【摘要】：秸稈還田對于土壤養(yǎng)分循環(huán)及土壤有機(jī)質(zhì)的提高有重要意義,微生物對秸稈的分解轉(zhuǎn)化、土壤有機(jī)質(zhì)的積累起到?jīng)Q定性作用。添加秸稈和水分條件的改變,都會引起微生物群落發(fā)生相應(yīng)的變化,土壤-微生物-有機(jī)物料作為物質(zhì)循環(huán)和能量流動的統(tǒng)一體,相互影響和制約,共同決定土壤的養(yǎng)分水平。因此,本試驗(yàn)通過室內(nèi)模擬的方法,首先收集了來自全國15個省的32個土壤樣品,比較其在添加等量秸稈后,在不同土壤水分條件下有機(jī)質(zhì)的積累和土壤微生物相關(guān)指標(biāo)的變化;其次,采集學(xué)校附近長期耕種的旱地紫色土和水稻田土壤,比較兩種土壤在不同水分條件下其有機(jī)質(zhì)對添加秸稈的響應(yīng),并進(jìn)一步采用DNA高通量測序的方法,揭示不同土壤在分解秸稈過程中微生物群落的演替與有機(jī)質(zhì)積累的的相應(yīng)關(guān)系。得到如下主要研究結(jié)論:1、添加秸稈后,土壤有機(jī)質(zhì)含量相對變化率與其初始SOM含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p0.05)。土壤-秸稈混合體系培養(yǎng)90天后,32個土樣的有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)不同的增減情況。好氣條件下有機(jī)質(zhì)除HLJ-1外均增加,增加范圍為1.34g/kg~17.39g/kg;淹水條件下有87.5%的土樣有機(jī)質(zhì)含量增加,12.5%的土樣有機(jī)質(zhì)含量減少,變化范圍為-12.02g/kg~9.34g/kg。在兩種不同水分條件下,添加秸稈處理的土壤可培養(yǎng)微生物的數(shù)量、土壤微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)含量、土壤纖維素酶活性以都較未添加秸稈的原土壤樣品增加且存在顯著差異,增加量均表現(xiàn)為好氣淹水條件。其中L組其中可培養(yǎng)微生物各群落增加幅度為真核微生物細(xì)菌放線菌,H組的為放線菌真核微生物細(xì)菌;好氣條件下,H組、L組的微生物量碳(MBC)增加量分別為128.79mg/kg、97.86mg/kg,纖維素酶活性增加量分別為211.47ug/g、173.11ug/g;淹水條件下:H組、L組的微生物量碳(MBC)增加量分別為74.11mg/kg、63.06mg/kg,纖維素酶活性增加量分別為146.28ug/g、73.89ug/g。表明快速的微生物積累和活躍的纖維素酶活有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累;好氣條件下,H組、L組有機(jī)質(zhì)積累量為14.54g/kg、5.83g/kg;淹水條件下,H組、L組有機(jī)質(zhì)增加量為2.77g/kg、-5.26g/kg,表明好氣較淹水更有利于有機(jī)質(zhì)積累。2、為了了解耕種方式對添加秸稈后土壤有機(jī)質(zhì)積累的影響,本研究分別采集學(xué)校附近長期耕種農(nóng)地相鄰水稻土(記為P組)及旱地紫色土(D組)土樣,進(jìn)一步實(shí)施90天好氣和淹水試驗(yàn)。每組包括2個處理,好氣為D1、P1,淹水為D2、P2。D組初始有機(jī)質(zhì)含量低于P組65.41%。在培養(yǎng)的90天內(nèi),兩組有機(jī)質(zhì)均呈先下降后上升的趨勢,培養(yǎng)結(jié)束時,D組有機(jī)質(zhì)增平均增加量為P組的1.55倍。表明低初始有機(jī)質(zhì)含量,反而有利于外源有機(jī)物質(zhì)的輸入與固定。D組、P組微生物量碳變化趨勢一致,呈先上升后下降的趨勢;培養(yǎng)周期各天P組的均高于D組的。在第3天達(dá)到峰值。峰值時P組微生物量碳為D組的2.34倍,與其初始含量達(dá)到顯著差異(p0.05);培養(yǎng)至結(jié)束,D組微生物量碳增幅度顯著(p0.05)高于P組的。前期(0-14d)纖維素酶活性呈增加趨勢,腐解速率較快,隨著秸稈中易分解的物質(zhì)減少,14-90d土壤纖維素酶活性降低。在培養(yǎng)周期的大部分時間里,D組處理纖維素酶活性高于P組的。3、整個培養(yǎng)周期內(nèi):D1有機(jī)質(zhì)含量均高于D2的。培養(yǎng)至結(jié)束時D1有機(jī)質(zhì)增加量為D2組1.34倍;P1培養(yǎng)初期(0-35d)的有機(jī)質(zhì)的增加快于P2的,但培養(yǎng)后期(35-90d)P1、P2土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸趨于相似。至培養(yǎng)結(jié)束,與初始值相比,有機(jī)質(zhì)增加量順序?yàn)镈1D2P2P1。土壤呼吸速率與土壤微生物量存在顯著正相關(guān)關(guān)系,90天培養(yǎng)期內(nèi),土壤微生物量碳及土壤呼吸速率順序?yàn)?P2P1D1D2。第0-21天時D1呼吸速率高于D2,而21天后,D1土壤呼吸速率與D2趨同;P1土壤呼吸速率在整個培養(yǎng)周期均小于P2的。差別最大時,P1呼吸率僅為P2的84.85%。土壤纖維素酶表現(xiàn)為:D1D2P1P2。表明土壤原有耕種方式影響秸稈分解及土壤有機(jī)質(zhì)的積累。4、選擇有代表性時間點(diǎn)(1d、3d、7d、14d、90d)的土壤樣品進(jìn)行DNA高通量測序,結(jié)果顯示;細(xì)菌的多樣性方面,P組大于D組。D1、D2在培養(yǎng)期內(nèi)呈現(xiàn)增加趨勢,特別是D2處理的shannon指數(shù)持續(xù)上升。P1、P2呈減少趨勢,P2尤為明顯;真菌多樣性,P組高于D組,結(jié)束時P2顯著(p0.05)高于D組。培養(yǎng)期內(nèi)D1、D2持續(xù)減少,P1、P2在培養(yǎng)期內(nèi)起伏,但至結(jié)束,又回到起始水平;細(xì)菌豐度,P組高于D組,至結(jié)束,P組顯著或極顯著(p0.01)高于D組。培養(yǎng)期內(nèi)D1和P1處理表現(xiàn)穩(wěn)定,D2則持續(xù)上升,培養(yǎng)結(jié)束時為初始豐度的137%。P2在培養(yǎng)14天后下降,至結(jié)束時僅為初始期的75%;真菌豐度,P組高于D組,至結(jié)束時P組極顯著(p0.01)高于D組。培養(yǎng)期內(nèi)D組下降明顯。培養(yǎng)結(jié)束時D1和D2的豐度分別為初始值的64%和60%。P1處理豐度穩(wěn)定,P2呈下降趨勢,至結(jié)束時為初始值的86%。上述結(jié)果表明P組(水稻土)微生物多樣性和豐度高于旱地紫色土,微生物微環(huán)境也較后者穩(wěn)定,水分條件變動的影響小。旱地土壤的真菌在濕潤條件下減少明顯。5、培養(yǎng)期內(nèi)土壤微生物群落演替的動態(tài)凸顯未知肉座菌(Hypocreales)的作用。該子囊菌真菌具有很強(qiáng)的纖維素分解能力。未知肉座菌為D1的優(yōu)勢類群,從培養(yǎng)初期至結(jié)束,豐度由17.2%增至74.42%,是D1具有高纖維素酶活的原因。淹水處理(D2)導(dǎo)致腎形蟲成為優(yōu)勢類群。P1的初始優(yōu)勢類群袋形蟲(Bursaria)為60.43%培養(yǎng)過程中逐漸消失,未知肉座菌,未知糞殼菌、曲霉菌共增占67.32%,P2腎形蟲(Colpoda)先增加后減少,第7天時達(dá)到峰值,增加至58.79%。至培養(yǎng)結(jié)束腎形蟲優(yōu)勢變小,P2微生物的優(yōu)勢類群豐度較為相近,表現(xiàn)為另一種肉座菌、未知糞殼菌、未知肉座菌。整個培養(yǎng)期內(nèi),細(xì)菌微生物群落演替差異的影響并不明顯。根據(jù)RDA分析微生物群落與有機(jī)質(zhì)變化的關(guān)系,結(jié)果表明未知肉座菌為D1土壤中有機(jī)質(zhì)積累做出了重要貢獻(xiàn)。袋形蟲與P1有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系腎形蟲對于淹水處理(D2、P2)有機(jī)質(zhì)積累有一定作用。
【圖文】：

第 5 章土壤有機(jī)質(zhì)變化與土壤微生物群落演替—高通量測序.1.3 數(shù)據(jù)處理驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2016 和 I-sanger 云平臺分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、繪圖等.2 結(jié)果與分析.2.1 土壤中細(xì)菌和真核微生物稀釋性曲線隨機(jī)分別抽取樣本中 16S rDNA 和 18S rDNA 序列讀數(shù)，以種為 OTU 微生物多樣性指縱坐標(biāo)，序列書為橫坐標(biāo)，得到稀釋性曲線（圖 5-1、5-2）。結(jié)果表明：細(xì)菌和真核微生物TU 數(shù)目最終都趨于平緩，進(jìn)入平臺期，說明測序數(shù)據(jù)合理，數(shù)據(jù)量充足，繼續(xù)測序只會產(chǎn)少量新的 OTU 種類�？梢苑从硺颖局薪^大多數(shù)的微生物信息。同時可知細(xì)菌 OUT 多樣性著高于真核微生物 OUT 多樣性，細(xì)菌類群豐度高于真核微生物類群豐度。

圖 5-2 土壤樣品真核微生物稀釋曲線Fig.5- 2Fungus rarefaction curves in two groups soil5.2.2 土壤中微生物多樣性指數(shù)和 OTU 豐度如表 5-1,5-2 所示，4 個樣品都具有較高的細(xì)菌、真核微生物多樣性。ACE 和 Chao 指數(shù)在生態(tài)學(xué)中用于估計(jì)物種總數(shù)，值越高豐度越大，，Shannon 和 Simpson 指數(shù)用于估計(jì)樣本中微生物多樣性，其中 Shannon 指數(shù)越大，多樣性越高，Simpson 指數(shù)越大則多樣性越低。添加秸稈后對于紫色土：D1 細(xì)菌多樣性呈增加趨勢，第 14 天有所下降，培養(yǎng)結(jié)束與初始相比增加幅度較小。D1 的豐富度呈增加趨勢，培養(yǎng)至第 7 天的豐富度指數(shù)低于初始細(xì)菌豐富度；D2 的豐富度及多樣性均呈增加趨勢，培養(yǎng)結(jié)束時細(xì)菌多樣性及豐富度指標(biāo)均較初始高。如圖 5—3 所示 D1 與 D2 組細(xì)菌多樣性無顯著差異，細(xì)菌豐富度存在顯著差異，D2 細(xì)菌豐富度高于 D1。對于水稻土：P1、P2 整個培養(yǎng)周期細(xì)菌多樣性及豐富度都呈先增加后減少的趨勢，P1 培養(yǎng)結(jié)束時與初始相比未增加。如圖 5-4 所示,P1、P2 的細(xì)菌多樣性存在極顯著差異，細(xì)菌豐富度存在顯著差異。D 組及 P 組細(xì)菌豐富度存在顯著差異（p<0.05），多樣性差異不顯
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S154.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2692263