【摘要】：紅壤是一種天然的酸性鋁鐵土。在最近的幾十年中,高強(qiáng)度的農(nóng)耕和不合理的施肥措施加速了土壤酸化和破壞了土壤微生物群落結(jié)構(gòu),進(jìn)而導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降。土壤是地球生物圈中微生物種類和多樣性最高的生態(tài)環(huán)境,微生物在地球生物化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮著不可或缺的作用。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,土壤微生物在養(yǎng)分循環(huán)、土壤結(jié)構(gòu)的保持和污染物的消除等方面發(fā)揮重要作用,且與土壤肥力和作物產(chǎn)量密切相關(guān)。本實驗通過454高通量測序技術(shù)和GeoChip功能基因芯片檢測技術(shù)對湖南祁陽紅壤旱地長期定位點(diǎn)的不同施肥處理進(jìn)行細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能基因特征研究,同時分析了酸化土壤改良處理對土壤微生物區(qū)系的影響,初步探究了土壤細(xì)菌群落形成的驅(qū)動因子,得到以下結(jié)果:1、長期不同施肥措施對土壤理化性質(zhì)的影響不同。不施肥的對照處理(CK)、磷鉀化肥處理(PK)和撂荒處理(Fallow)的土壤仍保持紅壤正常pH范圍(5.0～5.6),長期有機(jī)肥處理(M和NPKM)能顯著提高土壤pH(pH6.0),長期施用含氮化肥但不配施有機(jī)肥(N、NP、NK、NPK和NPKS)會顯著降低土壤pH(pH4.3)。長期施用含氮化肥但不配施有機(jī)肥的土壤速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)均低于其他施肥處理,并且土壤的微生物生物量碳,土壤酶活和細(xì)菌多樣性也都顯著低于其他處理,表明長期施用含氮化肥但不配施有機(jī)肥會降低耕地質(zhì)量。2、石灰和有機(jī)肥處理都能顯著提高酸化土壤pH,均可以用于改良酸化土壤。石灰改良處理在改善土壤pH方面比有機(jī)肥更加迅速有效,但石灰改良處理對土壤養(yǎng)分含量的影響較小。短期石灰改良僅提供部分鹽基離子(Ca~(2+)),而短期有機(jī)肥改良處理能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,速效養(yǎng)分和酶活性,但對土壤總養(yǎng)分含量影響不大。另外,兩種改良方式對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)也有不同的影響。有機(jī)肥改良處理的土壤中富營養(yǎng)細(xì)菌類群相對豐度顯著增加,而貧營養(yǎng)細(xì)菌類群在NPK和石灰改良處理的土壤中仍是主要類群。不同細(xì)菌類群與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性也表明,富營養(yǎng)細(xì)菌類群的豐度與土壤養(yǎng)分呈正相關(guān),而貧營養(yǎng)細(xì)菌類群豐度與土壤養(yǎng)分呈負(fù)相關(guān)。因此貧營養(yǎng)類群與富營養(yǎng)類群可以用于表征土壤肥力狀況。石灰和有機(jī)肥改良都各有其優(yōu)勢,因此在酸化土壤中,石灰可快速改善土壤pH,同時輔之以使用有機(jī)肥來達(dá)到持續(xù)的效果。3、根據(jù)隨機(jī)矩陣?yán)碚摌?gòu)建土壤細(xì)菌群落生態(tài)網(wǎng)絡(luò),比較發(fā)現(xiàn)未酸化土壤(HPP)和酸化土壤(Ac)之間僅有8.67%(32)的OTU是共有的,而Ac與石灰改良土壤(Qlime)之間有27.04%(83)的OTU是共有的,并且他們之間的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)指數(shù)有顯著性差異。盡管三者之間的組成結(jié)構(gòu)都顯著不同,Proteobacteria仍是主要的類群,其次是Acidobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi 和 Gemmatimonadetes 等。HPP中比Ac中含有更多的正相關(guān)關(guān)系,表明HPP中含有更多相互合作的OTU,而Ac可能包含更多相互競爭的OTU。另外石灰改良是針對酸化土壤(Ac)的處理,其中的正相關(guān)關(guān)系增加了,表明Qlime中的相互合作的OTU可能增加了,因此石灰改良對土壤微生物群落有一定的積極作用。不同OTU的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作用反映了不同的OTU在群落中可能的重要地位,HPP中存在更多的generalists表明其細(xì)菌群落是一個更加穩(wěn)定的群落。在所有類型的generalists中,所有的module hubs與土壤理化因子顯著相關(guān),而所有的connectors與土壤理化因子沒有顯著性關(guān)系�？傊�,從網(wǎng)絡(luò)組成和結(jié)構(gòu)來看,HPP具有一個更如高效的且有組織性的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)不同的土壤狀態(tài)下的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)推測:connectors在土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中是普遍存在的,與土壤理化性質(zhì)無顯著相關(guān)性;module hubs是細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵類群,與土壤理化性質(zhì)顯著相關(guān),其數(shù)量是區(qū)分農(nóng)田土壤肥力高低的重要指標(biāo)。因此connectors和module hubs可以作為指示土壤肥力高低的重要類群。4、為探究細(xì)菌群落演變的主要驅(qū)動因子,我們選擇了長期定位點(diǎn)中的NPK和NPKM處理。將兩種處理的土壤伽馬射線滅菌后交換接種,培育8個月后測定各土壤理化性質(zhì),酶活,微生物量及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示,同種土壤僅總磷總鉀在接種前后沒有顯著差異,接種NPK 土壤菌懸液的處理土壤酶活性和微生物生物量碳低于接種NPKM 土壤菌懸液的處理。454高通量的結(jié)果也表明是土壤性質(zhì)而不是微生物種子庫決定最終的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),如土壤pH是群落演變的主要驅(qū)動因子。該實驗初步探究了土壤細(xì)菌群落演變的驅(qū)動因子,對我們今后研究微生物群落演變機(jī)理和土壤生態(tài)功能提供了理論基礎(chǔ)。長期不同施肥土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能基因組成以及改良方式對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響表明富營養(yǎng)細(xì)菌類群和貧營養(yǎng)細(xì)菌類群的相對豐度可以作為指示和預(yù)測土壤肥力高低的微生物指標(biāo)之一。土壤理化性質(zhì)是細(xì)菌群落演變的驅(qū)動因子,因此可以通過合理的施肥方式調(diào)節(jié)土壤微環(huán)境,調(diào)控土壤微生物區(qū)系向作物高產(chǎn)高效的微生物區(qū)系演變。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S154.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 代允超;呂家瓏;曹瑩菲;劉克;張瑞龍;;石灰和有機(jī)質(zhì)對不同性質(zhì)鎘污染土壤中鎘有效性的影響[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2014年03期

2 蔡澤江;孫楠;王伯仁;徐明崗;黃晶;張會民;;長期施肥對紅壤pH、作物產(chǎn)量及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響[J];植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報;2011年01期

3 張北贏;陳天林;王兵;;長期施用化肥對土壤質(zhì)量的影響[J];中國農(nóng)學(xué)通報;2010年11期

4 ;Characteristics of the microbial communities in the integrated vertical-flow constructed wetlands[J];Journal of Environmental Sciences;2009年09期

5 ;Bacterial Community Structure and Diversity in a Black Soil as Affected by Long-Term Fertilization[J];Pedosphere;2008年05期

6 易杰祥;呂亮雪;劉國道;;土壤酸化和酸性土壤改良研究[J];華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2006年01期

7 武天云,Jeff J.Schoenau,李鳳民,錢佩源,張樹清,Sukhadev S.Malhi,王方;土壤有機(jī)質(zhì)概念和分組技術(shù)研究進(jìn)展[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2004年04期

8 李潮海,王群,郝四平;土壤物理性質(zhì)對土壤生物活性及作物生長的影響研究進(jìn)展[J];河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2002年01期

9 陳永安,陳典毫,游有文,黃佳良,秦瑞君;紅壤旱地肥力變化及有效施肥技術(shù)[J];植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報;1999年02期

10 孟賜福,傅慶林,水建國,吳益?zhèn)?浙江中部紅壤施用石灰對土壤交換性鈣、鎂及土壤酸度的影響[J];植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報;1999年02期

，

本文編號：2444376