长期施肥与覆膜对棕壤微生物多样性的影响

发布时间：2020-10-19 12:15

　　 土壤微生物多样性是评价自然或人为干扰引起的土壤变化的重要指示因子,明确不同环境中微生物群落的作用、深入了解其群落功能和结构变化将对整个生态系统的研究具有重要意义。长期肥料定位试验可以积累短期试验无法得到的特定主导养分高效代谢周转过程和原位土壤微生物群落特征。沈阳农业大学棕壤长期施肥与地膜覆盖试验站自1987年建站开始,已开展了大量的关于土壤肥力方面的研究,研究结果表明长期不同施肥与覆膜能够改变土壤的理化性质和生物学特性,但这些研究因技术方法等问题,分辨率较低,无法准确反映土壤微生物信息的差异。如何更详细、客观的反映土壤微生物群落结构及多样性对长期不同施肥与覆膜的响应,以及二者的耦合关系还不清楚。本人在前期工作基础上,借助实时定量荧光PCR和新一代454高通量测序等技术对长期不同施肥与覆膜条件下土壤微生物多样性进行研究；采用13C-DNA-SIP技术对复杂环境中微生物的群落生理功能进行分析,研究不同处理土壤功能微生物多样性的差异。主要研究结果如下：(1)无论覆膜与否,长期单施化肥能够降低土壤微生物多样性指数,施肥与覆膜改变了土壤微生物的群落结构；在门分类水平上,不施肥处理(CK)、单施氮肥处理(N)、氮磷配施处理(NP)、单施有机肥处理(M)和有机肥氮磷配施处理(MNP)覆膜条件,均能增加Fimicutes的丰度,相对于CK处理,各施肥处理在裸地和覆膜条件分别增加了ChlorofleXi和Firmicutes的丰度,而无论覆膜与否施肥均降低了Actinobacteria、 ArmatimonadeteS和Crenarchaeota的丰度；在属分类水平上,相对于CK,化肥处理(N、NP)和有机肥处理(M、MNP)分别增加了Nitrospira和Clostridium的丰度,总体来看,各施肥处理(N、NP、M和MNP)降低了CK的优势微生物菌群,而增加了其劣势微生物菌群的丰度。pH值、TC、TN和MBC含量是影响各处理微生物群落结构特征的主要因素。(2)有机肥处理(M、MNP)能显著增加土壤细菌的丰度,化肥处理(N、NP)则对细菌有抑制作用；施肥的作用均能够降低泉古菌和氨氧化古菌的丰度,化肥处理(N、NP)尤为显著；有机肥处理(M、MNP)显著增加了氨氧化细菌的丰度。细菌、泉古菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌均与pH值存在显著正相关关系,细菌和氨氧化细菌则主要受全碳含量的影响,而铵态氮和硝态氮与细菌、泉古菌和氨氧化细菌存在极显著负相关关系。(3)DNA-SIP结果表明,不施肥(CK)、氮磷配施(NP)、单施有机肥(M)和有机肥氮磷配施(MNP)4个处理在门分类水平上均以Pro teobac teria和Actinobacteria为最优势活性微生物,CK处理能增加Gemmatimonade tes和Firmicutes的丰度,NP和MNP处理能增加Proteobacteria的丰度,M处理能增加Acidobacteria和Gemma timonade tes的丰度。在属分类水平上,CK处理中的Gemma timonade tes、Marmoricola和Nitrospira;NP处理中的Actinospica、Catenulispora、Rhodanobacter和Pseudomonas;M处理中的Gp6、Gp10、Gemmatimonadetes和Steroidobacter; MNP处理中的Gp6、Marmoricola和Nitrospira均为最优势活性微生物。对活性微生物来说,覆膜能增加四个处理Arthrobacter、Gemma timonas的相对丰度,其中能显著提高CK和M处理的Nitrospira的相对丰度。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S154.36
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 国内外研究进展
        1.1.1 土壤微生物多样性及其研究的限制因素
        1.1.2 土壤微生物研究方法进展
        1.1.3 DNA-SIP技术在土壤微生物研究中的应用
        1.1.4 土壤微生物多样性的影响因素
        1.1.5 已有的研究基础与进展
    1.2 研究的目的意义和内容
        1.2.1 研究的目的意义
        1.2.2 主要研究内容
第二章 试验基地与主要测定方法简介
    2.1 试验基地简介
    2.2 分析项目及测定方法
        2.2.1 土壤基本理化性质测定
        2.2.2 铵态氮、硝态氮的测定
    2.3 数据分析
第三章 长期定位施肥与覆膜对土壤微生物群落结构的影响
    3.1 材料与方法
        3.1.1 供试土壤
        3.1.2 测定项目与方法
        3.1.3 高通量数据处理
        3.1.4 统计分析
    3.2 结果与分析
        3.2.1 长期施肥与覆膜条件下土壤常规指标分析结果
        3.2.2 长期施肥与覆膜土壤样品高通量测序分类总结
        3.2.3 土壤微生物多样性分析
        3.2.4 土壤微生物群落结构及变化分析
        3.2.5 土壤微生物群落结构变化影响因素
    3.3 讨论
        3.3.1 长期施肥与覆膜对土壤微生物多样性的影响
        3.3.2 长期施肥与覆膜对土壤微生物群落结构的影响
        3.3.3 长期施肥与覆膜条件下土壤微生物群落与土壤性质的关系
    3.4 小结
第四章 长期施肥与覆膜对土壤微生物丰度的影响
    4.1 材料与方法
        4.1.1 供试土壤
        4.1.2 测定项目与方法
        4.1.3 数据分析
    4.2 结果与分析
        4.2.1 长期施肥与覆膜条件对土壤细菌、泉古菌及氨氧化微生物群落结构的影响
        4.2.2 长期施肥与覆膜条件下土壤总细菌和泉古菌的丰度
        4.2.3 长期施肥与覆膜条件下土壤氨氧化微生物的丰度
        4.2.4 长期施肥与覆膜条件下土壤微生物丰度的影响因素
    4.3 讨论
    4.4 小结
13C-DNA-SIP技术的土壤微生物功能多样性研究'>第五章 基于¹³C-DNA-SIP技术的土壤微生物功能多样性研究
    5.1 材料与方法
        5.1.1 供试土壤
        5.1.2 测定项目及方法
        5.1.3 计算和统计
    5.2 结果与分析
        5.2.1 不同处理土壤微生物的标记情况分析
        5.2.2 高通量测序结构概况
        5.2.3 外源有机碳对各处理土壤微生物群落结构的影响
        5.2.4 不同处理土壤主要的微生物菌群
        5.2.5 不同处理微生物对外源有机碳利用的差异
    5.3 讨论
    5.4 小结
第六章 结论及创新点
    6.1 结论
    6.2 创新点
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的文章

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 钟文辉,蔡祖聪;土壤管理措施及环境因素对土壤微生物多样性影响研究进展[J];生物多样性;2004年04期

2 陈锡时,郭树凡,汪景宽,张键;地膜覆盖栽培对土壤微生物种群和生物活性的影响[J];应用生态学报;1998年04期

本文编号：2847184