水稻是中国最重要的粮食作物之一。近年来,通过高产作物品种使用、现代肥料的施加、新型灌溉技术和杀虫剂的应用等,粮食产量得到了稳步提升,但粮食危机问题形势仍然严峻。在水稻的生长过程中,土壤微生物活动与作物生长存在密切联系。土壤微生物参与土壤生物化学物质循环、能量流动的全过程,其种类、数量及生物活性对于提高土壤肥力,抑制植物病害,增加作物产量有着积极的影响,其结构和功能多样性是土壤质量的重要指标。因此,通过研究水稻根系微生物群落结构多样性的差异以及随土壤环境因子的变化规律可以为制定合理施肥措施、提升土壤肥力、提高水稻产量、改善农田土壤环境提供更为全面的理论依据。2013年湖北省武穴市大金镇张榜村试验田块年均产量为8.46 t/ha,周干村试验田年均产量达到9.43 t/ha,周干村比张榜村年均产量高出0.97 t/ha,这与之前连续几年得到的数据统计结果相一致,但两村在中稻的种植过程中,施用的是同样的有机肥和化肥。因此,为了探究微生物活动对相同施肥条件下却产量不同的两块农田的水稻生长的影响,实验从两村的土壤理化性质和微生物群落结构入手,对不同生育期(种前背景、返青期、分蘖期、幼穗分化期、齐穗期、成熟期、种后背景)的水稻根际土壤和非根际土壤进行五点取样,共取得24份土壤样品,测定水稻田土壤的基本物理化学性质和土壤酶活,并采用测定土样的磷脂脂肪酸和通过高通量测序来观察不同生育期的土壤样品中微生物的活动,并利用SPSS、CANOCO及R等统计分析软件对以上数据进行综合分析。主要结果如下:(1)张榜村地表耕作土壤为壤质沙土,周干村为砂质粘壤土,因而周干村土壤具有更好的保肥保水能力。全生育期内,高产田周干村的平均pH、全C、全N均显著性高于低产田张榜村,而其全P、全K、有效P、有效K、碱解氮均显著性低于张榜村。不同生育期的水稻土壤理化性质差异显著,两村水稻土壤理化性质的变化趋势不同。(2)通过对参与碳、氮、磷、硫元素化学循环的土壤酶活性的测定发现,两村水稻田土壤酶活差异显著,生育期内不同酶活的变化规律不同,且受水稻根际效应的影响有差别。土壤酶活的变化与理化因子密切相关,低产田张榜村土壤酶活主要受AP、TP、TK影响,高产田周干村土壤酶活则主要受pH、AK的影响。(3)PLFA结果表明,不同产田水稻土壤PLFA表征的微生物群落结构差异显著,不同类型微生物随生育期变化的规律不同。周干村土壤的PLFA生物量显著高于张榜村,且在分蘖达到最高值。低产田张榜村土壤中贫营养的G+、放线菌生物量显著性高于高产田周干村土样,富营养的G-丰度则低于周干村,暗示高产田周干村土壤可能比张榜村土壤更为肥沃。(4)RDA分析结果显示,两村土壤微生物群落结构与环境理化因子、土壤酶活关系紧密,高产田周干村土壤微生物群落结构与理化、酶活的相关性更强。张榜村土壤微生物群落结构主要受碳、氮的影响,而周干村土壤微生物则主要与P、K以及pH有关。不同地点不同微生物类群与理化因子间也呈现出不同的相关关系。脲酶、芳基硫酸酯酶以及磷酸酶活性均与GP、AMF在RD1上呈现出正相关,与GN在RD1上呈现出负相关,而转化酶活性则与Euk正相关,与Act负相关。(5)高通量测序结果显示,张榜周干两村土壤细菌群落多样性有明显的差异,高产田周干村土壤细菌群落的Alpha多样性显著高于低产田张榜村。两村土壤的细菌群落结构均受到了水稻生育期的显著影响,低产田张榜村土壤比高产田周干村土壤变化更明显,因此低产田张榜村土壤细菌群落结构更易受到水稻生育期的影响。(6)两村土壤中不同细菌门类随生育期的变化显著,两村差异明显。Acidobacteria、Actinobacteria、C和 随水稻生育期的变化有显著变化,并且不同的土壤细菌类群对水稻生育期其变化的响应也不同。高产田周干村土壤细菌群落在生育期上有更为稳定的核心OTUs,低产田张榜村不同时期优势菌群优势度明显,周干村土壤细菌类群则相对较为均衡,因而高产田周干村土壤对于环境干扰有更好的适应能力。(7)两村土壤酶活与细菌群落结构的关联性较小,但不同酶活与多个属于Planctomycetes、Chloroflexi和Proteobacteria门的优势 OTUs 显著相关,这些细菌可能在土壤环境中促进了土壤酶的功能。综上所述,从实验结果来看,高产田周干村土壤肥力因子N、P、K低于低产田张榜村土壤,但其C/N比张榜村土壤高,暗示其有机质含量更高,有利于微生物的生长繁殖。PLFA和高通量测序结构表明,一方面,高产田周干村微生物群落丰富度和多样性更高,群落结构更为稳定,有利于其生态功能的发挥;另一方面,土壤酶活活性更高,微生物群落更是与土壤转化酶、脲酶、磷酸酶和芳基硫酸酯酶酶活性紧密相关,说明高产田周干村土壤有着更为活跃土壤酶活和微生物群落,并且其活跃的微生物群落更有利于促进土壤酶活性的提高,有利于特定微生物类群生物功能的发挥,从而提高土壤中养分的有效性,促进水稻作物对N、P、K肥效因子的高效利用,最终有利于水稻的增产。