【摘要】：土壤質(zhì)量對于農(nóng)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品的可持續(xù)經(jīng)營是非常重要的。土壤微生物是平衡土壤健康的另一重要因素。農(nóng)藥和化肥等農(nóng)用化學(xué)品被認(rèn)為是提高產(chǎn)量的罪魁禍?zhǔn)住１M管使用農(nóng)用化學(xué)品對于對全球糧食短缺具有重要意義,但它們對生態(tài)系統(tǒng)的有害影響是不容忽視的。盡管研究出了農(nóng)用化學(xué)品對人類和環(huán)境具有不利影響,但也發(fā)現(xiàn)它們對改變土壤的微生物結(jié)構(gòu)負(fù)有重要責(zé)任,這也在土壤肥力中起著重要性作用。土壤微生物結(jié)構(gòu)及其活動是農(nóng)業(yè)部門的一個關(guān)鍵因素,它不僅維持了土壤養(yǎng)分,而且還積極促進(jìn)了土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量的提升。因此,土壤微生物被認(rèn)為是評價土壤肥力的生物指標(biāo);土壤微生物活性對土壤理化性質(zhì)有很大影響,農(nóng)業(yè)土壤的可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利于維持這些微生物活性。農(nóng)藥、化肥等農(nóng)用產(chǎn)品在土壤中的殘留時間較長,影響土壤微生物組成以及土壤健康。肥料類型是影響土壤功能的另一個重要因素,例如大量營養(yǎng)物質(zhì)可以改變土壤微生物生物量濃度、土壤水分、土壤酸堿度、酶等眾多因素。所有這些都在改變土壤微生物種群動態(tài)的同時,直接造成了農(nóng)業(yè)化學(xué)品對土壤剖面的影響。盡管這些影響取決于如生物參數(shù)、非生物參數(shù),以及從土壤質(zhì)量到作物生產(chǎn)范圍的季節(jié)性變化等許多因素,但仍有研究表明,農(nóng)藥對土壤微生物群落的變化具有較強(qiáng)的影響。這些微生物群落不僅參與維持土壤肥力,而且還調(diào)節(jié)著許多其他的環(huán)境活動,這些活動對平衡地球上的生命至關(guān)重要,就像微生物在生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用一樣。因此,本研究旨在發(fā)現(xiàn)肥料對土壤微生物生物量和DNA濃度的影響;利用阿特拉津研究了農(nóng)藥對土壤微生物富集(特別是與土壤硫循環(huán)相關(guān)的微生物)的影響。在本研究中,選擇硫作為參考因素有很多。在這項(xiàng)研究之前,硫并沒有當(dāng)作研究阿特拉津影響的關(guān)注點(diǎn),但硫循環(huán)在土壤生物地球化學(xué)循環(huán)中非常重要。大部分硫以硫酸鹽或磺酸鹽(碳鍵硫)而不是無機(jī)硫酸鹽的形式存在于農(nóng)田中;然而,植物根系能夠吸收無機(jī)硫酸鹽。所以,土壤微生物可以將結(jié)合的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫酸鹽供植物利用。土壤微生物不僅對結(jié)合硫的礦化起作用,而且對土壤中硫酸鹽的固定化也起作用。但控制土壤硫循環(huán)和硫酸鹽還原菌的特定屬或種還有待進(jìn)一步研究。結(jié)果表明,不同施肥方式可以改變土壤微生物量和DNA含量。許多其他非生物成分也被發(fā)現(xiàn)可以改變土壤微生物濃度,但最主要的因素還是肥料類型。在本研究中,與春季施用有機(jī)肥的土壤的微生物生物量濃度在0.005-0.008g/g之間,DNA濃度在0.5-1.5ug/g范圍內(nèi)相比,在夏季施用有機(jī)肥的土壤具有較高的微生物生物量(0.0051-0.0098g/g土壤)和DNA含量(1.2-2.4ug/g土壤)。相應(yīng)地,在無機(jī)肥處理的土壤中,夏季的土壤微生物量(0.001-0.009g/g土壤)和DNA(0.5-1.8ug/g土壤)的濃度高于春季的土壤微生物量(0.002-0.005ug/g之間)和DNA濃度(0.2-1.1 ug/g之間)。本研究證實(shí)了肥料和季節(jié)變化對土壤微生物量的影響,并揭示了土壤微生物量與土壤DNA之間的顯著相關(guān)性。土壤具有自身恢復(fù)微生物的能力。在阿特拉津脅迫下觀察到相同的變化趨勢。為此,我們觀察了阿特拉津濃度分別為20、50、100和200 mg/kg的土壤微生物生物量和DNA的活性。結(jié)果表明,在20 mg/kg阿特拉津脅迫下,第一天土壤微生物量和DNA濃度分別為0.0085g/g和1.32ug/g;而在第28天土壤微生物量和DNA濃度分別達(dá)到了0.004g/g和0.68ug/g;另一方面,較高的阿特拉津濃度減緩了阿特拉津脅迫的進(jìn)程。在200 mg/kg阿特拉津脅迫下,土壤微生物生物量從0.006g/g恢復(fù)到0.002 g/g，DNA濃度從1.32ug/g土壤下降到0.58ug/g土壤。此外,還研究了在阿特拉津脅迫下土壤總微生物數(shù)和硫酸鹽還原菌數(shù)對土壤硫循環(huán)的影響。在試驗(yàn)第一天到第28天,總微生物數(shù)由26.5X 104/g變化到27X 104/g,并且在第28天時,濃度為20 mg/kg阿特拉津脅迫下土壤的最高回收率為22.5 × 104/g;而在濃度為200 mg/kg阿特拉津脅迫下,土壤總微生物數(shù)具有最低回收率,數(shù)值為10.5 X 104/g。硫酸鹽還原菌的回收率趨勢與此一致。第28天,在20 mg/kg莠去津處理的微體系中,硫酸鹽還原菌的回收率最高(1.85× 104/g土壤),在200mg/kg去津處理的微體系中,SRB的回收率最低(0.5×104/g土壤)。本試驗(yàn)也研究了在不同濃度阿特拉津脅迫下農(nóng)藥對土壤硫循環(huán)中APRA和DSRA基因方面的影響。第28天,在較高阿特拉津濃度(200mg/kg)的處理組中未檢測到APRA和DSRA基因。對阿特拉津脅迫下土壤硫循環(huán)相關(guān)基因的多樣性分析表明,本研究所觀察到的所有序列都與APRA基因非常相似。在第1天至第28天的所有試驗(yàn)期間,所有具有0 mg/kg阿特拉津濃度的樣品中均發(fā)現(xiàn)最大相似性水平(99%),而從含有20 mg/kg阿特拉津濃度的土壤中提取的樣品僅在試驗(yàn)第一天顯示最大相似性。相似序列的總體趨勢表明,阿特拉津濃度最高的土壤樣品中的APRA基因序列的匹配率最低,而阿特拉津濃度為0、20和50 mg/kg的土壤樣品中的APRA基因序列的匹配率較高。阿特拉津濃度越高,對微生物群落調(diào)節(jié)硫循環(huán)的壓力越大,恢復(fù)土壤微生物(包括SRB)所需的時間越長。結(jié)果表明,化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品濃度超標(biāo)對土壤微生物活性有影響。這種干擾不僅會影響土壤肥力,還會對其他環(huán)境系統(tǒng)造成影響。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S154.3
【圖文】：

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