不同种类肥料和阿特拉津对土壤微生物量及土壤硫循环多样性的影响

发布时间：2020-06-16 16:35

【摘要】：土壤质量对于农业和农产品的可持续经营是非常重要的。土壤微生物是平衡土壤健康的另一重要因素。农药和化肥等农用化学品被认为是提高产量的罪魁祸首。尽管使用农用化学品对于对全球粮食短缺具有重要意义,但它们对生态系统的有害影响是不容忽视的。尽管研究出了农用化学品对人类和环境具有不利影响,但也发现它们对改变土壤的微生物结构负有重要责任,这也在土壤肥力中起着重要性作用。土壤微生物结构及其活动是农业部门的一个关键因素,它不仅维持了土壤养分,而且还积极促进了土壤质量和作物产量的提升。因此,土壤微生物被认为是评价土壤肥力的生物指标;土壤微生物活性对土壤理化性质有很大影响,农业土壤的可持续农业生产有利于维持这些微生物活性。农药、化肥等农用产品在土壤中的残留时间较长,影响土壤微生物组成以及土壤健康。肥料类型是影响土壤功能的另一个重要因素,例如大量营养物质可以改变土壤微生物生物量浓度、土壤水分、土壤酸碱度、酶等众多因素。所有这些都在改变土壤微生物种群动态的同时,直接造成了农业化学品对土壤剖面的影响。尽管这些影响取决于如生物参数、非生物参数,以及从土壤质量到作物生产范围的季节性变化等许多因素,但仍有研究表明,农药对土壤微生物群落的变化具有较强的影响。这些微生物群落不仅参与维持土壤肥力,而且还调节着许多其他的环境活动,这些活动对平衡地球上的生命至关重要,就像微生物在生物地球化学循环中的作用一样。因此,本研究旨在发现肥料对土壤微生物生物量和DNA浓度的影响;利用阿特拉津研究了农药对土壤微生物富集(特别是与土壤硫循环相关的微生物)的影响。在本研究中,选择硫作为参考因素有很多。在这项研究之前,硫并没有当作研究阿特拉津影响的关注点,但硫循环在土壤生物地球化学循环中非常重要。大部分硫以硫酸盐或磺酸盐(碳键硫)而不是无机硫酸盐的形式存在于农田中;然而,植物根系能够吸收无机硫酸盐。所以,土壤微生物可以将结合的硫酸盐转化为无机硫酸盐供植物利用。土壤微生物不仅对结合硫的矿化起作用,而且对土壤中硫酸盐的固定化也起作用。但控制土壤硫循环和硫酸盐还原菌的特定属或种还有待进一步研究。结果表明,不同施肥方式可以改变土壤微生物量和DNA含量。许多其他非生物成分也被发现可以改变土壤微生物浓度,但最主要的因素还是肥料类型。在本研究中,与春季施用有机肥的土壤的微生物生物量浓度在0.005-0.008g/g之间,DNA浓度在0.5-1.5ug/g范围内相比,在夏季施用有机肥的土壤具有较高的微生物生物量(0.0051-0.0098g/g土壤)和DNA含量(1.2-2.4ug/g土壤)。相应地,在无机肥处理的土壤中,夏季的土壤微生物量(0.001-0.009g/g土壤)和DNA(0.5-1.8ug/g土壤)的浓度高于春季的土壤微生物量(0.002-0.005ug/g之间)和DNA浓度(0.2-1.1 ug/g之间)。本研究证实了肥料和季节变化对土壤微生物量的影响,并揭示了土壤微生物量与土壤DNA之间的显著相关性。土壤具有自身恢复微生物的能力。在阿特拉津胁迫下观察到相同的变化趋势。为此,我们观察了阿特拉津浓度分别为20、50、100和200 mg/kg的土壤微生物生物量和DNA的活性。结果表明,在20 mg/kg阿特拉津胁迫下,第一天土壤微生物量和DNA浓度分别为0.0085g/g和1.32ug/g;而在第28天土壤微生物量和DNA浓度分别达到了0.004g/g和0.68ug/g;另一方面,较高的阿特拉津浓度减缓了阿特拉津胁迫的进程。在200 mg/kg阿特拉津胁迫下,土壤微生物生物量从0.006g/g恢复到0.002 g/g，DNA浓度从1.32ug/g土壤下降到0.58ug/g土壤。此外,还研究了在阿特拉津胁迫下土壤总微生物数和硫酸盐还原菌数对土壤硫循环的影响。在试验第一天到第28天,总微生物数由26.5X 104/g变化到27X 104/g,并且在第28天时,浓度为20 mg/kg阿特拉津胁迫下土壤的最高回收率为22.5 × 104/g;而在浓度为200 mg/kg阿特拉津胁迫下,土壤总微生物数具有最低回收率,数值为10.5 X 104/g。硫酸盐还原菌的回收率趋势与此一致。第28天,在20 mg/kg莠去津处理的微体系中,硫酸盐还原菌的回收率最高(1.85× 104/g土壤),在200mg/kg去津处理的微体系中,SRB的回收率最低(0.5×104/g土壤)。本试验也研究了在不同浓度阿特拉津胁迫下农药对土壤硫循环中APRA和DSRA基因方面的影响。第28天,在较高阿特拉津浓度(200mg/kg)的处理组中未检测到APRA和DSRA基因。对阿特拉津胁迫下土壤硫循环相关基因的多样性分析表明,本研究所观察到的所有序列都与APRA基因非常相似。在第1天至第28天的所有试验期间,所有具有0 mg/kg阿特拉津浓度的样品中均发现最大相似性水平(99%),而从含有20 mg/kg阿特拉津浓度的土壤中提取的样品仅在试验第一天显示最大相似性。相似序列的总体趋势表明,阿特拉津浓度最高的土壤样品中的APRA基因序列的匹配率最低,而阿特拉津浓度为0、20和50 mg/kg的土壤样品中的APRA基因序列的匹配率较高。阿特拉津浓度越高,对微生物群落调节硫循环的压力越大,恢复土壤微生物(包括SRB)所需的时间越长。结果表明,化肥、农药等农用化学品浓度超标对土壤微生物活性有影响。这种干扰不仅会影响土壤肥力,还会对其他环境系统造成影响。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.3
【图文】：

无机肥,有机肥

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无机肥,有机肥

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