【摘要】：連續(xù)不合理施肥措施可能破壞土壤物理結(jié)構(gòu)和降低土壤微生物活性和豐富度,進(jìn)而導(dǎo)致土壤肥力減弱。在農(nóng)業(yè)生態(tài)體系中,土壤微生物是土壤生物肥力的核心,在農(nóng)業(yè)物質(zhì)循環(huán)中扮演重要角色。本論文以連續(xù)6年不同氮肥用量處理的黑土、沖積土和風(fēng)砂土為研究對象,利用熒光酶檢測、磷脂脂肪酸分析(PLFA)、Biolog-ECO微平板、Illumina Mi Seq測序、實時定量-PCR和末端限制性片段分析(T-RFLP)等現(xiàn)代分子生態(tài)學(xué)研究方法相互佐證,在不同層面上對土壤微生物進(jìn)行系統(tǒng)分析。通過三種土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、碳源利用能力和氨氧化過程的研究,探討不同施氮量下三種肥力土壤的微生物學(xué)驅(qū)動機(jī)制以及與土壤微生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系,對倡導(dǎo)合理施肥與土壤養(yǎng)分平衡管理、實現(xiàn)養(yǎng)分高效轉(zhuǎn)化分配和農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展具有實踐意義。本文主要結(jié)果如下:1. 不同施肥處理顯著影響了三種類型土壤中微生物量碳氮和酶活性。低氮(168 kg/ha)處理增加了黑土和沖積土的微生物量碳(SMB-C)含量,高氮(312 kg/ha)處理增加了風(fēng)砂土中SMB-C和SMB-N含量;β-葡糖苷酶、脲酶和過氧化物酶活性表現(xiàn)為黑土沖積土風(fēng)砂土;施氮處理顯著增加了三種土壤的脲酶(除風(fēng)砂土312 Kg/ha)和風(fēng)砂土的過氧化物酶;顯著抑制了沖積土的β-葡糖苷酶,風(fēng)砂土的大部分酶活性受到抑制作用(除了風(fēng)砂土270 Kg/ha)。2.不同施肥處理使三種類型土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)和代謝功能呈現(xiàn)不同差異。施氮處理顯著降低了黑土和風(fēng)砂土的PLFA總量、細(xì)菌、真菌、革蘭陽性菌/革蘭氏陰性菌(G~+/G~-)和放線菌含量,顯著增加了沖積土各菌群(除真菌外)脂肪酸含量;沖積土中微生物群落組成也顯著不同于其他兩種土壤,且隨著施氮量增多黑土和風(fēng)砂土的微生物群落組成差異逐漸減小;高氮(312 kg/ha)處理顯著降低了三種土壤的微生物對碳源利用能力。3.不同施肥處理改變了三種土壤細(xì)菌微生物群落結(jié)構(gòu)。三種土壤OTUs約占土壤中細(xì)菌的94.5%-98.4%,所有施肥處理中優(yōu)勢菌群類似,主要為變形菌門、酸桿菌門和放線菌門,約占總OTUs的75%-87%;在門(綱)水平上,酸桿菌門和α-變形菌相對豐度為:黑土沖積土≈風(fēng)砂土,芽單胞菌門相對豐度為:沖積土黑土風(fēng)砂土,施氮處理降低了奇古菌門和硝化螺旋菌門相對豐度;高氮(312 kg/ha)與低氮(168 kg/ha)處理相比,變形菌門、放線菌門、芽單胞菌門和綠彎菌門的相對豐度增加,酸桿菌門、擬桿菌門和奇古菌門的相對豐度降低;Beta多樣性分析表明,不施肥處理和低氮(168 kg/ha)處理與高氮(312 kg/ha)處理的微生物群落組成明顯分開;冗余分析表明土壤p H、有機(jī)碳、總氮和速效N是影響細(xì)菌微生物群落組成的重要因素。4.不同施肥處理改變了三種類型土壤的硝化潛勢能力、氨氧化微生物的豐度和群落結(jié)構(gòu)。施氮處理提高了沖積土和黑土的硝化潛勢(PNA)能力,顯著降低了風(fēng)砂土的PNA能力;三種土壤中氨氧化古菌(AOA)豐度均高于氨氧化細(xì)菌(AOB),但隨著施氮量增多,風(fēng)砂土中AOA和AOB的豐度降低,黑土中AOB豐度的升高,而沖積土沒有明顯變化;通過T-RFLP分析表明AOA群落結(jié)構(gòu)比AOB更易受不同施氮量的影響,尤其是風(fēng)砂土,隨著施氮量增多,AOA的群落組成多樣性顯著降低;冗余分析表明AOA群落結(jié)構(gòu)與土壤p H、TN、NH_4~+-N和NO_3~--N和土壤硝化潛勢顯著相關(guān)。
[Abstract]:Continuous and irrational fertilization measures may destroy soil physical structure and reduce soil microbial activity and richness, and then lead to the weakening of soil fertility. In the agro ecosystem, soil microorganism is the core of soil biological fertility and plays an important role in the circulation of agricultural materials. This paper is dealt with in 6 years of nitrogen fertilizer treatment in a continuous period. Soil, alluvial soil and aeolian sandy soil were studied by using fluorophore detection, phospholipid fatty acid analysis (PLFA), Biolog-ECO microplate, Illumina Mi Seq sequencing, real-time quantitative -PCR and terminal restrictive fragment analysis (T-RFLP) and other modern molecular ecology research methods, and the soil microorganism was systematically analyzed at different levels. Three kinds of soil microbial community structure, carbon source utilization ability and ammonia oxidation process are studied. The microbiology driving mechanism of three fertilizer soils under different nitrogen application and the relationship with soil microecological environment are discussed. The management of rational fertilization and soil nutrient balance, the efficient transformation and distribution of nutrients and sustainable development of farmland are realized. The main results of this paper are as follows: 1. the microbial biomass carbon and nitrogen and enzyme activity in three types of soil were significantly affected by different fertilization treatments. Low nitrogen (168 kg/ha) treatment increased the microbial biomass carbon (SMB-C) content of black soil and alluvial soil, high nitrogen (312 kg/ha) treatment increased the content of SMB-C and SMB-N in the sandy soil; beta glucosidase, urea The activity of enzyme and peroxidase was in the black soil alluvial soil wind sand; nitrogen treatment significantly increased the urease of three kinds of soil (312 Kg/ha except wind sand) and peroxidase in the sand soil; it significantly inhibited the beta glucosidase in alluvial soil, and most of the enzyme activity in the aeolian sandy soil was inhibited (except for the wind sand soil 270 Kg/ha).2. different fertilizer application. The microbial community structure and metabolic function of the three types of soil showed different differences. Nitrogen treatment significantly reduced the total amount of PLFA in black soil and sandy soil, bacteria, fungi, Gram-positive bacteria / Gram-negative bacteria (G~+/G~-) and actinomycetes, which significantly increased the content of fatty acids in alluvial soils (except fungi); in alluvial soil, the content of fatty acids was significantly increased. The composition of the species was significantly different from the other two soils, and the microbial community composition of the black soil and the sandy soil decreased with the increase of nitrogen application, and the high nitrogen (312 kg/ha) treatment significantly reduced the utilization ability of three soil microorganisms to carbon source and changed the microbial microbial community structure of three soil bacteria by different fertilizer treatments. Three kinds of soil were changed. The soil OTUs accounts for the 94.5%-98.4% of the bacteria in the soil. In all the treatments, the dominant bacteria are similar, mainly deformable fungi, acid bacilli and actinomycetes, accounting for the 75%-87% of total OTUs; at the level of the gate, the relative abundance of acid bacilli and alpha deformia is: the black soil alluvial soil, the relative abundance of the alluvial soil is the alluvial soil wind The relative abundances of the gates and nitrifying spiracia were reduced in the sand, and the relative abundance of the Proteus doors, actinomycetes, buds and greenbers, the relative abundances of Actinobacteria, Pseudomonas and the Archaea gates were decreased compared with the treatment of low nitrogen (168 kg/ha), and the Beta diversity analysis showed that no fertilizer was applied to the soil of the high nitrogen (312 kg/ha) and low nitrogen (168). Treatment and low nitrogen (168 kg/ha) treatment and high nitrogen (312 kg/ha) treatment of microbial community composition distinctly, redundant analysis showed that soil P H, organic carbon, total nitrogen and quick acting N were important factors affecting the microbial community composition.4. different fertilization treatments changed the nitrification potential of three types of soil, the abundances of ammonia oxidizing microorganisms Nitrogen treatment improved the nitrification potential (PNA) ability of alluvial soil and black soil, significantly reduced the PNA capacity of sand soil, and the abundance of ammonia oxidizing archaea (AOA) in three soils was higher than that of ammonia oxidizing bacteria (AOB), but with the increase of nitrogen application, the abundance of AOA and AOB in the sandy soil decreased, and the abundance of AOB in the black soil increased, while the alluvial soil was not in the alluvial soil. The T-RFLP analysis showed that the AOA community structure was more susceptible to different nitrogen application than AOB, especially in the wind sand soil, with the increase of nitrogen application, the community composition diversity of AOA decreased significantly, and the redundancy analysis showed that the AOA community structure was significantly related to the soil P H, TN, NH_4~+-N and NO_3~--N and soil nitrification potential.
【學(xué)位授予單位】：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S154.3

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本文編號：2170252