长期定位施肥对石灰性紫色土微生物学特性的影响

论文摘要

为跟踪和监测长期定位施肥对石灰性紫色土土壤质量的影响,四川省农业科学院于1982年在四川遂宁市船山区的石灰性紫色土上建立了“NPK长期肥料定位试验”,并对长期定位施肥下土壤的理化性质以及作物产量进行了长期研究。为深入认识长期定位施肥对石灰性紫色土质量的影响,本文在前人已有研究基础上,运用平板菌落计数和最大或然法（MPN）对不同施肥制度下的土壤可培养微生物数量进行了测定;利用化学分析法对土壤微生物量碳和氮、土壤呼吸作用、硝化作用以及土壤酶活进行了分析;最后,应用DGGE分子标记技术对长期不同施肥下细菌、AM真菌、古菌、硝化细菌和氨氧化细菌等微生物群落结构特征进行了研究。结果总结如下:（1）长期定位施肥后土壤微生物学特性和土壤活性的研究结果表明:与对照无肥处理（CK）相比,施肥能增加微生物数量,SMBC和SMBN的含量变化分别是10.8-91.4mg.kg-1和10.8-37.2 mg.kg-1,8种施肥方式中,NPKM处理下的土壤微生物量碳和氮最高。不同施肥方式对土壤中的酶活性具有不同影响,施肥能够增加土壤中转化酶、脲酶和磷酸酶的活性,而降低多酚氧化酶的活性。同样施肥也可以提高土壤呼吸作用强度,8种施肥处理中,CK处理的土壤呼吸作用最弱,NM肥料处理的土壤呼吸作用最强。施肥对土壤硝化作用表现为正向促进作用,与长期单施化肥相比,长期化肥配施农家肥对土壤硝化作用的促进作用最明显,不同作物种植方式也会影响土壤硝化作用,表现为紫色水稻土旱季硝化作用大于淹水土壤。（2） DGGE图谱分析表明不同施肥制度处理下土壤微生物群落结构出现了变化。N、P、K等无机肥料配合施用以及无机肥料与农家肥配合施用能够增加土壤细菌群落复杂性,特别是农家肥的处理,能够增加土壤中一些特殊的细菌类群,8种施肥处理中,在NPKM（或NM）处理的土壤细菌多样性最高,CK处理的多样性最低。DGGE条带序列分析表明不同施肥处理下土壤的优势共同条带与科克斯体科的lusitana菌（Aquicellalusitana）及酸杆菌纲（Acidobacteria）的细菌非常相似。（3）对长期不同施肥处理下的AM真菌群落结构特点的研究结果表明,石灰性紫色土上种植小麦的AM真菌多样性指数较种植水稻的大;8种施肥处理中,NM肥处理下的AM真菌多样性指数最高,农家肥配施无机肥的处理会提高AM真菌的多样性指数,施磷肥处理会降低AM真菌的遗传多样性:聚类分析表明土壤在种植水稻后,不同施肥处理的AM真菌的聚类分析表明,供试8种施肥处理土壤样品在0.53的水平上共分为四个群,N、CK、NM、NPKM和M为一个群;NP、NPK和NPM分别单独聚成另外三个群。在种植小麦后的聚类分析显示8种施肥处理土壤被分为三个族群:N、NM、NP、NPKM、NPM和M为一个群,NPK为第二族群,CK（无肥）独立为第三族群。（4）对长期不同施肥处理下的古菌群落结构特点的研究结果表明,长期定位施肥对土壤中的古菌形成明显的影响,具有不同的DGGE图谱。NP,NM和NPKM长期肥料处理下的土壤古菌多样性指数低于M、NPM、CK、N和NPK肥料处理。在DGGE图谱的基础上,分别选择种植水稻和小麦的NPK处理土壤DNA为样品,对土壤的古菌进行16S rDNA克隆测序分析,结果显示石灰性紫色土中的土壤古菌属于泉古菌界的陆生族里。系统发育分析发现,所有古菌克隆子聚在两个群里,群Ⅰ的古菌与前人分离自淡水池里的古菌非常相似。群Ⅱ的古菌与大陆土壤里的古菌非常相似。对DGGE图谱的聚类分析发现,不管是石灰性紫色土种植水稻还是小麦,8种施肥处理都聚在3个群里。种植水稻时,M和NPM肥料处理下的土壤古菌聚成第一个群,NP处理下的聚成第二个群,另外5种施肥处理（包括NPKM,NM,CK,N和NPM）聚成第三个群。种植小麦时,NPKM和M处理下的土壤古菌聚成一个群,NP处理下的聚成第二个群,N,NPK,NM,NPM和CK处理下的聚成第三个群。显示不同作物种植对土壤古菌也有一定影响。（5）利用DGGE技术研究了不同施肥制度对氨氧化细菌群落结构的影响。与对照无肥处理相比,施肥能改变氨氧化细菌的群落结构。无机肥配施农家肥的氨氧化细菌的群落结构丰富度比施用无机肥的处理高。主成分分析将8种施肥处理划分成两个主成分。植稻土壤,主成分1为NP、NM、NPM和NPKM,主成分2为CK、N、M和NPK;植麦土壤,主成分1为M、NM、NPM和NPKM,主成分2为CK、N、NP和NPK。主成分1的氨氧化细菌群落结构丰富度高于主成分2。水稻收获后土壤的氨氧化细菌群落结构丰富度高于小麦收获后土壤。（6）采用DGGE技术研究了长期不同施肥制度对石灰性紫色水稻土硝化细菌群落结构的影响。结果表明,施用化肥以及化肥配施有机肥会改变土壤中硝化细菌的群落结构。与长期单施化肥相比,长期化肥配施农家肥会提高土壤硝化细菌群落结构多样性。该紫色水稻土在种植水稻后的聚类分析（UPGMA）表明,供试8种土壤样品共分为三大族群:NP单独为一种族群,NPK、M、NM、NPM和NPKM为一个族群,CK,N为第三族群。在种植小麦后的聚类分析（UPGMA）显示参试8种土壤也被分为三个族群:CK、M、NM、NPM和NPKM为一个族群,NP与NPK为第二个族群,N独立为第三族群。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 文中缩略
• 1 前言
• 1.1 国外长期肥料试验
• 1.2 我国长期肥料试验
• 1.3 长期肥料试验研究展望
• 1.4 施肥对土壤微生物多样性的影响
• 1.4.1 农家肥对土壤微生物多样性的影响
• 1.4.2 长期施用化肥对土壤微生物的影响
• 1.5 土壤微生物多样性研究现状
• 1.5.1 Biolog分析
• 1.5.2 PLFA分析
• 1.5.3 基于土壤总DNA的核酸分析
• 1.5.3.1 DGGE分析
• 1.5.3.2 DGGE在土壤微生物多样性研究中的应用
• 1.5.3.3 DGGE技术的局限性
• 1.6 本项研究的目的、内容与技术路线
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 试验设计
• 2.2 取样方法
• 2.3 土壤中可培养微生物数量、微生物量碳和氮的测定
• 2.3.1 土壤中可培养微生物数量的测定
• 2.3.2 土壤微生物量碳和氮的测定
• 2.4 土壤活性测定
• 2.4.1 土壤呼吸作用测定
• 2.4.2 土壤酶活性分析
• 2.4.3 土壤硝化作用测定
• 2.5 土壤微生物群落结构分析
• 2.5.1 土壤微生物总DNA提取
• 2.5.2 土壤细菌16S rDNA的扩增
• 2.5.3 土壤AM真菌18S rDNA的扩增
• 2.5.4 土壤古菌16S rDNA的扩增
• 2.5.5 土壤氨氧化细菌16S rDNA的扩增
• 2.5.6 土壤硝化细菌16S rDNA的扩增
• 2.6 上述微生物基因PCR产物的检测
• 2.7 PCR产物的变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析
• 2.8 数据处理
• 3 结果与分析
• 3.1 长期不同施肥对石灰性紫色土壤微生物数量、微生物量碳和氮的影响
• 3.1.1 长期不同施肥对土壤微生物数量的影响
• 3.1.2 长期不同施肥对土壤微生物量碳和氮的影响
• 3.2 长期不同施肥处理对土壤活性的影响
• 3.2.1 长期不同施肥处理对土壤呼吸作用的影响
• 3.2.2 长期不同施肥处理对土壤酶活性的影响
• 3.2.3 长期不同施肥处理对土壤硝化作用的影响
• 3.3 长期不同施肥处理对土壤微生物群落结构的影响
• 3.3.1 不同施肥处理对土壤细菌群落结构的影响
• 3.3.2 不同施肥处理对土壤AM真菌群落结构的影响
• 3.3.3 不同施肥处理对石灰性紫色土古菌群落结构的影响
• 3.3.4 不同施肥处理对土壤氨氧化细菌群落结构的影响
• 3.3.5 不同施肥处理对土壤硝化细菌群落结构的影响
• 4.讨论
• 4.1 不同施肥处理对石灰性紫色土上微生物数量和微生物量的影响
• 4.1.1 不同施肥处理对石灰性紫色土上微生物数量的影响
• 4.1.2 不同施肥处理对石灰性紫色土微生物量的影响
• 4.2 不同施肥处理对石灰性紫色土土壤活性的影响
• 4.2.1 不同施肥处理对石灰性紫色土呼吸作用的影响
• 4.2.2 不同施肥处理对石灰性紫色土酶活性的影响
• 4.2.3 不同施肥处理对石灰性紫色土硝化作用的影响
• 4.3 不同施肥处理对石灰性紫色土微生物群落结构的影响
• 4.3.1 不同施肥处理对石灰性紫色土细菌群落结构的影响
• 4.3.2 不同施肥处理对石灰性紫色土AM真菌群落结构的影响
• 4.3.3 不同施肥处理对石灰性紫色土古菌群落结构的影响
• 4.3.4 不同施肥处理对石灰性紫色土氨氧化细菌群落结构的影响
• 4.3.5 不同施肥处理对石灰性紫色土硝化细菌群落结构的影响
• 5.结论
• 5.1 长期不同施肥对土壤微生物数量、微生物量碳和氮以及土壤活性的影响
• 5.2 长期不同施肥对土壤微生物群落结构的影响
• 5.2.1 长期不同施肥对土壤细菌群落结构的影响
• 5.2.2 长期不同施肥对土壤AM真菌群落结构的影响
• 5.2.3 长期不同施肥对土壤古菌群落结构的影响
• 5.2.4 长期不同施肥对土壤氨氧化细菌和硝化细菌群落结构的影响
• 5.3 论文创新之处
• 5.4 研究展望
• 参考文献
• 博士研究生学习期间论文发表情况
• 致谢