水稻（Oryza sativa L.）属禾本科稻属一年生草本植物^[1]，是世界三大粮食作物之一。联合国粮农组织的统计数据表明，中国是世界上主要的水稻种植国和生产国^[2]，其种植面积和产量分别占全球的 18.31% 和 28.01%。适量施用化肥可提高农业生产率^[3]，但为实现高产而过量施用化肥则会引发一系列环境问题，如水体富营养化和土壤盐碱化^[4]。我国盐碱土总面积高达 9913 万 hm²，其中盐碱耕地面积约为 920.9 万 hm²，占我国耕地总面积的 6.62%^[5-6]。土壤盐碱化不仅会降低土壤的保肥能力，同时还会抑制植物对养分的吸收^[7]，严重制约了农业可持续发展。因此，在保证作物高产稳产的基础上，调整和优化施肥结构以实现盐碱地改良成为亟待解决的重点问题。

盐碱地改良措施主要为物理、化学、水利和生物改良^[8]。相较于其他方法，化学改良措施具有可操作性强、效果显著、见效快等优点^[9-10]。因此，化肥减量配施化学改良剂是改善土壤理化性质、增加土壤肥力的一种有效方法。大量研究表明，化肥减量配施化学改良剂可有效改善盐碱土壤理化性质并提高作物产量。如李菊等^[11]研究表明，化肥减量 30% 配施生物有机肥可显著增加松花菜产量、生物量，提高肥料利用率。王春霞等^[12]选取滨海盐碱耕地进行研究，发现 50% 化肥与 50% 食用菌菌糠配施的改良效果最佳，在降低土壤 pH 值及碱化度的同时提高了土壤肥力。刘小媛等^[6]研究结果表明，化肥减量配施黄腐酸可显著降低土壤盐分含量，并提高冬小麦产量及氮、磷素吸收效率和偏生产力。

近年来，关于化肥减量配施技术对于盐碱地土壤理化性状和产量影响的研究较多，但将二者与土壤细菌群落相结合运用到盐碱土壤改良中的研究较少。本文以盐碱稻田土壤为研究对象，通过连续两年的田间试验，研究化肥减量配施技术对盐碱土壤理化性质、细菌群落及水稻生长的影响，以期为盐渍化土壤改良及作物生产提高提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于 2020 和 2021 年水稻生育期内（5— 10 月）进行，位于河北省唐山市滦南县柏各庄镇 （39°20′ N，118°30′ E），属暖温带半湿润大陆性季风气候区，年均气温 9～21℃，年降水量 431.01 mm。试验地土壤为潮土，0～20 cm 土壤 pH 7.87，有机质 12.13 g/kg，全氮 0.91 g/kg，有效磷 14.53 mg/kg，速效钾 138 mg/kg，缓效钾 418 mg/kg，可溶性盐 1.35 g/kg。

1.2 试验设计

试验采用随机区组试验设计，重复 3 次，共 15 个小区。每个小区面积 167.0 m²，株距 15 cm，行距 40 cm，各小区间设 2 m 的保护行。共设置 5 个处理：（1）100% 化肥处理（CF）；（2）化肥减量 20%（RF）；（3）化肥减量 20% 配施有机肥 （OF）；（4）化肥减量 20% 配施土壤调理剂（SC）； （5）化肥减量 20% 配施功能肥（FF）；具体施肥设计详见表1。

整个生育期内水稻共追肥 4 次，第 1 次追施硫铵（N 21%）300 kg/hm²，第 2 次尿素（N 46%）225 kg/hm²，第 3 次复合肥（19-19-19）225 kg/hm²，第 4 次尿素（N 46%）75 kg/hm²。将普通有机肥作基肥，旋耕 15 cm 后施入。

供试水稻品种为东北品种‘1747’。供试肥料及改良剂：48% 缓释复合肥（26-13-15）、有机肥（N+P₂O₅+K₂O ≥ 5%，有机质≥ 45%）、土壤调理剂（有机物 85%，易氧化有机物≥ 20%，有机质≥ 75%）、有机硅功能肥（N+P₂O₅+K₂O ≥ 15%，有机质≥ 45%，活性硅≥ 3%，黄腐酸≥ 1%）。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 水稻农艺性状测定

参照《水稻种质资源描述规范和数据标准》^[13]，于水稻成熟期进行株高、穗长、叶片数测定；各小区收获中间 1 m² 水稻植株，单打单晒，随后进行穗粒数、千粒重测定，并进行测产。

1.3.2 土壤样品采集与测定

水稻收获前 5 d（分别为 2020 年 10 月 16 日、 2021 年 10 月 15 日），根据 5 点取样法采集各处理 0～20 cm 土壤，混匀后风干过 1.5 mm 筛，用于土壤理化性质测定。土壤理化性质的测定参照《土壤农化分析》^[14]，土壤 pH 采用哈希 HQ411d pH 计 （水土比为 2.5∶1），有机质采用重铬酸钾-浓硫酸氧化法，全氮采用凯氏蒸馏法，有效磷采用钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法，缓效钾采用热硝酸浸提-火焰光度法，可溶性盐采用电导率法（DS-12A 型）。

将 2021 年 10 月 15 日采集的土壤样品分出一部分，放入液氮中带回实验室，保存于-80℃冰箱用于土壤 DNA 提取。采用 OMEGA 试剂盒提取土壤微生物总 DNA，对 DNA 进行质量、浓度检测，将合格 DNA 保存于-80℃用于 PCR 扩增^[15]。采用引物 338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′） 和 806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′） 进行 PCR 扩增。lllumina Miseq 测序服务由上海美吉生物医药科技有限公司完成。

1.4 数据统计与分析

通过 Excel 2019 进行数据统计，并利用 R Studio 9.0 进行绘图；使用 SPSS 19.0 进行双因素方差分析、LSD 法多重比较，检验各处理间的差异显著性（P<0.05），采用 Spearman 进行相关性分析；使用 Mothur 软件计算土壤细菌 Alpha 多样性指数。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理下土壤理化性质分析

2.1.1 不同施肥处理对土壤理化性质的影响

由表2 可知，2021—2022 年各施肥处理 0～20 cm 土层各养分指标含量均有不同程度地提高。连续两年，OF、SC、FF 处理的 pH 均显著低于其余处理，且 SC 处理最低；相较于 CF、RF 处理，OF、SC、FF 处理增加了土壤全氮、土壤有机质、缓效钾含量，其中全氮含量在各处理间无显著差异（P>0.05）。土壤有效磷、速效钾含量在 OF 处理中最高，两年平均土壤有效磷、速效钾含量较其余处理分别显著增加了 15.72%～20.17%、13.52%～18.88%。2020 年各处理间土壤可溶性盐含量无显著差异，2021 年 RF、SC和 FF 处理可溶性盐含量均显著低于 CF 处理。以上分析表明，与 RF 相比，OF 处理可显著提高两年度土壤有效磷和速效钾含量，SC 处理对降低土壤 pH、可溶性盐含量效果最佳。双因素方差分析表明（表2），不同施肥处理和年份对土壤有机质、有效磷、速效钾、缓效钾含量存在显著影响，施肥处理和年份交互作用对土壤 pH、有机质含量影响存在极显著影响。

注：同一年份下不同处理间标以不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.1.2 不同施肥处理对土壤盐基离子含量的影响

由表3 可知，2020 年，FF 处理的 Na⁺ 含量低于其余处理；与 CF 处理相比，OF、SC、FF 处理的 SO₄ ^2- 含量显著提高了 6.27%～11.05%，同时显著降低了 HCO₃^- 含量，减幅为 14.32%～43.25%。2021 年，SC、FF 处理较 CF、RF、OF 处理显著降低了 Na⁺ 含量，减幅分别为 7.63%～37.79%、3.59%～35.06%；SC 处理对降低 HCO₃^- 含量、增加 SO₄ ^2- 含量效果最佳。连续 2 年，各施肥处理间的 K⁺、Mg²⁺ 含量无显著差异；相较于 CF 处理，OF、SC、FF 处理显著降低了 Ca²⁺、Cl^- 含量，平均降幅分别为 39.46%～46.71%、61.18%～76.22%。综上可知，化肥减量配施措施可有效防止盐基离子过量积累，进而对盐碱土壤进行改良。

2.2 不同施肥处理下土壤微生物学特性分析

2.2.1 施肥处理对土壤细菌多样性及群落结构影响

Illumina 高通量测序结果显示，15 个土壤样品共获得 2894993 条有效序列，碱基数目为 1206580245 bp，有效序列平均长度为 416 bp。将相似度为 97% 的序列划分为分类操作单元（OTU），按最小样本序列数对有效序列进行抽平，共得到了 11331 个 OTUs，涵盖了 44 门 138 纲 333 目 531 科 986 属 2286 种。

Alpha 多样性指数主要分为物种多样性指数、物种丰富度指数和物种均匀度指数，其中 Shannon 指数、Ace 指数、Chao 指数、Shannoneven 指数分别与物种多样性、丰富度、均匀度呈正相关，而 Simpson 指数与物种多样性呈负相关。由表4 可知，所有土壤样品的覆盖度（Coverage）均超过 98%，表明本研究测序深度已达较高水平，可进行后续分析。与 CF、RF 处理相比，OF、SC、FF 处理显著提高土壤细菌群落的 Shannon、Ace 和 Chao 指数，说明这 3 个施肥处理有利于提高土壤细菌微生物群落多样性。此外， Simpson、Shannoneven 指数在各处理间无显著差异 （P>0.05）。

由图1a 可知，不同土壤样品共得到 11331 个 OTUs，其中 2593 个 OTUs 为 5 个处理共有的，占 OTU 总数的 22.88%。5 个处理的 OTU 数量由多到少分别为 SC（6464）、OF（6427）、FF（6152）、 CF（5418）、RF（4934），特异性 OTU 数量由多到少分别为 FF（1236）、SC（1153）、OF（1045）、 CF（750）、RF（575）。

在门分类水平（图1b），优势菌门（相对丰度 >9%）分别为放线菌门（Actinobacteriota，26.34%～31.66%）、变形菌门（Proteobacteria，18.94%～25.03%）、绿弯菌门（Chloroflexi，12.48%～16.69%）、酸杆菌门（Acidobacteriota，9.25%～16.30%）。其余相对丰度大于 1% 的菌门有芽单胞菌门（Gemmatimonadota，3.96%～5.26%）、厚壁菌门（Firmicutes， 2.83%～4.70%）、粘球菌门（Myxococcota，1.79%～2.45%）、拟杆菌门（Bacteroidota，1.18%～2.09%）、疣微菌门（Verrucomicrobiota，1.02%～1.90%）。方差分析表明（图1c），与 CF 比，RF、OF、 SC、FF 处理显著增加了放线菌门、变形菌门、芽单胞菌门、疣微菌门的相对丰度，增幅分别为 12.22%～20.20%、7.92%～22.46%、 11.36%～21.46%、45.10%～86.27%；同时显著降低了绿弯菌门、酸杆菌门的相对丰度，降幅分别为 14.63%～25.22%、13.44%～43.25%。

2.2.2 土壤理化性质对土壤细菌多样性及群落结构的影响

通过计算土壤理化性质与土壤细菌群落多样性及优势菌门丰度的 Spearman 相关系数（图2a），结果表明，土壤理化因子中的 pH、有机质、可溶性盐与土壤细菌群落多样性及优势菌门的响应较弱（P>0.05）；有效磷、速效钾含量与土壤细菌群落多样性、丰富度相关性较强（r>0.8， P<0.05）；全氮、有效磷、缓效钾含量与细菌群落均匀度、变形菌门和酸杆菌门相对丰度的相关性较强。

基于 Bray-Curtis 距离对土壤化学性质与土壤细菌群落门结构（相对丰度≥ 1 %）进行冗余分析（图2b），结果表明，第 1 排序轴（RDA1）和第 2 排序轴（RDA2） 的解释量分别为 59.23% 和 7.65%，两者共解释了土壤细菌群落总变异的 66.88%。土壤理化因子中有效磷（r ² =0.66， P<0.01）、速效钾（r ² =0.47，P<0.05）、全氮含量 （r ² =0.41，P<0.05）对土壤细菌群落门结构有显著影响。

注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

注：图（a）为不同施肥处理下土壤细菌群落 Venn 图；图（b）为不同施肥处理下土壤细菌群落组成（门水平，相对丰度 >1%）； 图（c）为不同施肥处理菌门（相对丰度 >1%）的相对丰度。

注：图（a）为土壤理化性质对土壤细菌 Alpha 多样性和优势菌门结构（相对丰度高于 9%）的相关性； 图（b）为土壤理化性质与土壤细菌群落门结构的冗余分析。AK 为速效钾，AP 为有效磷，TN 为全氮，SOM 为有机质。

2.3 不同施肥处理对水稻产量相关性状的影响

由图3 可知，不同处理对水稻产量相关性状影响不同。连续 2 年，与 CF 处理相比，RF 处理的穗长、穗粒数和千粒重略微减少，而化肥减量配施处理（OF、SC、FF）则增加了上述 3 个农艺性状的指标值，但各处理间差异不显著（P>0.05）。在产量方面，与 CF 处理相比，连续 2 年 RF 处理降低了水稻产量，但无显著差异。同时，在连续 2 年化肥减量配施处理（OF、SC、FF）产量均高于 CF 处理；2020 年，FF 处理产量显著高于其余处理，增幅为 12.86%～28.91%；2021 年，SC、FF 处理产量较 RF、CF 处理分别显著增加了 13.52%～20.19%、 16.83%～23.70%。综上可知，化肥减量处理（RF） 会降低了上述 4 个产量相关性状指标值，但在化肥减量施肥条件下，配施有机肥（OF）、土壤调理剂 （SC）、功能肥（FF）有利于水稻生长发育。

土壤理化性质与水稻农艺性状的相关性分析表明（图4），穗粒数与土壤 pH、可溶性盐呈显著负相关（r<-0.80），同时与土壤有机质含量呈显著正相关（r>0.80）；穗长与土壤全氮、有效磷呈显著正相关（r>0.80）；千粒重与土壤有效磷、缓效钾含量呈显著正相关（r>0.80）。

3 讨论

3.1 不同施肥处理对土壤化学性质的影响

土壤 pH 值与肥料的有效性有直接关系，土壤 pH 值过高或过低会使氮、磷、钾等营养元素难溶，从而导致肥料有效性、植物养分吸收效率降低；土壤可溶性盐含量过高会使植物光合作用、呼吸作用减弱，进而阻碍植物氨基酸、蛋白质等合成^[16]。本研究表明，OF、SC、FF 处理可增加土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和缓效钾含量，与前人研究结果相同^[17-19]，这可能与有机肥、土壤调理剂和功能肥特定的成分和功效有关，既能提供微生物生长繁殖所需的有机营养物质，而且还可激发土壤微生物活性^[20]。此外，SC 处理降低土壤 pH 和可溶性盐含量效果最佳，这可能是因为有机硅功能肥中的 Si—O—Si 键和多个游离的羟基与盐渍化土壤中的离子形成配位键和氢键，对土壤颗粒有较强的吸附力，可有效降低盐碱土的溶液电导率^[21]。

3.2 不同施肥处理对土壤细菌群落的影响

微生物 Alpha 多样性指数（多样性指数、均匀度指数和丰富度指数）通常被用于反映土壤细菌多样性。本研究结果表明，化肥减量配施处理 （OF、SC 和 FF 处理）土壤细菌群落多样性发生显著变化，与 CF、RF 处理相比，OF、SC、FF 处理的 Shannon、Ace、Chao、Shannoneven 指数增加， Simpson 指数降低，表明化肥减量配施处理可有效增加土壤细菌群落多样性。这可能是因为土壤表层盐分下降给土壤细菌群落生存提供了更加适宜的环境。

本研究应用 Illumina MiSeq 高通量测序技术，对不同施肥处理的土壤细菌群落结构进行了测序，分析结果表明，放线菌门、变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门为优势菌门，这与理鹏等^[22]的研究结果相似。与 CF、RF 处理相比，3 个化肥减量配施处理增加了放线菌门和变形菌门的相对丰度，降低了绿弯菌门和酸杆菌门的相对丰度。相关研究表明，放线菌门和变形菌门属富营养菌群^[23]，在养分丰富的土壤环境中可迅速繁殖^[24]；而绿弯菌门和酸杆菌门属贫营养菌群^[25]，对不利环境适应能力较强^[26]。土壤化学性质与细菌群落多样性相关分析表明，土壤养分含量与放线菌门和变形菌门丰度呈正相关，与绿弯菌门和酸杆菌门丰度呈负相关。此外， RDA 结果表明，有效磷、速效钾和全氮含量是造成盐碱稻田土壤细菌群落结构差异的主要影响因子。

3.3 不同施肥处理对水稻产量相关性状的影响

已有研究表明，化肥减量配施技术可有效提高作物产量。如茹朝等^[27]发现化肥减量配施有机肥显著提高了大白菜产量及品质。本研究表明，OF、 SC 和 FF 处理可增加水稻穗长、千粒重和穗粒数，进而提高产量，说明化肥减量配施处理能够降低盐分对水稻养分吸收效率的抑制作用。究其原因，这 3 个处理可有效降低土壤 pH、可溶性盐总量，改善土壤结构，提高土壤肥力，为水稻生长发育提供了较适应的生态环境。

4 结论

（1）化肥减量 20%（RF）可降低土壤 pH、可溶性盐总量，但化肥减量 20% 条件下，配施有机肥（OF）、土壤调理剂（SC）和功能肥（FF）可显著降低土壤 Na⁺、Ca²⁺、HCO₃^-、Cl^- 含量，同时显著提高土壤速效养分、有机质含量和全氮含量。

（2）化肥减量 20%（RF）降低了土壤细菌群落 Alpha 多样性指数，但化肥减量 20% 条件下，配施有机肥（OF）、土壤调理剂（SC）和功能肥（FF） 可提高土壤细菌群落 Alpha 多样性。在门水平上，放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门为优势菌门。土壤环境因子中，有效磷、速效钾和全氮含量是造成盐碱稻田土壤细菌群落结构差异的主要因素；同时有效磷与土壤细菌群落多样性、丰富度和均匀度显著相关（P<0.05）。

（3）化肥减量 20%（RF）不利于水稻生长发育，但化肥减量 20% 条件下，配施有机肥、土壤调理剂和功能肥能促进水稻生长发育，表明化肥减量配施措施（OF、SC、FF）在水稻种植上具有增产稳产潜力。

在本试验条件下，综合考虑盐碱土土壤肥力、细菌群落多样性和水稻生长发育等因素，化肥减量 20% 配施功能肥处理（FF）效果最佳，可实现化肥减施增效、盐碱土壤改良的目的。

参考文献