长期施肥对农田土壤微生物多样性及群落结构的影响

论文摘要

土壤微生物在地球上扮演着重要的角色,他们不但驱动着地球化学的进程而且对维持地球上植物的物种丰富度与生产力有着很大的贡献。土壤微生物多样性研究是土壤生态系统功能分析的基础,但传统研究方法的局限性使得对土壤微生物多样性的研究非常薄弱。随着分子技术的发展与应用,土壤微生物多样性研究已成为土壤生态系统研究的热点问题。本文以长期（29年）施肥管理的陇东旱作玉米农田土壤生态系统为对象,运用传统的染色压片方法和PCR-DGGE技术,研究了不同施肥制度（氮肥、氮磷肥、秸秆+氮磷、厩肥、厩肥+氮磷、不施肥对照）对土壤中细菌和丛枝菌根真菌（AMF）多样性以及群落结构的影响,主要结果如下:1.不同施肥处理（无机、有机、秸杆还田、有机+无机）样地间AM侵染与土壤孢子密度具有显著的差异,侵染率在17.3-86%之间,孢子密度为2.4-5.1个/克土。长期化肥的施用,尤其是磷肥对土壤孢子密度有抑制作用,有机或秸杆施肥对孢子密度也有抑制作用,但效果没有化学肥料明显。施肥（不论有机还是无机肥）有助于AM的侵染,其中无机肥（N、P）效果更明显。各处理样地间,AM侵染有明显的季节变化,9月的侵染率明显高于6月,无机肥处理（N、NP）的土壤孢子密度6月的明显高于9月,而有机（M）、有机+无机（MNP）和不施肥（CK）三处理则刚好相反。2.长期施肥导致土壤N、P含量的增加,致使土壤肥力改变,这可能是玉米产量改变的原因之一。有机与无机的复合施肥以及秸杆还田有助于作物产量的增加。3.土壤理化性质尤其是速效磷（AP）与可用性钾（AK）的含量与侵染率、孢子密度有显著的相关性;作物产量与孢子密度呈显著的负相关,而与土壤AP含量呈显著的正相关性,但未发现与微生物多样性间存在显著相关性。4.整体上,肥料的施入有助于提高土壤细菌多样性,抑制AMF的多样性。不论有机还是无机肥的加入都不利于AMF多样性的增加,其中P肥的抑制作用更明显。5.不同施肥处理样地间细菌与AMF群落结构均有很大差异,化学肥料的施入引起细菌和AMF群落改变,但有机或有机+无机肥料的施入对群落结构影响不大。同一样地中细菌和AMF群落都表现出一定的季节变化,长期施肥处理导致个别处理间出现特有的物种和优势种群的改变;陇东旱地施肥处理样地细菌多样性高,物种分布较为均匀,细菌群落中共克隆出以Proteobacteria（72.7%）为主要类群的8大类群,其次是CFB、HCG、LCG等农田生态系统中常见的类群,而AMF多样性低,且物种十分单一,仅克隆得到全部属于Glomus的10种AMF。总之,长期的施肥处理对AM侵染状况、土壤孢子密度、微生物群落结构及多样性都产生了一定的影响,其中化学肥料的影响要较有机肥料显著,这种影响可以是直接的也可以是间接的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 土壤细菌多样性及其在农业生态系统中的作用
• 1.2.2 丛枝菌根真菌（AMF）多样性及其在农业生态系统中的作用
• 1.2.3 土壤类型对微生物群落结构的影响
• 1.2.4 植被类型对微生物群落结构的影响
• 1.2.5 长期施用不同肥料对土壤微生物多样性的影响
• 1.2.6 农作方式与种植制度对土壤微生物多样性的影响
• 1.2.7 微生物多样性研究方法
• 第二章 研究思路
• 2.1 研究背景
• 2.2 研究内容及目的
• 2.3 技术路线
• 第三章 材料与方法
• 3.1 实验样地
• 3.2 样品的采集与处理
• 3.3 土壤理化测定
• 3.4 土壤细菌总DNA的提取和纯化
• 3.5 根样DNA提取
• 3.6 根样染色与AM侵染率测定
• 3.7 AM孢子计数
• 3.8 核糖体DNA（rDNA）的PCR扩增及变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 3.8.1 细菌16SrDNA PCR-DGGE
• 3.8.2 AMF 18SrDNA的Nested—PCR
• 3.8.3 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 3.9 DGGE条带的克隆、测序及序列分析
• 3.10 数据转换与统计
• 第四章 结果
• 4.1 土壤理化分析
• 4.2 AM侵染率
• 4.3 土壤孢子密度
• 4.4 作物产量
• 4.5 相关性分析
• 4.6 多元线性回归分析
• 4.7 DGGE条带的序列分析
• 4.7.1 细菌DGGE条带的序列分析
• 4.7.2 AMF-DGGE条带的序列分析
• 4.8 细菌与AMF群落的多样性指数分析
• 4.9 DGGE电泳条带的主成分分析（PCA）
• 4.10 DGGE图谱条带的测序分析
• 4.10.1 细菌DGGE图谱条带的克隆测序分析
• 4.10.2 AMF-DGGE图谱条带的克隆测序分析
• 第五章 讨论
• 5.1 长期施肥下玉米AM侵染状况
• 5.2 长期施肥对玉米根际土壤细菌群落结构及多样性的影响
• 5.3 长期施肥制度对玉米根段AMF群落结构及多样性的影响
• 5.4 作物产量与土壤微生物多样性的关系
• 5.5 PCR-DGGE技术
• 第六章 主要结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢