本文關(guān)鍵詞：長期施肥下根際碳氮轉(zhuǎn)化與微生物多樣性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：根際碳氮循環(huán)對土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及植物養(yǎng)分有效性具有重要影響。利用肥料長期定位試驗(yàn)可確切認(rèn)識不同施肥制度下根際微生物參與土壤碳氮轉(zhuǎn)化的機(jī)制,其闡明施肥的效應(yīng)是短期試驗(yàn)所不能比擬。本論文以華北石灰性潮土長達(dá)36年的肥料長期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ),利用變性梯度凝膠電泳(DGGE)、磷脂脂肪酸分析(PLFA)、穩(wěn)定同位素探針(SIP)、定量PCR、454高通量測序、Illumina Mi Seq測序等現(xiàn)代分子生態(tài)學(xué)技術(shù),結(jié)合大田與盆栽試驗(yàn),研究長期施用有機(jī)肥料和無機(jī)肥料下作物(小麥和玉米)根際微生物群落結(jié)構(gòu)與酶學(xué)特性、根際碳沉積轉(zhuǎn)化過程、根際氨氧化過程、以及根際反硝化過程。論文取得的主要進(jìn)展如下:1.長期施肥下作物產(chǎn)量與根際養(yǎng)分的變化特征。小麥和玉米根際p H顯著低于非根際土壤,而全量、速效養(yǎng)分(NO3--N除外)含量高于非根際土壤。施用化肥或有機(jī)肥均可以顯著提高作物產(chǎn)量,其中小麥產(chǎn)量較CK提高344%~521%,玉米產(chǎn)量較CK提高63%~68%;然而有機(jī)肥不僅具有增產(chǎn)效應(yīng),還能夠增加根際有機(jī)碳和全氮含量,對培肥地力貢獻(xiàn)較大。2.長期施肥下根際微生物量與胞外酶活性的消長規(guī)律。小麥根際土壤微生物量碳、氮和磷分別是非根際土壤的1.9、2.5和1.8倍,而微生物量碳/氮比值顯著低于非根際土壤,表明更多的氮素被暫時固定在根際微生物體內(nèi),成為小麥氮素營養(yǎng)的潛在來源之一;化肥對根際微生物量影響不大,相反,有機(jī)肥處理下根際微生物量氮、磷提高85.8%~178.3%。作物根系對土壤酶具有明顯的激發(fā)效應(yīng),根際11種胞外酶活性較非根際平均增加87%;長期施用有機(jī)肥提高了石灰性潮土α-葡萄苷酶、β-木糖苷酶、β-纖維二糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、β-葡糖苷酶、磷酸酯酶和脲酶活性;然而,化肥對根際中大部分胞外酶活性具有抑制作用。3.長期施肥下根際微生物群落結(jié)構(gòu)的響應(yīng)機(jī)制。根際土壤PLFA總量較非根際平均增加84%,而G+/G-、細(xì)菌/真菌和放線菌/真菌比值均低于非根際土壤。長期施用有機(jī)肥顯著提高了土壤PLFA總量,其含量是CK的1.7~2.0倍,微生物群落結(jié)構(gòu)也顯著不同于化肥處理。根際土壤中,G+/G-比值受有機(jī)肥影響較大,增幅為34.3%~36.9%,而細(xì)菌、真菌和放線菌豐度在化肥和有機(jī)肥處理間差異不顯著。有機(jī)碳、氮素和p H是影響PLFA總量和群落結(jié)構(gòu)變異的重要因子。DGGE測序分析表明變形菌(Proteobacteria)是石灰性潮土的優(yōu)勢菌群之一,且有機(jī)肥促進(jìn)變形菌的生長。4.長期施肥下根際碳沉積的分解過程。小麥根際碳沉積分解轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的細(xì)菌類群為變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria),二者占整個13C-根系分泌物標(biāo)記微生物組的70%;而根際酸桿菌(Acidobacteria)、綠彎菌(Chloro?exi)、厚壁菌(Firmicutes)、擬桿菌(Bacteroidetes)主要參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解。施用32年有機(jī)肥后,石灰性潮土細(xì)菌多樣性顯著增加;而化肥處理選擇性地刺激了少數(shù)微生物的生長,例如放線菌和硝化螺菌(Nitrospirae),導(dǎo)致土壤微生物多樣性降低。5.長期施肥下根際氮素的氨氧化過程。不同施肥處理下小麥、玉米根際土壤硝化潛勢在1.5~3.1μg NO3--N g-1 h-1之間,較非根際平均增加42.7%;研究表明,石灰性潮土氨氧化過程主要由氨氧化細(xì)菌(AOB)主導(dǎo),而不是氨氧化古菌(AOA),盡管后者在數(shù)量上是前者的10倍。施用氮肥對根際氨氧化過程影響較大,顯著改變了AOB群落結(jié)構(gòu),有利于亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)第3和4簇多樣性的增加;而有機(jī)肥顯著增加AOA數(shù)量,平均增幅為113.2%,對土壤硝化潛勢和AOB數(shù)量的影響小于化肥處理。6.長期施肥下根際氮素的反硝化過程。小麥根系內(nèi)部存在一個獨(dú)特的反硝化過程。施肥后根系內(nèi)生反硝化菌數(shù)量豐富,nir K、nir S和nos Z基因數(shù)量均能達(dá)到1.0×109 copies g-1 dw root以上,且N2O/(N2O+N2)比值高于土壤部分。Mi Seq測序結(jié)果表明,根系中nir K型、nir S型和nos Z型反硝化內(nèi)生菌群落組成更加簡單,多樣性更低,其中79%集中分布在假單胞菌目、黃單胞菌目、伯克氏菌目、根瘤菌目和紅細(xì)菌目�；驶蛴袡C(jī)肥均顯著降低了根系nir K/nir S比值,提高了根系N2O釋放比例。總之,長期單施化肥提高了石灰性潮土根際放線菌、硝化螺菌數(shù)量,尤其促進(jìn)了AOB生長,加速銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化,但降低了土壤微生物多樣性及根際胞外酶活性;而長期配施有機(jī)肥可增加根際綠彎菌、擬桿菌及厚壁菌數(shù)量,增加氨氧化古菌及反硝化基因數(shù)量,能夠?qū)⑹┯没仕淖兊募?xì)菌群落向其初始的狀態(tài)進(jìn)行恢復(fù)。
【關(guān)鍵詞】：根際微生物 群落結(jié)構(gòu) 土壤酶 根際沉積 氨氧化作用 反硝化作用
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S147.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-17
• 英文縮略表17-18
• 第一章 引言18-28
• 1.1 植物根際沉積作用18-21
• 1.1.1 根際沉積的概念與組成18-19
• 1.1.2 根際沉積的產(chǎn)生機(jī)制19
• 1.1.3 根際沉積的產(chǎn)生部位19-21
• 1.2 根際微生物多樣性21-24
• 1.2.1 根際微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性21-22
• 1.2.2 根際微生物群落結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理22-23
• 1.2.3 植物與微生物之間的根際碳流23
• 1.2.4 根際微生物在促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收中的作用23-24
• 1.3 環(huán)境變化對植物-微生物關(guān)系的影響24-26
• 1.3.1 全球氣候變化的影響24-25
• 1.3.2 農(nóng)田肥料長期施用的影響25
• 1.3.3 植物-微生物關(guān)系的研究趨勢25-26
• 1.4 本文研究契機(jī)與總體思路26-28
• 1.4.1 研究契機(jī)26-27
• 1.4.2 總體思路27-28
• 第二章 長期施肥下根際養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的變化特征28-35
• 2.1 材料與方法28-29
• 2.1.1 肥料長期定位試驗(yàn)概況28-29
• 2.1.2 土壤基本理化性狀的測定29
• 2.1.3 數(shù)據(jù)處理29
• 2.2 結(jié)果與分析29-32
• 2.2.1 長期施肥對根際土壤pH和養(yǎng)分的影響29-30
• 2.2.2 長期施肥對作物產(chǎn)量的影響30-32
• 2.3 討論32-34
• 2.4 小結(jié)34-35
• 第三章 長期施肥下根際微生物量和胞外酶活性的消長規(guī)律35-47
• 3.1 材料和方法35-38
• 3.1.1 土壤采集與處理35-36
• 3.1.2 土壤微生物量碳、氮、磷的測定36
• 3.1.3 土壤胞外酶活性測定36-38
• 3.1.4 數(shù)據(jù)處理38
• 3.2 結(jié)果與分析38-41
• 3.2.1 長期施肥對根際微生物量碳的影響38-39
• 3.2.2 長期施肥對根際微生物量氮的影響39-40
• 3.2.3 長期施肥對根際微生物量磷的影響40
• 3.2.4 長期施肥對根際胞外酶活性的影響40-41
• 3.3 討論41-45
• 3.4 小結(jié)45-47
• 第四章 長期施肥下根際微生物群落結(jié)構(gòu)的響應(yīng)機(jī)制47-59
• 4.1 材料和方法47-49
• 4.1.1 土壤采集與處理47-48
• 4.1.2 變性梯度凝膠電泳分析（DGGE）與測序48
• 4.1.3 土壤磷脂脂肪酸（PLFA）分析48-49
• 4.1.4 數(shù)據(jù)處理49
• 4.2 結(jié)果與分析49-57
• 4.2.1 長期施肥下根際細(xì)菌DGGE圖譜分析49-52
• 4.2.2 長期施肥對根際土壤磷脂脂肪酸含量的影響52-55
• 4.2.4 長期施肥下土壤pH對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響55-57
• 4.3 討論57-58
• 4.4 小結(jié)58-59
• 第五章 長期施肥下根際碳沉積的分解過程59-72
• 5.1 材料與方法59-61
• 5.1.1 ~(13)C-CO_2小麥盆栽標(biāo)記試驗(yàn)59-60
• 5.1.2 穩(wěn)定性同位素核酸探針技術(shù)60-61
• 5.1.3 羅氏454高通量測序61
• 5.1.4 數(shù)據(jù)分析61
• 5.2 結(jié)果與分析61-69
• 5.2.1 根際沉積物在土壤中的分配特征61-63
• 5.2.2 參與根際碳沉積分解的根際微生物組63-66
• 5.2.3 微生物在根際中的富集及其機(jī)制66-67
• 5.2.4 長期施肥對根際微生物組的影響67-69
• 5.3 討論69-71
• 5.4 小結(jié)71-72
• 第六章 長期施肥下根際氮素的氨氧化過程72-86
• 6.1 材料和方法73-74
• 6.1.1 土壤采集與處理73
• 6.1.2 硝化潛勢的測定73
• 6.1.3 DGGE分析與測序73-74
• 6.1.4 氨氧化細(xì)菌與古菌定量PCR74
• 6.1.5 數(shù)據(jù)分析74
• 6.2 結(jié)果與分析74-82
• 6.2.1 長期施肥對根際土壤硝化潛勢的影響74-75
• 6.2.2 長期施肥對根際氨氧化細(xì)菌和古菌豐度的影響75-77
• 6.2.3 長期施肥對根際氨氧化細(xì)菌和古菌群落結(jié)構(gòu)的影響77-81
• 6.2.4 氨氧化作用與根際理化性質(zhì)的關(guān)系81-82
• 6.3 討論82-84
• 6.4 小結(jié)84-86
• 第七章 長期施肥下根際氮素的反硝化過程86-105
• 7.1 材料與方法86-88
• 7.1.1 土壤采集與處理86-87
• 7.1.2 反硝化潛勢與潛在N_2O釋放速率測定87
• 7.1.3 Illumina MiSeq高通量測序87-88
• 7.1.4 nirK、nirS和nosZ基因定量PCR88
• 7.1.5 數(shù)據(jù)分析88
• 7.2 結(jié)果與分析88-102
• 7.2.1 根系、根際與非根際土壤反硝化潛勢88-89
• 7.2.2 根系、根際與非根際土壤反硝化基因數(shù)量89-90
• 7.2.3 根系、根際與非根際土壤nirK型反硝化菌群落結(jié)構(gòu)90-94
• 7.2.4 根系、根際與非根際土壤nirS型反硝化菌群落結(jié)構(gòu)94-98
• 7.2.5 根系、根際與非根際土壤nosZ型反硝化菌群落結(jié)構(gòu)98-102
• 7.3 討論102-104
• 7.4 小結(jié)104-105
• 第八章 全文結(jié)論與展望105-107
• 8.1 研究結(jié)論105
• 8.2 創(chuàng)新點(diǎn)105-106
• 8.3 展望106-107
• 參考文獻(xiàn)107-123
• 致謝123-124
• 作者簡歷124

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

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  本文關(guān)鍵詞：長期施肥下根際碳氮轉(zhuǎn)化與微生物多樣性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：467476