【摘要】：在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,不同作物耐連作程度大不相同,有些農(nóng)作物對(duì)連作不敏感,連續(xù)種植對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)影響不大,如玉米和水稻;有些作物不耐連作,大豆是典型的對(duì)連作敏感的作物。大豆連作產(chǎn)量降低,品質(zhì)變差,生長(zhǎng)發(fā)育受阻,土傳病蟲害加重。而土傳病害發(fā)生,主要是土壤中的病原菌多樣性和豐度增加,生長(zhǎng)發(fā)育受阻的另一個(gè)原因是氮代謝受阻,氮代謝受阻來(lái)源于土壤中的氮素轉(zhuǎn)化,而影響氮素轉(zhuǎn)化就是土壤中的一些功能菌。系統(tǒng)研究大豆連作和這些微生物關(guān)系,對(duì)解析連作大豆根部病害加重和氮素循環(huán)受阻機(jī)制和為解決連作障礙提供技術(shù)原理具有重大的理論意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文利用黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所的一組大豆長(zhǎng)期連作實(shí)驗(yàn)為平臺(tái),采用了高通量測(cè)序等方法,研究結(jié)果如下:1、在肥沃的黑土上,大豆連續(xù)種植17年,并沒(méi)有導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、總碳、p H等指標(biāo)的顯著變化。對(duì)土壤酶活性的測(cè)定結(jié)果表明,連作4年和連作7年處理的土壤酶活性變化較大,尤其脲酶和蔗糖酶活性。其中連作4年處理的脲酶活性最低為0.88 NH2-N mg/(g 24h),比輪作處理降低28.5%,隨后隨著連作年限的增加而增加。而蔗糖酶活性在連作7年以前隨著連作年限的增加而增加,到連作7年蔗糖酶活性與輪作處理相似。連作11年蔗糖酶活性最高,隨后隨著連作年限的增加而降低,連作17年處理的蔗糖酶活性為73.27 G mg/(g·24h)。由此可以看出,連作4年到7年是連作大豆土壤生物活性變化最大的時(shí)間段,之后又趨于平穩(wěn)。土壤酶活性與土壤微生物的群落數(shù)量和活性密切相關(guān),因此認(rèn)為土壤酶活性的變化是大豆連作土壤被認(rèn)為是抑制性土壤的一種表現(xiàn)。2、應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù),對(duì)不同連作年限大豆根際細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)多樣性分析。其中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性在連作7年以后明顯低于輪作和連作4年以前,由此可以看出,大豆連續(xù)種植導(dǎo)致土壤中細(xì)菌群落組成的變化,但是變化過(guò)程是緩慢的,直到連作7年才足以被檢測(cè)出來(lái)。對(duì)連作大豆根際真菌群落結(jié)構(gòu)多樣性分析結(jié)果表明,大豆連作2年和連作4根際真菌群落組成豐富,多樣性較高。大豆連續(xù)種植7年以上,根際真菌群落組成和多樣性與輪作相似,由此也可以看出大豆連作土壤被稱作抑制性土壤的機(jī)制所在。3、通過(guò)PCR-DGGE,q PCR,克隆測(cè)序等方法研究連作大豆根際土壤氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性。結(jié)果表明,連作7年處理的amo A基因數(shù)量為4.71×10-5 amo A gene copies/g dry soil,低于其他處理。通過(guò)測(cè)序結(jié)果表明該研究中amo A基因?qū)儆? Clusters,其中,連作7年處理土壤中氨氧化細(xì)菌種類最為豐富,6個(gè)簇的氨氧化細(xì)菌均有出現(xiàn);其次是連作2年處理除Cluster 4以外均有出現(xiàn);而連作17年處理土壤中氨氧化細(xì)菌種類最少4個(gè)簇。以往的研究表明氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤p H、有機(jī)質(zhì)含量以及空間地理分布等因素密切相關(guān),而本研究基于相同的施肥量和環(huán)境條件下,氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成與環(huán)境因子相關(guān)性分析認(rèn)為大豆連作年限的長(zhǎng)短是影響氨氧化細(xì)菌群落組成的主要因子。4、通過(guò)PCR-DGGE,q PCR,Illumina Miseq測(cè)序等方法研究連作大豆根際氨氧化古菌群落組成和數(shù)量,結(jié)果表明,連作2年和連作17年處理的根際氨氧化古菌數(shù)量低于其他處理;輪作和連作17年處理根際氨氧化古菌群落組成不同于其他處理。連作大豆根際氨氧化古菌種類來(lái)自泉古菌門(Crenarchaeota)、和奇古菌門兩大類(Thaumarchaeota),仍有42%為未分類的古菌種類。5、土壤的潛在硝化速率是表征土壤氮轉(zhuǎn)化能力的重要指標(biāo),與氨氧化微生物活性密切相關(guān)。本研究中連作大豆根際土壤的潛在硝化速率在0.24μg NO3-g-1soil h-1到0.58μg NO3-g-1 soil h-1之間。其中連作4年和連作7年處理的土壤潛在硝化速率顯著低于其他處理。與輪作處理相比,連作4年和連作7年處理的土壤潛在硝化速率分別降低51.79%和31.58%。而連作2年處理硝化速率最高,比輪作處理高17.5%。土壤潛在硝化速率與氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌的群落結(jié)構(gòu)組成和豐度相關(guān)性分析結(jié)果表明,氨氧化細(xì)菌在黑土上連作大豆根際的氨氧化過(guò)程中起主要作用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S565.1;S154.3
【圖文】：

圖 1 土壤中氮循環(huán)模式圖Figure 1 Nitrogen cycle in soil）固氮微生物種類和作用氮是大氣中惰性氮素進(jìn)入生物圈循環(huán)的主要途徑，并組成，全球每年由微生物參與的固氮高達(dá) 1. 5 ×1013mol。固氮要貢獻(xiàn)者之一。固氮微生物是除人為施肥因素外土壤氮素

圖 2 連作大豆不同處理土壤過(guò)氧化氫酶活性Figure 2 The Catalase activity of soil in the rhizosphere of continuous crop（二）脲酶活性脲酶是以培養(yǎng) 24 小時(shí)后每克土壤中 NH2-N 的毫克數(shù)表示。通脲酶活性測(cè)定結(jié)果可以看出，連作 4 年的土壤脲酶活性顯著.88 NH2-N mg/(g 24h)，分別比輪作處理、連作 2 年、連作 7作 17 年低 28.5%、47.1%、40.2%、48.5%和 47.2%。連作 4 年限的增加，土壤脲酶活性逐漸增加。連作 11 年和連作 17 年土 2 年處理的脲酶活性相似。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 計(jì)鐘程，許文芝;重茬大豆減產(chǎn)與土壤環(huán)境變化[J];大豆科學(xué);1995年04期

2 李春格;李曉鳴;王敬國(guó);;大豆連作對(duì)土體和根際微生物群落功能的影響[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2006年04期

本文編號(hào)：2734813