中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (18): 3551-3567.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.18.004
李伟晶(), 王洪媛(), 徐洋, 李浩, 翟丽梅, 刘宏斌
收稿日期:
2024-02-09
接受日期:
2024-07-31
出版日期:
2024-09-16
发布日期:
2024-09-29
通信作者:
联系方式:
李伟晶,E-mail:jing1363081@163.com。
基金资助:
LI WeiJing(), WANG HongYuan(), XU Yang, LI Hao, ZHAI LiMei, LIU HongBin
Received:
2024-02-09
Accepted:
2024-07-31
Published:
2024-09-16
Online:
2024-09-29
摘要:
【目的】稻蟹共生是中国北方稻作区主要稻田立体生态种养模式。水-土界面是稻田系统物质循环热区。研究稻蟹共生系统水-土界面微生物群落多样性及群落结构,旨在深入了解该模式下的水土界面微生态环境演变特征,为稻蟹共生系统水体和土壤生态健康研究提供理论依据和数据支撑。【方法】在辽宁省盘锦市典型稻蟹共作区选择8个长期水稻单作系统和8个长期稻蟹共生(>20年)系统,基于稻田水土理化指标测定和16S rRNA基因高通量测序技术,比较2种水稻种植系统对稻田田面水和界面土壤(0—2 cm)理化性质与细菌群落结构的影响。【结果】(1)河蟹引入减少了水土界面特有微生物群落,田面水和界面土壤特有OTUs数量分别降低27.0%和71.2%,对田面水alpha多样性无显著影响,但显著降低了界面土壤细菌群落丰富度。(2)河蟹引入显著改变了水土界面细菌群落结构组成(P<0.05),增加了田面水变形菌门(Proteobacteria)(30.4%)的相对丰度,降低了酸杆菌门(Acidobacteria)(39.9%)相对丰度;同时增加了界面土壤球菌门(Planctomycetes)(21.1%)的相对丰度,降低了绿菌门(Ignavibacteriae)(15.1%)与硝化螺旋菌门(Nitrospirae)(21.7%)的相对丰度。(3)Proteobacteria和Bacteroidetes既是2种稻田系统水土界面的核心物种,又是共现网络的关键物种,在稳定微生态网络方面发挥着重要作用。(4)河蟹引入降低了田面水细菌共现网络复杂度和稳定性,但增强了稻田界面土壤细菌共现网络复杂度和稳定性。(5)线性回归分析表明,田面水NO3--N浓度和界面土壤pH分别是影响田面水和界面土壤细菌群落结构多样性和稳定性的主要驱动因素。【结论】河蟹引入显著改变了稻田水土界面微生物群落结构和多样性,田面水中营养盐的增加有减弱水体微生物群落稳定性的风险,但稻蟹共生塑造了更加稳定的界面土壤细菌群落,有助于界面土壤的养分物质循环,提高作物养分利用效率。
李伟晶, 王洪媛, 徐洋, 李浩, 翟丽梅, 刘宏斌. 稻蟹共生系统稻田水-土界面微生物群落结构特征[J]. 中国农业科学, 2024, 57(18): 3551-3567.
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图1
水稻单作和稻蟹共生系统田面水理化性质 T:水温 Water temperature;Depth:水深 Depth of water;DO:溶解氧Dissolved oxygen;SPC:电导率 Electrical conductivity;NH4+-N:氨氮Ammonia nitrogen;NO3--N:硝氮 Nitrate nitrogen;TN:总氮 Total nitrogen;TP:总磷 Total phosphorus;DOC:可溶性有机碳 Soluble organic carbon;DN:可溶性总氮 Total dissolved nitrogen;WRM:水稻单作系统田面水 Surface water of rice monoculture system;WRC:稻蟹共生系统田面水 Surface water of rice-crab co-culture system。*、**和***分别表示在0.05、0.01和0.001水平下差异显著 *, ** and *** indicated significant differences at 0.05, 0.01 and 0.001 levels, respectively。下同 The same as below"
图4
不同处理下细菌群落的alpha多样性和beta多样性 A:两系统下田面水细菌群落Chao1、Richness、Simpson和Shannon指数 The Chao1, Richness, Simpson and Shannon indexes of bacterial communities in paddy field water under two systems;B:两系统下界面土壤细菌群落Chao1、Richness、Simpson和Shannon指数 The Chao1, Richness, Simpson and Shannon indexes of bacterial communities in interfacial soil under two systems;C:两系统下田面水细菌群落主坐标分析(PCoA) Principal coordinate analysis of bacterial community (PCoA) in paddy field water under two systems;D:两系统界面土壤细菌群落主坐标分析(PCoA) Principal coordinate analysis of bacterial community (PCoA) in interfacial soil under two systems"
图5
水稻单作和稻蟹共生系统细菌共现性网络及细菌群落多样性特征 共现网络中颜色表示模块差异 Color indicates module differences in the co-occurrence network。B1、B2:两系统田面水细菌beta多样性和网络的度 Bacterial beta diversity and network degree in paddy field water under two systems;B3、B4:两系统界面土壤细菌Beta多样性和网络的度 Bacterial beta diversity and network degree in interfacial soil under two systems;B5、B6:两系统田面水共现网络正内聚力和总内聚力 Positive cohesion and total cohesion of surface water co-occurrence network of two systems;B7、B8:两系统界面土壤共现网络正内聚力和总内聚力 Positive cohesion and total cohesion of interfacial soil co-occurrence network of two systems"
表2
两系统田面水和界面土壤细菌网络拓扑结构参数"
处理 Treatment | 节点数 Node | 边数 Link | 平均度 Average degree | 网络直径 Network diameter | 模块化 Modularity | 平均聚类系数 Average clustering coefficient | 正相关 Positive edges (%) | 负相关 Negative edges (%) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
田面水 Surface water | WRM | 610 | 2127 | 6.898 | 23 | 0.672 | 0.489 | 90.82 | 9.18 |
WRC | 74 | 40 | 1.143 | 2 | 0.970 | 0.694 | 76.92 | 23.08 | |
界面土壤 Interfacial soil | RM | 290 | 221 | 1.718 | 11 | 0.958 | 0.591 | 62.43 | 37.57 |
RC | 699 | 1053 | 3.836 | 23 | 0.830 | 0.410 | 68.02 | 31.98 |
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