玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤養(yǎng)分及土壤細(xì)菌群落功能多樣性研究

劉 爽，王艷宇，楊煥民，王 鵬，殷奎德，張興梅

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

現(xiàn)今農(nóng)田多施用化肥、農(nóng)藥來(lái)提高土壤肥力和防治病蟲(chóng)害，但化肥和農(nóng)藥施用過(guò)量會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)及環(huán)境污染，同時(shí)也會(huì)使土壤酸化、板結(jié)，不利于作物生長(zhǎng)[1]。在畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中也常因?yàn)榧S便處理不及時(shí)造成土壤及環(huán)境的污染。玉-鵝種養(yǎng)模式是一種玉米與鵝同步生長(zhǎng)的健康生態(tài)型農(nóng)業(yè)，玉米長(zhǎng)至120 cm時(shí)將雛鵝放入田間，前3年玉米田逐步減少化肥農(nóng)藥的施入，第4年以后完全不施加化肥農(nóng)藥。放養(yǎng)鵝期間，鵝食玉米老葉及雜草不僅節(jié)省了養(yǎng)鵝飼料和農(nóng)藥，也改善了玉米地的通風(fēng)狀況，利于植株進(jìn)行光合作用；將玉米秸稈粉碎喂鵝可以減少秸稈燃燒碳排放，降低環(huán)境污染；鵝在田間行走，排泄物可作為有機(jī)肥料供應(yīng)玉米生長(zhǎng)，減少了化肥的施用。廖詠梅等[2]在進(jìn)行稻鴨共育模式研究中發(fā)現(xiàn)植物-動(dòng)物共育模式可以提高土壤有機(jī)質(zhì)等肥力指標(biāo)，利于作物生長(zhǎng)。王樹(shù)文等[3]在探究玉米田養(yǎng)鵝系統(tǒng)物種多樣性與雜草生產(chǎn)力關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，玉米田養(yǎng)鵝處理后生態(tài)系統(tǒng)群落多樣性的增加可以明顯提高玉米的地上部生物量。

土壤酶活性、土壤細(xì)菌多樣性等指標(biāo)是評(píng)價(jià)土壤健康和研究土壤微生物活性過(guò)程的重要生物指標(biāo)[4-7]。王昂等[8]在進(jìn)行稻蟹共作模式研究時(shí)監(jiān)控了土壤酶活性，發(fā)現(xiàn)這種動(dòng)植物互作模式可以顯著提高土壤脲酶、蛋白酶、過(guò)氧化氫酶的活性以及土壤氮素的時(shí)效性。土壤微生物對(duì)土壤生態(tài)變化十分敏感，能快速響應(yīng)環(huán)境變化并反向作用于其周?chē)奈h(huán)境[9]。Biolog生態(tài)板法通過(guò)底物誘導(dǎo)下的代謝響應(yīng)模式來(lái)測(cè)算土壤微生物群落代謝功能多樣性，并用來(lái)描述土壤微生物群落功能的變化[10]，其原理是基于測(cè)定微生物對(duì)單一碳源利用程度的差異來(lái)表征其生理特性[11]。張明莉等[12]通過(guò)Biolog微平板技術(shù)探究發(fā)現(xiàn)，意大利蒼耳主要通過(guò)改變?nèi)肭值赝寥牢⑸锶郝涞慕Y(jié)構(gòu)與功能、提高根際土壤微生物的代謝活性、形成對(duì)自身有益的土壤微生態(tài)環(huán)境等方式達(dá)到成功入侵的目的。

玉-鵝種養(yǎng)試驗(yàn)是一種新型種養(yǎng)相結(jié)合的模式，可以改變有機(jī)肥施用方式、提高秸稈利用率，解決動(dòng)物糞便難處理等問(wèn)題，但目前還沒(méi)有關(guān)于玉-鵝種養(yǎng)模式對(duì)土壤肥力及土壤微生物層面的深入研究，因此本研究基于養(yǎng)鵝第7年及常規(guī)種植的玉米田，通過(guò)測(cè)定土壤酶活、土壤養(yǎng)分、土壤細(xì)菌碳源利用情況等指標(biāo)，探究玉-鵝種養(yǎng)模式對(duì)土壤肥力、土壤細(xì)菌特征的影響，為更好地推廣“玉-鵝種養(yǎng)模式”奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年在黑龍江省大慶市大同鎮(zhèn)獅白鵝育種基地進(jìn)行(124°41′33″ E，46°3′49″ N)。試驗(yàn)區(qū)7、8、9月平均溫度分別為25.1℃、21.7℃、15.2℃，平均降水量分別為208.3、62.7、55.6 mm，平均日照分別為177.2、209.2、226.9 h。供試土壤為黑鈣土，2012年開(kāi)始玉米地養(yǎng)鵝試驗(yàn)，設(shè)置養(yǎng)鵝區(qū)和對(duì)照區(qū)，養(yǎng)鵝區(qū)每年養(yǎng)鵝，對(duì)照區(qū)施用化肥。玉米地養(yǎng)鵝前試驗(yàn)田地力均勻，土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH值8.25，有機(jī)質(zhì)22.3 g·kg-1，堿解氮(N)79.5 mg·kg-1，有效磷(P2O5)27.5 mg·kg-1，速效鉀(K2O)184.1 mg·kg-1。玉米品種為龍高L2，2018年5月8日播種，9月25日收獲。獅白鵝糞便中全氮(N)、全磷(P2O5)、全鉀(K2O)養(yǎng)分含量(干基)分別為1.66%，1.47%，2.07%，有機(jī)質(zhì)含量為36.6%。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)大區(qū)：養(yǎng)鵝區(qū)(7Y)和對(duì)照區(qū)(CK)，每區(qū)面積2 hm2，共4 hm2，壟間距為0.67 m，株距為0.32 m。對(duì)照區(qū)(CK)施用化肥：尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀，施用量為N：150 kg·hm-2，P2O5：75 kg·hm-2，K2O：45 kg·hm-2(當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量)，磷、鉀肥以基肥一次性施入田間，氮肥2/3作基肥，1/3作追肥；養(yǎng)鵝區(qū)(7Y)為玉-鵝種養(yǎng)模式，2018年為田間養(yǎng)鵝第7年，不施用任何化肥(2012—2014年化肥施用量逐年減少1/3，2015—2018年不施用任何化肥)，養(yǎng)鵝區(qū)每年秋天施鵝糞于田間，干鵝糞施入量為4 510 kg·hm-2(以CK區(qū)施用氮肥的50%為基準(zhǔn)計(jì)算)，當(dāng)玉米高度長(zhǎng)至120 cm時(shí)向玉米地里放養(yǎng)鵝雛，利用鵝排出的糞便作為追肥為玉米生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)，放養(yǎng)密度為450只·hm-2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品采集 分別于玉米抽雄期、乳熟期、成熟期進(jìn)行田間取樣，去掉2 cm表層土(排除鵝糞影響)，取2～20 cm的耕層土壤。在養(yǎng)鵝田和對(duì)照田各隨機(jī)選取4處進(jìn)行五點(diǎn)法取樣，每處采集的5點(diǎn)土樣混勻?yàn)橐粋€(gè)樣品，每個(gè)試驗(yàn)大區(qū)分別采集4個(gè)混合樣品，處理和對(duì)照共計(jì)8個(gè)樣品。樣品于保溫箱冰袋上存放，帶回實(shí)驗(yàn)室。將2種模式下土壤樣品各分為2份，其中1份土樣風(fēng)干用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定，另1份新鮮土樣用于土壤酶活和Biolog生態(tài)板的測(cè)定。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤含水量的測(cè)定采用烘干稱重法；土壤堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀—外加熱法測(cè)定；土壤pH以土∶水=1∶5的比例進(jìn)行測(cè)定。以上土壤理化性質(zhì)的測(cè)定參照呂貽忠等[13]的方法，每個(gè)處理4次重復(fù)。

1.3.3 土壤酶活性測(cè)定 取鮮土樣作為試驗(yàn)材料，按照所需干土質(zhì)量換算出鮮土質(zhì)量，測(cè)定土壤脲酶、土壤堿性磷酸酶、土壤蔗糖酶、土壤過(guò)氧化氫酶、土壤纖維素酶等5種酶活性，參照關(guān)松蔭[14]的方法。土壤脲酶采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法，堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，蔗糖酶與纖維素酶均采用3，5-二硝基水楊酸比色法，過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法。

1.3.4 Biolog生態(tài)板測(cè)定與分析 取鮮土樣作為試驗(yàn)材料，按照所需干土5 g換算出鮮土質(zhì)量，將土樣與生理鹽水1∶10的比例震蕩搖勻，逐步稀釋到1 000倍，取115 μL鮮土上清液加入到Biolog-Eco微平板中，于30℃恒溫箱中培養(yǎng)，用酶標(biāo)儀每12 h測(cè)定1次吸光值，共計(jì)測(cè)定240 h。用單孔顏色平均值(AWCD)來(lái)代表土壤細(xì)菌代謝強(qiáng)度[15]。其計(jì)算方法為：

AWCD=∑(Ci-Ri)/31

式中,Ci、Ri分別為生態(tài)板中反應(yīng)孔和對(duì)照孔在590 nm和750 nm下吸光值的差值。

土壤細(xì)菌群落的多樣性采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)和Pielou均勻度指數(shù)(E)來(lái)描述：

H=-∑ (Pi×lnPi)

E=H/lnS

式中,Pi=Ci/∑Ci，S為ECO板中顏色變化孔的數(shù)目。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析；使用Origin 8.5軟件進(jìn)行柱形圖的繪制；使用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；使用Canoco 4.5軟件對(duì)土壤理化指標(biāo)和土壤細(xì)菌碳源利用情況進(jìn)行冗余分析(RDA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種養(yǎng)模式下土壤理化性質(zhì)的變化

玉-鵝種養(yǎng)模式和常規(guī)模式下的土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。隨著生育期的推進(jìn)，玉米由抽雄期至成熟期各處理土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈一定的下降趨勢(shì)，但玉-鵝種養(yǎng)模式降幅小于常規(guī)種植模式；常規(guī)種植模式下土壤有機(jī)質(zhì)呈下降趨勢(shì)，降低了2.4 g·kg-1，而玉-鵝種養(yǎng)模式有機(jī)質(zhì)提高了2.2 g·kg-1。由此可見(jiàn)，隨著玉米的生長(zhǎng)，作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用數(shù)量增多，化肥施用區(qū)土壤養(yǎng)分降幅大且導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量的下降，玉-鵝區(qū)土壤養(yǎng)分降幅小且能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，保持土壤肥力。兩處理間土壤養(yǎng)分含量差異較大，玉-鵝種養(yǎng)模式顯著降低了土壤的pH值，在玉米抽雄期至成熟期分別降低了5.75%、3.30%、4.99%。在玉米抽雄期、乳熟期、成熟期，7Y區(qū)土壤堿解氮含量分別比CK提高了43.52%、53.67%、66.03%；土壤有效磷含量分別比CK提高了362.35%、351.00%、368.78%，土壤速效鉀含量分別比CK提高了81.03%、92.19%、81.62%，土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比CK提高了25.19%、39.34%、36.55%。總體來(lái)看，玉-鵝種養(yǎng)模式可以顯著降低土壤pH值，顯著提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量。土壤養(yǎng)分含量的提高，利于保持土壤肥力及土壤的持續(xù)利用。

2.2 不同種養(yǎng)模式下土壤酶活性的變化

圖1為2018年玉米抽雄期至成熟期2種種養(yǎng)模式下土壤酶活性的變化，其中玉-鵝區(qū)土壤的脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、纖維素酶活性均高于CK區(qū)，兩者差異極顯著。兩區(qū)土壤酶活性的變化趨勢(shì)較為一致，圖1a、1b、1c中土壤脲酶、堿性磷酸酶及纖維素酶的活性均呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，以乳熟期各種酶活性最高，成熟期最低。圖1d中，在抽雄期和成熟期玉-鵝區(qū)土壤的過(guò)氧化氫酶活性顯著高于CK區(qū)，在乳熟期兩區(qū)土壤的過(guò)氧化氫酶活性沒(méi)有顯著差異，抽雄期玉-鵝區(qū)土壤過(guò)氧化氫酶活性最高達(dá)2 201.47 mL·kg-1·h-1，比CK高15.77%；在玉米抽雄期至成熟期，兩區(qū)土壤的過(guò)氧化氫酶活性呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，過(guò)氧化氫酶可以分解土壤中對(duì)植物有害的過(guò)氧化氫，其活性的降低也說(shuō)明了土壤中對(duì)植物有害的底物減少了。圖1e中，兩區(qū)土壤蔗糖酶活性隨生育進(jìn)程呈上升趨勢(shì)，成熟期7Y土壤蔗糖酶活性最高達(dá)到8 973.49 mg·kg-1·h-1，CK土壤蔗糖酶活性最高達(dá)到6 944.99 mg·kg-1·h-1，土壤蔗糖酶活性的升高表明了土壤中有機(jī)碳含量的不斷積累，進(jìn)而提高了有機(jī)質(zhì)含量。總體來(lái)看，玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纖維素酶活性顯著升高，土壤過(guò)氧化氫酶活性在玉米抽雄期和成熟期顯著升高，這5類(lèi)酶活最大值分別達(dá)到了56.82、117.42、8973.49、5.28 mg·kg-1·h-1以及2 201.47 mL·kg-1·h-1。

表1 土壤理化性質(zhì)

注：*表示差異顯著(p<0.05)，**表示差異極顯著(p<0.01)。下同。

2.3 不同種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌對(duì)于碳源的利用情況

2.3.1 不同種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌代謝活性變化 圖2為土壤細(xì)菌平均每孔顏色變化率，即AWCD值，反映了細(xì)菌對(duì)于碳源底物在240 h內(nèi)的利用情況，AWCD值越高，土壤細(xì)菌對(duì)碳源底物的利用能力越強(qiáng)。結(jié)果表明，2種模式下土壤細(xì)菌在不同取樣時(shí)間的AWCD值均隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而呈上升趨勢(shì)，其土壤細(xì)菌碳源利用率均呈指數(shù)增長(zhǎng)，240 h后土壤細(xì)菌增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩，對(duì)于碳源的消耗減少。在玉米抽雄期至成熟期，玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌的碳源利用率均高于CK，乳熟期(2-7Y)玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌的碳源利用率最高，在240 h時(shí)利用率達(dá)到了1.44，這是因?yàn)橛衩壮樾燮谥脸墒炱跁r(shí)溫度先升高再降低，土壤細(xì)菌代謝活性隨著溫度變化，乳熟期時(shí)土壤溫度最高，土壤細(xì)菌代謝活性最強(qiáng)。CK區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)碳源的利用率在乳熟期至成熟期變化不明顯，代謝能力基本一致，抽雄期(1-CK)土壤細(xì)菌碳源利用率最低，在240 h時(shí)利用率最高達(dá)到0.98。可見(jiàn)，玉-鵝種養(yǎng)模式可以提高土壤細(xì)菌代謝活性，土壤溫度越高，土壤細(xì)菌代謝活性越強(qiáng)。

注：1-CK、2-CK、3-CK分別表示常規(guī)玉米種植模式下抽雄期、乳熟期、成熟期的土壤；1-7Y、2-7Y、3-7Y分別表示玉-鵝種養(yǎng)模式下抽雄期、乳熟期、成熟期的土壤，下同。

2.3.2 不同種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌生理碳源代謝指紋圖譜 將240 h的AWCD值繪制成土壤細(xì)菌生理碳源代謝指紋圖譜，可以更直觀地看到土壤細(xì)菌的代謝情況。玉米抽雄期的土壤AWCD值表明(圖3a)，7Y區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)2-羥基苯甲酸(C3)基本不利用，對(duì)D-半乳糖酸內(nèi)脂(A3)、D-半乳糖醛酸(B3)、α-羥基丁酸(E3)等碳源利用率低于CK區(qū)，除上述4種碳源外，玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)其他碳源利用率均高于CK區(qū)。在玉米乳熟期(圖3b)，7Y區(qū)土壤中細(xì)菌對(duì)I-赤藻糖醇(C2)、N-乙酰基-D-葡萄胺(E2)、D-半乳糖酸內(nèi)脂(A3)、D-半乳糖醛酸(B3)、L-苯基丙氨酸(C4)、L-絲氨酸(D4)、4-羥基苯甲酸(D3)等碳源的利用率低于CK，7Y區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)于其他類(lèi)碳源的利用率均較高，平均吸光值維持在0.6以上，與抽雄期的碳源利用率相比較發(fā)現(xiàn)對(duì)2-羥基苯甲酸的利用率顯著上升。玉米成熟期(圖3c)，2種模式下土壤細(xì)菌對(duì)于碳源的利用能力均有不同程度的降低，且對(duì)于2-羥基苯甲酸(C3)、苯乙胺(G4)這2類(lèi)碳源幾乎不利用。在7Y區(qū)土壤中的細(xì)菌對(duì)丙酮酸甲酯(B1)、D-半乳糖醛酸(B3)、衣康酸(F3)、α-丁酮酸(G3)、D-蘋(píng)果酸(H3)、L-天門(mén)冬酰胺(B4)、甘氨酰-L-谷氨酸(F4)及α-環(huán)式糊精(E1)等碳源的利用率低于CK，除此之外，玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)其余碳源利用率均較高。

總體來(lái)看，玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌可以利用更多的碳源，且大部分碳源利用率隨生育期及溫度變化有所不同。如玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌對(duì)D-木糖(B2)、D, L-α-磷酸甘油(H2)、L-天門(mén)冬酰胺(B4)、α-丁酮酸(G3)、衣康酸(F3)及D-蘋(píng)果酸(H3)等碳源的利用率在玉米抽雄期及乳熟期時(shí)顯著高于常規(guī)模式，在玉米成熟期時(shí)顯著降低；但玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌對(duì)D-甘露醇、D-纖維二糖、吐溫40(C1)、吐溫80(D1)等碳源利用率在抽雄期至成熟期均顯著高于常規(guī)模式。

注：A2～H2為碳水化合物類(lèi)，包括A2： β-甲基-D-葡萄糖苷；B2： D-木糖；C2： I-赤藻糖醇；D2： D-甘露醇；E2： N-乙酰基-D-葡萄胺；G1： D-纖維二糖；G2：葡萄糖-1-磷酸；H1： α-D-乳糖；H2： D, L-α-磷酸甘油。A3～H3為羧酸類(lèi)，包括A3： D-半乳糖酸內(nèi)脂；B1： 丙酮酸甲酯；B3： D-半乳糖醛酸； E3： α-羥基丁酸；F2： D-氨基葡萄糖酸；F3： 衣康酸；G3： α-丁酮酸；H3： D-蘋(píng)果酸。A4～F4為氨基酸類(lèi)，包括 A4： L-精氨酸；B4： L-天門(mén)冬酰胺；C4： L-苯基丙氨酸；D4： L-絲氨酸；E4： L-蘇氨酸；F4： 甘氨酰-L-谷氨酸。C1～ F1為多聚物類(lèi)，包括 C1： 吐溫40；D1： 吐溫80；E1： α-環(huán)式糊精；F1： 肝糖。C3～D3為酚酸類(lèi)，包括C3： 2-羥基苯甲酸；D3： 4-羥基苯甲酸。G4～H4為胺類(lèi)，包括 G4： 苯乙胺；H4： 腐胺。

2.3.3 不同種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌碳源利用特征 Biolog-Eco微平板的31種碳源分6類(lèi)，分別是碳水化合物類(lèi)(Carbohydrate)、氨基酸類(lèi)(Amino acid)、羧酸類(lèi)(Carboxylic acid)、多聚物類(lèi)(Polymer)、酚酸類(lèi)(Phenolic acid)和胺類(lèi)(Amine)。對(duì)240 h的AWCD值進(jìn)行6類(lèi)碳源利用分析(圖4)，玉米抽雄期至成熟期，玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)于6種碳源的利用率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其總體利用能力依次為氨基酸類(lèi)、多聚物類(lèi)、碳水化合物類(lèi)、羧酸類(lèi)、胺類(lèi)及酚酸類(lèi)，玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌在玉米成熟期(3-7Y)對(duì)羧酸類(lèi)碳源利用率比CK區(qū)低11.42%，除此之外7Y土壤細(xì)菌對(duì)其余碳源的利用率均表現(xiàn)為高于CK區(qū)。玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)氨基酸類(lèi)、胺類(lèi)、碳水化合物類(lèi)、羧酸類(lèi)和酚酸類(lèi)等碳源利用率在玉米乳熟期時(shí)均達(dá)到最高值，AWCD值分別達(dá)到了1.60、1.47、1.47、1.39和1.09，對(duì)多聚物類(lèi)碳源利用率在玉米抽雄期時(shí)達(dá)到最高值，AWCD值達(dá)到1.51。

圖4 土壤細(xì)菌對(duì)6類(lèi)碳源的利用情況

2.3.4 不同種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)分析 Pielou均勻度指數(shù)是一個(gè)用于反映物種個(gè)體數(shù)目在群落中分配均勻程度的指數(shù)；Shannon-wiener指數(shù)基于物種數(shù)量反映群落種類(lèi)多樣性，群落中生物種類(lèi)增多代表了群落的復(fù)雜程度增高，群落所含的信息量愈大。對(duì)240 h的AWCD值進(jìn)行多樣性指數(shù)分析(圖5)，發(fā)現(xiàn)不同種植模式下土壤細(xì)菌群落的碳源利用多樣性指數(shù)不同。分析結(jié)果表明，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，2種種植模式下土壤細(xì)菌的Pielou均勻度指數(shù)(圖5a)及Shannon-wiener指數(shù)(圖5b)也逐漸增大。玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌的Pielou均勻度指數(shù)及Shannon-wiener指數(shù)均顯著高于CK區(qū)，在玉米成熟期分別比CK高4.95%和6.04%，與常規(guī)玉米種植模式相比，玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌多樣性與均勻度更好。

圖5 土壤細(xì)菌碳源利用多樣性指數(shù)

2.4 不同種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌多樣性與理化性質(zhì)的冗余分析

將玉米抽雄期、乳熟期、成熟期的不同土壤細(xì)菌對(duì)六大碳源的利用率與土壤理化指標(biāo)進(jìn)行RDA分析，可以看出2種模式下土壤細(xì)菌碳源利用率與土壤養(yǎng)分間存在一定的關(guān)系，碳源利用差異主要由土壤群落決定。圖6中Axis 1和Axis 2分別解釋了總變異度的79.0%和13.5%，根據(jù)箭頭方向及長(zhǎng)度分析表明，土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量是影響2種模式下土壤細(xì)菌對(duì)碳源利用的主要因素。其中玉米抽雄期及乳熟期時(shí)，玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)六大碳源的利用率較高，且與土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，與pH值呈負(fù)相關(guān)，而在玉米成熟期時(shí)，玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌對(duì)六大碳源的利用率與土壤養(yǎng)分相關(guān)性較低；CK區(qū)土壤細(xì)菌與土壤養(yǎng)分、碳源利用相關(guān)性較小，與pH值呈正相關(guān)；整體看來(lái)，玉-鵝種養(yǎng)模式土壤中細(xì)菌對(duì)于六大碳源利用能力強(qiáng)于常規(guī)玉米種植模式，能夠更多地參與養(yǎng)分循環(huán)。

注：1-CK、2-CK、3-CK分別為常規(guī)玉米種植模式下抽雄期、乳熟期、成熟期土壤樣品的各3組重復(fù)數(shù)據(jù)平均值；1-7Y、2-7Y、3-7Y分別為玉-鵝種養(yǎng)模式下玉米抽雄期、乳熟期、成熟期土壤樣品的各3組重復(fù)數(shù)據(jù)平均值。

3 討 論

3.1 玉-鵝種養(yǎng)模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

土壤養(yǎng)分是衡量土壤肥力狀況的指標(biāo)之一，而有機(jī)肥的施用可以提高土壤養(yǎng)分，從而增強(qiáng)土壤的保水、供肥能力[16]。玉-鵝種養(yǎng)模式下的土壤肥力指標(biāo)明顯優(yōu)于常規(guī)玉米種植模式，土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)的含量均高于常規(guī)玉米種植模式，而7Y模式下的土壤pH值顯著低于CK。徐國(guó)鳳等[17]研究發(fā)現(xiàn)施用羊糞與壟溝覆膜可以降低鹽堿土壤pH值，韓曉增等[18]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能使土壤pH值穩(wěn)定在一個(gè)適合作物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)，這些結(jié)果都與本試驗(yàn)一致。經(jīng)過(guò)多年玉-鵝模式的種植，增加了土壤養(yǎng)分含量，提高了土壤肥力，減少了化肥投入，降低了環(huán)境污染，利于土壤的持續(xù)利用。土壤pH值的降低，有利于鹽堿土壤環(huán)境的改善。

3.2 玉-鵝種養(yǎng)模式對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性可作為衡量土壤肥力狀況的指標(biāo)，并且更具有時(shí)效性[19]。土壤中的生物過(guò)程易受到土壤中酶的影響，如有機(jī)質(zhì)降解、礦化和養(yǎng)分循環(huán)等過(guò)程[6]。玉-鵝種養(yǎng)模式下的土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、纖維素酶、過(guò)氧化氫酶活性均高于常規(guī)玉米種植模式，土壤脲酶、堿性磷酸酶、纖維素酶表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)?月至8月溫度逐漸升高，雨水增多，微生物活動(dòng)旺盛，而到了9月份，溫度逐漸降低，雨量減少，導(dǎo)致土壤微生物活躍度降低。玉-鵝種養(yǎng)模式下的土壤纖維素酶顯著高出常規(guī)玉米種植模式的原因是鵝食用雜草、玉米葉等植物，排出的糞便中含有大量未分解的纖維素，土壤中的底物纖維素增加，纖維素酶活性也隨之增高。王亞奇等[20]研究發(fā)現(xiàn)利用牛糞作為肥料，不同土層的脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶的活性明顯高于常規(guī)施肥處理；Ozlu Ekrem等[4]研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期使用牛糞等有機(jī)肥料，土壤中有機(jī)質(zhì)及脲酶等酶活性極大提高，這些結(jié)果都與本試驗(yàn)一致，可能是畜禽的糞便中含有大量的有機(jī)質(zhì)，為酶促反應(yīng)提供了大量的底物或類(lèi)似物，促進(jìn)土壤微生物酶的分泌[21]。

3.3 玉-鵝種養(yǎng)模式對(duì)土壤細(xì)菌代謝活性的影響

Biolog-Eco技術(shù)可以作為反應(yīng)微生物群落功能多樣性變化的依據(jù)，一定程度上反映了土壤微生物對(duì)土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化狀況，也間接反映了土壤質(zhì)量及肥力水平[22-23]。張恩平等[24]通過(guò)Biolog-Eco技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)配施有機(jī)肥可改變土壤微生物對(duì)碳源的利用能力，提高微生物群落功能多樣性。本試驗(yàn)玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌沒(méi)有平板適應(yīng)期，而是直接進(jìn)入迅速增長(zhǎng)的指數(shù)期，可能是由于鵝糞使土壤中某些細(xì)菌活躍度提高，該部分細(xì)菌對(duì)于新環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此直接對(duì)碳源進(jìn)行消耗。Biolog-Eco微平板內(nèi)存在31種不同的碳源，玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌對(duì)氨基酸類(lèi)、多聚物類(lèi)、碳水化合物類(lèi)、羧酸類(lèi)、胺類(lèi)及酚酸類(lèi)碳源的利用能力均比常規(guī)玉米種植模式高，對(duì)酚酸類(lèi)碳源的利用能力相較于其他碳源有所降低，這是因?yàn)榉铀犷?lèi)碳源主要存在于植物中，而玉-鵝種養(yǎng)模式下田間沒(méi)有雜草，底物的減少造成可以利用酚酸類(lèi)碳源的微生物隨之減少，所以對(duì)酚酸類(lèi)消耗有所降低。

玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌對(duì)D-木糖、D-甘露醇及D-纖維二糖等碳源的利用率較高，這可能是因?yàn)檫@3種碳源均與纖維素酶活性存在較強(qiáng)的相關(guān)性，其中D-木糖與D-甘露醇是構(gòu)成半纖維素的重要單體之一，D-纖維二糖是纖維素的二糖單位，在玉-鵝區(qū)中，鵝在田間行走取食玉米下部葉片及田間雜草，糞便中有許多未分解的纖維素排到土壤中，再經(jīng)微生物作用分解為小分子有機(jī)物。玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌對(duì)L-α-磷酸甘油的利用率顯著高于常規(guī)玉米種植模式，L-α-磷酸甘油參與糖酵解途徑，這也說(shuō)明玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌代謝更旺盛。

2種模式下土壤細(xì)菌在玉米抽雄期至成熟期對(duì)六大類(lèi)碳源的利用均表現(xiàn)為先升高再降低，這與7—8月溫度升高，9月溫度又降低有關(guān)。玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌在玉米抽雄期和乳熟期對(duì)氨基酸類(lèi)及羧酸類(lèi)碳源的利用率較高，其中氨基酸是土壤有機(jī)氮的重要組成部分，主要靠植物根系向土壤中分泌[25]，這表明玉-鵝區(qū)土壤細(xì)菌能更多地參與養(yǎng)分循環(huán)；羧酸類(lèi)碳源一般為植物根系分泌物，其中D-蘋(píng)果酸在三羧酸循環(huán)和蘋(píng)果酸-天冬氨酸循環(huán)中起重要作用，玉-鵝種養(yǎng)模式提高了土壤細(xì)菌對(duì)氨基酸類(lèi)及羧酸類(lèi)等碳源的利用率，也進(jìn)一步說(shuō)明該種植模式下玉米根系生長(zhǎng)旺盛，根系分泌多。玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌對(duì)于胺類(lèi)碳源的利用率高于常規(guī)玉米種植模式，這也說(shuō)明玉-鵝種養(yǎng)模式能提高土壤中氮素的有效性，更利于植物吸收養(yǎng)分。

3.4 不同種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌碳源利用與環(huán)境因子的關(guān)系

冗余分析表明玉-鵝種養(yǎng)模式下的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量較高，與pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因?yàn)轾Z糞中富含有機(jī)養(yǎng)分，對(duì)土壤養(yǎng)分及酸堿度具有緩沖作用，當(dāng)土壤肥力提高后可以有效降低土壤的pH值，改善土壤環(huán)境，這也驗(yàn)證了表1中玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤pH值顯著降低的結(jié)果；同時(shí)該模式下土壤細(xì)菌對(duì)碳水化合物類(lèi)、羧酸類(lèi)、氨基酸類(lèi)、胺類(lèi)及多聚物類(lèi)等碳源利用率較高，細(xì)菌利用底物能力更強(qiáng)，土壤中養(yǎng)分含量不斷積累，進(jìn)一步提高了玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤脲酶、蔗糖酶及過(guò)氧化氫酶的活性，這與Li R等[26]研究添加有機(jī)肥、生物肥對(duì)土壤養(yǎng)分影響的結(jié)果相近。乳熟期至成熟期玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌與土壤養(yǎng)分相關(guān)性更大，這可能是由于溫度的升高使得細(xì)菌代謝能力和活性更強(qiáng)。本試驗(yàn)是基于玉-鵝種養(yǎng)模式第7年的試驗(yàn)田，土壤細(xì)菌的碳源利用能力和群落多樣性(圖5)都明顯增加，這與張恩平、郭瑩等[24,27]關(guān)于長(zhǎng)期施用糞肥對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

1)與常規(guī)玉米種植模式相比，玉-鵝種養(yǎng)模式能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮等養(yǎng)分含量，最大分別提高了39.34%、368.78%、92.19%、66.03%。同時(shí)可以顯著降低土壤pH值，使土壤更肥沃，有利于玉米更好地吸收利用養(yǎng)分。

2)玉-鵝種養(yǎng)模式可以提高土壤堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纖維素酶、過(guò)氧化氫酶等酶活性，增強(qiáng)了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力，為玉米提供更多的有效養(yǎng)分。

3)玉-鵝種養(yǎng)模式可以提高土壤細(xì)菌代謝能力，增強(qiáng)細(xì)菌活性，提高細(xì)菌多樣性，其中玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌的AWCD值最高達(dá)到1.44，其Pielou均勻度指數(shù)及Shannon-wiener指數(shù)在玉米成熟期分別比CK高出4.95%和6.04%。

4)通過(guò)冗余分析可知，玉-鵝種養(yǎng)模式下土壤細(xì)菌對(duì)六大碳源的利用率較高，且與土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，說(shuō)明玉-鵝種養(yǎng)模式可以促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)，增強(qiáng)土壤細(xì)菌代謝活性。

綜上所述，玉-鵝種養(yǎng)模式實(shí)現(xiàn)了植物-動(dòng)物共育的可持續(xù)生產(chǎn)，可以培肥地力，促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)，增強(qiáng)土壤細(xì)菌代謝能力，減少化肥使用，改善土壤及玉米生長(zhǎng)生態(tài)環(huán)境。