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《沈阳农业大学》 2017年
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灌溉方式对设施土壤微生物学特性的影响

李文  
【摘要】:灌溉是设施农业生产的关键环节,不科学灌溉不仅造成水资源浪费严重,也导致设施土壤退化严重。土壤微生物与土壤质量、作物生长相互影响、相互反映,因而研究不同灌溉方式对土壤微生物特性的影响,探寻灌溉方式与微生物群落间的关系可为合理灌溉制度的确定提供理论依据。本研究以沈阳农业大学长期定位灌溉试验基地为平台,采用现代分子生物学技术,研究覆膜滴灌(DI)、渗灌(SDI)及沟灌(Control)下土壤微生物活性、群落结构及功能多样性变化和氮循环相关微生物的变化规律,主要研究结果如下:(1)采用微量热法、土壤酶活性和土壤呼吸法研究不同灌溉方式下土壤微生物活性变化,覆膜滴灌、渗灌与对照相比土壤酶活性无显著差异,土壤呼吸在番茄3个主要生长季也无明显变化规律;而微量热法为传统方法下不易检测的微生物活性提供了新思路。微量热法得到的热功率时间曲线呈现了典型的微生物生长特征趋势,覆膜滴灌生长速率常数较对照提高了 17%,总热量、最大热功率与对照无明显差异。(2)应用高通量技术研究灌溉方式对土壤微生物群落结构多样性的影响可知,设施土壤优势细菌为变形菌、放线菌、酸杆菌,起主导作用的真菌是子囊菌、担子菌和接合菌门。与对照相比,覆膜滴灌对细菌群落影响较小且有利于结构多样性保持,并存在较多有益变形菌和放线菌;真菌群落结构多样性发生显著变化,覆膜滴灌和渗灌有相对丰度较高的接合菌目和被孢霉目,还有少量担子菌目和糙孢孔目,并发现一些有益真菌。Biolog技术研究不同灌溉方式下土壤碳源利用能力可知,覆膜滴灌与对照以酸类、糖类、氨基酸类碳源为主,而渗灌是以糖类为主的碳源利用方式。(3)采用实时荧光定量技术研究不同灌溉方式下土壤硝化、反硝化微生物的功能基因,硝化作用中AOB aoA基因丰度较AOAamoA高1~2个数量级;反硝化作用中nirK、cnorB功能基因丰度无显著差异,仅覆膜滴灌及渗灌的nosZ基因丰度比对照显著减少了 50%~53%。稳定同位素核酸探针技术和克隆测序技术相结合研究不同灌溉方式下土壤氨氧化微生物特征,培养过程中,土壤硝化作用显著增强,氨氧化细菌amoA基因在重层DNA被13C显著标记,即不同灌溉方式下氨氧化细菌可能主导了土壤硝化过程中的氨氧化作用。由氨氧化细菌系统发育树可知所有氨氧化细菌均属于Nitrosospira-like,亚硝化螺菌属。综上,覆膜滴灌在灌水量仅为对照1/2的情况下仍能保证较高的土壤微生物活性和多样性,应在设施农业中广泛应用。同时,从微生物群落水平研究不同灌溉方式对土壤微生物的影响,可为设施土壤保育和优化微生物群落结构,强化其代谢功能提供理论依据。
【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】:S275;S154.3

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