李海龍，李香真，2，聶三安，李云云，鄭朝元，王 果*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建省土壤環(huán)境健康與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350002；2.中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所環(huán)境與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，環(huán)境微生物四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041）

水分管理是農(nóng)業(yè)水稻生產(chǎn)的一項(xiàng)重要農(nóng)藝措施。在重金屬污染的農(nóng)田上，不同的水分條件能夠顯著影響水稻對(duì)重金屬如鎘（Cd）的吸收和富集[1]。例如，連續(xù)淹水能有效降低水稻對(duì)Cd的吸收[2]，這主要是由于在長(zhǎng)期淹水的條件下，一方面Cd2+與Fe2+競(jìng)爭(zhēng)吸附作用降低水稻對(duì)Cd2+吸收富集，另一方面還原條件下形成的S2-與Cd2+形成CdS從而降低Cd2+有效性[3]，或者淹水條件下促進(jìn)了Cd向殘?jiān)鼞B(tài)的轉(zhuǎn)化[4]。而干濕交替管理，通過(guò)頻繁的土壤還原和氧化過(guò)程的轉(zhuǎn)換，直接影響土壤有機(jī)質(zhì)和礦物結(jié)構(gòu)[5-6]，并且氧化還原過(guò)程的循環(huán)也可以促進(jìn)土壤重金屬如鉛和鎳的礦化過(guò)程，從而降低它們?cè)谕寥乐械囊苿?dòng)性[7-8]?？梢?jiàn)，水分管理措施可以影響土壤中重金屬的移動(dòng)性以及形態(tài)轉(zhuǎn)化。

微生物活動(dòng)在土壤物質(zhì)循環(huán)和離子遷移等方面起重要作用[9]，對(duì)于重金屬污染的土壤，王秀麗等[10]通過(guò)調(diào)查Cd、Pb、Zn和Cu復(fù)合污染土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，重金屬污染對(duì)于土壤細(xì)菌數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)均有影響。隨著重金屬污染程度的增加，能夠顯著降低土壤中細(xì)菌的數(shù)量[11]。這表明土壤中重金屬的含量對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量均有抑制性。近年來(lái)，土壤中細(xì)菌群落和重金屬形態(tài)之間的關(guān)系逐漸引起學(xué)者們的重視。Somenahally等[12]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期淹水能夠有效提高土壤中鐵還原細(xì)菌（地桿菌和厭氧粘細(xì)菌）的相對(duì)豐度，促進(jìn)了淹水環(huán)境下土壤中鐵、錳礦物的溶解，進(jìn)而釋放出與鐵錳礦物相結(jié)合的重金屬離子。這說(shuō)明微生物群落豐度的變化也能夠影響重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化。

水稻根際區(qū)直接受根系分泌物和微生物過(guò)程的影響[13-14]，所以根際區(qū)土壤pH環(huán)境、氧氣含量、養(yǎng)分分布都不同于非根際土壤[15]。此外，近期研究報(bào)道也發(fā)現(xiàn)，水稻的根際和非根際細(xì)菌群落存在差異性，根表是植物吸收養(yǎng)分、重金屬元素的重要通道。因此相比于非根際區(qū)，根際區(qū)中土壤微生物、理化性質(zhì)的變化更能影響水稻對(duì)于重金屬的吸收[16]。當(dāng)前，針對(duì)水稻不同生長(zhǎng)期根際區(qū)微生物的變化，以及在重金屬脅迫下的微生物群落產(chǎn)生哪些動(dòng)態(tài)響應(yīng)還不明確。

因此，本文研究了在長(zhǎng)期淹水和干濕交替兩種水分方式下，Cd-Pb-Zn復(fù)合污染的農(nóng)田土壤上水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期水稻根際土壤性質(zhì)、細(xì)菌群落組成和結(jié)構(gòu)的變化以及細(xì)菌群落與土壤環(huán)境因子之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究供試的土壤來(lái)自于福建省三明市尤溪縣某礦區(qū)附近的農(nóng)田土壤（經(jīng)度：118°15'17.91″，緯度：26°14'40.17″），該區(qū)域土地長(zhǎng)期使用礦區(qū)的廢水澆灌。土壤基本理化性質(zhì)如表1所示，Cd、Pb、Zn含量均顯著高于限定標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995），為典型的Cd-Pb-Zn復(fù)合污染的土壤。試驗(yàn)的水稻品種為常規(guī)粳稻（臺(tái)粳9號(hào)），由莆田農(nóng)科所提供。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 physical and chemical properties of the soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

盆栽試驗(yàn)于2015年7月至2015年11月在福建農(nóng)林大學(xué)盆栽房中進(jìn)行。試驗(yàn)共有兩個(gè)處理組分別為整個(gè)生長(zhǎng)期淹水（CF）和干濕交替（IF）。每個(gè)處理重復(fù)3次。具體為：準(zhǔn)備6個(gè)相同規(guī)格（內(nèi)徑25 cm，高24 cm）用75%的醫(yī)用酒精簡(jiǎn)易滅菌的塑料桶。每一個(gè)塑料桶加7.5 kg風(fēng)干土樣，再添加尿素（2.1 g）、NH4H2PO4（1.2 g）、K2SO4（2.1g）作為基肥與土壤混勻。所有處理組使用去離子水淹水，水層保持3～5 cm，穩(wěn)定平衡3 d后用來(lái)種植水稻。

水稻種子用30%的雙氧水消毒30 min，用去離子水沖洗干凈后在濕潤(rùn)的石英砂中發(fā)芽。一周后將發(fā)芽的水稻轉(zhuǎn)移到無(wú)重金屬污染的土壤繼續(xù)培養(yǎng)28 d。水稻幼苗于7月4日進(jìn)行移栽，每盆5株。連續(xù)淹水處理：在水稻整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期，保證盆中有3～5 cm的水層。干濕交替處理：水稻移栽后，先保持淹水狀態(tài)（1～2 cm淹水水層），然后自然蒸發(fā)，等到土壤表面有明顯的土壤裂紋，再進(jìn)行下一次的淹水循環(huán)。

1.3 樣品采集

在水稻生長(zhǎng)的分蘗期（移栽60 d）和成熟期進(jìn)行土壤樣品采集。根際土壤的收集，采用經(jīng)典的抖根法。用鏟子將水稻根系盡可能完整的取出，先將根系上多余的土壤抖掉，殘留在根系的土壤進(jìn)行回收；然后將根系轉(zhuǎn)移到滅菌的離心管中，加入適量的超純水（18.2 MΩ·cm-1），5100×g下離心10 min，去掉管子中植物根系，倒掉管子中的上清溶液，固體部分冷凍干燥即為根際土壤。采集的根際土壤樣品分為兩份：一份用于DNA的提取，另外一份用于土壤有效態(tài)的提取。

1.4 測(cè)定方法

土壤Cd、Pb、Ni和Zn的總量測(cè)定采用王水（硝酸/鹽酸=1∶3，V/V）微波消解法，消煮過(guò)程用標(biāo)準(zhǔn)土樣（GSS-2，國(guó)家物質(zhì)中心）作為質(zhì)量控制[17]；土壤有效S、Cd、Pb、Ni和Zn采用0.01 mol·L-1CaCl2溶液，以1∶5土液比浸提[18-19]。Cd、Pb、Ni和Zn含量用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Nex-ION300X，Perkin Elmer）測(cè)定；SO2-4含量由離子色譜儀（Themo Scientific X2100）測(cè)定；土壤pH（土∶水=1∶2.5）用pH計(jì)（Mettler-Seven Compact）測(cè)定；土壤機(jī)械組成采用激光粒度儀（BT-9300ST）測(cè)定；有效N含量采用堿解蒸餾法；有效磷采用Olsen法，由紫外分光光度計(jì)（TU-1810）測(cè)定。土壤有效N、P和S的測(cè)定添加標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GBW07416a ASA-5，國(guó)家物質(zhì)中心）作為質(zhì)量控制。

1.5 土壤DNA提取及高通量測(cè)序分析

土壤DNA的提取使用的是試劑盒Power soil isolation kit（MO BIO Laboratories，Inc.）提取后的DNA濃度和質(zhì)量由超微量紫外分光光度計(jì)（Thermo Fisher Scientific NanoDrop 2000c）測(cè)定。

微生物的引物采用細(xì)菌通用引物515F（5'-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3'）和 909R（5'-CCCCGYCAATTCMTTTRAGT-3'），V4區(qū)作為細(xì)菌群落的特異識(shí)別區(qū)。PCR擴(kuò)增反應(yīng)采用25 μL體系，包括：1 μL的DNA模板；1.5 mmol·L-1MgCl2溶液，1 μmol·L-1的引物；1×PCR緩沖液和0.5U的ExTaq（TaKaRa，Shiga，Japan）。擴(kuò)增條件設(shè)置：94℃預(yù)變性3 min，94 ℃變性30 s，56℃退火60 s，72℃延伸60 s，30個(gè)循環(huán)。將PCR產(chǎn)物用1.2%濃度的瓊脂糖純化，采用擎科凝膠DNA回收試劑盒，根據(jù)測(cè)得DNA的濃度，每個(gè)樣品采集100 μg DNA混樣，高通量測(cè)序工作委托中國(guó)科學(xué)院大學(xué)成都生物研究所完成?；贗lluminaMiseq測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行16SrRNA基因的測(cè)序工作。原始DNA序列利用QIIME（V 1.7.0）軟件去除嵌合體，將序列重新優(yōu)化，相似性達(dá)到97%以上的優(yōu)化序列劃分到同一個(gè)可操作分類(lèi)單元（OUT，Operational Taxonomic Units）。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析和圖形均由Sigmaplot 12.50和SPSS 19.0軟件完成，各處理之間的差異分析采用（One-way ANOVA）單因素方差分析，P＜0.05表示顯著差異。

2 結(jié)果

2.1 水分管理對(duì)于細(xì)菌群落多樣性的影響

水分管理對(duì)水稻根際細(xì)菌群落α多樣性指數(shù)的影響如表2所示。Chao1指數(shù)表征的是種群豐度，Chao1數(shù)值越大表明細(xì)菌群落豐富度越高；Shannon指數(shù)表征的是群落多樣性，Shannon數(shù)值越大表明細(xì)菌群落多樣性越高。由分析結(jié)果可知，在水稻分蘗期，CF處理盆栽中Chao1、Shannon與OUT數(shù)值均高于IF處理，其中Chao1指數(shù)增加達(dá)顯著水平（P＜0.05），這說(shuō)明在該時(shí)期淹水條件下，根際細(xì)菌群落豐富度、多樣性均高于干濕交替條件的根際土壤。到了成熟期，兩種水分管理下細(xì)菌群落Shannon與OUT數(shù)值均有增加，CF處理盆栽Chao1指數(shù)降低，而IF處理三類(lèi)指數(shù)均有明顯的增加，這也使得兩種條件對(duì)細(xì)菌群落α多樣性影響差異不明顯。

表2 兩種水分條件下細(xì)菌群落α多樣性Table 2 Effects of flooding regime on α diversity of bacteria

細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成差異性比較，將有讀數(shù)的OTU按照不同的水分處理進(jìn)行主成分分析（Principal Component Analysis）。圖1分別表示兩種水分管理在水稻分蘗期（A）和成熟期（B）的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。圖A和圖B通過(guò)降維分析分別解釋了81.02%和81.18%菌群結(jié)構(gòu)差異，其中分蘗期第一變量軸和第二變量軸分別解釋60.34%和20.69%菌群結(jié)構(gòu)差異；成熟期群落結(jié)構(gòu)，第一變量軸和第二變量軸分別解釋63.06%和18.16%菌群結(jié)構(gòu)變異。由圖2可知，在水稻分蘗期，連續(xù)淹水和干濕交替兩種水分條件下，所有處理距離明顯，表明土壤OTU組成差異較大，水分管理對(duì)群落結(jié)構(gòu)影響差異明顯；成熟期，IF處理菌群結(jié)構(gòu)變動(dòng)較大，而菌群結(jié)構(gòu)受水分管理影響并不明顯。說(shuō)明水分管理對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在分蘗期。

2.2 水分管理對(duì)于細(xì)菌群落豐度的影響

兩種水分管理措施對(duì)細(xì)菌群落（門(mén)水平）相對(duì)豐度的影響見(jiàn)表3。所有處理的土樣（共12個(gè)）通過(guò)高通量測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，該土壤細(xì)菌群落主要由15個(gè)門(mén)類(lèi)組成（相對(duì)豐度＞0.1%的細(xì)菌群落）。其中，變形菌門(mén)（Proteobacteria）的相對(duì)豐度所占比例最高為（33.28±1.64）%～（55.69±0.47）%，是土壤中絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)。其次，綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）、放線菌門(mén)（Actinobacteria）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、酸酐菌門(mén)（Acidobacteria）、厚壁菌門(mén)（Firmicutes）、泉古菌門(mén)（Crenarchaeota）、芽單胞菌門(mén)（Gemmatimonadetes）和藍(lán)菌門(mén)（Cyanobacteria）的相對(duì)豐度在所有處理中均在1%以上，是構(gòu)成細(xì)菌群落的主要菌門(mén)。由表3分析結(jié)果可知，在水稻分蘗期，IF盆栽土壤變形菌門(mén)（Proteobacteria）相對(duì)豐度顯著低于CF處理，而厚壁菌門(mén)（Firmicutes）的相對(duì)豐度顯著高于CF處理；在成熟期，IF盆栽土壤變形菌門(mén)（Proteobacteria）的相對(duì)豐度顯著低于CF處理，而芽單胞菌門(mén)（Gemmatimonadetes）的相對(duì)豐度顯著高于CF處理。從水稻分蘗到成熟期，對(duì)CF處理而言，變形菌門(mén)（Proteobacteria）的相對(duì)豐度呈顯著降低趨勢(shì)，而綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）和綠菌門(mén)（Chlorobi）的相對(duì)豐度呈顯著增加趨勢(shì)；對(duì)IF處理而言，厚壁菌門(mén)（Firmicutes）相對(duì)豐度呈顯著降低趨勢(shì)，綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）的相對(duì)豐度呈顯著增加趨勢(shì)。

圖1 主成分分析（Principal Component Analysis）水稻分蘗期和成熟期兩種水分管理對(duì)根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響Figure 1 Effects of flooding regime on bacteria community structure at rice tillering and repining stage through Principal Component Analysis

基于土壤中主要細(xì)菌門(mén)類(lèi)（相對(duì)豐度均大于1%），在綱分類(lèi)單元上，水分調(diào)控對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響如圖2所示（相對(duì)豐度低于0.1%和未命名的細(xì)菌群落未在圖中展示），將細(xì)菌門(mén)類(lèi)菌綱個(gè)數(shù)小于3的歸類(lèi)為other。本研究觀察到28個(gè)主要細(xì)菌綱類(lèi)，水分調(diào)控對(duì)土壤中的δ變形菌綱（Deltaproteobacteria）、γ變形菌綱（Gammaproteobacteria）、酸桿菌綱（Acidobacteriia）、芽孢桿菌綱（Bacilli）和芽單胞菌綱（Gemmatimonadetes）群落的相對(duì)豐度影響達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。具體如下，在水稻分蘗期，CF盆栽土壤的γ變形菌綱相對(duì)豐度顯著高于IF處理，而芽孢桿菌綱的相對(duì)豐度顯著低于IF處理；到了水稻成熟期，CF盆栽土壤中δ變形菌綱的相對(duì)豐度顯著高于IF處理，芽單胞菌綱（Gemmatimonadetes）的相對(duì)豐度顯著低于IF處理。

表3 兩種水分管理措施對(duì)細(xì)菌群落（門(mén)水平）相對(duì)豐度（%）的影響Table 3 Effects of flooding regime on bacteria community relative（%）abundance at pylum taxa level

受水分管理表現(xiàn)差異顯著的5個(gè)細(xì)菌綱類(lèi)，在科分類(lèi)單元上細(xì)菌群落豐度組成如圖3所示。在δ變形菌綱（Deltaproteobacteria）下，連續(xù)淹水處理，粘球菌科（Myxococcaceae）、地桿菌科（Geobacteraceae）和脫硫弧菌科（Desulfovibrionaceae）相對(duì)豐度明顯高于干濕交替處理，且在水稻分蘗期，脫硫弧菌科相對(duì)豐度淹水處理（0.45%）與干濕交替處理（0.01%）差異最大。到成熟期，地桿菌科相對(duì)豐度淹水處理（4.74%）與干濕交替處理（0.65%）差異最大；粘球菌相對(duì)豐度淹水處理（4.27%）與干濕交替處理（1.72%）差異明顯。在γ變形菌綱（Gammaproteobacteria）下，在連續(xù)淹水處理，腸桿菌科（Enterobacteriaceae）和莫拉菌科（Moraxellaceae）平均相對(duì)豐度分別是3.57%和2.05%，明顯高于干濕交替處理0.82%和0.07%。芽孢桿菌綱（Bacilli）下的Planococcaceae群落豐度差異主要表現(xiàn)在水稻分蘗期，干濕交替處理（10.91%）明顯高于淹水處理（0.61%）。酸桿菌綱（Acidobacteriia）下Koribacteraceae豐度差異表現(xiàn)在水稻成熟期，淹水處理（2.09%）高于干濕交替處理（1.19%）。芽單胞菌綱（Gemmatimonadetes）下的Gemmatimonadaceae群落在水稻分蘗期和成熟期豐度分別是0.02%和0.04%，均高于干濕交替處理的兩個(gè)時(shí)期（0.003%和0.005%）。

2.3 水分管理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

兩種水分管理措施對(duì)土壤pH、養(yǎng)分（有效N、P、S）和有效重金屬（CaCl2提取態(tài)Cd、Pb、Zn和Ni）的影響見(jiàn)圖4。從圖4看出，成熟期土壤pH顯著高于分蘗期（P＜0.05），但水分管理并沒(méi)有顯著影響土壤pH。在分蘗期和CF相比，IF處理顯著降低土壤有效N的含量（P＜0.05），而在成熟期CF和IF處理對(duì)土壤有效N含量的影響不顯著。無(wú)論是水稻分蘗期還是成熟期，IF處理均顯著增加了土壤有效P的含量（P＜0.05）。和有效N、P不同，成熟期土壤有效S的含量顯著高于分蘗期（P＜0.05），而兩種水分管理沒(méi)有顯著影響土壤有效S的含量。

圖2 水分管理對(duì)主要細(xì)菌群落綱分類(lèi)單元（%）相對(duì)豐度的影響Figure 2 Effects of flooding regime on bacteria community relative（%）abundance at class taxa level

本研究用CaCl2浸提的重金屬含量代表土壤中重金屬的有效性。水分管理對(duì)CaCl2浸提的重金屬含量與水稻生長(zhǎng)時(shí)期有很大的相關(guān)性。具體為：在水稻分蘗期和CF相比，IF處理顯著降低了CaCl2浸提的Cd、Pb、Zn、Ni的含量（P＜0.05）。而在成熟期，和CF處理相比，IF處理則顯著增加了CaCl2浸提的Cd、Pb和Zn的含量。此外，就CF處理而言，成熟期Cd、Pb、Zn、Ni的有效性顯著低于分蘗期（P＜0.05）。而IF處理，Cd、Pb、Zn、Ni的有效性在水稻生長(zhǎng)不同時(shí)期沒(méi)有顯著變化。

2.4 細(xì)菌群落和土壤理化性質(zhì)相關(guān)關(guān)系

圖3 不同水分條件下對(duì)細(xì)菌群落在科分類(lèi)單元（%）相對(duì)豐度的組成Figure 3 Bacteria community structure at family taxa level（%）under different soil moisture

通過(guò)科分類(lèi)單元相對(duì)豐度的細(xì)菌群落與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示，Geobacterace-ae和Gemmatimonadaceae群落豐度和土壤有效P含量有顯著負(fù)相關(guān)性，Planococcaceae群落豐度和土壤有效P含量有顯著正相關(guān)性，說(shuō)明土壤中P的有效性是影響該細(xì)菌群落的關(guān)鍵因素；此外，Enterobacteriaceae和Moraxellaceae群落豐度和土壤有效Cd、Pb、Zn和Ni含量均有顯著正相關(guān)性，與此同時(shí)，兩個(gè)細(xì)菌群落和土壤pH均呈顯著負(fù)相關(guān)性，和有效N含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性。

圖4 水分管理對(duì)水稻兩個(gè)生育時(shí)期土壤理化性質(zhì)的影響Figure 4 Effects of flooding regime on soil physical and chemical properties at rice two growth stages

表4 土壤性質(zhì)與細(xì)菌群落豐度相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between bacteria relative abundance and soil physiochemical properties

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，水分管理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響顯著。在水稻分蘗期，淹水處理土壤重金屬有效量（0.01 mol·L-1CaCl2浸提）明顯高于干濕交替處理，通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，土壤有效硫含量與土壤有效Cd（r=-0.700，P＜0.05）、Pb（r=-0.600，P=0.051）、Zn（r=-0.827，P＜0.05）、Ni（r=-0.791，P＜0.05）含量有明顯負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明土壤有效硫的增加可以顯著抑制重金屬有效性[20]，這與前人研究的結(jié)果相一致。而在分蘗期，水分管理對(duì)土壤有效S含量影響差異不顯著，這表明水分條件通過(guò)S元素對(duì)重金屬的固定差異不顯著。此外，淹水環(huán)境提高土壤中地桿菌科（Geobacteraceae）群落豐度。地桿菌科是典型鐵還原細(xì)菌群落，且普遍存于鐵還原環(huán)境中[21-22]。在屬水平上，淹水土壤中，粘球菌科下的厭氧粘細(xì)菌屬（Anaeromyxo?bacter）和地桿菌科下地桿菌屬（Geobacter）的相對(duì)豐度1.86%和1.46%明顯高于干濕交替處理0.90%和0.23%，說(shuō)明在水稻分蘗期，淹水土壤存在豐富的鐵還原功能的細(xì)菌群落[23-24]，表明長(zhǎng)期淹水促進(jìn)Fe（Ⅲ）化合物作為電子受體還原為Fe（Ⅱ）化合物[25]，導(dǎo)致土壤中含鐵礦物的溶解并釋放金屬元素到土壤溶液中[12，26-27]。大量 Fe（Ⅱ）離子釋放到土壤溶液中，與Cd2+等離子競(jìng)爭(zhēng)土壤表面吸附位點(diǎn)，促進(jìn)重金屬離子釋放進(jìn)入土壤溶液[28]。到了成熟期，淹水處理土壤重金屬有效量明顯低于干濕交替處理，這是由于在植稻后期，F(xiàn)e/Mn氧化物的還原溶解漸漸減弱，而重金屬硫化物的沉淀作用居主導(dǎo)所致?？梢钥闯?，長(zhǎng)期淹水可以顯著降低土壤Cd、Zn、Pb、Ni有效量，這一結(jié)果已經(jīng)有大量研究報(bào)道[3，29-30]。與此同時(shí)，我們還發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)水稻生長(zhǎng)期，干濕交替處理的土壤有效P含量顯著高于淹水處理。而早期的研究發(fā)現(xiàn)水分管理對(duì)土-砂聯(lián)合體系的有效P含量影響并不明顯[31]；但是孫國(guó)紅等[32]通過(guò)兩年農(nóng)田紅壤土的盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)淹水有效P含量顯著高于干濕交替處理的土壤。這說(shuō)明土壤中有效P的含量可能不僅與水分管理相關(guān)，還受到土壤類(lèi)型影響。此外，土壤pH值是影響重金屬有效性的一個(gè)重要因素，普遍認(rèn)為土壤pH值的升高能夠降低土壤重金屬（如：Cd、Zn、Pb、Ni等）的有效性，但是有研究發(fā)現(xiàn)：土壤中的P含量對(duì)于pH環(huán)境有強(qiáng)烈的干擾性，甚至有效Cd含量和pH值出現(xiàn)正相關(guān)[33]，這反映出土壤pH值改變并不一定會(huì)造成Cd形態(tài)的相應(yīng)改變[34]，因此可以推知在本研究中不同水分條件下，土壤重金屬有效性的變化受到多因素的影響。

通過(guò)對(duì)細(xì)菌群落α多樣性（Chao1指數(shù)，Shannon指數(shù)和OTU）分析發(fā)現(xiàn)，在水稻分蘗期，菌群的豐度和多樣性受水分條件影響明顯，且種群豐富度變化差異顯著；到水稻成熟期，兩種水分管理下α多樣性指數(shù)接近。Foulquier等[35]通過(guò)調(diào)查野外濕地菌群結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，不同水分條件并不會(huì)顯著影響菌群多樣性和OTU豐富度。侯海軍等[36]關(guān)于田間水分管理對(duì)稻田細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和豐富度影響的研究發(fā)現(xiàn)，不同水分條件對(duì)細(xì)菌群落多樣性影響差異不顯著。這說(shuō)明土壤水分條件并不是影響細(xì)菌群落α多樣性差異的關(guān)鍵因素。土壤中重金屬污染程度與細(xì)菌群落的豐度和數(shù)量有密切關(guān)系。有研究報(bào)道，土壤重金屬（如Pb、Ni等）含量的增加可以提高土壤細(xì)菌數(shù)量和豐富度[37-38]，這與本研究觀察到的結(jié)果相一致。說(shuō)明水稻分蘗期細(xì)菌群落α多樣性變動(dòng)和土壤理化性質(zhì)的差異性有關(guān)。

對(duì)于細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和相對(duì)豐度的分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌群落的OTU組成在水稻分蘗期受到水分條件影響差異明顯，而到成熟期菌群在兩種水分條件下OTU結(jié)構(gòu)趨勢(shì)相近。這主要是來(lái)之γ變形菌綱和芽孢桿菌綱群落變化，與干濕交替處理相比，淹水處理下，腸桿菌科（Enterobacteriaceae）和莫拉菌科（Moraxellaceae）相對(duì)豐度分別提高了4.37倍和30.7倍，這些菌群的豐度變化與土壤有效Cd、Zn、Pb、Ni含量和土壤pH、有效N含量均有顯著相關(guān)性。Gati在2017年發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn)，腸桿菌科（Enterobacteriaceae）群落含有多種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，對(duì)Zn2+毒性的濃度有耐受和體內(nèi)平衡作用，并且通過(guò)ZntB蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)吸收[39]。本研究發(fā)現(xiàn)分蘗期淹水環(huán)境促進(jìn)土壤中Zn2+的釋放，有助于腸桿菌科群落的新陳代謝活動(dòng)，促進(jìn)其相對(duì)豐度的顯著提高，而后期隨著Zn有效性的降低，群落豐度也隨著顯著降低。莫拉菌科（Moraxellaceae）與腸桿菌科群落的相對(duì)豐度變化相一致，但目前針對(duì)該群落對(duì)重金屬敏感性研究還鮮有報(bào)道，而莫拉菌科（Moraxellaceae）下不動(dòng)桿菌屬（Acinetocter sp.）菌群，在早期研究也發(fā)現(xiàn)該群落對(duì)Ni，Pb，Zn的液態(tài)環(huán)境有耐受性[40-41]。而干濕交替處理下Planococcaceae群落相對(duì)豐度比淹水處理的提高了17.77倍，關(guān)于Planococcaceae群落研究少有報(bào)道，本研究發(fā)現(xiàn)土壤有效磷含量與該菌群豐度呈正相關(guān)。到水稻成熟期，主要的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異來(lái)自δ變形菌綱（Deltaproteobacteria），在淹水環(huán)境下地桿菌科（Geobacteraceae）和粘球菌（Myxococcaceae）也比干濕交替處理的相對(duì)豐度提高7.27倍和2.48倍，其中土壤有效P含量是影響地桿菌科群落豐度的關(guān)鍵因子，這是因?yàn)榱姿猁}固定鐵離子為Fe3PO4化合物，降低地桿菌科菌群對(duì)Fe的利用性，進(jìn)而降低該細(xì)菌群落的生物活性[42]。

4 結(jié)論

（1）長(zhǎng)期淹水能夠顯著降低土壤有效Cd，Pb，Zn和Ni的含量，而干濕交替對(duì)其含量無(wú)顯著影響，且干濕交替能夠維持土壤較高的有效P含量。

（2）水分管理措施本身不會(huì)對(duì)根際細(xì)菌群落α多樣性造成顯著影響，而土壤理化性質(zhì)的差異和水分條件的交互影響是造成細(xì)菌群落α多樣性變動(dòng)的主要原因。

（3）在分蘗期腸桿菌科（Enterobacteriaceae）和莫拉菌科（Moraxellaceae）豐度變化主要受土壤重金屬有效性的影響，Planococcaceae群落變動(dòng)受土壤有效P的影響；在水稻成熟期，地桿菌科（Geobacteraceae）主要是受到土壤P的有效性影響。