近年来，全球气候变暖日趋严重，降水量持续降低和蒸发量不断增加导致全球干旱区的面积逐渐扩大^[1]，水资源的短缺和生态系统的脆弱性进一步加剧了水资源的供需矛盾，因此，采取适宜的水分亏缺灌溉措施可作为缓解此问题的途径之一。土壤微生物和土壤酶作为土壤的重要组成部分，是最敏感的土壤生物学指标。土壤中的微生物种类多且数量庞大，土壤的结构、肥力和养分利用率等都会受到土壤微生物多样性的影响^[2]。土壤微生物作为生态系统重要的组成部分^[3]，可以保障土壤利用的可持续性，使土壤微生物环境趋于稳定^[4]，是土壤养分循环的主要驱动者，并且可有效调节地上作物生长。土壤含水量的不同将导致植物根系发育、微生物活动及腐殖质分解速率发生改变，故而对土壤微生物群落结构及其多样性产生一定的影响。韩冰^[5]研究表明，不同灌水处理对土壤微生物群落碳源利用具有区别，灌水量过大或过小均会抑制土壤微生物活性与功能多样性。刘奎等^[6]研究发现，干湿交替将显著改变土壤的微生物群落结构，降低免耕土壤中微生物群落多样性，且受干湿交替频率的影响较大。Ochoa-Hueso等^[7]研究发现干旱导致土壤中细菌和真菌的群落结构发生变化，并筛选出一系列具有较强耐旱能力的微生物。土壤微生物分泌出具有生物活性的土壤酶，参与土壤中物质循环和能量流动，其含量的多少可反映土壤物质与能量代谢旺盛程度的高低^[8]。许多研究^[9⇓-11]表明，土壤酶活性对水分变化响应灵敏，在适当的水分范围内酶活性较高，但是过高或过低的水分均会对酶活性产生抑制作用。土壤水分状况不仅能够使土壤微生物丰度及多样性发生改变，间接影响土壤酶活性，还可以通过影响土壤温湿度等环境因素，调控土壤养分的物理扩散和化学形态的转化，从而对作物吸收养分产生一定的影响^[12]。

大豆是广泛种植的一种粮油作物^[13]，在我国农业生产上占据着重要地位，然而大豆生长发育需水量大，但抗旱能力相对较弱^[14]，对水分要求敏感，水分不充足会对其生长发育及产量、品质等造成不利影响。与此同时，我国农业灌溉水利用率低，节水灌溉技术不发达，因此寻找适宜的水分条件，在农业用水短缺的情况下提高水分利用效率，并且可以保证大豆正常生长发育具有一定意义。

虽然已有关于水分对微生物特征影响和土壤酶活性的研究，但是关于大豆苗期进行水分亏缺灌溉对土壤酶活性及微生物多样性的影响研究报道较少，且其影响机制尚不清晰。为此，本研究以大豆绥农26为供试材料，采取盆栽方式，研究并分析大豆苗期不同程度水分亏缺对土壤微生物及土壤酶活性的影响，从而进一步了解干旱响应机理以及复水后的补偿机制，为提高大豆水分利用效率提供依据，并为今后建立合理节水灌溉措施及科学用水提供技术依据和数据支撑。

试验于2021年在黑龙江省大庆市国家杂粮工程技术研究中心的防雨棚内进行，采用盆栽试验，盆栽桶直径30 cm，高33 cm，用土为黑钙土，取自黑龙江八一农垦大学校外试验基地，土壤含有机质22.37 g/kg，碱解氮74.75 mg/kg，速效磷21.87 mg/kg，速效钾110 mg/kg，pH 8.13。供试大豆品种为干旱敏感型绥农26^[15]，由国家杂粮工程技术研究中心提供。

播种前选取粒大饱满、大小色泽均匀一致、不干瘪无虫蛀的种子，经5%次氯酸钠消毒，并用无菌水冲洗干净后，于盆栽中播种9粒，在苗期（V1）间苗，每盆保留长势均匀一致的幼苗3株。

大豆苗期进行不同梯度水分亏缺处理，经干旱胁迫7 d进行第1次土壤取样，统一复水3 d后进行第2次土壤取样，此后于开花期（R1）、结荚期（R3）、鼓粒期（R5）、完熟期（R8）分别取样。采用随机试验设计，设4个处理，分别为CK（土壤含水量保持田间持水量70%± 5%）、T1（土壤含水量保持田间持水量60%±5%）、T2（土壤含水量保持田间持水量50%±5%）、T3（土壤含水量保持田间持水量40%±5%）。装盆前施基肥，施肥量为N 150 mg/kg；P₂O₅ 100 mg/kg；K₂O 150 mg/kg，肥料与过筛后土壤混匀装盆，每盆装15 kg，播后覆土2 kg，每日17:00称量盆栽质量，进行人工浇水使各处理保持其相应含水量。

将大豆根系及土壤挖出，首先去除根部大块土壤，然后采用抖根的方式将与植株附着不紧密的土壤去除，用无菌刷子采集根部附着的紧密土壤，随机多点混合取样后放进无菌的离心管内，迅速放进干冰中储存，后续进行土壤微生物样品的高通量测序。将剩余的土壤多点随机取样，混合均匀装入塑封袋，并带回实验室处理，经风干研磨处理后过1 mm土筛，用于土壤酶活性的测定。

采用苯酚钠―次氯酸钠比色法测定脲酶活性，采用磷酸苯二钠比色法测定碱性磷酸酶活性，采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶活性，以上土壤酶活性的测定均参照关松荫^[16]的方法，采用紫外分光光度法^[17]测定过氧化氢酶活性。

微生物多样性是基于Illumina Novaseq测序平台，利用双末端测序（Paired-End）的方法，构建小片段文库进行高通量测序。通过对Reads拼接过滤、聚类或去噪，进行物种注释及丰度分析，揭示样品的物种构成，以便挖掘样品间的差异。

在大豆成熟期分别对各处理随机取6盆（共18株）进行测定，采用天平、卷尺和游标卡尺等工具来测定株高、茎粗、节数、单株荚数、单株荚重、单株粒数和单株产量等指标。

采用Excel 2019进行数据的统计整理及作图。使用SPSS 25.0进行数据单因素方差分析（ANOVA）、Duncan多重比较。通过Pearson相关分析，确定土壤酶活性与土壤微生物多样性指数的相关关系。

如图1所示，不同水分亏缺处理的脲酶活性在绥农26整个生育期均表现为先升高后降低的趋势，且开花期和结荚期的脲酶活性均高于鼓粒期和成熟期。在苗期进行水分亏缺处理时，T1处理脲酶活性最高，相比CK显著增加了6.83%；复水后，T1、T2处理酶活性显著高于CK，相比CK分别升高了8.77%和2.60%，但是T3处理低于CK，比CK降低3.51%；在开花期，各处理土壤脲酶活性表现为T1>T2>CK>T3，对T1处理的影响最大，相比CK，T1处理显著增加了8.86%；在结荚期，T1、T2处理与CK差异并未达显著水平，而T3处理相比CK显著降低了4.78%；在鼓粒期，仅T3处理相比CK显著降低了9.31%，其他处理较CK差异不明显；在成熟期，不同处理脲酶活性相比CK均有不同程度降低，分别降低了6.91%、15.10%和15.29%，且与CK差异显著。

由图2可知，土壤蔗糖酶活性随着大豆生长发育进程的推进其变化是不同的。对苗期进行不同程度水分亏缺处理时，土壤蔗糖酶活性随着水分含量的降低呈逐渐降低的趋势，T1、T2和T3处理的蔗糖酶活性相比CK处理分别显著降低13.89%、20.73%和21.94%；复水后，T2处理的蔗糖酶活性最高，T3处理次之，分别是CK活性的1.10和1.04倍，此时T1处理蔗糖酶活性最低，与CK之间差异不显著；在始花期，T1处理蔗糖酶活性最高，较CK升高了30.88%；在结荚期，CK、T1处理下蔗糖酶活性相比T2、T3处理显著上升了17.05%~21.01%；在鼓粒期，各处理对土壤蔗糖酶活性的影响具体表现为CK>T1>T2>T3，相比CK，T2、T3处理分别显著降低了17.84%、29.71%；在成熟期，各处理与之前变化趋势一致，然而酶活性整体降低，各处理间差异达到显著水平，分别较CK降低了6.97%、23.77%和33.28%。

通过图3可以发现，苗期不同程度水分亏缺和复水处理对大豆不同生育期土壤过氧化氢酶活性的影响较为稳定，其中开花期的过氧化氢酶活性相对最高。在苗期进行水分亏缺阶段，T3处理酶活性优于CK，显著提高了8.87%，T1处理次之，相比CK提高了3.38%，而T2处理相比CK降低了0.46%，差异不显著；复水后，T2处理酶活性最高，达到了1.61 mg/g，相比CK升高了11.20%，而T1和T3处理相比CK之间未达到显著差异；在开花期，T2处理水分亏缺条件下酶活性达到最大，相比CK增长了9.00%；在结荚期，除T2处理外，T1、T3处理相比CK均未达到显著差异，T2处理酶活性为1.57 mg/g；在鼓粒期及成熟期，各处理相比CK其土壤过氧化氢酶活性并未出现明显的变化，说明此时已经恢复了苗期不同梯度水分亏缺处理对土壤中过氧化氢酶活性所造成的影响。

由图4可以看出，通过对大豆苗期进行不同程度的水分亏缺处理，土壤内磷酸酶活性将会随着水分含量的减少而显著降低，各处理较CK下降范围可达到10.36%~ 23.53%，说明随着水分含量的持续降低，将会对土壤中磷酸酶活性造成显著影响，且降低的幅度与水分亏缺程度呈正相关；复水后，土壤磷酸酶活性相比之前均有不同程度的提高，说明产生了一定的补偿效应，以缓解前期所造成的损害，土壤中磷酸酶活性表现为T1处理最大，T2处理次之，其中T1处理比CK显著提高了11.84%，T2处理比CK提高了1.81%，而T3处理则比CK显著降低了10.44%，说明复水后，T3处理仍不可弥补前期水分亏缺所造成的影响；在开花期，T1处理酶活性显著高于其他处理，T1处理相比CK显著增长了3.36%，而T3处理最低，较CK显著减少了7.15%；在结荚期，T1、T2处理与CK之间差异均未达到显著水平，而T3相比CK显著降低了9.88%；在鼓粒期，T1、T2处理的磷酸酶活性显著高于其他处理，分别达到了0.69和0.70 mg/(g∙d)；成熟期的酶活性变化趋势与鼓粒期变化一致，T1、T2处理相比CK分别提高了4.18%、5.72%，然而T3处理相比CK降低了4.50%，且差异显著。

控水阶段，通过对不同水分处理细菌群落韦恩图（图5a）的比较分析发现，CK共有2184个OTU，T1有2152个OTU，T2有2177个OTU，T3有2285个OTU，各处理共有的OTU有1988个，所含特有物种的个数不同，其中T3处理包含特有物种最多，为23个。经复水后（图5b）各处理OTU个数均有所增加，CK、T1、T2和T3处理分别为2306、2297、2312、2307个，共有OTU为2269个。

控水阶段，通过真菌群落韦恩图（图6a）可以看出，苗期不同水分处理下（CK、T1、T2和T3）的土壤中真菌OTU分别为776、1176、781、728个，共有优势真菌OTU有358个，占总真菌OTU的25.81%，其中T1处理特有优势真菌最多，占总真菌OTU的17.02%，说明轻度水分亏缺处理有利于土壤中真菌的富集，可以使相对较多的特异性优势细菌类群存在。复水后（图6b），CK、T1、T2和T3处理OTU分别为676、1211、736、884个，分别占真菌总OTU的47.47%、85.04%、51.69%和62.08%。

通过表1及表2可知，苗期不同水分亏缺处理及复水2个时期的样品覆盖率均达到99%以上，说明样本中物种被测出的概率很高，可以反映样本中微生物的真实情况，测序文库基本达到饱和。结果表明绥农26苗期复水前后土壤细菌和真菌Alpha多样性指数变化特征不一致。

对苗期不同水分亏缺处理的土壤细菌群落多样性变化进行分析，T3处理Chao1指数和ACE指数均显著高于其他处理，相比CK分别增长了5.86%、6.52%，说明此水分处理可以提高土壤细菌群落丰富度。控水阶段，不同水分处理下土壤细菌的Simpson和Shannon指数仅在数值上有所不同，处理间差异不显著。复水后，不同处理间Chao1、ACE以及Shannon指数差异不显著，但相对于CK，各处理Simpson指数有所增加，其中T2处理与CK差异显著。

对苗期不同水分亏缺处理的土壤真菌群落多样性变化进行分析，T1处理的Chao1指数和ACE指数最高，分别为788.53和823.62，高于其他处理，较CK分别提高了33.32%和37.45%，说明轻度水分亏缺条件下有利于土壤真菌丰富度的提高，而Simpson和Shannon指数均没有显著的变化。复水后，各处理土壤真菌Chao1指数以及ACE指数相较于CK均显著增加，其中T1~T3处理Chao1指数比CK分别显著增长了39.38%、24.26%和34.88%，而T1、T2和T3处理ACE指数分别较CK增长了46.76%、50.44%和39.20%，且差异显著。与CK相比，T3处理的Simpson指数显著提高了6.98%，而与T1和T2之间差异不显著。Shannon指数经过不同水分亏缺处理后均显著高于CK，分别增长了15.98%、10.14和28.01%。

为了探究绥农26苗期不同程度水分亏缺处理及复水对土壤微生物群落结构的影响规律，对聚类后的分类单元进行物种注释。土壤中细菌和真菌在门水平上物种种类和相对丰度如图7和图8所示。

本研究表明土壤样品中细菌OTU隶属于30个门、86个纲、184个目、308个科、531个属以及579个种。从图7可以发现在复水前后2次土壤样本的细菌所含物种基本一致，但是各个处理主要菌门所占比例不同。通过图7a发现控水时期，变形菌门在不同处理间其相对丰度变化范围为30.45%~ 37.96%，酸杆菌门变化范围在26.19%~28.37%，放线菌门变化范围则在8.11%~12.83%，以上3种菌门是具有优势的菌门，相对比例之和可达到总群落的70%以上。其中，CK、T1相比于T2、T3处理其变形菌门和酸杆菌门在土壤中的相对丰度更高，CK、T1这2个菌门丰度占比分别达到了37.96%、28.33%和37.05%、28.37%，说明轻度水分亏缺对这2个菌门的生存影响较小，不会严重影响它们的活性。与此同时，各处理随着水分含量的减少土壤中放线菌门丰度有所提升，比CK分别显著增长了18.74%、53.88%和58.20%。各处理芽单胞菌门在总菌群落比例变化范围为4.37%~6.69%，T1处理相对丰度最高，比CK提高了15.94%，高于其他处理。

复水后，由图7b可知，不同处理所含菌门的比例相比控水时有所不同，根据菌门所含丰度的多少可以得到，不同处理间变形菌门变化范围在31.68%~38.31%，酸杆菌门变化范围在21.45%~ 29.75%，放线菌门变化范围在5.89%~8.67%，厚壁菌门变化范围在2.9%~11.74%，绿弯菌门变化范围为4.65%~7.93%，拟杆菌门变化范围为3.11%~ 7.34%，芽单胞菌门变化范围为3.79%~6.17%，其中变形菌门在复水前后菌门所占比例变化不大，而酸杆菌门CK、T1处理相较干旱胁迫时其所含比例降低，而T3处理此菌门含量有所增加，增加了11.26%。此外，各个处理下放线菌门在复水后相对丰度均有所降低，其中T1处理所下降的比例最大，为37.80%，说明轻度水分亏缺处理对放线菌门的影响相对较大。相反，厚壁菌门在复水后，除T3处理外，其余处理相对含量均有所增加，T1处理下此菌群丰度可达到之前的7.29倍，说明轻度水分亏缺处理后复水对此菌的生存条件有利，而重度水分亏缺条件下即使复水也不可弥补对其造成的伤害，拟杆菌门的变化趋势与厚壁菌门基本一致。

研究结果发现大豆土壤样品通过不同程度水分亏缺处理和复水，土壤中真菌OTU隶属于12个门、28个纲、73个目、159个科、336个属以及441个种。由图8可以发现，不同处理复水前后真菌群落中包含着相同优势的菌门，但是相对丰度随着处理的不同而有所变化；控水时期，在门水平上主要的优势菌门分别为子囊菌门、担子菌门和壶菌门，此3个菌门丰度占据总群落的80%以上。其中子囊菌门的丰度在不同处理间存在差异，随着水分含量的减少呈现先升高后降低的变化趋势，T1处理所含此菌门相对丰度最高，相比CK，T1和T2处理分别增长了24.28%和8.37%。T3处理的担子菌门的相对丰度明显高于其他处理，是CK的1.82倍。壶菌门在群落中丰度的变化趋势则随着土壤水分含量不断降低，其丰度先降低后升高，在T2处理下达到最低，仅占3.91%。球囊菌门的丰度在各个处理间具体表现为T3>T2>CK>T1，说明水分含量降低会使此菌门相对丰度降低，但是当水分降低到一定程度时，反而有利于此菌的生存。被孢霉门丰度的变化则是随着水分含量的降低而减少，T2和T3处理相比CK分别降低了64.52%和57.92%。

复水后，土壤真菌的优势菌门相比之前稍有变化，图8b相对丰度分析结果表明，子囊菌门变化范围在32.12%~66.44%，担子菌门变化范围在10.33%~35.41%，球囊菌门变化范围在5.10%~ 13.81%，均是土壤真菌群落的优势菌门。其中球囊菌门相比复水前，各个处理丰度明显增大，分别是之前的1.98、2.25、1.32倍。子囊菌门丰度在各个处理中呈现出T1>CK>T2>T3的变化趋势，T1处理丰度最高，相比CK增长了4.56%。随着处理水分含量的降低担子菌门的丰富度呈先降低后升高的变化趋势，其中T3处理最大，达到了35.41%。经过复水后被孢霉门丰度变化明显，不同处理间呈现先升高后降低的变化规律，在T2处理时丰度最高，可以达到12.02%。相反，不同处理内随着相对水分含量的降低，壶菌门丰度先降低后升高，相比复水前，T3处理相比之前增加18.44%，说明重度水分亏缺后复水可以促进此菌门的富集，其余菌门变化并不显著，丰度较低。

由表3可知，土壤脲酶活性与细菌Chao1、ACE指数均呈显著负相关，相关系数分别达到了-0.431、-0.444；而土壤过氧化氢酶活性与细菌Simpson、Shannon指数均呈显著正相关，相关系数为0.420、0.471。此外，土壤脲酶活性与真菌Chao1、ACE指数之间的相关系数分别为0.537、0.520，均呈极显著正相关关系，而其他3种土壤酶活性与土壤微生物Alpha多样性指数之间的相关关系均未达到显著水平。

由表4可知，通过对大豆苗期进行不同程度的水分亏缺处理，相比CK，各个处理株高、茎粗及单株荚重均随着水分含量的减少而显著降低；节数、单株荚数均在轻度水分亏缺条件下（T1）达到最大，与CK之间差异不显著，而单株粒数则比CK显著增长了5.07%；在T1处理下，大豆单株产量达到最大，相比CK、T2和T3处理分别提高了9.55%、14.33%、15.14%，差异显著。

土壤酶推动土壤代谢，可参与到土壤各个生物化学反应之中，一方面促进土壤有机物转化，另一方面为植物提供营养元素^[18]。水分不仅可以影响农作物生长，也与土壤酶活性和土壤微生物数量存在着至关重要的作用。本研究结果表明，通过苗期不同程度的水分亏缺及复水后，土壤脲酶活性在开花期、结荚期相对较高，但在鼓粒期活性较低，这可能是因为作物在不同的生长发育阶段对养分的需求具有差异，且根系吸收养分能力和根系发达程度也会影响土壤酶活性的变化，与姜佰文等^[19]研究结果相似。

此外，本试验中，适当的水分亏缺有利于土壤脲酶活性的提高，这与肖新等^[20]通过控制灌溉研究稻基农田土壤酶活性和土壤微生物量碳氮中所得出的结论一致，节水灌溉模式有利于改善土壤通气情况，从而可以提高土壤脲酶活性、土壤中微生物量、碳氮量等。陶佳^[21]以苹果幼树为研究对象，发现干旱处理可以使碱性磷酸酶活性降低，但却可以显著提高基质过氧化氢酶活性，这与本试验研究结果类似。通过对苗期进行不同程度控水，土壤磷酸酶的活性随着干旱胁迫程度的增加而降低，而水分含量的降低对土壤过氧化氢酶活性则有很好的促进作用，说明植物在处于不利环境时，过氧化氢酶活性的增加有助于消除过氧化氢对大豆的毒害作用，有益于改善土壤环境，从而促进对矿质养分的吸收与利用。

蔗糖酶对土壤含水量变化很敏感，本试验结果显示，水分缺少对蔗糖酶活性有显著抑制作用，此结果与周芙蓉等^[22]研究结论存在一定的差异性，可能与有无植物种植、植物活体及残体分泌物等因素有关。大部分研究^{[23⇓⇓-26]}都证实了水分对土壤酶活性有一定的影响。过高或过低水分均对土壤酶产生抑制作用，通过补偿缺失的水分后，T2和T3处理下蔗糖酶活性相比CK显著提高，说明及时补充水分有利于蔗糖酶活性的提高。整体上，经复水后可以使各个处理土壤酶活性得到加强，但是激活过程较为复杂，没有统一的增长规律。

土壤水分条件对土壤微生物活动十分重要，可以直接或者间接地影响土壤微生物群落结构，有选择地“驯化”有益微生物，促进养分水解和转化，从而抵抗逆境^[27]。不同微生物群落当面临水分条件变化时，其响应是具有差异的。本研究发现不同水分处理下细菌的优势菌门包括变形菌门、酸杆菌门和放线菌门等，这与Xu等^[28]研究干旱与植物发育对高粱根部微生物群落影响得出的结论类似。随着含水量降低，变形菌门丰度减少，而放线菌门丰度增加，这与Hartmann等^[29]研究结果不一致，可能是与干旱处理持续的时间和强度、温度和土壤pH等因素有关。对于真菌，不同水分处理下的优势菌门包括子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota），此结论与前人^[30]结果一致，其中T1和T2处理下子囊菌门丰度显著高于对照，说明轻、中度水分亏缺均可对子囊菌门富集起积极作用。但是通过高通量测序技术所检测出的细菌与真菌群落丰度的变化与水分之间的功能关系还不明确，需要进一步研究。

水分很大程度上会影响作物光合作用^[31]，又通过影响根系生长发育等因素，对大豆产量造成一定的影响。本研究结果表明，轻度水分亏缺条件下（T1）有利于大豆产量的提高，且达到最高，此试验结果与唐梅等^[32]研究结果一致，说明适当的水分亏缺不会对产量产生不可逆的不利影响，反而对产量和水分利用效率均有一定正效应。

综上分析，土壤酶和土壤微生物对于水分的变化响应十分明显，但土壤是一个复杂的综合体，其中各个成分之间相互联系、影响，故水分对土壤酶和土壤微生物所产生的机制是多种内部反应的共同结果，其中的制约因素以及机理需要进一步深入研究。

对大豆苗期进行适度的水分亏缺和复水，可对土壤酶活性及土壤微生物多样性产生积极影响。土壤酶活性与土壤微生物种类及其数量相互影响、调节，从而促进土壤内养分的循环与转化，改善土壤微生态环境，进而使得大豆产量有一定的增加。本试验分析后发现，苗期各处理中T1处理（60%，轻度水分亏缺）效果最优，可以达到节水灌溉的目的，为高效节水灌溉制度的建立和增产提供一定的科学指导。