稻蟹共生系统稻田水-土界面微生物群落结构特征

【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—2cm)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。