杨树人工林连作与轮作对土壤氮素细菌群落特征和氮素代谢的影响

发布时间：2020-06-21 07:17

【摘要】：氮素是影响杨树人工林生产力的最重要元素,研究杨树人工林连作和轮作氮素循环微生物类群演变动态及氮素代谢结构特征,有助于从养分循环角度揭示杨树人工林连作障碍机制。本文采用宏基因组测序技术,研究了杨树人工林Ⅰ代林地、连作Ⅱ代林地、Ⅱ代林地主伐后轮作花生地和轮荒地土壤中氮素循环细菌类群及氮素代谢随不同连作代数及不同轮作模式的演变规律。研究结果如下:(1)发现参与氮素循环细菌4类11属,分别为:固氮细菌,拜叶林克氏菌属(Beijerinckia)、慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)、根瘤菌属(Rhizobium)、弗兰克式菌属(Frankia);硝化细菌,硝化杆菌属(Nitrobacter)、亚硝化螺菌属(Nitrosospira);反硝化细菌,假单胞菌属(Pseudomonas)、罗尔斯通菌属(Ralstonia)、伯克氏菌属(Burkholderia)、芽孢杆菌属(Bacillus)、链霉菌属(Streptomyces);氨化细菌,芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)。(2)杨树Ⅱ代林与Ⅰ代林相比,土壤中氮素细菌的种类没有增减,土壤中参与氮素循环细菌总数增加了4.73%,其中固氮细菌的丰度增加了53.44%,硝化细菌丰度没有变化,反硝化细菌的丰度增加了0.14%,氨化细菌的丰度增加了1.33%。轮作花生后,土壤中氮素细菌的种类没有增减,固氮细菌的丰度减少了71.14%,硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌的丰度分别增加了120%、15.63%和20.76%。与杨树Ⅱ代林相比,Ⅱ代林主伐轮荒后土壤中的氮素循环细菌的种类和丰度发生变化,其中硝化细菌缺失,固氮细菌丰度减少了79.10%,反硝化细菌和氨化细菌的丰度分别增大了17.39%、24.56%。(3)杨树Ⅱ代林与Ⅰ代林相比,土壤中的固氮细菌代谢活性增强,硝化细菌中的硝化杆菌属(Nitrobacter)的代谢活性减弱,亚硝化螺菌属(Nitrosospira)的代谢活性增强,氨化细菌代谢活性减弱;Ⅱ代林主伐轮作花生后,仅有硝化细菌的代谢活性增加,其他四种氮素代谢功能菌的活性都降低了。Ⅱ代林主伐轮荒后,所有的氮素循环细菌的代谢活性均比杨树Ⅱ代林地的低。(4)杨树Ⅱ代林与Ⅰ代林相比,林地土壤中固氮作用和反硝化作用强度分别增加了14.29%、2.55%,氨化作用和硝化作用强度分别降低了12.90%、5.24%。与杨树Ⅱ代林相比,轮作花生后土壤中的硝化作用和氨化作用的强度分别增加了20.20%、3.70%,反硝化作用和固氮作用强度分别降低了8.81%、70.83%。轮荒地中四种氮素转化作用强度均比轮作花生地的低。总之,杨树人工林连作一代后,土壤中参与氮素循环的细菌总数增加,但代谢活性降低,林地土壤中固氮作用和硝化作用强度增加;轮作花生后,大多数氮素代谢微生物的数量增加,但仅有硝化细菌的代谢活性明显增强,土壤硝化作用强度增加。因此,轮作可以改善连作对杨树人工林地土壤硝化细菌生长繁殖和代谢活动的影响,进而提高林地的硝化作用强度。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S714.3
【图文】：

布局图,样地,试验区,布局图

试验区研究样地布局图

通路图,硝酸还原酶,一氧化氮还原酶,羟胺还原酶

图 3 KEGG 氮素代谢通路图Fig.3 KEGG metabolic pathway of nitrogen metabolism氮素代谢具体各个支路需要相关的酶参与完成，通过对图 3 中氮素代谢通路图中因和酶的对应关系分析可知，与反硝化作用有关的酶有硝酸还原酶（EC 1.7.99.4）、硝酸还原酶（EC 1.7.2.1）"羟胺还原酶（EC 1.7.99.1）、一氧化氮还原酶（EC 1.7.2.5和一氧化二氮还原酶（EC 1.7.2.4），与固氮作用有关的酶是固氮酶（EC 1.18.6.1），与

【参考文献】