長期淹水條件下稻魚復合種養(yǎng)對土壤養(yǎng)分和酶活性的影響

周榆淇，鄒冬生*，王安崠，鄒京辰，鄭志廣，劉沐琦， 張滿云，王華，肖潤林

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，洞庭湖重點實驗室，湖南 長沙 410128；2.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，湖南 長沙 410125）

土壤養(yǎng)分和微生物環(huán)境是影響水稻生長的重要因素，已有研究發(fā)現(xiàn)，稻田復合種養(yǎng)能有效提高土壤肥力，并能提高土壤微生物多樣性[1-2]。傳統(tǒng)的稻魚復合種養(yǎng)農(nóng)業(yè)中，化肥和農(nóng)藥的減少降低了水稻種植的成本，提升農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，也增加了農(nóng)戶的收益[3]，因此稻魚復合種養(yǎng)在2020年被農(nóng)業(yè)部充分肯定，同時該模式的優(yōu)化改進受到了研究人員的關(guān)注[4]。在稻魚復合種養(yǎng)的優(yōu)化研究中，選擇耐淹水的水稻進行深淹水復合種養(yǎng)可以減少傳統(tǒng)稻魚模式對土壤耕作層的破壞和餌料的投入。復合種養(yǎng)長期淹水指水稻移栽后保證田面濕潤，在水稻分蘗結(jié)束后達到水稻能承受的較高淹水深度，同時投魚并保持淹水深度直至收獲。研究發(fā)現(xiàn)長期淹水對土壤環(huán)境會產(chǎn)生負面影響，甚至會影響作物的生 長[5-6]，而巨型稻在耐水淹具有良好的表現(xiàn)，結(jié)合水稻產(chǎn)量探討巨型稻應用于長期淹水復合種養(yǎng)下土壤養(yǎng)分情況和酶活性的影響對于復合種養(yǎng)具有一定的現(xiàn)實意義。

近年來，許多學者對稻漁復合種養(yǎng)進行了不同針對性的研究，大部分使用的是傳統(tǒng)水稻或者雜交水稻進行傳統(tǒng)的稻漁復合種養(yǎng)研究，對長期深淹水這一模式研究較少。在不同類型稻漁復合種養(yǎng)中，魚類對稻田土壤影響各不相同。Hu等[7]發(fā)現(xiàn)稻魚模式中，魚類排泄物中的氮可被水稻直接利用。馬薇薇等[8]發(fā)現(xiàn)稻魚模式下土壤有機質(zhì)顯著高于水稻單作處理，稻魚處理TN含量比單作高34.44%；林利紅等[9]發(fā)現(xiàn)稻蟹模式下，稻蟹模式成熟期土壤TN比單作高7.84%；厲寶仙等[10]發(fā)現(xiàn)稻蝦模式下土壤銨態(tài)氮和有效磷分別增加了24.16%和48.10%，土壤硝態(tài)氮有所下降，且水稻產(chǎn)量有所降低；周雪芳等[11]發(fā)現(xiàn)，稻蛙模式下土壤微生物數(shù)量、酸性磷酸酶（ACP）活性均顯著高于對照田；佀國涵等[12]發(fā)現(xiàn)0~50 cm的土層中，稻蝦共作模式的土壤微生物群落 McIntosh 指數(shù)顯著高于中稻單作模式，隨著土壤深度的增加，稻蝦模式土壤SOC和TN含量顯著下降；王昂等[13]發(fā)現(xiàn)養(yǎng)蟹能提高0~10 cm土壤脫氫酶、蛋白酶和UR活性。研究發(fā)現(xiàn)在稻田魚類庇護所不超過稻田面積10%的情況下，稻田養(yǎng)魚對水稻產(chǎn)量無顯著影響，稻米品質(zhì)有了顯著的提 高[3,14]。由此可見，稻田復合種養(yǎng)不僅能改善土壤質(zhì)量，也能提高農(nóng)民經(jīng)濟收益。

“巨型稻”是通過突變體的篩選、秈粳及野生稻遠緣雜交、聚合定向選育而獲得的新型水稻，具有植株高大、耐淹水等優(yōu)勢，能為魚類提供遮陰避涼和棲息場所。巨型稻的生長發(fā)育需要更多的營養(yǎng)，然而盲目的施肥會導致肥力流失從而污染環(huán)境。巨型稻和魚結(jié)合種養(yǎng)后，魚類日?；顒幽転榈咎锿寥姥a充肥料，也能降低水稻和雜草之間的競爭關(guān)系，降低農(nóng)戶挖溝施肥的投入和水體面源污染的風險，但是長期大量的蓄水是否對稻田土壤環(huán)境產(chǎn)生不利影響尚不清楚。因此，為了明確稻魚復合種養(yǎng)長期淹水對土壤養(yǎng)分、微生物生物量和酶活性的影響，本研究選取“巨型稻”和“稻花鯉”復合種養(yǎng)為試驗對象，于2020—2021年進行復合種養(yǎng)田間定位試驗，以傳統(tǒng)干濕交替為對照，設置淹水30 cm不養(yǎng)魚和淹水30 cm養(yǎng)魚共3個處理，傳統(tǒng)干濕交替處理依照當?shù)剞r(nóng)戶淹水曬田交替的方式管理，淹水處理在分蘗期后淹水至30 cm并保持至魚類收獲，測定不同處理分蘗期（淹水前）、拔節(jié)期（短期淹水）和成熟期（長期淹水）土壤碳氮磷含量、微生物量碳氮磷含量和土壤相關(guān)酶活性，分析不同處理之間差異，探討長期淹水條件下稻魚復合種養(yǎng)對土壤養(yǎng)分、微生物生物量和土壤相關(guān)酶活性的影響并對長期淹水稻魚復合種養(yǎng)模式作出評價，進而為稻魚復合種養(yǎng)農(nóng)田養(yǎng)分調(diào)控、土壤可持續(xù)利用和種養(yǎng)模式的改進提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況和供試材料

本研究于2020—2021年在湖南省長沙縣金井鎮(zhèn)開展，試驗地選自中國科學院長沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀測研究站中的稻田生態(tài)種養(yǎng)試驗和示范園區(qū)稻田（112°52′~113°35′ E，27°59′~28°42′ N）。試驗地海拔高度為45~50 m，區(qū)內(nèi)為典型亞熱帶濕潤季風氣候，從農(nóng)業(yè)氣象大數(shù)據(jù)系統(tǒng)查閱兩年內(nèi)種植水稻時段（6月—10月）日平均溫度為25.4 ℃，月平均降水量和日照時數(shù)分別為166.0 mm和153.2 h。供試稻田土壤為水稻土，母質(zhì)為河流沖積物。2020年土壤基礎理化性質(zhì)為：SOC含量為16.72 g/kg，TN含量為1.87 g/kg，總磷（TP）含量為0.34 g/kg，pH為5.6。

供試巨型稻（暫未通過審定，僅試驗使用）從2011年開始進行多區(qū)生產(chǎn)性試驗，身形筆挺，穗長粒多，圓潤飽滿，平均株高1.7米左右，最高達到2米以上，平均一株有35個左右的稻穗，每穗300~500粒，單季產(chǎn)量在不同地區(qū)可達7.5~15 t/hm2，發(fā)芽40天左右進入分蘗期，分蘗結(jié)束后40天左右開始孕穗，需要60天左右成熟，全生育期在150天左右。魚類為南方地區(qū)常見“稻花鯉”，長沙魚苗市場購買，底棲雜食性魚類，葷素兼食，適應性強，新陳代謝速度快。

1.2 試驗設計

供試巨型稻連續(xù)兩年（2020年和2021年）按中稻季節(jié)栽培，以正常干濕交替為對照（CK），設深淹水30 cm不養(yǎng)魚（UR30）和養(yǎng)魚（URF30）共3 個處理；每個處理三次重復，按隨機區(qū)組方式排列，每個處理小區(qū)面積為100 m2。每個小區(qū)有獨立的進水 和出水口，以保證重復的水環(huán)境一致且有相互獨立。稻田于6月中旬整田插秧，插秧規(guī)格為每穴2株基本苗，株距為50 cm，行距為50 cm。所有處理整地時，以復合肥的形式按照氮磷鉀比例1∶0.5∶1.3施入氮肥150 kg/hm2、磷肥75 kg/hm2、鉀肥為195 kg/hm2，后期不追加肥。水稻移栽后至返青期保持田面濕潤，分蘗期結(jié)束時灌水至30 cm，從拔節(jié)期開始至成熟期保持淹水30 cm。在灌水的同時放養(yǎng)每尾為50 g左右的鯉魚，放養(yǎng)密度為2尾/m2，不進行投餌，水稻收割時養(yǎng)魚處理排出一半水，其他兩個處理全部排出，收割水稻稻穗部位，隨后在URF30處理進行收魚，剩余部分留在稻田中還田。

在水稻分蘗期（淹水前）、拔節(jié)期（短期淹水）、成熟期（長期淹水）對試驗區(qū)采用五點采樣法采集耕作層（0~20 cm）土壤樣品，去除雜質(zhì)，混勻均分，取適量成熟期土壤風干磨細后過100目篩，用于測定土壤SOC、TN和TP；取適量所有時期土壤樣品貯藏在4 ℃冰箱，用來測定土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷；剩余土壤放入-80 ℃冰箱保存，用于測定微生物量碳氮磷含量和酶活性。

1.3 測定項目與方法

土壤SOC用重鉻酸鉀氧化—硫酸亞鐵滴定法測定；土壤TN用半微量凱氏法測定[15]；土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用2 mol/L的KCl溶液振蕩浸提過濾后，浸提液直接由連續(xù)流動分析儀測定[16]；土壤TP用硫酸—高氯酸消煮后定容過濾，有效磷用0.5 mol/L 碳酸氫鈉浸提過濾后，直接由連續(xù)流動分析儀測 定[17]；土壤MBC在氯仿熏蒸后使用重鉻酸鉀氧化—硫酸亞鐵滴定法測定，土壤MBN在氯仿熏蒸后使用硫酸鉀浸提，流動分析儀測定，土壤微生物量磷（MBP）在氯仿熏蒸后使用碳酸氫鈉浸提，流動分析儀測定[18]。

土壤BG活性采用對硝基酚（PNP）法測定[19]，土壤UR活性采用苯酚—次氯酸鈉比色法測定[20]，土壤ACP活性采用對硝基酚（PNP）法[19]，土壤BG活性和ACP活性以每天每克干土催化產(chǎn)生的對硝基苯酚的微克數(shù)（μg p-nitrophenol/g dry soil/d）來表示，土壤UR活性以每天每克干土催化產(chǎn)生的對銨態(tài)氮的微克數(shù)（μg NH4+-N/g dry soil/d）來表示。

水稻相關(guān)指標計算：實際水稻籽粒產(chǎn)量在收割時稱重；魚獲在捕撈時統(tǒng)一稱重；水稻干物質(zhì)在成熟期使用五點采樣法對每個小區(qū)進行五株水稻進行采樣烘干統(tǒng)計，同時計量根系長度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

參考劉銀等[21]的研究，土壤酶活性幾何平均值計算方法為：

式中：F為土壤酶活性幾何平均值（μg/g dry soil/d），U1、U2和U3分別為BG活性、UR活性和ACP活性。

酶化學計量學是C、N、P獲取酶的活性比，利用BG、UR和ACP三種和碳氮磷轉(zhuǎn)化相關(guān)酶的化學計量學進行矢量分析（矢量長度和矢量角度），進而檢驗土壤微生物相對養(yǎng)分限制情況，矢量長度越長表示受到的碳限制強度越強，反之越??；矢量角小于45°或大于45°分別表示氮或磷限制。矢量長度（VL，無量綱）和矢量角度（VA，°）的計算方法[22-24]為：

采用Excel2019和SPSS21.0統(tǒng)計軟件對各處理下相同年份不同測定指標進行單因素方差分析，檢驗不同處理相同時期與相同處理不同時期之間的差異顯著性（α=0.05）。

2 結(jié)果和分析

2.1 土壤碳氮磷總量和土壤元素計量比分析

土壤碳氮磷是稻田土壤養(yǎng)分的重要組份，也是稻田養(yǎng)分循環(huán)和稻田生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)因子，它的含量對土壤中微生物和有效養(yǎng)分等物質(zhì)有不同的影響，同時土壤碳氮磷比能有效表征土壤質(zhì)量水平和土壤碳氮磷平衡狀態(tài)。兩年試驗結(jié)果顯示，URF30處理土壤SOC和TN含量在成熟期均顯著高于CK和UR30處理（P＜0.05），且該處理SOC和TN含量在試驗中逐年增加（表1）；URF30處理土壤SOC含量2020年成熟期比試驗前增加了11.66%，2021年較2020年增加了12.05%；URF30處理土壤TN含量2020年成熟期比試驗前增加了13.9%，2021年較2020年增加了16.43%；所有處理TP含量在成熟期無顯著差異，各處理TP含量相比試驗開始前逐年下降。

表1 不同處理成熟期土壤中有機碳、總氮和總磷含量和計量比Table 1 Contents and stoichiometric ratios of soil organic carbon, total nitrogen and total phosphorus across the treatments at maturity stage

通過計量比分析發(fā)現(xiàn)，兩年試驗中所有處理碳氮比無顯著差異，體現(xiàn)了土壤中SOC和TN的穩(wěn)定性；連續(xù)兩年試驗中土壤碳氮比呈下降趨勢。URF30處理土壤碳磷比和氮磷比在兩年試驗中均顯著高于UR30處理和CK處理（P＜0.05）。各處理2021年土壤碳磷比和氮磷比均高于2020年，在碳氮比較為穩(wěn)定的情況下，土壤中磷元素含量的降低是導致碳磷比和氮磷比增加的主要原因。

2.2 土壤有效養(yǎng)分含量分析

稻田土壤有效養(yǎng)分能直接為水稻提供營養(yǎng)物質(zhì)，是反映土壤肥力的一個重要指標。本試驗在分蘗期結(jié)束時達到試驗要求水位，隨著淹水深度的增加和魚類的加入，土壤中結(jié)構(gòu)受到淹水和魚類擾動的影響，此時有效態(tài)的變化較為明顯。由表2可知，在連續(xù)兩年試驗中，UR30和URF30處理土壤銨態(tài)氮含量均呈先上升后下降的趨勢；URF30處理土壤銨態(tài)氮含量連續(xù)兩年從分蘗期到拔節(jié)期顯著增加 （P＜0.05），在長期淹水后顯著下降（P＜0.05），且URF30處理在拔節(jié)期和成熟期的土壤銨態(tài)氮含量均高于UR30處理。所有處理硝態(tài)氮含量連續(xù)兩年均呈下降趨勢，在水稻生育期前后下降顯著（P＜ 0.05）；短期淹水后，所有處理土壤硝態(tài)氮含量顯著下降（P＜0.05），并在長期淹水后無顯著變化；養(yǎng)魚處理土壤硝態(tài)氮含量在拔節(jié)期和成熟期均小于不養(yǎng)魚處理，但均不具有顯著差異。土壤有效磷含量總趨勢和硝態(tài)氮含量一致，連續(xù)兩年呈下降趨勢；2020年短期淹水后養(yǎng)魚處理有效磷含量顯著高于不養(yǎng)魚處理（P＜0.05），但在長期淹水后無顯著差 異；2021年短期淹水后養(yǎng)魚處理有效磷含量高于不養(yǎng)魚處理，但不具有顯著差異，而在長期淹水后仍然高于不養(yǎng)魚處理。

表2 不同處理土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和有效磷含量變化Table 2 Changes of soil ammonium nitrogen, nitrate nitrogen and available phosphorus contents across the treatments

2.3 土壤微生物量碳氮磷含量與酶活性分析

土壤微生物指土壤中體積小于5×10-3μm3的生物總量，主要有細菌、真菌等，并且能夠有效表征土壤養(yǎng)分循環(huán)微動態(tài)，是生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要環(huán)節(jié)。由表3可知，兩年試驗中，土壤微生物量的變化在水稻整個生育期較大，但URF30處理土壤微生物量碳氮磷含量連續(xù)兩年均呈先上升后下降的趨勢，并在拔節(jié)期高于UR30處理。淹水處理MBC在成熟期均顯著低于CK處理（P＜0.05），這說明干濕交替更有利于稻田土壤好氧微生物的生存和繁殖；養(yǎng)魚處理土壤MBC在短期淹水和長期淹水后均高于不養(yǎng)魚處理，說明魚類能一定程度增加土壤MBC含量。

表3 不同處理土壤微生物量碳氮磷含量變化Table 3 Changes of soil microbial biomass C, N and P contents across the treatments

CK處理土壤MBN含量在2020年呈上升趨勢，但在2021年較為穩(wěn)定；URF30處理土壤MBN含量在拔節(jié)期和成熟期均高于UR30，且UR30處理土壤MBN含量在水稻生育期前后顯著下降（P＜ 0.05），UR30處理2020年和2021年土壤MBN含量在長期淹水后分別下降146.9%和55.8%。CK處理MBP含量在水稻生育期前后無顯著差異；UR30處理土壤MBP含量在兩年中表現(xiàn)相反，2020年UR30 處理MBP含量在短期淹水后顯著降低（P＜0.05），而2021年在短期淹水后顯著上升（P＜0.05）；URF 30處理土壤在短期淹水后MBP含量顯著增加（P＜ 0.05），但在長期淹水后顯著下降（P＜0.05），且均顯著大于CK處理（P＜0.05）。

土壤酶活性能指示土壤微生物的活性，酶幾何平均值也是土壤微生物質(zhì)量的一類評價指標，兩者都能間接表示生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分的變化趨勢。由表4可知，2020年CK和URF30處理土壤BG活性在水稻整個生育期顯著下降（P＜0.05），而UR30處理前后無顯著變化；2021年與2020年趨勢一致，其中CK處理前后差異顯著（P＜0.05），而URF30和UR30處理差異不顯著；短期淹水后，CK和URF30處理土壤BG活性均有不同程度的下降，而URF30處理在長期淹水后無顯著變化；URF30處理土壤BG活性連續(xù)兩年均在成熟期低于UR30處理。CK處理和UR30處理土壤UR活性在2020和2021年在水稻生育期前后均無顯著差異；而URF30處理土壤UR活性在2020年顯著下降（P＜0.05），在2021年下降不顯著；2020年淹水處理UR活性在分蘗期到拔節(jié)期顯著下降（P＜0.05），而2021年淹水處理土壤UR活性在拔節(jié)期時與分蘗期無顯著差異，可能是第一年在分蘗末期淹水土壤的銨態(tài)氮含量較2021年更高，銨態(tài)氮的負激發(fā)效應較強。CK處理土壤ACP活性連續(xù)兩年均呈上升趨勢，在2020年試驗中成熟期土壤ACP活性顯著高于分蘗期（P＜0.05），而在2021年成熟期土壤ACP活性比分蘗期高出10.72%，但不具有顯著差異；URF30處理土壤ACP活性連續(xù)2年在拔節(jié)期和成熟期均高于UR30處理，僅2020年成熟期差異不顯著。

表4 不同處理土壤酶活性變化Table 4 Changes of soil enzyme activities across the treatments

各處理土壤酶活性幾何平均值在連續(xù)的水稻試驗下呈上升趨勢，URF30處理酶活幾何平均值連續(xù)兩年均高于CK和UR30處理，并與CK處理差異顯著（P＜0.05，表5）。UR30處理連續(xù)兩年均大于CK處理，但不具有顯著差異。

表5 不同處理酶活性幾何平均值（μg/g dry soil/d）Table 5 Geometric mean values of soil enzymes across the treatments

2.4 土壤酶活性的矢量分析

土壤微生物酶化學計量可以表征土壤微生物養(yǎng)分利用和養(yǎng)分需求，同時體現(xiàn)土壤養(yǎng)分的有效性。由表6可知，CK和URF30處理土壤微生物碳限制在2020年和2021年均呈下降趨勢，2020年在水稻生育期前后下降顯著（P＜0.05），2021前后無顯著差異；UR30處理土壤微生物碳限制在2021年呈增加趨勢。URF30處理連續(xù)兩年在拔節(jié)期受到的碳限制均小于UR30處理，并在長期淹水后未發(fā)生改變。通過分析圖1不同處理土壤微生物受到的氮限制和磷限制發(fā)現(xiàn)，兩年連續(xù)試驗中UR30和URF30處理土壤微生物在分蘗期均受到氮限制，并在拔節(jié)期轉(zhuǎn)變?yōu)榱紫拗?，長期淹水后回歸氮限制，CK處理連續(xù)兩年土壤微生物在水稻分蘗期和拔節(jié)期均受到氮限制。

表6 土壤微生物酶化學計量學中矢量長度變化Table 6 Vector length variation in soil microbial enzyme stoichiometry

圖1 土壤微生物酶化學計量學中矢量長度和矢量角度 的變化Fig.1 Changes in vector length and vector Angle in soil microbial enzyme stoichiometry

2.5 稻魚復合種養(yǎng)水稻和魚類相關(guān)指標分析

稻田養(yǎng)魚目的是使谷物增產(chǎn)，并利用現(xiàn)有的水環(huán)境養(yǎng)育魚類，在不追加化肥和噴灑農(nóng)藥的情況下，保證水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定并增加額外收益。分析并討論不同復合種養(yǎng)模式下水稻和魚類的產(chǎn)量，是比較不同模式優(yōu)劣的第一要素，從而一定程度能夠推動稻魚復合種養(yǎng)的發(fā)展。將不同處理兩年試驗水稻和魚類相關(guān)指標列于表7。結(jié)果顯示，2020年各處理水稻產(chǎn)量無顯著差異，在養(yǎng)分的積累下，2021年URF30處理水稻產(chǎn)量顯著高于其他處理（P＜ 0.05）。兩年魚產(chǎn)量分別為(2 612.70±53.41) kg/hm2和(2 773.95±82.05) kg/hm2。相比投入魚苗的重量，2020年鯉魚重量增長了280%，2021年鯉魚重量增長了266.67%。養(yǎng)魚處理水稻干物質(zhì)均高于不養(yǎng)魚處理，但不具有顯著差異。CK處理水稻根系比其他兩個處理更長，這可能是干濕交替對水稻根系的呼吸作用有一定促進作用，各處理根系長度均超過了30 cm，但無顯著差異。經(jīng)濟系數(shù)主要由水稻的基因決定，連續(xù)兩年各處理經(jīng)濟系數(shù)分布在44.31%~47.66%，處理之間不具有顯著差異。

表7 不同處理水稻和魚類相關(guān)指標Table 7 Related indexes of rice and fish across the treatments

3 討論

3.1 稻魚復合種養(yǎng)對土壤碳素和相關(guān)微生物因子的影響

連續(xù)兩年研究發(fā)現(xiàn)URF30處理成熟期土壤SOC含量顯著高于不養(yǎng)魚處理，說明養(yǎng)魚在一定程度上能增加土壤SOC，有研究發(fā)現(xiàn)稻田中魚類的排泄物增加了土壤中有機物的積累[14,25]，主要是魚類在捕食過程中將水體中的浮游生物和一些雜草攝入體內(nèi)，快速消化并隨排泄物沉降入土壤中。浮游生物和雜草的生長會吸收水體與土壤中的養(yǎng)分，魚類的捕食相當于將固定在這些食物中的養(yǎng)分重新歸還給土壤和水體。同時稻田養(yǎng)魚能增加土壤孔隙中的水分含量，造成土壤通氣性下降，導致土壤中的有機物在缺氧條件下分解緩慢，SOC逐漸積累[26]。

土壤碳氮比值低表示有機質(zhì)處于較快的礦化狀態(tài)[27]，養(yǎng)魚處理土壤有機質(zhì)的積累是導致土壤碳氮比值提高的主要原因，這與本文研究結(jié)果一致。本試驗中養(yǎng)魚處理水稻生物量大于其他處理，其還田量也高于其他處理，秸稈還田會增加土壤SOC含量，提高了能量利用率。本試驗研究發(fā)現(xiàn)淹水對MBC有一定的抑制作用，通過酶化學計量學分析可知，養(yǎng)魚處理中微生物碳限制最弱，說明魚類排泄物對SOC的補充能有效減緩MBC在淹水環(huán)境中受到的抑制作用，進而導致微生物之間的碳競爭較低。BG是一種植物在適應脅迫情況下分泌的酶[28]，前期水稻移栽的環(huán)境改變和后期的淹水都會使水稻受到脅迫，導致水稻植株分泌的BG增加并進入土壤，而后期隨著水稻的生長和對淹水的適應，分泌的BG減少。

3.2 稻魚復合種養(yǎng)對土壤氮素和相關(guān)微生物因子的影響

連續(xù)兩年研究發(fā)現(xiàn)URF30處理成熟期土壤TN含量顯著高于不養(yǎng)魚處理，說明養(yǎng)魚處理在一定程度上能補充土壤TN含量，有研究發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)1 kg鯉魚，會有34.6 g氮和43.1 g磷重新進入土壤或者水體[29-30]，與SOC一樣，魚的加入會減少稻田中其他動植物對土壤養(yǎng)分的吸收，間接性的對土壤養(yǎng)分有一定的保持作用，同時第一年的秸稈對稻田TN含量也有一定的補充作用。本研究發(fā)現(xiàn)稻田土壤銨態(tài)氮含量在分蘗期灌水放魚后上升，硝態(tài)氮含量呈下降趨勢，稻田淹水后，土壤毛細管內(nèi)部空氣擴散，土壤團聚體遭到破壞，活性有機氮被釋放，土壤微生物活性提高，有機質(zhì)礦化分解產(chǎn)生銨態(tài)氮等無機鹽的速率增加[31-32]，本研究中各處理氮磷比在成熟期均小于表征土壤氮素缺乏的最小比值14，說明長期淹水后稻田氮素處于較快的礦化作用中，導致土壤氮素缺乏[33]。

研究結(jié)果顯示養(yǎng)魚處理UR活性在拔節(jié)和成熟期均低于不養(yǎng)魚處理，而MBN含量高于不養(yǎng)魚處理。養(yǎng)魚和淹水均能增加銨態(tài)氮含量，此時銨態(tài)氮對土壤微生物的供給處于飽和狀態(tài)，結(jié)合酶活性矢量分析也發(fā)現(xiàn)淹水處理土壤微生物在淹水后的拔節(jié)期并未受到氮限制，但在成熟期受到氮限制，這與土壤銨態(tài)氮含量在成熟期顯著下降趨勢相對應。已有研究發(fā)現(xiàn)UR活性和銨態(tài)氮也存在著負激發(fā)效應，UR活性在銨態(tài)氮濃度增加到峰值后會減弱[34-35]，這與本研究研究結(jié)果一致。由于淹水環(huán)境硝化反應受到抑制，硝態(tài)氮的含量呈一個下降趨勢，并在連續(xù)兩年的試驗中淹水處理硝態(tài)氮含量逐年降低。

3.3 稻魚復合種養(yǎng)對土壤磷素和相關(guān)微生物因子的影響

在魚的排泄物中，磷元素的含量會高于氮元素的含量[29]，但是本研究中TP含量并未顯著增加，可能是磷元素在排泄物沉降過程中易溶于水體。王子琬和梁新強[36]研究發(fā)現(xiàn)土壤呈還原性會增加磷鹽的溶解性，在某種程度上也使土壤閉蓄態(tài)磷釋放，導致土壤中磷更易流失，導致試驗中土壤TP含量相對于初始值更低。MBP呈先上升后下降的趨勢，主要是前期分蘗期水稻根系生長迅速，根系分泌物和脫落物的增加導致微生物生長；但在成熟期后對養(yǎng)分需求較低，根系分泌物減少，MBP下降[37]。聶小軍等[38]研究發(fā)現(xiàn)高水平土壤碳磷比會導致微生物在分解有機質(zhì)的過程中存在磷受限，本研究中碳磷比均超過49，符合高碳磷比的情況，說明植物和土壤微生物呈養(yǎng)分競爭狀態(tài)，這與本研究矢量分析中淹水后土壤微生物受到的磷限制一致。土壤TP大部分不能被動植物利用，需要磷酸酶進行分解轉(zhuǎn)化，本實驗中土壤TP含量較低，土壤中有效磷含量也呈下降趨勢，水稻在拔節(jié)期對氮磷需求量增加，有效磷的減少刺激微生物和水稻植株釋放更多ACP來分解土壤中無機磷來補充自身需求。成熟期發(fā)現(xiàn)ACP活性在不養(yǎng)魚處理之間無顯著差異，說明在后期水稻對磷元素需求較少后，土壤微生物磷限制解除，ACP活性也趨于穩(wěn)定，這和MBP趨勢一致[39]。

4 結(jié)論

研究表明，巨型稻在長期深淹水復合種養(yǎng)中表現(xiàn)良好。在連續(xù)的兩年試驗中，養(yǎng)魚處理土壤有機碳和總氮含量隨著年限增加，有效養(yǎng)分、微生物量和酶幾何平均值優(yōu)于水稻單作處理；水稻籽粒產(chǎn)量在2021年試驗中顯著高于其他處理，搭配后期魚獲，能有效提高農(nóng)戶收益，該模式具有一定的實踐意義。

試驗證明了長期淹水對于土壤存在負面影響，淹水處理中微生物活性受到抑制，表現(xiàn)為土壤微生物量氮在淹水后顯著下降。土壤各項營養(yǎng)元素和相應的酶的關(guān)系密切，本研究中脲酶活性和銨態(tài)氮之間的負反饋調(diào)節(jié)在淹水后表現(xiàn)顯著；β-葡萄糖甘酶的下降趨勢和有效磷缺乏時酸性磷酸酶活性的增強也能體現(xiàn)巨型稻在深淹水后對環(huán)境的適應性。通過土壤微生物的酶化學矢量分析表明，土壤微生物在水稻拔節(jié)期會受到磷限制，是否水稻會受到磷限制還有待研究。

大多數(shù)大田實驗周期長達5年甚至更長年限，而復合種養(yǎng)模式也需要長期的優(yōu)化和改善，長時間下不同種植模式、養(yǎng)魚密度和種植密度等一系列的試驗是促進復合種養(yǎng)推廣的重要環(huán)節(jié)，能為我國糧食安全起到重要保障。