收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Characterizing Microbial Activity and Humic Substances of Red Soils under Long-Term Fertilization in Southern China

黄博卡(Bocar Ahamadou)  
【摘要】: 长期耕作对土壤质量和健康的影响越来越受关注。土壤微生物通过残留物分解、营养元素循环及与其它有机体结合等方式在农业生态系统健康发展中发挥不可或缺的作用。腐殖物质对土壤质量也是至关重要的。由于土壤微生物的高度丰富性和多样性,研究土壤环境中的微生物群落极具挑战性。此外,施肥对土壤微生物群落变化的影响至今没有定论。长期施肥对土壤腐殖物质组成及结构的影响也一直备受争议,还有很多问题有待解决。全球范围内遇到的难题首先是理解集约型耕作是如何改变生态系统,特别是如何影响土壤质量/健康,然后是如何提出新策略以充分利用耕作与农业系统之间的生态相互作用。尽管这些问题很严峻且多种多样,但它们的共同联系是土壤微生物和土壤有机质受人为和自然干扰影响。理解这些问题的关键是对土壤微生物生物量、活性、多样性以及土壤有机质(SOM)进行综合的表征,因为它们是土壤质量/健康的重要组成部分和关键指标。为了研究这些难题,中国农业科学院在湖南祁阳设立红壤试验站,进行了长期的定位研究,该试验站自1990年起建立了12种不同处理的小麦-玉米轮作试验。 采集祁阳试验站的土壤,采用微量热法、平皿计数、PCR-DGGE、FT-IR、元素和光学分析等方法对易受长期施肥影响的微生物活性、生物量、多样性和腐殖物质等进行表征研究。结果表明施肥增加了土壤微生物生物量C和N(Cmic和Nmic)含量,提高了土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、过氧化氢酶和脱氢酶的活性。不同处理的蔗糖酶的活性变化最大(最大值/最小值=50.0),然后是脱氢酶(30.75)、脲酶(15.06)、蛋白酶(12.48)、磷酸酶(5.83)及过氧化氢酶(4.84)。休耕(H)和NPKM处理显示出更高的酶活性,但过氧化氢酶除外。CK处理和N处理显示较低的土壤酶活性。各处理中细菌和反硝化细菌的总量高于其它微生物。相比于有机肥处理,无机肥料处理中土壤微生物总量和种类数量有所下降。不同有机肥处理中,单施粪肥(M)处理的土壤反硝化细菌和好氧固氮细菌的数量最多。好氧纤维素分解细菌数量最多的休耕处理。与空白相比,单施粪肥处理的土壤反硝化细菌和好氧细菌的数量分别增加了54.4%和20.5%,休耕地(H)土壤中好氧纤维素分解细菌的数量增加了31.4%。在本研究中,土壤细菌和放线菌的数量与土壤有机碳(Corg)呈显著正相关,真菌的数量很大程度上则与C/N的比值相关。与单施无机肥料或空白相比,施用无机肥料加猪粪或稻草,或休耕处理的DGGE条带和Shannon指数有所增加。各无机肥处理土壤呈现非常相似的细菌群落结构,然而在不同处理之间,条带也有很大的变化。相比于有机肥处理,无机肥处理的土壤细菌数量较低,但有更大的峰值时间(tmax),且峰高(Pmax)与土壤酶、Cmic、Nmic和微生物数量呈正相关(P0.01),峰值时间(tmax)则与这些参数呈负相关(P0.01)。细菌生长速率常数(k)与细菌(p0.01)、放线菌(p0.05)和过氧化氢酶(p0.05)相关。总放热量(Q)与所有的土壤微生物性质(过氧化氢酶除外)无关。峰高值和峰值时间都与土壤微生物性质相关,分别是正相关和负相关。在NPKM处理,土壤营养元素的总量和有效含量较高,而CK处理的营养元素含量较低。与CK处理相比,其它处理中通过连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸钠(DCB)和焦磷酸钠(NaPP)分别提取的土壤晶形和非晶形铝、铁含量均有所下降,但单施粪肥除外。在NPKS处理中,两种形态的铝、铁含量最低(两种形态Al含量为4.65%和0.88%,两种形态铁含量为6.97%和1.33%)。与空白相比,休耕处理(H)中晶形和非晶形铝、铁含量也显著下降(两种形态Al为含量5.64%和1.56%,两种形态铁含量为8.46%和2.34%)。 尽管通常情况下不同处理的土壤腐殖物质FT-IR光谱没有显著差异,但发现了一些重要特征。3400cm-1和3700cm-1处的强波带分别是结合和非结合羟基官能团的伸缩振动。2280cm-1和2360cm-1处的微弱波带部分来自于NH2+、CO-NH2、CO-NH-、S-H和P-H,1775 cm-1处的波带来自于脂肪酸的C=O键伸缩。1630cm-1处的波带可能是芳香族C=C振动、COO-官能团的对称伸缩和共轭酮类C=O的氢键。1120cm-1和1150 cm-1处的峰归因于C-O键伸缩,可用于证明COOH官能团的出现。强烈而尖锐的自由羟基O H伸缩振动(3620-3700cm-1)的出现是胡敏素组分的显著特征,而强烈的羰基C=O伸缩(1670-1820cm-1)仅在胡敏酸(HA)中出现。在HA和富里酸(FA)组分中均出现了C-N伸缩(1080-1360cm-1),而胡敏素(HM)缺少这类的伸缩振动。通过计算O/R比,即含氧官能团的强度与脂肪族和芳香族官能团强度的比值,可详细了解土壤腐殖物质对施肥处理的响应。相比于O/R值明显减小的1.5NPKM和H处理(分别是0.66和0.85),NOKM和M处理的胡敏酸显示了更高的O/R值(分别是1.24和1.18)。除了NPKMR处理,各处理之间的富里酸O/R值没有显著差异。H和CK处理的胡敏素显示出最高的O/R值(均约为3.23)。有机肥处理的土壤腐殖物质显现出更强的脂肪族性质,而未施肥和无机肥处理土壤中形成了更多的强碱可溶性腐殖物质。HA比FA和HM具有更强的酚类和芳烃结构,HM和HA的平均碳含量更高(分别是48.83%和47.96%)。与CK处理相比,其它处理的土壤腐殖物质中C、H、N、S含量显著增加,而氧含量下降。富里酸在465和665nm处(E4/E6比)出现了更大的吸收峰值(平均值是12.32),而胡敏酸和胡敏素则显示出较低的E4/E6比(平均值分别是6.03和5.16)。相比于未施肥和无机肥处理(CK和NPK),NPKM处理显示出最低的E4/E6比,随后是休耕(H)和NPKS处理。在本研究中,同时发现土壤有机碳与HA、FA、HM的碳含量有显著的正相关(相关系数分别是0.770、0.807和0.809)(p0.05)。 研究结果表明,Pmax和tmax可作为土壤微生物活性的指标,而k和Q的指示性很弱。该研究对长期施肥处理下土壤腐殖物质功能及结构组成的变化进行了细致和深入性的表征说明。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 李清华;王飞;林诚;何春梅;李昱;钟少杰;林新坚;;长期施肥对黄泥田土壤微生物群落结构及团聚体组分特征的影响[J];植物营养与肥料学报;2015年06期
2 李凤霞;王世荣;吴霞;王长军;;长期施肥对宁夏灌淤土土壤微生物多样性的影响[J];土壤通报;2016年05期
3 汪海静;;土壤微生物多样性的主要影响因素[J];北方环境;2011年Z1期
4 龚伟;颜晓元;王景燕;;长期施肥对土壤肥力的影响[J];土壤;2011年03期
5 王学娟;周玉梅;王秀秀;江肖洁;韩士杰;;长白山苔原生态系统土壤酶活性及微生物生物量对增温的响应[J];土壤学报;2014年01期
6 吴忠红;杜新民;张永清;裴雪霞;;晋南日光温室土壤微生物及土壤酶活性变化规律研究[J];中国农学通报;2007年01期
7 邵丽;谷洁;张社奇;高华;秦清军;;生物复混肥对土壤微生物功能多样性及土壤酶活性的影响[J];农业环境科学学报;2012年06期
8 李晶;刘玉荣;贺纪正;郑袁明;;土壤微生物对环境胁迫的响应机制[J];环境科学学报;2013年04期
9 惠亚梅;巨天珍;贾丽;陈源;王继伟;樊振华;;秦岭西段北坡森林土壤微生物群落及生境特征[J];江苏农业科学;2015年01期
10 斯贵才;王建;夏燕青;袁艳丽;张更新;雷天柱;;念青唐古拉山沼泽土壤微生物群落和酶活性随海拔变化特征[J];湿地科学;2014年03期
11 张翔,朱洪勋,孙春河,曹友节;长期施肥对土壤微生物和腐殖质组分的影响[J];华北农学报;1998年02期
12 马艳丽;王鹏;;连作对土壤酶活性影响的研究进展[J];防护林科技;2013年04期
13 李世昌,刘梅娟,卢凤勇,许光辉;栽参对土壤微生物生态及土壤酶活性的影响[J];生态学报;1983年01期
14 胡可;王利宾;杜慧玲;;菌剂与缓释肥配施对复垦土壤微生物生态的影响[J];水土保持学报;2011年05期
15 白震;何红波;张威;解宏图;张旭东;王鸽;;磷脂脂肪酸技术及其在土壤微生物研究中的应用[J];生态学报;2006年07期
16 沈路;;硫硅及其交互作用下铜对土壤酶活性和微生物的影响[J];乡村科技;2017年36期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 梁玉婷;蒋瑀霁;汪峰;李昌明;周集中;孙波;;土壤微生物群落演替及功能基因组对气候条件变化的响应[A];第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会暨第三次全国土壤健康学术研讨会论文摘要集[C];2015年
2 贺纪正;;面向未来的土壤微生物生态学研究[A];面向未来的土壤科学(中册)——中国土壤学会第十二次全国会员代表大会暨第九届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集[C];2012年
3 余建平;吕月萍;刘佳莉;刘建国;郭长虹;;GFP叶绿体转化烟草茎叶降解对土壤微生物及土壤酶活性的影响[A];2010植物免疫机制研究及其调控研讨会论文集[C];2010年
4 林先贵;;土壤微生物分子生态学与经典生物学的和谐发展[A];中国土壤学会第十一届全国会员代表大会暨第七届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集(下)[C];2008年
5 斯贵才;王建;夏燕青;袁艳丽;张更新;雷天柱;;念青唐古拉山沼泽土壤微生物群落和酶活性随海拔变化特征[A];中国科学院地质与地球物理研究所2014年度(第14届)学术年会论文汇编——兰州油气中心及其他部门[C];2015年
6 妥德宝;任龙梅;范俭;;不同培肥措施对旱薄地土壤酶活性影响的研究[A];内蒙古农业科技土壤肥料专辑[C];1997年
7 佘文文;姚俊;;等温微量热法研究原油污染对土壤微生物的影响[A];第三届泛环渤海(七省二市)生物化学与分子生物学会——2012年学术交流会论文集[C];2012年
8 孔凡彬;徐瑞富;谢国红;高扬帆;;烯酰吗啉对土壤微生物的安全性评价[A];第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2009年
9 葛体达;袁红朝;吴小红;肖和艾;童成立;吴金水;;典型农田土壤微生物碳同化潜力及其功能种群研究[A];面向未来的土壤科学(中册)——中国土壤学会第十二次全国会员代表大会暨第九届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集[C];2012年
10 今芝;马建华;樊明寿;;土壤微生物与连作障碍的关系[A];培养创新型人才、推进科技创新、推动转变经济发展方式——内蒙古自治区第六届自然科学学术年会优秀论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄博卡(Bocar Ahamadou);[D];华中农业大学;2010年
2 马宁宁;设施番茄根围土壤的微生物特性研究[D];沈阳农业大学;2013年
3 孙冰洁;不同耕作方式下土壤微生物在黑土有机碳固定中的作用研究[D];中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所);2016年
4 John Farmer;长期地膜覆盖与施肥对棕壤微生物群落的影响[D];沈阳农业大学;2016年
5 闫晗;露天煤矿排土场土壤微生物生态特征及土壤质量评价[D];辽宁工程技术大学;2011年
6 郎明;长期施用磷肥土壤微生物的群落结构特征及适应性探究[D];中国农业大学;2018年
7 岳淏伟;青藏高原高寒草甸土壤微生物对增温降水的响应机理[D];清华大学;2017年
8 周正虎;养分添加和次生演替对土壤微生物的影响[D];东北林业大学;2018年
9 党鹏;黄土高原油松林土壤微生物及其对抚育间伐的响应[D];西北农林科技大学;2018年
10 任久生;增温对大兴安岭多年冻土区泥炭地土壤微生物的影响研究[D];中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所);2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾伟;长期施肥对褐土土壤微生物及酶活性变化规律影响的研究[D];山西大学;2008年
2 孙瑞;长期施肥和土地利用方式对塿土土壤微生物多样性的影响[D];西北农林科技大学;2014年
3 张妤;二氯喹啉酸对土壤微生物群落和酶活性的影响[D];华中农业大学;2013年
4 李玉娣;施肥和种植年限对蔬菜品质与土壤微生物的影响[D];西北农林科技大学;2014年
5 单鹤翔;长期秸秆与化肥配施条件下土壤微生物群落多样性研究[D];中国农业科学院;2012年
6 刘曼;高效氯氟氰菊酯对水源涵养林土壤生境质量的影响[D];东北林业大学;2013年
7 秦源;子午岭森林凋落叶对土壤微生物群落特征的影响研究[D];陕西师范大学;2013年
8 王静;不同耕作方式对土壤微生物生理类群和酶活性的影响[D];甘肃农业大学;2008年
9 闵红;黄土丘陵区生态恢复过程土壤微生物及酶活性演变特征[D];西北农林科技大学;2007年
10 陈超凡;南亚热带典型人工林土壤酶活性及微生物多样性研究[D];广西大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘剑;周正虎 探究土壤微生物“黑盒子”[N];黑龙江日报;2019年
2 记者 张晔 通讯员 陈川 王亦凡;降服水稻砷毒或可从土壤微生物入手[N];科技日报;2019年
3 本报记者 薛立伟;跑遍黑龙江 只为黑土更肥沃[N];黑龙江日报;2017年
4 实习生 易姣妃 本报记者 衣春翔;给黑土吃益生菌 让大粮仓减“肥”不减产[N];黑龙江日报;2017年
5 周朋良 谢荔;作物长不好根源在土壤 土壤微生物匮乏是关键[N];山东科技报;2017年
6 史宝胜;草莓重茬病防治技术有新进展[N];保定日报;2009年
7 ;有机肥料的应用及作用[N];农资导报;2009年
8 本报记者 唐先武;清泉稀土磷肥西部开发大有作为[N];科技日报;2000年
9 本报记者 吴佩;你所不知道的土壤微生物[N];农民日报;2014年
10 甘晓;土壤微生物研究破解粮食安全瓶颈[N];中国食品安全报;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978