長期施肥對紅壤性水稻土微生物多樣性及甲烷排放相關功能微生物的影響

【摘要】：隨著我國人口的增多,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的壓力增大,肥料的用量不斷增加,然而,不合理的施肥方式一方面可以導致土壤總體微生物和特定功能微生物種群、數(shù)量及活性的變化,從而影響土壤的肥力和功能,進一步影響我國的糧食安全,另一方面將可能限制稻田系統(tǒng)的生產(chǎn)力提高,同時施肥將影響甲烷等溫室氣體排放,增加大氣溫室效應。細菌,真菌是土壤中的主要微生物,產(chǎn)甲烷古菌和甲烷氧化菌是與甲烷(CH4)產(chǎn)生有關的重要功能菌,通過微生物多樣性的研究,可以揭示不同施肥方式下土壤微生物的響應規(guī)律,增加我們對于微生物與施肥措施間的相互關系及稻田土壤甲烷的排放的認識。本研究以連續(xù)30年不同施肥處理的紅壤性水稻土為研究對象,試驗地點位于江西省紅壤研究所內(nèi),試驗共設四個處理：(1)無肥對照(CK)；(2)單施氮肥(N)；(3)常規(guī)施氮磷鉀肥(NPK)；(4)氮磷鉀肥配施有機糞肥(NPKM).實驗分析了長期不同施肥制度對土壤有機碳和全氮含量的影響,采用聚合酶鏈反應-變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)和實時熒光定量PCR (quantitative Real-time PCR)的方法,研究土壤細菌、真菌、古菌、產(chǎn)甲烷古菌和甲烷氧化菌的群落結構和豐度,運用紫外-熒光微孔板檢測技術測試了7種土壤酶活性,主要結果如下：1、與不施肥相比,30年長期有機無機肥配施顯著增加了土壤有機碳和全氮含量,增幅分別為23%和47%,單施化肥無顯著改變。2、施肥顯著增加了土壤幾丁質(zhì)酶活性；與單施氮肥相比,NPK和NPKM處理還提高了β-葡萄糖苷酶和α-葡萄糖苷酶活性；與CK相比,僅NPKM處理下的土壤纖維素酶和過氧化物酶活性增加；木聚糖酶和酸性磷酸單酯酶活性在各處理間未發(fā)現(xiàn)顯著變化。將所有7種酶活性值歸一化處理后,發(fā)現(xiàn)30年長期有機無機肥配施比對照顯著增加了土壤酶活性。3、通過對土壤中細菌、真菌、古菌、產(chǎn)甲烷古菌和甲烷氧化菌豐度的測定,發(fā)現(xiàn)僅土壤古菌豐度在NPKM處理下顯著低于對照,其余微生物豐度在各處理間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。4、長期有機無機肥配施顯著增加了土壤細菌多樣性,并且改變了土壤細菌和真菌的群落結構；施肥對土壤真菌多樣性無顯著影響。NPKM處理下,隸屬于梭菌屬和厭氧繩菌科的兩類細菌顯著增加。5、長期施肥顯著降低了土壤古菌多樣性,而增加了甲烷氧化菌的多樣性,且NPKM處理下的甲烷氧化菌多樣性最高。切膠測序結合系統(tǒng)進化樹分析發(fā)現(xiàn),NPKM處理下,一類未被鑒定出的古菌消失,同時被鑒定出屬于甲烷微菌目和甲烷球菌目的兩類產(chǎn)甲烷古菌增強；而Type Ⅰ型甲烷氧化菌也得到增強。 【關鍵詞】：長期施肥 紅壤性水稻土 酶活性 微生物群落 產(chǎn)甲烷菌 甲烷氧化菌
【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S154.36
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 文獻綜述12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 土壤微生物多樣性13-17
• 1.2.1 土壤微生物多樣性的內(nèi)涵13-14
• 1.2.2 土壤微生物多樣性的影響因素14-16
• 1.2.3 土壤微生物多樣性研究方法進展16-17
• 1.3 長期施肥對土壤微生物多樣性的影響17-19
• 1.3.1 長期施肥對土壤酶活性的影響18
• 1.3.2 長期施肥對土壤微生物群落多樣性的影響18-19
• 1.3.3 長期施肥對土壤甲烷排放相關功能微生物群落的影響19
• 1.4 研究目的、內(nèi)容及技術路線19-22
• 1.4.1 研究目的和內(nèi)容19-20
• 1.4.2 技術路線20-22
• 第二章 長期施肥對土壤養(yǎng)分和酶活性的影響22-30
• 2.1 引言22-23
• 2.2 材料和方法23-25
• 2.2.1 試驗點概況23
• 2.2.2 土壤樣品采集與處理23
• 2.2.3 土壤理化性質(zhì)測定23
• 2.2.4 土壤酶活性測定23-24
• 2.2.5 數(shù)據(jù)處理24-25
• 2.3 結果分析25-27
• 2.3.1 土壤有機質(zhì)與全氮含量的變化25
• 2.3.2 土壤酶活性的變化25-27
• 2.4 討論27-28
• 2.4.1 長期施肥對土壤有機質(zhì)和全氮含量的影響27
• 2.4.2 長期施肥對土壤酶活性的影響27-28
• 2.5 小結28-30
• 第三章 長期施肥對土壤細菌和真菌群落結構和豐度的影響30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 材料和方法30-34
• 3.2.1 供試土樣30-31
• 3.2.2 土壤總DNA提取31
• 3.2.3 土壤細菌和真菌豐度的測定——定量PCR技術(qPCR)31-32
• 3.2.4 土壤細菌和真菌群落結構的分析——變性梯度凝膠電泳技術(PCR-DGGE)32-33
• 3.2.5 數(shù)據(jù)處理33-34
• 3.3 結果分析34-39
• 3.3.1 土壤細菌和真菌豐度的變化34
• 3.3.2 土壤細菌和真菌群落結構及多樣性的變化34-36
• 3.3.3 明顯條帶的克隆測序和系統(tǒng)進化分析36-39
• 3.4 討論39-41
• 3.4.1 長期施肥對土壤細菌和真菌豐度的影響39
• 3.4.2 長期施肥對土壤細菌和真菌群落結構的影響39-41
• 3.5 小結41-42
• 第四章 長期施肥對土壤甲烷產(chǎn)生和氧化相關微生物群落結構和豐度的影響42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 材料和方法43-44
• 4.2.1 供試土壤43
• 4.2.2 土壤古菌、產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌豐度的測定——定量PCR技術(qPCR)43-44
• 4.2.3 土壤古菌和甲烷氧化菌群落結構的分析——變性梯度凝膠電泳技術(PCR-DGGE)44
• 4.3 結果分析44-49
• 4.3.1 土壤古菌、產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌豐度變化44-45
• 4.3.2 土壤古菌和甲烷氧化菌群落結構及多樣性的變化45-47
• 4.3.3 明顯條帶的克隆測序和系統(tǒng)進化分析47-49
• 4.4 討論49-50
• 4.4.1 長期施肥對土壤古菌、產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌豐度的影響49-50
• 4.4.2 長期施肥對土壤古菌和甲烷氧化菌群落結構的影響50
• 4.5 小結50-52
• 第五章 全文結論、創(chuàng)新點與展望52-54
• 5.1 全文結論52
• 5.2 創(chuàng)新點52
• 5.3 不足與展望52-54
• 參考文獻54-64
• 致謝64-66
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄66

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