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施用改良剂对苏打盐化草甸土土壤性状及水稻产量的影响

张明聪 周伟 杜吉到 吴耀坤 张玉先

张明聪, 周 伟, 杜吉到, 吴耀坤, 张玉先. 施用改良剂对苏打盐化草甸土土壤性状及水稻产量的影响[J]. 土壤通报, 2021, 52(3): 658 − 669 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050901
引用本文: 张明聪, 周 伟, 杜吉到, 吴耀坤, 张玉先. 施用改良剂对苏打盐化草甸土土壤性状及水稻产量的影响[J]. 土壤通报, 2021, 52(3): 658 − 669 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050901
ZHANG Ming-cong, ZHOU Wei, DU Ji-dao, WU Yao-kun, ZHANG Yu-xian. The Properties of Soda Saline-Alkali Soil and Yield of Rice in Paddy Fields Added with a Soil Ameliorant[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(3): 658 − 669 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050901
Citation: ZHANG Ming-cong, ZHOU Wei, DU Ji-dao, WU Yao-kun, ZHANG Yu-xian. The Properties of Soda Saline-Alkali Soil and Yield of Rice in Paddy Fields Added with a Soil Ameliorant[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(3): 658 − 669 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050901

施用改良剂对苏打盐化草甸土土壤性状及水稻产量的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050901
基金项目: 黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目(PTJH201901)、大庆市指导性科技计划项目(zd-2019-78)、黑龙江省应用技术研究与开发计划项目(GA19B101-02)、黑龙江省农垦总局重点科研计划项目(HKKY190206-1)和黑龙江八一农垦大学博士科研启动基金(XYB2014-04)资助
详细信息
    作者简介:

    张明聪(1983−),男,黑龙江省哈尔滨人,博士,副教授,主要从事盐碱土壤改良研究。E-mail: zhangmingcong@163.com

    通讯作者:

    E-mail: zyx_lxy@126.com

  • 中图分类号: S156.2

The Properties of Soda Saline-Alkali Soil and Yield of Rice in Paddy Fields Added with a Soil Ameliorant

  • 摘要: 为改良苏打盐碱土定向开发了土壤改良剂,探讨土壤改良剂的改良机制。本文用水稻栽培田间试验的方法,研究改良剂改良苏打盐化草甸土的效果及机制,并用16S rRNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术探讨了改良剂对土壤细菌群落组成及功能多样性的影响。田间试验设常规施肥(CK)和常规施肥加改良剂(T)两个处理。与CK相比,T处理水稻产量提高124.4%(P < 0.01),土壤不同粒级水稳性团聚体数量增加、代换性钠离子含量下降,但土壤电导率上升;测序共获得286528条有效序列读数,T处理土壤OTUs6343个,较CK的7539个显著降低;T处理Chao和ACE指数显著低于CK处理,而Shannon指数高于CK对照;T处理的变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、不动杆菌属(Acinetobacter)、沙壤土杆菌(Ramlibacter)、新鞘脂菌属(Novosphingobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、粉色科工委属(Cesiribacter)、贪铜菌属(Cupriavidus)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)相对丰度增加,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)、藤黄单胞菌(Luteimonas)和溶杆菌属(Lysobacter)相对丰度降低;冗余分析结果为施用改良剂后盐化草甸土的物理性状改善,PseudomonasCupriavidusBradyrhizobium 3个属水平显著提高。挖掘和利用微生物资源有助于改良苏打盐化草甸土。
  • 图  1  盐碱改良剂改良苏打盐化草甸土效果

    Figure  1.  Effects of soil ameliorant on the improvement of soda salinized meadow soil

    图  2  土壤样品细菌的稀释曲线(相似度97%)

    图中CK1、CK2、CK3代表常规施肥处理(CK)的三次重复,CK为CK1、CK2和CK3处理OTUs数量的平均值;T1、T2和T3代表施用土壤改良剂处理(T)的三次重复,T为T1、T2和T3处理OTUs数量的平均值,下同。

    Figure  2.  Rarefaction curves of soil bacteria in different treatments(97% sequence identity)

    图  3  不同处理土壤样品的分类单元

    Figure  3.  Taxon of soil samples in different treatments

    图  4  土壤优势细菌在门和属水平上的分布(a:门;b:属)

    Figure  4.  The proportion of the dominant bacterial phyla and genera in soils(a: phylum;b: genus)

    图  5  不同处理土壤门类水平的细菌群落比较

    Figure  5.  Comparison of soil bacteria group at phylum level among different treatments

    图  6  主要细菌门类水平群落结构及分布

    a:变形菌门(Proteobacteria),b:放线菌门(Actinobacteria),c:绿弯菌门(Chloroflexi),d:酸杆菌门(Acidobacteria),e:硝化螺旋菌门(Nitrospirae),f:芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),g:蓝藻门(cyanobacteria),h:俭菌总门(Parcubacteria

    Figure  6.  Community structure and distribution of main bacterial phyla

    图  7  属水平的优势菌群分布特征

    Figure  7.  Bacterial community structure and distribution of the Dominant bacteria at genus level

    图  8  属水平的未知菌群结构及分布

    Figure  8.  Bacterial community structure and distribution of the unclassified bacteria at genus level

    图  9  土壤优势菌属与土壤理化性质的RDA分析

    CK1、CK2、CK3为当地农民习惯施肥处理;T1、T2、T3为农民习惯施肥处理 + 盐碱土改良剂;TUp0:土壤团聚体数量;Conductv:电导率;Moisture:土壤质量含水量;Na:交换性Na;Pseudomn:假单胞菌属(Pseudomonas);Cupriavd:贪铜菌属(Cupriavidus);Bradyrhz:慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium);Ramlibac:沙壤土杆菌(Ramlibacter);Novosphn:新鞘脂菌属(Novosphingobium);Acinetob:不动杆菌属(Acinetobacter);Sphingom:鞘脂单胞菌属(Sphingomonas);Nacardio:;Lysobact:溶杆菌属(Lysobacter);Luteimon:藤黄单胞菌(Luteimonas);Arthrobc:节杆菌属(Arthrobacter);Haliangi:嗜盐海洋粘菌属(Haliangium);Pontibac:海洋杆菌属(Pontibacter);Gemmatim:芽单胞菌属(Gemmatimonas)。

    Figure  9.  RDA analysis of environmental factors and microbial community structure

    表  1  土壤改良剂对水稻产量及产量构成的影响

    Table  1.   Effects of soil modifiers on rice yield and yield composition

    处理
    Treatment
    平方米穴数
    Hills per m2
    每穴分蘖数
    Tillers per hill
    穗粒数
    Grains per panicle
    千粒重(g)
    1000-grain weight
    结实率(%)
    Seed setting rate
    产量(t km−2
    Yield
    CK 17.1 ± 1.16 Bb 15.2 ± 1.65 Bb 69.8 ± 2.31 Bb 19.9 ± 0.02 Aa 71.9 ± 1.89 Bb 2.60 ± 0.31 Bb
    T 23.8 ± 1.34 Aa 19.8 ± 1.43 Aa 76.5 ± 2.45 Aa 20.3 ± 0.01 Aa 79.6 ± 2.17 Aa 5.83 ± 0.24 Aa
      注:同列不同字母表示达到差异显著水平,大写字母表示差异达到极显著(P < 0.01),小写字母表示差异达到显著(P < 0.05),下同。
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    表  2  改良剂对土壤电导率、pH和代换性钠的影响

    Table  2.   Effects of soil ameliorant on electric conductivity,pH,exchangeable sodium of soil

    处理
    Treatment
    电导率(μs cm−1
    Soil electric conductivity
    pH代换性钠(cmol kg−1
    Soil exchangeable sodium
    CK 562.0 ± 20.3 Bb 9.02 ± 0.11 Aa 8.73 ± 0.51 Aa
    T 698.5 ± 30.6 Aa 7.66 ± 0.20 Bb 1.62 ± 0.11 Bb
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    表  3  改良剂对各粒级水稳性团聚体的影响

    Table  3.   Effects of soil ameliorant on the proportions of different water stable aggregate size of soil

    处理
    Treatment
    各粒级水稳性团聚体的质量百分比(%)
    The proportion of different water stable aggregate size
    > 5 mm2 ~ 5 mm1 ~ 2 mm0.5 ~ 1.0 mm0.25 ~ 0.50 mm≥ 0.25 mm的总和
    CK 1.27 ± 0.33 Bb 2.44 ± 0.69 Bb 2.26 ± 0.39 Bb 2.21 ± 0.21 Bb 1.80 ± 0.69 Bb 9.99 ± 1.39 Bb
    T 21.9 ± 2.33 Aa 4.05 ± 1.01 Aa 15.9 ± 2.33 Aa 14.8 ± 2.33 Aa 19.4 ± 1.69 Aa 75.2 ± 6.99 Aa
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    表  4  样品的Alpha多样性指数

    Table  4.   The Alpha diversity index of the sample

    处理
    Treatment
    Chao指数
    Chao index
    ACE指数
    ACE index
    Simpson 指数
    Simpson index
    Shannon指数
    Shannon index
    CK 2082 ± 55.0 Aa 2184 ± 53.9 Aa 0.9910 ± 0.0007 Aa 8.547 ± 0.024 Ab
    T 1721 ± 80.2 Bb 1744 ± 80.4 Bb 0.9907 ± 0.0031 Aa 8.687 ± 0.053 Aa
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    表  5  土壤样品优势菌及功能菌分布特征

    Table  5.   Characteristics of dominant and functional bacteria in the soil samples

    菌种
    Bacteria
    主要功能
    Main function
    相对丰度(%)
    Relative abundance
    CKT
    芽单胞菌属(Gemmatimonas 脱氮[18] 6.58 1.53
    藤黄单胞菌(Luteimonas 参与环境中的碳和氮的循环[19] 3.73 2.94
    溶杆菌属(Lysobacter 固氮作用[20] 2.73 2.12
    鞘脂单胞菌属(Sphingomonas 好氧反硝化作用[21] 2.11 1.93
    节杆菌属(Arthrobacter 异养硝化-好氧反硝化菌[22] 2.08 0.75
    类诺卡氏菌属(Nocardioides 反硝化作用[23] 1.79 1.29
    海洋杆菌属(Pontibacter 嗜盐特性[24] 1.40 1.14
    新鞘脂菌属(Novosphingobium 降解碳化合物作用[25] 0.91 1.14
    不动杆菌属(Acinetobacter 异养硝化-好氧反硝化菌[26] 0.88 4.03
    假单胞菌属(Pseudomonas 异养硝化-好氧反硝化菌[26] 0.61 1.42
    慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium 固氮作用[27] 0.59 1.01
    贪铜菌属(Cupriavidus 异养硝化-好氧反硝化菌[28] 0.50 1.41
    嗜盐海洋粘菌属(Haliangium 嗜盐特性[29] 0.49 0.18
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-09
  • 修回日期:  2020-10-07
  • 刊出日期:  2021-06-04

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