【摘要】：南方稻田種植利用冬綠肥是保障水稻穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的有效措施。冬種綠肥對稻田土壤氮素轉(zhuǎn)化有重要影響。土壤氮素轉(zhuǎn)化是一系列的微生物作用過程,然而綠肥-水稻模式下的土壤氮轉(zhuǎn)化微生物特征、綠肥影響土壤氮轉(zhuǎn)化的作用機制等尚不清晰。本文利用多點聯(lián)合定位試驗、長期定位試驗,結(jié)合盆栽試驗,運用Rocoe 454、Illumina MiSeq平臺高通量測序及熒光定量PCR技術(shù)等手段,調(diào)查了南方稻區(qū)不同省份多年冬種綠肥條件下稻田土壤微生物特征,研究了氮轉(zhuǎn)化關(guān)鍵環(huán)節(jié)硝化作用響應(yīng)綠肥種類、綠肥利用下的氮肥管理和稻草還田等措施效應(yīng)和機制。主要進展如下:1、多年冬種紫云英下的稻田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及氮轉(zhuǎn)化功能基因豐度。利用位于湖南、江西、安徽、河南、湖北和福建的聯(lián)合定位試驗開展研究,試驗均設(shè)不種紫云英不施化肥、冬種紫云英不施化肥、不種紫云英單施化肥、冬種紫云英配施化肥4個處理。結(jié)果表明,各地微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著差異,其中安徽、河南、湖北間差異較小,湖南相對于其他各地差異較大。單種紫云英、紫云英配施化肥處理同對照間Weighted UniFrac距離較遠,表明冬種紫云英改變了微生物結(jié)構(gòu)。多年冬種紫云英對稻田土壤功能微生物產(chǎn)生顯著影響,部分省份中甲烷氧化菌、硫還原菌增加,參與固氮、硝化和反硝化作用的氮轉(zhuǎn)化功能微生物增加。固氮(nifH基因)、硝化(AOA和AOB amoA基因)和反硝化(nosZ、nirK基因)功能基因豐度在各地稻田土壤中有較大差異,且對冬種紫云英及化肥處理的響應(yīng)不同。冬種紫云英配施化肥提高了江西、河南兩地的nifH基因豐度;各地稻田土壤中AOA amoA基因豐度均大于AOB amoA,湖南、江西和福建三省,紫云英和化肥配合施用顯著提高了 AOA/AOB值;紫云英配施化肥增加了湖南土壤中的nirK基因豐度,冬種紫云英增加了江西土壤中的nosZ基因豐度,湖南稻田土壤中nosZ/nirK值最高。2、長期冬種綠肥下的稻田土壤氨氧化微生物。1982年開始的定位試驗設(shè)雙季稻-紫云英、雙季稻-冬油菜、雙季稻-黑麥草、雙季稻-冬閑4個處理,試驗地土壤為酸性紅壤。研究表明紅壤稻田中AOA amoA的基因豐度遠大于AOB amoA,AOA/AOB值在36到1686之間。綠肥翻壓后,冬種綠肥,尤其是紫云英,增加了 AOA amoA和AOBamoA的豐度。AOA amo4中的主要OTU(相對豐度大于0.8%)在不同處理間變化較大,而AOB amo4中的主要OTU受不同處理影響較小;相對于AOB,AOA的種群數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)與土壤理化性狀間有更強的相關(guān)性。進化分析顯示,Nitrososphaera和Nitrosospira分別是AOA和AOB中的優(yōu)勢菌。總體看,紅壤稻田中AOA在數(shù)量上占主導地位,并對綠肥處理及土壤性狀更敏感。3、稻田土壤硝化作用對不同綠肥種類的響應(yīng)。采用盆栽試驗,設(shè)冬閑-雙季稻、紫云英-雙季稻、油菜-雙季稻、黑麥草-雙季稻4個處理。冬種不同綠肥在早稻分蘗期和拔節(jié)期提高了土壤微生物生物量碳(SMBC)和微生物生物量氮(SMBN)含量,微生物生物量的變化有明顯的季節(jié)差異。冬種三種綠肥均顯著降低了早稻移栽前、分蘗期和拔節(jié)期的硝化強度(NP),同時增加了多數(shù)取樣時期的銨態(tài)氮、降低了硝態(tài)氮含量。不同綠肥處理在早稻分蘗期增加了恢復硝化強度(RNP)和AOB的相對貢獻(RNPAOB),在早稻移栽前和拔節(jié)期降低了 AOA的相對貢獻(RNPAOA)。在對RNP的貢獻中,AOB在各時期均占主導地位,平均占比為61.02%～82.37%。4、冬種紫云英下稻田土壤硝化作用對施氮的響應(yīng)。采用盆栽試驗,設(shè)冬閑和冬種紫云英兩個因素及不施氮、60%常規(guī)氮肥和100%常規(guī)氮肥三個氮肥水平。結(jié)果顯示,相同施氮量條件下,種植紫云英處理的土壤有機質(zhì)含量提高,土壤NP和硝態(tài)氮含量降低,銨態(tài)氮含量升高。冬種綠肥均增加了早稻分蘗期的RNP和RNPAoB,降低了早稻拔節(jié)期和收獲期的RNPAoA。冬種綠肥降低了綠肥盛花期、增加了早稻分蘗期和拔節(jié)期AOB的貢獻率。5、稻田土壤硝化作用對紫云英-稻草共同還田的響應(yīng)。采用盆栽試驗,設(shè)不添加對照、單獨紫云英、單獨稻草、紫云英+稻草四個措施,不施氮、施氮兩個氮肥水平。結(jié)果表明,不同時期土壤NP的變異較大,且對各處理的響應(yīng)不同,紫云英-稻草共同還田在水稻生育早期顯著提高、生育后期顯著降低了土壤NP。在早稻收獲期,紫云英、稻草及其共同還田降低了土壤RNP。不同生育期AOA和AOB對RNP的相對貢獻率差異較大,其中早稻分蘗期和早稻拔節(jié)期以AOB占主導,對RNP的貢獻率分別為81.35%和82.96%;早稻和晚稻收獲期則以AOA占主導,貢獻率分別為 60.56%和 62.76%。綜上可知,不同區(qū)域冬種紫云英對土壤微生物的影響不一致,冬種紫云英改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu),影響了土壤養(yǎng)分循環(huán)特別是氮素轉(zhuǎn)化過程。冬種綠肥整體上降低了土壤硝化強度,降低了硝態(tài)氮的淋失風險。在綠肥-水稻種植系統(tǒng)中,合理配施化肥和紫云英-稻草共同還田措施是充分發(fā)揮綠肥節(jié)肥增效作用的關(guān)鍵。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S154;S55;S511
【圖文】：

技術(shù)路線圈

中國農(nóng)業(yè)大學博士學位論文邐第二章多年冬種紫云英下的稻田土壤微生物群落特征逡逑表２－６不同試驗點和施肥處理分別對土壤微生物主要門（相對豐度＞１％）相對豐度的影響及其交互作用逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－６邋Ｔｈｅ邋ｅｆｌｆｃｃｔｓ邋ｏｆ邋ｓｉｔｅ邋ａｎｄ邋ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ａｂｕｎｄａｎｃｅｓ邋ｏｆ邋ｍａｊｏｒ邋ｐｈｙｌａ邋（＞１％）邋ａｎｄ邋ｔｈｅｉｒ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋ｅｆｆｅｃｔｓ逡逑Ｐｒｏｔｅｏ邐Ａｃｉｄｏ邋？邐．邐？邐？邐Ｇｅｍｍａｔ逡逑．Ｃｈｌｏｒｏｆｌ邐Ａｃｔｉｎｏｂ邐Ｎｉｔｒｏｓｐ邐Ｆｉｒｍｉ邐Ｂａｃｔｅｒ邐．邐Ｃｈｌｏｒｏｂ邐Ｐｌａｎｃｔｏ逡逑ｂａｃｔｅｒｉ邐ｂａｃｔｅｒｉ邐ｉｍｏｎａｄｅ逡逑ｅｘｉ邐ａｃｔｅｒｉａ邐ｉｒａｅ邐ｃｕｔｅｓ邐ｏｉｄｅｔｅｓ邐ｉ邐ｍｙｃｅｔｅｓ逡逑邐ａ邐ａ邐ｔｅｓ邐逡逑Ｓｉｔｅ邐２．８６＊邐１３．７２＊＊邐８．４７＂邐５１．８６“邐４３．１７“邐１．６５邐８．７２＊＊邐２３．８３“邐１１．６廣邐１６．６５”逡逑Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ邐０．２５邐０．８９邐１．１５邐３．４２＊邐１．０７邐２．９７＊邐０．２１邐０．６６邐０．７９邐０．２１逡逑Ｓｉｔｅ＊Ｆｃｒｔｉｌｉｚｃｒ邐１．３３邐１．９３＊邐０．６７邐０．５９邐０．５５邐１．２５邐０．６６邐０．８２邐０．４４邐０．６４逡逑注：表中數(shù)值為雙因素方差分析Ｆ值，＊代表組間差異顯著（？＜０．０５），邋＊＊代表組間差異極顯著（Ｐ＜０．０１）。逡逑Ｎｏｔｅ：邋Ｖａｌｕｅｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｔａｂｌｅ邋ｉｓ邋ｔｈｅ邋Ｆ邋ｖａｌｕｅ邋ｏｂｔａｉｎｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｔｗｏ－ｗａｙ邋ＡＮ

第二章多年冬種紫云英下的稻田土壤微生物群落特征逡逑２．２．４群落結(jié)構(gòu)差異逡逑采用Ｗｅｉｇｈｔｅｄ邋ＵｎｉＦｒａｃ距離分析了各地不同處理間的群落結(jié)構(gòu)差異。由圖２－２可知湖南、河逡逑南、福建均表現(xiàn)為紫云英配施化肥處理同對照間差異最大；江西、安徽、湖北三省為單種紫云英逡逑處理同對照間差異最大。其中安徽省單種紫云英、單施化肥及紫云英配施化肥處理同對照間的差逡逑異均較大，湖北省單種紫云英處理同其他三個處理的距離均較大。多因素方差分析（Ａｄｏｎｉｓ）結(jié)逡逑果表明，湖南省處理間群落結(jié)構(gòu)差異顯著，不同處理解釋了邋３５．６８％邋（Ｆ＝３６．５３，邋／Ｍ）．０２８）的群落逡逑結(jié)構(gòu)差異。江西和河南兩省，不同處理分別解釋了邋３５．３０％（Ｆ＝１．４５、Ｐ＝０．０５８）和２４．１２％（Ｆ＝１．２７、逡逑Ｐ＝０．０７４）的群落結(jié)構(gòu)差異，達到了最小顯著的差異水平（Ｐ＜０．１）。逡逑湖南．丨．丨—．江西，．．．．．．．．＿＿１邋，邋安徽＿１邐＾邐＇邋１逡逑：邐－－－—邋灥邋廠逡逑上＾邐－—．．一柋卜冬媝邐…逡逑ｉ邐壚邐： ：冒灥ｉ邋＿o胾v』逡逑——．邐ＨＵＫ．ＣＴ邐—邐＾ＡＨ．ＧＭ逡逑．莉—一邐＇邐＿邐＇邋．’Ｖｓ．灄ｗ切逡逑—邐ｆａ：邋ｒ邋Ｌ邐ｉ邐一ｈ．／：邋ｆａ＇邋廣，逡逑ＫｉＮ＿ＧＭＣｆ邐ＨｕＮ＿ＧＭ邐Ｊ＞＿ＣＦ邋ＪＸ＿ＧＭＣｆ邋ＪＸ＿ＮＦ邋ＪＸ＿ＧＵ邐ＡＨ＿ＮＦ邋ＡＨ－ＧＭ邋ＡＨ＿ＣＦ邋ＡＨ－ＣＭＧＦ逡逑ｉ，．邋，．邐

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