不同种植模式对北疆农田土壤微生物多态性的影响

论文摘要

[目的]作物种植方式和连作年限对土壤微生物功能和结构多样性有重要影响。通过对新疆几种典型种植方式土壤进行研究,希望了解不同作物种植方式和棉花连作年限对土壤养分变化的影响,对土壤微生物功能和结构多样性的影响,并了解棉花枯黄萎病发病与微生物结构变化之间的联系。以期为北疆绿洲农田创造良好的土壤生态环境条件,对北疆农田微生物的生物多样性变化有一个总体评价,利用生物多样性原理防治不同连作年限棉田土传病害,为棉花的可持续生产提供理论基础。[方法]本文针对新疆绿洲几种典型的种植方式土壤进行研究,分别选取种植不同作物和不同棉花连作年限的大田土壤,通过对样地0-20cm、20-40cm土壤理化性质的测定,了解不同种植方式对土壤养分的影响；对0-15 cm土壤中与碳、氮、磷、硫等元素循环密切相关的11种酶的测定,了解土壤微生物功能多样性的变化；运用聚合酶链式反应-丙烯酰胺凝胶电泳（PCR-DGGE）的现代分子生物学方法对各样地0-15 cm土壤进行分析,了解土壤微生物结构多样性的变化。[主要结果]1)不同种植方式和不同连作年限土壤pH值均显示表层（0-20cm）低于亚表层（20-40 cm）,但是各处理和上下土层间差异均不显著。2)不同种植方式和不同连作年限使土壤肥力性质在上下两层产生明显分异,表层土壤（0-20 cm）的肥力水平明显高于亚表层（20-40 cm）。3)不同种植方式下,小麦/油葵轮作（WSR）处理中和碳、氮、磷、硫循环相关的各酶酶活均处在一个比较高的水平,说明适当轮作有利于促进土壤中各酶酶活性。4)与C循环相关的各酶酶活随棉花连作年限增加呈现下降趋势,由于棉花枯黄萎病发病严重改种苜蓿进行改良（CtR-AR）的田块各酶酶活又表现恢复趋势。对连作相同年限的病区和非病区棉田,与C循环相关的各酶酶活性为病区土壤酶活大于非病区土壤酶活,不同酶之间的差异性略有不同。5)与N、P、S循环相关的各酶酶活性随棉花连作年限增加（5-10-15年）,酶活均显示先降再升,相同连作年限的病区和非病区土壤酶活性之间没有一定的变化趋势。6)土壤微生物生物量碳、氮在不同种植方式下差异显著（p<0.05）；微生物量碳（MBc）随着连作年限增加（5-10-15年）呈现逐渐下降趋势,微生物量氮（MBN）随不同棉花连作年限并无一致性变化趋势,7)不同种植方式和不同连作年限处理下,土壤基础呼吸在120h内随时间延长而逐渐下降,最后趋于平稳。不同作物种植方式下的土壤呼吸商之间呈现显著性差异（P<0.05）：不同棉花连作年限处理之间的呼吸商有很大的差异,15年棉花连作非病区（CtN15）土壤呼吸高最高,苜蓿改良地（CtR-AR）的呼吸商最低,两个极值分别和其余上壤利用方式的呼吸商呈现出显著的差异性p<0.05)。8)不同种植方式下,土壤总细菌、总真菌、芽孢杆菌、氨氧化细菌、氨氧化古菌群落结构都发生了显著变化,说明种植制度对土壤微生物结构多样性会产生显著影响。9)不同连作年限均改变了土壤微生物结构多样性,随连作年限增加,土壤总细菌、总真菌多样性均呈下降趋势；芽孢杆菌、镰刀菌均表现为长期连作（CtN15）、枯黄萎病发病区菌群结构较丰富。[结论]种植不同作物和不同连作年限会对土壤理化性质产生很大影响,长期连作会降低土壤肥力：同时也会改变土壤微生物功能多样性和结构多样性,长期连作一种作物后与绿肥作物轮作,有利于提高土壤生物活性和土壤肥力,是一种较好的种植方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词及符号
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 不同种植方式和连作年限对土壤理化性质和生物产量的影响
• 1.2.2 不同种植方式和连作年限对北疆农田土壤生物活性的影响
• 1.2.3 不同种植方式和连作年限对北疆农田土壤微生物多样性的影响
• 第二章 研究内容、研究方法和研究材料
• 2.1 研究内容
• 2.2 研究思路
• 2.3 研究材料
• 2.3.1 试验地概括
• 2.3.2 样品采集及预处理
• 2.4 测试指标及方法
• 2.4.1 土壤化学指标
• 2.4.2 表示土壤生理功能及其多样性的指标
• 2.4.3 表示微生物种群结构多样性的指标
• 2.5 数据分析
• 第三章 不同耕作方式对土壤理化性质的影响
• 3.1 不同种植方式对北疆农田土壤理化性质的影响
• 3.1.1 不同种植方式对土壤pH和有机质的变化
• 3.1.2 不同种植方式对土壤氮素的影响
• 3.1.3 不同种植方式对土壤磷素的影响
• 3.1.4 不同种植方式对土壤钾素的影响
• 3.2 连作年限对北疆棉田土壤理化性质的影响
• 3.2.1 连作年限对土壤pH和有机质的变化
• 3.2.2 连作年限对土壤氮素的影响
• 3.2.3 连作年限对土壤磷素的影响
• 3.2.4 连作年限对土壤钾素的影响
• 3.3 讨论
• 3.3.1 种植不同作物对土壤pH值及养分的影响
• 3.3.2 长期棉花连作对土壤养分影响的原因
• 3.4 结论
• 第四章 不同耕作方式对土壤微尘物功能多样性的影响
• 4.1 不同种植方式对土壤微生物功能多样性的影响
• 4.1.1 不同种植方式对土壤中与碳循环相关酶活性的影响
• 4.1.2 不同种植方式对土壤中与氮、磷、硫循环相关酶活性的影响
• 4.1.3 不同种植方式对土壤微生物量碳氮的影响
• 4.1.4 不同种植方式对土壤呼吸和呼吸商的影响
• 4.2 连作年限对土壤微生物功能多样性的影响
• 4.2.1 连作年限对土壤中与碳循环相关酶活性的影响
• 4.2.2 连作年限对土壤中与氮、磷、硫循环相关酶活性的影响
• 4.2.3 连作年限对土壤微生物量碳氮的影响
• 4.2.4 连作年限对土壤呼吸和呼吸商的影响
• 4.3 讨论与结论
• 4.3.1 种植方式对土壤酶、微生物量碳氮、土壤呼吸影响的分析
• 4.3.2 连作年限对土壤酶、微生物量碳氮、土壤呼吸影响的分析
• 第五章 不同耕作方式对土壤细菌多样性的影响
• 5.1 土壤总DNA的提取
• 5.2 细菌16S rDNA PCR扩增
• 5.3 PCR扩增产物的DGGE图谱分离
• 5.4 土壤细菌DGGE图谱分析
• 5.5 结果与分析
• 5.5.1 土壤细菌DNA扩增结果
• 5.5.2 不同种植方式土壤细菌多样性分析
• 5.5.3 不同连作年限土壤细菌多样性分析
• 5.6 小结
• 第六章 不同耕作方式对土壤真菌多样性的影响
• 6.1 土壤总DNA的提取
• 6.2 土壤真菌PCR扩增
• 6.3 PCR扩增产物的DGGE图谱分离
• 6.4 土壤真菌DGGE图谱分析
• 6.5 结果与分析
• 6.5.1 土壤真菌DNA扩增结果
• 6.5.2 不同种植方式土壤真菌多样性分析
• 6.5.3 不同连作年限土壤真菌多样性分析
• 6.6 小结
• 第七章 不同种植方式对土壤氨氧化古菌/细菌多样性的影响
• 7.1 土壤总DNA的提取
• 7.2 氨氧化古菌和氨氧化细菌PCR扩增
• 7.2.1 氨氧化古菌PCR扩增
• 7.2.2. 氨氧化细菌PCR扩增
• 7.3 PCR扩增产物的DGGE图谱分离
• 7.4 土壤氨氧化古菌/细菌DGGE图谱分析
• 7.5 结果与分析
• 7.5.1 土壤氨氧化古菌/细菌DNA扩增结果
• 7.5.2 不同种植方式土壤氨氧化古菌多样性分析
• 7.5.3 不同种植方式土壤氨氧化细菌多样性分析
• 7.6 小结
• 第八章 不同连作年限对土壤镰刀菌和芽孢杆菌多样性的影响
• 8.1 土壤总DNA的提取
• 8.2 镰刀菌和芽孢杆菌巢式PCR扩增
• 8.2.1 镰刀菌Nest PCR扩增
• 8.2.2 芽孢杆菌Nest PCR扩增
• 8.3. PCR扩增产物的DGGE图谱分离
• 8.4 土壤镰刀菌/芽孢杆菌DGGE图谱分析
• 8.5 结果与分析
• 8.5.1 土壤镰刀菌DNA扩增结果
• 8.5.2 不同连作年限土壤镰刀菌多样性分析
• 8.5.3 土壤芽孢杆菌DNA扩增结果
• 8.5.4 不同连作年限土壤芽孢杆菌多样性分析
• 8.6 小结
• 第九章 主要结论与研究展望
• 9.1 主要结论
• 9.2 主要创新点
• 9.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 石河子大学硕士研究生学位论文 导师评阅表