本文選題：施肥 + 秸稈還田�。� 參考：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：土壤是地球上微生物種類和生物多樣性最高的生境。土壤微生物是土壤生物肥力形成和維系的核心,提高和維持土壤生物肥力,增加土壤基礎(chǔ)地力對(duì)糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率是實(shí)現(xiàn)糧食高產(chǎn),確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。因此,研究高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系的培育措施和調(diào)控機(jī)理對(duì)提高土壤生物肥力,增加作物產(chǎn)量具有重要的意義。施肥不僅可以改變土壤理化和生物性狀,影響土體的土壤微生物區(qū)系;而且還能促進(jìn)植物的生長(zhǎng),影響植物根系分泌物的組成,進(jìn)而影響根際的土壤微生物區(qū)系。本論文分別研究了施肥和添加植物根系分泌物對(duì)土壤微生物區(qū)系的影響,共分成三個(gè)部分。第一部分首先分析比較了不同施肥處理對(duì)作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響,找出具有培育高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系潛力的施肥措施,進(jìn)而研究這些施肥措施在培育高產(chǎn)土壤過(guò)程中對(duì)微生物群落的影響,找出指示高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系的生物學(xué)指標(biāo);第二部分首先收集并鑒定了擬南芥不同生長(zhǎng)階段的根系分泌物,通過(guò)設(shè)置不同的根系分泌物添加處理研究其對(duì)土壤微生物區(qū)系的影響,找出特定根系分泌物組分和微生物類群的關(guān)系;第三部分通過(guò)土壤懸液實(shí)驗(yàn)研究了施肥措施培育和根系分泌物調(diào)控的微生物區(qū)系對(duì)擬南芥生物量的影響。主要研究結(jié)果如下:1.施肥能夠影響作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、增加土壤速效養(yǎng)分含量和土壤微生物生物量,是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中影響微生物區(qū)系的最主要因子。在水稻季,豬糞有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥配施化肥(NPKMOI)處理能夠提高水稻的有效穗數(shù)和產(chǎn)量;在小麥季,秸稈還田配施化肥(NPKS)處理能夠提高小麥的有效穗數(shù)和產(chǎn)量。施肥能顯著提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀的含量,且NPKMOI處理中的堿解氮和速效鉀含量最高。施肥能夠顯著增加土壤微生物量碳、氮,且NPKMOI處理的微生物量碳、氮最高。高通量測(cè)序結(jié)果顯示,施肥能夠顯著改變土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),且不同施肥措施在水稻季和小麥季對(duì)細(xì)菌區(qū)系的影響趨勢(shì)一致。冗余分析(RDA)顯示NPKMOI處理的細(xì)菌區(qū)系與其他施肥處理和對(duì)照顯著不同,NPKS處理的細(xì)菌區(qū)系與其他施肥處理類似,與對(duì)照顯著分開(kāi)。方差分解分析(VPA)表明施肥措施對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變異度的貢獻(xiàn)率最高,是影響細(xì)菌區(qū)系變化的最主要因子。因此,NPKMOI和NPKS是具有培育高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系潛力的措施。2.微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性和功能多樣性提高,微生物類群之間相互作用增加及微生物網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定是高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系培育過(guò)程中的重要生物學(xué)指標(biāo)。BIOLOG微平板分析顯示NPKS處理顯著增加了土壤微生物群落總體活性和碳源利用多樣性。高通量測(cè)序結(jié)果顯示NPKS和NPKMOI處理均增加了土壤細(xì)菌和真菌的alpha多樣性。主坐標(biāo)分析(PCoA)顯示NPKS和NPKMOI處理均能定向改變土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu),且這種改變?cè)谒炯竞托←溂镜内厔?shì)是一致的。網(wǎng)絡(luò)分析表明NPKS和NPKMOI處理的土壤細(xì)菌和真菌類群之間的相互作用更多,網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定。普氏分析顯示細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)顯著相關(guān),表明施肥對(duì)細(xì)菌和真菌區(qū)系的影響是一致的。相關(guān)性分析表明土壤細(xì)菌、真菌的多樣性和群落結(jié)構(gòu)與水稻、小麥的產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。因此,可以將微生物群落多樣性和功能多樣性作為土壤生物肥力的指標(biāo)。3.擬南芥不同生長(zhǎng)階段的根系分泌物組成顯著不同。在無(wú)菌條件下,通過(guò)溶液法收集得到擬南芥苗期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和抽薹期的根系分泌物。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)方法共檢測(cè)到534種物質(zhì),鑒定出其中的202種物質(zhì),包括26種糖、7種糖酸、25種(糖)醇、60種有機(jī)酸、12種核酸、35種氨基酸、17種酰胺/胺和20種其他類物質(zhì)。主成分分析顯示擬南芥苗期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和抽薹期的根系分泌物組成顯著不同。苗期的根系分泌物以糖類和有機(jī)酸類物質(zhì)為主;營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的根系分泌物以氨基酸類物質(zhì)為主;抽薹期根系分泌物中各類物質(zhì)的分泌量較均勻,具有最高的化學(xué)多樣性和均勻度。4.為探究根系分泌物能否定向調(diào)控土壤微生物區(qū)系,將收集得到的擬南芥不同生長(zhǎng)階段的根系分泌物按正向(苗期-營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期-抽薹期)和反向(抽薹期-營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期-苗期)順序分別添加到土壤中,研究土壤細(xì)菌和真菌區(qū)系的變化。結(jié)果顯示,土壤硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀的含量隨著根系分泌物的添加而增加,且在反向添加順序中的含量高于正向添加順序。主坐標(biāo)分析(PCoA)顯示細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)在正向和反向添加順序中遵循不同的演替路徑,最終形成類似的細(xì)菌和真菌區(qū)系,表明根系分泌物(驅(qū)動(dòng)力)的添加順序不影響最終的群落結(jié)構(gòu),證明根系分泌物對(duì)土壤微生物區(qū)系的影響不是隨機(jī)的,因此可以通過(guò)添加合適的驅(qū)動(dòng)力定向調(diào)控土壤微生物區(qū)系。相關(guān)性分析表明添加的根系分泌物與土壤速效養(yǎng)分、細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)呈顯著正相關(guān)。5.秸稈還田培育和抽薹期根系分泌物調(diào)控的土壤微生物區(qū)系能夠促進(jìn)擬南芥生物量的累積。在實(shí)驗(yàn)室控制條件下,土壤實(shí)驗(yàn)證明秸稈還田、豬糞有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥及添加有抽薹期根系分泌物的處理能夠增加擬南芥的生物量;土壤懸液實(shí)驗(yàn)證明秸稈還田培育的土壤微生物區(qū)系和抽薹期的根際微生物區(qū)系能夠促進(jìn)擬南芥生物量的累積。本論文研究了施肥措施和添加根系分泌物對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響,并通過(guò)土壤懸液實(shí)驗(yàn)研究了施肥和添加根系分泌物形成的微生物區(qū)系對(duì)擬南芥生長(zhǎng)的影響,表明通過(guò)合理的施肥措施和添加相應(yīng)的根系分泌物能夠達(dá)到培育和調(diào)控高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系的目的,為今后在調(diào)控微生物區(qū)系方面的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。
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【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S154.3
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本文編號(hào)：1757334