關(guān)鍵詞：水稻輪作；紫云英；土壤微生物；群落結(jié)構(gòu)；土壤養(yǎng)分

水稻是我國(guó)種植的主要糧食作物之一，為解決我國(guó)糧食安全問(wèn)題做出了重要貢獻(xiàn)。近年來(lái)，我國(guó)水稻種植模式逐漸單一化，長(zhǎng)年高強(qiáng)度的種植導(dǎo)致稻田耕作層變淺、有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤理化性質(zhì)退化，嚴(yán)重制約了我國(guó)水稻栽培的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。冬季種植綠肥是稻田重要的有機(jī)肥源，通過(guò)綠肥翻壓來(lái)培肥土壤和提高農(nóng)作物產(chǎn)量是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)普遍采用的措施。冬季種植綠肥不僅能充分利用冬季水、熱及土地資源生產(chǎn)出大量鮮草，同時(shí)在增加作物產(chǎn)量、提高土壤肥力、改善稻田土壤結(jié)構(gòu)、防止水土流失、增加土壤微生物活性以及節(jié)能減排等方面均具有良好效果。紫云英又名紅花草、翹搖、草子等，是豆科黃芪屬越年生草本植物，是我國(guó)南方稻區(qū)主要的冬種綠肥作物。紫云英可以通過(guò)生物固氮作用固定空氣中的氮，其植株殘?bào)w含氮量遠(yuǎn)高于其他作物秸稈，相關(guān)研究表明紫云英還田能夠替代20%～60%的化學(xué)氮肥。紫云英還田后還能促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解，在活化土壤養(yǎng)分、維持土壤肥力以及減少農(nóng)田化肥用量方面發(fā)揮重要作用。

水稻一紫云英輪作是一種生態(tài)且高效的水稻種植模式，相關(guān)研究表明水稻一紫云英輪作可以減少稻季化肥用量、提高水稻產(chǎn)量、增加稻田土壤養(yǎng)分、改善稻田土壤的理化性狀。魯艷紅等的研究表明紫云英翻壓還田配施緩釋肥能夠替代40%的氮肥和20%的鉀肥，在提高土壤養(yǎng)分和作物養(yǎng)分利用效率的同時(shí)保證水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。顏志雷等的研究表明紫云英翻壓還田配施化肥與單施化肥相比能夠顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效氮的含量。也有研究表明：紫云英翻壓還田能夠有效增加表層土壤的有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳的含量，從而促進(jìn)土壤固碳；水稻一紫云英輪作能夠減少稻田土壤的溫室氣體排放；紫云英翻壓還田能通過(guò)減少土壤N20排放通量從而減少稻田的溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI）。

微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，參與土壤中多種物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，在作物生長(zhǎng)和土壤生態(tài)健康等方面具有十分重要的指示意義。土壤生物學(xué)特性易受施肥、耕作以及灌溉等農(nóng)業(yè)措施的影響，能夠快速反映土壤質(zhì)量的變化，例如土壤酶活性、微生物生物量、微生物呼吸、微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性等均是較好的土壤微生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。萬(wàn)水霞等的研究表明，紫云英配施化肥能夠顯著提高土壤微生物的數(shù)量和土壤酶活性，同時(shí)還能提高土壤的微生物量碳氮含量和土壤微生物熵，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成的調(diào)節(jié)作用。侶國(guó)涵等的研究表明，長(zhǎng)期種植綠肥能夠提高農(nóng)田土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的豐度以及土壤微生物量碳的含量。王利民等的研究則表明紫云英連年翻壓還田能夠促進(jìn)慢生根瘤菌屬、分枝桿菌屬以及鏈霉菌屬等在土壤中富集，形成獨(dú)特的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，加速土壤的碳水化合物和氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝，從而培肥土壤。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)紫云英的研究主要聚焦于還田之后其對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤結(jié)構(gòu)、水稻產(chǎn)量、土壤酶活性以及土壤生物學(xué)特性的影響，而對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化方面的研究報(bào)道不多，尤其是缺乏不同水稻種植模式之間的對(duì)比，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化與土壤養(yǎng)分供給之間的關(guān)系也不明確。因此，本實(shí)驗(yàn)以目前常見(jiàn)的3種水稻輪作模式為研究對(duì)象，采用高通量測(cè)序技術(shù)研究了上海郊區(qū)水稻一小麥輪作、水稻一紫云英輪作和水稻一休耕3種模式對(duì)土壤微生物（細(xì)菌和真菌）群落結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)分析了土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)變化與土壤養(yǎng)分之間的相互關(guān)系，以期為高效水稻輪作模式的選擇提供科學(xué)依據(jù)，這對(duì)于稻田土壤肥力的保持、水稻栽培的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展以及保障國(guó)家糧食安全均具有重要意義。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)地概況

實(shí)驗(yàn)地位于上海市青浦現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)，該園區(qū)是上海市率先啟動(dòng)的4家市級(jí)農(nóng)業(yè)同區(qū)之一，始建于1999年，總規(guī)劃面積17.07km2，其中耕地面積占9.6km2。目前，同區(qū)內(nèi)水稻種植面積約430hm2，水稻栽培與生產(chǎn)一直是m區(qū)的工作重心。近年來(lái)同區(qū)在水稻新型種植模式的探索方面開(kāi)展了大量的工作。不同水稻輪作模式的對(duì)比實(shí)驗(yàn)開(kāi)始于2019年，施肥方案與田間管理參照當(dāng)?shù)亓?xí)慣。該地區(qū)氣候類型為典型的亞熱帶季風(fēng)型氣候，全年四季分明，日照充足，雨量充沛，年平均氣溫15℃，年平均降雨量1200mm，全年無(wú)霜期約225d。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)設(shè)3種水稻種植模式，分別為：①水稻一小麥輪作（RW）；②水稻一紫云英輪作（RV）；③水稻一休耕（RF）。每種處理3次重復(fù)，共9個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)面積為100m2（10mx10m），小區(qū)之間以田埂隔開(kāi)，田埂覆膜以防止肥水串流。水稻采用移栽的方式種植，在每年的6月中下旬移栽，種植密度為12cmx25cm，栽培品種為“青香軟粳”，各處理相同，10月底或11月初水稻成熟后收割。在水稻收割前進(jìn)行小麥和紫云英種子撒播，小麥播種量為75kg·hm-2，紫云英播種量為30kg·hm-2。各處理施肥方案如表1所示，各處理稻季的施肥方案一致，冬季小麥按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)習(xí)慣施肥，紫云英和休耕處理不施肥。具體施肥量（按N計(jì)）為水稻240kg·hm-2，小麥150kg·hm-2。農(nóng)藥的使用根據(jù)田間實(shí)際情況每年2-4次，使用種類包括戊唑嘧菌酯、三環(huán)唑、甲維茚蟲(chóng)威和吡蚜酮等，用于水稻紋枯病、稻瘟病、稻縱卷葉螟和稻飛虱的防治，其他田間農(nóng)事管理參照青浦當(dāng)?shù)亓?xí)慣。

1.3土壤理化性狀分析

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2019年11月至2021年12月，土壤樣品分別在2019年11月和2021年12月各采集1次，用于分析實(shí)驗(yàn)前后土壤養(yǎng)分的變化。土壤樣品的采集采用“S”型五點(diǎn)采樣法，取樣深度為0～20cm，每次采樣每個(gè)小區(qū)采集5個(gè)點(diǎn)形成1個(gè)混合樣，土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室在室溫下進(jìn)行風(fēng)干，然后磨碎過(guò)篩待測(cè)。土壤理化性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)（OM）、總氮（TN）、總磷（TP）、總鉀（TK）、總有機(jī)碳（TOC）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）、速效鉀（AK）以及pH，測(cè)定方法均采用國(guó)標(biāo)法。

1.4土壤微生物總DNA提取與PCR擴(kuò)增

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在2021年8月水稻季烤田期采集稻田土壤樣品，用于土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)特征的分析。土壤樣品采集后用低溫箱帶回實(shí)驗(yàn)室，用于土壤微生物總DNA的提取。土壤微生物總DNA的抽提采用試劑盒進(jìn)行，使用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA的提取質(zhì)量，使用NanoDrop2000測(cè)定DNA濃度和純度。土壤微生物總DNA用目標(biāo)基因引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增（ABIGeneAmp9700）。本研究中擴(kuò)增細(xì)菌（16s）所用引物序列為338F（ACTCCTACGGGAGGCAGCAG）和806R （GGACTACHVGGGTWTCTAAT），擴(kuò)增真菌（ITS）所用引物序列為ITSIF（CTTGGTCATTTAGAG-GAAGTAA）和ITS2R（GCTGCGTTCTTCATCGATGC）.PCR擴(kuò)增程序如下：95℃預(yù)變性3min；95℃變性30s、55℃退火30s、72℃延伸30s，27個(gè)循環(huán)；72℃穩(wěn)定延伸10min；最后在4℃保存。PCR反應(yīng)體系為：DNA聚合酶0.4uL，模板DNA 10ng，補(bǔ)足至20uL。每個(gè)樣本3個(gè)重復(fù)。

1.5土壤微生物高通量測(cè)序

擴(kuò)增產(chǎn)物的高通量測(cè)序基于Illumina Miseq平臺(tái)進(jìn)行，將同一樣本的PCR產(chǎn)物混合后使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR產(chǎn)物，利用AxyPrep DNA Gel ExtractionKit（Axygen Biosciences）進(jìn)行回收產(chǎn)物純化，2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，并用Quantus Fluorometer（Pro-mega）對(duì)回收產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)定量。使用NEXTFLEXRapid DNA-Seq Kit建庫(kù)：①接頭鏈接；②使用磁珠篩選去除接頭自連片段；③利用PCR擴(kuò)增進(jìn)行文庫(kù)模板的富集；④磁珠回收PCR產(chǎn)物得到最終的文庫(kù)。隨后利用Illumina公司的Miseq PE300／NovaSeqPE250平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序，測(cè)序工作委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。

1.6測(cè)序數(shù)據(jù)分析

使用fastp軟件對(duì)原始測(cè)序序列進(jìn)行質(zhì)控，使用FLASH軟件進(jìn)行拼接：①過(guò)濾reads尾部質(zhì)量值20以下的堿基，設(shè)置50bp的窗口，如果窗口內(nèi)的平均質(zhì)量值低于20，從窗口開(kāi)始截去后端堿基，過(guò)濾質(zhì)控后50bp以下的reads，去除含N堿基的reads；②根據(jù)PEreads之間的overlap關(guān)系，將成對(duì)reads拼接（merge）成一條序列，最小overlap長(zhǎng)度為10bp;③拼接序列的overlap區(qū)允許的最大錯(cuò)配比率為0.2，篩選不符合序列；④根據(jù)序列首尾兩端的barcode和引物區(qū)分樣品，并調(diào)整序列方向，barcode允許的錯(cuò)配數(shù)為0，最大引物錯(cuò)配數(shù)為2。使用UPARSE軟件根據(jù)97%的相似度對(duì)序列進(jìn)行OTU聚類并剔除嵌合體。利用RDPclassifier對(duì)每條序列進(jìn)行物種分類注釋，細(xì)菌（16s）和真菌（ITS）比對(duì)的數(shù)據(jù)庫(kù)分別為Silva 16S rRNA數(shù)據(jù)庫(kù)（v138）和ITS_fungi（unite 8.0），設(shè)置比對(duì)閾值為70%。

1.7統(tǒng)計(jì)分析與圖表繪制

顯著性差異檢驗(yàn)采用SPSS 23軟件進(jìn)行。同一處理實(shí)驗(yàn)前后的差異采用t檢驗(yàn)在0.05水平進(jìn)行；不同處理之間的差異檢驗(yàn)采用單因素方差分析（One-way ANOVA）進(jìn)行。土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)組成差異采用NMDS（非度量多維尺度分析）和PLS-DA（偏最小二乘法判別分析）進(jìn)行分析；不同處理之間差異物種分析采用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)（多組比較策略）進(jìn)行比較；土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性采用Spearman進(jìn)行相關(guān)性分析。圖表采用OriginPr0 9.0．R-3.3.1和python-2.7繪制。

2結(jié)果與分析

2.1土壤肥力變化

本研究分析了不同水稻種植模式在實(shí)驗(yàn)前后（2019-2021年）的土壤養(yǎng)分變化，結(jié)果顯示RV模式土壤TN含量顯著提高，土壤TK含量則在RF和RV兩種模式中顯著降低（圖1）。RV模式土壤AN含量也顯著提高，與TN的變化規(guī)律一致，而RW模式土壤AP和AK含量均顯著降低（圖2）。此外，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)束后3種不同種植模式的土壤養(yǎng)分差異，結(jié)果顯示（圖1、圖2）不同處理之間僅土壤AN含量存在顯著差異，RV模式顯著高于其他兩種模式。

為了比較3種模式種植前后的綜合肥力變化，選擇AN、AP、AK、OM、TOC和pH共6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行雷達(dá)圖分析（以RF模式的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值作為對(duì)照“1”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理）。結(jié)果顯示（圖3），在實(shí)驗(yàn)前RW模式的土壤養(yǎng)分背景值高于其他兩種模式，尤其在AP含量上具有明顯優(yōu)勢(shì)。在經(jīng)過(guò)2a不同模式的輪作后土壤綜合肥力發(fā)生了明顯變化，RV模式土壤綜合肥力有了明顯提高，尤其是AN和AP的含量。此外，3種模式在實(shí)驗(yàn)前OM和TOC含量較為接近，而實(shí)驗(yàn)后RW和RV兩種模式已表現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)。

2.2土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)組成

基于測(cè)序數(shù)據(jù)分析了不同水稻輪作模式土壤細(xì)菌和真菌在門(mén)水平的群落結(jié)構(gòu)組成。由圖4分析可知，土壤細(xì)菌豐度前5的菌門(mén)為Chloroflexi（綠彎菌門(mén)，23.49%-27.21%）、Acidobacteriota（酸桿菌門(mén)，17.09%-20.56%）、Proteobacteria（變形菌門(mén)，13.35%-15.71%）、Actinobacteriota（放線菌門(mén)，10.61%-11.19%）和MVxococcota（粘球菌門(mén)，3.87%-4.83%）。不同輪作模式之間土壤細(xì)菌門(mén)水平的群落結(jié)構(gòu)組成有明顯差異，與RW模式相比，RF和RV模式中綠彎菌門(mén)的豐度出現(xiàn)了明顯降低，RV模式則在酸桿菌門(mén)的豐度上具有明顯優(yōu)勢(shì)，而RF模式則在變形菌門(mén)上具有豐度優(yōu)勢(shì)。土壤真菌豐度（圖5）前5的菌門(mén)為Ascomycota（子囊菌門(mén)，52.97%-68.39%）、unclassified_k_Fungi（未鑒定菌門(mén)，14.71%-25.00%）、Basidiomycota（擔(dān)子菌門(mén)，7.74%-11.11%）、Mortierellomvcota（被孢霉菌門(mén)，2.04%-6.22%）和Rozellomvcota（2.28%-2.83%）.稻田土壤中真菌群落以子囊菌門(mén)為主，其豐度占真菌總豐度的50%以上，其中RV模式最高。RF模式在被孢霉菌門(mén)上具有豐度優(yōu)勢(shì)，而RW模式則在擔(dān)子菌門(mén)上具有豐度優(yōu)勢(shì)。

2.3群落結(jié)構(gòu)組成相似性分析

采用NMDS和PLS-DA方法在OTU水平對(duì)不同水稻輪作模式土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)組成的相似性和差異性進(jìn)行分析。結(jié)果顯示（圖6），不同輪作模式土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成在NMDS1和NMDS2方向上均未能完全區(qū)分，但已經(jīng)表現(xiàn)出較好的排序（stresslt;0.1）。土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)同樣表現(xiàn)出較好的排序（stresslt;0.1），且RF模式在NMDS1方向已經(jīng)和RV模式完全區(qū)分開(kāi)，說(shuō)明二者之間具有明顯的組間差異性。在PLS-DA分析中，不同稻田輪作模式土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)組成均表現(xiàn)出了較好的組內(nèi)相似性和組間差異性，不同處理之間能夠明顯進(jìn)行區(qū)分，COMPI和COMP2共同解釋了28.36%細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成差異和28.78%真菌的群落結(jié)構(gòu)組成差異，這說(shuō)明不同輪作模式對(duì)土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)組成均產(chǎn)生了明顯影響。

2.4物種差異分析

采用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)多組比較策略對(duì)處理之間具有顯著性差異的物種進(jìn)行分析。結(jié)果表明不同輪作模式之間土壤細(xì)菌豐度前30的菌屬中有12個(gè)菌屬存在顯著性差異（圖7，僅顯示具有顯著性差異的菌屬），其中有6個(gè)菌屬在RV模式中具有豐度優(yōu)勢(shì)，如Conexibacter和Opitutus等，有4個(gè)菌屬在RF模式中具有豐度優(yōu)勢(shì)，如Solirubrobacter和Niastella等，而僅有2個(gè)菌屬在RW模式中具有豐度優(yōu)勢(shì)，分別為Azotobacter和Alkaliphilus。土壤真菌中則僅有3個(gè)菌屬在處理之間存在顯著性差異（圖8），其中有2個(gè)菌屬在RW模式中具有豐度優(yōu)勢(shì)，分別為Scole-coba.sidium和Sporormiaceae，有1個(gè)菌屬在RF模式中具有豐度優(yōu)勢(shì)，為CollarieLla。結(jié)果表明不同水稻輪作模式對(duì)屬水平土壤細(xì)菌和真菌的群落豐度產(chǎn)生了顯著影響。

2.5土壤微生物與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

采用Spearman相關(guān)性分析研究了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成與土壤養(yǎng)分之間的相互關(guān)系。結(jié)果顯示（圖9），土壤細(xì)菌門(mén)水平的群落結(jié)構(gòu)組成與土壤pH和土壤N、P、K含量具有顯著相關(guān)性，而與土壤OM和TOC的含量無(wú)關(guān)。土壤AK含量是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的主要因素，與4個(gè)細(xì)菌種群具有顯著相關(guān)性。值得注意的是Planctomvcetota（浮霉菌門(mén)）與土壤TK含量表現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)性，但卻與土壤AK含量表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性；而Gemmatimonadota（芽單胞菌門(mén)）則與土壤TN和AN含量表現(xiàn)出一致的顯著負(fù)相關(guān)性。土壤養(yǎng)分對(duì)土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成的影響則弱于土壤細(xì)菌，僅有4個(gè)真菌種群與土壤養(yǎng)分具有顯著相關(guān)性，且均為正相關(guān)關(guān)系（圖10）。其中，土壤AN含量與Basidiobolomycota（蛙糞霉菌門(mén)）和Zoopagomycota菌門(mén)具有顯著正相關(guān)關(guān)系，是影響土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成的主要因素。

3討論

3.1不同輪作模式對(duì)稻田土壤肥力的影響

近年來(lái)，不同輪作作物的種植對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)的影響已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。諸多研究表明，合適的覆蓋作物翻壓還田能夠有效提高稻田土壤的肥力。唐海明等的研究表明不同冬季覆蓋作物秸稈還田有利于提高稻田不同層次土壤有機(jī)碳的儲(chǔ)量，其中以紫云英翻壓還田的效果最好。周?chē)?guó)朋等的研究表明種植紫云英能有效促進(jìn)稻田土壤OM的積累，同時(shí)配施化肥還能有效提高土壤碳庫(kù)的活性。而在本實(shí)驗(yàn)中水稻一紫云英輪作模式顯示土壤OM和TOC含量已經(jīng)有提高的趨勢(shì)，但與其他兩種模式相比并未達(dá)到顯著差異水平，這可能與紫云英種植時(shí)間還比較短有關(guān)。土壤OM和TOC的提高是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，在本實(shí)驗(yàn)中，RW和RV兩種模式均表現(xiàn)出土壤OM和TOC升高的趨勢(shì)，冬季作物秸稈還田的長(zhǎng)期堅(jiān)持有利于土壤肥力的保持。

楊濱娟等的研究表明連續(xù)8a紫云英翻壓還田與冬閑和油菜、黑麥草翻壓還田相比土壤AN含量提高了6.5%～35.35%，同時(shí)水稻產(chǎn)量與冬閑處理相比也提高了10.48%。龍莉等的研究也表明紫云英翻壓還田能有效提高稻田土壤AN含量，且增幅優(yōu)于油菜和黑麥草還田。王飛等和胡安永等的研究則指出紫云英翻壓還田與其他冬種作物或冬閑相比，能夠有效提高稻田土壤生產(chǎn)力，在減少化肥用量25%-40%的條件下保持水稻穩(wěn)產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)與前人的研究結(jié)果一致，水稻一紫云英輪作模式顯著提高了土壤TN和AN的含量，與實(shí)驗(yàn)前相比分別提高了12.50%和26.16%；同時(shí)，土壤AP和TOC含量也比實(shí)驗(yàn)前分別提高了20.23%和7.06%。經(jīng)過(guò)2a的實(shí)驗(yàn)，不同種植模式之間的土壤AN含量也產(chǎn)生了顯著性差異，其中RV模式明顯高于其他兩種模式；同時(shí)，雷達(dá)圖分析也顯示RV模式的綜合肥力比其他兩種模式有了明顯提高，這表明紫云英翻壓還田確實(shí)能夠改善稻田土壤肥力，尤其是在提高土壤氮素供給能力方面具有明顯效果，與傳統(tǒng)稻麥輪作和冬季休耕相比，可能是更加適合于水稻栽培生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的種植模式。

3.2不同輪作模式對(duì)稻田土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物是物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要參與者，在土壤碳氮循環(huán)和養(yǎng)分遷移轉(zhuǎn)化等過(guò)程中扮演著重要角色。秸稈還田或綠肥翻壓等農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤碳氮環(huán)境的改變可能是引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的主要原因。相關(guān)研究表明紫云英翻壓還田顯著提高了土壤中微生物量碳氮含量和土壤酶活力，從而調(diào)節(jié)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)。唐海明等和王利民等的研究表明紫云英等綠肥作物還田能夠促進(jìn)土壤碳水化合物和氨基酸代謝，從而提高了稻田土壤微生物對(duì)碳源的利用能力。在本實(shí)驗(yàn)中，紫云英翻壓還田顯著提高了土壤有效養(yǎng)分的含量，而土壤有效養(yǎng)分含量又與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化有著密切關(guān)系。結(jié)合前人研究結(jié)果可以看出，紫云英翻壓還田對(duì)稻田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響可能是通過(guò)對(duì)土壤碳氮環(huán)境的改變以及碳氮代謝的促進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，遺憾的是本實(shí)驗(yàn)并未對(duì)土壤碳氮代謝相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，為清楚地闡明紫云英還田條件下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的機(jī)制，應(yīng)將更多與土壤生物學(xué)性狀、碳氮代謝等相關(guān)指標(biāo)納入到未來(lái)的研究范圍中。

土壤微生物種群豐度的變化不僅影響著微生物的群落結(jié)構(gòu)，同時(shí)也影響著土壤的功能。在本實(shí)驗(yàn)中，水稻一紫云英輪作模式在酸桿菌門(mén)和子囊菌門(mén)上具有明顯的豐度優(yōu)勢(shì)。酸桿菌門(mén)在土壤中參與多個(gè)重要的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，例如可降解植物殘?bào)w、參與碳代謝與光合作用等，其豐度的提高有利于促進(jìn)土壤的物質(zhì)與養(yǎng)分循環(huán)。而子囊菌門(mén)中多數(shù)類群為腐生菌，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳氮循環(huán)的重要驅(qū)動(dòng)力，在土壤穩(wěn)定性、植物生物質(zhì)分解等過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，紫云英植物殘?bào)w的腐解為這一微生物類群提供了良好的生存環(huán)境。此外，一些屬水平的微生物種群也在水稻一紫云英輪作模式中富集，例如Conexibacter、Opitutus和Sphingobium等，這些優(yōu)勢(shì)菌屬的富集有利于土壤的養(yǎng)分循環(huán)與生態(tài)健康。據(jù)報(bào)道，Conexibacter能夠?qū)⑾跛猁}還原成亞硝酸鹽，在農(nóng)田土壤系統(tǒng)的氮循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，同時(shí)Conexibacter還可以增強(qiáng)土壤微生物群落的穩(wěn)定性。楊勝香等的研究則表明土壤添加碳氮磷源改良劑后土壤中OpitLLtLL.s和Sphingomona.s等菌屬的豐度得到了提升。而田程等的研究表明土壤中OpitLLtu.s和Sphingomonas等菌屬的豐度與西瓜枯萎病的發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.3土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)變化與土壤養(yǎng)分含量的相互關(guān)系

本實(shí)驗(yàn)相關(guān)性分析表明土壤N、P、K含量是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素，這與前人的研究結(jié)果一致。顏志雷等的研究表明在紫云英還田條件下土壤細(xì)菌的數(shù)量與土壤AN、AP以及AK含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。王利民等的研究則認(rèn)為紫云英還田條件下土壤有機(jī)碳、TN和硝態(tài)氮含量是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能變化的核心因素。值得注意的是在本實(shí)驗(yàn)中土壤pH僅與1個(gè)細(xì)菌種群和1個(gè)真菌種群具有顯著相關(guān)性，而諸多研究表明土壤pH是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵因素，這可能與3種種植模式的執(zhí)行年限較短有關(guān)，土壤pH在不同種植模式之間還沒(méi)有產(chǎn)生明顯差異，因此并未對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)中不同水稻種植模式主要是通過(guò)影響土壤的養(yǎng)分含量從而對(duì)土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，土壤pH以及土壤OM和TOC含量等土壤因子并不是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素。由此可見(jiàn)，對(duì)于水稻栽培的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，冬季作物的種植與管理至關(guān)重要。因此，在水稻種植模式的選擇過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐寥鲤B(yǎng)分狀況與施肥習(xí)慣選擇合適的冬季作物，從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，水稻一紫云英輪作是一種較為合理的選擇。

4結(jié)論

（1）不同種植模式對(duì)稻田土壤養(yǎng)分有明顯影響，水稻一紫云英輪作模式能夠有效改善稻田土壤的綜合肥力，尤其顯著提高了土壤總氮和堿解氮的含量，同時(shí)對(duì)有效磷和總有機(jī)碳也有一定改善效果。

（2）不同輪作模式改變了稻田土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)組成，一些微生物種群在水稻一紫云英輪作模式中的富集，如Conexibacter屬、OpitutM5屬以及Sphingobium屬等，有助于促進(jìn)土壤的養(yǎng)分循環(huán)和生態(tài)健康。

（3）土壤養(yǎng)分含量的變化是影響不同水稻輪作模式土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)組成的主要因素，且對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的影響要高于真菌。

（4）水稻一紫云英輪作能夠明顯改善稻田土壤的綜合肥力和微生物群落結(jié)構(gòu)，是更加適合水稻長(zhǎng)期栽培的種植模式。