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《沈阳农业大学》 2017年
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不同施肥处理棕壤中氨氧化微生物丰度及其种群多样性特征

李秀玲  
【摘要】:氨氧化过程是土壤硝化作用的限速步骤,对土壤生态系统中的氮素循环具有重要作用,主要由氨氧化细菌(AOB,ammonia-oxidizing bacteria)和氨氧化古菌(AOA,ammonia-oxidizing archaea)驱动。[研究意义]长期单施化肥容易使土壤酸化、耕层土壤板结,从而影响作物根系的生长。有机肥与化肥配施可使土壤有机质积累,通过影响农田土壤微生物类群与数量,进而可能影响土壤肥力与土壤微生态环境。[方法]本文以长期定位施肥棕壤为研究对象,主要采用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)和基于PCR产物的变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,检测施肥处理对土壤理化参数、AOA和AOB的amoA基因丰度、群落结构及多样性等指标的影响,并分析了氨氧化微生物的群落特征与土壤理化因子之间的相关性。以期评价土壤氨氧化微生物类群在棕壤生态系统中的作用,进而为土壤质量的改善和生产力的提高提供重要的理论基础。[结果]研究结果如下:(1)不同施肥处理土壤理化因子表现为:施肥处理增加了土壤中NH4+-N含量,供试土壤中NH4+-N含量表现为N4M2N2N2CK;不同生育期,对照处理、N2、M2N2施肥处理土壤NH4+-N含量在4月份最高,而N4施肥处理在7月份最高;不同土壤剖面,NH4+-N含量为0-20 cm20-40 cm40-60 cm。各处理土壤中硝态氮累积量在1.15-45.27 mg之间,对照处理显著低于所有施肥处理;所有供试土壤中的硝态氮含量在7月份较高,且M2N2处理土壤硝态氮含量在相同层次土壤均低于N2与N4处理。土壤中亚硝态氮含量在不同处理之间无明显变化。所有供试土壤pH均小于7,在4.38-6.52之间;各处理土壤中pH变化表现为CKM2N2N2N4;不同土壤剖面pH表现为0-20 cm20-40 cm40-60 cm。各处理土壤中硝化强度变化在0.51-64.39 mg(Kg d)-1之间,除M2N2处理在11月0-20 cm 土层最高外,其它处理均在4月份表现最高;其中,CK、N4和N2处理分别在20-40 cm和0-20 cm 土壤硝化强度最高。(2)不同施肥处理土壤中氨氧化微生物(AOM)丰度表现为:土壤中AOA和AOB amoA基因丰度在不同处理土壤中表现出明显差异(P0.05),每克鲜土中AOA和AOB amoA基因拷贝数分别在1.55×106-5.96×107和9.39×103-4.18×106之间,同一处理下,AOB丰度均显著低于AOA。土壤AOA丰度表现为,施肥处理显著降低了 AOA丰度;不同生育期,AOA amoA基因丰度在11月份最高,7月份最低;不同土壤剖面,施肥与对照处理土壤中AOA丰度分别在20-40 cm和0-20 cm最高。土壤AOB丰度表现为,不同施肥处理可不同程度地增加或降低土壤中AOB丰度;不同生育期,各施肥处理土壤AOB丰度均在4月份最高;不同土壤剖面,施肥与对照处理土壤,AOB丰度多在0-20 cm和20-40 cm 土壤层次分别达到最高。(3)不同施肥处理土壤中AOM种群结构:土壤中AOA amoA基因种群结构表现为,群落多样性指数(H)、辛普森指数(D)最大值均出现在11月份CK 20-40 cm 土壤,最小值均出现在4月份M2N2施肥处理20-40 cm 土壤;均匀度指数(J)最大值出现在4月N2处理40-60 cm 土壤中,最小值出现在4月份M2N2施肥处理0-20 cm 土壤。土壤中AOB amoA基因种群结构表现为,群落多样性指数(H)、辛普森指数(D)最大值均出现在4月份CK 40-60 cm 土壤,均匀度指数(J)最大值出现在4月N4施肥处理20-40 cm 土壤;各处理土壤中AOB多样性指数(H)、均匀度指数(J)、辛普森指数(D)最小值均出现在11月份CK 40-60 cm 土壤。(4)不同施肥处理土壤AOM群落特征与土壤理化因子相关性:AOA丰度与土壤中硝态氮含量呈显著负相关,与土壤pH呈显著正相关。而AOB丰度与土壤中的铵态氮含量、亚硝态氮含量呈显著正相关,与土壤pH呈显著负相关。AOB种群多样性指数(H)、均匀度指数(J)、辛普森指数(D)与土壤pH均呈显著负相关。AOA和AOB丰度与多样性指数与硝化强度均无显著相关性。[结论]施肥处理导致土壤铵态氮、硝态氮累积,土壤pH呈酸化状态。尽管AOA丰度均显著高于相同处理下的AOB丰度,土壤施肥处理却降低供试土壤AOA丰度和多样性,且不同程度地增加或降低土壤中AOB丰度和多样性,其中,N4施肥处理土壤中AOA与AOB多样性指数降低幅度最大。棕壤中氨氧化微生物群落特征与土壤理化因子的相关性表明:AOA丰度与土壤中硝态氮含量呈显著负相关,AOB丰度则与土壤中铵态氮和亚硝态氮含量呈显著正相关;土壤pH升高可显著增加AOA丰度,却显著降低AOB丰度及其群落多样性指数(H)、均匀度指数(J)和辛普森指数(D);土壤硝化强度与AOA、AOB丰度,及其多样性指数均无明显相关性。长期施肥对土壤中氨氧化微生物的影响是个极其复杂的过程,施肥模式、土壤类型、作物生育时期、施肥量多少等都有可能影响土壤理化性质,进而改变土壤微生物种群分布特征。通过了解棕壤中氨氧化微生物对不同施肥模式的响应,可为制定合理的施肥制度提供理论基础。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S154.3

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