玉米—大豆套作体系下土壤氮素转化细菌群落多样性研究

发布时间：2020-06-01 20:38

【摘要】：氮营养对作物生长发育十分重要,在农业生产中影响制约着作物产量和品质的形成。施氮是补充土壤氮素的重要措施,但N肥利用率不仅不会随着施氮量的增加而提高,过量施氮还会降低作物氮肥吸收利用效率,带来严重的生态环境问题。近年来,玉米-大豆带状套作技术发展迅速,在增产,提高养分利用率方面效果显著,促进了作物养分吸收。但促使N利用效率提高的地下部控制机理尚不清楚。因此,本研究在前人基础上,通过不同种植模式与施氮水平的长期定位试验,测定了玉米单作(MM)、大豆单作(SS)和玉米-大豆套作(IMS)三种种植模式及不施氮(NN:0 kg.hm-2)、减量施氮(RN:180kg.hm-2)和常量施氮(CN:240kg.hm-2)三个施氮水平下玉米、大豆根际土壤微生物数量和成熟期土壤含氮量、作物吸氮量以及参与土壤中氮素循环几大关键步骤细菌群落多样性、丰度及系统发育,旨在探清玉米-大豆套作系统中不同种植模式和施氮水平下作物-土壤-微生物三者之间N循环的关系,弄清套作系统中植株、土壤N素吸收利用以及土壤氮素高效利用的根际微生态机理。以下为研究结果:1.与MM(SS)相比,IMS下玉米茎叶吸N量提高22.56%,籽粒的平均降低0.77%,玉米土壤总N含量提高13.39%;大豆茎叶吸N量降低38.55%,籽粒的提高9.45%,土壤总N含量降低5.81%。与不施N相比,施N提高了玉米大豆茎叶、籽粒及其土壤总N含量,各施氮处理之间,MM下玉米茎叶、籽粒吸N含量均表现为CNRNNN,土壤总N含量以CN最高;IMS下玉米茎叶、籽粒和土壤全N含量以RN最高。单套作下大豆茎叶、籽粒和土壤总N含量以RN最高。2.与MM(SS)相比,IMS下玉米根际土壤细菌、真菌、放线菌数量均得到提高,与大豆共生后细菌、真菌、放线菌数量分别提高2.6%、15.5%和8.6%;大豆的细菌、放线菌、固氮菌数量2年平均提高了 12.9%、5.6%和2.2%,而真菌2年间除R2期外,均为套作比单作减少1.3%,但无显著差异。施N增加了玉米、大豆土壤中细菌、真菌、放线菌以及固氮菌数量,其中,细菌数量以RN最高,单套作下RN的玉米细菌数量比NN和CN的平均高9.6%和9.8%,大豆的平均高11.7%和11.0%;施氮与不是施氮相比,单套作下玉米真菌数量平均高17.2%和11.3%,大豆的平均高9.8%和1.5%;玉米放线菌数量随施氮量的增加而增加,与不施氮相比,单套作下玉米平均提高7.9%、11.5%,大豆的平均提高14.0%、1.9%;大豆固氮菌数量随施氮量的增加而增加,SS和IMS下施氮比不施氮分别高7.1%和11.7%。3.种植模式和施氮量对氨氧化细菌影响显著。构建的amoA基因克隆文库中,共有38个OTUs,分为3类。其中第I类中MM下玉米的优势种群为OTU18、OTU33、OTU27,IMS下玉米的优势OTU为OTU31、OTU29、OTU24;第II和第III类均为大豆的优势OTUs。与MM(SS)相比,IMS下玉米OTU数高于MM,大豆的为IMSSS;玉米、大豆单套作下多样性指数均在RN下达到最大,玉米的较为接近,大豆的差异较大。IMS下玉米aamoA基因丰度随生育期的推进而降低,共生后比共生前提高了38.5%,单套作下大豆的分别增加了 107.2%和64.8%,整个生育期均为IMSSS。与不施N相比,施N显著增加了玉米、大豆amoA基因丰度;玉米的提高了 37.7%,大豆的提高了 93.0%。4.在nifH基因文库中,共有67个OTUs,分为3大类,OTU4、OTU5和OTU6为未分类基因序列,其余环境样品中的微生物已有研究,多样性十分丰富。与MM(SS)相比,IMS下玉米固氮菌多样性得到提高;大豆单套作下基因多样性指数差异不大,与不施N相比,施N提高了土壤中nifH基因多样性,玉米、大豆均以RN最高。与MM(SS)相比,R6期IMS下玉米nifH基因丰度提高了 88.9%,共生后单套作基因拷贝数分别提高了 631.8%和1233.2%;V5期IMS下大豆的提高了 34.15%,但R2期降低了 18.9%。玉米各时期均在RN处理下达到最高,大豆则随施氮量的增加而增加。5.IMS下玉米nirS基因优势OTUs有26个,单作玉米有18个;套作大豆优势OTUs有3个,单作下有2个。MM下,玉米OTUs数和多样性指数均以RN最高,NN最少,但IMS下玉米以RN处理最少,CN最多;而大豆单套作下的多样性指数均以RN最低。与MM相比,R6期IMS下玉米nirS基因丰度高84.8%,大豆共生后均为IMSSS,单套作下该基因丰度随生.育时期的推进而降低。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.3

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