不同生产模式对设施菜田土壤肥力和微生物多样性的影响研究

发布时间：2020-03-21 03:14

【摘要】：研究不同生产模式对设施菜田土壤生态系统的土壤微生物群落结构和多样性的影响,对维持土壤肥力和土壤健康具有重要意义。本研究以2002年建立的日光温室有机蔬菜长期定位试验为平台,通过测定土壤的含水率、pH、碳氮磷、酶活性以及微生物丰度与多样性,来研究不同生产模式对设施菜田土壤肥力和微生物多样性的影响,进而探讨了不同生产模式对土壤肥力和土壤微生物群落结构与多样性的作用机理。主要结论如下:(1)与常规生产模式相比,有机和无公害生产模式可降低设施菜田土壤pH值,提高土壤含水率和碳氮磷总量,其中显著提高了土壤有机碳、无机碳和有效磷成分;且有机生产模式和无公害生产模式虽然增加了土壤速效氮中的铵态氮成分,却降低了其硝态氮成分。(2)三种生产模式下,两个时期的土壤过氧化氢酶活性均在常规生产模式下最高,在无公害生产模式和有机生产模式下较低。土壤脲酶活性和蛋白酶活性在芹菜的不同生长期对三种生产模式的响应不同,在10月份有机和无公害生产模式可显著提高土壤脲酶活性,却降低了土壤蛋白酶活性。而在12月份芹菜生长后期,有机生产模式和无公害生产模式可显著提高土壤蛋白酶活性,对土壤脲酶活性亦有提高,但不显著。(3)使用磷脂脂肪酸(PLFA)技术在三种生产模式的土壤样品中共检测到33种土壤微生物的磷脂脂肪酸生物标记。其中细菌总的PLFA含量、细菌中的革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌的PLFA含量和放线菌的PLFA含量都在有机生产模式最高,在无公害生产模式下略低,在常规生产模式下最低。但真菌对不同生产模式的响应未有明显的规律。三种生产模式下,土壤微生物量碳和土壤微生物PLFA标记总量在有机生产模式下高于无公害生产模式高于常规生产模式。土壤微生物的DNA高通量测序结果表明:在门分类水平上,共检测到30个菌门。在三种生产模式下,主要的优势菌门有六个,其中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度较高,其次是放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),且这六类微生物占了总微生物相对丰度的95%左右。整体上来看,有机和无公害模式更有利于增加拟杆菌门、放线菌门和绿弯菌门的丰度,而三种生产模式对变形菌门和酸杆菌门的丰度无显著影响。在纲分类水平上,宏基因组检测样品中共有67个菌纲,在三种生产模式下,主要的优势菌纲为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、鞘氨醇杆菌纲(Sphingobacteriia)和Blastocatellia菌纲,且这四个纲类的微生物占了微生物总丰度的40%-60%,且不同纲类微生物对不同土层不同时期和不同生产模式的响应有着很明显的差异。对DNA高通量测序所得数据进行Alpha多样性分析得:在10月份芹菜生长前期,微生物群落的Chao1和ACE丰富度指数和Shannon多样性指数的变化趋势均是在无公害模式最高;有机和常规生产模式次之;在12月份,三个指数在不同生产模式之间未有明显差异。(4)利用IBM SPSS Statistics 22.0软件和Canoco 4.5软件对土壤微生物群落结构与土壤环境因子和土壤酶活性进行相关性分析,结果表明:在不同生产模式下,设施菜田土壤脲酶活性与土壤碳氮磷总量、总有机碳、速效磷、含水率和微生物量碳呈正相关;土壤蛋白酶活性与土壤硝态氮和总有效氮极显著正相关,与土壤pH显著负相关;土壤过氧化氢酶活性土壤硝态氮和总有效氮极显著负相关,与土壤pH显著正相关。细菌总的PLFA含量、以及细菌中的革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的PLFA含量,放线菌和真菌的PLFA含量都与土壤速效磷、总有效氮、总有机碳和土壤含水率显著正相关,与pH和过氧化氢酶活性显著负相关。在门类水平上的不同微生物类群与土壤理化性质的相关性明显不同,其中变形菌门、拟杆菌门和Latescibacteria菌门与土壤理化性质和酶活性相关性显著,且各个门类微生物与土壤过氧化氢酶活性相关性最显著,其次是土壤脲酶活性,与土壤蛋白酶活性几乎无显著相关性。
【图文】：

施用有机肥对土壤总碳和有机碳含量影响的研戚瑞敏等[131]、郝晓晖等[143]的研究表明，在施最为显著；史康婕等[144]的研究表明，在不同时单施有机肥均可提高总有机碳含量，，但在上层土等[145]的研究结果表明有机肥与无机肥配施更有碳速率，且化肥配施秸秆提升效果更是优于化单施有机肥比无机和有机肥配施更有利于提高

(a) (b)图 3-3.不同生产模式下土壤总氮和速效氮的变化Fig.3-3 Changes of soil total nitrogen and available nitrogen under different production patterns
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S158;S154.3

【参考文献】

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本文编号：2592652