劉靜文 劉秋蒙 張滿 閔宏志 黃星晨 任永淇 吳文革 郝冰 任蘭天

劉靜文，劉秋蒙，張 滿，等. 堆肥替代化肥還田配施菌懸液對水稻產(chǎn)量品質(zhì)及土壤酶活性和微生物群落的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（7）：256-264.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.07.034

（1.安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院，安徽鳳陽 233100； 2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，安徽合肥 230041； 3.蚌埠綠都秸稈生物科技股份有限公司，安徽蚌埠 233400）

摘要：堆肥還田在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是對化肥減量施用的有效措施之一，為了在減少化肥施用量的同時(shí)達(dá)到增產(chǎn)的目的，采用秸稈堆肥替代化肥配施微生物菌懸液的方法，以秸稈堆肥替代化肥為主區(qū)（A），微生物菌懸液（固氮螺菌、復(fù)合菌懸液）為裂區(qū)（W）設(shè)計(jì)試驗(yàn)，研究不同比例堆肥還田配施菌劑后對水稻生長發(fā)育及土壤酶活性的影響，從而為秸稈有效還田及土壤酶活性變化提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，[JP3]與對照CKW0（750 kg/hm2復(fù)合肥+450 kg/hm2[JP]尿素）相比，A1W0處理（607.5 kg/hm2復(fù)合肥+405 kg/hm2尿素+75 t/hm2堆肥）、A2W0處理（540 kg/hm2復(fù)合肥+360 kg/hm2尿素+10 t/hm2堆肥）的水稻產(chǎn)量分別提高了15.32%、13.62%；在CK（750 kg/hm2復(fù)合肥+450 kg/hm2尿素）處理中，W1（噴施固氮螺菌懸液）、W2處理（噴施復(fù)合菌懸液）的蛋白質(zhì)含量分別比W0處理（不噴施菌懸液）增長了4.28%、3.25%；在脲酶活性方面，在A1（堆肥替代化肥10%）處理下，W1、W2處理的脲酶活性分別比W0處理提高了36.65%、7.56%；在CK（750 kg/hm2復(fù)合肥+450 kg/hm2尿素）處理中，W1、W2處理的Shannon指數(shù)分別比W0處理提高了10.39%、3.34%，經(jīng)過微生物菌劑和堆肥替代化肥還田配合施用，固氮螺菌的效果好于復(fù)合菌劑，在不同堆肥還田比例上噴施菌劑，與對照相比，2種菌懸液均能提高水稻產(chǎn)量。其中堆肥替代10%化肥配施固氮螺菌處理對于提升土壤有機(jī)質(zhì)含量和養(yǎng)分含量、提高土壤酶活性和微生物群落多樣性、促進(jìn)水稻生長、在化肥減量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)，具有一定的實(shí)踐推廣意義。

關(guān)鍵詞：堆肥還田；微生物菌懸液；水稻；產(chǎn)量；品質(zhì)；微生物；群落結(jié)構(gòu)；酶活性

中圖分類號：S511.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1002-1302（2024）07-0256-09

目前我國大多數(shù)地區(qū)的土壤肥力處于中下游水平，土壤貧瘠化［1-2］嚴(yán)重，人們?yōu)榱颂岣咚井a(chǎn)量和品質(zhì)［3］而大量使用化肥，但是土壤對化肥的利用率卻不高，導(dǎo)致大部分化肥流失到環(huán)境中，造成了一系列土壤酸化、板結(jié)等問題［4-5］。農(nóng)作物秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，含有大量營養(yǎng)元素，包括氮、磷、鉀及其他植物生長所需的營養(yǎng)元素［6］，但是研究者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，秸稈直接還田在提高土壤肥力的同時(shí)也會帶來一些負(fù)面問題，如秸稈還田的方式［7］，由于秸稈顆粒度大會影響作物出苗，并且秸稈直接還田會造成病蟲害等，因此秸稈經(jīng)過粉碎堆肥后還田就能夠較好地改善土壤情況并解決上述問題［8］。

大量研究發(fā)現(xiàn)，堆肥還田會增加作物產(chǎn)量，改善土壤肥力。例如，邢素麗等研究發(fā)現(xiàn)，堆肥替代化肥的作用優(yōu)于秸稈直接還田配施化肥處理［9］。張電學(xué)等研究發(fā)現(xiàn)，在秸稈還田過程中配施促腐劑表現(xiàn)出脲酶活性高于未配施的趨勢，配施促腐劑的2個(gè)還田處理的土壤過氧化氫酶、脲酶活性分別增加了33.6%～34.9%、60.2%～62.1%［10］。陳愛萍等研究認(rèn)為，有機(jī)肥與化肥配合施用時(shí)，用20%有機(jī)肥替代時(shí)的小麥產(chǎn)量最佳［11］。而溫延臣等研究發(fā)現(xiàn)，商品有機(jī)肥替代氮、磷和鉀肥（替代比例分別為11.3%、13.7%、58.8%）能顯著提高土壤有機(jī)碳、全氮含量［12］，試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行3年后，土壤有機(jī)碳、全氮含量分別增加了19.5%、12.3%，但對小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響不顯著。張雅楠等研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，在氮肥用量減少30%的條件下配施微生物菌劑可以提高土壤有效磷、速效鉀含量，增幅分別為11.05%～24.78%、17.73%～30.35%［13］。而葉靈芝等研究發(fā)現(xiàn)，在水稻上噴施微生物菌劑，可以減少30%的化肥施用量［14］，可有效提高水稻產(chǎn)量，增幅可達(dá)到16.25%。

綜上所述，目前關(guān)于堆肥替代還田或者噴施菌劑的研究都是單獨(dú)進(jìn)行的，且無定論。為了系統(tǒng)研究堆肥替代化肥對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，本研究用秸稈堆肥替代10%～20%化肥，并與2種不同菌懸液結(jié)合使用，通過裂區(qū)設(shè)計(jì)試驗(yàn)探究不同比例堆肥替代化肥還田配施菌劑的可行性，以期為秸稈堆肥的推廣奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于安徽科技學(xué)院西區(qū)種植園（地理坐標(biāo)為117.561 522°E，32.874 237°N）中的水稻田內(nèi)。年平均氣溫14.9 ℃，年降水量904.4 mm。試驗(yàn)前耕層土壤理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量21.53 g/kg，全氮含量0.98 g/kg，全碳含量12.5 g/kg，堿解氮含量120.9 mg/kg，pH值5.8。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年6—11月進(jìn)行。水稻試驗(yàn)設(shè)3個(gè)水平、3個(gè)重復(fù)。主區(qū)設(shè)置3個(gè)水平：CK為未用秸稈堆肥代替的對照；A1處理為秸稈堆肥代替10%化肥；A2處理為秸稈堆肥代替20%化肥；CK處理為750 kg/hm2復(fù)合肥+450 kg/hm2[JP]尿素；A1處理為607.5 kg/hm2復(fù)合肥+405 kg/hm2尿素+75 t/hm2堆肥；A2處理為540 kg/hm2復(fù)合肥+360 kg/hm2 尿素+10 t/hm2堆肥。副區(qū)設(shè)置3個(gè)水平：W0處理為未噴微生物菌劑處理；W1處理為噴微生物菌懸液X處理；W2處理為噴微生物菌懸液Y處理（表1） 。菌懸液使用固體培養(yǎng)基平板上進(jìn)行培養(yǎng)，然后從平板上挑選出單一菌落進(jìn)行液體培養(yǎng)。在液體培養(yǎng)基培養(yǎng)的過程中，可以通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH值、溫度、氧氣含量等條件來控制菌種的生長和代謝過程，以達(dá)到最優(yōu)生長狀態(tài)。所用堆肥系水稻秸稈和蘑菇渣以2 ∶[KG-*3]1的質(zhì)量比堆制好氧發(fā)酵而成，堆肥成品氮素含量（以N計(jì)）為1.05%，磷含量（以P2O5計(jì)）為0.85%，鉀含量（以K2O計(jì)）為1.30%，有機(jī)質(zhì)含量為48.7%，pH值為6.67。具體堆肥過程見文獻(xiàn)［15］。

供試水稻品種為綠旱一號，由安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所提供。供試微生物菌劑中，X為固氮螺菌，購買于上海聯(lián)祖生物科技有限公司，有效活菌數(shù)>1 800億個(gè)/mL，后續(xù)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行活化培養(yǎng)。Y為復(fù)合微生物菌劑，購于遼寧美亞聯(lián)微生物科技有限公司，主要成分為棕色固氮菌、巴氏梭菌和嗜酸乳桿菌等，有效活菌數(shù)>100億個(gè)/mL。

1.3 樣品采集與測試

1.3.1 水稻植株樣品的采集和測試 在3個(gè)主生育期進(jìn)行地上生物量的測定，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采樣3個(gè)點(diǎn)，測定水稻樣本的株高、分蘗、莖粗及地上部、地下部干重與鮮重，計(jì)算各個(gè)時(shí)期的生物量。

于水稻成熟期，在每個(gè)小區(qū)選取3穴代表性植株，測定有效穗數(shù)（萬穗/hm2）、總粒數(shù)（粒/穴）、實(shí)粒數(shù)（粒/穴）、結(jié)實(shí)率（%）、千粒重（g）、長寬比等指標(biāo)。每季作物人工收割后進(jìn)行晾曬，待含水量降至14.5%后，用脫粒機(jī)脫粒計(jì)算產(chǎn)量。稻米品質(zhì)在收獲后3個(gè)月使用近紅外谷物成分分析儀進(jìn)行測定。每個(gè)處理稱取樣品2份，每份150 g，參照GB/T 17891—1999《優(yōu)質(zhì)稻谷》，采用Perten DA7200型近紅外分析儀測定堊白度、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、堿消值等。

1.3.2 土壤樣品的采集與測試 在試驗(yàn)的3個(gè)主生育期（8月5日、9月16日、10月16日）分別對耕作層0～20 cm土壤進(jìn)行取樣，分別測定土壤中的酶活性［9］，測定過程中，以尿素為基質(zhì)，經(jīng)土壤脲酶酶促基質(zhì)水解生成氨，由于氨與苯酚-次氯酸鈉在常溫條件下作用生成藍(lán)色靛酚，其顏色深度與生成氨的量成正比，用比色法測定氨的量來表示脲酶活性。過氧化氫酶通過酶促反應(yīng)使過氧化氫分解生成水、氧氣，過氧化氫能夠與鉬酸銨生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，該產(chǎn)物在405 nm處有特征吸收峰，因此可以用過氧化氫前后含量的變化來表示土壤過氧化氫酶活性。以蔗糖為基質(zhì)，經(jīng)土壤蔗糖酶促基質(zhì)水解為還原糖，還原糖與3，5-二硝基水楊酸在沸水浴中反應(yīng)而產(chǎn)生橙色產(chǎn)物，顏色深度與還原糖量呈正相關(guān)，因此用比色法測定還原糖量來表示蔗糖酶活性。

微生物的測定。于水稻成熟期采集測試樣本，用液氮冷凍后并用-80 ℃冰箱存放后委托南京卡文思檢測技術(shù)有限公司進(jìn)行高通量測序。每個(gè)樣本設(shè)3個(gè)重復(fù)，將同一樣本的PCR產(chǎn)物混合后用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，使用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒（Axygen公司）切膠回收PCR產(chǎn)物，用Tris-HCl洗脫，再用2%瓊脂糖電泳檢測。將PCR產(chǎn)物用QuantiFluorTM-ST藍(lán)色熒光定量系統(tǒng)（Promega公司）進(jìn)行檢測定量，之后按照每個(gè)樣本的測序量要求，進(jìn)行相應(yīng)比例的混合，構(gòu)建Illumina PE250文庫進(jìn)行測序。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 2.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，對具有顯著差異的數(shù)據(jù)，用Tukey's法進(jìn)行多重比較，用R語言軟件對微生物群落數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（PCoA），用回歸方程挑選出相關(guān)性較高的核心微生物，并用Origin軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理間水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的比較

從表2可以看出，與對照（CK）相比，A1W0、A2W0處理的產(chǎn)量分別提高了15.32%、13.62%，在CK組中，與W0處理相比，W1、W2處理的產(chǎn)量分別提高了7.52%、7.94%。在A1組（10%堆肥替代還田）中，與W0處理相比，W1、W2處理的產(chǎn)量分別提高了3.57%、3.44%。在A2組（20%堆肥替代還田）中，與W0處理相比，W1、W2處理的產(chǎn)量分別提高了0.62%、3.87%，在A1、A2組的噴施菌劑對比中，噴施固氮螺菌的增幅高于復(fù)合菌懸液，即10%堆肥替代化肥還田配施菌劑的效果在產(chǎn)量方面略好于20%堆肥替代配施菌劑。在A1組（10%堆肥還田）中，與W0處理相比，W1、W2處理的千粒重分別提高了1.57%、2.55%。在A2組中，與W0處理相比，W1、W2處理的穗數(shù)分別提高了7.12%、5.16%。上述結(jié)果說明，在A1、A2組中，噴施菌懸液的2種處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成具有較好的促進(jìn)作用。

2.2 不同處理間土壤酶活性的變化

土壤酶活性越高，對水稻生長發(fā)育的效果越好。由圖1可以看出，噴施固氮螺菌的W1處理、噴施復(fù)合菌懸液的W2處理在3個(gè)時(shí)期的酶活性都顯著高于W0處理。例如，在A1組中，與W0處理相比，W1、W2處理的蔗糖酶活性分別提高了10.72%、7.05%；在A2組中，W1、W2處理的蔗糖酶活性分別提高了9.49%、2.84%。在脲酶活性中，A1組中，W1、W2處理的脲酶活性分別比W0處理提高了36.65%、7.56%。由此可以看出，固氮螺菌對于提高土壤脲酶有較好的效果，整體上看，土壤脲酶活性表現(xiàn)為W1處理>W2處理>W0處理，固氮螺菌和復(fù)合菌劑與秸稈堆肥還田配施也有較好效果，CK、A1處理（堆肥替代化肥10%配施菌劑處理）、A2處理（堆肥替代化肥20%配施菌劑處理）[JP2]的土壤脲酶活性的變化趨勢是先顯著增加，最后在成熟期呈現(xiàn)下降的趨勢（P<0.05）。CK、A1處理（堆肥替代化肥10%配施菌劑處理）、A2[JP2]處理（堆肥替代化肥20%配施菌劑處理）的土壤過氧化氫酶活性在3個(gè)時(shí)期都呈現(xiàn)出微微上升的趨勢，但是并不顯著。

2.3 不同處理間品質(zhì)的差異

由表3可以看出，在噴施菌懸液后，不同堆肥替代比例處理對稻米（糙米）品質(zhì)指標(biāo)也有影響，但影響程度不同，其中對蛋白質(zhì)含量、堊白度、堿消值的影響較大，如在CK組中，與W0處理相比，W1、W2處理的蛋白質(zhì)含量分別增長了4.28%、3.25%；在A1組中，與W0處理相比，W1、W2處理的蛋白質(zhì)含量分別增長了6.13%、1.75%；在A2組中，與W0處理相比，W1、W2處理的蛋白質(zhì)含量分別增長了7.34%、3.17%。在CK組中，與W0處理相比，W1、W2處理的堿消值分別下降了2.48%、1.70%；在A1組中，與W0處理相比，W1、W2處理的堿消值分別下降了5.97%、9.40%；在A2組中，與W0處理相比，W1、W2處理的的堿消值分別下降了4.77%、18.94%。噴施菌懸液后，對CK、A1、A2處理長寬比、直鏈淀粉含量的影響相對較小。在CK組中，與對照相比，W1、W2處理的堊白度分別下降了5.13%、6.14%；在A1組中，與對照相比，W1、W2處理的堊白度分別下降了8.16%、9.33%；在A2組中，與W0處理相比，W1、W2處理的堊白度分別下降了4.38%、11.40%。各處理中直鏈淀粉含量無顯著差異，其中A1W2和A2W2處理表現(xiàn)較好，分別較CKW0處理增加12.32%、6.16%。由此可見，CK、A1、A2各噴施菌懸液處理能夠增加各堆肥替代化肥處理的蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量，降低堊白度、堿消值。堆肥替代比例梯度不同時(shí)，蛋白質(zhì)含量總體表現(xiàn)為A1處理>A2處理>CK處理。由此可見，堆肥替代10%化肥的效果好于堆肥替代化肥20%的效果，好于堆肥替代化肥的CK處理。

2.4 堆肥替代不同處理間噴施菌懸液微生物群落的影響

2.4.1 土壤微生物群落的構(gòu)成組成分析 在屬水平上，進(jìn)一步分析按W1、W2處理噴施菌懸液后土壤群落組成的差異。由圖2可知，噴施2種菌懸液后，作物間土壤細(xì)菌的相對豐度存在顯著差異的均不超過11%，其中>5%的屬主要是SBR1031、norank_f_Vicinamibacterales、MND1、norank_f_Anaerolineaceae等。

與W2處理相比，在噴施固氮螺菌懸液的土壤細(xì)菌群落中，Candidatus Udaeobacter、SBR1031、norank_f_Vicinamibacterales、norank_f_Acidobacteriales、norank_f_Anaerolineaceae、RB41、norank_f_Pedosphaeraceae的相對豐度顯著提高，其中Candidatus Udaeobacter、norank_f_Anaerolineaceae的相對豐度提高了2～3倍，其余菌屬的相對豐度增幅為37.2%～184.5%。

與W1處理相比，噴施復(fù)合菌懸液的土壤細(xì)菌群落中MND1、norank_f_Gemmatimonadaceae、SC-I-84、Bryobacter、norank_f_Roseiflexaceae、norank_f_Xanthobacteraceae、Sideroxydans的相對豐度顯著提高，其中MND1、SC-I-84的相對豐度提高了2～3倍，其余細(xì)菌屬的相對豐度增幅為22.8%～168.6%。

2.4.2 不同處理間細(xì)菌的豐富度和多樣性 在不同處理噴施菌懸液條件下，分別采用Chao1、ACE指數(shù)和香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)表征各施肥處理的土壤細(xì)菌群落豐富度、多樣性。表4中結(jié)果顯示，上述指標(biāo)受堆肥替代化肥影響顯著。3個(gè)施肥處理的細(xì)菌群落Chao1、Shannon指數(shù)范圍分別為4 399～6 079、9.84～10.68，且3個(gè)處理影響力排序均為A2處理>[JP]A1處理>CK處理。 堆肥替代比例越高，各施肥處理微生物群落的Chao1、ACE、Shannon指數(shù)均有所提升。例如在CK組中，與W0處理相比，W1、W2處理的Shannon指數(shù)分別提高了10.39%、3.34%；在A1組中，與W0處理相比，W1、W2處理的Shannon指數(shù)分別提高了2.93%、3.81%；在A2組中，與W0處理相比，W1、W2處理的Shannon指數(shù)分別提高了3.53%、1.91%。微生物群落的Chao1、ACE指數(shù)的變化趨勢一致，與對照相比，W1、W2處理的微生物群落的香農(nóng)指數(shù)顯著提高。不同處理之間微生物群落的Simpson指數(shù)的變化范圍雖小，但仍表現(xiàn)為CK處理最低。綜合來看，與CK相比，A1、A2處理均提高了土壤微生物群落功能多樣性，噴施固氮螺菌懸液、復(fù)合菌懸液也能在堆肥替代的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高土壤微生物群落功能的多樣性。

2.4.3 不同施肥處理配施菌劑核心微生物的相關(guān)性分析 在3種不同堆肥替代還田比例基礎(chǔ)上配施菌劑后，對各個(gè)微生物群落進(jìn)行篩選，通過回歸方程計(jì)算出3種相關(guān)性較高的核心微生物。與對照相比，秸稈覆蓋還田同步改變了水稻土壤優(yōu)勢細(xì)菌屬分類水平組成及其相對豐度。在堆肥替代還田噴施菌劑處理的土壤中，根據(jù)3種酶活性與各菌群豐度的相關(guān)性（圖3），分析噴施菌劑后得到的優(yōu)勢細(xì)菌屬，根據(jù)脲酶活性的相關(guān)性分析，在堆肥還田中配施菌劑改變了水稻土壤優(yōu)勢細(xì)菌屬，如norank_f_Xanthobacteraceae、Pseudolabrys、norank_f_Roseiflexaceae 3種優(yōu)勢菌，在蔗糖酶中屬于優(yōu)勢菌屬的有norank_f_Roseiflexaceae、norank_f_Xanthobacteraceae及norank_f_Vicinamibacterales，在過氧化氫酶中屬于優(yōu)勢菌屬皆屬于未定名的菌屬，如[JP]norank_f_Vicinamibacterales、Candidatus Udaeobacter、norank_f_Anaerolineaceae。根據(jù)3種酶活性與微生物群落的相關(guān)性，在堆肥替代還田中噴施菌劑能夠提高土壤微生物群落的相對豐度，得到以下5種優(yōu)勢菌屬：norank_f_Xanthobacteraceae、Pseudolabrys、norank_f_Roseiflexaceae、norank_f_Vicinamibacterales、Candidatus Udaeobacter。

3 討論

使用適當(dāng)比例的堆肥代替化肥，可以顯著提高土壤的有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分、有效養(yǎng)分含量［16-17］。不僅可以減少對化肥的過度使用，還能夠改善土壤肥力，從而提高水稻產(chǎn)量、質(zhì)量等農(nóng)作物指標(biāo)。同時(shí)，這種做法對土壤的酶活性、微生物群落多樣性具有積極影響［18］。研究結(jié)果表明，3種不同比例的堆肥替代化肥還田均能提高土壤養(yǎng)分含量和酶活性［19］，其中以堆肥替代化肥比例為20%的土壤質(zhì)量提升最為明顯。郝小雨等在對黑土的研究中亦發(fā)現(xiàn)，在均衡施肥、配施有機(jī)肥處理下，作物產(chǎn)量總體呈增加趨勢［20］。王其傳等研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑能有效改善土壤理化性質(zhì)，并調(diào)節(jié)土壤微生物生長環(huán)境，促進(jìn)植株生長［21-23］。此外，菌劑的噴施也對土壤質(zhì)量產(chǎn)[CM（21]生了顯著影響，噴施不同菌劑后，土壤微生物群落多樣性增加，酶活性提高，有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量也有所增加，其中微生物固氮螺菌與堆肥替代還田10%處理的表現(xiàn)最好。本研究旨在探究3種堆肥替代化肥后的田地效果，經(jīng)過4年試驗(yàn)，驗(yàn)證了堆肥替代化肥的可行性，并進(jìn)行了微生物菌劑的噴施試驗(yàn)，開展了裂區(qū)試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，3種不同堆肥還田處理進(jìn)行不同菌劑噴施的處理相輔相成，有助于進(jìn)一步提升土壤的有機(jī)質(zhì)含量和養(yǎng)分含量，提高土壤酶活性和微生物群落多樣性。由此可見，在堆肥替代化肥還田的同時(shí)，噴施菌劑可以進(jìn)一步提高土壤質(zhì)量，減少化肥的使用，達(dá)到減輕農(nóng)業(yè)環(huán)境污染的目的。

3.1 不同施肥處理配施菌懸液對水稻產(chǎn)量品質(zhì)的影響

施用化肥是提高作物產(chǎn)量的重要手段，使用堆肥還田替代化肥則可以減少污染，提高土壤有機(jī)質(zhì)以及肥力［24］。范銘等研究發(fā)現(xiàn)，堆肥替代化肥還田能夠有效地改善作物生長，提高水分利用效率從而提高作物的產(chǎn)量，產(chǎn)量較對照提高了29%［25］。本研究表明，堆肥還田能提高水稻千粒重、穗粒數(shù)等指標(biāo)，從而影響水稻產(chǎn)量，與CK相比，A1、A2處理分別使水稻產(chǎn)量提高10.77%、8.56%。微生菌劑由一種或多種微生物細(xì)菌經(jīng)發(fā)酵而來，具有無毒害、無污染的性能，施用菌肥提高了植物及土壤養(yǎng)分含量、養(yǎng)分有效性［26-27］。王婧等研究發(fā)現(xiàn)，菌劑配施無機(jī)肥處理后，0～40 cm土層的含鹽量比對照低36.10%，單施菌肥處理的相應(yīng)含鹽量比對照低28.84%［28］。而本研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌懸液和堆肥替代化肥還田配合施用后，在A1組，與W0處理相比，W1、W2處理的水稻產(chǎn)量分別提高了3.54%、2.85%；在A2組，與W0處理相比，堆肥還田配施菌懸液的W1、W2處理的水稻產(chǎn)量分別提高了2.38%、5.64%，單個(gè)對比堆肥還田效果則是 A1>A2>CK。

3.2 不同施肥處理配施菌懸液對土壤酶活性的影響

土壤酶作用于土壤基質(zhì)并催化其轉(zhuǎn)化進(jìn)程，從而使大量可溶性養(yǎng)分釋放出來。這些養(yǎng)分為植物提供了所需的元素和能量，促進(jìn)了干物質(zhì)的積累。因此，土壤酶對于整個(gè)根際生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性具有重要影響［29-30］。所以，研究土壤酶的特性和功能對于提高土壤養(yǎng)分利用率、增加農(nóng)作物產(chǎn)量以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境都具有重要意義［31］。本研究探討了土壤中不同酶類活性與土壤微生物群落的關(guān)系［32-33］。其中，土壤脲酶能促進(jìn)尿素水解成氨，從而表征土壤中有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化情況［34-35］。這種酶活性受到土壤水分、微生物數(shù)量等因素的影響，并與土壤提供氮素能力有密切關(guān)系［36］。另外，土壤過氧化氫酶活性則與土壤呼吸強(qiáng)度、微生物活動密切相關(guān)，其具體數(shù)值大小能夠反映土壤解除呼吸過程中產(chǎn)生過氧化氫能力的高低。土壤蔗糖酶能夠反映土壤中有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化以及土壤呼吸強(qiáng)度［37-38］。王晶等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田，小麥拔節(jié)期和灌漿期土壤酶活性最大提高了81.72%和137.98%［37］。本研究結(jié)果表明，W1處理的固氮螺菌噴施過后的土壤脲酶和蔗糖酶的活性有提高但不顯著，在灌漿期土壤脲酶和蔗糖酶在A1上分別提高了17.05%、9.69%，W2處理的復(fù)合微生物菌懸液有增幅且較為明顯，在灌漿期的脲酶活性較對照提高32.6%，說明配施固氮螺菌懸液能夠通過提高根際土壤微生物數(shù)量，進(jìn)一步提高根際土壤各種酶活性，進(jìn)而促進(jìn)土壤基質(zhì)轉(zhuǎn)化。但同一菌懸液處理在不同堆肥替換化肥還田間的酶活性增幅差異較大，說明根際土壤酶活性不僅與pH值、溫度和濕度等環(huán)境因素有關(guān)，可能還與不同比例堆肥替代化肥還田的生長需求及其在根際的互作效應(yīng)有關(guān)。通過對固氮螺菌組2個(gè)堆肥還田比例水稻根際土壤中脲酶、過氧化氫酶以及蔗糖酶活性較復(fù)合微生物菌懸液組的增幅進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，施加固氮螺菌懸液對提高20%堆肥替代化肥換田的脲酶、蔗糖酶活性和10%堆肥替代化肥還田過氧化氫酶活性最為有效。

3.3 不同施肥處理間配施菌懸液對微生物群落的影響

在土壤系統(tǒng)中，微生物發(fā)揮著重要的角色，不僅參與和維持物質(zhì)循環(huán)和能量流動，還為地球生態(tài)系統(tǒng)做出了貢獻(xiàn)。它們承擔(dān)著多種重要的生態(tài)服務(wù)功能，如碳氮循環(huán)等。通過使用堆肥替代化肥還田，可為微生物的繁殖提供充足的碳源及氮源，從而影響微生物對碳源的利用，改變微生物群落的結(jié)構(gòu)及多樣性。施肥還能改變土壤的組成和水稻根際環(huán)境，由此直接或間接地改變稻田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。本研究結(jié)果顯示，與CK相比，A1（堆肥替代10%）、 A2（堆肥替代20%）顯著提升了Candidatus Udaeobacter、MND1、norank_f_Anaerolineaceae等的相對豐度，與前人研究發(fā)現(xiàn)相似，在果園中施用有機(jī)肥和生物有機(jī)肥帶入的大量碳源為土壤微生物提供了適宜的生長環(huán)境，提高了土壤微生物多樣性［39］。

噴施固氮螺菌菌懸液后能夠提升土壤微生物豐度，從而增加土壤酶活性，配合堆肥替代還田，兩者相互結(jié)合，可起到提高水稻產(chǎn)量以及品質(zhì)的效果。

4 結(jié)論

整合分析不同堆肥替代化肥比例配施菌懸液對水稻產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成以及土壤微生物學(xué)特性的影響，堆肥替代10%配施固氮螺菌懸液水稻產(chǎn)量比CK提高15.32%，在品質(zhì)方面，蛋白質(zhì)含量堆肥替代化肥10%配施固氮螺菌懸液比CK提高了7.51%，說明秸稈堆肥替代化肥配施菌劑能夠使水稻增產(chǎn)及提高品質(zhì)，在脲酶活性中，A1中W1比W0提高了36.65%。采用高通量測序技術(shù)分析了添加固氮螺菌菌劑秸稈還田后微生物群落多樣性，結(jié)果顯示，細(xì)菌中相對豐度顯著提高的屬群有SBR1031、norank_f_Anaerolieaceae、Candidatus Udaeobacter等。以上結(jié)果說明堆肥替代10%化肥配施固氮螺菌能夠提升土壤的有機(jī)質(zhì)含量和養(yǎng)分含量，提高土壤酶活性和微生物群落多樣性，促進(jìn)水稻生長，達(dá)到化肥減量同時(shí)增產(chǎn)的目的，具有一定的推廣價(jià)值。

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基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號：2022YFD2301402）；安徽省科技重大專項(xiàng)（編號：18030701190）；[JP2]安徽省高校自然科學(xué)基金（編號：KJ2019A0810）；安徽省教育廳2019年度振興計(jì)劃（編號：gxyq2019061）；安徽科技學(xué)院校級自然科學(xué)研究項(xiàng)目（編號：2021zrzd09）；安徽省教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（編號：2022AH051629）。

作者簡介：劉靜文（2000—），女，安徽滁州人，碩士研究生，主要研究秸稈綜合利用。E-mail：m15956086840@163.com。

通信作者：任蘭天，博士研究生，主要從事秸稈綜合利用方面的研究。E-mail：sky1981007@163.com。