD) and rape (YC). The results showed that: (1) the effects of different green manure cultivation on soil pH, total nitrogen and total phosphorus levels were not significant. There was no significant difference in soil total potassium content between CD and ZY, but they were significantly higher than that in YC. The order of soil organic matter content was CD>YC>ZY; the content of soil available phosphorus under ZY was 12.60% and 28.70% higher than that under CD and YC, respectively, while YC treatment exhibited the highest level of available nitrogen and available potassium. (2) There was no significant difference in the activities of soil catalase and cellulase among all treatments. Soil urease activity under CD and YC were significantly higher than that under ZY, and soil sucrase activity under CD was 22.10% and 55.17% higher than that under ZY and YC, respectively. (3) The gene copy numbers of soil bacteria, fungi and actinomyces under CD were all the highest, which were significantly higher than those under ZY. (4) There were significant positive correlations between green manure yield and soil organic matter content, soil urease activity, soil fungal quantity, and soil actinomycete quantity. The strongest correlation was observed between green manure yield and soil urease activity (P<0.001). Rice yield exhibited significant positive correlations with soil organic matter content and soil actinomycete quantity (P<0.01). (5) A grey correlation analysis of 16 indicators determined that the order of weighted correlation degrees was CD>YC>ZY. Rice-broad bean rotation was the most effective winter green manure rotation system in Qingpu District of Shanghai.

Key words: winter green manure crops, soil nutrients, soil enzyme activity, soil microbial communities, grey correlation analysis

马晓, 吕卫光, 蔡文倩, 余婷, 张月, 张海韵, 汤勇华, 董月霞, 张翰林. 不同稻田冬茬绿肥对土壤养分、酶活性和微生物数量的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(26): 46-52.

MA Xiao, LV Weiguang, CAI Wenqian, YU Ting, ZHANG Yue, ZHANG Haiyun, TANG Yonghua, DONG Yuexia, ZHANG Hanlin. Effects of Different Winter Green Manure Crops on Paddy Soil Nutrients, Enzyme Activity and Microbial Communities[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(26): 46-52.

图/表 9

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目的基因	基因名称	引物序列	扩增条件	参考文献
细菌	341F	CCTAYGGGRBGCASCAG	预变性1× (95℃ 3 min)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火57℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[14]
细菌	806R	GGACTACNNGGGTATCTAAT		[14]
真菌	ITS1F	CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA	预变性1× (95℃ 3 s)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火62℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[15]
真菌	ITS2R	GCTGCGTTCTTCATCGATGC	预变性1× (95℃ 3 s)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火62℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[15]
放线菌		TACGGCCGCAAGGCTA	预变性1× (95℃ 3 s)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火62℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[16]
放线菌	Act1200R	TCRTCCCCACCTTCCTCCG	预变性1× (95℃ 3 s)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火62℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[16]

目的基因	基因名称	引物序列	扩增条件	参考文献
细菌	341F	CCTAYGGGRBGCASCAG	预变性1× (95℃ 3 min)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火57℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[14]
细菌	806R	GGACTACNNGGGTATCTAAT		[14]
真菌	ITS1F	CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA	预变性1× (95℃ 3 s)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火62℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[15]
真菌	ITS2R	GCTGCGTTCTTCATCGATGC	预变性1× (95℃ 3 s)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火62℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[15]
放线菌		TACGGCCGCAAGGCTA	预变性1× (95℃ 3 s)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火62℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[16]
放线菌	Act1200R	TCRTCCCCACCTTCCTCCG	预变性1× (95℃ 3 s)，后接40个循环（变性95℃ 15 s；退火62℃ 20 s；延伸72℃ 20 s）	[16]

品种	产量
品种	2021	2022	2023	3年均值
ZY	19936.50±309.59c	17666.63±509.96c	18789.75±725.77c	18797.63±1134.96c
CD	30369.38±472.64a	29037.75±131.90a	30376.88±175.61a	29928.00±770.99a
YC	26534.63±270.77b	23509.13±369.25b	26329.88±387.72b	25457.88±1690.77b

品种	产量
品种	2021	2022	2023	3年均值
ZY	19936.50±309.59c	17666.63±509.96c	18789.75±725.77c	18797.63±1134.96c
CD	30369.38±472.64a	29037.75±131.90a	30376.88±175.61a	29928.00±770.99a
YC	26534.63±270.77b	23509.13±369.25b	26329.88±387.72b	25457.88±1690.77b

处理	pH	全氮/(g/kg)	全磷/(g/kg)	全钾/(g/kg)	速效氮/(mg/kg)	有效磷/(mg/kg)	有效钾/(mg/kg)	有机质/(g/kg)
ZY	7.71±0.09a	1.31±0.18a	0.54±0.18a	14.81±0.26a	45.24±3.42b	13.05±0.98a	141.25±6.25b	22.82±4.15b
CD	7.73±0.05a	1.36±0.21a	0.52±0.10a	14.95±0.41a	51.09±4.19ab	11.59±0.97b	143.75±7.25ab	30.92±3.91a
YC	7.73±0.02a	1.31±0.21a	0.53±0.07a	13.50±1.51b	57.24±5.24a	10.14±1.25c	151.75±6.75a	25.57±1.79ab

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Effects of Different Winter Green Manure Crops on Paddy Soil Nutrients, Enzyme Activity and Microbial Communities

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处理	过氧化氢酶活性	脲酶活性	蔗糖酶活性	纤维素酶活性
ZY	54.623±1.164a	83.137±3.444b	52.438±3.663b	30.427±9.958a
CD	55.803±1.597a	136.492±16.676a	62.025±8.522a	26.703±5.201a
YC	54.665±0.364a	122.934±13.677a	41.262±3.572c	36.048±9.245a

处理	细菌基因拷贝数	真菌基因拷贝数	放线菌基因拷贝数
ZY	1.254±0.221×10⁷b	1.695±1.123×10⁵b	8.905±2.922×10⁵b
CD	1.641±0.313×10⁷a	1.010±0.602×10⁶a	1.680±0.367×10⁶a
YC	1.189±0.257×10⁷b	9.343±6.315×10⁵ab	1.271±0.494×10⁶ab

处理	PH	有机质	速效氮	速效磷	有效钾	全量氮	全量磷	全量钾	过氧化氢酶活性	脲酶活性	蔗糖酶活性	纤维素酶活性	细菌拷贝数	真菌拷贝数	放线菌拷贝数	产量
ξ_ZY	1.0000	0.3333	0.3333	1.0000	0.3333	0.3577	1.0000	0.8364	0.3333	0.3333	0.4955	0.4540	0.3687	0.3333	0.3333	0.3333
ξ_CD	0.3814	1.0000	0.4936	0.4985	0.3962	1.0000	0.3338	1.0000	1.0000	1.0000	1.0000	0.3333	1.0000	1.0000	1.0000	1.0000
ξ_YC	0.3303	0.4308	1.0000	0.3333	1.0000	0.3330	0.5560	0.3333	0.3413	0.6630	0.3333	1.0000	0.3333	0.8468	0.4739	0.5546
等权关联度	0.5706	0.5880	0.6090	0.6106	0.5765	0.5636	0.6299	0.7233	0.5582	0.6655	0.6096	0.5958	0.5673	0.7267	0.6024	0.6293
权重值	0.0581	0.0598	0.0620	0.0621	0.0587	0.0574	0.0641	0.0736	0.0568	0.0677	0.0620	0.0606	0.0577	0.0740	0.0613	0.0640

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品种	加权关联度	加权排序
ZY	0.5141	3
CD	0.7830	1
YC	0.5576	2

品种	加权关联度	加权排序
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