3討論
3.1稻蟹共作對土壤理化因子的影響
目前對于稻蟹共作主要采用對比實驗來分析研究目標[11,18-20]。本研究在保證單一水稻種植(CK)與稻蟹共作(EG)2種模式的稻田單位灌溉水量、施肥量、水稻播種量及稻田耕作翻土深度都統(tǒng)一的條件下，對CK與EG土壤中7組理化指標在4?8月含量變化表明：引入蟹后EG中土壤pH升高以及SOM含量增加，同時降低了全鹽的含量，其原因是蟹從環(huán)溝進入稻田中活動，如取食、排泄、打洞等，對土壤環(huán)境產(chǎn)生了影響。這些活動促進了土壤中的微生物活動，可能改變了土壤的酸堿平衡，從而導(dǎo)致pH值升高。蟹的這些活動有助于增加土壤中的氧氣含量，促進了好氧微生物的活動，這些過程可能有助于提高土壤的pH值[21]。此外，稻蟹共作模式中，養(yǎng)殖過程中施用的生石灰消毒措施也是導(dǎo)致土壤pH升高的一個重要原因[22]。SOM含量增加以及全鹽含量降低的主要原因可能是蟹類在土壤中活動時，改善土壤的結(jié)構(gòu)，增強土壤的通透性和水分保持能力、加速有機物的分解和循環(huán)，使得有機物質(zhì)更容易分解和降解，并有利于有機質(zhì)的穩(wěn)定性和長期積累。蟹類的排泄物和死亡體可以成為有機物的來源，這些有機物質(zhì)經(jīng)過微生物的分解作用，最終形成更為穩(wěn)定的土壤有機質(zhì)，提高土壤的有機質(zhì)含量[23]。同時蟹類的引入會增加土壤中的生物多樣性，包括微生物和其他土壤生物。這些微生物通過分解有機物質(zhì)，加速了有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化和積累過程。增強土壤的通透性和水分保持能力，有利于降低鹽分的濃度，減少鹽分在土壤中的積累。以及蟹類在土壤中的排泄物和死亡體可以作為有機物質(zhì)的來源，經(jīng)過分解后提供植物所需的營養(yǎng)元素，促進植物的生長，減少土壤中的鹽分積累。EG中TN含量升高的主要原因可能是蟹類在土壤中活動時會攝食有機物和植物殘體，經(jīng)過消化作用后，排泄出含氮的有機物質(zhì)和氨氮。這些有機物和氨氮可以被土壤微生物吸收和利用，最終轉(zhuǎn)化為土壤中的無機氮，如硝酸鹽和銨鹽，從而增加了土壤的總氮含量[24]。同時水稻作為主要作物吸收土壤中的氮素，而蟹類的活動促進了土壤中氮素的供應(yīng)和循環(huán)，有助于提高土壤中的氮素含量。水稻的根系分泌物和殘體也提供了土壤中氮素的補充來源，促進了氮循環(huán)的正常運轉(zhuǎn)。此外，引入蟹增加了土壤中的微生物生物量和多樣性，特別是氮循環(huán)相關(guān)的微生物，如硝化細菌和還原細菌等，這些微生物通過氧化還原反應(yīng)，促進了氮的轉(zhuǎn)化和固定，進一步提高了土壤的總氮含量。
3.2稻蟹共作對土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)的影響
土壤細菌群落多樣性受季節(jié)變化影響[25]，也受地理位置的影響[26-28]，溫度、濕度、總氮、總磷、有機質(zhì)等因素均能夠顯著地影響細菌的群落結(jié)構(gòu)[29-30]。細菌作為稻田土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)采用稻蟹共作后，其敏感性會迅速地響應(yīng)[31]。賴政等[20]研究表明，采用新型無環(huán)溝的稻蝦共作模式，土壤細菌中的酸桿菌門(Acidobacteria)和綠屈撓菌門(Chloroflexi)相對豐度顯著升高，同時對土壤微生物多樣性和微生物群落結(jié)構(gòu)影響較明顯。王蓉等[32]研究表明影響土壤微生物數(shù)量、物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)變化主要受土壤理化因子中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、pH含量的影響。
本研究對土壤細菌群落的多樣性、結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)比較，根據(jù)Chao1、Faith_pd、Observed和Shannon指數(shù)表明，試驗田在不同月之間群落多樣性及豐富程度差異性顯著。4月和8月細菌群落多樣性最高，6月和7月次之，5月最低。CK與EG在4?8月物種多樣性指數(shù)變化表明，稻田環(huán)溝引入蟹后可以明顯改變土壤中細菌群落的物種多樣性與豐度，其中4月和8月可以提高細菌群落的物種多樣性與豐度，5月降低細菌群落的物種多樣性，而6月對細菌群落的物種多樣性與豐度的影響不明顯。對CK和EG在4?8月門水平及屬水平群落結(jié)構(gòu)組成分析發(fā)現(xiàn)：在門水平上EG在4?8月變形菌門相對豐度處于絕對優(yōu)勢，在5月其相對豐度最高(96.64%)，其主要原因可能是相較于其他菌門，變形菌門相對耐高溫，而其他菌門暴露下陽光下大量死亡，從而導(dǎo)致變形菌門相對豐度劇增。綠屈撓菌門在4?8月其相對豐度呈現(xiàn)增加趨勢(除5月外)。與CK相比，引入蟹后的EG在4?8月相對豐度排名前20的細菌累積相對豐度都高于CK，說明引入蟹后能明顯改變稻田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和物種豐度。在屬水平上，CK與EG屬水平排名前10的菌屬相對豐度對比，表明引入蟹后會提高EG土壤細菌中Pseudomonas菌屬的相對豐度，同時也會降低Thiobacillus和Methanosaeta菌屬的相對豐度。
引入蟹后EG土壤中變形菌門相對豐度和Pseudomonas菌屬的相對豐度明顯高于CK。變形菌門具有較強的有機物降解能力，能夠分解復(fù)雜的有機物質(zhì)[33]，將其轉(zhuǎn)化為更簡單的化合物，有助于提高土壤的肥力和營養(yǎng)循環(huán)效率。同時變形菌可以參與有機物和重金屬的降解過程，有助于減少土壤和地下水的污染程度。Pseudomonas菌屬中的一些菌株具有生物防治潛力，能夠?qū)苟喾N植物病原菌和土壤病害菌，有助于提高農(nóng)作物的健康和產(chǎn)量。同時Pseudomonas菌屬可以降解重金屬和有機化合物，清潔土壤和水體中的污染物。
3.3稻蟹共作下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與理化因子的相關(guān)性
本研究表明變形菌門(Proteobacteria)是土壤微生物群落相對豐度最高的菌門，其他研究也表明稻田土壤中變形菌門也具有較高的相對豐度[34]。研究表明，當(dāng)土壤中變形菌門相對豐度增加到一定比例有利于土壤肥力的保持，同時還能間接促進植物生長[35]。RDA分析表明稻田土壤中相對豐度排名前10的細菌群落中，TN對變形菌門(Proteobacteria)相對豐度影響最大，且呈正相關(guān)關(guān)系[36]。其原因可能是變形菌與TN含量存在相互促進作用，當(dāng)土壤TN含量升高時變形菌也隨之增加，從而起到有固氮能力[37]。擬桿菌門(Bacteroidetes)相對豐度主要受TN和TP含量的影響，且與它們呈顯著性關(guān)系[38]。其原因可能是土壤中擬桿菌門的相對豐度通常與土壤的有機質(zhì)含量密切相關(guān)，而有機質(zhì)的分解釋放出的氮和磷則可促進擬桿菌門的生長。脫硫桿菌門(Desulfobacterota)相對豐度主要受TDS、TN和TP含量的影響，與TDS、TN和TP呈負相關(guān)關(guān)系，且TP對其影響最大。疣微菌門(Verrucomicrobiota)相對豐度主要受TDS和TN含量的影響。AP主要影響藍菌門(Cyanobacteria)和酸桿菌門(Acidobacteria)的相對豐度。SOM主要影響藍菌門(Cyanobacteria)的相對豐度。pH和TK與相對豐度前10的菌門無顯著性關(guān)系，且它們與這些菌門主要呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。變形菌門除與pH呈負相關(guān)外，與其他理化因子都呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系；SOM僅與變形菌門呈正相關(guān)關(guān)系，與其他菌門主要呈負相關(guān)關(guān)系。
4結(jié)論
本研究通過對比寧夏引黃灌區(qū)傳統(tǒng)水稻單一種植模式(CK)與稻蟹共作模式(EG)4?8月土壤理化指標及微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，揭示了稻蟹共作土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征及影響因素。研究表明，在理化指標上，稻蟹共作種養(yǎng)模式提升了整個種養(yǎng)周期內(nèi)土壤pH、TN和SOM含量，具有改善土壤環(huán)境、提高稻田土壤肥力的作用。在微生物群落結(jié)構(gòu)特征上，稻蟹共作下，提升了變形菌門和假單胞菌屬的相對豐度，有助于提高土壤的肥力和營養(yǎng)循環(huán)效率，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，清潔土壤和水體中的污染物。TN是影響細菌相對豐度的主要理化因子，pH和TK與門水平相對豐度排名前10的菌門均無顯著性關(guān)系。