长期施氮对东北黑土微生物及主要氮循环菌群的影响

发布时间：2017-12-10 15:01

  本文关键词：长期施氮对东北黑土微生物及主要氮循环菌群的影响

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【摘要】：氮素养分是影响土壤微生物、土壤理化性质和作物产量的一个主要因素。长期施氮将导致土壤微生物群落结构及功能发生深刻变化,并由此影响土壤生产能力。本文以东北黑土肥料长期定位试验为基础,利用实时荧光定量PCR和高通量测序等分子生态学技术,以2013和2014年分别种植小麦和大豆的土体为研究对象,在分析长达34和35年持续施用氮肥和轮作对土壤理化性质和氮肥农学效率影响的基础上,探讨土壤微生物群落和氮循环中氨氧化细菌、古菌和固氮细菌的变化特征,以揭示长期施氮与土壤-作物-微生物间互作的生态学效应。论文取得的主要进展如下:1.经过34和35年的持续施氮,黑土酸化明显,高氮肥处理小麦季黑土 pH值低至4.6;高氮肥两个处理(小麦季)的氮肥农学效率分别下降了 65.6%和41.2%。铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总氮(TotalN)含量增加。2.经过34和35年的持续施氮,黑土由"细菌型"向"真菌型"转变。随着氮肥水平的增加,小麦季细菌/真菌丰度比值由2.1×105降至4.6×104,大豆季由8.4×104降至3.8×104。四种施肥处理黑土中的细菌和真菌群落的α多样性明显降低,可能导致黑土生态系统稳定性降低。3.长期施用氮肥提高了放线菌、变形杆菌、壳菌和散囊菌的丰度,降低了酸杆菌、疣微菌、硝化螺旋菌和粪囊菌的丰度。土壤理化性质和作物季分别解释了细菌变化的25.5%和12.2%,二者分别解释了真菌群落变化的29.3%和23.9%。土壤pH值和NO_3~--N浓度是影响细菌和真菌群落组成的关键因素。4.氨氧化微生物受氮肥水平影响显著。随着氮肥水平的增加,氨氧化古菌(AOA)的拷贝数由2.6×107降至8.3×105/g 土壤,而氨氧化细菌(AOB)拷贝数由1.3×104增至1.1×105/g 土壤;相同氮肥水平处理中AOA和AOB群落结构相似,不同氮肥水平处理间群落差异显著;黑土中AOA主要有 Nitrososphaera 和 Nitrosotalea,AOB 主要有 Nitrosospira 和 Nitrosomonas 两大类。5.固氮菌群落丰度和结构受氮肥水平和作物的影响显著。大豆季的nifH拷贝数高于小麦季。两季中四种氮肥处理均显著降低nifH基因丰度。小麦季氮肥显著影响固氮菌多样性,对大豆季影响不明显。黑土中的优势类群为Bradyrhizobium,小麦季其比例为53.9～95.8%,而大豆季则为87.8～97.9%。土壤中NO_3~--N、有效磷、NH_4~+-N浓度和pH值与固氮菌群落结构变化呈显著相关关系。6.利用分离培养技术研究了施肥条件下黑土中的微生物资源。不同氮肥水平黑土中的细菌和真菌优势类群存在明显差异。以上结果表明,长期施氮降低了东北黑土中细菌和真菌的a多样性,并使黑土由"细菌型"向"真菌型"转变。黑土中的细菌、真菌、氨氧化微生物和固氮细菌的群落结构变化与氮肥水平相关。说明长期施氮已对东北黑土微生物群落产生了显著影响。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154.3

【参考文献】

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本文编号：1274858