不同盐碱胁迫对土壤氮素转化和氨氧化微生物的影响

发布时间：2020-10-30 09:23

　　 【目的】土壤盐分是干旱和半干旱地区农业土壤所面临的重要问题。盐碱会导致微生物群落发生显著改变。氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)在硝化过程中起着重要作用,硝化作用是氮素转化过程的中心环节,微生物的改变势必会影响土壤氮素转化。研究不同盐碱类型和盐碱度下对土壤氮素转化和土壤微生物群落的影响,探讨不同盐碱类型下氨氧化微生物群落变化,揭示氨氧化微生物与盐碱胁迫的内在联系,为干旱区氮肥合理施用提供科学依据。【方法】本研究分为盆栽试验和室内培养两部分。盆栽试验于2016年进行,采用两因素试验设计,依据全国第二次土壤普查规定的盐渍土盐碱类型划分以及分级标准,通过添加NaCl、Na_2SO_4和NaHCO_3设置氯化物、硫酸盐和碱胁迫三种盐碱类型,盐碱度设3个水平,非盐(碱)胁迫(对照)、轻度盐(碱)胁迫和中度盐(碱)胁迫。盆栽试验主要研究盐碱胁迫对土壤细菌和真菌群落多样性的影响。室内培养试验于2017年进行,采用两因素试验设计,盐碱胁迫类型与盆栽试验相同,盐碱度有3个水平:非盐(碱)胁迫、中度盐(碱)胁迫和重度盐(碱)胁迫。室内培养试验主要探讨不同盐碱类型胁迫对氮素转化及氨氧化微生物的影响。【主要结果】(1)中度NaCl胁迫显著增加土壤无机氮含量,促进土壤的矿化作用,而中度Na_2SO_4和NaHCO_3胁迫对无机氮含量影响不显著。中度NaCl胁迫显著降低氮素硝化量,抑制作用显著高于中度Na_2SO_4胁迫和中度NaHCO_3碱胁迫。(2)Na_2SO_4和NaHCO_3胁迫显著降低土壤细菌群落Chao1和Ace丰富度指数。盐碱胁迫土壤细菌的拟杆菌门、浮霉菌门以及古菌的奇古菌门增加;而放线菌门、硝化螺旋菌门减少。NaCl中度盐化土壤细菌群落差异物种为δ变形菌纲;Na_2SO_4轻度盐化处理为酸杆菌目和γ-变形菌纲的不动杆菌属,中度盐化处理为未分类的放线菌纲;NaHCO_3轻度碱化为γ-变形菌纲的铜绿假单胞菌(不动杆菌属),中度碱化为酸杆菌门和α-变形菌纲的鞘脂单胞菌目。(3)NaCl和Na_2SO_4胁迫处理土壤真菌群落具有较高相似性(97%),与NaHCO_3胁迫群落相似性差异明显。轻度NaCl和Na_2SO_4胁迫显著增加土壤真菌群落丰富度,轻度NaHCO_3胁迫显著降低土壤真菌群落Chao1和Ace丰富度指数,中度NaHCO_3胁迫使其显著增加。盐碱胁迫显著增加子囊菌门相对丰度,盐胁迫的影响要高于碱胁迫。(4)NaCl胁迫显著增加AOA丰度,Na_2SO_4和NaHCO_3胁迫显著降低AOA丰度。NaCl、Na_2SO_4重度盐胁迫和NaHCO_3碱胁迫显著降低AOB丰度,且重度胁迫条件下,盐胁迫对AOB的影响要高于碱胁迫。(5)NaCl和Na_2SO_4重度盐胁迫显著降低土壤AOB群落α-多样性指数。NaHCO_3中度碱胁迫显著增加Chao1和Ace指数。RDA分析结果显示影响氨氧化古菌的主要环境因子是pH、电导率和有机质,而影响氨氧化细菌群落的主要环境因子是铵态氮、硝态氮、电导率和pH。【结论】盐碱胁迫(NaCl、Na_2SO_4、NaHCO_3)显著增加土壤无机氮含量,显著促进氮素矿化作用,主要通过显著增加某些分解有机物的菌群例如变形菌纲、未分类的放线菌门来促进。盐碱胁迫抑制硝化作用,主要通过改变AOB丰度和群落结构抑制硝化作用。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S154.3
【部分图文】：

尿素施用量明显高于硫酸铵土壤硝化速率（林兴军等, 2015）。通过培养实验发现，不同耕作方式培养前三周氮素矿化量随培养时间的增加而增加，逐渐变平（余泺等, 2010）。长期施肥会刺激中性和碱性土壤中氨氧化细菌的活动和数量，并提高硝化速率（王敬等, 2016）。目前学者对土壤氮素矿化和硝化速率方面进行了大量研究，但不同盐碱类型对土壤氮素矿化和硝化作用的影响研究较少。本研究针对干旱半干旱区盐碱土的主要类型，研究不同盐碱对土壤氮素矿化和硝化速率的影响，以阐明不同盐碱胁迫对土壤氮素矿化和硝化作用的影响，为干旱区农业发展提供依据。3.1 土壤无机氮在培养的 4 周时间内，NaCl 胁迫条件下，土壤无机氮含量变化范围为 50-150 mg·kg-1（图 3-1）。C2 处理土壤无机氮含量最高，培养结束时（第 28 天），C2 无机氮量较C1 和 CK 显著增加 36.61%和 9.87%。Na2SO4胁迫条件下无机氮含量及变化趋势与 NaCl胁迫近似。培养结束时，土壤无机氮量表现为 S2 显著高于 S1 和 CK，但 S1 与 CK 间无显著差异。NaHCO3碱胁迫氮素无机氮含量范围在 50-120 mg·kg-1之间，培养一周后不同碱度下无机氮含量无显著变化。培养第 28 天，A2 无机氮量显著高于 A1 和 CK。

不同盐碱胁迫对土壤氮素转化和氨氧化微生物的影响3.2 土壤矿化作用特征3.2.1 土壤氮素矿化量随着培养时间的增长，NaCl、Na2SO4和 NaHCO3碱胁迫处理土壤氮素矿化量呈上升趋势（图 3-2）。培养后 28 天 C1、C2 处理氮素矿化量较 CK 显著增加。Na2SO4胁迫条件下，培养后 28 天 S1、S2 处理氮素矿化量与 CK 无显著差异。NaHCO3碱胁迫培养后 28 天 A1、A2 氮素矿化量较 CK 显著增加。

升趋势（图 3-2）。培养后 28 天 C1、C2 处理氮素矿化量较 CK 显著增加。Na2SO4胁迫条件下，培养后 28 天 S1、S2 处理氮素矿化量与 CK 无显著差异。NaHCO3碱胁迫培养后 28 天 A1、A2 氮素矿化量较 CK 显著增加。图 3-2 盐碱胁迫土壤氮素累积矿化量Fig.3-2 Soil nitrogen mineralization under saline-alkali stress3.2.2 土壤氮素矿化率不同盐碱胁迫对土壤氮素矿化率影响如图 3-3 所示。NaCl 胁迫条件氮素矿化率的变化表现为随培养时间增加而增加，而 Na2SO4胁迫和 NaHCO3碱胁迫条件下氮素矿化率在培养后 14d 比较高。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李小刚;李凤民;;旱作地膜覆盖农田土壤有机碳平衡及氮循环特征[J];中国农业科学;2015年23期

2 林兴军;陈鹏;孙燕;黄丽芳;董云萍;;不同氮肥对咖啡园砖红壤硝化作用的影响[J];热带作物学报;2015年11期

3 郑智;刘琛;傅庆林;郭彬;林义成;丁能飞;;盐分和水分对滨海盐土微生物组成及多样性的影响[J];浙江农业学报;2015年02期

4 李娟;韩霁昌;张扬;程科;;高光谱遥感技术在作物营养监测中的研究进展[J];现代农业科技;2014年24期

5 张苗苗;王伯仁;李冬初;贺纪正;张丽梅;;长期施加氮肥及氧化钙调节对酸性土壤硝化作用及氨氧化微生物的影响[J];生态学报;2015年19期

6 吴凤芝;李敏;曹鹏;马亚飞;王丽丽;;小麦根系分泌物对黄瓜生长及土壤真菌群落结构的影响[J];应用生态学报;2014年10期

7 赵彤;蒋跃利;闫浩;黄懿梅;;土壤氨化过程中微生物作用研究进展[J];应用与环境生物学报;2014年02期

8 贺纪正;张丽梅;;土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J];微生物学通报;2013年01期

9 谷洪彪;姜纪沂;;土壤盐碱化的灾害学定义及其风险评价体系[J];灾害学;2013年01期

10 李建国;濮励杰;朱明;张润森;;土壤盐渍化研究现状及未来研究热点[J];地理学报;2012年09期

相关博士学位论文 前1条

1 陆诗敏;淡水养殖池塘环境中氨氧化微生物的研究[D];华中农业大学;2014年

相关硕士学位论文 前5条

1 马丽娟;咸水滴灌对棉田土壤硝化关键微生物的影响[D];石河子大学;2015年

2 山楠;京郊小麦—玉米轮作体系氮素利用与损失研究[D];河北农业大学;2014年

3 王萃;密云水库库滨区土壤和底泥中氨氧化微生物的群落特征及与环境因子的响应关系[D];首都师范大学;2014年

4 郑莹莹;干湿交替对土壤氮素转化及生物学特性的影响[D];东华大学;2013年

5 周凯;陆地棉耐盐相关基因（GhPTAC、GhGnT）克隆及其表达分析[D];中国农业科学院;2011年

本文编号：2862278