华南地区典型水稻土中磷化氢的分布与细菌群落的关系及其影响研究

发布时间：2016-11-21 09:01

  本文关键词：华南地区典型水稻土中磷化氢的分布与细菌群落的关系及其影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

《华南理工大学》 2015年

华南地区典型水稻土中磷化氢的分布与细菌群落的关系及其影响研究

王瑾丰  

【摘要】：磷参与和调控生物圈中营养元素的生物地球化学循环,其作为土壤中的重要元素,是土壤中的营养限制因子。我国耕地中磷素分布不均衡且长期缺乏,限制了我国农业的可持续发展。磷化氢作为磷循环中的气体载体,在稻田土壤中及上空大气中广泛存在,其对稻田生态系统中磷素的迁移转化具有重要意义。大量研究表明,土壤中难溶性磷酸盐在生物机制及非生物机制作用下可被还原为磷化氢,同时土壤中自由存在的磷化氢还原性强极易被氧化为磷酸盐,可被农作物直接吸收利用。但磷化氢作为活化土壤中难被农作物利用的磷素的中间产物,却由于毒性等作用可对生物造成损伤。目前对稻田生态系统中磷化氢的分布及与微生物的关系,以及磷化氢浓度升高情况下对土壤中微生物的影响研究较为匮乏,针对该方面展开的研究不仅具有补充稻田磷化氢的生物地球化学循环的理论意义,而且对提高土壤中可利用磷具有现实意义。本文以华南地区典型水稻土为研究对象,采用室外及室内试验相结合的方法,系统研究了磷化氢在华南地区水稻土中的分布及与细菌群落和环境因子之间的关系；分析磷化氢影响下土壤细菌群落多样性的演替；通过对磷化氢影响下的土壤进行长期培养,探讨磷化氢对土壤细菌影响作用机制。主要研究成果如下：(1)对不同区域及不同深度稻田土壤中结合态磷化氢(MBP)分布分析发现,磷化氢分布表层土壤(0-20 cm)中层土壤(20-40 cm)底层土壤(40-60 cm)；通过相关性及多重线性回归分析稻田中的18个环境因子和MBP的关系,结果显示pH(p0.01)、磷酸酶(p0.01)及有机物质(p0.01)显著影响土壤MBP的含量；(2)通过基于分子指纹技术聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)的主成分分析(PCA)及冗余分析(RDA)显示,MBP的显著性相关因子pH、磷酸酶及有机物能够解释38.2%(p0.05)的细菌菌群组成,MBP能够单独解释9.6%(p0.05)的细菌菌群组成；结合测序聚类分析及判别分析(DA)结果显示,首次基于分子指纹技术研究发现土壤中细菌的种类、分布与MBP的含量之间具有直接关系；(3)在磷化氢对细菌群落结构多样性的影响研究中,发现不同磷化氢浓度和细菌群落多样性之间呈现显著线性关系。其中表层土壤中(0-20 cm)的线性关系最显著,其次为中层土(20-40 cm)及底层土(40-60 cm),且磷化氢对细菌丰度高的群落结构影响更大；在磷化氢影响下,不同采样点及不同土壤层细菌群落结构种群多样性变化呈现出相似的趋势；基于PCA及PL(Pareo-Lorenz)曲线分析结果,不同深度的土壤细菌多样性在0-10天下降较大,10天后逐渐趋于稳定,且土壤细菌群落结构分层现象明显；(4)通过RDA分析磷化氢影响下环境因子变化(Fe、Fe2+、Mn2+、有机磷、无机磷、总磷)及细菌群落演替中发现,随着培养天数的增加,无机磷的浓度显著增长,Fe2+和Mn2+含量持续增加,选取的环境因子良好解释了环境细菌菌群变化,其中湖南、广州、广西、江西采样点的环境因子解释的细菌菌群变化分别为95.4%(p0.05)、89.5% (p0.05)、93.7%(p0.05)、92.4%(p0.05);(5)将磷化氢影响过程中基于土壤细菌DNA的DGGE泳道中消失的条带测序分析,发现磷化氢对细菌的影响广泛存在,主要集中在Deltaproteobacteria纲、Gammaproteobacteria纲Alphaprofeobacteria纲及Bacillus等。可能磷化氢是亲核试剂及强还原剂,可使DNA氧化或使DNA烷基化,从而造成DNA损伤和畸变；(6)将水稻土壤进行磷化氢处理可降低微生物群落的多样性,且磷化氢对水稻土中微生物群落造成的损伤永久存在。水稻土在7.0 mg/m3磷化氢处理后作为接种物不利于产磷化氢菌的富集；对新鲜水稻土进行厌氧条件下连续培养,可以形成稳定的厌氧产磷化氢微生物体系,提高磷化氢的释放量。

【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S511;S153.6;S154.3
【目录】：

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