岷江下游典型生姜种植制度对土壤微生物多样性及酶活性的影响

论文摘要

土壤微生物和土壤酶是农业土壤生态系统的重要组成部分,在农业生态系统物质循环和能量流动过程中起着重要作用。农业生产中不适的轮作、间作和长期的连作容易引起土壤酶活性降低、土壤微生物多样性的丧失以及群落结构的明显改变。栽植不同种类的植物常常具有差异较大的耕作方式,不同植物还可通过自身凋落物、根系分泌物、以及资源偏好性等方式深刻影响土壤微生物及其土壤酶活性。生姜是一种具有强烈的化感作用的经济作物,可对土壤微生物数量和活性造成不同程度的影响,改变土壤微生物群落结构,进而影响土壤生态系统的稳定性。并且,由于不同模式间农作物的搭配、耕作方式及施肥等管理措施的差异,导致不同种植模式下的土壤微生物以及土壤酶具有不同的特征,进而影响下茬农作物的生产,但一直缺乏应有的关注。因此,为了解典型生姜种植制度对不同种植模式背景下土壤微生物特征的影响,选取岷江下游平原区3种典型种植模式和紫色丘陵区4种典型种植模式背景下的土壤为研究对象,采用PCR-DGGE方法研究不同种植模式背景下典型生姜种植制度对土壤细菌群落结构组成、微生物生物量以及土壤酶活性的影响。研究结果表明：（1）典型生姜种植制度显著降低了岷江下游平原区3种典型种植模式背景下和紫色丘陵区4种种植模式背景下土壤微生物生物量碳、氮、磷含量,而增加了其土壤微生物生物量碳氮比、碳磷比、氮磷比,且各种植模式间存在明显差异,说明了种植模式强烈影响土壤微生物生物量积累与分布。在各种植模式中,平原区以水稻-莴苣轮作模式背景下土壤微生物生物量下降幅度最小,丘陵区以水稻-紫云英轮作最小。此外,各种植模式背景下,轮作体系中的各茬口之间土壤微生物生物量变化趋势和幅度都存在明显差异。平原区大蒜的栽植使土壤微生物生物量碳含量以及土壤微生物生物量碳氮比、碳磷比显著降低,而莴苣的栽植使土壤微生物生物量碳含量以及土壤微生物生物量碳氮比、碳磷比显著升高。（2）典型生姜种植制度降低了岷江下游平原区3种典型种植模式背景下和紫色丘陵区4种种植模式下土壤细菌群落的丰富度和Shannon-Wiener指数,但各模式间细菌群落丰富度以及Shannon-Wiener指数均存在明显差异。在各种植模式中,平原区以玉米-莴苣轮作模式背景下土壤细菌丰富度和Shannon-Wiener指数下降幅度最小,丘陵区以玉米+红薯间作模式下最小。且生姜栽植后平原区3个种植模式之间以及丘陵区4个种植模式之间土壤细菌群落结构相似度明显增加。（3）典型生姜种植制度明显改变了岷江下游平原区3种典型种植模式背景下和紫色丘陵区4种典型种植模式下土壤细菌群落结构组成,但不同种植背景下具有明显差异。平原区生姜-大蒜-莴苣轮作后,土壤细菌中的部分变形菌门类群在莴苣连作和水稻-莴苣轮作模式背景下消失,玉米-莴苣轮作模式下特有的柄杆菌属细菌类群消失,水稻-莴苣轮作模式下特有的一些寡养单胞菌属细菌类群消失。丘陵区生姜-芥菜轮作后,土壤细菌中的部分硝化螺旋菌门类群仅在水稻—紫云英轮作模式中发现,玉米+红薯间作模式和大豆单作模式背景下的一些绿弯菌门类群消失,水稻-紫云英轮作模式下特有的一些拟杆菌门细菌类群消失。此外,不同种植模式背景下,轮作体系中的各茬口之间土壤细菌群落结构也存在明显差异。（4）典型生姜种植制度改变了岷江下游平原区3种典型种植模式背景下和紫色丘陵区4种种植模式背景下各土壤水解酶活性（特别是土壤转化酶和土壤碱性磷酸酶活性）,且各种植模式间土壤水解酶的变化趋势与程度均存在明显差异。生姜轮作制度显著升高了平原区3个种植模式背景下和丘陵区4各种植模式下的土壤转化酶活性,而显著降低了其土壤碱性磷酸酶活性,其中莴苣连作模式和水稻-紫云英模式下土壤转化酶活性升高幅度最大,而水稻-莴苣轮作和大豆单作轮作模式下升高幅度最小,土壤碱性磷酸酶活性以水稻-莴苣轮作模式与玉米+红薯间作模式下下降幅度最大,玉米-莴苣模式下与生姜连作模式下下降幅度最小。另外,各种植模式背景下,轮作体系中的各茬口之间各土壤水解酶变化趋势和幅度都存在明显差异。综合分析表明,种植生姜改变了岷江下游平原区和丘陵区不同种植模式背景下土壤细菌群落特征以及土壤酶活性,但各种植模式间以及轮作体系中各茬口间土壤微生物生物量、土壤细菌群落以及土壤酶活性变化特征都存在明显差异。说明种植模式强烈影响土壤微生物群落结构和土壤酶活性。在调查的8个种植模式中,栽植生姜后丘陵区以生姜连作模式背景下下降幅度最大。玉米-莴苣轮作和玉米+红薯间作模式背景下栽植生姜后可以维持较高的土壤细菌群落多样性,可能成为该区合理的生姜轮作模式。这些结果为区域合理选择种植模式、优化种植方式、加强管理以维持区域土壤生态系统健康提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 引言
• 2 国内外研究现状
• 2.1 种植制度与土壤微生物
• 2.1.1 土壤微生物生物量
• 2.1.2 土壤微生物多样性
• 2.2 种植制度与土壤酶
• 3 研究的目的和意义
• 第二章 材料与方法
• 1 研究区域
• 2 样地设置
• 3 土样的采集
• 4 测试方法
• 4.1 土壤微生物生物量的测定
• 4.2 土壤总DNA提取与纯化
• 4.3 细菌16S rDNA V3区的PCR扩增
• 4.4 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 4.5 DGGE条带的克隆、测序及序列分析
• 4.6 土壤酶的测定
• 4.7 数据分析
• 第三章 结果
• 1 平原区典型种植制度对土壤微生物多样性及土壤酶的影响
• 1.1 土壤微生物生物量
• 1.2 土壤微生物多样性
• 1.3 土壤酶
• 2 丘陵区典型种植制度对土壤微生物多样性及土壤酶的影响
• 2.1 土壤微生物生物量
• 2.2 土壤微生物多样性
• 2.3 土壤酶
• 第四章 讨论与结论
• 1 种植制度对土壤微生物生物量的影响
• 2 种植制度对土壤微生物多样性的影响
• 3 种植制度对土壤水解酶活性的影响
• 参考文献
• 在学期间发表科研论文与科研活动
• 致谢