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引 文 格 式 张 伊 盛 杨 启 良 王 鹏 亚 等 腐 熟 稻 壳 对 设 施 土 壤 理 化 性 质 及 微 生 物 群 落 的 影 响 J 云 南 农 业 大 学 学报 自 然 科 学 2025 40 3 164 174 DOI 10 12101 j issn 1004 390X n 202501025 腐熟稻壳对设施土壤理化性质及 微生物群落的影响 张伊盛1 杨启良1 2 3 王鹏亚1 瞿福英1 罗静洁1 杨 鹏1 王德金1 2 3 1 昆明理工大学 现代农业工程学院 云南 昆明 650500 2 昆明理工大学 季节性旱区水 土 作物系统云南省野外科学 观测研究站 云南 昆明 650500 3 昆明理工大学 智能农业工程技术与装备国际联合实验室 云南 昆明 650500 摘 要 目 的 探 究 腐 熟 稻 壳 对 土 壤 理 化 性 质 和 微 生 物 群 落 的 影 响 方 法 向 设 施 大 棚 碱 化 板 结 土 壤 中 添 加 5种 施 用 量 的 腐 熟 稻壳 CK 0 t hm2 C5 5 t hm2 C10 10 t hm2 C15 15 t hm2 C20 20 t hm2 采 用 方 差 分 析 Spearman相 关 性 分 析 冗 余 分 析 等 方 法 对 土 壤 理 化 性 质 植 株 农 艺 性 状 微 生 物 群 落 等 进 行 分 析 结 果 与 对照 CK 相 比 在0 30 cm土 层 施 用 腐 熟 稻 壳 可 提 高 土 壤 田 间 持 水 量 毛 管 孔 隙 度 有 机 质 含 量 及 细 大 团 聚 体 占 比 提 高 作 物 株 高 与 茎 粗 并 降 低 土 壤 容 重 pH及 微 团 聚 体 占 比 此 外 添 加 腐 熟 稻 壳 还 明 显 提 高 了 变 形 菌门 Proteobacteria 拟 杆 菌门 Bacteroidota 担 子 菌门 Basidiomycota 等 土 壤 微 生 物 的 相 对 丰 度 但 对 微 生 物 多 样 性 的 影 响 不 显 著 Spearman热 图 分 析 及 冗 余 分 析 表 明 施 用 腐 熟 稻 壳 可 直 接 影 响 土 壤 环 境 因 子 其 中 pH 盐 分 有 机 质 容 重 和 田 间 持 水 量 是 影 响 细 菌 群 落 结 构 的 主 要 环 境 因 素 盐 分 和 田 间 持 水 量 则 是 影 响 真 菌 群 落 结 构 的 主 要 因 素 结 论 本 研 究 可 为 设 施 碱 化 土 壤 的 改 良 提 供 理 论 依 据 和 参 考 为 有效利用稻壳等农业废弃物提供技术支撑 关键词 设施农业 稻壳 土壤改良 土壤碱化 土壤微生物群落 中图分类号 S154 3 文献标志码 A 文章编号 1004 390X 2025 03 0164 11 Effects of Rotted Rice Husk on Physicochemical Properties and Microbial Community of Greenhouse Soil ZHANG Yisheng1 YANG Qiliang1 2 3 WANG Pengya1 QU Fuying1 LUO Jingjie1 YANG Peng1 WANG Dejin1 2 3 1 School of Modern Agricultural Engineering Kunming University of Science and Technology Kunming 650500 China 2 Yunnan Field Scientific Observatory of Water Soil Crop System in Seasonal Dry Areas Kunming University of Science and Technology Kunming 650500 China 3 International Joint Laboratory of Intelligent Agricultural Engineering Technology and Equipment Kunming University of Science and Technology Kunming 650500 China Abstract Purpose To investigate the effects of rotted rice husks on soil physicochemical proper ties and microbial communities Methods Five application amounts of rotted rice husks CK 收稿日期 2025 01 18 修回日期 2025 05 14 网络首发日期 2025 06 09 基金项目 云 南 省 自 然 科 学 面 上 基 金 项目 202301AT070174 昆 明 理 工 大 学 人 培 项目 KKZ3202323006 云南省大学生创新创业训练计划项目 S202210674131 作者简介 张伊盛 2000 男 云南文山人 在读硕士研究生 主要从事土壤改良研究 E mail zys997rjjy 通信作者 Corresponding author 王 德金 1988 男 甘 肃 金 昌 人 博 士 讲 师 主 要 从 事 农 业 水 土 环 境 生态水文等研究 E mail degain 网络首发地址 云南农业大学学报 自然科学 2025 40 3 164 174 Journal of Yunnan Agricultural University Natural Science E mail ynauzkxb 0 t hm2 C5 5 t hm2 C10 10 t hm2 C15 15 t hm2 C20 20 t hm2 were added to the alkalized and com pacted soil in the facility greenhouse The soil physicochemical properties plant agronomic traits and microbial communities were analyzed by variance analysis Spearman correlation analysis and re dundancy analysis Results Compared with the control CK the application of rotted rice husks in the 0 30 cm soil layer could increase the field capacity capillary porosity organic matter content and the proportion of small aggregates in the soil as well as the plant height and stem diameter of crops while reducing soil bulk density pH value and the proportion of micro aggregates In addition the addition of rotted rice husks obviously increased the relative abundance of soil microorganisms such as Proteobacteria Bacteroidota and Basidiomycota but had no significant effect on microbial di versity Spearman heatmap analysis and redundancy analysis indicated that the application of rotted rice husks could directly affect soil environmental factors among which pH salinity organic matter bulk density and field capacity were the main environmental factors affecting the bacterial com munity structure while salinity and field capacity were the main factors affecting the fungal com munity structure Conclusion This study can provide theoretical basis and reference for the im provement of alkalized greenhouse soil and technical support for the effective utilization of agricul tural wastes such as rice husks Keywords facility agriculture rice husk soil improvement soil alkalization soil microbial commu nities 设 施 农 业 因 长 期 覆 盖 与 微 环 境 影 响 极 易 诱 发 土 壤 碱 化 问 题 1 在 温 室 大 棚 等 封 闭 系 统 中 由 于 作 物 生 长 环 境 相 对 密 闭 设 施 内 高 蒸 发 有 限 淋 溶 等 微 环 境 促 进 了 固 相 物 质 分 解 加 快 驱 动 土壤pH值 升 高 1 2 形 成 特 征 性 碱 土 层 3 4 该 过 程 表 现 为 土 壤 硬 化 板 结 理 化 性 质 恶 化 5 及 微 生 物 活 性 降 低 6 这 种 多 重 胁 迫 不 仅 直 接 抑 制 了 作 物 对 养 分 的 吸 收 效 率 更 使 土 壤 质 量 陷 入 不 可 逆 的退化进程 严重制约设施农业的可持续发展 土壤pH值 升 高 是 制 约 碱 化 土 壤 改 良 与 利 用 的 关 键 障 碍 因 素 之 一 7 使 用 土 壤 调 理 剂 是 改 良 或 消 除 碱 化 土 壤 障 碍 因 子 相 对 简 单 高 效 的 方 法 之 一 可 通 过 调 节 土壤pH值 改 善 土 壤 结 构 促 进 微 生 物 活 动 等 降 低 碱 化 土 壤 对 作 物 的 危 害 8 土 壤 调 理 剂 不 但 能 改 善 土 壤 理 化 性 质 还 能 通 过 自 身 生 理 特 性 增 加 土 壤 肥 力 9 促 进 植 物 生 长 目 前 土 壤 调 理 剂 种 类 繁 多 9 10 大 致 可 分 为 天 然 调 理 剂 和 人 工 制 备 的 土 壤 调 理 剂 然 而 优 质 的 天 然 土 壤 调 理 剂 资 源 有 限 供 不 应 求 而 以 人 工 合 成 物 质 为 原 料 制 备 的 土 壤 调 理 剂 成 本 相 对 较 高 因 此 以 廉 价 的 天 然 矿 物 工 业 废 弃 物 农 业 废 弃 物 等 为 原 料 制 备 土 壤 调 理 剂 已 成 为 研 究 热 点 8 9 农 业 废 弃物 如 秸 秆 稻 壳 还 田 是 传 统 农 业 的 增 肥 方 式 长 期 且 广 泛 应 用 于 农 业 生 产 相 较 于 其 他 农 业 废 弃 物 稻 壳 产 量 巨 大 中 国 每 年 产 生约9 107 t 11 稻 壳 富 含 纤 维 素 半 纤 维 素 等 有 机 物 质 加 工 后 可 应 用 于 能 源 农 业 建 筑 与 食 品 等 行 业 12 研 究 表 明 稻 壳 及 其 加 工 产 物 稻 壳 炭 稻 壳 灰 腐 熟 稻 壳 等 可 作 为 土 壤 调 理 剂 对 土 壤 改 良 有 显 著 的 效 果 天 然 稻 壳 可 以 直 接 覆 盖 或 翻 埋 于 土 壤 中 13 但 因 其 本 身 碳 氮 比 高 养 分 释 放 缓 慢 容 易 造 成 作 物 缺 氮 稻 壳 炭 疏 松 多 孔 比 表 面 积 大 能 够 改 善 土 壤 性 质 提 高 土 壤 速 效 养 分 14 稻 壳 灰 则 呈 疏 松 蜂 窝 状 结 构 能 够 调 节 土 壤 酸 碱 度 降 低 土壤Cd含 量 15 也 可 制 成 性 能 良 好 的 耐 火 材 料 然 而 稻 壳 炭 和 稻 壳 灰 16 中 含 有 较 多 的 碱 性 物 质 过 量 施 用 可 能 导 致 土 壤 pH值 过 高 进 而 引 发 养 分 失 衡 植 株 烧 根 等 问 题 相 较 之 下 腐 熟 稻 壳 还 田 后 释 放 腐 殖 酸 有 机 质 17 和 微 量 元 素 可 提 高 土 壤 肥 力 18 促 进 土 壤 透 气 保 水 避 免 天 然 稻 壳 养 分 释 放 缓 慢 等 问 题 且 本 身 的 多 孔 结 构 能 长 期 有 效 地 改 善 土 壤 结 构 促进作物生长 目 前 腐 熟 稻 壳 多 作 为 原 料 被 添 加 进 土 壤 基 质 中 研 究 多 偏 向 腐 熟 稻 壳 对 作 物 生 长 性 状 的 影 响 张 春 梅 等 19 按 不 同 比 例 将 腐 熟 稻 壳 与 珍 珠 第 3 期 张伊盛 等 腐熟稻壳对设施土壤理化性质及微生物群落的影响 165 岩 蛭 石 及 火 山 石 复 配 发 现 混 合 基 质 的 保 水 性 及 孔 隙 度 得 到 优 化 从 而 显 著 提 高 了 番 茄 和 莴 苣 幼 苗 的 株 高 和 茎 粗 表 明 其 对 幼 苗 形 态 生 长 具 有 积 极 作 用 徐 昱 松 等 20 研 究 表 明 以 腐 熟 稻 壳 为 主 的 基 质 可 优 化 黄 瓜 根 际 生 长 环 境 提 高 壮 苗 指 数 及 地 上 部 鲜 质 量 尽 管 也 有 一 些 研 究 分 析 了 稻 壳 在 土 壤 中 的 改 良 效 果 21 23 但 将 腐 熟 稻 壳 作 为 土 壤 调 理 剂 进 行 研 究 的 报 道 较 少 为 此 本 研 究 针 对 设 施 碱 化 土 壤 质 量 障 碍 因 子 设 计 田 间 试 验 探 究 腐 熟 稻 壳 配 施 还 田 对 土 壤 理 化 性 质 及 微 生 物 的 影 响 以 期 为 设 施 碱 化 土 壤 的 改 良 提 供 理 论 依 据 和 参 考 并 为 稻 壳 等 农 业 废 弃 物 的 高 效 利 用 提 供 技 术 支 持 研 究 结 果 将 为 土 壤 改 良 提 供 更 加 科 学 和 实 用 的 技 术 方 案 并 为 稻 壳 资 源 的 高 效 利 用 提供新思路 1 材料与方法 1 1 试验材料 试 验于2023年11月 至 次年4月 在 昆 明 理 工 大 学 呈 贡 校 区 温 室 大棚 24 30 22 N 103 34 24 E 内 进 行 供 试 土 壤 为 红 壤 水 稻 土 经7年 三 七 种 植 后 土 壤 板 结 且 呈 弱 碱 性 土 壤 容 重 为 1 32 g cm3 pH值为7 9 有 机 质 含量6 48 g kg 全 氮 含量0 50 g kg 全 磷 含量2 86 g kg 全 钾 含 量 0 70 g kg 铵 态 氮 含量27 16 mg kg 硝 态 氮 含 量 20 92 mg kg 速 效 磷 含量96 60 mg kg 速 效 钾 含 量232 68 mg kg 购 买 当 地 稻 壳 按每1 t添 加 尿素2 kg和 有 机 物 料 发 酵剂500 mL进 行 为期30 d的 有 氧 发 酵 腐 熟 腐 熟 稻 壳 呈 黑 褐 色 质 地 柔 软 无 臭 味 含 碳 量为25 64 含 氮 量为1 10 含 氢 量 为0 37 碳氮比为23 31 pH值为5 7 供试番茄品种为红粉2号 育秧约30 d 1 2 试验设计 田 间 试 验 共 设置5种 不 同 处 理 腐 熟 稻 壳 用 量 即 空 白 对照 CK 0 t hm2 低 量 还田 C5 5 t hm2 中 量 还田 C10 10 t hm2 高 量 还田 C15 15 t hm2 和 超 量 还田 C20 20 t hm2 每 个 处 理 3次 重 复 田 间 试 验 采 用 单 因 素 随 机 区 组 设 计 每 个 小区1 8 m 1 8 m 3 24 m2 并 设 置宽30 cm 的 物 理 隔 离带 覆 膜 压 土 消 除 边 际 效 应 添 加 稻 壳 前 土 壤 均 匀 翻 耕 并 喷 洒 消 毒 剂 暴晒1周 后 采 用 人 工 翻 压 还 田 将 腐 熟 稻 壳与20 cm表 土 混 合 均 匀 腐 熟 稻 壳 施入15 d后 番 茄 幼 苗 长出3 4 片 真 叶 此时 2023年11月15日 采 用 穴 施 移 栽 至2024年4月15日 试 验 结 束 小 区 每 行 种 植3株 番 茄 行 株 距 均为30 cm 种 植 密 度 为 27 778株 hm2 在 生 育 期 内 各 处 理 施 肥 量 均 保 持 一 致 共 施加N 180 kg hm2 K2O 180 kg hm2 P2O5 75 kg hm2 秧 苗 移 栽 前 一 次 基施N K2O P2O5比 例 分 别为30 30 100 秧 苗 移 栽 后 分 别 追施70 N和70 K2O 追 施 肥 料 分 别 于 开 花 结 果 期 和 果 实 膨 大 期 进 行 两 次 追 施 比 为3 4 1 3 样品采集与指标测定 1 3 1 土壤样品采集及其理化性质测定 土 壤 样 品 采 集 分 为 稻 壳 添 加 前 及 番 茄 收 获 后 2个 时 期 进 行 采 集 时 先 去 除 表 层 枯 叶 和 碎 石 随 后 采 用 环 刀法 100 cm3 按S形 路 线 分 别 采 集 0 10 cm 10 20 cm和20 30 cm土 层 的 土 壤 用 于 测 定 土 壤 物 理 性 质 同 时 在 每 个 试 验 区 的 各 土 层 随 机 选取5个 样 点 分 别 采 集 土 壤 其 中 一 部 分 直 接 用 于 土 壤 团 聚 体 测 定 另 一 部 分 经 自 然 风 干 研 磨及2 mm筛 网 筛 分 后 用 于 土 壤 化 学 性 质分析 土 壤 容 重 田 间 持 水 量 和 孔 隙 度 采 用 环 刀 法 测 定 土 壤 团 聚 体 使 用 土 壤 团 粒 结 构 分 析 仪 LBF 100型 采 用 湿 筛 法 进 行 逐 级 分 离 并 将 土 壤 团 聚 体 划 分 为 粗 大 团 聚体 2 00 mm 细 大 团 聚体 0 25 2 00 mm 和 微 团 聚体 0 25 mm 土 壤 有 机 质 含 量 采 用 重 铬 酸 钾 加 热 法 测 定 土 壤 pH采 用 玻 璃 电 极 法 测 定 土 壤 盐 分 含 量 采 用 土 壤电导率法测定 24 1 3 2 植株样品采集及其部分农艺性状测定 在 番 茄 成 熟期 开 花后60 65 d 于 每 试 验 小 区 随 机 选取6株 长 势 均 匀 的 植 株 进 行 形 态 指 标 测 定 使 用 卷 尺 测 量 植 株 基 部 至 生 长 点 的 垂 直 高 度 即 为 株 高 精 确至0 01 cm 使 用 数 显 游 标 卡 尺 测 定 距 地表5 cm处 的 主 茎 直 径 即 为 茎 粗 取 3次 测 量 平 均 值 精 度为0 01 mm 随 机 选 取 植 株第2 4穗 完 全 变 色 无 机 械 损 伤 的 果实10个 采 用 电 子 天平 精度0 01 g 称 量 鲜 质 量 并 计 算 平 均值 即为单果质量 1 3 3 土壤微生物样品采集及其多样性分析 土 壤 微 生 物 样 品 采 集 同 样 分 为 稻 壳 添 加 前 和 166 云南农业大学学报 第 40 卷 番 茄 收 获后2个 时 期 采 样 区 域 均 邻 近 土 壤 理 化 性 质 样 品 采 集 区 稻 壳 添 加 前 样 品 采 集 在 清 除 地 表 碎 石 及 杂 物 后 于0 20 cm土 层 采 集 土 壤 样 品 装 入 无 菌 瓶 密 封 以 防 止 污 染 番 茄 收 获 后 样 品 采 集 在 土 壤 样 品 采 样 区 附 近 随 机 选取3株 番 茄 植 株 轻 晃 根 部 去 除 松 散 土 块 用 无 菌 刷 收 集 根 部 附 着 土 壤 并 转 移 至 无 菌 管 所 有 微 生 物 样 品 采 集 完 成 后 立 即 置 于 干 冰 上 冷 冻 保 存 快 速 转 运 至 实 验 室 并 存 放 于 80 超 低 温 冰 箱 确 保 在 5 d内 通 过 冷 链 运 输 至 上 海 美 吉 生 物 医 药 科 技 有 限公司进行微生物多样性测序分析 土 壤 微 生 物 样 品 经过DNA提 取和PCR扩 增 细菌16S rRNA引 物 序 列 为 F ACTCCTACGG GAGGCAGCAG R GGACTACHVGGGTWTC TAAT 真菌ITS 引 物 序 列为F CTTGGTCATT TAGAGGAAGTAA R GCTGCGTTCTTCATCG ATGC 后 采用Illumina Nextseq 2000高 通 量 测 序 平 台 进 行 测 序 细 菌 和 真 菌的 多 样 性 通 过 基 于 丰 度 的 覆 盖 估 计值 abundance based coverage es timator ACE 指 数 物 种 丰 富 度 估 计值Chao1指 数 Simpson多 样 性 指 数和Shannon多 样 性 指 数 表 征 原 始 测 序 数 据 上 传 至 美 吉 生 物 云 平台 ht tps 利 用 其 集 成的Uparse软 件完成序列聚类与注释 1 4 数据处理与统计分析 土 壤 理 化 性 质 作 物 农 艺 性 状 微 生物 多 样 性 指 数 数 据 通过SPSS软 件 进 行 单 因 素 方 差 分 析 ANOVA 分 析 前 经 正 态 性 检 验及Hartley法 验 证 数 据 齐 性 对 差 异 显 著 的 指 标 进 一 步 采用LSD 法 进 行 多 重 比 较 并 利用Ducan法 进 行 差 异 性 标 记 为 探 究 土 壤 理 化 性 质 对 微 生 物 群 落 结 构 的 影 响 采用Spearman相 关 性 分 析 筛 选 关 键 环 境 因 子 并 结 合 冗 余 分析 redundancy analysis RDA 解 析 二 者 间 的 定 量 关 系 数 据 可 视 化 中 土 壤 理 化 性 质 图由Origin和Adobe Illustrator绘 制 微 生 物 多 样 性 分 析 结 果 则 通过Uparse软 件 预 处 理 后 结合R语言完成图形绘制 2 结果与分析 2 1 腐熟稻壳对土壤物理性质的影响 由图1a可 知 腐 熟 稻 壳 添 加 显 著 降 低 了 土 壤 容 重 相 较于CK 1 28 g cm3 各 处 理 土 壤 容 重 降 幅为0 24 0 35 g cm3 整 体 均 值 降 低 至 1 04 g cm3 降 幅为18 8 在0 10 cm土 层 中 土 壤 容 重 随 稻 壳 添 加 量 的 增 加 而 降 低 C20处 理 的 土 壤 容 重 最 低 为0 94 g cm3 10 20 cm和20 30 cm土 层 的 土 壤 容 重 最 低 值 均 出 现在C15处 理 分别为0 93和1 11 g cm3 由图1b可 知 添 加 腐 熟 稻 壳 可 明 显 提 升 土 壤 田 间 持 水 量 在0 10 cm和10 20 cm土 层 不 同 处 理 的 田 间 持 水 量较CK分 别 提高27 28 61 37 和27 59 52 86 最 大 值 均 出 现在C15处 理 分 别为47 33 和44 33 而在20 30 cm土 层 仅 C20处理的田间持水量显著高于CK 由图1c和1d可 知 添 加 腐 熟 稻 壳 后 各 处 理 的 土 壤 总 孔 隙 度较CK无 显 著 差 异 但 部 分 腐 熟 稻 壳 处 理 却 明 显 增 加 了 毛 管 孔 隙 度 在 不 同 土 层 间 与CK相 比 C5和C10处 理 的 毛 管 孔 隙 度 无 显 著 变 化 C15和C20处 理 的 毛 管 孔 隙 度 分 别 显 著 增加20 76 37 01 和21 71 29 38 此 外 C15和C20处 理 的 毛 管 孔 隙 度 明 显 高于C5和 C10处 理 且 部 分 腐 熟 稻 壳 处 理 间 表 现 出 显 著 差异 由图2可 知 在0 10 cm土 层 C20处 理 的 团 聚 体 占 比 表 现 为 细 大 团 聚体 47 46 微 团 聚 体 35 67 粗 大 团 聚体 16 86 且 其 各 团 聚 体 占 比 与 其 他 处 理 间 存 在 显 著 差 异 在10 20 cm 土 层 C10处 理 的 粗 大 团 聚 体 和 细 大 团 聚 体 的 占 比 最 高 分 别为14 48 和47 59 而 微 团 聚 体 占 比 最低 37 92 C20处 理 的 粗 大 团 聚 占 比 显 著 低 于 其 他 腐 熟 稻 壳 处 理 但 其 细 大 团 聚 体 和 微 团 聚 体 占 比与CK无 显 著 差 异 在20 30 cm土 层 不 同 腐 熟 稻 壳 处 理 的 细 大 团 聚 体 占 比 均 显 著 高于CK 微 团 聚 体 占 比 均 显 著 低于CK 除C10 处 理 外 其 他 处 理 的 粗 大 团 聚 体 占 比 也 均 显 著 高 于CK 2 2 腐熟稻壳对土壤化学性质的影响 由图3a可 知 添 加 腐 熟 稻 壳 后 土壤pH值 显 著 降 低 在0 10 cm中 C20处 理的pH值 7 27 最 低 且 各 腐 熟 稻 壳 处 理的pH值 存 在 显 著 差 异 在10 20 cm土 层 C5处 理的pH值 相 对于CK 7 91 降 低了0 74 达 到 显 著 差 异 在20 30 cm 土 层 C10处 理的pH值 下 降 最 显 著 尽 管 腐 熟 稻 壳 的 添 加 使 土 壤 碱 性 显 著 降 低 最 终 土壤pH均 值 7 28 仍 维 持 在 弱 碱 性 范围 pH 7 0 表 明 改 良措施未引发土壤酸化风险 第 3 期 张伊盛 等 腐熟稻壳对设施土壤理化性质及微生物群落的影响 167