连年翻压紫云英对稻田土壤微生物学特性的影响

论文摘要

土壤质量是农业生态系统可持续发展的基础,土壤微生物学特性是土壤质量的重要表征。本文以福建省农科院5年水稻-紫云英轮作为平台,试验设6个处理：1)对照,不施紫云英和化肥,CK；2)不压紫云英,100%化肥,NPK；3)紫云英（18000kg/hm2）+100%化肥,NPKM1;4)紫云英（18000kg/hm2）+60%化肥,NPKM2;5)紫云英（18000kg/hm2）, MV; 6)紫云英（18000kg/hm2）+秸秆还田+40%化肥,NPKMS。分别于紫云英翻压前、水稻孕穗期和水稻收获期采集耕层（0-20cm）土壤样品,系统研究了连年（4年）翻压紫云英对稻田土壤微生物学特性的影响,主要结论如下：（1）作物产量。与CK相比,施肥可以促进水稻增产10.7%～25.0%,产量最高的为NPKM1和NPKMS处理。在施用化肥的基础上配施紫云英或秸秆增产效果更佳,NPKM1处理的水稻产量比NPK处理增加6.6%,而NPKMS处理可以减少60%化肥用量。（2）土壤肥力。化肥配施紫云英促进土壤有机质、全氮、铵态氮、水溶性有机碳、速效钾养分的积累,连年种植水稻后土壤速效磷亏缺明显,NPKMS处理的速效磷亏缺度最小。施化肥处理的耕层土壤pH值略低于CK和MV处理,但是和试验前相比并无酸化的趋势。（3）土壤酶活性与微生物生物量。化肥配施紫云英提高土壤微生物生物量碳、氮含量（SMBC、SMBN）,增强土壤转化酶、脲酶、酸性磷酸酶活性,单施化肥（NPK）显著降低了SMBC、SMBN含量,单施紫云英（MV）降低了土壤微生物熵（qMB）。（4）土壤微生物群落结构。PCR-DGGE图谱特征分析显示,施肥差异对土壤真菌与氨氧化古菌的群落结构影响较小,对细菌和氨氧化细菌的群落结构影响较大。翻压紫云英提高了土壤变形菌门（Proteobacteria）细菌的丰度但降低了放线菌门（Actinobacteria）细菌的丰度,NPKM1和NPKM2处理的香农指数和丰富度最高。氨氧化细菌群落方面,施肥与不施肥处理的DGGE图谱带型差异明显,施肥处理的香农指数和丰富度均高于不施肥处理,与单施化肥相比,紫云英配施化肥对氨氧化细菌群落结构影响不大。（5）土壤微生物种群数量。翻压紫云英改变了土壤可培养微生物的数量,NPKM1和NPKMS处理显著增加了细菌、真菌的数量,单施化肥或紫云英变化不大。与NPK处理相比,化肥配施紫云英或秸秆可以提高土壤氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）的数量,AOA较AOB占有明显的优势,二者的比值（AOA/AOB）为2.5-52.6,且AOA的数量受铵（NH4+）的刺激作用,与NH4+含量呈极显著正相关,表明AOA可能是酸性土壤氨氧化作用的驱动者。施化肥可以提高AOA/AOB, AOA/AOB与土壤pH值、水稻产量呈显著相关。（6）土壤水解酶活性、微生物生物量、可培养微生物数量与土壤全氮、有效氮、水溶性有机碳、铵态氮、硝态氮、速效钾等养分含量以及水稻产量存在显著或极显著相关,表明土壤微生物学特性共同反映稻田土壤肥力水平和生产力的高低,是科学评价土壤质量的潜在生物学指标。

论文目录

• 摘要
• Abstrad
• 第一章 绪论
• 1.1 绿肥在农业生产中的应用
• 1.2 土壤微生物学特性在土壤质量评价中的作用
• 1.2.1 土壤酶
• 1.2.2 土壤微生物生物量
• 1.2.3 土壤微生物多样性
• 1.3 土壤微生物多样性研究的方法
• 1.3.1 BIOLOG微平板法
• 1.3.2 磷脂脂肪酸谱图法
• 1.3.3 扩增16S rDNA限制性酶切片段分析
• 1.3.4 克隆文库分析法
• 1.3.5 末端限制性片段长度多态性分析
• 1.3.6 变性梯度凝胶电泳
• 1.3.7 荧光定量PCR
• 1.4 土壤氮循环及其意义
• 1.4.1 土壤氨氧化作用
• 1.4.2 氨氧化古菌的发现及其意义
• 1.5 本研究的目的和意义
• 1.6 技术路线
• 第二章 翻压紫云英对土壤养分和作物产量的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 研究区域概况与试验设计
• 2.1.2 土样采集与处理
• 2.1.3 土壤基本养分测定
• 2.1.4 数据处理
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 翻压紫云英对水稻产量的影响
• 2.2.2 翻压紫云英对土壤养分含量的影响
• 2.2.3 翻压紫云英对土壤pH的影响
• 2.2.4 水稻产量与土壤养分、pH值间的相关性分析
• 2.3 小结与讨论
• 第三章 翻压紫云英对土壤酶活性及微生物生物量的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 土样采集与处理
• 3.1.2 土壤酶活性测定
• 3.1.3 土壤微生物生物量碳、氮测定
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 翻压紫云英对土壤酶活性的影响
• 3.2.3 翻压紫云英对土壤微生物生物量碳、氮的影响
• 3.2.4 土壤酶活性与微生物生物量间的相关性分析
• 3.2.5 土壤酶活性、微生物生物量与土壤养分间的相关性分析
• 3.3 小结与讨论
• 第四章 翻压紫云英对土壤微生物群落结构的影响
• 4.1 材料
• 4.1.1 土样采集与前处理
• 4.1.2 主要仪器和试剂
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 土壤微生物基因组DNA提取
• 4.2.2 PCR扩增
• 4.2.3 PCR产物的变性梯度凝胶电泳
• 4.2.4 DGGE图谱检测
• 4.2.5 特征性条带回收及克隆测序
• 4.2.6 DGGE图谱和多样性分析
• 4.2.7 序列分析和发育树构建
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 DNA提取和PCR扩增
• 4.3.2 土壤细菌群落DGGE图谱分析
• 4.3.3 土壤真菌群落DGGE图谱分析
• 4.3.4 土壤氨氧化细菌群落DGGE图谱分析
• 4.3.5 土壤氨氧化古菌群落DGGE图谱分析
• 4.3.6 DGGE条带数据冗余分析
• 4.4 小结与讨论
• 第五章 翻压紫云英对土壤微生物数量的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 土样采集与前处理
• 5.1.2 土壤微生物区系分析
• 5.1.3 土壤氨氧化微生物数量的荧光定量分析
• 5.1.4 数据处理
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 翻压紫云英对土壤可培养微生物数量的影响
• 5.2.2 可培养微生物数量与土壤养分间的相关性分析
• 5.2.3 可培养微生物数量与土壤酶活性、微生物生物量间的相关性分析
• 5.2.4 可培养微生物数量与水稻产量间的相关性分析
• 5.2.5 amoA基因扩增、克隆和荧光定量PCR检测
• 5.2.6 土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌amoA基因数量变化
• 5.2.7 土壤氨氧化微生物数量与N素的相关性分析
• 5.2.8 氨氧化古菌与氨氧化细菌amoA基因拷贝数的比值分析
• 5.3 小结与讨论
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 特色与创新
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附表