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《西北农林科技大学》 2017年
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埋置白三叶对苹果园土壤硝化反硝化微生物多样性的影响研究

李尚玮  
【摘要】:黄土高原是我国重要的苹果主产区。为追求高产长期过度施用氮肥,导致土壤N素的大量流失,引发一系列的环境问题,如N2O使全球气候变暖,NO3-对地下水的污染,以及NH3的富营养化等。另外化肥的过量施入也会导致土壤质量、苹果产量和品质的下降。果园生草埋置是适应该区特殊气候条件、改善土壤有机质缺乏和提高土壤肥力与果品质量的有效途径。目前,对苹果园牧草降解的研究刚刚起步,且主要集中在牧草降解后对果园土壤有机质、肥力、酶活性、土壤细菌、真菌的数量等方面,均没有涉及果园土壤氮循环硝化反硝化作用微生物的研究。为此,本研究在苹果园埋置黄土高原苹果园最适宜的牧草白三叶(Trifolium repens L.)的茎叶,设BW1(埋置白三叶1 kg)、BW3(埋置白三叶3 kg)和BW5(埋置白三叶5 kg)三个处理,以不埋置白三叶的土壤为对照,分别在白三叶降解了1、2、3、6和12个月时采集土壤样品,通过定量PCR(qPCR)、限制性酶切多态性(T-RFLP)和高通量测序的方法,研究了埋置白三叶后苹果园土壤硝化反硝化微生物群落的多样性。主要结果如下:(1)苹果园土壤全量养分、速效养分、铵态氮、硝态氮、有机质的含量在埋置白三叶后都呈增加趋势,且随着埋置量的增加而增多。(2)0~10 cm和10~20 cm土层,各功能基因的丰度变化基本一致。氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的丰度在埋置前期和埋置后期增加,而nirK型、nirS型和nosZ型反硝化菌的丰度在埋置前期降低,埋置中期基本无变化。埋置前期,AOB和AOA的丰度在3 kg的埋置量中显著增加。大多数埋置时间,nirK型反硝化菌的丰度随埋置量的增加而增加。相关性分析表明速效钾含量影响AOB和nir K型反硝化细菌的丰度。AOA和nosZ型反硝化细菌的丰度与铵态氮含量和pH正相关。nirS型反硝化细菌的丰度与土壤性质之间的相关关系不显著。(3)氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)及nirK型、nirS型和nosZ型反硝化菌中优势菌群的相对丰度变化,改变了群落组成。0~10 cm土层和10~20 cm土层氨氧化细菌(AOB)的群落结构不同。埋置12个月时,氨氧化古菌(AOA)和nosZ型反硝化菌的群落结构和其它埋置时间点不同。AOB的群落结构对土壤钾含量有明显响应,土壤水分是一个重要因子,影响着AOA和nirK型、nosZ型反硝化细菌的群落结构。(4)应用Illumina Miseq高通量测序平台研究了埋置3 kg白三叶一个月后氨氧化细菌和反硝化细菌的群落结构。研究结果表明,氨氧化细菌(AOB),nirS型和nosZ型反硝化细菌的香农维纳多样性指数(Shannon)和丰富度指数(Chao)增加,而均匀度指数(Simpson)下降。AOB的序列包括β-变形菌纲(β-proteobacteria)的亚硝化螺菌属(Nitrosospira),亚硝化单胞属(Nitrosomonas)和亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio),但以亚硝化螺菌属为主导。埋置3 kg白三叶处理中亚硝化螺菌属的相对丰度增加。nirS型反硝化菌的优势属有贪铜菌属(Cupriavidus),Ideonella属,红长命菌属(Rubrivivax),Sulfuritalea属。其中,优势种群贪铜菌属(Cupriavidus)的丰度在埋置白三叶后增加了60.90%,Ideonella属,红长命菌属(Rubrivivax),Sulfuritalea属,这三类优势属的丰度在埋置白三叶后降低。nosZ型反硝化菌主要包括α变形菌纲(Alphaproteobacteria)和β变形菌纲(Betaproteobacteria),其中α变形菌纲丰度较高。优势菌群固氮螺菌属(Azospirillum)、中华根瘤菌属(Sinorhizobium)和中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium),在埋置白三叶后丰度都增加,而慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)的丰度降低。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S661.1;S154.3

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