黃錦文 吳珈誼 陳鴻飛 張志興 方長旬 邵彩虹 林偉偉 翁佩瑩 林文雄,*

頭季稻氮肥運籌對再生稻根際機能及產(chǎn)量的影響

黃錦文1, #吳珈誼1, #陳鴻飛1張志興1方長旬1邵彩虹2林偉偉1翁佩瑩1林文雄1,*

(1作物遺傳育種與綜合利用教育部重點實驗室/福建農(nóng)林大學農(nóng)學院/作物生態(tài)與分子生理學福建省高校重點實驗室, 福州 350002;2江西省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與資源環(huán)境研究所, 南昌 330200;#共同第一作者;*通信聯(lián)系人，E-mail: wenxiong181@163.com)

【目的】再生稻是頭季稻生長的延續(xù)。本研究嘗試從根際微生態(tài)系統(tǒng)的變化來闡明機械化栽培下頭季稻氮肥管理對頭季-再生季水稻產(chǎn)量形成的影響，為再生稻高產(chǎn)高效栽培提供參考。【方法】以“甬優(yōu)1540”為材料，通過2年的田間試驗，在頭季總施氮量(225.00 kg/hm2)不變的前提下，設置頭季不同氮肥運籌處理，分析了機械化栽培下再生稻產(chǎn)量、根系傷流強度、根際土壤酶活性及其微生物多樣性的變化特點。【結果】頭季前氮后移施肥處理(N1、N2)有助于根系保持較高活力，尤其在頭季生長中后期N1處理(基肥∶一次分蘗肥∶二次分蘗肥∶孕穗肥=3∶1∶2∶4)根系傷流強度比對照(N0)和當?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理(N4)顯著提高；N1處理兩季總產(chǎn)量最高，2年平均達17 351.23 kg/hm2，比當?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理(N4)提高了23.00%。土壤酶活性分析表明，蔗糖酶活性在頭季齊穗期表現(xiàn)為N2>N1>N3>N4>N0，之后則表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4>N0；過氧化氫酶與硝酸還原酶活性在頭季生長期均表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4>N0；脲酶活性從頭季齊穗期至再生季齊穗始終表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4>N0；各生育時期土壤酶活性與根系傷流強度間均呈顯著或極顯著正相關。細菌 16S rDNA 測序表明，施肥與不施肥處理細菌群落結構多樣性差異顯著，N1處理細菌 Chao1 指數(shù)和香農(nóng)指數(shù)顯著高于其他處理。菌群結構分析表明，施肥處理增加了與土壤碳氮循環(huán)、有機質含量及抗逆性密切相關的細菌數(shù)量，尤其是N1、N2處理硝化螺旋菌屬相對豐度較高，有利土壤氮素循環(huán)?！窘Y論】機械化栽培下，頭季氮肥適當后移有利于再生稻根際微生態(tài)系統(tǒng)的改善，從而提高根系活力，促進水稻生長，獲得兩季水稻的高產(chǎn)。

再生稻；氮肥運籌；根系活力；根際土壤；群落多樣性

近年來，強再生力水稻品種的育成和栽培技術的發(fā)展，使得再生稻栽培成為中國南方提高復種指數(shù)，穩(wěn)定稻谷總產(chǎn)的一項種植制度[1]。再生稻是頭季水稻收割后稻樁上的休眠芽萌發(fā)而成的一季短生育期水稻，其根系由頭季根系和再生根系兩部分組成[2]。研究表明，再生苗成穗率及產(chǎn)量與再生稻的根系機能極顯著正相關，健壯的頭季稻根系和一定數(shù)量新生根系的有效結合是再生稻高產(chǎn)的關鍵[3-6]。氮素是水稻生長發(fā)育進程以及產(chǎn)量形成的關鍵養(yǎng)分因子。饒鳴鈿等[7]研究指出，頭季稻氮肥是影響再生季產(chǎn)量的主要因素之一。陳鴻飛等[8]、楊東等[9-10]、王森等[11]和鄭景生等[12]從水稻光合生理、氮代謝、干物質積累運轉及養(yǎng)分的吸收利用等方面分析了頭季稻不同氮肥運籌方式對再生稻產(chǎn)量形成的影響；任天舉等[13]、林燕等[14]認為頭季稻不同的施肥方式對再生稻的生育進程、根系和再生苗生長具有明顯的效應。前人的研究表明，合理的氮肥運籌不僅對提高頭季產(chǎn)量，而且對防止頭季稻后期根系早衰，穩(wěn)定再生季產(chǎn)量，實現(xiàn)兩季高產(chǎn)意義重大[15]。然而，前人的研究大多是在人工栽培條件下展開的。隨著農(nóng)村勞動力的轉移，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化已成為當前作物生產(chǎn)的主流。與人工栽培相比，機械化栽培再生稻必須解決兩個關鍵問題：一是頭季機插秧移栽秧齡小，生育期短，植傷重[16-19]；其次，與人工高留樁栽培不同，機插再生稻必須選用耐碾壓品種進行低留樁收割來減輕收割機對稻樁的碾壓[1]?？梢?，機插再生稻的品種選擇及相應的栽培管理模式都與人工栽培有所不同。目前，機栽下頭季稻氮肥管理方式對再生稻根際機能及產(chǎn)量的影響未見深入的研究報道。此外，近年來研究認為，根系-微生物的直接相互作用對植物的生長、健康和適應性起著至關重要的作用，根際被認為是植物的第二基因組[20]。植物與根際微生物的互作現(xiàn)象及其機制，也是生命科學研究關注的熱點和農(nóng)業(yè)微生物利用的關鍵問題[21,22]。因此，本研究以閩北廣泛種植的“甬優(yōu)1540”為材料，并基于人工栽培水稻農(nóng)民多施基肥的傳統(tǒng)習慣和機栽再生稻生長的特點，設置了頭季稻氮肥適當后移的施肥模式，分析頭季稻氮肥運籌對再生稻根際微生物群落多樣性的影響及其對土壤酶活性和根系活力的影響，嘗試從微生態(tài)系統(tǒng)變化來闡明機栽再生稻高產(chǎn)形成機理。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗以秈型三系雜交稻“甬優(yōu)1540”為材料，于2017年3月至11月在福建省南平市建陽區(qū)崇雒鄉(xiāng)(118°13′E, 27°30′N)進行。試驗地為沙壤土，含有機質3.4%，銨態(tài)氮20.5 mg/kg，速效磷6.8 mg/kg，速效鉀65 mg/kg，pH值為6.3。2017年頭季于3月11日播種，采用軟盤育秧機插，4月11日插秧，插秧規(guī)格30 cm×17 cm，叢插平均2粒谷秧。頭季稻施氮量為(折合純氮)225 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶0.8，以尿素作氮肥，以過磷酸鈣作P肥，P肥全部作基肥，以氯化鉀作K肥，K肥基肥∶孕穗肥= 5∶5，氮肥運籌比例設5種處理，即基肥、一次分蘗肥、二次分蘗肥、孕穗肥比分別為3∶1∶2∶4、3∶2∶1∶4、3∶3∶0∶4、4∶3∶0∶3，依次設為N1、N2、N3、N4處理，以頭季及再生季均不施氮肥為對照(N0處理)，其中，N4是當?shù)爻Ｒ?guī)施肥方式，具體氮肥施用見表1。每處理種植750 m2，設置3次重復。各處理間設置塑料擋板以防止串肥，設置高30 cm、寬40 cm田埂，工作溝寬30 cm；頭季成熟時機收，留樁高度為25 cm。再生季施肥情況：除N0處理外，其他各處理施純氮172.5 kg/hm2，以尿素作氮肥，按1∶1分促芽肥和促苗肥兩次施用，促芽肥于頭季齊穗后20 d施用，促苗肥于頭季收割后5 d施用。再生稻全程機械化栽培，除施肥處理外，其他按當?shù)爻Ｒ?guī)高產(chǎn)栽培管理。2018年在同一地塊上進行重復試驗，頭季于3月4日播種，4月10日插秧，其他試驗設計與2017年相同。2017年進行頭季和再生季水稻測產(chǎn)，2018年除產(chǎn)量測定外，還進行了根系傷流量及根際土壤酶活性測定和土壤細菌群落特性分析。

B－頭季稻基肥，插秧前2 d施用；T1－第一次分蘗肥，插秧10 d后施用；T2－第二次分蘗肥，第一次分蘗肥施用后10 d施用；RB－孕穗肥，倒2葉期施用。BP－促芽肥，頭季稻齊穗后20 d施用；SP－再生季促苗肥，頭季收割后5 d施用。

B refers to basal fertilizer of main crop rice, which was applied two days before transplanting; T1, Primary fertilizer application for tillering, which was applied 10 d after transplanting; T2, Secondary fertilizer application for tillering, which was applied 10 d after T1；RB stands for topdressing for panicle initiation, which was applied in the penultimate leaf growth period.BP refers to bud-promoting fertilizer, which was applied 20 d after full heading; SP refers to seedling-promoting fertilizer, which was applied 5 d after harvest.

1.2 測定項目與方法

1.2.1 水稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構成因素測定

于頭季及再生季水稻成熟期，每個小區(qū)根據(jù)平均有效穗數(shù)取有代表性水稻 5 株，考查每株有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)及實粒數(shù)、千粒重，計算結實率和理論產(chǎn)量并記錄。水稻成熟期每處理隨機抽取3塊有代表性的田塊人工收割測產(chǎn)，每塊地實割測產(chǎn)面積2 m×2 m。

1.2.2 水稻根系傷流量測定

分別于頭季水稻齊穗期、成熟期和再生季水稻的齊穗期、成熟期，采用李合生[23]貼棉吸附法進行根系傷流量測定。每個小區(qū)于測定日18:00選取具有代表性的3叢水稻，每叢水稻在離地12 cm處水平割去地上部分，并將已知質量的棉花完全包裹住切口，套上對應的塑料袋，用橡皮筋進行固定，做好防雨水、露水措施；次日6:00回收田間放置的棉花袋，并進行稱量，記錄其增量。每個處理3次重復。

1.2.3 土壤樣品采集

于頭季水稻齊穗期、成熟期和再生季水稻齊穗期、成熟期取樣，測定土壤相關酶活性；于頭季水稻生長后期(齊穗后10 d)取樣，分析根際土壤細菌群落特性。

每次每處理采用五點取樣法隨機選取稻株(連根拔起)，用無菌剪刀剝除離根系較遠的土壤，露出根際土，用剪刀輕輕剝掉根上大約1～3mm的土壤混勻，分為2份，分別保存于4℃冰箱和?80℃冰箱備用。

1.2.4 根際土壤相關酶活測定

參照關松蔭等[24]的方法，根際土壤中脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測定；硝酸還原酶參照Alef 等[25]的方法采用高錳酸鉀滴定法測定。每個小區(qū)取3次重復。

1.2.5 根際土壤微生物總 DNA提取及PCR擴增

土壤DNA 提取方法參照 FastDNA SPIN Kit for soil(MP Biomedicals，USA)試劑盒說明書進行。提取得到的DNA樣品用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測和分光光度法(260 nm/280 nm光密度比)進行質量檢測。檢測后，將樣品于?20℃下保存以備后續(xù)實驗使用。微生物多樣性檢測選取細菌16S rRNA V3～V4區(qū)，DNA樣本送至北京奧維森基因科技有限公司，利用 Illumina Miseq PE300高通量測序平臺進行測序。細菌16S rRNA V3～V4可變區(qū)特異引物為338F(5＇-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3＇)和806R(5＇-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3＇)。PCR反應體系包括12.5 μL 2×PCR MasterMix，3 μL BSA (2 ng/μL)，2 Primer(5 μmol/L)，2 μL模板 DNA和5.5 μL ddH2O。反應程序：95 ℃下預變性5 min；95 ℃下變性45 s，55 ℃下退火50 s，72 ℃下延伸45 s，32個循環(huán)；72 ℃下延伸10 min。測序原始序列上傳至NCBI的SRA數(shù)據(jù)庫。

表2 頭季稻氮肥運籌對頭季-再生季水稻產(chǎn)量的影響

*<0.05; **<0.01; *Significant at< 0.05; **Significant at<0.01.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

測序數(shù)據(jù)分析：原始數(shù)據(jù)存在一定干擾數(shù)據(jù)，在去除barcode、primer序列后使用FLASH 軟件進行拼接，得到原始Tags 數(shù)據(jù)(raw_tags)，對Tags數(shù)據(jù)進行過濾，得到高質量Tags數(shù)據(jù)(clean_tags)。使用usearch軟件按照97%相似性序列進行OTU (Operational Taxonomic Unit，可操作分類單元)聚類，獲得OTU，統(tǒng)計所測樣品每個OTU中的豐度信息。隨機抽樣法抽取數(shù)據(jù)，并與所代表的OTU數(shù)目構建稀釋曲線，使用R語言和Mothur繪制稀釋曲線并進行Alpha多樣性指數(shù)組間差異分析。使用 Qiime 軟件計算所測樣品Observed-species、Chao1、Shannon、Goods-coverage、PD_whole_tree 指數(shù)。對OTU代表序列進行數(shù)據(jù)庫比對分析，得出物種注釋總表，并進行不同水平的物種數(shù)量統(tǒng)計，獲得各分類水平(Phylum, Class, Order, Family, Genus, Species)的物種豐度表，進行屬水平OTU豐度微生物功能分析。對OTU豐度進行均一化處理，并且進行Alpha多樣性和PCA 統(tǒng)計分析。使用R語言作圖。

水稻產(chǎn)量、根系傷流量及酶活性測定結果采用Excel 2016和DPS 7.05統(tǒng)計軟件進行整理分析，采用GraphPad Prism 5進行數(shù)據(jù)圖表處理。

2 結果與分析

2.1 頭季-再生季水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素

由表2可知，產(chǎn)量年度間差異不顯著，施肥處理間差異極顯著。2年的產(chǎn)量表現(xiàn)無論是頭季還是再生季，施氮處理均極顯著高于不施氮(N0)處理，頭季及再生季產(chǎn)量均表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4>N0,其中N1與N2之間差異不顯著。N1兩季實際總產(chǎn)量2年平均比不施肥N0、當?shù)爻Ｒ?guī)施肥N4處理分別提高71.32%、23.00%；N2兩季實際總產(chǎn)量2年平均比N0、N4處理分別提高59.24%、14.32%。

圖1 水稻根系傷流強度隨生育時期變化

Fig.1.Changes of root bleeding intensity of rice at various growth stages.

由于年度間產(chǎn)量差異不顯著，以2年產(chǎn)量平均值作進一步分析(表3)，各處理再生季有效穗數(shù)均比頭季稻多，尤其是施肥處理，再生季平均有效穗數(shù)是頭季稻的1.27～1.39倍，其中，N1處理不管是頭季還是再生季有效穗數(shù)均最高，其次是N2處理。每穗粒數(shù)方面，再生季比頭季少，各處理再生季為頭季稻的52.23%～55.24%，頭季及再生季各處理間每穗粒數(shù)表現(xiàn)為N2＞N1＞N3＞N4＞N0，再生季各施肥處理間差異不顯著。千粒重不管頭季還是再生季各處理間無顯著差異；頭季結實率平均為93.45%，再生季平均為80.23%，頭季高于再生季。

2.2 水稻根系活力及其與再生季產(chǎn)量的相關性

2.2.1 根系傷流強度的變化

根系傷流是不挖掘水稻的情況下能對水稻根系生理活性進行簡單判斷的有效方法，其流量強度是根系活力的指標之一。由圖1可知，從頭季齊穗-頭季成熟-再生季齊穗-再生季成熟隨著生育進程各處理根系傷流強度呈下降趨勢，頭季齊穗期各處理均達到峰值，N1、N2處理顯著高于N3、N4、N0處理，N1處理每株水稻根系傷流強度達2.10 g/h，比N0處理高75.65%，比N4處理高47.89%；N2處理比N0處理高52.94%，比N4處理高28.17%，N2與N3處理差異不顯著。頭季成熟期各處理根系傷流強度均下降，但依然表現(xiàn)為N1＞N2＞N3＞N4＞N0，N1處理分別比N0、N4處理提高了116.88%和39.66%。隨著再生稻生長發(fā)育進程，再生季水稻根系傷流強度都明顯低于頭季稻，由于再生季除對照外各處理施肥一致，各處理間(除對照外)差距也明顯減小，但依然是N1、N2傷流強度較高?？梢?，在前氮后移N1、N2處理下水稻整個生育期中根系均能保持較高活力，尤其頭季生長后期N1處理根系傷流強度顯著高于其他處理。

2.2.2 根系傷流強度與再生季產(chǎn)量的相關性

根系傷流強度與再生季水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素相關分析表明(表4)，再生季產(chǎn)量與頭季齊穗和成熟及再生季的齊穗與成熟4個時期的根系傷流強度均達到極顯著正相關，說明從頭季到再生季生長過程根系活力對再生季產(chǎn)量都極為重要，其中與頭季成熟期相關度最高。進一步從產(chǎn)量構成因素分析，有效穗數(shù)與以上4個時期的根系傷流強度也均為極顯著正相關，其中與頭季成熟期根系傷流強度相關度最高；每穗粒數(shù)與再生季成熟期的根系傷流強度顯著相關，但與頭季齊穗期、頭季成熟期及再生季齊穗期根系傷流量強度相關未達顯著水平；其他產(chǎn)量構成因素與根系傷流強度之間相關不顯著。由此可見，根系活力主要通過影響有效穗數(shù)從而影響再生季產(chǎn)量，且以頭季齊穗至頭季成熟期根系活力最為關鍵。

2.3 根際土壤酶活性變化及其根系活力的相關性

2.3.1 土壤酶活性變化

表5表明，水稻根際土壤與營養(yǎng)轉化相關的蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶和硝酸還原酶活性，頭季和再生季均表現(xiàn)為齊穗期高于成熟期，但不同土壤酶在不同生育時期間變化趨勢并不完全一致。

表3 頭季-再生季水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素變化(2年平均值)

同一列中同一稻作類型各平均數(shù)之后不同小寫字母表示差異達5%顯著水平。下同。

Different letters indicate statistical significance at the 0.05 probability level within the same column for the same cropping system.

表4 水稻根系傷流強度與再生季產(chǎn)量及其構成因素的相關性

*和**分別表示=0.05和=0.01顯著水平；=15，0.05=0.5139;0.01=0.6411。

* indicate significant correlation at the level of 0.05;**indicate extremely significant correlation at the level of 0.01.=15，0.05=0.5139;0.01=0.6411.

蔗糖酶活性總體表現(xiàn)為頭季齊穗期最高，頭季成熟期下降。再生季齊穗有較大幅度上升，至再生季成熟期又下降。從不同處理看，在頭季齊穗期中蔗糖活性最高的為N2處理，比N0和N4分別高出171.12%和136.75%，其次為N1、N3、N4、N0處理，但其他3個時期均是N1處理活性最強，其次是N2處理。

圖2 頭季水稻生長后期根際細菌群落Shannon-Wiener曲線

Fig.2.Shannon-Wiener curves of bacterial community in rhizosphere soil at the late stage of main crop rice.

表5 根際土壤酶活性隨水稻生育時期變化情況

過氧化氫酶各處理在頭季齊穗期和成熟期均表現(xiàn)為前氮后移的N1、N2處理顯著高于其他處理，但N1與N2處理間差異不顯著，頭季齊穗期N1、N2處理分別比N4處理(當?shù)爻Ｒ?guī)施肥)高出14.83%、10.97%，頭季成熟期N1、N2處理分別比N4處理高出18.94%、17.42%。但到了再生季齊穗期和成熟期各施肥處理均顯著高于不施肥對照，但各施肥處理間差異不顯著。

脲酶廣泛存在于土壤之中，與尿素氮肥水解密切相關，在一定程度上反映土壤的供氮能力。頭季稻齊穗期、成熟期和再生季齊穗期各處理脲酶均表現(xiàn)為N1＞N2＞N3＞N4＞N0，但N1與N2處理間差異不顯著，到了再生季成熟期各施肥處理間差異不顯著，但各施肥處理均顯著高于不施肥對照。

在頭季稻生長期內(nèi)，各處理硝酸還原酶活性差異大多顯著，在頭季稻齊穗期和成熟期均表現(xiàn)為N1＞N2＞N3＞N4＞N0，但N1與N2處理間差異不顯著，N3與N2處理間差異不顯著；到了再生季齊穗期和成熟期各施肥處理間差異不顯著，但各施肥處理均顯著高于不施肥對照。

2.3.2 根系傷流強度與土壤酶活性的相關性

不同生育時期根系傷流強度與土壤酶活性的相關性分析表明(表6)：根系傷流強度與頭季齊穗期至再生季成熟期各時期的蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶及硝酸還原酶酶活性均呈極顯著或顯著正相關。其中，與蔗糖酶活性的相關性不管是頭季還是再生季其齊穗期相關性均大于成熟期；與土壤解毒相關的過氧化氫酶及與氮素營養(yǎng)相關的脲酶和硝酸還原酶活性的相關系數(shù)則表現(xiàn)為頭季大于再生季。可見，頭季稻籽粒灌漿過程，即頭季齊穗期至頭季成熟期土壤酶活性對根系生長的影響更突出。

表6 根系傷流強度與土壤酶活性的相關性分析

*和**分別表示=0.05和=0.01顯著水平；=15，r0.05=0.5139; r0.01=0.6411。

* indicate significant correlation at the level of 0.05 level; **indicate extremely significant correlation at the level of 0.01.

圓圈相交部分表示共有微生物數(shù)目，非相交部分表示特有微生物數(shù)目

Fig.3.Venn graph of bacterial OTUs in rhizosphere soil at the late stage of main rice.

2.4 根際土壤細菌群落的變化

頭季水稻生長后期是決定其收割后稻樁上腋芽萌發(fā)好壞的關鍵時期，腋芽的萌發(fā)又與其根系生長好壞有著直接的關系，而土壤微生物參與土壤中的各種生物化學過程，是土壤養(yǎng)分轉化、活化的主要動力，是影響根系生長的主要環(huán)境因素。

2.4.1 根際土壤細菌群落Alpha多樣性分析

Shannon-Wiener曲線是采用97%相似度的 OTU 對所測定土壤樣本進行稀釋曲線分析，用以反映各樣本在不同測序數(shù)量時的微生物多樣性[26]。通過不同樣本的測序量在不同測序深度水平上的微生物多樣性指數(shù)來構建稀釋性曲線，由于深層次測序數(shù)量只會產(chǎn)生少量新增的OTU，因此，當曲線趨向平坦時，說明測序數(shù)據(jù)量足夠大，可以反映樣品中絕大多數(shù)的微生物信息。從圖2可以看出，隨著測序深度的增加，各處理下的OTU數(shù)逐漸增長，隨后趨于平坦，說明各處理測序數(shù)據(jù)量合理，所測根際土壤樣本可以反映大多數(shù)細菌群落信息。observed_species指數(shù)是指隨測序深度的增加，實測到 OTU 的數(shù)量，Coverage為樣本文庫覆蓋度。表7表明，5個處理的observed_species和Coverage兩個指數(shù)差異都不顯著，且數(shù)值均處于合理范圍，Coverage各樣本測序覆蓋度均大于0.95，樣本測序結果已經(jīng)包含樣本中絕大部分的細菌物種，可以進行后續(xù)分析。

表7顯示了頭季不同氮肥管理下土壤根際細菌群落Alpha多樣性指數(shù)。Chao1 指數(shù)反映樣品中群落的豐富度，與樣品中物種豐富性呈正相關。表7表明，所有施肥處理Chao1 指數(shù)均高于對照N0處理，N1處理其值最高，其次是N2處理，但N1與N2處理間差異不顯著，N3、N4與N0間差異不顯著；Shannon 指數(shù)反映群落的多樣性，5個處理中N1處理其值最高，顯著高于不施肥的N0處理和當?shù)爻Ｒ?guī)施肥N4處理，其他4個處理間差異不顯著；PD_whole_tree指數(shù)反映了樣品中物種對進化歷史保存的差異。表7表明，N1處理PD_whole_tree指數(shù)值最高，N2次之，兩者間無顯著差異，但顯著高于N0和N4處理。

表7 頭季水稻生長后期根際土壤細菌群落多樣性指數(shù)

韋恩圖(Venn Graph)可以用來比較樣本之間特有及共有的OTU (操作分類單元)數(shù)量。圖3表明，在頭季不同氮肥運籌下，鑒定到頭季生長后期N0、N1、N2、N3、N4處理的根際土壤OTU數(shù)分別2534、2655、2581、2533、2531個。其中，N1處理所測定的OTU數(shù)量最多，達到2655個，其次是N2處理。5個處理共有OTU 1612個，N0、N1、N2、N3和N4處理特有的OTU數(shù)分別為83、80、72、57、52個，說明不施肥處理下存在特有的OTU數(shù)量最多，而在頭季同等施肥量條件下，N1處理特有的OTU數(shù)高于其他施肥處理，N2次之，N3、N4處理特有的OTU數(shù)量則明顯減少。

圖4 頭季稻生長后期根際土壤細菌群落PCA分析

Fig.4.PCA analysis of bacterial community in rhizosphere soil at the late stage of main crop rice.

2.4.2 根際土壤細菌群落PCA分析

PCA分析(Principal Component Analysis)，即主成分分析，通過分析不同樣本中97%相似性的OTU組成，可以初步反映出各處理樣本間可能表現(xiàn)出分散和聚集的分布情況。如圖4所示，主成分1和主成分2反映處理間差異的方差累計貢獻率分別為25.52%和10.97%?？傮w來看，頭季水稻施肥與不施肥處理引起的差異主要沿著橫軸PC1分布，不施肥的N0處理位于主成分1的負端，遠離各施肥處理，表明施肥處理與不施肥處理細菌群落差異性較大；N2、N3和N4處理位于主成分1的正端且區(qū)分不明顯，N1處理與這3個處理有一定的距離，表明N1處理與N2、N3、N4之間細菌群落差異性也比較大。由施肥處理引起的差異主要沿著縱軸PC2分布，N3與N4處理間差異小主要位于PC2的負端，N2處理則位于PC2的正端，N1則位于二者之間。可見，主成分分析基本上能夠區(qū)分不同施肥處理間根際土壤微生物的群落特征，尤其是施肥與不施肥處理間區(qū)分明顯。

2.4.3 根際細菌群落構成分析

將優(yōu)質序列聚類后得到的OTU進行物種注釋，選取各分類水平上豐度最高的物種繪制優(yōu)勢物種的相對豐度柱形圖。圖5-A顯示，細菌群落結構中相對豐度大于1%的門類中位于前10位的從大到小依次為酸桿菌門(Acidobacteria)、變形菌門(Proteo bacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、硝化螺旋菌門(Nitrospirae)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、放線菌門(Actinobacteria)、疣微菌門(Verrucomi crobia)、Latescibaoteria、Lgnavibacteriae和擬桿菌門(Bacteroidetes)，共占總數(shù)的93%以上。各處理均以酸桿菌門相對豐度最高，達24%～40%，其中，N4處理酸桿菌門相對豐度最高，N1處理最低；N1處理變形菌門和綠彎菌門相對豐度均最高，其他各處理間無顯著差異；硝化螺旋菌門是一類革蘭氏陰性細菌，N1處理相對豐度最高，其次是N0處理，其他各處理間差異不大。芽單胞菌門各施肥處理高于不施肥處理，但施肥處理間差異不顯著。

圖5-B表明，共鑒定到的細菌綱類有25個。其中根際相對豐度大于1%的綱類(top10)從大到小依次酸桿菌(Acidobacter)、變形菌(Deltaproteobac teria)、α-變形菌-革蘭氏陰性菌(Alphaproteobact eria)、硝化螺旋菌門下的Niterospira、SBR2076，酸桿菌門下的Solibacteres、未被鑒定的綱類、β-變形菌綱(Betaproteobacteria)、Subgroup_18和纖線桿菌綱(Ktedonobacteria)。其中，N2、N3、N4處理中酸桿菌綱類、纖線桿菌綱相對豐度比較高；N0和N1處理中變形菌綱類、SBR2076相對豐度比較高；N1、N2處理中β-變形菌綱的相對豐度較高。

圖5-C顯示，共鑒定到的細菌屬類10個，已鑒定的比重最大的細菌屬是，屬于念珠菌屬中分解有機質、利用碳源的細菌。其他依次為地桿菌屬()、、氨基酸桿菌屬()、。其中N0、N1處理地桿菌屬顯著高于其他處理。與對照不施肥處理相比較，各施肥處理中氨基酸桿菌屬相對豐度較高，該菌屬主要功能有利于發(fā)酵土壤氨基酸，特別是谷氨酸。

A－門水平差異；B－綱水平差異；C－屬水平差異。

Fig.5.Changes in the relative abundance of main bacteria in the rhizosphere soil at the late growth stage of main crop rice.

2.4.4 根際土壤細菌功能分析

如表8所示，相比不施肥(N0)處理，各施肥處理的根際土壤紅假單胞菌屬、硝化螺旋菌屬、羅氏菌屬、土壤桿菌屬、酸桿菌菌屬、黏細菌屬微生物相對豐度均有所提升，而厭氧繩菌屬、假雙頭斧形菌屬和嘉利翁氏鐵柄桿菌屬的微生物相對豐度有所下降。其中，紅假單胞菌屬屬于固氮細菌類型，而硝化螺旋菌屬則參與地球氮循環(huán)的硝化作用，二者均與土壤氮素循環(huán)有關[27]，各施肥處理紅假單胞菌屬豐度均比不施肥處理的有所提高，其中N3處理豐度最高，依次為N4、N2、N1處理；各施肥處理下硝化螺旋菌屬的微生物豐度明顯高于對照，尤其前氮后移的N1和N2處理要高于N3和N4處理，表明施肥尤其頭季前氮后移有利頭季生長后期根際土壤硝化螺旋菌屬數(shù)量的增加，從而促進土壤氮循環(huán)。土壤桿菌屬和酸桿菌菌屬功能與改善土壤質地及增加土壤有機質有關[28]，各施肥處理均顯著高于不施肥處理，促進土壤化能有機營養(yǎng)，從而提高土壤有機質含量。黏細菌屬微生物有利提高作物的抗逆性，各施肥處理黏細菌屬微生物豐度均比不施肥顯著提高，前期施氮較重的N3、N4處理比前氮后移施肥處理的N1、N2處理來得高。此外，厭氧繩菌屬、假雙頭斧形菌屬、嘉利翁氏鐵柄桿菌屬微生物相對豐度則表現(xiàn)為不施肥(N0)處理高于各施肥處理，說明不施肥處理促進土壤碳水化合物降解且土壤微生物耐藥能力要強于施肥處理，不施肥處理中嘉利翁氏鐵柄桿菌屬的增加則會促進土壤中二價亞鐵氧化成三價鐵，濃縮和積累土壤環(huán)境中的鐵元素[29]。

3 討論

再生稻是頭季稻收割后稻樁上休眠腋芽萌發(fā)生長抽穗再收獲的一季水稻，因此，頭季稻收割后休眠腋芽能否萌發(fā)成苗是再生稻栽培的關鍵。鄭景生等[5]研究指出再生稻再生分蘗的生長發(fā)育依賴于頭季稻殘留的根系。在本研究中，頭季齊穗期各處理根系傷流強度均達到峰值，其中N1(基肥∶一次分蘗肥∶二次分蘗肥∶孕穗肥=3∶1∶2∶4)處理最高，其次是N2處理，N1處理分別比N0和N4處理高75.65%、47.89%。進一步的相關分析表明，再生季水稻產(chǎn)量，尤其是產(chǎn)量構成中的有效穗數(shù)與各時期(頭季齊穗至再生季成熟)，特別是頭季稻生長后期的根系活力呈極顯著正相關(表4)。劉富貴等[30]研究也表明頭季稻根系對再生季稻的生長發(fā)育起主導作用?？梢?，前氮后移的N1處理因為根系活力強，尤其頭季后期根系不早衰不僅有利頭季產(chǎn)量提高，也為后季再生苗分蘗成穗提供了保障，因而兩季實際總產(chǎn)最高，比當?shù)爻Ｒ?guī)施肥N4處理提高了23.00%。

表8 頭季水稻生長后期根際土壤中主要功能菌及其相對豐度

作物根系的形態(tài)和機能具有品種的固有遺傳特性，同時也受到環(huán)境的影響[31]。土壤是作物根生長的基礎，也是作物高產(chǎn)的基礎。土壤微生物種群結構及土壤酶活性是土壤微生態(tài)環(huán)境中生理活性最強的部分。其中，土壤酶主要來源于土壤微生物和植物根系的分泌物，在物質循環(huán)和營養(yǎng)轉化過程中起著關鍵作用[32]。土壤中蔗糖酶對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質起重要作用，脲酶可以表征土壤的氮素供應狀況。在本研究中，頭季不同氮肥運籌方式下前氮后移的N1、N2處理頭季齊穗期和成熟期及再生季齊穗期，這兩種酶活性均著高于常規(guī)施肥N4處理和對照N0處理；N1、N2處理的過氧化物酶和硝酸還原酶在頭季齊穗與成熟期顯著高于常規(guī)施肥N4處理，在再生季各施肥處理顯著高于對照，但施肥處理間不顯著。前人研究也表明前氮后移有利于土壤協(xié)調發(fā)展，提高土壤脲酶、蔗糖酶等養(yǎng)分循環(huán)有關的酶活性，提高土壤有機質含量和土壤養(yǎng)分有效性[33-35]，這與本研究結果一致。張福鎖等[36]認為栽培調控的實質是調控根際環(huán)境, 為作物創(chuàng)造良好的根際生態(tài)環(huán)境從而調控作物、土壤與微生物間的平衡，達到促進作物生長發(fā)育的目的。本研究進一步的相關分析表明，根系傷流強度與頭季齊穗期至再生季成熟期土壤相關酶活性均達到顯著或極顯著正相關，尤其是頭季齊穗至成熟與土壤解毒相關的過氧化氫酶及與氮素營養(yǎng)相關的脲酶和硝酸還原酶的相關性要高于再生季齊穗至成熟期。由此可見，再生稻生長期間尤其頭季稻生長后期土壤養(yǎng)分循環(huán)有關的酶活性的協(xié)調，有利再生稻根系的生長從而促進植株對營養(yǎng)成分的吸收，實現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效的目的。

根際土壤微生物是根際土壤酶的重要來源, 同時也直接參與根際的生物過程。本研究細菌 16S rDNA 高通量測序表明施肥處理與不施肥處理細菌群落結構多樣性有顯著差異，機械化栽培中，前氮后移的N1處理細菌 Chao1 指數(shù)和香農(nóng)指數(shù)顯著高于其他處理。菌群群落構成分析表明, 各施肥處理芽單胞菌門高于不施肥處理，各施肥處理中，N1處理下變形菌門、綠彎菌門和硝化螺旋菌門相對豐度均最高。在屬水平上，各處理檢測到念珠菌屬、地桿菌屬、氨基酸桿菌屬等，與不施肥(N0)處理相比，施肥處理中的氨基酸桿菌屬較多，主要有利于發(fā)酵土壤氨基酸，提高土壤化能有機營養(yǎng)能力。在屬水平下主要細菌屬功能分析(表8)表明，各施肥處理中紅假細胞菌屬、黏細菌屬等微生物的提升在很大程度上能夠改善土壤質地，有效促進土壤的碳氮循環(huán)，提高土壤抗逆性[37]，尤其是N1處理硝化螺旋菌屬豐度最高，可以利用尿素作為營養(yǎng)來源，在它們的基因組中編碼的脲酶可以將尿素分解為土壤所需養(yǎng)分，促進土壤氮素循環(huán)[38-41]，加之酸桿菌菌屬豐度的提高有利增加土壤有機質含量，提高土壤肥力，為水稻的生長發(fā)育提供良好的微生物環(huán)境。

4 結論

綜上所述，再生稻機械化栽培在頭季稻總氮量保持不變情況下，氮肥適當后移的運籌方式，可提高再生稻根際土壤微生物多樣性，增加根際土壤中促進碳氮循環(huán)及提高土壤抗逆性密切相關的細菌數(shù)量，有利協(xié)調土壤養(yǎng)分循環(huán)有關的酶活性，從而活化再生稻尤其是頭季生長后期根際功能，促進根系對養(yǎng)分的吸收，達到兩季水稻高產(chǎn)。在本研究中，N1處理(基肥∶一次分蘗肥∶二次分蘗肥∶孕穗肥=3∶1∶2∶4)最有利根際機能的改善，兩季水稻總產(chǎn)量最高。

[1] 林文雄, 陳鴻飛, 張志興, 徐倩華, 屠乃美, 方長旬, 任萬軍.再生稻產(chǎn)量形成的生理生態(tài)特性與關鍵栽培技術的研究與展望[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2015, 23(4): 392-401.

Lin W X, Chen H F, Zhang Z X, Xu Q H, Tu N M, Fang C X, Ren W J.Research and prospect on physio-ecological properties of ratoon rice yield formation and its key cultivation technology[J]., 2015, 23(4): 392-401.(in Chinese with English abstract)

[2] 施能浦, 焦世純.中國再生稻栽培[M].北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1999.

Shi N P, Jiao S C.Ratooning rice cultivation in China.Beijin: China Agriculture Press, 1999.(in Chinese)

[3] 林文, 李義珍, 姜照偉, 鄭景生.再生稻根系形態(tài)和機能的品種間差異及與產(chǎn)量的關聯(lián)性[J].福建農(nóng)業(yè)學報, 2001, 16(1): 1-4.

Lin W, Li Y Z, Jiang Z W, Zheng J S.Morphologic and functional difference of root systems among ratooning rice varieties and its correlation with yield[J]., 2001, 16(1): 1-4.(in Chinese with English abstract)

[4] 林文, 張上守, 姜照偉, 鄭景生, 李義珍．再生稻產(chǎn)量與根系機能的相關性[J]．福建稻麥科技, 2001, 19(4): 9-11．

Lin W, Zhang S S, Jiang Z W, Zheng J S, Li Y Z.Correlation between yield and root function of ratooning rice[J]., 2001, 19(4): 9-11.(in Chinese)

[5] 鄭景生, 林文, 卓傳營, 方宣鈞, 林文雄.再生稻根干物質量及根系活力與產(chǎn)量的相關性研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2004, 12(4): 106-109.

Zheng J S, Lin W, Zhuo C Y, Fang X J, Lin W X.The correlation of dry biomass and activity of root system with grain yield in raton rice(L) [J]., 2004, 12(4): 106-109.(in Chinese with English abstract)

[6] 張林, 郭曉藝, 劉茂, 熊洪, 朱永川, 周興兵, 徐富賢.雜交中稻再生芽生長的影響因素研究[J].西南農(nóng)業(yè)學報, 2010, 23(2): 309-314．

Zhang L, Guo X Y, Liu M, Xiong H, Zhu Y C, Zhou X B, Xu F X.Factors for promoting rationing bud growth of mid-season hybrid rice[J]., 2010, 23(2): 309-314.(in Chinese with English abstract)

[7] 饒鳴鈿, 陳少庭, 鄭履端, 廖朝陽.頭季稻栽培因素對兩優(yōu)2186再生稻產(chǎn)量的影響[J].河南職業(yè)技術師范學院學報, 2002, 30(4): 12-15.

Rao M D, Chen S T, Zheng L D, Liao C Y.The effect of cultural factor of first seasonal rice to yield in ratoon rice of Liangyou 2186 [J]., 2002, 30(4), 12-15.(in Chinese with English abstract)

[8] 陳鴻飛, 楊東, 梁義元, 張志興, 梁康逕, 林文雄.頭季稻氮肥運籌對再生稻干物質積累、產(chǎn)量及氮素利用率的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2010, 18(1): 50-56.

Chen H F, Yang D, Liang Y Y, Zhang Z X, Liang K J, Lin W X.Effect of nitrogen application strategy in the first cropping rice on dry matter accumulation, grain yield and nitrogen utilization efficiency of the first cropping rice and its ratoon rice crop[J]., 2010, 18(1), 50-56.(in Chinese with English abstract)

[9] 楊東, 陳鴻飛, 卓傳營, 林文雄.頭季不同施氮方式對再生稻生理生化的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2009, 17(4): 643-646.

Yang D, Chen H F, Zhuo C Y, Lin W X.Effect of different N application modes in the first cropping rice on the physiobiochemistry of the first cropping rice and its ratoon rice[J]., 2009, 17(4), 643-646.(in Chinese with English abstract)

[10] 楊東.再生稻不同施氮方式的增產(chǎn)效應研究[D].福州: 福建農(nóng)林大學, 2007.

Yang D.Study on the effect of different nitrogen application methods on increasing yield of ratooning rice[D].Fuzhou: Fujian Agriculture and Forestry University, 2007.(in Chinese with English abstract)

[11] 王森, 莫菁華, 汪洋, 游秋香, 任濤, 叢日環(huán), 李小坤.水稻-再生稻體系干物質積累及氮磷鉀養(yǎng)分的吸收利用[J].中國水稻科學, 2018, 32(1): 67-77.

Wang S, Mo J H, Wang Y, You Q X, Ren T, Cong R H, Li X K.Dry matter accumulation and N, P, K absorption and utilization in rice-ratoon rice system[J]., 2018, 32(1): 67-77.(in Chinese with English abstract)

[12] 鄭景生, 林文雄, 李義珍, 姜照偉, 卓傳營.再生稻頭季不同施氮水平的雙季氮素吸收及產(chǎn)量效應研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2004, 12(3): 78-82.

Zheng J S, Lin W X, Li Y Z, Jiang Z W, Zhuo C Y.Nitrogen uptake and grain yield effects of double-cropping rice at different nitrogen application rates in the first crop of ratoon rice[J]..2004, 12(3): 78-82.(in Chinese with English abstract)

[13] 任天舉, 李經(jīng)勇, 唐永群, 鄒亞蘭.15N示蹤研究再生稻施用氮肥的吸收分配和效應[J].西南師范大學學報: 自然科學版, 2009, 34(3): 132-136.

Ren T J, Li J Y, Tang Y Q, Zou Y L.15N Tracer study ratooning rice applied nitrogen absorption, assignment and effect [J].:.2009, 34(3): 132-136.(in Chinese with English abstract)

[14] 林燕, 鄧學東, 李澤林.促芽肥施用時間與施肥量對再生稻的影響[J].農(nóng)技服務, 2015, 32(4): 93-94.

Lin Y, Deng X D, Li Z L.Effects of application time and dosage of shoot-promoting fertilizer on regenerated rice[J]., 2015, 32(4): 93-94.(in Chinese).

[15] 王森.水稻—再生稻體系養(yǎng)分需求特性及氮肥合理運籌初探[D].武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學, 2017.

Wang S.Characteristics of nutrient requirements and reasonable management of nitrogen fertilizer in rice-ratoon rice system[D].Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2017.(in Chinese with English abstract).

[16] 于林惠.對機插水稻生育特點及管理對策的初步探討[J].中國農(nóng)機化, 2002 (1): 29-31.

Yu L H.Preliminary discussion on the growth characteristics and management measures of machine- transplanted rice[J]., 2002, 1: 29-31.(in Chinese)

[17] 徐紅, 李成, 于鳳翠, 唐鈞, 徐曉青, 唐瑋, 馬卉.機插水稻生育特性及高產(chǎn)配套技術[J].安徽農(nóng)學通報, 2011, 17(23): 150-151.

Xu H, Li C, Yu F C, Tang J, Xu X Q, Tang W, Ma H.Growth characteristics of machine-transplanted rice and its high yield cultivation technique[J]., 2011, 17(23):150-151.(in Chinese)

[18] 茅弼華, 王和平, 王志林.機插水稻的生育特性和有關農(nóng)藝技術[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2006, 3: 27-30.

Mao B H, Wang H P, Wang Z L.Growth characteristics and related agronomic techniques of machine- transplanted rice[J]., 2006, 3: 27-30.(in Chinese)

[19] 蘭陸壽.機插水稻生育特性及栽培技術[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2011, 18: 56-57.

Lan L S.Growth characteristics of machine-transplanted rice and its cultivation technique[J]., 2011, 18: 56-57.(in Chinese)

[20] Zhang R, Jorge M Vivanco, Shen Q.The unseen rhizosphere root-soil-microbe interactions for crop production[J]., 2017, 37: 8-14.DOI: 10.1016/ j.mib.2017.03.008

[21] 李鴻波, 吳朝暉.水稻根際微生物的影響因素研究進展[J].雜交水稻, 2018, 33(4): 1-6, 54.

Li H B, Wu Z H.Research progress on factors influencing rhizosphere microorganisms of rice[J]., 2018, 33(4): 1-6, 54.(in Chinese with English abstract)

[22] 王孝林, 王二濤.根際微生物促進水稻氮利用的機制[J].植物學報 2019, 54 (3): 285-287.

Wang X L, Wang E T.connects root microbiota and nitrogen use in rice[J]., 2019, 54(3): 285-287.(in Chinese with English abstract)

[23] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京: 高等教育出版社, 2000.

Li H S.Principles and techniques of plant physiology and biochemistry experiments[M].Beijing: Higher Education Press, 2000.

[24] 關松蔭, 張德生, 張志明.土壤酶及其研究方法[M].北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986.

Guan S Y, Zhang D S, Zhang Z M.Soil enzymes and its research methods[M].Beijing: Agricultural Press, 1986.

[25] Alef K, Nannipieri P.Methods in applied soil microbiology and biochemistry[M].New York: Academic Press, 1995.

[26] Wang Y, Sheng, H F, He Y, Wu J Y,Jiang Y X, Tam N F, Zhou H W.Comparison of the levels of bacterial diversity in fresh water, intertidal wetland, and marine sediments by using millions of illumina tags., 2012, 78(23): 8264.DOI: 10.1128/AEM.01821-12.

[27] 張晶, 林先貴, 尹睿.參與土壤氮素循環(huán)的微生物功能基因多樣性研究進展[J].中國農(nóng)業(yè)生態(tài)學報: 2009, 17(5), 1029-1034.

Zhang J, Lin X G, Yin R.Advances in functional gene diversity of microorganism in relation to soil nitrogen cycling[J]., 2009, 17(5), 1029-1034.(in Chinese with English abstract)

[28] 中國科學院微生物研究所《伯杰細菌鑒定手冊》翻譯組譯.伯杰細菌鑒定手冊(第八版)[M].北京: 科學出版社, 1984.

Translation team of Bergey’s manual of systematic bacteriology, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences.Bergey’s manual of systematic bacteriology (Eighth edition)[M].Beijing: Science Press, 1984.

[29] 林超峰, 龔駿.嗜中性微好氧鐵氧化菌研究進展[J].生態(tài)學報, 2012, 32(18): 5889-5899.

Lin C F, Gong J.Recent progress in research on neutrophilic, microaerophilic iron(II) -oxidizing bacteria [J]., 2012, 32(18): 5889-5899.(in Chinese with English abstract)

[30] 劉富貴, 王學棟, 吳躍進.再生稻根系栽培生理初探[J].安徽農(nóng)業(yè)科學, 1990(2): 105-109.

Liu F G, Wang X D, Wu Y J.A preliminary study on the root culture physiology of ratoon rice [J]., 1990(2): 105-109.(in Chinese)

[31] 潘曉華, 王永銳, 傅家瑞.水稻根系生長生理的研究進展[J].植物學通報, 1996, 13(2): 13-20.

Pan X H, Wang Y R, Fu J R.Advance in the study on the growth-physiology in rice of root system() [J]., 1996, 13(2): 13-20.(in Chinese with English abstract)

[32] 邱莉萍, 劉軍, 王益權, 孫慧敏, 和文祥.土壤酶活性與土壤肥力的關系研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學報, 2004, 10(3): 277-280.

Qiu L P, Liu J, Wang Y Q, Sun H M, He W X.Research on relationship between soil enzyme activities and soil fertility[J]., 2004, 10(3): 277-280.(in Chinese with English abstract)

[33] 陳軍, 黃珊瑜, 劉冰, 吳林坤, 林文雄.不同氮肥運籌對水稻根際土壤理化性質及代謝物質的影響[J].福建農(nóng)業(yè)學報, 2015, 30(11): 1082-1089.

Chen J, Huang S Y, Liu B, Wu L K, Lin W X.Effects of different nitrogen regimes on soil physico-chemical properties and metabolites in rice rhizosphere [J]., 2015, 30(11): 1082-1089.(in Chinese with English abstract) .

[34] 陳龍懷.氮肥運籌調控下水稻根際土壤生物學特性分析[D].福州:福建農(nóng)林大學, 2012.

Chen L H.Biological characteristics of rice rhizosphere soil under the control of nitrogen fertilizer application[D].Fuzhou: Fujian Agriculture and Forestry University, 2012.(in Chinese with English abstract).

[35] 張玉, 秦華東, 黃敏, 江立庚, 徐世宏.氮肥運籌對免耕水稻根系生長、根際土壤特性及產(chǎn)量的影響[J].廣西植物, 2014, 34(5): 681-685.

Zhang Y, Qin H D, Huang M, Jiang L G, Xu S H.Effect of different nitrogen application modes on root growth,rhizosphere soil characteristics and rice yield under no-tillage[J]., 2014, 34(5): 681-685.(in Chinese with English abstract)

[36] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮風.中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J].土壤學報, 2008, 45(5): 915-924.

Zhang F S, Wang J Q, Zhang W F, Cui Z L, Ma W Q, Chen X P, Jiang R F.Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement[J].2008, 45(5): 915-924.(in Chinese with English abstract)

[37] Men S, Ding F, Zhang H, Ke C, Zhang S, Huang Z.Effects of Nano-carbon humic acid water-retaining fertilizer on citrus growth and the soil bacterial community in citrus field[J]., 2018, 9(6): 84-89.

[38] Zhang Q, Li Y, He Y, Liu H, Dumont M G, Brookes P, Xu J.Nitrosospira cluster 3-like bacterial ammonia oxidizers and Nitrospira-like nitrite oxidizers dominate nitrification activity in acidic terrace paddy soils [J]., 2019.DOI: https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.01.006

[39] Han S, Zeng L, Luo X, Xiong X, Wen S, Wang B, Chen W, Huang Q.Shifts in Nitrobacter- and Nitrospira-like nitrite-oxidizing bacterial communities under long-term fertilization practices[J]., 2018, 124: 118-125.

[40] Jin S, Chen Z, Li Y, Xia T, Ren Z, Yin L.Study on endophytic bacteria diversity in the root of peperomia dindygulensis Miq.by applying clone library construction method[J]., 2017, 8(6): 13-16.

[41] Li H, Chi Z, Yan B.Long-term impacts of graphene oxide and Ag nanoparticles on anammox process:Performance, microbial community and toxic mechanism., 2019, 79(5): 239-247.

Nitrogen Fertilizer Management for Main Crop Rice and Its Carrying-over Effect on Rhizosphere Function and Yield of Ratoon Rice

HUANG Jinwen1,#, WU Jiayi1, #, CHEN Hongfei1, ZHANG Zhixing1, FANG Changxun1, SHAO Caihong2, LIN Weiwei1, WENG Peiying1, LIN Wenxiong1, *

(Key Laboratory for Genetics Breeding and Multiple Utilization of Crops, Ministry of Education/ College of Agriculture, Fujian Agriculture and Forestry University/Key Laboratory of Crop Ecology and Molecular Physiology, Fuzhou 350002, China; Institute of Soil Fertilizer and Resources Environment, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China; )

【Objective】Ratoon rice is the continuation of the main crop.We attempt to elucidate the effect of mechanical transplanting of main crop together with nitrogen fertilizer management on the yield of the main crop and ratoon rice from the perspective of rhizosphere microecosystem, which may provide a reference for the high-yielding and efficient cultivation of ratoon rice.【Method】The rice genotype of Yongyou 1540 was used as the material.At a total nitrogen application level of 225.00 kg/hm2in the main crop, different nitrogen fertilizer treatments were designed to analyze the effects of mechanical cultivation on the yield, root bleeding intensity, enzyme activities and microbial diversity in rhizosphere soil in two consecutive years in paddy field.【Result】In N1 and N2 treatments, the root system maintained higher vigor, especially in the late growing period of the main season in the N1 treatment (basal fertilizer : primary fertilizer for tillering : secondary fertilizer for tillering : fertilizer for panicle initiation= 3 : 1 : 2 : 4) showed a significant increase in root bleeding intensity as compared with the control N0 and the local conventional treatment of N4.The total yield of the N1 treatment was the highest in the two growing seasons, reaching an average of 17 351.23 kg/hm2, 23.00% higher than that of N4.Soil enzyme activity analysis showed that the activities of sucrase followed the trend of N2>N1>N3>N4>N0 in the full heading stage during the main season, but N1>N2> N3>N3>N4>N0 for ratoon rice; the activities of catalase and nitrate reductase both followed a trend of N1>N2> N3>N4>N0 in the full heading stage during the main season; the activities of urease, N1>N2> N3>N4>N0 from the heading stage of the main crop to the heading stage of ratoon rice.Highly significant positive correlations were observed between soil enzyme activities and root bleeding intensity at all growing stages.Bacterial 16S rDNA sequencing showed that the structural diversity of bacterial communities differed significantly between the fertilized and non-fertilized treatments, and the Chao1 index and Shannon index of N1 treatment were significantly higher than those of other treatments.Function analysis of rhizospheric bacterial community showed that fertilization increased the number of bacteria closely related to soil carbon and nitrogen cycle, soil organic matter content and soil stress resistance, especially the N1 and N2 treatment with higher relative abundance of, which were favorable to soil nitrogen cycle.【Conclusion】Under mechanical cultivation, the treatment with properly postponed nitrogen fertilizer application in the main crop is beneficial to the improvement of the rhizosphere microecosystem of ratoon rice, thus improving root vigor, promoting rice growth, and obtaining high yield of rice in both growing seasons.

ratoon rice; nitrogen management; root activity; rhizosphere; community diversity

10.16819/j.1001-7216.2021.200603

2020-06-04；

2020-08-30。

國家重點研發(fā)計劃資助項目(2016YFD0300508，2017YFD0301602，2018YFD0301105)。