本文摘要：摘要：秸稈施用對(duì)作物產(chǎn)量影響效應(yīng)不一致的機(jī)理尚不清楚，可能與秸稈施用誘導(dǎo)的土壤關(guān)鍵微生物群落組成及其豐度變化對(duì)產(chǎn)量影響的機(jī)理挖掘不夠深入有關(guān)。選擇紅壤和黃褐土進(jìn)行小麥盆栽實(shí)驗(yàn)，設(shè)置不同秸稈施用水平(S0、S10、S30，分別為0、10、30gkg-1土)，基于細(xì)菌-真菌
摘要：秸稈施用對(duì)作物產(chǎn)量影響效應(yīng)不一致的機(jī)理尚不清楚，可能與秸稈施用誘導(dǎo)的土壤關(guān)鍵微生物群落組成及其豐度變化對(duì)產(chǎn)量影響的機(jī)理挖掘不夠深入有關(guān)。選擇紅壤和黃褐土進(jìn)行小麥盆栽實(shí)驗(yàn)，設(shè)置不同秸稈施用水平(S0、S10、S30，分別為0、10、30gkg-1土)，基于細(xì)菌-真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估微生物生態(tài)集群、酶活性、化學(xué)性質(zhì)對(duì)秸稈施用下小麥產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，施用秸稈顯著提升了兩種土壤的速效養(yǎng)分、可溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳含量及土壤酶(淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶、多酚氧化酶、脲酶、酸性磷酸酶、脫氫酶)活性，但紅壤上小麥產(chǎn)量隨著秸稈施用量增加顯著增加，而黃褐土上則隨著秸稈施用量增加而顯著降低。與S0相比，紅壤中S10和S30處理的籽粒產(chǎn)量和地上部生物量分別提升33%～44%和73%～85%，黃褐土中則分別降低22%～25%和55%。共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)關(guān)鍵生態(tài)集群的豐度、酶活性、土壤化學(xué)性質(zhì)的共同正效應(yīng)影響了紅壤小麥產(chǎn)量變化，而關(guān)鍵生態(tài)集群豐度對(duì)黃褐土小麥產(chǎn)量變化有更大的正效應(yīng)。秸稈施用顯著增加了紅壤中與小麥產(chǎn)量正相關(guān)的Aspergillus豐度，顯著降低了黃褐土中與小麥產(chǎn)量正相關(guān)的Bacillus、Burkholderia、asidiobolus豐度。綜上，秸稈施用后紅壤中關(guān)鍵有益微生物豐度增加、酶活性增強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)改善疊加作用使小麥產(chǎn)量提升;而黃褐土上小麥產(chǎn)量降低主要與關(guān)鍵有益微生物豐度降低有關(guān)，其效應(yīng)超過(guò)化學(xué)性質(zhì)和酶活性的改善。以上結(jié)果暗示關(guān)鍵微生物豐度的改變對(duì)秸稈還田土壤上作物產(chǎn)量變異有重要影響。
關(guān)鍵詞：秸稈還田;細(xì)菌-真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò);關(guān)鍵微生物;酶活性;作物產(chǎn)量
作物秸稈富含碳、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，是常用的農(nóng)田有機(jī)肥料。中國(guó)142項(xiàng)秸稈還田試驗(yàn)結(jié)果表明，92%的試驗(yàn)中作物產(chǎn)量隨秸稈還田量的增加而增加[1]。施用秸稈通過(guò)調(diào)節(jié)土壤溫度和水分、改善土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤有機(jī)碳、速效養(yǎng)分含量和酶活性[1-2]，從而有助于提高產(chǎn)量。然而，也有研究表明，施用秸稈即使對(duì)土壤理化性質(zhì)有所改善，但仍會(huì)造成作物減產(chǎn)[3]。秸稈既能影響微生物生存的環(huán)境，也為其提供可利用的底物[1]。
土壤作物論文： 土壤氣監(jiān)測(cè)在污染地塊調(diào)查評(píng)估中的優(yōu)勢(shì)、局限及解決思路
因此，施用秸稈對(duì)作物生產(chǎn)的不同效應(yīng)很大程度上可能歸因于微生物群落組成發(fā)生了不同程度或不同方向的改變[3-5]。土壤細(xì)菌和真菌是耕地生態(tài)系統(tǒng)中重要組成部分，分泌多種酶，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)，是土壤肥力的敏感指標(biāo)[6]，也是保障全球糧食的重要驅(qū)動(dòng)力。植物生長(zhǎng)促生菌不僅可合成生產(chǎn)素，還可通過(guò)自身代謝活動(dòng)(溶磷、解鉀、固氮等)使土壤元素有效化，利于植物吸收利用[7]。生防微生物依靠種間作用或代謝產(chǎn)物抑制病原菌的存活與活動(dòng)[8]。
此外，某些細(xì)菌和真菌類(lèi)群是與作物病害暴發(fā)相關(guān)的病原菌[9]。越來(lái)越多的研究證實(shí)，施用秸稈重塑了土壤微生物群落，改變了土壤酶活性和關(guān)鍵物種豐度[6,10-12]。周文新等[10]研究表明，秸稈還田提高了土壤中解磷解鉀菌、硝化和反硝化細(xì)菌的數(shù)量。劉驊等[11]發(fā)現(xiàn)，秸稈還田后，土壤固氮菌、氨化細(xì)菌等的豐度平均提高了15%，反硝化細(xì)菌、放線(xiàn)菌、纖維分解菌等的豐度平均增加44%。秸稈還田還可增加病原菌的數(shù)量[12]。因此，秸稈引發(fā)的土壤微生物豐度的改變及微生物間的相互作用可能調(diào)控著作物產(chǎn)量。共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)常用來(lái)表達(dá)微生物對(duì)外界干擾而表現(xiàn)出的相互共存和排斥關(guān)系，并識(shí)別與土壤功能和作物生產(chǎn)高度相關(guān)的關(guān)鍵微生物[13]。
網(wǎng)絡(luò)中的模塊集成了復(fù)雜的高維度的物種信息，是多個(gè)高度關(guān)聯(lián)、共享同一生態(tài)位的物種的集合，視為生態(tài)集群[14]。最新研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)集群的特性，比如其優(yōu)勢(shì)物種豐度、多樣性等與作物產(chǎn)量顯著相關(guān)[4-5,15]。Fan等[4]報(bào)道，在大空間尺度上，小麥產(chǎn)量與集群的相對(duì)豐度顯著相關(guān)。長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)肥和秸稈后，土壤微生物群落對(duì)秸稈和無(wú)機(jī)肥反應(yīng)靈敏，生態(tài)集群中包含了一些營(yíng)養(yǎng)菌和植物病原菌，這些關(guān)鍵微生物類(lèi)群調(diào)節(jié)著作物生長(zhǎng)[15]。40年田間施肥后，作物產(chǎn)量與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵種群的多樣性之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系[5]。土壤細(xì)菌和真菌共享環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)資源且存在著共生、對(duì)抗或競(jìng)爭(zhēng)等相互作用[16]，因此它們幾乎肯定會(huì)形成占據(jù)不同生態(tài)位的集群，其特征可能與作物產(chǎn)量有關(guān)。
了解對(duì)秸稈有不同響應(yīng)的微生物對(duì)產(chǎn)量的調(diào)節(jié)作用，有利于識(shí)別能夠提高作物產(chǎn)量的微生物，也可深入了解地下微生物生態(tài)關(guān)系及其對(duì)地上生產(chǎn)力的影響。然而，目前對(duì)秸稈誘導(dǎo)形成的細(xì)菌-真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的微生物在調(diào)節(jié)作物生產(chǎn)中的貢獻(xiàn)仍不清楚。本研究利用中國(guó)糧食產(chǎn)區(qū)兩種典型土壤即紅壤和黃褐土為研究對(duì)象，進(jìn)行了三水平秸稈處理的小麥盆栽實(shí)驗(yàn)，主要研究目的包括：(1)明確秸稈施用對(duì)不同類(lèi)型土壤上作物產(chǎn)量的影響;(2)明確秸稈施用對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)、酶活性、細(xì)菌-真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)特征的影響;(3)評(píng)估秸稈施用導(dǎo)致的土壤化學(xué)性質(zhì)和微生物性質(zhì)變化對(duì)作物產(chǎn)量變異的影響。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)
供試紅壤和黃褐土分別采自江西省鷹潭縣(2815'20"，11655'30")和河南省方城縣(33°9′57″N，112°48′9″E)。于2015年7月采集典型農(nóng)田表層土壤(0～20cm)，避光風(fēng)干，過(guò)2mm篩備用，試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見(jiàn)表1。供試秸稈采自收獲期的玉米秸稈，風(fēng)干粉碎后備用。秸稈有機(jī)碳含量427.3kg、全氮含量13.5kg、全磷含量2.75gkg、全鉀含量9.88kg。
盆栽試驗(yàn)于2015年11月10日至2016年5月25日進(jìn)行，種植作物為冬小麥(TriticumaestivumL.，豫麥57)。每種土壤設(shè)3個(gè)水平秸稈施用量(0、10、30g·kg土)處理(S0、S10、S30)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共18個(gè)盆缽。每盆(直徑23cm×高23cm)裝5kg風(fēng)干土(粒徑<2mm)。試驗(yàn)用肥料包括尿素、磷酸鈣和氯化鉀，分別以N150mgkg-1、P2O5110mgkg-1和K2O82.5mgkg-1的比例一次性基施。秸稈用粉碎機(jī)粉碎(長(zhǎng)度<0.5mm)并與土壤充分混合。每盆播種麥種30粒，苗期減至16株。試驗(yàn)期間每隔3d采用稱(chēng)重法補(bǔ)充水分，保持土壤含水量在最大持水量的80%水平。盆缽平時(shí)放在室外，下雨時(shí)搬入溫室。害蟲(chóng)用殺蟲(chóng)劑控制，雜草手動(dòng)清除。
1.2樣品采集與分析
在小麥?zhǔn)斋@期(2016年5月25日)破壞性采集土樣(非根際土)。一部分土樣置于-80℃冰箱保存，用于土壤DNA提取。土壤pH采用土水比1:2.5測(cè)定;硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)含量分別用雙波長(zhǎng)比色法和靛酚藍(lán)比色法測(cè)定[17];有機(jī)碳含量用重絡(luò)酸鉀氧化外加熱法測(cè)定[17];全氮含量用半微量開(kāi)氏消煮法測(cè)定[17];全磷和全鉀采用氫氟酸-高氯酸消解，鉬銻抗比色法和火焰光度法測(cè)定其含量[17];黏粒、粉粒和砂礫含量用激光粒度分析儀(LS13320)測(cè)定;有效磷(AP)和速效鉀(AK)含量分別用鉬銻抗比色法和火焰光度法測(cè)定[17];可溶性有機(jī)碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)含量分別用Jones和Willett[18]方法和氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法測(cè)定[19]。
采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定淀粉酶(AMY)和轉(zhuǎn)化酶(INV)活性;多酚氧化酶(PPO)、脲酶(URE)、脫氫酶(DEH)和酸性磷酸酶(ACP)活性分別用鄰二苯酚比色法、苯酚鈉-次氯酸鈉比色法、三苯基四唑氯化物比色法和磷酸苯二鈉比色法測(cè)定[20]。小麥?zhǔn)斋@期收集所有植株地上部分低溫烘干測(cè)定地上生物量，麥穗風(fēng)干后脫粒測(cè)定籽粒重。
1.3高通量測(cè)序分析
土壤DNA采用FastDNASpinKitforSoil(MPBiomedicals，USA)按說(shuō)明書(shū)操作步驟從0.5g鮮土中提取。使用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA質(zhì)量，使用NanoDrop2000(NanoDropTechnologies，USA)測(cè)定DNA濃度和純度。用引物515F(5’-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3’)/907R(5’-CCGTCAATTCMTTTRAGTTT-3’)和ITS5F(5’-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3’)/ITS1R(5’-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3’)分別進(jìn)行細(xì)菌和真菌PCR擴(kuò)增，選取細(xì)菌16SrRNA基因的V4-V5區(qū)和真菌ITS1區(qū)進(jìn)行高通量測(cè)序。采用Illumina公司MiSeq測(cè)序儀完成序列分析，紅壤中細(xì)菌和真菌平均得到35237條和48165條序列，黃褐土中細(xì)菌和真菌平均得到31476條和46970條測(cè)序。細(xì)菌和真菌測(cè)序數(shù)據(jù)已上傳至公共數(shù)據(jù)庫(kù)(http://bigd.big.ac.cn/gsa)，序列號(hào)為CRA005094和CRA005095。
對(duì)原始雙端序列質(zhì)控、拼接和引物切除[21]。采用QIIME(1.91)去除低質(zhì)量序列并用RDP數(shù)據(jù)庫(kù)去除嵌合體[22]。得到的高質(zhì)量序列采用Uparse軟件，以97%的相似度進(jìn)行OTU劃分。采用Blast方法以Greengeens13.8和Unite數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行細(xì)菌和真菌物種分類(lèi)注釋。最終，紅壤和黃褐土中分別得到901個(gè)OTU(細(xì)菌629個(gè)，真菌272個(gè))和802個(gè)OTU(細(xì)菌582個(gè)，真菌220個(gè))�；贐ray-Curtis距離對(duì)處理間細(xì)菌和真菌群落進(jìn)行的主成分分析(PrincipalComponentAnalysis，PCA)在QIIME中完成。
1.4細(xì)菌-真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
使用R(4.0.1)“psych”程序包計(jì)算細(xì)菌—真菌類(lèi)群(屬水平)兩兩之間“Spearman”相關(guān)系數(shù)并采用FDR方法校正，選擇相關(guān)系數(shù)r>|0.8|且P<0.01的顯著相關(guān)關(guān)系構(gòu)建細(xì)菌-真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。利用Gephi(0.9.2)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視化，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模塊化分析(參數(shù)設(shè)置為系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置)，選擇包含節(jié)點(diǎn)數(shù)≥15的模塊作為微生物集群用于后續(xù)分析。
1.5數(shù)據(jù)處理
采用單因素方差分析(ANOVA)和Duncan多重比較分析處理間小麥籽粒產(chǎn)量、地上部生物量、土壤化學(xué)性質(zhì)、酶活性的差異。置換多元方差分析(Permutationalmultivariateanalysisofvariance，PERMANOVA)判斷不施秸稈(S0)與施用秸稈處理(S10、S30)間細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的差異。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中主要模塊中所有屬的累積豐度，用Z分?jǐn)?shù)對(duì)模塊累計(jì)豐度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并視其為模塊的相對(duì)豐度。對(duì)模塊和模塊中優(yōu)勢(shì)屬(這些屬的總豐度占模塊累積豐度85%以上)的相對(duì)豐度進(jìn)行單因素方差分析和Duncan多重比較。
利用偏最小二乘路徑模型(PartialLeastSquaresPathModeling，PLSPM)評(píng)估土壤化學(xué)性質(zhì)、酶活性和微生物集群三個(gè)因子之間的作用及其對(duì)小麥產(chǎn)量的影響;每個(gè)因子中有顯著作用的指標(biāo)變量用于后續(xù)分析。采用一元線(xiàn)性回歸模型分析微生物集群(模塊)相對(duì)豐度與籽粒產(chǎn)量和地上生物量的關(guān)系。計(jì)算模塊中細(xì)菌和真菌優(yōu)勢(shì)屬相對(duì)豐度、土壤化學(xué)性質(zhì)、酶活性、小麥籽粒產(chǎn)量和地上部生物量?jī)蓛砷g“Spearman”相關(guān)系數(shù)(P<0.05)，并用Cytoscape(3.7.1)軟件對(duì)其相關(guān)關(guān)系可視化。PERMANOVA和路徑分析分別用R(4.0.1)中的“vegan”和“plspm”程序包完成;其余統(tǒng)計(jì)分析采用軟件SPSS24.0進(jìn)行。
2結(jié)果
2.1小麥籽粒產(chǎn)量和地上部生物量，紅壤上小麥籽粒產(chǎn)量和地上部生物量均隨著秸稈施用量的增加穩(wěn)步增加，而黃褐土中的籽粒產(chǎn)量和地上部生物量則穩(wěn)步降低。紅壤中，與S0相比，S10和S30處理小麥籽粒產(chǎn)量分別提高33%和73%，地上部生物量分別提高44%和85%;而黃褐土中，S10和S30處理的小麥籽粒產(chǎn)量分別降低22%和55%，地上部生物量分別降低25%和55%。
2.2土壤化學(xué)性質(zhì)
隨著秸稈施用量增加，紅壤中NH、AK、DOC和MBC含量均隨著秸稈施用量增加而增加(NH含量在和處理間差異不顯著)，它們?cè)诤?0處理中的增幅分別達(dá).8～146.2和4.9～574.9;而pH、NO和AP含量在不同秸稈處理間則沒(méi)有顯著變化。在黃褐土中，隨著秸稈施用量增加，土壤pH、NH、AP、、DOC和MBC含量也隨之增加(其中AP含量在和處理間沒(méi)有顯著差異)，和30處理的分別增加.08和.37，其他養(yǎng)分含量在和30處理中的增幅分別為.1～106.8和1.6～83.7;而NO含量在不同處理間沒(méi)有顯著變化。
2.3土壤酶活性
無(wú)論是紅壤還是黃褐土，土壤中與碳氮磷循環(huán)轉(zhuǎn)化有關(guān)的酶活性，即AMY、INV、PPO、URE、ACP和DEH活性均隨著秸稈施用量的增加而呈增加趨勢(shì)。上述酶活性在紅壤的和30處理中的增幅分別達(dá).9~88.7和0.7~533.3，在黃褐土中的增幅分別為.4～69.3和0.6～302.0。紅壤中PPO活性以及黃褐土中的PPO和URE活性在和處理間未達(dá)到顯著差異。
2.4土壤微生物群落組成與結(jié)構(gòu)
紅壤和黃褐土中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門(mén)均為變形菌門(mén)(Proteobacteria，平均相對(duì)豐度分別為32.3%和41.7%)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi，25.6%和6.5%)、放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria，18.2%和23.8%)和酸桿菌門(mén)(Acidobacteria，6.6%和11.6%)。真菌中以子囊菌門(mén)(Ascomycota，76.7%和49.8%)、擔(dān)子菌門(mén)(Basidiomycota，2.8%和5.0%)和接合菌門(mén)(Zygomycota，10.1%和12.0%)占優(yōu)勢(shì)。主成分分析顯示，兩軸PC1和PC2分別解釋了紅壤和黃褐土細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的76.2%和58.4%的總方差以及真菌群落結(jié)構(gòu)的61.8%和65.5%的總方差。不施秸稈和施用秸稈處理(10、30)間呈現(xiàn)一定的群落結(jié)構(gòu)分異。PERMANOVA顯示，與相比，施用秸稈后兩種土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生顯著變化(P<0.05)。
3討論
3.1微生物集群對(duì)小麥產(chǎn)量的調(diào)節(jié)作用
本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈施用后，紅壤和黃褐土中微生物群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生了顯著變化;兩種土壤中對(duì)秸稈有著一致響應(yīng)的微生物均可聚集成三個(gè)不同的生態(tài)集群(富集型、抑制型或耐受型)，且生態(tài)集群豐度對(duì)小麥產(chǎn)量均有直接顯著正效應(yīng)，并主要受制于模塊1和模塊2豐度的變化。
進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，紅壤中秸稈施用導(dǎo)致小麥產(chǎn)量增加與秸稈誘導(dǎo)的模塊1和模塊2中的關(guān)鍵微生物Methylibium豐度降低和Aspergillus豐度增加有關(guān);黃褐土中小麥產(chǎn)量隨秸稈施用量增加而顯著降低，且這與秸稈施用導(dǎo)致的模塊2中的關(guān)鍵微生物Bacillus、Burkholderia、Basidiobolus豐度顯著降低有關(guān)。秸稈中富含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，Methylibium具有較強(qiáng)的降解半纖維素和單芳香烴化合物的能力，其對(duì)秸稈反應(yīng)敏感，常被視為秸稈還田和耕作的標(biāo)志性微生物[23]。但Methylibium的豐度常隨著秸稈還田而降低[23]，這也限制了秸稈的降解和其所含營(yíng)養(yǎng)元素的釋放，不利于作物生長(zhǎng)。
研究表明，土壤中如果Methylibium等能夠潛在弱化礦化作用并促進(jìn)腐殖化進(jìn)程的微生物占有比例高，則土壤擁有更高的土壤有機(jī)碳和腐殖質(zhì)含量[24]。Aspergillus的物種多能夠在秸稈上很好的定殖，并分泌葡糖苷酶、葡聚糖酶、木聚糖酶和纖維素酶[25]，促進(jìn)秸稈中纖維素和半纖維素的分解。研究表明，在土壤中接種Aspergillustubingensis和Aspergillusniger，土壤中有機(jī)碳、磷含量和酶活性都明顯提升，且顯著提高作物產(chǎn)量[26]。
本研究中秸稈施用降低了紅壤中Methylibium豐度，因而小麥產(chǎn)量的增加主要與秸稈施用誘導(dǎo)的Aspergillus豐度增加有關(guān)。Bacillus是典型的植物促生菌，其多數(shù)種類(lèi)具有溶磷，固氮，降解蛋白質(zhì)、木質(zhì)素的功能，能分泌多種物質(zhì)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)植物激素代謝，提高植物的抗逆性，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，防止病原體感染[27-28]。以Bacillusspp.為基礎(chǔ)的多種商業(yè)生物肥料已廣泛用于提高作物產(chǎn)量[28]。
研究表明[29]，利用Bacillus作為生物防治劑可以減少線(xiàn)蟲(chóng)侵染危害，并分泌有益的酶，從而提高作物產(chǎn)量。Burkholderia的成員占據(jù)廣泛的生態(tài)位，其代謝活動(dòng)與氮循環(huán)密切相關(guān)，是植物生長(zhǎng)促生菌和固氮菌之一，且能分泌抗真菌化合物，常被用于生物防治、生物修復(fù)和促進(jìn)植物生長(zhǎng)的菌劑[30]。Basidiobolus屬于腐生真菌，具有利用植物殘?bào)w中淀粉和多種糖類(lèi)化合物的能力[31]。因而，秸稈還田導(dǎo)致黃褐土中作物產(chǎn)量顯著降低與這些益生菌豐度顯著降低密切相關(guān)。
3.2土壤酶活性和化學(xué)性質(zhì)對(duì)作物產(chǎn)量的影響
紅壤中pH和NH4+-N、AP、AK、DOC、MBC含量及AMY、PPO、ACP、DEH活性均與小麥產(chǎn)量正相關(guān)，其中秸稈施用對(duì)pH和AP含量無(wú)顯著影響，其他參數(shù)均隨著秸稈施用量的增加而顯著增加;而黃褐土中pH和AP、AK含量及AMY、INV、PPO、ACP、DEH活性均與小麥產(chǎn)量負(fù)相關(guān)，這些化學(xué)性質(zhì)和酶活性均隨著秸稈施用量的增加而顯著增加。
以往很多研究已表明[32-33]，秸稈還田能夠顯著提升土壤養(yǎng)分含量、酶活性，且這些參數(shù)的提升與作物產(chǎn)量密切相關(guān)。胡乃娟等[32]報(bào)道，連續(xù)兩季秸稈還田提高了土壤水溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳和土壤脲酶、蔗糖酶活性，小麥增產(chǎn)達(dá)11.5%，且土壤碳庫(kù)和酶活性的提高與小麥產(chǎn)量顯著相關(guān)。趙亞麗等[33]研究表明，秸稈還田提高了土壤有機(jī)碳和蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性，且它們與小麥產(chǎn)量顯著正相關(guān)，小麥產(chǎn)量平均提高了約18.6%。
而本研究中，秸稈施用不僅改善了紅壤化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)活化了與碳氮磷循環(huán)轉(zhuǎn)化有關(guān)的酶活性，且二者對(duì)作物產(chǎn)量有直接的正效應(yīng);并與關(guān)鍵微生物共同作用于作物產(chǎn)量。而黃褐土中，秸稈施用雖然改善了土壤化學(xué)性質(zhì)，活化了酶活性，但其對(duì)產(chǎn)量的潛在正效應(yīng)低于秸稈施用誘導(dǎo)的關(guān)鍵微生物在調(diào)節(jié)產(chǎn)量中發(fā)揮的作用，而關(guān)鍵微生物的作用最終導(dǎo)致了作物產(chǎn)量降低，因此黃褐土中化學(xué)性質(zhì)和酶活性表現(xiàn)出與作物產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，秸稈還田對(duì)不同土壤的物理性質(zhì)的改變對(duì)作物產(chǎn)量的調(diào)節(jié)作用也不容忽視。本研究基于盆栽實(shí)驗(yàn)的結(jié)果仍需要后續(xù)田間實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證。
結(jié)論隨著秸稈施用量增加，紅壤上小麥產(chǎn)量顯著增加而黃褐土上產(chǎn)量顯著降低。秸稈施用均提升了兩種土壤中速效養(yǎng)分、可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳含量及與碳氮磷循環(huán)轉(zhuǎn)化有關(guān)的酶活性。土壤化學(xué)性質(zhì)、酶活性、微生物模塊豐度在紅壤上與小麥產(chǎn)量正相關(guān);而在黃褐土上微生物模塊豐度與產(chǎn)量正相關(guān)，土壤化學(xué)性質(zhì)和酶活性則與產(chǎn)量負(fù)相關(guān)。
秸稈施用顯著降低紅壤上與小麥產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)鍵物種Methylibium豐度而增加與小麥產(chǎn)量顯著正相關(guān)的關(guān)鍵物種Aspergillus豐度;在黃褐土上，與小麥產(chǎn)量顯著正相關(guān)的關(guān)鍵微生物Bacillus、Burkholderia、Basidiobolus豐度隨著秸稈施用量增加而顯著降低。秸稈施用后，紅壤上作物產(chǎn)量顯著增加與秸稈改善土壤化學(xué)性質(zhì)、活化酶活性、改變關(guān)鍵微生物豐度有關(guān)，且上述因素對(duì)作物產(chǎn)量的影響有疊加效應(yīng);而黃褐土上產(chǎn)量顯著降低主要與秸稈施用顯著降低了益生菌豐度有關(guān)，且其影響效應(yīng)超過(guò)化學(xué)性質(zhì)和酶活性的改善對(duì)作物產(chǎn)量的效應(yīng)。
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作者：邱麗麗1,2,3，李丹丹1，張佳寶1，趙炳梓1†
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