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长期施肥与覆膜对棕壤微生物多样性的影响

李双异  
【摘要】:土壤微生物多样性是评价自然或人为干扰引起的土壤变化的重要指示因子,明确不同环境中微生物群落的作用、深入了解其群落功能和结构变化将对整个生态系统的研究具有重要意义。长期肥料定位试验可以积累短期试验无法得到的特定主导养分高效代谢周转过程和原位土壤微生物群落特征。沈阳农业大学棕壤长期施肥与地膜覆盖试验站自1987年建站开始,已开展了大量的关于土壤肥力方面的研究,研究结果表明长期不同施肥与覆膜能够改变土壤的理化性质和生物学特性,但这些研究因技术方法等问题,分辨率较低,无法准确反映土壤微生物信息的差异。如何更详细、客观的反映土壤微生物群落结构及多样性对长期不同施肥与覆膜的响应,以及二者的耦合关系还不清楚。本人在前期工作基础上,借助实时定量荧光PCR和新一代454高通量测序等技术对长期不同施肥与覆膜条件下土壤微生物多样性进行研究;采用13C-DNA-SIP技术对复杂环境中微生物的群落生理功能进行分析,研究不同处理土壤功能微生物多样性的差异。主要研究结果如下:(1)无论覆膜与否,长期单施化肥能够降低土壤微生物多样性指数,施肥与覆膜改变了土壤微生物的群落结构;在门分类水平上,不施肥处理(CK)、单施氮肥处理(N)、氮磷配施处理(NP)、单施有机肥处理(M)和有机肥氮磷配施处理(MNP)覆膜条件,均能增加Fimicutes的丰度,相对于CK处理,各施肥处理在裸地和覆膜条件分别增加了ChlorofleXi和Firmicutes的丰度,而无论覆膜与否施肥均降低了Actinobacteria、 ArmatimonadeteS和Crenarchaeota的丰度;在属分类水平上,相对于CK,化肥处理(N、NP)和有机肥处理(M、MNP)分别增加了Nitrospira和Clostridium的丰度,总体来看,各施肥处理(N、NP、M和MNP)降低了CK的优势微生物菌群,而增加了其劣势微生物菌群的丰度。pH值、TC、TN和MBC含量是影响各处理微生物群落结构特征的主要因素。(2)有机肥处理(M、MNP)能显著增加土壤细菌的丰度,化肥处理(N、NP)则对细菌有抑制作用;施肥的作用均能够降低泉古菌和氨氧化古菌的丰度,化肥处理(N、NP)尤为显著;有机肥处理(M、MNP)显著增加了氨氧化细菌的丰度。细菌、泉古菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌均与pH值存在显著正相关关系,细菌和氨氧化细菌则主要受全碳含量的影响,而铵态氮和硝态氮与细菌、泉古菌和氨氧化细菌存在极显著负相关关系。(3)DNA-SIP结果表明,不施肥(CK)、氮磷配施(NP)、单施有机肥(M)和有机肥氮磷配施(MNP)4个处理在门分类水平上均以Pro teobac teria和Actinobacteria为最优势活性微生物,CK处理能增加Gemmatimonade tes和Firmicutes的丰度,NP和MNP处理能增加Proteobacteria的丰度,M处理能增加Acidobacteria和Gemma timonade tes的丰度。在属分类水平上,CK处理中的Gemma timonade tes、Marmoricola和Nitrospira;NP处理中的Actinospica、Catenulispora、Rhodanobacter和Pseudomonas;M处理中的Gp6、Gp10、Gemmatimonadetes和Steroidobacter; MNP处理中的Gp6、Marmoricola和Nitrospira均为最优势活性微生物。对活性微生物来说,覆膜能增加四个处理Arthrobacter、Gemma timonas的相对丰度,其中能显著提高CK和M处理的Nitrospira的相对丰度。


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