稻蟹生态种养对水稻根际微生物区系的影响

佟德利, 许 璐, 于 鑫, 贺海升, 张 颖

(1. 沈阳师范大学 生命科学学院, 沈阳 110034; 2. 沈阳师范大学 实验教学中心, 沈阳 110034)

稻蟹生态种养模式以水稻生产为主体,同时适量放养蟹。稻渔共作可改善稻田土壤的理化性状,延长水稻生育期,增加生物量[1-3]。稻蟹生态种养模式经济效益显著,稻田生态环境条件亦有所改善。土壤微生物是土壤生态系统功能的重要表征[4-8]。水稻根际微生物具有丰富的多样性[9-13],具有良好的促生作用[13-15]。稻蟹种养生产模式中河蟹养殖及相关农事操作引起水稻根际微生态变化,势必引起微生物区系改变。本文研究了稻蟹生态种养对水稻根际微生物的影响,可为微生物资源的开发和利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验地位于辽宁省盘锦市坝墙子镇,供试水稻品种辽星1号;供试的水产养殖对象为中华绒鳌蟹。水稻移栽密度1.33万穴/667 m2,每穴3本。中华绒鳌蟹(蟹苗150只/kg)放养量为500～600只/667 m2。试验采用随机区组设计,3次重复,小区面积40 m×37 m。

1.2 水稻根际微生物的计数、分离与鉴定

分别于移栽期、分蘖期、孕穗期、灌浆期、成熟期取水稻根际新鲜土样,采用林先贵[16]的方法对水稻根际微生物进行计数、分离、纯化,根据许光辉等人[17-20]的方法进行初步鉴定。

1.3 数据处理方法

参照钟文辉等[21]的方法,选用Shannon-Wiener多样性指数(H)、丰富度指数(S)、Pielou均匀度指数(J)和Simpson优势度指数(D)讨论根际微生物多样性特征。

2 结果与分析

2.1 水稻根际微生物的动态与丰度

两种种植模式下,水稻各生育期根际土壤微生物数量,均以细菌为主要类群。稻蟹生态种养模式下水稻生育期内细菌、真菌、放线菌分别为常规种植模式的1.65、0.48、1.00倍,见表1。

表1 水稻不同发育期根际土壤微生物数量Table 1 Microbial flora in the rice rhizosphere seedlings at different growing stages

注: 不同字母表示处理之间差异达到显著水平p<0.05

稻蟹种养生产田,水稻根际微生物的动态与普通稻田相似,但主要种群的丰度显著增大。全生育期内细菌的总量为普通稻田的1.65倍,以移栽期数量增加最为明显。其主要原因是稻蟹种养生产田施肥早,移栽前放蟹和投饵,河蟹的活动等有利于提高细菌繁殖量。

2.2 水稻不同生育期根际微生物生理类群变化

稻蟹种养生产田中氨化细菌、反硝化细菌、嫌气性纤维素分解菌、好气性自生固氮菌、亚硝酸细菌和好气性纤维素分解菌的数量分别是普通稻田的9.28、6.44、5.22、3.65、3.00和1.46倍,见表2。好气性纤维素分解菌的数量在水稻成熟期略低于普通稻田。其他类群的差异不大。很显然,一些类群微生物数量明显变化与稻蟹种养生产的非生物环境变化以及生物性环境变化密切相关。长期深水灌溉是造成氨化细菌、反硝化细菌和嫌气性纤维素分解菌数量明显提高的主要原因。

表2 不同生育期水稻根际可培养微生物主要生理类群数量Table 2 Number of the cultivated microbial flora in different growing stages

注: A:氨化细菌Ammonifier(×105); B:亚硝酸细菌Nitrite bacteria(×103); C:反硝化细菌Denitrifier(×102); D:好气性自生固氮菌Aerobic azotobacter (×104); E:好气性纤维素分解菌Aerobic cellulose decomposer(×102); F:嫌气性纤维素分解菌Anaerobic cellulosedecom-poser(×102)。

不同字母表示处理之间差异达到显著水平p<0.05 Different letters indicate significant difference at 0.05 level(2-tailed)。

2.3 水稻不同生育期根际微生物多样性比较

稻蟹种养生产田中,水稻根际细菌以灌浆期类群最为丰富,但均匀度指数最低,孕穗期多样性指数及丰富度最低,但类群的优势度最高。常规水稻生产田中,水稻根际细菌以分蘖期最为均匀,但同期优势度指数最低;成熟期则出现相反的趋势(表3)。

表3 水稻根际细菌的多样性、丰富度、均匀度及优势度指数比较

稻蟹种养生产田中,水稻根际放线菌以成熟期最为丰富,且优势度最大,但多样性最低; 常规水稻生产田中,水稻根际放线菌以移栽期均匀度、优势度指数最高,但同期微生物多样性及丰富度最低(表4)。

表4 水稻根际放线菌的多样性、丰富度、均匀度及优势度指数比较

稻蟹种养生产田中,水稻根际真菌优势度最高,但同期微生物多样性与丰富度均最低;常规水稻生产田中,水稻根际真菌以分蘖期最为丰富,且多样性、均匀度最高,但同期优势度最低(表5)。

表5 水稻根际真菌的多样性、丰富度、均匀度及优势度指数比较

3 讨 论

稻蟹种养模式下水稻根际微生物区系,与常规稻田虽然在种类上差异不大,但数量动态与丰度,特异类群变化,优势种及多样性方面二者均出现了明显差异。产生这一系列变化的根本原因不仅仅是因为生产系统中添加了新的物种,而且还因为其非生物环境条件也发生了较大的变化[22-24]。单从微生物丰度变化上看,稻蟹种养模式下数量总体提高了0.65倍,应该对土壤的供肥状况及水稻根系生长直接产生较大的影响。在根标微生物多样性方面,多样性指数、均匀度指数和优势度3项指标与常规稻田大相径庭。后者多样性指数最大出现在分蘖盛期。这说明稻蟹种养生产田环境变化与主要物种的增加,改变了微生物多样性格局,促使细菌提早“萌动”,细菌的多样性指数最高出现的时间提早了20 d以上。

深入研究主要类群微生物的数量变化机制与功能,通过改善环境条件与改进生产操作,有针对性地提高对稻蟹种养生产有利的类群之数量,控制有益微生物出现的时间,抑制对生产不利微生物类数的数量,是应用研究的方向。