华南生草栽培果园中不同草种养分效益差异及其微生物机制
发布时间：2021-05-26 13:34
华南红壤果园中化肥的大量使用和果园本身不良的立地条件不利于该区域果园的可持续生产。农业部于2015年提出“化肥使用零增长”行动方案,要求果园生产应采用更科学和可持续性的果园土壤管理方式。充分利用果园生态系统中现有的生物资源、实现可持续的果园土壤管理是一个颇具前景的思路。果园生草栽培体系中,生草草种的引入可以调动土壤中的有益微生物资源,充分发挥其在土壤养分循环和改善土壤肥力等方面的作用。生草栽培对果树生产、果园微域环境、土壤肥力和结构等的促进和改善方面的宏观研究已有大量报道,但是,目前对生草栽培体系中土壤养分循环的微生物机制等方面的微观研究比较缺乏。更为重要的是,禾本科和豆科这两类具有不同生态效应的生草草种对促进土壤养分循环是否具有不同的微生物机制,这一点也需要深入研究。因此,本论文以华南果园常用的生草草种百喜草（Paspalum notatum Flüggé,禾本科）和柱花草（Stylosanthes guianensias,豆科）为试材,分别在田间和实验室进行研究,主要结果如下:（1）红壤果园实施生草栽培3年后,百喜草由于输入土壤的大量生物量以及更深的根系分布,显著增加土壤有机质（S...
【文章来源】：华南农业大学广东省
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
1.1 研究背景
1.1.1 华南红壤坡地资源及开发利用中存在的问题
1.1.2 果园生草栽培
1.1.2.1 果园生草栽培的生理生态效应研究进展
1.1.2.2 果园生草栽培对土壤微生物的影响
1.1.2.3 果园生草栽培草种的选择
1.1.3 植物种类对土壤微生物群落的影响
1.1.4 微生物与土壤养分循环
1.1.4.1 土壤碳循环
1.1.4.2 土壤氮循环
1.1.4.3 土壤磷循环
1.2 本研究的目的与意义
第2章 禾本科和豆科生草草种对果园土壤理化性状和微生物群落的影响
2.1 前言
2.2 材料与方法
2.2.1 试验设计
2.2.2 试验方法
2.2.2.1 土壤有机碳和养分含量的测定
2.2.2.2 总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)和易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)含量的测定
2.2.2.3 土壤DNA的提取、细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的PCR-DGGE
2.2.2.4 土壤细菌16S rRNA基因、真菌ITS和土壤养分循环相关功能基因的qPCR
2.2.3 统计分析
2.3 结果与分析
2.3.1 生草和接种共生微生物对土壤养分含量的影响
2.3.2 生草和接种共生微生物对土壤有机碳和球囊霉素土壤相关蛋白含量的影响
2.3.3 生草和接种共生微生物对土壤细菌和真菌群落的影响
2.3.4 生草和接种共生微生物对细菌、真菌和功能基因丰度的影响
2.3.5 果园土壤养分含量对土壤微生物群落结构和功能的影响
2.4 讨论
2.5 本章小结
第3章 禾本科和豆科生草草种根际土壤微生物群落结构差异
3.1 前言
3.2 材料与方法
3.2.1 试验设计
3.2.2 试验方法
3.2.2.1 土壤化学性状分析
3.2.2.2 土壤DNA的提取和PCR-DGGE
3.2.2.3 土壤细菌和真菌的qPCR
3.2.2.4 16S rRNA基因和ITS基因的Miseq测序
3.2.3 统计分析
3.2.4 核酸登录号
3.3 结果与分析
3.3.1 不同草种对根际土壤化学性状的影响
3.3.2 不同草种对根际土壤微生物群落结构的影响
3.3.3 不同草种对根际土壤微生物丰度的影响
3.3.4 不同生草草种类群根际微生物群落结构的差异
3.4 讨论
3.5 本章小结
第4章 百喜草和柱花草生草草种根际土壤微生物群落功能差异
4.1 前言
4.2 材料与方法
4.2.1 试验设计
4.2.2 试验方法
4.2.2.1 土壤浸提液物质的GC-MS分析
4.2.2.2 宏基因组测序和生物信息学分析
4.2.3 统计分析
4.3 结果与分析
4.3.1 生草对土壤微生物丰度和群落组成的影响
4.3.2 生草对土壤微生物群落功能的影响
4.3.3 生草土壤微生物群落功能与微生物物种的联系
4.3.4 土壤养分和浸提液代谢物与土壤微生物群落结构和功能的关系
4.4 讨论
4.5 本章小结
第5章 百喜草和柱花草生草草种根际土壤氮循环及其相关微生物群落和功能的差异
5.1 前言
5.2 材料与方法
5.2.1 试验设计
5.2.2 试验方法
5.2.2.1 土壤酶活性测定
5.2.2.2 土壤氮循环基因及物种分析
5.2.2.3 氮循环关键功能基因的qPCR
5.2.3 统计分析
5.3 结果与分析
5.3.1 百喜草和柱花草对土壤氮碳循环相关酶活性的影响
5.3.2 百喜草和柱花草对土壤氮循环和氮循环微生物群落多样性的影响
5.3.3 一般微生物(Generalists)和特化微生物(Specialists)对氮循环的影响
5.3.4 百喜草和柱花草对氮循环功能基因绝对丰度的影响
5.4 讨论
5.5 本章小结
第6章 百喜草和柱花草生草草种根际土壤磷循环及其相关微生物群落和功能的差异
6.1 前言
6.2 材料与方法
6.2.1 试验设计
6.2.2 试验方法
6.2.2.1 土壤磷循环基因及物种分析
6.2.2.2 磷循环关键功能基因的qPCR
6.2.2.3 土壤C/P和磷酸酶活性测定
6.2.2.4 土壤无机磷分级
6.2.2.5 土壤有机磷分级
6.2.3 统计分析
6.3 结果与分析
6.3.1 百喜草和柱花草对土壤无机磷和有机磷分级的影响
6.3.2 百喜草和柱花草对土壤磷循环功能基因的影响
6.3.3 土壤磷组分与磷循环功能基因之间的关系
6.3.4 百喜草和柱花草对土壤微生物磷循环微生物类群的影响
6.4 讨论
6.5 本章小结
第7章 生草植物来源的碳素和土壤有机质来源的碳素对根际土壤细菌群落的影响
7.1 前言
7.2 材料与方法
7.2.1 试验设计
7.2.2 试验方法
7.2.2.1 土/砂有机碳含量测定
7.2.2.2 土/砂DNA的提取、细菌16S rRNA基因的qPCR
7.2.2.3 土/砂细菌16S rRNA基因的PCR-DGGE
7.2.2.4 土/砂细菌16S rRNA基因的HiSeq测序
7.2.3 统计分析
7.3 结果与分析
7.3.1 土壤/石英砂中有机碳含量
7.3.2 PDC和SDC对土/砂细菌丰度的影响
7.3.3 PDC和SDC对土/砂细菌群落结构的影响
7.3.4 不同生草植物PDC对细菌的选择作用
7.3.5 细菌群落结构的不相似性和相应的土/砂中不相似性贡献OTU
7.4 讨论
7.5 本章小结
第8章 百喜草和柱花草对根系凋落物降解和降解微生物群落的影响
8.1 前言
8.2 材料与方法
8.2.1 试验设计
8.2.1.1 根系凋落物材料的准备
8.2.1.2 降解试验
8.2.2 试验方法
8.2.2.1 根系凋落物降解质量损失和凋落物性状分析
8.2.2.2 降解土壤养分含量测定
8.2.2.3 凋落物降解微生物群落结构的PCR-DGGE
8.2.3 统计分析
8.3 结果与分析
8.3.1 百喜草和柱花草根系凋落物性状差异
8.3.2 生草植物和凋落物种类对凋落物质量损失的影响
8.3.3 生草植物和凋落物种类对土壤养分含量的影响
8.3.4 生草和凋落物种类对分解者群落的影响
8.3.5 生草植物通过对土壤养分和分解者群落结构的改变而影响凋落物的降解
8.4 讨论
8.5 本章小结
第9章 百喜草和柱花草土壤养分循环及微生物群落的空间差异
9.1 前言
9.2 材料与方法
9.2.1 试验设计
9.2.2 试验方法
9.2.2.1 土壤化学性状分析
9.2.2.2 土壤PLFA的提取和检测
9.2.2.3 土壤酶活性测定
9.2.2.4 土壤DNA的提取和细菌16S rRNA基因的MiSeq测序
9.2.2.5 功能基因的qPCR
9.2.3 统计分析
9.3 结果与分析
9.3.1 草种和根际距离对土壤化学性状的影响
9.3.2 草种和根际距离对土壤微生物群落结构的影响(PLFAs和MiSeq测序)
9.3.3 草种和根际距离对土壤酶活性的影响
9.3.4 草种和根际距离对土壤养分循环水解酶相关功能基因丰度的影响
9.3.5 土壤化学性状和微生物群落组成对土壤养分循环功能的影响
9.4 讨论
9.5 本章小结
第10章 全文总结
10.1 结论
10.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 发表论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]林冠受损对小坑林场土壤固碳微生物群落结构的影响[J]. 禹飞,梁俊峰,史静龙,王胜坤,陆俊锟. 微生物学通报. 2017(10)
[2]解磷菌的研究进展及展望[J]. 彭静静,高辉远. 泰山学院学报. 2016(06)
[3]行间种草对火龙果果园土壤特性及果实产量的影响初探[J]. 蒙正兵,刘华荣,龙忠富,张瑜. 贵州畜牧兽医. 2016(05)
[4]土壤质地对自养固碳微生物及其同化碳的影响[J]. 王群艳,吴小红,祝贞科,袁红朝,隋方功,葛体达,吴金水. 环境科学. 2016(10)
[5]稻田土壤固碳功能微生物群落结构和数量特征[J]. 刘琼,魏晓梦,吴小红,袁红朝,王久荣,李裕元,葛体达,吴金水. 环境科学. 2017(02)
[6]土壤酶学硏究进展[J]. 王理德,王方琳,郭春秀,韩福贵,魏林源,李发明. 土壤. 2016(01)
[7]土壤微生物在植物获得养分中的作用[J]. 沈仁芳,赵学强. 生态学报. 2015(20)
[8]间作白三叶对苹果/白三叶复合系统土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响[J]. 张道勇,李会科,郭宏,杜毅飞,王海涛. 水土保持研究. 2015(05)
[9]生草栽培对火龙果果园土壤特性及微生态环境的影响[J]. 匡石滋,田世尧,段冬洋,凡超. 热带农业科学. 2015(05)
[10]果园生草栽培的生态环境效应研究进展[J]. 杜丽清,吴浩,郑良永. 中国农学通报. 2015(11)
博士论文
[1]生草制苹果园土壤微生物群落结构与功能特征研究[D]. 焦奎宝.沈阳农业大学 2014
[2]农田土壤磷素固液相分配规律及微生物C/P比影响因素研究[D]. 李春越.西北农林科技大学 2009
[3]云南高黎贡山国家自然保护区土壤微生物多样性研究[D]. 周慧.湖南农业大学 2008
[4]淹水土壤中硝态氮异化还原成铵过程的研究[D]. 殷士学.南京农业大学 2000
本文编号：3206459
【文章来源】：华南农业大学广东省
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
1.1 研究背景
1.1.1 华南红壤坡地资源及开发利用中存在的问题
1.1.2 果园生草栽培
1.1.2.1 果园生草栽培的生理生态效应研究进展
1.1.2.2 果园生草栽培对土壤微生物的影响
1.1.2.3 果园生草栽培草种的选择
1.1.3 植物种类对土壤微生物群落的影响
1.1.4 微生物与土壤养分循环
1.1.4.1 土壤碳循环
1.1.4.2 土壤氮循环
1.1.4.3 土壤磷循环
1.2 本研究的目的与意义
第2章 禾本科和豆科生草草种对果园土壤理化性状和微生物群落的影响
2.1 前言
2.2 材料与方法
2.2.1 试验设计
2.2.2 试验方法
2.2.2.1 土壤有机碳和养分含量的测定
2.2.2.2 总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)和易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)含量的测定
2.2.2.3 土壤DNA的提取、细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的PCR-DGGE
2.2.2.4 土壤细菌16S rRNA基因、真菌ITS和土壤养分循环相关功能基因的qPCR
2.2.3 统计分析
2.3 结果与分析
2.3.1 生草和接种共生微生物对土壤养分含量的影响
2.3.2 生草和接种共生微生物对土壤有机碳和球囊霉素土壤相关蛋白含量的影响
2.3.3 生草和接种共生微生物对土壤细菌和真菌群落的影响
2.3.4 生草和接种共生微生物对细菌、真菌和功能基因丰度的影响
2.3.5 果园土壤养分含量对土壤微生物群落结构和功能的影响
2.4 讨论
2.5 本章小结
第3章 禾本科和豆科生草草种根际土壤微生物群落结构差异
3.1 前言
3.2 材料与方法
3.2.1 试验设计
3.2.2 试验方法
3.2.2.1 土壤化学性状分析
3.2.2.2 土壤DNA的提取和PCR-DGGE
3.2.2.3 土壤细菌和真菌的qPCR
3.2.2.4 16S rRNA基因和ITS基因的Miseq测序
3.2.3 统计分析
3.2.4 核酸登录号
3.3 结果与分析
3.3.1 不同草种对根际土壤化学性状的影响
3.3.2 不同草种对根际土壤微生物群落结构的影响
3.3.3 不同草种对根际土壤微生物丰度的影响
3.3.4 不同生草草种类群根际微生物群落结构的差异
3.4 讨论
3.5 本章小结
第4章 百喜草和柱花草生草草种根际土壤微生物群落功能差异
4.1 前言
4.2 材料与方法
4.2.1 试验设计
4.2.2 试验方法
4.2.2.1 土壤浸提液物质的GC-MS分析
4.2.2.2 宏基因组测序和生物信息学分析
4.2.3 统计分析
4.3 结果与分析
4.3.1 生草对土壤微生物丰度和群落组成的影响
4.3.2 生草对土壤微生物群落功能的影响
4.3.3 生草土壤微生物群落功能与微生物物种的联系
4.3.4 土壤养分和浸提液代谢物与土壤微生物群落结构和功能的关系
4.4 讨论
4.5 本章小结
第5章 百喜草和柱花草生草草种根际土壤氮循环及其相关微生物群落和功能的差异
5.1 前言
5.2 材料与方法
5.2.1 试验设计
5.2.2 试验方法
5.2.2.1 土壤酶活性测定
5.2.2.2 土壤氮循环基因及物种分析
5.2.2.3 氮循环关键功能基因的qPCR
5.2.3 统计分析
5.3 结果与分析
5.3.1 百喜草和柱花草对土壤氮碳循环相关酶活性的影响
5.3.2 百喜草和柱花草对土壤氮循环和氮循环微生物群落多样性的影响
5.3.3 一般微生物(Generalists)和特化微生物(Specialists)对氮循环的影响
5.3.4 百喜草和柱花草对氮循环功能基因绝对丰度的影响
5.4 讨论
5.5 本章小结
第6章 百喜草和柱花草生草草种根际土壤磷循环及其相关微生物群落和功能的差异
6.1 前言
6.2 材料与方法
6.2.1 试验设计
6.2.2 试验方法
6.2.2.1 土壤磷循环基因及物种分析
6.2.2.2 磷循环关键功能基因的qPCR
6.2.2.3 土壤C/P和磷酸酶活性测定
6.2.2.4 土壤无机磷分级
6.2.2.5 土壤有机磷分级
6.2.3 统计分析
6.3 结果与分析
6.3.1 百喜草和柱花草对土壤无机磷和有机磷分级的影响
6.3.2 百喜草和柱花草对土壤磷循环功能基因的影响
6.3.3 土壤磷组分与磷循环功能基因之间的关系
6.3.4 百喜草和柱花草对土壤微生物磷循环微生物类群的影响
6.4 讨论
6.5 本章小结
第7章 生草植物来源的碳素和土壤有机质来源的碳素对根际土壤细菌群落的影响
7.1 前言
7.2 材料与方法
7.2.1 试验设计
7.2.2 试验方法
7.2.2.1 土/砂有机碳含量测定
7.2.2.2 土/砂DNA的提取、细菌16S rRNA基因的qPCR
7.2.2.3 土/砂细菌16S rRNA基因的PCR-DGGE
7.2.2.4 土/砂细菌16S rRNA基因的HiSeq测序
7.2.3 统计分析
7.3 结果与分析
7.3.1 土壤/石英砂中有机碳含量
7.3.2 PDC和SDC对土/砂细菌丰度的影响
7.3.3 PDC和SDC对土/砂细菌群落结构的影响
7.3.4 不同生草植物PDC对细菌的选择作用
7.3.5 细菌群落结构的不相似性和相应的土/砂中不相似性贡献OTU
7.4 讨论
7.5 本章小结
第8章 百喜草和柱花草对根系凋落物降解和降解微生物群落的影响
8.1 前言
8.2 材料与方法
8.2.1 试验设计
8.2.1.1 根系凋落物材料的准备
8.2.1.2 降解试验
8.2.2 试验方法
8.2.2.1 根系凋落物降解质量损失和凋落物性状分析
8.2.2.2 降解土壤养分含量测定
8.2.2.3 凋落物降解微生物群落结构的PCR-DGGE
8.2.3 统计分析
8.3 结果与分析
8.3.1 百喜草和柱花草根系凋落物性状差异
8.3.2 生草植物和凋落物种类对凋落物质量损失的影响
8.3.3 生草植物和凋落物种类对土壤养分含量的影响
8.3.4 生草和凋落物种类对分解者群落的影响
8.3.5 生草植物通过对土壤养分和分解者群落结构的改变而影响凋落物的降解
8.4 讨论
8.5 本章小结
第9章 百喜草和柱花草土壤养分循环及微生物群落的空间差异
9.1 前言
9.2 材料与方法
9.2.1 试验设计
9.2.2 试验方法
9.2.2.1 土壤化学性状分析
9.2.2.2 土壤PLFA的提取和检测
9.2.2.3 土壤酶活性测定
9.2.2.4 土壤DNA的提取和细菌16S rRNA基因的MiSeq测序
9.2.2.5 功能基因的qPCR
9.2.3 统计分析
9.3 结果与分析
9.3.1 草种和根际距离对土壤化学性状的影响
9.3.2 草种和根际距离对土壤微生物群落结构的影响(PLFAs和MiSeq测序)
9.3.3 草种和根际距离对土壤酶活性的影响
9.3.4 草种和根际距离对土壤养分循环水解酶相关功能基因丰度的影响
9.3.5 土壤化学性状和微生物群落组成对土壤养分循环功能的影响
9.4 讨论
9.5 本章小结
第10章 全文总结
10.1 结论
10.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 发表论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]林冠受损对小坑林场土壤固碳微生物群落结构的影响[J]. 禹飞,梁俊峰,史静龙,王胜坤,陆俊锟. 微生物学通报. 2017(10)
[2]解磷菌的研究进展及展望[J]. 彭静静,高辉远. 泰山学院学报. 2016(06)
[3]行间种草对火龙果果园土壤特性及果实产量的影响初探[J]. 蒙正兵,刘华荣,龙忠富,张瑜. 贵州畜牧兽医. 2016(05)
[4]土壤质地对自养固碳微生物及其同化碳的影响[J]. 王群艳,吴小红,祝贞科,袁红朝,隋方功,葛体达,吴金水. 环境科学. 2016(10)
[5]稻田土壤固碳功能微生物群落结构和数量特征[J]. 刘琼,魏晓梦,吴小红,袁红朝,王久荣,李裕元,葛体达,吴金水. 环境科学. 2017(02)
[6]土壤酶学硏究进展[J]. 王理德,王方琳,郭春秀,韩福贵,魏林源,李发明. 土壤. 2016(01)
[7]土壤微生物在植物获得养分中的作用[J]. 沈仁芳,赵学强. 生态学报. 2015(20)
[8]间作白三叶对苹果/白三叶复合系统土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响[J]. 张道勇,李会科,郭宏,杜毅飞,王海涛. 水土保持研究. 2015(05)
[9]生草栽培对火龙果果园土壤特性及微生态环境的影响[J]. 匡石滋,田世尧,段冬洋,凡超. 热带农业科学. 2015(05)
[10]果园生草栽培的生态环境效应研究进展[J]. 杜丽清,吴浩,郑良永. 中国农学通报. 2015(11)
博士论文
[1]生草制苹果园土壤微生物群落结构与功能特征研究[D]. 焦奎宝.沈阳农业大学 2014
[2]农田土壤磷素固液相分配规律及微生物C/P比影响因素研究[D]. 李春越.西北农林科技大学 2009
[3]云南高黎贡山国家自然保护区土壤微生物多样性研究[D]. 周慧.湖南农业大学 2008
[4]淹水土壤中硝态氮异化还原成铵过程的研究[D]. 殷士学.南京农业大学 2000
本文编号：3206459
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